Średnica pod specjalną ochroną.
O projektowaniu zwrotnic napisano mnóstwo artykułów i książek. Aby spotkać jakieś informacje na ten temat wcale nie trzeba szukać tekstów poświęconych zwrotnicom jako takim. Wystarczy czytać recenzje, reportaże, wywiady czy katalogi producentów, a bez wątpienia znajdzie się informacje o zwrotnicach. Mimo wszystko konstrukcja zwrotnic cieszy się mniejszym zainteresowaniem niż pozostałe zagadnienia związane z projektowaniem kolumn. Kiedy ktoś szuka zestawów głośnikowych, zwykle dużo więcej uwagi poświęca materiałom z jakich wykonane są membrany czy konstrukcji skrzynki. Pewnie dzieje się tak dlatego, że analiza schematu zwrotnicy jest sama w sobie zagadnieniem bardziej technicznym i przez to trudniejszym do oceny dla osób bez wiedzy fachowej. Przynajmniej niektóre zagadnienia dotyczące zwrotnic można jednak omówić bez zagłębniania się w matematyczne zawiłości.
Od czasu do czasu spotyka się zalecenie, aby częstotliwości podziału były ulokowane poza zakresem średnicy. Uzasadnienie tej praktyki konstrukcyjnej jest następujące. W zakresie średnich tonów ucho jest najbardziej czułe i w tym też zakresie skupia się większość dźwięków muzycznych. A ponieważ każda zwrotnica wnosi jakieś zniekształcenia, to korzystniejszy jest wybór częstotliwości podziału poza tym krytycznym zakresem. A więc dolna częstotliwość podziału powinna zgodnie z tą teorią przypadać poniżej 300 czy też poniżej 200 Hz. Natomiast górny podział powyżej 2000 lub 3000 Hz.
Skonstruowano wiele udanych zestawów, które spełniają powyższy postulat. Ale z drugiej strony są też udane kolumny, które tej zależności nie spełniają. Tak więc poprzez analizę jakości kolumn spotykanych na rynku nie dojdziemy do żadnych wniosków. Można przecież się zastanawiać czy kolumny zaprojektowane wbrew wspomnianej regule nie były by jeszcze lepsze, gdyby jednak punkty podziału zostały przesunięte w rejony basu i wysokich tonów. No i można też odwrócić to rozumowanie.
Spróbujmy więc dokładniej przanalizować główne argumenty od strony teoretycznej, zaczynając od kwestii czułości ludzkiego ucha. Wystarczy zerknąć na krzywą Fletchera-Munsona (choćby w naszym Poradniku, w słowniku terminów audio) żeby stwierdzić, że zakres największej czułości ludzkiego ucha przypada zwykle w przedziale 3-4kHz, a więc poza zakresem średnich tonów. Zarówno powyżej jak i poniżej częstotliwości 3-4 kHz ludzkie ucho jest nadal bardzo czułe. W całym zakresie od około 500 Hz do około 6kHz czułość ucha niewiele spada w stosunku do maksymalnej. Poza tym czułość ucha jest silnie zależna nie tylko od częstotliwości, ale również od poziomu. Przy głośniejszych dźwiękach czułość w zakresie niskich i średnich tonów jest dość wyrównana.
Teraz weźmy sprawę rozkładu widma sygnału muzycznego. Oczywiście widmo to bywa różne w zależności od wyboru muzyki. Punkt, który dzieli energię sygnału muzycznego na połowę przypada zwykle pomiędzy 300 a 400Hz. Natomiast maksimum energii przypada zazwyczaj w wyższym lub średnim basie, a następnie wraz ze zbliżeniam się do krańców pasma energia mniej lub bardziej równomiernie spada. W przypadku muzyki rockowej należy się spodziewać wyższej zawartości wysokich tonów. Rozkład energii w paśmie można zobaczyć poniżej na kilku ilustracjach.
 | Miles Davis Freddie Freeloader (Kind of Blue) widmo lewego kanału |
 | Alicia Keys If I Ain't Got You (The Diary of Alicia Keys) widmo lewego kanału |
 | The Offspring Pretty Fly (for a White Guy) (Americana) widmo lewego kanału |
Powróćmy do postulatu nakazującego wybierać częstotliwości poza zakresem średnich tonów. Jak widać nie wystarczy umieścić częstotliwości podziału poza zakresem średnicy aby jednocześnie spełnić założenia teorii (podział poza zakresem najwyższej czułości ucha i poza obszarem skupienia dźwięków muzycznych). W przypadku górnej części pasma można powiedzieć, że przy podziale umieszczonym powyżej 6kHz obydwa warunki będą faktycznie spełnione. Jak widać częstotliwość ta jest jednak sporo wyższa aniżeli granica średnich i wysokich tonów. W przypadku dolnej części pasma trudno nawet wybrać odpowiedni punkt. Czułość ucha na niskich tonach spada łagodniej niż dla wysokich tonów, ale jednak spada. Natomiast nie da się tego samego powiedzieć o energii sygnałów muzycznych, która w zakresie wyższego basu wcale nie maleje.
Analizując krzywą czułości ludzkiego ucha oraz rozkład widmowy sygnałów muzycznych trudno doszukać się jakiegoś szczególnego znaczenia częstotliwości rozgraniczających bas, średnicę i wysokie tony. Te punkty biorą się tylko z formalnego podziału pasma akustycznego na trzy główne zakresy.
Oprócz własności słuchu i sygnałów muzycznych trzeba jeszcze wziąć pod uwagę działanie samych zwrotnic. Zakres częstotliwości, w którym sygnały z obydwu głośników w istotny sposób wpływają na kształt charakterystyki jest zwykle dość szeroki. Tak więc jeśli wybierzemy częstotliwość podziału 3kHz to przecież zarówno dla 2kHz jak i dla 4kHz całkowity sygnał akustyczny w dalszym ciągu będzie w istotny sposób zależny od promieniowania obydwu głośników jednocześnie. Ponieważ filtry zwrotnicy oddziaływują w szerszym paśmie, to w konwencjonalnej konstrukcji niezmiernie trudno jest uwolnić się od wpływu zwrotnicy na zakres średnich tonów, nawet wtedy gdy formalnie częstotliwości podziału znajdują się w zakresie tonów niskich i wysokich.
Chociaż postulat umieszczenia częstotliwości podziału w jak najbardziej "bezpiecznych" rejonach na pierwszy rzut oka wygląda atrakcyjnie, to jak dowodzą podane fakty jest on trudny do spełnienia. Z powodzeniem koncepcja ta została zrealizowana w elektrostatach i innych głośnikach panelowych, a także w zestawach wykorzystujących jeden głośnik do obsługi całego pasma. W pewnym przybliżeniu taką filozofię realizują nieliczne kolumny oparte na szerokopasmowym głośniku średniotonowym.
No i jest jeszcze jedna okoliczność. Bezsporny jest fakt, że zwrotnice wnoszą zniekształcenia. Ale to samo można też powiedzieć o głośnikach. I często okazuje się, że lepiej pogodzić z przesunięciem zniekształceń wnoszonych przez zwrotnicę bliżej środka pasma po to, by zredukować zniekształcenia wnoszone przez głośniki.
Filozofię doboru częstotliwości podziału propagowaną pod hasłem ochrony średnicy zaliczyłbym raczej to pomysłów marketingowych aniżeli prawdziwych teorii konstrukcyjnych. Według mojej wiedzy i według mojego doświadczenia praktycznego, wybór częstotliwości podziału zgodnie z tą regułą nie jest wyznacznikiem jakości kolumn.
