Wersja z 10:25, 18 sty 2026

Wstęp

Tekst który powstał w ubiegłym roku a dotyczący głównie mojego coming outu zawierał mały fragmencik dotyczący zwrotnic (zwrotnic prądowych) w kolumnach. Właściwie pretekstem było zdumienie nt. tworzenia kabloentuzjazmu podczas gdy tego zjawiska (czyli stosowania przewodów głośnikowych sensu stricte) mogłoby w ogóle nie być.

Wspomniałem tam o ALSO czyli Active Loudspeakers System Organisation. Do dziś dobrze pamiętam tezy tego archiwalnego artykułu bodajże z HiFi Answers z roku 1978. Streszczając maksymalnie autor dziwi się jak to jest, że bardzo wyrafinowany sygnał ze wzmacniacza, wypieszczony przez tranzystory Mos-Fet, wypielęgnowany w A-klasie nagle wpuszcza się do środowiska kłębków drutu i butelek lejdejskich :)

Umówmy się, że będąc konsekwentny jako nie pijący wody prosto z kranu (czyli nie posługujący się napięciem zasilania saute z gniazdka) nie powinienem też ugotowej potrawy podawać na nocniku (w nocniku ? ). No, ale część użytkowników drogich klocków jest konsekwentna inaczej czego nie potępiam, lecz dziwi mnie to tylko...

No dobrze przejdźmy zatem do rzeczy.

Jeśli kolumna głośnikowa czy jak kto woli zespół głośnikowy składa się z kilku głośników to wymaga kogoś (czegoś) co podpowie głosnikom kiedy mają grać. Bez tej podpowiedzi głośnik nisko tonowy może próbować odtwarzać wysokie tony (co wszakże nie wywoła skutków akustycznych) a wysokotonowy może próbować odtwarzać tony niskie, co może "poważnie zaszkodzić jego życiu lub zdrowiu" czyli może takiej próby nie przeżyć.

Na razie na roboczo pozostańmy przy kolumnie dwudrożnej czyli układzie nisko-tonowy - wysokotonowy. Potrzebujemy urządzenia, które odetnie tony wysokie od głośnika nisko-tonowego i odwrotnie tony niskie od wysokotonowego. Tak naprawdę to zwykle dla bezpieczeństwa pracy wystarczy tylko filtr dla wysokotonowego...

Parę zdań o drganiach

Dla zrobienia dalszego przybliżenia przyjrzymy się teraz głośnikowi i zagadnieniu drgań mechanicznych jako takich. Używając języka szkoły podstawowej zdefiniujemy na początek układ drgający. W największym uproszczeniu składa się on z ciężarka i sprężynki czyli ogólnie mówiąc masy umieszczonej na sprężynie. Taki układ wprawiony w ruch zaczyna drgać z określoną częstotliwością czyli wychyla się góra dół określona ilość razy w jednostce czasu. Ta częstotliwość jest charakterystyczna i niepowtarzalna dla konkretnego układu drgającego. W oczywisty sposób zależy od masy drgającej i sztywności sprężystości, na której ta masa spoczywa.

Określając to bardzo z grubsza beletrystycznie to częstotliwość drgań własnych jest proporcjonalna do sztywności i odwrotnie proporcjonalna do masy. Ponieważ zależnośc nie jet liniowa to pisze proporcjonalna a nie wprost proporcjonalna. Innymi słowy maleje wraz z masą i rośnie wraz ze sztywnością.

Dla "tropicieli różnic", który posługują się wzorami można to zapisać ściśle...

We wzroku występuje jeszcze współczynnik proporcjonalności zawierający liczbę Pi

π ≈ 3,14

a w wrsji audiofilskiej pisane jest złotymi literami i wynosi

π ≈ 3,141592 653589 793238 462643 383279 502884 197169 399375 105820 974944 592307 816406 286208 998628 034825 342117 067982 148086 513282 306647 093844 609550 582231 725359 408128 481117 450284 102701 938521 105559 644622 948954 930381 964428 810975 665933 446128 475

Teraz myślowo zrobimy mały krok do przodu i drgania swobodne zastąpimy drganiami wymuszonymi, wszak prąd elektryczny pulsujący w cewce głośnika z wielką bezwzględnością wymusza na nim ruch. Z jaką to czyni częstotliwością ? Ano z taka jak podpowiada mu wzmacniacz...

Rezonans

Co stanie się jeśli wzmacniacz nieopatrznie zacznie pobudzać głośnik sygnałem, którego częstotliwość zgodzi się z częstotliwością własną głośnika ???

Wystąpi zjawisko rezonansu

To zjawisko jest znane od dawna. Zajrzyjmy do podręcznika fizyki dla podstawówki z roku 1965 :)

Zjawisko rezonansu mechanicznego bywa niekiedy tragiczne w skutkach. Oto w 1850 r. w miejscowości Angers we 
Francji zawalił się duży most, gdy maszerowała po nim kolumna żołnierzy, zachowująca krok marszowy.
Rysunek pokazuje rozmiar tej katastrofy. 
Od tego czasu regulaminy wojskowe nakazują, aby przechodzenie przez mosty zwartych grup ludzi odbywało się krokiem dowolnym. 
Bardzo często załamują się stropy i fundamenty na skutek rezonansu z pracującymi maszynami. 
Kadłuby statków', samolotów, samochodów są szczególnie narażone na trwałe uszkodzenia spowodowane rezonansem mechanicznym. 
Obecnie konstruktorzy opanowali już umiejętność zapobiegania skutkom rezonansu, ale zawsze ze zjawiskiem tym trzeba się liczyć przy opracowywaniu nowych konstrukcji.

Powyższe pokazuje że zjawisko rezonansu (a raczej zjawisko UNIKANIA rezonansu) jest kluczem przy projektowaniu zwrotnic i szerzej mówiąc kolumn głośnikowych w ogóle.

Dla uzupełnienia warto by dodać, że w układach drgających często uwzględniamy tłumienie, lecz uwaga ta ma na tym etapie sens jedynie porządkowy.

Wytwarzanie i rozdział mocy

Drugim ważnym elementem będzie oszacowanie jak kolumna (zespół głośnikowy) oddaje moc do otoczenia.

W tym celu zrobimy banalnie prosty szkic mający na celu uświadomienie zjawiska a nie dokładne rozważania ilościowe.

Wytwarzanie mocy, którą potem odbiera ucho to nic innego jak pompowanie powietrza po to, aby wywołać w nim ruch falowy. Ponieważ rzecz odbywa się w środowisku płynu (przypominam płyn to ciecz lub gaz a gaz to np. powietrze) to opis matematyczny mocno się komplikuje więc na tym etapie odpuszczamy go sobie. Na osi pionowej mamy moc wytwarzana przez zespół głośnikowy czyli kolumnę wyrażoną w procentach. Na osi poziomej mamy częstotliwość i ze względu na szeroki zakres 20 - 20000 ma ona skalę logarytmiczną.

Jeżeli zapytamy ile mocy przenosi głośnik nisko-tonowy to okaże się, że zależnie od częstotliwości podziału jest to co najmniej kilkadziesiąt procent. To wiele tłumaczy i wyjaśnia dlaczego głośniki są zbudowane tak jak są. Co do głośników wysoko-tonowych (na razie na roboczo mówimy tylko o kolumnie dwu-drożnej) to jak widac przenoszą one co najwyżej kilka - kilkanaście procent mocy akustyczne generowanj przez kolumnę.

To tłumaczy cudowne przyrosty mocy głośników wysokotonowych produkowanych np przez Koncern Tysiąclecia w Wielkopolsce. Głośnik, który jako szerokopasmowy (czyli bez zwrotnicy) ma 5-10 wat jako wysokotonowy staje się głośnikiem przeznaczonym do zespołu głośnikowego o mocy 60-80W Skąd ten sukces ? To właśnie tłumaczy wspomniany wykres. Głośnik dzięki ograniczeniu zwrotnicą przenosi tylko ułamek mocy całego zespołu głośnikowego, ale jako jego dana techniczna podawana jest moc całego zespołu... Całkiem to sprytne, ale bywają i skuchy. Koncern produkujący zestaw wzmacniacz- tuner o nazwie Meluzyna robił do niego kolumny wyposażone we francuskie głośniki wysokotonowe. Głośniki nie cieszyły się dobrą opinia bowiem padały jak muchy. Dopiero wymiana ich na pierwsze polskie kopułki dawała remedium i gwarancję długoletniej sprawnej pracy składającej się z samych sukcesów.

Czy to znaczy, że znowu Francuzi chcieli nas nabić w butelkę ? Niekoniecznie...

Tweeter TW 8 był określany mianem supertweeter i wymagał podziału na wyższych częstotliwościach niż w typowej dwudrożnej kolumnie. Tak zastosowane Audaxy TW8 są wieczne :) Wykres uzmysławia jak podniesienie częstotliwości podziału zmniejsza moc generowaną przez głośnik. Dodatkowo też odsuwa jego zakres pracy powyżej rezonansu własnego.

Co na to sztuczna inteligencja ?

Audax TW 8 B to wysokiej klasy głośnik wysokotonowy (tweeter) z aluminiową membraną o grubości 50 mikrometrów. 
Charakteryzuje się doskonałą reprodukcją dźwięku i dobrą liniowością w zakresie wysokich częstotliwości, sięgającą nawet 40 kHz. 
Jest to komponent typu "tweeter" przeznaczony do zaawansowanych systemów audio. 

Zwrotnica pasywna

W tej części zamierzam się w znacznej mierze oprzeć na klasyce klasyki czyli książce doc.mgr inż Aleksandra Witorta "Głosniki i Zespoły Głosnikowe"

Dlaczego tak ?

• Ponieważ jest to książka pisana eleganckim językiem, bez dziwacznych naleciałości mających podkreślać fachowość współczesnych autorów.
• Ponieważ odpowiada mi sposób myślenia i prowadzenia wywodów używany w tej książce.
• Ponieważ nie jest to książka DIY, tylko została napisana pod nadzorem profesjonalnych redaktorów i wydana przez renomowane wydawnictwo.
• Ponieważ (dzięki powyższemu) nie ma ryzyka natykania się raz po raz na błędy ortograficzne, co mnie zwyczajnie brzydzi.
• Ponieważ w tamtych czasach nie było lobbingu i pewne tezy i osądy uważam za uczciwe.
• Ponieważ czuję pewną solidarność zawodową z Docentami :)

Jak zwrotnica

Skoro już wiemy, że istnieją przynajmniej dwie przesłanki aby w zespole głośnikowym głośniki były "zarządzane" przez zwrotnicę to zróbmy kolejne przybliżenie. Na razie rozważamy zestaw dwudrożny więc w pierwszym ruchu możemy głosnik niskotonowy puścić wolno niech sobie gra dopóki mu starczy możliwości. Oczywiście w pewnym momencie wraz ze wzrostem częstotliwości jego możliwości się skończą i wtedy powinien jego role przejąć głośnik wysokotonowy. Najprościej jest zatem zastosować filtr wysokoprzepustowy czyli taki, który odetnie głośni wysokotonowy od tonów niskich aby nie pozwolić mu pracować w warunkach rezonansu, oraz aby nie dopuścić do niego za dużo mocy.

Schematycznie będzie to najprostszy schemat świata :)

Aby ograniczyć głosnik wysokotonowy "od dołu" trzeba podłączyc go przez kondensator

Jaki kondensator - o tym za chwilę :)

No tak ale skoro tak chronimy wysokotonowy to co z niskotonowym... No niestety niskotonowy musi grać w zakresie rezonansu. Dzięki temu, że ma poteżną budowę i jest predestynowany do generowania dużych mocy akustycznych to po prostu daje radę. Oczywiscie rezonans nadal jest zkjawiskiem szkodliwym ponieważ ogranicza od dołu pasmo przenoszenia niskotonowego. Dzieje się tak ponieważ poczynając od częstotliwości rezonansowej jego charakterystyka opada z nachyleniem 6 dB / Oct.

Jak ma się wielkość kondensatora do częstotliwości przy której "odcina" głośnik wysokotonowy.

Pokazuje to poniższy obrazek

Dodatkowo z obrazka wynika jaki wpływ na dobór kondensatora ma oporność głośnika To istotne ponieważ trafiamy na drobną ściemę: Oporność głośnika a właściwie jego impedancję określamy przy częstości 1kHz tyle że nasz wysokotonowy przy tej częstości po prostu nie gra. No ale dla porządku trzeba się było jakoś umówić więc OK niech zostanie to 1kHz Po drugie trzeb sobie uświadomić że dokładanie do głośnika jakichś regulatorów itp. powoduje zwykle włączenie w szereg dodatkowej oporności, trzeba to więc zrobić "z głową" aby nie rozjechał się założony podział :)