Kurs_V19.pdf

K U R S

Niezbędnik dla amatorów i profesjonalistów

W głośnikowym żywiole, część 19

Obudowa pasmowo–przepustowa (band–pass)

Przez ponad rok zajmowaliśmy się dwoma podstawowymi,

najczęściej spotykanymi rodzajami obudowy głośnikowej

– zamkniętą i z otworem (bas–refleks). Ostatnie dwa

odcinki poświęciliśmy obudowie z membraną bierną, ale i

ją przedstawiliśmy ją jako odmianę bas–refleksu. Obudowy

pasmowo–przepustowe (band–pass) mają już zupełnie inne

właściwości, dają bardzo specyficzne charakterystyki, ale i one

wykorzystują to samo zjawisko rezonansowe, które jest podstawą

działania obudów bas–refleks.

W obudowie pasmowo – przepustowej

traci to jednak praktyczne znaczenie,

bowiem charakterystyki przetwarza-

nia wytwarzane po obydwu stronach

membrany są w zasadzie identyczne

dla niskich częstotliwości, a tylko ten

zakres będzie emitowała obudowa pa-

smowo–przepustowa. W typowych kon-

strukcjach z głośnikami na przedniej

ściance, byłoby kłopotliwe instalować

głośnik magnesem na zewnątrz, nawet

gdyby nie było ku temu przeciwwska-

zań akustycznych (właśnie przy pra-

cy w zakresie niskich częstotliwości)

– z powodów estetycznych i wyko-

nania podłączenia; przy „schowaniu”

głośnika do środka obudowy, możemy

go ustawić dowolnie, tak, jak będzie

wygodniej z punktu widzenia monta-

żu ( rys. 93 ). Trzeba tylko pamiętać, że

strona „tylna” zabiera część objętości,

a strona przednia dodaje – tyle, ile

mieści się w stożku membrany. Trze-

ba też pamiętać o tym, że odwrócenie

głośnika zmienia jego polaryzację, ale

nie ma to żadnego związku ze spo-

sobem działania samej obudowy, ale

dotyczy zupełnie innych problemów

integracji z pozostałymi głośnikami ca-

łego systemu, czy to w ramach wie-

lodrożnego zespołu głośnikowego, czy

współpracy subwoofera z satelitami. W

wielu opracowania spotyka się jednak

oznaczenia, wedle których komora z

otworem jest komorą „przednią”, a ko-

mora zamknięta komorą „tylną”.

Tak jak kiedyś „wyprowadziliśmy”

obudowę bas – refleks z obudowy za-

Dlatego dopiero opracowania Thie-

le’a – Smalla, które zdefiniowały pa-

rametry potrzebne dla prawidłowego

strojenia obudów z otworem, pozwo-

liły jednocześnie na rozwój obudów

pasmowo – przepustowych. Jednak

tak jak w przypadku bas – refleksu ,

pierwsze band – passy pojawiły się o

wiele wcześniej.

Były oczywiście bardzo niedosko-

nałe, ponieważ opanowanie ich cha-

rakterystyk zdecydowanie wymaga po-

sługiwania się parametrami T–S. Stąd

pierwsza praktyczna wskazówka – bez

znajomości tych parametrów, jesteśmy

skazani na rezultaty przypadkowe, a

więc najczęściej złe, i najlepiej daro-

wać sobie żmudne eksperymenty, które

przypominałyby błądzenie po omacku.

Co prawda obecnie dostępność podsta-

wowych parametrów T–S jest w zasa-

dzie powszechna, więc powyższa rada

może wydawać się niepotrzebna, ale

nadal wielu jest amatorów, którzy na-

wet mając potrzebne dane w zasięgu

ręki, próbuje iść na skróty, strojąc róż-

nego typu obudów „na oko”. To uwa-

ga mająca nawet większe praktyczne

znaczenie dla projektowania obudów

bas – refleks , ponieważ są one dzisiaj

najchętniej stosowane, natomiast band

– pass ... po okresie dużego zaintere-

sowania na przełomie lat 80. i 90.,

obecne jest to typ obudowy spotyka-

ny coraz rzadziej. Dlatego też potrak-

tujemy ją skrótowo. Omówimy zasadę

działania, wady i zalety kilku odmian,

ale nie będziemy podawać wzorów

służących do „ręcznego” obliczania.

Najprostsza jest obudowa pasmo-

wo–przepustowa zamknięta. Nazwa jest

tu trochę myląca – nie może być bo-

wiem obudowy pasmowo – przepusto-

wej całkowicie zamkniętej, bez komory

z otworem (i odpowiednim tunelem),

która jest konieczna dla stworzenia

układu rezonansowego działającego na

takiej samej zasadzie, jak bas – refleks .

Określenie „zamknięta” wzięło się stąd,

że po drugiej stronie głośnika poja-

wia się druga komora, już zamknięta,

w której ciśnienie (od drugiej strony

membrany) jest wytłumiane. W obudo-

wie pasmowo – przepustowej ustale-

nie, która strona głośnika (i membra-

ny) jest pierwszą (przednią), a która

drugą (tylną), jest zupełnie umowne,

ponieważ cały głośnik znajduje się

wewnątrz obudowy, zainstalowany w

przegrodzie pomiędzy komorami, i

nie można stwierdzić jednoznacznie,

która jego strona jest zewnętrzna, a

która wewnętrzna. Oczywiście sam

głośnik ma konstrukcję niesymetrycz-

ną, i przyzwyczailiśmy się uznawać,

że strona „tylna” to ta z magnesem.

Rys. 93. Obudowa pasmowo przepustowa. Sposób ustawienia głośnika nie ma

znaczenia dla jej sposobu działania i osiąganych charakterystyk

Elektronika Praktyczna 5/2005

K U R S

Rys. 94. Charakterystyki ciśnienia z głośnika (czarna), z otworu (czerwona)

i wypadkowa (zielona) systemu bas–refleks. Obudowa pasmowo–przepu-

stowa ma za zadanie pozostawić nam tylko charakterystykę ciśnienia z

otworu

promieniowanie przedniej strony mem-

brany w komorze zamkniętej (i od tego

momentu „strony membrany” stają się

pojęciem umownym). Trzeba jednak pa-

miętać, że zabudowanie przedniej strony

membrany oddziaływuje na podstawowe

parametry Thiele’a – Smalla głośnika

(podobnie jak stosowanie obudowy za-

mkniętej względem głośnika swobodnie

zawieszonego). Zmiana tych parametrów

oczywiście zmienia zarówno charaktery-

stykę pracy samego głośnika, jak i napę-

dzanego przez niego układu rezonanso-

wego, mimo że podstawowe parametry

samego układu rezonansowego obudowy

z otworem nie uległy zmianie. Tak więc

charakterystyka ciśnienia z otworu, zmie-

rzona przy głośniku niezabudowanym

z drugiej strony komorą zamkniętą, nie

zostanie utrzymana po zabudowaniu,

zmieni swój kształt i przesunie się w

stronę wyższych częstotliwości. Ale po

uwzględnieniu tych zjawisk osiągniemy

cel – pozostanie nam charakterystyka

promieniowania samego otworu, chociaż

powtórzmy, że charakterystyka ta zależy

od trzech grup czynników – od para-

metrów samego układu rezonansowego

komory z otworem (podatność powietrza

w komorze i masa powietrza w tunelu),

od parametrów samego głośnika, i od

wielkości drugiej komory – zamkniętej.

Zmiana któregokolwiek elementu w tej

układance zmieni charakterystykę prze-

twarzania układu.

W jakim celu chcemy uzyskać tego

typu charakterystykę? Odpowiedź na

to pytanie będzie oczywiście po części

odpowiedzią na pytanie, dlaczego tego

typu obudowy się stosuje, ale tylko po

części. Poza określonym kształtem cha-

rakterystyki przetwarzania, obudowa pa-

mkniętej, tak teraz naszkicujmy obudo-

wę pasmowo – przepustową (zamknię-

tą) jako rozwinięcie prostszej obudowy

zamkniętej lub bas – refleks , co ułatwi

zrozumienie zasady jej działania. Ale

można do tego dojść z dwóch stron.

Obudowa pasmowo – przepustowa za-

mknięta składa się przecież z komo-

ry zamkniętej i komory z otworem.

Możemy sobie wyobrazić zarówno, że

punktem wyjścia jest głośnik pracują-

cy w obudowie zamkniętej, kiedy z

przodu dokładamy komorę z otworem,

jak też sytuację odwrotną – głośnik

pracujący w obudowie bas – refleks

zabudowujemy od przodu komorą za-

mkniętą (ale otwór musi oczywiście

promieniować na zewnątrz).

Na początek przeanalizujmy ten dru-

gi wariant. Jak zachowuje się głośnik w

obudowie bas – refleks , dokładnie opisy-

waliśmy w poprzednich odcinkach. Teraz

tylko przypomnijmy, że przy określonej

częstotliwości rezonansowej obudowy f b ,

otwór będzie silnie promieniował, a jed-

nocześnie sam głośnik zostanie odciążony

od dużych amplitud. Poniżej częstotliwo-

ści rezonansowej f b głośnik „przepycha”

powietrze przez otwór, a powyżej otwór

akustycznie się „zamyka”, przestając pro-

mieniować. Zmienne relacje fazowe mię-

dzy promieniowaniem przedniej strony

membrany głośnika a promieniowaniem

otworu skutkują wypadkową charaktery-

styką przetwarzania, która poniżej często-

tliwości rezonansowej f b opada szybciej

(18…24 dB/okt.) niż charakterystyki same-

go głośnika i samego otworu (do 12 dB/

okt.). Jednak charakterystyka promienio-

wania samego otworu, w klasycznie do-

strojonym bas – refleksie , ma kształt sy-

metryczny, z wierzchołkiem przy często-

tliwości rezonansowej f b , i zboczami ok.

12 dB/okt. po obydwu stronach ( rys. 94 ).

Spadek od strony niskich częstotliwości

powodowany jest spadkiem charaktery-

styki samego głośnika, który jest źródłem

ciśnienia poniżej częstotliwości rezonan-

sowej, spadek od strony wyższych czę-

stotliwości wynika z filtrującego działa-

nia układu rezonansowego. Sam układ

rezonansowy obudowy, jaki wykorzystuje

bas – refleks lub band – pass , jest więc

układem dolnoprzepustowym, a nie pa-

smowo – przepustowym; ale kiedy układ

jest „napędzany” przez głośnik, którego

pasmo jest ograniczone od strony niskich

częstotliwości, tworzy się charakterystyka

pasmowo – przepustowa. Kiedy jeszcze

do takiej charakterystyki promieniowania

otworu dodajemy charakterystykę pro-

mieniowania (przedniej strony) głośnika,

powstaje charakterystyka wypadkowa już

opisywana powyżej, charakterystyka peł-

nego systemu bas – refleks . W systemie

pasmowo – przepustowym chcemy pozo-

stawić tylko charakterystykę promienio-

wania samego otworu, a usunąć charak-

terystykę promieniowania przedniej stro-

ny membrany. Jak to zrobić, a przede

wszystkim po co? Na pierwsze pytanie

odpowiedź wydaje się łatwa – wytłumić

Rys. 95. Obudowa pasmowo–prze-

pustowa otwarta. Obydwie komory

z otworami musza się mieć różne

częstotliwości rezonansowe, co

można uzyskać dzięki różnym ob-

jętościom i (lub) różnym wymiarom

tuneli

Elektronika Praktyczna 5/2005

K U R S

smowo–przepustowa (zamknięta) ma jed-

ną ważną przewagę zarówno nad obu-

dową zamkniętą, jak i z otworem. Cho-

dzi o amplitudowe obciążenie głośnika.

Przypomnijmy raz jeszcze, że obudowa

z otworem pozwala w zakresie swo-

jej częstotliwości rezonansowej, lokalnie

odciążyć głośnik od dużych amplitud,

mimo że otwór, a w ślad za tym cały

układ, promieniuje efektywnie. Ale poni-

żej częstotliwości rezonansowej, obudowa

z otworem nie daje głośnikowi żadnego

„oparcia”, tak jak obudowa zamknięta,

pozwala na swobodne przepompowywa-

nie powietrza przez obudowę i otwór,

można powiedzieć, że głośnik czuje się

w tym zakresie tak, jakby w ogóle nie

był zabudowany. To wywołuje duże am-

plitudy jego pracy (w dodatku zupełnie

bezproduktywnej, bo w tym zakresie ci-

śnienia z otworu i od przedniej strony

membrany znoszą się na skutek prze-

ciwnych faz), co może prowadzić do

przeciążenia nawet niewielką mocą, ale

pojawiającą się w zakresie najniższych

częstotliwości (to skłania wielu produ-

centów subwooferów do elektrycznego

filtrowania subsonicznego, czyli tłumią-

cego sygnały poniżej częstotliwości rezo-

nansowej f b ). Pod tym względem, obu-

dowa zamknięta jest w zakresie najniż-

szych częstotliwości lepsza, bo „trzyma”

głośnik swoją „poduszką powietrzną”.

W rzeczywistości podnosi częstotliwość

rezonansową głośnika f s do f c , przez to

zmniejszając jego amplitudę w zakresie

najniższych częstotliwości. Ale obudowa

zamknięta nie oferuje pełnego odciąże-

nia głośnika w żadnym zakresie, nie

jest bowiem sama układem rezonanso-

wym, który mógłby taki efekt wywołać.

Natomiast obudowa pasmowo – przepu-

stowa zamknięta, zabudowująca głośnik

z jednej strony komorą z otworem, a z

drugiej komorą zamkniętą, oferuje rów-

nocześnie obydwa korzystne zjawiska

– pełne odciążenie w wybranym zakre-

sie (częstotliwości rezonansowej komory

z otworem) i zabezpieczenie przez zbyt

wysokimi amplitudami najniższych czę-

stotliwości (dzięki „trzymaniu” membrany

przez komorę zamkniętą). To oczywiście

podnosi całkowitą wytrzymałość głośni-

ka, do którego można w takim przypad-

ku bezpiecznie dostarczyć większą moc

w całym zakresie niskotonowym, a jed-

nocześnie efektywnie przetworzyć ją na

ciśnienie akustyczne. Obudowa pasmowo

– przepustowa jest więc generalnie bar-

dziej sprawna energetycznie.

Elektronika Praktyczna 5/2005

K U R S

Kształt, a przede wszystkim niewielki

zasięg charakterystyki przetwarzania w

kierunku częstotliwości średnich oczywi-

ście ogranicza możliwości zastosowania

takich obudów tylko do systemów, w

których może być ustalona niska często-

tliwość podziału z głośnikiem średnio-

tonowym, czy wręcz nisko – średnioto-

nowym. Z obudowy pasmowo – prze-

pustowej zamkniętej, która jednocześnie

będzie dobrze przetwarzała częstotliwości

bliskie dolnej granicy pasma akustyczne-

go, praktycznie trudno uzyskać charak-

terystykę sięgającą dalej niż do 100 Hz.

A niewiele głośników średniotonowych

jest zdolnych bezpiecznie i bez kompre-

sji wystartować od takiej częstotliwości.

Układy dwudrożne są zupełnie wyklu-

czone, a i większość trójdrożnych trud-

no będzie dostroić. To pierwszy ważny

powód, dla którego obudowy pasmowo

– przepustowe nie mają szans konkuro-

wać z obudowami zamkniętymi lub bas

– refleks , w których górną granicę pa-

sma przetwarzanego przez głośnik nisko-

tonowy/nisko – średniotonowy określają

parametry samego głośnika i sposób jego

filtrowania elektrycznego, a parametry

obudowy praktycznie nie mają na to

żadnego wpływu. Efekt „samofiltrowania”

akustycznego obudowy pasmowo – prze-

pustowej w niektórych opracowaniach

przedstawia się też jako zaletę – dającą

możliwość wyeliminowania typowego fil-

tra elektrycznego, który poprzez cewkę,

dużą zwłaszcza przy niskich częstotliwo-

ściach podziału, wprowadza choćby re-

zystancję szeregową, podnoszącą dobroć

głośnika. Oczywiście taki argument moż-

na w ogóle rozważać tylko w sytuacji,

gdy zakładana jest niska częstotliwość

podziału. Ale i wtedy trudno ten efekt

wykorzystać do końca w praktyce, bo-

wiem rzeczywisty kształt charakterystyki

ciśnienia z otworu układu pasmowo –

przepustowego (jak również bas – reflek-

su ), niestety nie pokrywa się dokładnie z

przedstawioną wcześniej teorią. Niezależ-

nie od podstawowego układu rezonanso-

wego, którego parametry mają wyznaczać

przewidywany kształt charakterystyki, w

komorze rodzą się rezonanse pasożyt-

niczne (głównie na skutek powstawania

fal stojących między ściankami), a także

rezonanse w tunelu otworu. Aby pozbyć

się tych „śmieci”, i tak trzeba wprowa-

dzić filtrowanie elektryczne, chociaż bę-

dzie ono pełniło już tylko rolę pomocni-

czą – zwykle wystarczy filtr 1. rzędu.

Obudowa pasmo – przepustowa

„zamknięta” to najprostszy wariant, za-

równo konstrukcyjnie, jak i obliczenio-

wo. Obudowa pasmowo – przepustowa

„otwarta” składa się też z dwóch komór,

ale otwory mają już obydwie. W ten

sposób pracuje układ dwóch systemów

rezonansowych. Muszą one być dostro-

jone do różnych częstotliwości rezonan-

sowych – gdyby układ był symetryczny,

tzn. po obydwu stronach głośnika znaj-

dowałyby się układy rezonansowe (ko-

mory z otworami) o identycznych para-

metrach, to cały system nie wytwarzał-

by teoretycznie żadnego ciśnienia aku-

stycznego, bo przecież obydwie strony

membrany głośnika pracują dokładnie

w przeciwnych fazach, co przenosiłoby

się na działanie układów rezonanso-

wych i ostatecznie na promieniowanie

ich otworów. Częstotliwości rezonanso-

we trzeba więc rozsunąć i to dokładnie

tak, aby suma charakterystyk obydwu

układów rezonansowych (uwzględnia-

jąc przesunięcia fazowe), ukształtowała

pożądaną charakterystykę przetwarzania

całego systemu. Nie ma tutaj jednego

współczynnika „rozsunięcia”, bo cha-

rakterystyki poszczególnych układów

też nie są jednoznacznie zdefiniowane,

mogą mieć różny kształt nawet przy

określonych częstotliwościach rezonanso-

wych. Również tutaj, na charakterystykę

każdego układu rezonansowego (komo-

ry z otworem), wpływają zarówno jego

własne parametry, wyjściowe parametry

głośnika, jak i parametry drugiego ukła-

du rezonansowego (oddziaływują po-

przez zmianę parametrów głośnika). Jak

widać, rzecz jest bardzo skomplikowana,

a może być jeszcze bardziej – można

np. wykonać kolejny otwór, w prze-

grodzie, tworząc w ten sposób kolejny,

wewnętrzny układ rezonansowy, którego

działanie nie pozostanie bez wpływu na

układy wypromieniowujące na zewnątrz.

Każdy z takich układów rezonansowych

oddziaływuje na głośnik tak, jak układ

bas – refleks – przy określonej często-

tliwości odciąża głośnik, minimalizując

wychylenie jego membrany. Mnożąc

Rys. 96. Obudowy pasmowo–prze-

pustowe z „interportem” – zamknię-

ta (a) i otwarta (b). Im więcej

układów rezonansowych, tym układ

trudniej dostroić

akustyczne układy rezonansowe wokół

głośnika, możemy wprowadzać więcej

takich zakresów, jednak utrudniając so-

bie opanowanie wypadkowej charaktery-

styki przetwarzania. Nie jest to zresztą

w ogóle możliwe za pomocą „ręcznych”

obliczeń, które mogą dotyczyć ewentu-

alnie tylko najprostszej obudowy pasmo-

wo – przepustowej zamkniętej. Każdy

bardziej skomplikowany system wymaga

pomocy komputerowych programów sy-

mulacyjnych.

Za miesiąc porównamy, na przykła-

dzie dwóch głośników o różnych para-

metrach, charakterystyki dla trzech ty-

pów obudów – zamkniętej, z otworem i

pasmowo–przepustowej zamkniętej.

Andrzej Kisiel

Elektronika Praktyczna 5/2005

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: