Obudowy głośnikowe i ich konstrukcje i typy

Obudowa jest podstawowym elementem kolumny głośnikowej. Jej głównym zadaniem jest uwypuklanie pewnych zakresów, patrząc od strony akustycznej a biorąc sprawę od strony technicznej, służy do osadzania głośnika lub zespołu głośników. 

Gdyby podłączyć sam głośnik do prądu akustycznego swobodnie o niskich częstotliwościach, doświadczylibyśmy zjawiska zwarcia akustycznego, które objawia się widocznym drganiem membrany głośnika, przy jednoczesnym słabo słyszalnym niskim rejestrze.

Zjawisko te jest właśnie bezpośrednio związane z brakiem obudowy, która by powstrzymała propagację niskich tonów. 

Zwarcie akustyczne jest najprościej rzecz ujmując wyrównywaniem się ciśnień pomiędzy przednią a tylną stroną membrany głośnika. Gdy z przodu powietrze jest "ściskane" to z tyłu membrany powietrze jest rozrzedzane, zjawisko akustyczne się znosi.

I tu pojawia się potrzeba zastosowania takich rozwiązań aby tył głośnika nie powodował powyższego zdarzenia. Po wielu próbach znaleziono wielce praktyczne rozwiązanie i jakże proste, mianowicie z tyłu głośnika umieszczono zwykłą płytę, którą nazwano odgrodą.

Zjawisko zwarcia akustycznego zostało wstępnie wyeliminowane. Oczywiście to był zaledwie wstęp do dalszych odkryć, okazało się w dalszych pracach, iż aby odtwarzać częstotliwość 60 Hz, trzeba by stosować płytę o wymiarach 3 na 3m, co wymusiło dalsze prace badawcze i wynalezienie obudowy.

Sala prob. Sala prób Wrocław. Sala prob Wroclaw. Sale prób Wrocław. Salka muzyczna. Obudowy głośnikowe. Salka muzyczna.

Obudowa głośnikowa jest tworzona z płyt, które pod wpływem częstotliwości głośnika, przy okazji same wytwarzają dźwięk. Okazuje się, że oprócz drgania własnego membrany głośnika, samo powietrze wprawia w drganie obudowę.

Owe drganie niestety nie jest tożsame z drganiem membrany a z odpowiedzią materiału, z którego jest wykonana obudowa i pojawiają się wówczas tzw. częstotliwości rezonansów własnych, wprowadzając zniekształcenia różnego rodzaju.

Aby wyeliminować rezonanse własne, zaczęto szukać takich materiałów, które by zmniejszały zniekształcenia. Okazuje się, że zastosowanie materiałów o większej gęstości, które "przeciwstawiały" się ciśnieniu akustycznemu, doprowadzało do korzystnych rezultatów.

Poniżej przedstawiamy materiały, które ze względów fizycznych, najlepiej nadają się na obudowy głośnikowe, przy jednoczesnym założeniu, że z różnych względów ich zastosowanie ich jest ograniczone.

Podstawowym surowcem do wyrobu obudów głośnikowych jest drewno oraz jego formy przetworzone, czyli płyty meblowe oraz sklejka.

Jako, iż są różnej twardości drewna, więc i płyty z nich wytwarzane będą miały różne gęstości. 

Jednak najczęściej stosowanym materiałem są płyty mdf, przy zachowaniu dużego ciężaru właściwego oraz poprawiania niskich częstotliwości. Bardzo jednocześnie ważnym kryterium skuteczności płyty, jest jej grubość.

I tu pojawia się wniosek o stosowanie najcięższych materiałów, czyli metali i niektórych rodzajów kamienia, itp. Metale mają przy tym niskie tłumienie wewnętrzne. Także robiono próby z betonem, okazało się jednak, że wzorowe tłumienie częstotliwości niskich, powodowało, że odbiór muzyki wykonanych w ten sposób obudów, nie był zadowalający.

Obudowy z litego drewna, takiego jak dębina, wytwarzają tzw. "pseudo-basy", które nawet w małych obudowach, powodują zwiększony odbiór niskich częstotliwości, które są promieniowane dookólnie. 

Jednym z najlepszych rozwiązań do stworzenia obudowy, która tłumi rezonanse, jest zastosowanie dwóch płyt wiórowych oraz wypełnienia piaskiem lub tworzywem piankowym.

Sala prob. Sala prób Wrocław. Sala prob Wroclaw. Sale prób Wrocław. Salka muzyczna. Obudowy głośnikowe i ich konstrukcje i typy.

Podczas pracy głośnika lub głośników, w obudowie pojawiają się fale stojące, generowane przez tylną stronę membrany głośnika.

Pojawiają się wtedy gdy dźwięk odbije się od tylnej ścianki, boków i wieńców, ich działanie polega na stałym odbijaniu się od ścianek powodując zjawisko zmieniania się amplitudy i zauważalnego zwiększania słyszalności rezonansów.

Aby temu zapobiec, możemy w samej obudowie zastosować nierównoległe przegrody, wprowadzenie materiałów pochłaniających dźwięk lub budować korpusy obudów w kształcie kuli, gdzie odbicia fali dźwiękowej są znoszone.

Stosowanie odpowiednich proporcji przy wyrabianiu obudów głośnikowych przyczyni się do mniejszej ilości zbytecznych zabarwień dźwiękowych. 

Najlepiej zastosować proporcje: 0,8 : 1 : 1,25 oraz 0,6 :  1 : 1,6. Według ustaleń określonych podczas badań, nie zaleca się stosowania potrójnej długości jednej ze ścianek. 

Aby tłumić najskuteczniej zbędne promieniowanie wewnątrz korpusu, poleca się stosować różnego rodzaju porowate absorbery włókniste (wełna mineralna, wełna owcza),  porowate i nieporowate pianki

Zasadniczo powinno się stosować warstwy tłumienia w zakresie od 2, 5 do 5 cm.

Jednakże dokładne ustalenie grubości wytłumienia powinno być wykonane metodą prób i błędów oraz przy zastosowaniu miernika częstotliwości, aby osiągnąć zadowalający efekt foniczny.

Sala prob. Sala prób Wrocław. Sala prob Wroclaw. Sale prób Wrocław. Salka muzyczna.

Jak się okazuje, dla niskich częstotliwości gdy fala ma duży zakres, kształt obudowy nie ma lub w nieznaczny sposób ma wpływ na właściwości akustyczne.

W przypadku średnich i wysokich promieniowań, długość fali jest mniejsza i kształt obudowy ma już zdecydowane znaczenie. Pojawiają się wówczas załamania i odbicia fal od obudowy.

Sugeruje się przeto aby unikać wszelkich krawędzi na ściance czołowej obudowy, głośniki powinno osadzać się nie na ściance a w wyfrezowaniu gniazda na głośnik, a frezowania najlepiej zaoblić.

Badania również wykazują, że niebagatelny wpływ na skuteczność działania głośnika mają wkręty używane do przymocowywania głośnika, najlepsze są te z łbami płaskimi. Istotnie na odbiór dźwięku także wpływa obicie zewnętrznej strony obudowy cieńką pianką syntetyczną.

Sala prob. Sala prób Wrocław. Sala prob Wroclaw. Sale prób Wrocław. Salka muzyczna.

Mamy pięć podstawowych typów obudów i zaliczamy do nich:

• Obudowę zamkniętą
• Obudowę basrefleks
• Obudowę typu "linia transmisyjna"
• Obudowę tubową, inaczej zwaną wykładniczą
• Obudowę typu compound

 Sala prób Wrocław. Sala prob. Sala prób. Sale prób. Sala prob wroclaw. Salka muzyczna.

Obudowa tego typu jest najprostszą z obudów głośnikowych. Mamy dwa rodzaje tego typu: obudowa zamknięta zwykła oraz z zawieszeniem akustycznym.

Okazuje się, że układy elektryczno-akustyczne tych typów działają podobnie do zwrotnic głośnikowych z filtrem górnoprzepustowym, drugiego rzędu. Oznacza to, że ciśnienie dźwięków tak wbudowanych głośników zmniejsza się od ich częstotliwości rezonansowej o 12 dB na oktawę 

Okazuje się, że obudowy zamknięte wykazują się w jakimś stopniu pewnymi niedociągnięciami a są związane z niską efektywnością propagacji niskich tonów i ich odtwarzania oraz niskim ciśnieniem akustycznym.

Wynikają one  z niewykorzystywania dźwięku wytwarzanego przez tylną stronę membrany, której dźwięk jest tłumiony.

Inaczej sprawa się ma z obudową basrefleks, która wykorzystuje promieniowanie tylnej strony membrany głośnika, poprzez wydostawanie się ciśnienia akustycznego w niskich rejestrach poprzez rezonanse, przez otwory w przedniej lub tylnej ściance obudowy. W ten sposób następuje wzmocnienie niskich częstotliwości.

Obecnie typ basrefleks jest najczęściej stosowane w obudowach hi-end i  kolumnach estradowych.

Wyszczególniamy trzy rodzaje rodzaje typu basrefleks. Należą do nich:

1. Obudowa z otworem prostym
2. Obudowa z tunelowym otworem rurowym 
3. Obudowa z membraną bierną

Powietrze znajdujące się w obudowie i powietrze znajdujące się na zewnątrz obudowy a łączące się z obudowa poprzez otwór/tunel, działa na siebie jak sprężyste zawieszenie i podczas drgań membrany powstają rezonanse, które powodują ruch powietrza zawartego w obudowie przez tunel.

Jeżeli częstotliwość rezonansowa obudowy jest tożsama z rezonansem wbudowanego głośnika, wówczas cały układ działa w przeciw fazie, czyli gdy głośnik promieniuje do przodu, powietrze z tunelu jest wypychane, natomiast gdy głośnik drga w tył, powietrze jest zasysane.

Obudowa basrefleks posiada kilka dodatnich cech w odróżnieniu od obudowy zamkniętej, są to:

• Mniejsze wychylanie membrany w częstotliwościach rezonansowych obudowy, co przysparza większej obciążalności układu i zmniejsza zniekształcenia modulacyjne.

• Niższa częstotliwość graniczna przy zastosowaniu tego samego głośnika co w obudowie zamkniętej.

• Wyższa o +3 dB skuteczność porównując do obudowy zamkniętej o tej samej objętości.

Obudowa głośnikowa z membraną bierną jest typem obudowy basrefleks ale posiada dwie dodatkowe zalety, których nie posiada obudowa ta pierwsza, mianowicie:

Eliminuje zabarwienia rezonansu tunelu

Szumy strumienia powietrza

Jest praktyczna w małych obudowach, gdzie wymagane długości tunelu, przekraczają głębokość obudowy.

Membrany bierne działają jak otwór basrefleks, dając tym samy efekty pozytywne jak duża obciążalność, niewielkie zniekształcenia i nieduże wychylenia membrany w głośniku aktywnym.

Sala prób Wrocław. Sala prob. Sala prób. Sale prób. Sala prob wroclaw. Salka muzyczna.

Obudowy głośnikowe typu filtr środkowoprzepustowy zostały opracowane pod koniec lat 70, 20 wieku, przez angielskiego inżyniera.

Sama idea takiej obudowy została stworzona teoretycznie.

Okazuje się bowiem, że łączne ciśnienia akustyczne systemu basrefleks , wynika z sumy ciśnień głośnika i tunelu basrefleks i jeśli oddzielimy te dwa zjawiska od siebie, otrzymamy naturalny filtr środkowoprzepustowy o wysokiej sprawności, tam samo jak obudowa zamknięta o takiej samej objętości.

Obudowa tego typu powstaje przez kombinację tych dwóch rodzajów obudów, zamkniętej i basrefleks z membraną bierną.

Zakres częstotliwości, które są przenoszone przez taką obudowę, dobiega szczytu w okolicach 150 Hz, czym jest podobna w działaniu do subwoofera. 

Współczynnik sprawności tej obudowy zwiększa się poprzez "wtłaczanie" częstotliwości poniżej i powyżej pasma środkowego i przez to "zwiększa" moc układu. 

Sala prob. Sala prób Wrocław. Sal prob Wroclaw. Sale prób Wrocław. Blog

System compound lub inaczej izobaryczny (stałego ciśnienia) jest konstrukcją składającą się obudowy, gdzie dwa głośniki są ustawione osiowo w stosunku do siebie, a wszystkie parametry są traktowane jak dla jednego głośnika.

Istotną zaletą tej konfiguracji jest wielkość obudowy, która stanowi tylko połowę objętości dla jednego głośnika, co jest kluczowym rozwiązaniem dla subwoofera.