Wybór dobroci Qtc obudowy zamkniętej

Majsterkowicz projektujący kolumny z obudową zamkniętą musi podjąć decyzję jaka ma być docelowa dobroć Qtc, która jest bezpośrednio zależna od objętości skrzynki. Dobroć maleje wraz ze zwiększaniem objętości.

Do pewnego stopnia dobroć można też regulować innymi metodami. Po pierwsze służy temu materiał tłumiący w obudowie - zwiększanie tłumienia obniża dobroć. Po drugie można stosować ustroje wprowadzające rezystancję akustyczną (Variovent). Jeżeli bierzemy pod uwagę zastosowanie rezystancji akustycznej warto uwzględnić ten fakt już na etapie projektowania, żeby uniknąć ewentualnych przeróbek stolarskich na gotowych obudowach. A na wypadek gdyby rezystancja akustyczna okazała się niepotrzebna można przygotować odpowiednie zaślepki do szczelnego zamknięcia otworu, w którym potencjalnie mogła być zainstalowana rezystancja akustyczna.

Dobór dobroci jest omawiany w wielu publikacjach, ale zapewne każdy wolałby przed podjęciem decyzji odnośnie swojego projektu posłuchać kilku kolumn z różnymi wartościami dobroci i przekonać się na własne uszy jak sprawdzają się one w praktyce. Niestety nie jest to łatwe do wykonania. Na rynku jest mało kolumn z obudową zamkniętą, a w przypadku tych, które są dostępne z reguły nie wiadomo jaka jest ich dobroć. Oczywiście można zrobić nadwymiarową eksperymentalną skrzynkę i potem samodzielnie sprawdzać różne warianty zmniejszając objętość w kolejnych krokach, to jednak dość kosztowne i pracochłonne rozwiązanie.

Żeby choć trochę ułatwić podjęcie decyzji przypomnimy podstawowe zasady teoretyczne, a oprócz tego podamy kilka przykładów, zarówno znanych z rynku jak i z naszych własnych obserwacji. Dla porządku chcieliśmy też podkreślić, że ten tekst odnosi się do kolumn odtwarzających całe pasmo, a nie do subwooferów.

Teoria w pigułce

W teoretycznych omówieniach obudowy zamkniętej wyróżnia się trzy warianty.
- Qtc=0,5, czyli o tak zwanej optymalnej odpowiedzi impulsowej, bez przerzutu. Także charakterystyka przenoszenia nie ma przerzutu i zaczyna wcześnie opadać, a opadanie jest łagodne.
- Qtc=0,577 (Bessel), gdzie w odpowiedzi impulsowej występuje mały przerzut, ale w tym przypadku odpowiedź impulsowa jest najkrótsza. Charakterystyka przenoszenia jest tu nieznacznie stromsza, ale wciąż łagodna i nie ma przerzutu.
- Qtc=0,707, wariant o najszerszym, płaskim paśmie przenoszenia. Mamy tu przerzut na odpowiedzi impulsowej, ale wciąż nie ma przerzutu na charakterystyce przenoszenia.
Dla Qtc powyżej 0,707 pojawia się przerzut na charakterystyce przenoszenia i zwiększa się on wraz ze wzrostem dobroci.

Zestaw charakterystyk przenoszenia dla dobroci 0,5 - 0,577 - 0,707 - 0,85 - 1,0 - 1,2 - 1,5 przedstawiamy niżej. Zamieściliśmy też zestawienie objętości obudowy odpowiadających poszczególnym dobrociom, ale tu trzeba dodać przestrogę, że to tylko jednostkowy przykład i nie ma on charakteru uniwersalnego. Dla poszczególnych głośników proporcje objętości dla różnych dobroci będą się znacznie zmieniać.

W klasycznej książce V. Dickasona Loudspeaker Design Cookbook i innych źródłach można znaleźć skrótowy opis charakteru brzmieniowego różnych wariantów. Podaje się, że dla małych dobroci około 0,5 bas jest subiektywnie bardzo szczupły i suchy, dla dobroci około 1 czy większych jest z kolei bardziej komercyjny, co należy rozumieć w ten sposób, że jest w pewnym zakresie sztucznie wyeksponowany, cieplejszy, ale część słuchaczy odbiera to jako zaletę.

Czasami uwzględnia się dodatkowo inne parametry. Postulowana jest reguła, że im niższa częstotliwość rezonansowa układu fc, tym mniejsza będzie wartość Qtc dająca optymalne wyniki w odbiorze subiektywnym. Poza tym trzeba też brać pod uwagę, że promieniowanie głośnika w obudowie zamkniętej nie jest wspomagane przez promieniowanie z tunelu bass-reflex i w konsekwencji większej uwagi wymaga analiza obciążenia, ponieważ łatwiej można zmusić głośnik do pracy z nadmiernymi wychyleniami. Podanie zbyt dużego sygnału spowoduje, ze głośnik w obudowie zamkniętej przekroczy zakres liniowych wychyleń i straci swoje zalety brzmieniowe. A im większa jest skrzynka (czyli mniejsza dobroć Qtc) tym większe będą wychylenia membrany głośnika. Powietrze w skrzynce działa jak sprężyna. Im mniejsza jest objętość, tym sprężyna twardsza. Mniejsze skrzynki, czyli większe dobroci, lepiej chronią przed mechanicznym przesterowaniem.

Przykłady

Qtc=0,5. Wymagający audiofil może pomyśleć, że to jest właśnie idealne rozwiązanie dla niego. Samo określenie optymalna odpowiedź impulsowa brzmi bardzo atrakcyjnie. Czy rzeczywiście projektując kolumnę zamkniętą o dobroci 0,5 uzyskamy znakomity bas wzorcowej jakości? W praktyce niełatwo się przekonać czy tak jest w istocie. Chociaż nie znamy dobroci fabrycznych kolumn z obudową zamkniętą, które udało się nam posłuchać, to jednak jesteśmy przekonani, że żadna z nich nie zbliżała się do Q=0,5. Nie możemy niestety służyć własnymi doświadczeniami z odsłuchu kolumn z zamkniętą obudową o dobroci układu 0,5. Sam fakt, że to rozwiązanie jest tak rzadko spotykane jest jednak wymowny.

Qtc=0,577. Kolejny wyróżniony w teorii wariant to Q=0,577. Na pozór różnica pomiędzy dobrociami 0,5 a 0,577 jest nieduża, zwłaszcza jeśli weźmiemy pod uwagę, że są na rynku kolumny z dobrociami powyżej 1. Porównując dobrocie nie możemy ich jednak traktować jakby występowały tu zmiany o proporcjonalnej naturze. Weźmy choćby kwestię objętości. Kiedy głośnik ma mały Qts (powiedzmy rzędu 0,3-0,35) różnica objętości skrzynek zamkniętych o dobrociach 0,5 i 0,577 będzie umiarkowana. Tyle tylko, że takie głośniki do obudów zamkniętych raczej nie są stosowane ponieważ ich pasmo przenoszenia w takiej aplikacji jest słabo rozciągnięte i preferowany jest wybór bass-reflexu. No ale gdy głośnik ma Qts zbliżający się do 0,5 (powiedzmy 0,45) to różnica objętości pomiędzy wariantami Q=0,5 a Q=0,577 będzie bardzo duża.

W tym przypadku możemy już omówić przykłady z praktyki, zarówno wśród produktów fabrycznych, jak i z własnego doświadczenia. W tych okolicach plasowała się dobroć znanych swego czasu kolumn Dunlavy. Warto przeczytać archiwalne recenzje kolumn tej marki.

Co prawda nigdy nie wykonaliśmy projektu kolumn z docelową dobrocią 0,577, ale w ramach eksperymentów zamykaliśmy otwory bass-reflex w niektórych kolumnach i czasami dawało to dobrocie zbliżone do 0,577. Oczywiście bas znacząco tracił na obfitości, ale był za to bardzo wyrazisty i wolny od podbarwień. Najciekawszy był przypadek kolumn z głośnikiem Focala 13K8711. Ilość basu była skromna jak na wielkość głośnika i skrzynki, ale osiągi w zakresie szybkości, wyrazistości i minimalizacji podbarwień basu były imponujące. Ta koncepcja projektowa jest warta uwagi osób poszukujących bardzo czystego i wyraźnego basu, ale trzeba mieć świadomość, że do uzyskania akceptowalnego pasma przenoszenia, co najmniej średniej efektywności i przyzwoitej głośności będą potrzebne duże skrzynki i duże głośniki.

Qtc=0,8 do 0,9. Chociaż w tym miejscu mogli się Państwo spodziewać komentarza na temat kolumn o dobroci 0,707, to jednak z powodu braku znanych nam konstrukcji tego typu od razu przechodzimy do dobroci nieznacznie wyższej. Tu już pojawia się nieznaczny przerzut na charakterystyce przenoszenia. Tego typu konstrukcje DIY z 8-calowymi głośnikami (Seas CA21RE, Seas CA22RNX) i objętościami rzędu dwudziestu kilku litrów są nam znane. Oczywiście ilość basu i całościowe poczucie dynamiki niskich tonów jest znacznie skromniejsze niż w przypadku bass-reflexów o podobnych rozmiarach głośników i skrzynek. Jakość niskich tonów z takich konstrukcji jest jednak bardzo dobra. Uważny słuchacz być może znajdzie minimalne podbarwienia, ale w porównaniu z przeciętnym bass-reflexem barwa niskich tonów wyróżnia się swoją czystością i precyzją. Jak świadczą te przykłady, lekki przerzut na charakterystyce nie jest w subiektywnym odbiorze szkodliwy.

Qtc powyżej 1. Najsłynniejszą chyba konstrukcją w tej kategorii jest BBC LS3/5A. Różne wersje tego zestawu nieznacznie różniły się w testach pomiarowych, tak więc nie możemy wykluczyć drobnych różnic dobroci. Według jednego z opisów Qtc ma wartości 1,2. Różne wersje tych kolumn są wciąż dostępne, a więc stosunkowo łatwo można ich posłuchać. Dużo było recenzji, w niektórych pojawiały sie umiarkowanie krytyczne uwagi dotyczące jakości basu, choć nie brak też pozytywnych ocen czystości tego zakresu. Mimo wspomnianych zastrzeżeń, można te zestawy potraktować jako potwierdzenie reguły, według której większe dobrocie są odpowiednie dla wyższych częstotliwości rezonansu fc.

Wśród znanych kolumn z obudową zamkniętą były też Infinity Kappa. Mieliśmy okazję posłuchać i pomierzyć model 6Kappa sprzedawany latach 1990-tych. Na pomiarze widoczny był wyraźny, kilkudecybelowy przerzut ze szczytem około 78Hz, a więc prawdopodobnie dobroć była wyraźnie większa niż 1. Chociaż charakter brzmienia różnił się od typowego bass-reflexu, to jednak ocieplenie było wyraźne. Nie są to zestawy dla osób, które szukają bardzo szczegółowego, szybkiego basu.

*   *   *   *   *

Niniejszy tekst nie zawiera recepty na dobór Qtc obudowy zamkniętej, ale mamy nadzieję, że będzie w pewnym zakresie pomocny. W szczególności liczymy, że przypomnienie bazowej teorii w połączeniu z omówieniem kilku przykładów przyda się wszystkim, którzy nie mają własnych doświadczeń praktycznych i chcą po raz pierwszy zaprojektować tego typu konstrukcję.