Dywagacje, czy wybrać nagłośnienie aktywne czy pasywne, niezależnie czy
profesjonalne czy do domu, nie jest dyskusją o wyższości Świąt Bożego
Narodzenia nad Wielkanocnymi.
W tekście który proponuję, wykaże niezbicie różnice, jednoznacznie wskazujące przewagę
rozwiązania tzw. kolumny aktywnej, od kolumny pasywnej.
Zaczniemy od parametrów wzmacniacza.
Jednym z tych parametrów po którym poznajemy dobry wyrób jest wysokość współczynnika
tłumienia.
Jest to cyfra określająca, ile razy rezystancja wyjściowa danego wzmacniacza jest mniejsza od
nominalnej impedancji obciążenia. Dobre wzmacniacze charakteryzują się wartością tego
współczynnika grubo powyżej 100.
Aby uzmysłowić wpływ tego parametru, proponuję przeprowadzenie następującego doświadczenia:
jeśli macie dwie kolumny, w jednej z nich odłączcie przewody od głośnika basowego, a głośnik
zamocujcie na swoje miejsce. Na drugą kolumnę poprzez wzmacniacz podajcie sygnał o f 40 - 50 Hz,
kolumny ustawcie obok siebie.
Na pewno widzicie że w obu kolumnach membrany drgają z prawie taką samą amplitudą.
Teraz odkręćcie nie podłączony głośnik i zewrzyjcie jego punkty podłączeniowe, po czym wkręćcie
go na swoje miejsce. Powtórzcie doświadczenie.
Zapewne zauważyliście, że bierny (zwarty) głośnik teraz drga dużo mniejszą amplitudą.
Tak jak zwarte zaciski, tak na głośnik działa wzmacniacz, minimalizując między innymi wadę
głośnika wynikającą z jego częstotliwości rezonansowej.
Teraz zajmijmy się zwrotnicami, na początek dolnoprzepustową, która nie zależnie czy jest to 6,12
czy 18 dB/oct, wymaga włączenia szeregowo z głośnikiem indukcyjności w rozpiętosci od 20 mH do 5
mH.
W przypadku cewek powietrznych (bez rdzenia), wymaga to od 300 do ok. 900 zwoi drutu, który
posiada przecież swoją rezystancję.
Taka cewka , w zależności od średnicy użytego drutu, może mieć od 0,5 do 2 omów, i jest
włączona szeregowo do rezystancji wyjściowej wzmacniacza. W takim przypadku na tłumienie
głośnika ma decydujący wpływ szkodliwa rezystancja zwrotnicy.
Jeżeli zwrotnica określa tłumienie na poziomie od 2 do 16, to czy wzmacniacz ma ten współczynnik
wynoszący 50, czy kilka tysięcy, nie ma większego znaczenia.
Tak to wygląda, gdy patrzymy na układ od strony głośnika.
Inaczej to wygląda od strony wzmacniacza, gdyż układ zwrotnica + głośnik potrafi zmieniać swoją
impedancję w zależności od częstotliwości i jakości zwrotnicy w zakresie 0,5 do 2 razy (lub więcej),
określonej jako znamionowa. W tym przypadku współczynnik tłumienia ma znaczenie, minimalizując
zmiany amplitudy sygnału wyjściowego w zależności od parametrów obciążenia.
Należy także pamiętać, że w czasie pracy zmienia się położenie cewki w szczelinie magnesu, co ma
wpływ na indukcyjność własną głośnika, a straty mocy podnoszą temperaturę cewki, co nie jest bez
znaczenia na rezystancję własną głośnika.
Te zmieniające się w trakcie pracy głośnika parametry mają stosunkowo niewielki wpływ na pracę ze
zwrotnicą 6 dB/oct, natomiast przy filtrach 12, i 18 dB/oct, wpływ tych parametrów wnosi trudne do
wyeliminowania dodatkowe czynniki pogarszające emitowany przez ten głośnik dźwięk.
Jak więc widać, do wad samego przetwornika, jakim jest głośnik, dodajemy wady zwrotnicy.
Tyle w uproszczeniu o zakresie basów, teraz zajmę się najważniejszym z punktu fizjologii,
zakresem emitowanego przez zestaw głośnikowy zakresu częstotliwości ,środkiem pasma.
Przyjmuje się że zakres słyszalności ludzkiego ucha zawiera się od ok.20 Hz do ok 20000 Hz.
Jednak nie w całym tym zakresie jednakowo czule słuch ludzki odbiera te dźwięki, preferując zakres
od ok.200 Hz do ok. 3500 Hz, jest to tzw. zakres najwyższej percepcji, gdzie nasz słuch jest
szczególnie wyczulony, wyłapując nawet minimalne nieprawidłowości.
Zwrotnice górno-przepustowe w zakresie 200 - 400 Hz, wymagają kondensatorów o dużej
pojemności i odpowiednio wysokiej jakości. Takie podzespoły używane są tylko przez bardzo
drogich producentów, z poza zasięgu możliwości finansowych zdecydowanej większości
potencjalnych nabywców w naszym kraju.
Ta zdecydowana większość Polaków skazana jest na kondensatory tzw. elektrolityczne bipolarne ,
lub mniej albo bardziej rozbudowane układy z użyciem kondensatorów elektrolitycznych
spolaryzowanych.
Najmniejsze zniekształcenia wprowadzają zwrotnice o nachyleniu 6 dB/oct, lecz przy niskich
częstotliwościach podziału grozi sytuacja, że pewny zakres częstotliwości w pobliżu f. podziału jest
emitowany przez dwa głośniki. Ponieważ zwrotnice wprowadzają przesunięcie fazy, następuje
zjawisko dodawania się lub odejmowania pewnych częstotliwości. Ponad to istnieje możliwość
uszkodzenia mechanicznego głośnika średniotonowego, gdyż jego konstrukcja mechaniczna (z
reguły) nie przewiduje amplitud wychyleń membrany ponad 2 mm, oraz to, że ten głośnik przeważnie
ma moc RMS na poziomie do 50% głośnika basowego, co z kolei przy pojawieniu się na nim pełnej
mocy wzmacniacza, grozi jego spaleniem.
Część tych niekorzystnych zjawisk da się ograniczyć stosując ostrzejszy filtr ,12 lub 18 dB/oct (nie
dotyczy ryzyka spalenia zbyt dużą mocą), lecz wpadamy w pułąpkę bardzo trudnych do przewidzenia
i wyeliminowania zjawisk związanych z wzajemnym oddziaływaniem na siebie zmiennych parametrów
głośnika (indukcyjność własna cewki, rezystancja, impedancja w zależności od częstotliwości) i
elementów konstrukcyjnych zwrotnicy, oraz wzrostu zniekształceń które te zwrotnice wprowadzą.
Bywa, że głośnik średniotonowy, chyba za karę, obciążony jest wadami aż dwóch zwrotnic, bo
dodatkowo górnozaporową, przy podziale z głośnikiem wysokotonowym. Jeżeli głośnik środkowy jest
ograniczony od góry zwrotnicą 6 dB/oct, to jest on w najmniejszy możliwy sposób obciążony tą
zwrotnicą.
W ten sposób w zestawie pasywnym najważniejszy głośnik w kolumnie, jest najbardziej popsuty.
Ponieważ producenci, ustalając potrzebną moc RMS głośnika wysokotonowego stosują
współczynnik:60 - 30 -10, gdzie zakłada się pobór mocy w proporcjach 60% - bas, 30% - środek,
10 głośnik wysokoto-nowy, posiada on z reguły moc RMS, na poziomie 10% mocy znamionowej
kolumny. Aby zwiększyć bezpieczeństwo musi być zastosowana zwrotnica 18 dB/oct, lub minimum
12 dB/oct, czyli zwrotnice wnoszące najwięcej niespodzianek.
Należy także pamiętać, że filtry nie są "siekierką" odcinającą określone częstotliwości. Przesterowany
sygnał wychodzący ze wzmacniacza nawet na częstotliwości 1000 Hz, może mieć nachylenie zbocza
(sygnał prostokątny) odpowiadające częstotliwości kilku kilohercy. W takim przypadku na głośniku
wysokotonowym pojawić się mogą impulsy o bardzo dużej amplitudzie (szpilki) z częstotliwością
1000 Hz, niszcząc mechanicznie membrankę lub zrywając cewkę.
Aby wyeliminować opisane wyżej sytuacje, należy przenieść filtry, określające zakres emitowanych
przez głośniki częstotliwości, przed wzmacniacze mocy, poddając tym samym zbawiennemu
oddziaływaniu na głośniki współczynnika tłumienia wzmacniacza. Filtry elektroniczne pozwalają na
uzyskiwanie nachyleń zbocza na poziomie 24 i więcej dB/oct, przy nierównościach charakterystyki w
pobliżu punktu odcinania na poziomie nie większym niż 0,5 dB, pozwalając równocześnie na niewielkie
korekcje poprawiające liniowość emitowanego zakresu częstotliwości.
Wadą tego rozwiązania jest konieczność stosowania kilku wzmacniaczy mocy, lecz jest to
zmartwienie konstruktorów i producentów. Są już oferowane urządzenia, gdzie w jednej obudowie
jest elektronika i głośniki.
Wbrew pozorom kolumny aktywne nie muszą być droższe od tych pasywnych w tej samej klasie
jakościowej i mocy, można nawet uzyskać dużo lepsze efekty za mniejsze pieniądze, gdyż do
konstrukcji kolumny aktywnej można użyć nieco gorszych głośników, i mniej wyrafinowanych
wzmacniaczy mocy.
Zyskujemy też w takiej konstrukcji dużo większe bezpieczeństwo pracy głośników, ponieważ nie
ma najmniejszych problemów konstrukcyjnych aby wzmacniacze wyposażyć w kompresory dynamiki
zabezpieczające poszczególne głośniki przed zbyt dużą mocą, wprowadzając kilka razy
mniejsze zniekształcenia, niż najlepiej skonstruowana zwrotnica pasywna.
Ponad to konstruktor może zastosować głośniki bez względu na ich impedancję, lub sprawność,
stosując dodatkowo elektroakustyczne sprzężenie zwrotne.
Jest jeszcze jeden plus takiego rozwiązania.
W układzie pasywnym bez zniekształceń można wykorzystać do 25% mocy
znamionowej, najlepszego nawet wzmacniacza. Układ aktywny o tej samej mocy sumacyjnej (suma
mocy wszystkich kanałów) jest w stanie wydobyć z tych samych głośników maksymalną moc
akustyczną o 50 do 100% większą, z dużo większym bezpieczeństwem.
Dzieje się to dzięki możliwości lepszego, w zależności od przetwarzanego pasma, wykorzystania
poszczególnych wzmacniaczy, gdyż zmniejsza się konieczność rezerwowania mocy dla odtworzenia
dynamiki.
Wspomniałem poprzednio, że do konstrukcji układu aktywnego nie ma konieczności stosowania
wyrafinowanych wzmacniaczy. Powodem tego jest brak pojawiania się impedancji obciążenia niższej
od znamionowej, co ma niestety miejsce w kolumnach pasywnych. Dlaczego? Wyjaśnienie poniżej.
Wspomniałem poprzednio, że może się zdarzyć zmniejszenie impedancji wejściowej
układu głośnik- zwrotnica nawet do połowy imp. znamionowej, a mamy przecież w tym zakresie
częstotliwości z reguły dwie zwrotnice, górno i dolnozaporową, połączone równolegle z punktu
widzenia wzmacniacza.
Ponad to pomiar impedancji w funkcji częstotliwości, jest pomiarem nijak mającym się do
rzeczywistej impedancji, gdyż jest pomiarem syntetycznym, gdzie w danej chwili przez głośniki
odtwarzana jest jedna częstotliwość podawana zgeneratora. Sygnał elektryczny zasilający kolumnę w
czasie eksploatacji przypomina bardziej szum różowy, a śmiałbym twierdzić że nawet biały.
Zdecydowana większość wzmacniaczy oferowanych na naszym rynku nie jest w stanie podołać takim
wymaganiom, nawet tych ze znanymi napisami, ale z najniższej półki cenowej, bo albo zadziała
automatyka przeciw przeciążeniowa, albo kondensatory posiadają zbyt małą pojemność, albo
uniemożliwia to zbyt oszczędna konstrukcja, lub wszystkie teczynniki występują razem. Więcej na
ten temat w art "kupujemy wzmacniacz mocy".
Te które posiadają w opisie swoich parametrów maksymalny chwilowy prąd, lub moc, lub minimalną
impedancję odbiornika, jaką jest w stanie zasilić dany wyrób, są poza zasięgiem możliwości
finansowych, natomiast tańsze, polskie wyroby nie są w stanie wybić się w chaosie reklamowym, a
Wy ulegacie pseudo ocenom na łamach pism branżowych, gdy większość z nich jest w gruncie
rzeczyjedną wielką tubą reklamową.