Jak projektują kolumny doświadczeni konstruktorzy

Dobrze grająca kolumna powstaje w wyniku metody, a nie przypadku. Doświadczeni konstruktorzy różnią się gustem i ulubionymi rozwiązaniami, ale ich sposób pracy jest uderzająco podobny. Przyjrzyjmy mu się krok po kroku, a także temu, z czego słyną niektórzy autorzy, których konstrukcje znajdziesz w bibliotece projektów Loudsmitha.

1. Założenia przed przetwornikami

Początkujący zaczyna od ulubionego przetwornika. Doświadczony konstruktor zaczyna od pytań: jak duża może być kolumna, gdzie będzie stać, jak głośno i jak nisko ma grać. Między wielkością obudowy, głębią basu i skutecznością obowiązuje kompromis znany jako prawo Hoffmana: z tych trzech cech zawsze możesz mieć najwyżej dwie. Dlatego założenia przesądzają o więcej niż marka przetwornika.

W Loudsmith: kreator z sześcioma pytaniami i założenia w pierwszym kroku, z których aplikacja wyprowadza cele i dobór przetworników.

2. Dobór przetworników według danych, nie ceny

Głośnik niskotonowy wybiera się według parametrów Thiele-Smalla: częstotliwości rezonansowej Fs, dobroci całkowitej Qts, objętości ekwiwalentnej Vas i wychylenia Xmax. To one decydują, do jakiej obudowy pasuje i ile basu da. W przypadku głośnika wysokotonowego liczy się, jak nisko można go podzielić, a w przypadku niskotonowego – gdzie zaczyna się kierunkowość i gdzie membrana zaczyna się rozpadać. Dobre pary mają zakres wspólny, w którym oba przetworniki grają czysto i z podobną kierunkowością.

W Loudsmith: katalog 1604 przetworników z kompletnymi parametrami, ranking głośników niskotonowych według symulacji obudowy i głośniki wysokotonowe uszeregowane według dopasowania do wybranego niskotonowego.

3. Symulacja obudowy

Zanim zostanie przecięta pierwsza płyta, przychodzi czas na symulację: obudowa zamknięta czy bas-refleks, jaka objętość i jakie strojenie portu. Oprócz charakterystyki częstotliwościowej śledzi się też wychylenie membrany, prędkość powietrza w porcie i opóźnienie grupowe. Kolumna, która na wykresie schodzi nisko, ale przy normalnej głośności uderza w Xmax albo świszczy portem, to zły projekt.

W Loudsmith: siedem typów obudów jednocześnie, z porównaniem i rekomendacją.

4. Pomiary, pomiary, pomiary

Tu drogi amatorów i doświadczonych konstruktorów rozchodzą się najbardziej. Dane producenta są mierzone na odgrodzie nieskończonej. Prawdziwy przetwornik w prawdziwej obudowie ma nierówności wynikające z dyfrakcji na krawędziach, rezonanse obudowy i rozrzut między egzemplarzami. Dlatego przetworniki mierzy się w gotowej obudowie mikrofonem (charakterystyka częstotliwościowa, plik FRD) i przyrządem do pomiaru impedancji (plik ZMA). Dopiero na podstawie tych danych projektuje się zwrotnicę.

W Loudsmith: pliki FRD i ZMA dla każdego przetwornika zastępują model, a zwrotnica jest na ich podstawie przeliczana. Bez pomiarów aplikacja szacuje dyfrakcję z wymiarów frontu.

5. Zwrotnica pod rzeczywiste obciążenie

Celem nie jest „filtr 2. rzędu na 2 kHz”, lecz wynik akustyczny: aby sygnał wyjściowy przetwornika, razem z jego własną charakterystyką, podążał za krzywą docelową, na przykład Linkwitza-Rileya 4. rzędu. Filtr elektryczny jest tylko środkiem do celu. Dlatego wartości elementów optymalizuje się pod pomiary, a przy zwrotnicy pasywnej uwzględnia się też straty w cewkach.

W Loudsmith: automatyczny projekt pod cel akustyczny, tryb ręczny, swobodny edytor układu i podział aktywny z DSP.

6. Odsłuch i iteracja

Ostatnie dziesiąte części decybela w poziomie głośnika wysokotonowego czy kształt przejścia stroi się na słuch w pomieszczeniu, w którym kolumna będzie grać. Doświadczeni konstruktorzy przygotowują kilka wersji zwrotnicy i porównują je. Wynika z tego, że nawet najlepszy model nie zastąpi pomiaru i odsłuchu.

Z czego słyną niektórzy autorzy

John Krutke – Zaph Audio

Na stronie Zaph Audio opublikował dziesiątki konstrukcji i porównawczych pomiarów przetworników. Jego projekty, na przykład ZD5 czy ZA-SR71, opierają się na starannych pomiarach i zwrotnicach pasywnych zaprojektowanych na podstawie zmierzonych danych. Przy każdej konstrukcji publikował wykresy pokazujące, jak sprawdzono wynik. Dla wielu amatorskich konstruktorów to do dziś wzór dobrze udokumentowanego projektu.

Siegfried Linkwitz – Linkwitz Lab

Linkwitz jest współtwórcą filtra Linkwitza-Rileya, z którego korzysta dziś większość zwrotnic. We własnych konstrukcjach, takich jak ORION czy PLUTO, promował podział aktywny z korekcją oraz odgrody otwarte (dipole), które słabiej pobudzają pomieszczenie. Dużo pisał o tym, jak pomieszczenie zmienia odbiór dźwięku, i zalecał równoboczny trójkąt stereo oraz odpowiednią odległość od ścian. Na jego wiedzy opiera się też model pomieszczenia w Loudsmith.

Martin J. King – quarter-wave.com

King zajmował się modelami matematycznymi konstrukcji ćwierćfalowych: linii transmisyjnych, TQWT i ML-TL. Jego obliczenia pokazały, że te „tajemnicze” obudowy można precyzyjnie symulować, jeśli uwzględni się rozkład materiału tłumiącego i położenie przetwornika na linii.

Needle – Acoustic Design Magazin

Needle to wąska, smukła kolumna z przetwornikiem szerokopasmowym w obudowie TQWT. Pokazuje, że prosta konstrukcja bez zwrotnicy może grać zaskakująco dobrze, jeśli przetwornik i linia są dobrze dopasowane. Loudsmith używa jej jako punktu odniesienia do porównań i odsłuchu.

Co z tego wynika

• Najpierw założenia, potem przetworniki.
• Symuluj obudowę razem z wychyleniem membrany i prędkością powietrza w porcie, nie tylko charakterystykę.
• Projektuj zwrotnicę pod cel akustyczny, najlepiej na podstawie pomiarów z gotowej obudowy.
• Uwzględnij pomieszczenie, w którym kolumna będzie grać.
• Zacznij od sprawdzonej konstrukcji i ucz się na niej. W bibliotece projektów otworzysz je jednym kliknięciem.