Promieniowanie głośnika i wynikające z tego konsekwencje

Wróćmy do tematu artykułu – promieniowanie głośnika. Nie chodzi tu bynajmniej o promieniowanie radioaktywne (no, chyba że jest to głośnik „z odzysku”, np. z byłej elektrowni w Czarnobylu), lecz o promieniowanie fal dźwiękowych. Jak wiadomo, membrana głośnika porusza się w dwóch kierunkach, a obie strony membrany są odsłonięte (tylna strona jest co prawda nieco przesłonięta przez kosz i magnes, jednak nie powoduje to wielkich problemów w wypromieniowaniu energii przez tył głośnika).

Nas najbardziej interesuje to, co głośnik „mówi” do nas „twarzą w twarz”, czyli promieniowanie przedniej strony membrany. Jeśli jednak nie odizolujemy części przedniej od tylnej, to fale promieniowane przez tył membrany będą wpływały dość znacząco na to, co promieniuje przód. A że fale „tylne” są w stosunku do fal „przednich” w przeciwfazie (przesunięte o 180 stopni), więc będzie występować osłabienie fal emitowanych przez przednią stronę membrany. Zjawisko to będzie tym bardziej zauważalne, im większy jest stosunek długości fal do wymiarów głośnika, czyli – mówiąc „po ludzku” – jest to słyszalne w zakresie fal długich, tj. przy częstotliwościach niskich (poniżej 200 Hz). Aby temu zapobiec trzeba oddzielić przednią stronę głośnika od tylnej. Najprościej można to zrobić, umieszczając głośnik w odgrodzie. Ale żeby całkiem wyeliminować to zjawisko musiałaby to być, teoretycznie, nieskończenie wielka odgroda, a praktycznie kawał „dechy”, powiedzmy 50 × 50 m. Jak widać – odpada. Pomijając już fakt, że obudowa złożona z jednego kawałka deski jest mało ciekawa, rozpatrzmy co się dzieje, jeśli zmniejszymy rozmiary odgrody.

ODGRODA

Dzięki odgrodzie możemy odseparować fale dźwiękowe promieniowane przez przód i tył membrany, tak aby zminimalizować wzajemne niekorzystne oddziaływanie tych fal na siebie – to już wiemy. Jednak separacja ta jest różna dla różnych długości fal, w zależności od rozmiarów odgrody. Korzystne oddziaływanie odgrody na fale emitowane przez obie strony membrany występuje wówczas, gdy ich długość nie przekracza podwójnej długości drogi dokoła odgrody, między obu stronami membrany. Przy takiej długości fazy fali bezpośredniej i ugiętej dokoła odgrody są zgodne i ciśnienia akustyczne obu fal dodają się. Tę długość fali i odpowiadającą jej częstotliwość nazwano granicznymi odgrody. Dla fal dłuższych odgroda nie stanowi większej przeszkody, dlatego fale interferując zmniejszają swoją amplitudę. Poniżej częstotliwości granicznej odgrody membrana promieniuje energię akustyczną proporcjonalnie do czwartej potęgi częstotliwości. W celu wyeliminowania niekorzystnych interferencji związanych z częstotliwością dwa razy większą od granicznej umieszcza się głośnik niesymetrycznie. Ponieważ poniżej częstotliwości rezonansowej membrany sprawność głośnika szybko maleje, wystarczy więc, aby rozmiary odgrody były takie, by jej częstotliwość graniczna była równa częstotliwości rezonansowej membrany.

OBUDOWA OTWARTA

Dawniej była powszechnie stosowana w różnej maści radioodbiornikach typu „Śnieżka” i innych. Teraz występuje znacznie rzadziej, choć z pewnymi modyfikacjami stosuje się je w combach, czyli popularnie mówiąc „piecach” gitarowych. Co prawda nie jest to dokładnie obudowa otwarta, gdyż przeważnie tył „pieca” jest częściowo przysłonięty, natomiast w takiej „sztandarowej” obudowie otwartej mamy skrzynkę z wyjętą tylną ścianką. Ze względu na zachodzące zjawiska obudowa otwarta jest również odgrodą, otrzymaną przez zagięcie krawędzi odgrody płaskiej.

Z kształtem obudowy otwartej jest związana inna jeszcze właściwość. Wnętrze skrzyni jest komorą akustyczną, z jednej strony otwartą, a z drugiej zamkniętą ścianką, na której jest umieszczony głośnik. Otwarta strona komory promieniuje energię na zewnątrz, a impedancja promieniowania przenosi się wzdłuż komory do zamkniętego końca i obciąża membranę głośnika. Powoduje to, wraz ze zwiększaniem długości obudowy, zmniejszanie częstotliwości granicznej i poszerzenie pasma w dół oraz podbicie tonów niskich. W obudowach otwartych, podobnie jak to było w przypadku odgrody, stosowanie głośników o częstotliwości rezonansowej mniejszej niż częstotliwość graniczna obudowy jest bezcelowe, gdyż poniżej tej częstotliwości sprawność przetwarzania urządzenia głośnikowego z obudową otwartą szybko maleje.

Jak wspomniałem na początku, zagadnienia tu poruszone to tylko wstęp do szerszego tematu – obudów głośnikowych. Nikt nie wymaga od nas umiejętności ich projektowania ani sypania z rękawa ich parametrami, ale warto (a nawet trzeba) wiedzieć co nieco o tym, jakie rodzaje obudów są obecnie używane, które z nich są najpopularniejsze oraz jakie zalety i wady mają poszczególne rozwiązania.

Piotr Sadłoń