>>>

Przewaga technologii koaksjalnej

PRZEWAGA SZEROKOPASMOWEGO ZESTAWU GŁOŚNIKOWEGO W KONSTRUKCJI KOAKSJALNEJ (współosiowej)

  • autor: Kamil Kieca

Termin „koaksjalny” oznacza „umieszczony na wspólnej osi”. W przypadku głośnika chodzi o umieszczenie w jednej osi za sobą, wszystkich źródeł odtwarzających dźwięk w różnych zakresach częstotliwości. Ma to na celu stworzenie jak najbardziej zbliżonego do ideału, spójnego, punktowego źródła dźwięku, poprzez pozbycie się problemów generowanych przez zestawy głośnikowe, w których głośniki są umieszczone nad sobą (jak to ma miejsce w przypadku każdego tradycyjnego zestawu czy kolumny). Gdzie zatem przebiega ta oś? Znajdziemy ją dokładnie w środku przetwornika biegnącą od tyłu przez okrągły magnes i wychodzącą w środku kopułki membrany. W przypadku tuby będzie biegła od wlotu gardzieli do wylotu ust (jakkolwiek w przypadku tub celowo skonstruowanych jako asymetryczne opis taki będzie miał mniejsze zastosowanie).

Pojęcia niezbędne do zrozumienia istoty zagadnienia:

Źródło dźwięku – na użytek tego artykułu mogą to być zarówno elementy składowe zestawu głośnikowego takie jak przetworniki niskotonowe, średniotonowe czy driver wysokotonowy ale także cały, gotowy zestaw. Jeżeli źródłem dźwięku jest pojedynczy głośnik, to będziemy mówić o jego ograniczonym zakresie odtwarzania pasma w przeciwieństwie do kompletnego zestawu, który można nazwać szerokopasmowym.

Pasmo przenoszenia (zestawu lub poszczególnego źródła) – zakres częstotliwości odtwarzany przez głośnik – właściwy dla danego rodzaju przetwornika. Dla przykładu: głośnik niskotonowy może mieć zakres 50-500Hz, średniotonowy 300-4000Hz a wysokotonowy 1000 – 20000Hz. Oczywiście zakresy pracy różnych głośników mogą być inne.

Koaksjalny zestaw głośnikowy – przedmiot rozważań tego artykułu

Tradycyjny zestaw głośnikowy – zestaw dwóch lub więcej głośników, gdzie przetworniki umieszczone są nad sobą - niskotonowy na dole, średniotonowy (o ile występuje) w środku a wysokotonowy na górze kolumny. Istnieją inne układy przestrzenne stosowane przez konstruktorów (np. D’Apollito), ale dla uproszczenia zostaną pominięte w tym artykule.

Krosower audio (zwrotnica) – układ elektryczny lub elektroniczny złożony z elementów pasywnych takich jak kondensatory, cewki i oporniki (lub cyfrowy DSP), którego celem jest ograniczenie pasma przenoszenia dźwięku odtwarzanego przez głośniki pracujące w różnych zakresach częstotliwości. Właściwie skonstruowany krosower jest dopasowany do konkretnego (nie dowolnego) zestawu głośników, tuby i obudowy ze szczególnym uwzględnieniem punktu podziału właściwego dla tych elementów, liniowości magnitudy (SPL względem częstotliwości) i liniowości fazy całego zestawu. Efektem działania filtrów, opisanego wyżej układu elektrycznego, jest wytłumienie części pasma sygnału, który wędruje do głośnika. Filtry stosowane w krosowerach mają swoje charakterystykę nachylenia zbocza (stopień wygaszania sygnału dźwiękowego) wyrażoną w decybelach na oktawę. Oznacza to w uproszczeniu, że w zestawie zawsze istnieje konkretny, węższy lub szerszy zakres pasma w którym gra więcej niż jeden głośnik. Więcej o teorii i klasyfikacji podobnych układów tutaj: https://en.wikipedia.org/wiki/Audio_crossover

Krosower przestrzenny (spatial crossover) – funkcjonuje w ośrodku, w którym rozchodzi się dźwięk czyli w przypadku zainteresowania tego artykułu – w powietrzu. Jest związany zarówno z pasmem odtwarzania jak i z przestrzenią w której działa zestaw głośnikowy. Przestrzenią, w której w jednym czasie oddziaływają na siebie dwa lub więcej źródła dźwięku odtwarzające ten sam sygnał. Jest to obszar w którym możemy spodziewać się najwięcej problemów w postaci niepożądanego wzmocnienia lub nawet całkowitego wykasowania sygnału (dziura w paśmie). Problemy te są zminimalizowane lub wyeliminowane w koaksjalnych zestawach NAW Performance Audio

Faza – fale dźwiękowe polegają na cyklu regularnych powtórzeń. Faza określa w jakim punkcie cyklu znajduje się dana fala. Wyrażana jest w stopniach, gdzie jeden cykl to 360stopni, połowa to 180st itd. Głównym aspektem fazy istotnym dla tego artykułu jest wpływ jaki mają na siebie dwie takie same fale (sygnały, dźwięki) odtwarzane przez dwa różne źródła (różne głośniki). Fale takie mogą się do siebie dodawać powodując wzmocnienie siły dźwięku lub nawet całkowicie skasować czego efektem będzie kompletna cisza. Jednym z elementów mających wpływ na takie zachowanie obu fal będzie ich faza względem siebie. Zjawiska kasowania lub wzmacniania dźwięku związane z fazą mają związek z różnicami w czasie, w jakim dźwięk dociera do słuchacza z poszczególnych źródeł. Te z kolei mają związek z umieszczeniem tych źródeł w przestrzeni względem siebie oraz słuchacza.

Filtrowanie grzebieniowe – efekt nakładania się dwóch lub więcej takich samych sygnałów audio z których jeden jest opóźniony względem kolejnego powodując konstruktywne i destruktywne interferencje. Odpowiedź częstotliwościowa takiego sygnału składa się z serii regularnych kasowań, przybierając formę grzebienia.

Na poniższym filmie możemy zaobserwować nakładanie się dwóch sygnałów z których jeden zostaje stopniowo opóźniany. Każde zwiększenie tego opóźnienia (czyli także odległości od słuchacza) powoduje pojawienie się kasowań sygnału w coraz niższych częstotliwościach. Każdy obszar „dołka” jest brakiem informacji które docierają do ucha czego efektem jest stopniowy zanik przejrzystości, wyrazistości mowy do zupełnej degradacji dźwięku przypominającego dudnienie.


Film opisujący problem filtrowania grzebieniowego:

Główne problemy tradycyjnych zestawów głośnikowych i ich zminimalizowanie poprzez zastosowanie technologii koaksjalnej:

1. Różnice w odległości słuchacza od poszczególnych źródeł dźwięku wraz ze zmianą pozycji odsłuchowej.

Zmiana pozycji aparatu pomiarowego lub ucha słuchacza powoduje różnicę w odległości od źródeł a co za tym idzie zmiany w fazie i wszystkie tego negatywne konsekwencje (filtrowanie grzebieniowe w obszarze krosowera przestrznnego) W głośniku koaksjalnym odległość słuchacza od obu źródeł jest zawsze taka sama, niezależnie od zmiany kąta i osi odsłuchu.

2. Dziury w paśmie w obszarze krosowera przestrzennego słyszane pod różnymi kątami.
Barwa zestawu jest zwykle ustawiana i podawana przez producentów wyłącznie dla jednego punktu w przestrzeni w osi zestawu. Wąskie pasmo przenoszenia głośników wysokotonowych i rozmiar głośników niskotonowych uniemożliwiają zachowanie właściwej barwy pod kątem innym niż 0 stopni w płaszczyźnie poziomej. Zmiana kąta pozycji odsłuchowej większości zestawów tradycyjnych, szczególnie tam gdzie głośnik niskotonowy jest większy niż 10” a driver niewielkich rozmiarów, wyraźnie uwypukla braki w częstotliwościach środkowego pasma. Rozwiązaniem w tradycyjnym podejściu jest stosowanie dużych i kosztownych, nisko grających zestawów drivera z tubą (im większy wylot tuby tym niższe częstotliwości może odtwarzać) rzadziej stosowane ze względu na swoją cenę i słabsze odtwarzanie wysokich częstotliwości.
Problem zobrazowany jest na poniższym filmie. Mamy tu do czynienia z tradycyjnym zestawem pierwszoligowego producenta z USA firmy Meyer Sound. Podczas przemieszczania się punktu odsłuchu (czarno biały punkt wędrujący z dołu do góry) zachodzą zasadnicze zmiany w szerokości rozproszenia poziomego (obserwowanego na niebieskim oknie "section view"), a skutkuje to w zmianie barwy dźwięku w obszarze krosowera (kwadrat XO) odsłuchiwanego pod różnymi kątami.


Film obrazujący problem:

(film zamieszczam dzięki uprzejmości Merlijna van Veen)


W związku z brakiem różnicy w odległościach od źródeł w głośniku koaksjalnym oraz zastosowaniem najwyższej jakości driverów z dużą 3” cewką i możliwie szerokim pasmem przenoszenia i ten problem został rozwiązany. Punkt podziału obu źródeł jest ustawiony na tyle nisko aby zachować stały kąt pokrycia (Dla modeli VSC jest to 60x40st) i spójne pasmo pod różnymi kątami.


3. Dźwięk odbity od twardych powierzchni refleksyjnych. - W każdej zamkniętej przestrzeni fala dźwiękowa odbita od ścian, sufitu i podłogi zawsze dociera do słuchacza później niż dźwięk bezpośrednio emitowany ze źródła. Każda różnica w czasie między dwoma takimi sygnałami będzie powodowała problemy w postaci filtrowania grzebieniowego w praktyce odbierane jako stopniowe wykasowywanie tonów od wysokich do coraz niższych wraz z oddalaniem się od źródła dźwięku. W przypadku tradycyjnego zestawu dochodzi do tego jeszcze różnica wynikająca z odległości między źródłami.

Rys.1. Konstrukcja klasyczna
koaksjal_rys-1.jpg
Rys.2. Konstrukcja koaksjalna
koaksjal_rys-2.jpg

W głośniku współosiowym nie tylko odległość słuchacza od źródeł jest taka sama – podobnie ma się sprawa z ich odległością od powierzchni odbijających dźwięk. Opóźniona, odbita fala akustyczna dochodząca do słuchacza jest pozbawiona filtra grzebieniowego, którego źródłem jest wspominana już wielokrotnie różnica w odległości głośników od tych powierzchni.

Pomysł ustawienia głośników koaksjalnie nie jest nowy. Pierwsze próby można datować na lata trzydzieste XX wieku. Dziś z tej technologii korzysta wielu producentów, którzy stawiają jakość odtwarzanego dźwięku jako priorytet i rozumieją problemy jakie niesie oddalanie od siebie źródeł w jednym zestawie szerokopasmowym. Każde podejście odróżniają jednak szczegóły, nadające produktowi unikalny charakter.

Dzisiejsza technologia umożliwiła stworzenie rozwiązań niedostępnych przed laty. Jednym z nich jest umieszczenie w naszych przetwornikach obu cewek w jednym magnesie przez co odległości od źródeł uległy zasadniczemu zmniejszeniu, co w konsekwencji umożliwiło stworzenie spójnych fazowo filtrów dla obszaru krosowera przestrzennego. W profesjonalnych rozwiązaniach scenicznych sprzed lat kompensację czasu (delay time) musiano rozwiązywać tworząc kosztowne rozwiązania wielokanałowe sterowane elektroniką kiedy dzisiaj wszystkie nasze satelity serii VSC oraz monitory TM i PMK można napędzić z jednego kanału końcówki mocy bez specjalnej korekcji zarówno barwy jak i fazy.


W dobie niezwykle popularnych i marketingowo nośnych nagłośnieniowych systemów liniowych mieliśmy do czynienia z regresem tradycyjnego podejścia: paczki złożonej z kilku głośników promieniujących z bardziej lub mniej oddalonych od siebie odległości. Systemy prawdziwie liniowe, w których zachowane są wszystkie pryncypia teorii Line Array (w odróżnieniu od tych, które tych zasad nie spełniają a jest ich na rynku bardzo wiele) mają zasadniczą przewagę zdolności tworzenia fali cylindrycznej, która min. utrzymuje wysoki SPL na większe odległości z zachowaniem jednorodności barwy (temat i szczegóły zostawimy na kolejny artykuł) ale także niosą ze sobą kilka istotnych wad. Należy do nich zaliczyć większy koszt i skomplikowanie systemu oraz dużo większe wymagania od ekipy technicznej, która ustawia sprzęt na danym obiekcie.

Wraz ze wzrostem możliwości technicznych producentów przetworników i pojawianiem się nowych pomysłów na umiejscowienie głośników w zestawie tak, aby maksymalnie zbliżyć się do idealnego, pełnopasmowego źródła punktowego, pojawiają się rozwiązania umożliwiające w prosty dla użytkownika sposób osiągnąć efekty w postaci doskonałego dźwięku za każdym razem. Ten cel przyświeca każdemu projektowi, który wdrażamy w NAW Performance Audio.

Autor: Kamil Kieca

 

Blog

Produkty w których zastosowano omawianą technologię

Do pobrania:

Jesteśmy również na

KONTAKT

Godziny pracy:

  • pon - pt: 9:00 - 17:00

Biuro:

  • tel.: +48 33 488 11 48
  • kom.: +48 792 578 828

Dział handlowy: