• Wyznaczanie optymalnego położenia głośnika

    Wstęp


    Przy okazji dobierania kształtu obudowy każdy przyglądał się lub nawet wzorował na konstrukcjach Hi-End. Ilość przyjętych rozwiązań konstrukcyjnych jest bardzo szeroka. Mamy konstrukcje tak wymyślne, że nie sposób zrobić coś podobnego w warunkach domowych, po konstrukcje maksymalnie purystyczne, tak proste w kształtach i proporcjach aż zastanawiamy się czy przypadkiem producent nie nabija klienta w butelkę.

    W takim razie jakie rozwiązanie jest optymalne, czy w ogóle kształt przedniej ścianki kolumny i ułożenie głośników ma jakiekolwiek znaczenie? Zobaczymy.

    Teoria

    O ile w przypadku producenta kształt obudowy ma zasadniczo znaczenie estetyczne, gdyż produkt musi się dobrze sprzedawać, to w przypadku domowych konstruktorów liczą się głównie względy merytoryczne. Chcielibyśmy wiedzieć czy to co zrobimy ma jakieś przełożenie na uzyskane wyniki w odsłuchu i pomiarach.

    Przyglądając się od pewnego czasu różnym rozwiązaniom, w czym bardzo pomocny jest min. miesięcznik AUDIO, doszedłem do wniosku, że położenie głośników w obudowie ma wpływ na charakterystykę przetwarzania zestawu. Wpływ ten widoczny jest jako powstawanie podbić i osłabień na charakterystyce , które występują na częstotliwościach wynikających z odległości krawędzi i rogów kolumny od środka głośnika. W celu zobrazowania tego zjawiska posłużyłem się programem do symulacji efektu baffle step.


    Wymiary kolumny są typowe , 18x90cm. Średnica membrany głośnika również – 12cm – typowa 16\'tka. Jak widać wpływ ten jest niewielki , lekkie podbicie na charakterystyce w zakresie 500-2000Hz, można by je w sumie pominąć. Poniżej 500Hz to typowy efekt baffle step i nie będziemy się nim zajmować. Można by powiedzieć, że robię tyle szumu o głupie 1dB podbicia, który można zupełnie zignorować. W sumie racja ale uwzględniając efekt baffle step oraz to, że zwykle w okolicach 2,5kHz następuje dodatkowe osłabienie charakterystyki w wyniku działania zwrotnicy mamy wyjaśnione skąd zwykle w tym miejscu biorą się spore podbicia, które posiada większość konstrukcji. Zamiast narzekać na producenta głośnika, że nam kiepski głośnik wcisnął, mamy jak na dłoni, że nie on tu nie zawinił .


    Na podstawie kilku symulacji tym programem można wysunąć dosyć oczywisty wniosek: wpływ obudowy obserwowalny jest tak długo jak długo głośnik pracuje jako źródło punktowe.

    Czyli do momentu gdy długość emitowanej fali jest większa od średnicy głośnika obserwujemy wpływ obudowy. Gdy fale stają się krótsze niż średnica membrany, głośnik promieniuje fale kierunkowo i nie ma żadnego wpływu obudowy.


    Sprawdźmy z jakimi częstotliwościami mamy do czynienia. Przyjmijmy nasz typowy 6,5” głośnik nisko-średnio tonowy o średnicy membrany 12 cm:


    Czyli do tej częstotliwości będzie obserwowalny wpływ obudowy na charakterystykę głośnika. Jak widać na powyższym rysunku dokładnie od obliczonej częstotliwości charakterystyka się wyrównuje.


    W sumie do tej pory żadnych rewelacji nie odkryłem ale zamieńmy nasz 16cm głośnik na 2,5cm kopułkę dla której wpływ zgodnie z powyższym wzorem powinien być obserwowalny do częstotliwości aż 13,7kHz ! Głośnik umieściłem w typowym miejscu: po środku na górze kolumny:



    Ciekawe prawda ? Tu Nie jest już tak różowo , wypływ sięga –2,5dB na 3kHz względem poziomu odniesienia, czyli całkiem sporo. Jako dodatkowy, drastyczny przykład zaprezentuję wpływ obudowy okrągłej o średnicy 13cm na charakterystykę :



    Przykład ten dobitnie pokazuje, że należy unikać sytuacji w której odległości krawędzi ścianek od środka głośnika są jednakowe.


    Powróćmy zatem do typowej obudowy prostokątnej. W programie można zmieniać położenie głośnika i dojść do wniosku, że jest takie miejsce w którym charakterystyka się w miarę wyrównuje. Z powyższych rozważań oczywistym będzie, że należy znaleźć takie miejsce w którym głośnik do każdej z krawędzi oraz rogów kolumny będzie miał rożne odległości. Powinno to spowodować wygaszenie obserwowanych podbić i osłabień.

    Można oczywiście siedzieć i kombinować przesuwając głośnik w okienku programu i oglądając charakterystykę. Tylko po co się tak męczyć skoro łatwiej jest znaleźć uniwersalny przepis na znajdywanie najlepszego położenia głośnika J .


    Po chwili namysłu znalazłem, wydaje mi się, optymalne rozwiązanie. Chyba każdy pamięta ze szkoły podstawowej trójkąt egipski. Ów trójkącik ma taką właściwość, że długości jego boków wynosiły 3:4:5. Każdy bok ma wyraźnie różną długość. Wystarczyło go odpowiednio zastosować :


    Gołym okiem widać, że odległości od górnych rogów kolumny oraz krawędzi bocznych i górnej od środka głośnika są wyraźnie różne.

    Wystarczy teraz wyznaczyć odległości A i B aby mieć współrzędne głośnika. Szerokość kolumny oznaczyłem jako X. W tym celu trzeba wyznaczyć kąt zawarty miedzy bokiem o długości 4 i 5 lub bokiem 3 i 5, nie ma to większego znaczenia gdyż w późniejszych obliczeniach zamiast cosinusa można zastosować sinus. Jak kto woli.

    Kąt ten wynosi 36,86 stopnia, co można zaokrąglić do 37 stopni. Długości A i B będą wynosić odpowiednio :


    Co po przyjęciu naszej testowej szerokości 180mm daje :

    A=86mm

    B=115mm

    Ustawiamy głośnik wg obliczonych współrzędnych i obserwujemy efekt :



    Charakterystyka bardzo się poprawiła. Nie nastąpiło całkowite wyrównanie ale obecne odchyłki nie przekraczające 0,5dB są do przyjęcia. Jak widać podbicie z maksimum na 1,5kHz pozostało, najprawdopodobniej jest ono wynikiem wpływu dolnej części kolumny, jednak łatwo sobie z nim poradzić odpowiednim filtrem.



    Podany powyżej prosty sposób wyznaczenia położenia głośnika wysoko tonowego wydaje mi się być odpowiednim. Nie udało mi się tak ustawić ręcznie głośnika aby uzyskany wynik był lepszy od ustawień wyliczonych. Można powiedzieć, że współrzędne wyliczone są w pewnym sensie neutralnym punktem wyjścia. Można później dokonywać korekt położenia tak aby nieznacznie podbijać lub osłabiać niektóre interesujące nas zakresy częstotliwości. Można też poeksperymentować z rożnymi kształtami przedniej ścianki, głównie moim zdaniem liczy się obrys krawędzi gdyż najprawdopodobniej z niej następuje emisja fali dźwiękowej a nie z powierzchni ścianki. Można zrobić zwężające się , półokrągłe z niesymetrycznym ustawieniem głośnika itp. ogólnie trzymając się zasady aby nie było jednakowych odległości od krawędzi. Pole do eksperymentów jest szerokie.

    Chcąc ustawić głośniki wg powyższego algorytmu wychodzi, że minimalną szerokością ścianki jest 140mm gdyż przy węższych typowy głośnik wysoko tonowy o średnicy kosza 100mm będzie wystawał poza obrys kolumny.


    Pomiary

    Trzeba wykonać :] .


    Yoshi (2005)