Subwoofery. Podwieszać czy stackować

Z punktu widzenia czasu instalacji i jej wygody zapewne tak – o wiele łatwiej i szybciej jest postawić przed sceną np. 4 subbasy niż podwieszać je razem z modułami szerokopasmowymi.

Jeszcze większa rozbieżność między czasem instalacji (i jej pracochłonnością) jest w przypadku postawienia na „glebie” ośmiu czy więcej subwooferów, a koniecznością podwieszenia ich w osobnych gronach. Jeśli jednak przyjrzymy się fizyce dźwięku, prawdopodobnie stwierdzimy, że – jak większość sytuacji w świecie audio – odpowiedzią na zadane wcześniej pytanie (czy zawsze najlepszym miejscem dla subów jest ziemia) będzie, dość enigmatyczne zresztą, „to zależy”.

ARGUMENTY ZA „ZIEMIĄ”

Na początek spróbujmy zaleźć argumenty przemawiające za tezą, iż podłoże miałoby być najlepszym miejscem dla subwooferów. Umieszczenie głośnika na dużej powierzchni (w porównaniu z długością fali) powoduje, że otrzymuje się wzmocnienie energii emitowanej w danym kierunku. Oznacza to, że cała energia promieniująca z głośnika, która w normalnych warunkach emitowana byłaby sferycznie (czyli z równą mocą we wszystkich kierunkach), jest teraz wypromieniowywana w półkuli, czyli połowie zwykłego obszaru. W rezultacie następuje 3-decybelowy wzrost promieniowanej energii, czyli taki sam, jaki uzyskalibyśmy poprzez podwojenie liczby subwooferów. Jeśli teraz obszar promieniowania ograniczymy pionową powierzchnią, na przykład czołem sceny, to zmniejszymy obszar promieniowania energii dźwiękowej do ćwierci obszaru pierwotnego, uzyskując kolejne wzmocnienie o 3 decybele (przy założeniu, że czoło sceny wykonane jest ze sztywnego i twardego materiału), czyli efekt jeszcze jednego podwojenia liczby subów. A zatem ustawiając zaledwie cztery subwoofery, uzyskamy efekt wyjściowy równorzędny użyciu 16 subwooferów! Jest to z pewnością bardzo mocny argument na poparcie omawianej tezy.

CZY ISTNIEJĄ JAKIEŚ INNE KWESTIE, KTÓRE NALEŻAŁOBY ROZWAŻYĆ?

A co z prawem odwrotności kwadratów? Zapewne wiecie, że każdemu podwojeniu lub zmniejszeniu dystansu od głośników o połowę towarzyszy 6-decybelowa zmiana poziomu (w plenerze, gdy mamy do czynienia ze źródłem punktowym lub zbliżonym do niego). Bywa, że pierwszy rząd widowni znajduje się zaledwie 3 metry od subwooferów. Jak daleko znajduje się stanowisko FOH albo ostatni rząd słuchaczy? Załóżmy, że FOH może się znajdować w odległości 30 m, a najdalej stojący słuchacze 60 metrów od sceny. Jeżeli subwoofery wytwarzają SPL na poziomie 100 dB w punkcie FOH, to w pierwszym rzędzie widowni wynosi on 120, a w ostatnim 94 dB. Oznacza to różnicę 26 dB! Oczywiście, w pomieszczeniach zamkniętych jest nieco lepiej, ale dla kilku pierwszych rzędów słuchaczy sytuacja taka nie jest zbyt komfortowa. Jakby tego było mało, weźmy pod uwagę, że w punkcie pracy crossovera mamy do czynienia z dwoma źródłami dźwięku, pracującymi w dość dużej odległości od siebie, ale odtwarzającymi ten sam sygnał. Powiedzmy, że moduły średnio-wysokotonowe są zawieszone około 7,5 metra ponad subwooferami. Co się dzieje w punkcie podziału częstotliwości?

Naszym pierwszym problemem staje się synchronizacja czasu dotarcia dźwięku z subwooferów i modułów średnio- -wysokotonowych. Gdybyśmy miksowali materiał siedząc w pierwszym rzędzie widowni, to musielibyśmy nieco opóźnić sygnał z subwooferów, prawdopodobnie o jakieś 13 milisekund. Ale już różnica odległości pomiędzy tymi głośnikami „widziana” ze stanowiskia FOH wynosi tylko 3 metry, czyli 2,7 ms, zaś w ostatnim rzędzie maleje do zaledwie 45 centymetrów, co oznacza różnicę w czasie zaledwie 1,3 ms. Komu zafundujemy dobre brzmienie, a kto będzie poszkodowany?

Fizyczne rozmieszczenie głośników w znaczący sposób wpływa na wyrównanie charakterystyki przenoszenia systemu, a oprócz tego ma istotne oddziaływanie na powstawanie anomalii w okolicach punktu pracy crossovera. W przypadku każdego systemu głośnikowego, składającego się z dwóch lub więcej źródeł dźwięku, przetwarzających ten sam sygnał, mamy do czynienia z określonymi dolinkami w biegunowym wykresie odpowiedzi częstotliwościowej, w jednym lub więcej kierunkach, w zależności od częstotliwości i fizycznej odległości pomiędzy głośnikami. Innymi słowy, słuchacze w różnych miejscach słyszą inną odpowiedź częstotliwościową w okolicach podziału pasma pomiędzy głośniki. Spróbujmy zamodelować to, co się wówczas dzieje.

MODELUJEMY

Rysunek 1 przedstawia charakterystykę kierunkową dla częstotliwości w zakresie 80 do 125 Hz, dla zestawu średnio- wysokotonowego, zawieszonego na wysokości około 7,5 metra, oraz subwoofera ustawionego bezpośrednio na podłożu, przy czym częstotliwość podziału wynosi 100 Hz. Kto chciałby pracować na systemie o takiej charakterystyce?? Cóż ona oznacza dla słuchacza? Przyjrzyjmy się odpowiedziom częstotliwościowym w poszczególnych miejscach widowni.

Na rysunku 2 widzimy podział pasma przez filtr dolno- i górnoprzepustowy, wraz z wykresem odpowiedzi częstotliwościowej w odległości 3 (linia zielona), 30 (niebieska) i 60 (fioletowa) metrów, w paśmie od 20 do 1.000 Hz. Pierwszą rzeczą, na którą powinniśmy zwrócić uwagę, jest różnica poziomów w poszczególnych pozycjach odsłuchowych. Drugą jest zróżnicowanie poziomów sygnału z zestawów średnio-wysokotonowych i subwooferów (wykres zielony) w odległości 3 metrów. Pamiętacie, skąd ona wynika?

Trzecia rzecz, którą powinniśmy zauważyć, to anomalie w okolicach punktu pracy crossovera, czyli 100 Hz, oraz ich fluktuacje w zależności od miejsca odsłuchu. Są one wynikiem braku wyrównania pomiędzy zestawami średnio-wysokotonowymi i subwooferami. Im różnica w odległości (a więc również w czasie dotarcia sygnału z jednego i drugiego zestawu do słuchacza) jest większa, tym głębsze stają się nieregularności wykresu. Czy możemy to naprawić poprzez opóźnienie sygnału? Sprawdźmy.

Jeśli opóźnimy sygnał z subwooferów o 13 milisekund (rysunek 3), wówczas odpowiedź częstotliwościowa w okolicy działania crossovera, w odległości 3 metrów od sceny, ulegnie wygładzeniu, ale w odległości 30 i 60 metrów dodatkowo się pogorszy! No dobrze, wiemy przecież, że realizator dokonuje wszelkich regulacji na podstawie tego, co sam słyszy, a zatem wprowadźmy odpowiednią korektę – dodajmy do subbasów opóźnienie rzędu 3 ms.

Pięknie! Wykres niebieski (rysunek 4) jest dokładnie tym, co chcieliśmy osiągnąć, ale sprawdźmy teraz odpowiedź częstotliwościową w pierwszym rzędzie widowni. No cóż, wyraźnie tu widać, że skompensowanie fizycznego dystansu pomiędzy głośnikami dla całego obszaru odsłuchu nie jest możliwe. Inaczej mówiąc, system może brzmieć idealnie tylko w ściśle określonej odległości, natomiast większość widowni będzie odbierała brzmienie gdzieś z zakresu pomiędzy zielonym i różowym wykresem.

Zobaczmy teraz, co się stanie, gdy zawiesimy subwoofery wraz z modułami średnio-wysokotonowymi. Umieśćmy je na tej samej, 7,5-metrowej konstrukcji, ale około 1,2 metra z tyłu. Rysunek 5 odwzorowuje wykres biegunowy sprzed wyrównania, zaś na rysunku 6 widzimy odpowiedź częstotliwościową dla trzech poszczególnych pozycji odsłuchowych.

Wygląda to już zdecydowanie lepiej. Wykres biegunowy nie wykazuje już takich zapadłości, jak wówczas, gdy subwoofery umieszczone były na podłożu, a odpowiedź częstotliwościowa w trzech pozycjach odsłuchu jest bardziej wyrównana. Spróbujmy więc opóźnić nieco sygnał z modułów średnio-wysokotonowych, by wyrównać czas dotarcia sygnałów.

Rysunki 7 i 8 wykazują znaczną poprawę charakterystyki w przekroju pionowym, zbalansowanie subwooferów i modułów średnio-wysokotonowych w odległości 3 metrów i bardzo wyrównaną odpowiedź częstotliwościową w rejonie podziału pasma, w odległości 30 i 60 metrów. Może rzeczywiście lepiej było podwiesić te subwoofery?

A tak swoją drogą, czy koniecznie trzeba rozdzielać subwoofery na lewy i prawy? Przecież wszyscy znamy zjawisko występowania „alei mocy” (rysunek 9). Jak widzimy, biegunowy wykres odpowiedzi wykazuje zapadłości w zależności od miejsca odsłuchu i przy różnych częstotliwościach. Może lepszym rozwiązaniem byłoby zawieszenie subwooferów w pionowym staku pośrodku?

Rysunek 10 pokazuje efekty centralnego zawieszenia subwooferów. Widać tu, że pokrycie horyzontalne znacznie się wyrównało.

A zatem czy ustawienie subwooferów na podłożu rzeczywiście jest najlepszym rozwiązaniem? Jeśli cały system ustawiamy w ten sposób, to oczywiście tak! Wynika to ze zminimalizowania fizycznego dystansu pomiędzy zestawami głośnikowymi. Co prawda wciąż musimy borykać się z problemem odwrotności kwadratów, ale przynajmniej uzyskujemy wyrównanie w całym zakresie częstotliwości. Jeśli jednak korzystamy z systemu podwieszanego, wówczas zdecydowanie powinniśmy też podwiesić subwoofery. Byś może taka konfiguracja będzie wymagała użycia większej liczby subów, ale jeśli weźmiemy pod uwagę, że dostępne dziś na rynku subwoofery cechują się bardzo wysoką efektywnością, to może się okazać, że nie jest to wcale taki wielki problem. Sugerowałbym przy tym dostawienie kierunkowego zestawu dodatkowych subwooferów, które promieniowałyby energię niskich tonów wprost na widownię, a nie na sufit. To jednak temat na inny artykuł.

Armand Szary