Test w PDF
Układ Push-Pull
Odrębnym rozdziałem jest konstrukcja sekcji subniskotonowej Serendipity. Spotykamy tutaj rzadko dzisiaj stosowany układ push-pull (w nieco szerszym znaczeniu nazywany też compound albo isobaric) - parę głośników niskotonowych, połączonych mechanicznie "membrana w membranę", a elektrycznie w taki sposób, aby ich membrany poruszały się zgodnie, w tym samym kierunku (względem obudowy, a nie względem ich indywidualnych koszy). Głośniki te nie sprężają więc powietrza zamkniętego pomiędzy sobą (stąd nazwa isobaric), ale je przesuwają.
W tym celu, jeżeli mają dokładnie taką samą konstrukcję i cewki nawinięte w tym samym kierunku, muszą być podłączone w przeciwnych (względem siebie) polaryzacjach (według oznaczeń ich końcówek), aby pracować ostatecznie w tej samej fazie (gdy cewka jednego wchodzi głębiej w układ magnetyczny, cewka drugiego wychodzi). Stąd też nazwa push-pull, gdy jeden głośnik "ciągnie", to drugi "pcha", ale cały czas działają zgodnie w tym samym kierunku.
Producent klasyfikuje swoją konstrukcję jako 5-drożną, podając cztery konkretne częstotliwości podziału (240/500/1250/1850 Hz), ale uwzględniając przebieg pokazanych charakterystyk, można układ nazwać czteroipółdrożnym (charakterystyki głośników "low-mid" i "mid" są zróżnicowane w podobny sposób, jak w układzie dwuipółdrożnym); 1250 Hz jest częstotliwością przecięcia charakterystyk głośnika "low-mid" i wysokotonowego, ale wysoko ponad tym przecięciem leży charakterystyka głośnika "mid". Za częstotliwości podziału nie będziemy przecież uważać (i konstruktor też nie uważa) każdego przecięcia charakterystyk, których to przecięć jest znacznie więcej (np. "sub" i "mid" przy 300 Hz), a tylko te, które leżą powyżej innych charakterystyk. Zwracają uwagę blisko położone częstotliwości podziału i łagodne zbocza (w sąsiedztwie częstotliwości podziału), z wyjątkiem bardziej stromo filtrowanej sekcji "sub". Jak jednak wskazuje znany nam schemat zwrotnicy (opublikowany przez włoskie "Audio"), wszystkie filtry są elektrycznie 2. rzędu. Domeną sekcji "low" jest wąski zakres pomiędzy częstotliwościami podziału 240 Hz i 400 Hz (producent podaje 500 Hz, ale to się nie zgadza z jego własnymi rysunkami), a gdyby zsumować charakterystyki obydwu głośników średniotonowych, ("low-mid i "mid"), to formalny podział z "low" (przecięcie charakterystyk) przesunąłby się nawet do ok. 300 Hz; mimo to sekcja "low" pełni ważną rolę, zarówno wypełniając lukę między średniotonowymi a "sub", jak też współpracując z sąsiednimi sekcjami w szerszym zakresie (łagodne zbocza), również dla efektu "dekorelacji" (zredukowania fal biegnących pod większymi kątami i wywołującymi odbicia od sufitu i podłogi). Praca pary średniotonowych pozwala zarówno na zawężenie charakterystyki kierunkowej w płaszczyźnie pionowej (z czym jednak konstruktor nie chciał przesadzić, filtrując niżej głośnik oddalony od wysokotonowego), jak i zwiększyć moc tej sekcji. Niski podział i łagodne zbocze (aż do 500 Hz) głośnika wysokotonowego świadczy o jego wysokiej wytrzymałości.
Inną wersją takiego układu jest ustawienie "magnes w magnes", a jeszcze inną, działającą zasadniczo z takim samym skutkiem akustycznym, jest konfi guracja, w której głośniki są ustawione jeden za drugim, w tym samym kierunku (magnes zewnętrznego sąsiaduje z membraną wewnętrznego); wówczas głośniki należy podłączyć w tej samej polaryzacji - taki układ, chociaż wciąż "izobaryczny", nie powinien już być nazywany układem push-pull, ale ewentualnie - compound.
O marginalnych różnicach między tymi opcjami - na końcu. Jaka jest jednak zasadnicza zaleta tego układu? W pierwszym wrażeniu może się wydawać, że taka instalacja sumuje ciśnienie wytwarzane przez obydwa głośniki - jednak wcale tak nie jest; ciśnienie po obydwu stronach układu jest zdeterminowane przez częstotliwość i amplitudę pracy membrany pojedynczego głośnika.
Owszem, taki układ ma dwa razy większą moc (przyjmują ją dwie cewki, a nie jedna), ale dwa razy niższą efektywność (druga "porcja" mocy, dostarczana do drugiego głośnika, nie zwiększa ciśnienia). Po co nam takie energetycznie nieefektywne rozwiązanie? Ustalenie korzyści wymaga analizy innych parametrów - i w tym miejscu pożegnałbym czytelników, którzy z konstruowaniem kolumn nie chcą mieć nic wspólnego.
Jednym z parametrów Thiele-Smalla (T-S), ważnych do obliczenia właściwej obudowy (objętości, częstotliwości rezonansowej bas-refl eksu, ew. parametrów innych typów obudów), jest Vas. To "objętość ekwiwalentna", czyli objętość powietrza, która względem określonej powierzchni membrany ma taką samą podatność, jak podatność samych zawieszeń głośnika.
Objętość ekwiwalentna nie wskazuje wprost, jaka ma być dokładnie objętość obudowy, ale razem z innymi parametrami występuje we wzorach, z których tę objętość się oblicza. Jak można się domyślać, im większa objętość ekwiwalentna (przy określonych wartościach pozostałych parametrów), tym większa potrzebna objętość obudowy (dla uzyskania określonej charakterystyki).
Obudowa składa się z dwóch zasadniczych części: dolnej subniskotonowej (wewnątrz wzmocnionej wieloma poziomymi "wieńcami") i górnej dla pozostałych sekcji (podzielonej na trzy komory; od góry: dla głośnika niskotonowego, głośnika "dolnego środka" i głośnika średniotonowego). Widać zastosowanie zarówno elementów litego drewna, jak i płyt HDF. Głośniki subniskotonowe, skręcone ze sobą, są mocowane od dołu do dolnej ścianki, przed zainstalowaniem cokołu. Za otworem głośników widać pionowo zorientowany tunel bas-refleksu ("klepsydrę").
Skoro tak, to może należy robić głośniki z zawieszeniami o jak najniższej podatności, aby można je było stosować w małych objętościach? To nie takie proste; od podatności zależy też parę innych parametrów: częstotliwość rezonansowa fs (im wyższa podatność, tym niższa częstotliwość rezonansowa) i dobroć Qts, która wraz z obniżeniem podatności ("usztywnieniem" zawieszeń) też wzrośnie, czego zwykle konstruktor nie chce, zwłaszcza w głośnikach przeznaczonych do bas-refleksów.
Częstotliwość rezonansową można co prawda obniżyć większą masą membrany, ale to dodatkowo podniesie Qts... który można z kolei obniżyć wyższym współczynnikiem Bxl, czyli albo poprzez zwiększenie liczby uzwojeń cewki w szczelinie (i zmniejszenie liczby uzwojeń poza szczeliną, czyli zmniejszenie maksymalnej amplitudy liniowej, a więc mocy), albo poprzez zastosowanie mocniejszego (i droższego) układu magnetycznego. Mówiąc inaczej: coś za coś, nic za darmo, nie ma "bezkosztowych" sposobów poprawy parametrów T-S.
Zastosowanie dwóch głośników w układzie Push-Pull (Compound, Isobaric) tworzy jakby jeden przetwornik o innych parametrach; zakładając, że składają się nań dwa identyczne przetworniki, Vas ulega dwukrotnemu zmniejszeniu, ale fs nie rośnie, bo mamy dwa razy większą masę drgającą; Qts też nie wzrasta, bo mamy podwójny "napęd".
Summa summarum, zastosowanie Push-Pull pozwala dwukrotnie zmniejszyć objętość obudowy (wielu systemów - w tym zamkniętego, bas-refl eksu, band-pass, ale nie linii transmisyjnej) w celu uzyskania określonej charakterystyki, w porównaniu z zastosowaniem pojedynczego głośnika (o takich samych parametrach jak głośniki tworzące Push-Pull).
Koszty takiego rozwiązania są jednak wyraźne: po pierwsze, potrzebujemy drugiego głośnika; po drugie, komplikujemy obudowę i utrudniamy sobie wybór miejsca instalacji głośnika; po trzecie, potrzebujemy dwa razy więcej mocy (do uzyskania określonego poziomu ciśnienia akustycznego).
Ponadto podstawowa korzyść ze stosowania Push- -Pull - zmniejszenie objętości obudowy - może być uzyskana innym sposobem; można zaprojektować jeden głośnik o żądanych parametrach (dwa razy mniejszym Vas), co będzie wymagało, przy ustaleniu pozostałych parametrów, zastosowania znacznie mocniejszego układu magnetycznego.
Wyprofilowanie w "klepsydrę" tunelu bas-refleksu służy zredukowaniu turbulencji, powstających przy dużych prędkościach przepływu powietrza, a problem nasila się wraz z zastosowaniem systemu push-pull. System push-pull pozwala dwukrotnie zmniejszyć objętość komory (w stosunku do objętości potrzebnej przy zastosowaniu jednego głośnika), ale ustalenie takiej samej częstotliwości rezonansowej bas-refl eksu jest w takich warunkach trudniejsze - wymaga albo dwa razy dłuższego tunelu (na który może nie być miejsca), albo dwa razy mniejszej powierzchni - a zmniejszenie powierzchni właśnie zwiększa prędkość powietrza.
Wreszcie nasuwa się pytanie: jak włożyć głośnik do środka? Z tych też powodów systemy Isobaric nie są obecnie często spotykane, chociaż w pewnych sytuacjach mogą być bardzo dobrym rozwiązaniem. Konstruktor Serendipity, przy objętości wcale nie tak dużej (pamiętajmy, że górny moduł służy innym sekcjom), uzyskał bardzo niską częstotliwość graniczną (-6 dB przy 20 Hz).
Teraz proszę spojrzeć na Serendipity pod tym kątem – bez układu push-pull, z pojedynczym przetwornikiem o podobnych parametrach (jak każdy z zastosowanych dwóch), do uzyskania takiej samej charakterystyki moduł subniskotonowy musiałaby być dwa razy większy! A gdyby chcieć użyć pary tych głośników w typowy sposób (obydwa "widoczne", promieniujące na zewnątrz), obudowa musiałaby być cztery razy większa.
Nasz standardowy zestaw pomiarów obejmuje tylko wąski zakres kątów w płaszczyźnie pionowej (+/-7º), skupiamy się bowiem na badaniu charakterystyk, jakie dotrą do miejsca odsłuchowego z promieniowania bezpośredniego, nie uwzględniając odbić.
To oczywiście sytuacja wyidealizowana, ale uwzględnianie odbić... których kombinacji może być nieskończoność - zależnych nie tylko od wielkości i aranżacji pomieszczenia, ale też od ustawienia kolumn i miejsca odsłuchowego (względem wszystkich powierzchni odbijających i względem siebie) - jest po prostu niemożliwe, a wybranie jednej kombinacji odbić jeszcze bardziej fałszowałoby sytuację - stąd "ustandaryzowanie" do warunków otwartej przestrzeni, w której nie ma żadnych odbić.
Dlatego też w naszym laboratorium nie sprawdzimy, w jaki sposób Chario realizuje swoją receptę "dekorelacji" i redukcji odbić, bo ani nie będziemy "zbierać" odbić, ani mierzyć charakterystyki pod większymi kątami niż zwykle.
Poza osią główną na pewno pojawiają się poważne osłabienia charakterystyki, których rozkład nie jest nam znany, ale też prawie na pewno nie mamy do czynienia ze stabilnym (w funkcji częstotliwości) obniżeniem poziomu, lecz z charakterystykami mocno pofalowanymi - co z punktu widzenia firmowych założeń jest dopuszczalne, w zamian za obniżenie średniego poziomu.
Specyfikacja techniczna
Objaśniając założenia teoretyczne dla swojej flagowej konstrukcji, firma przedstawiła kilka rysunków i wykresów, w tym również końcową charakterystykę przetwarzania. Producent nie ukrywa, że jej kształt uwzględnia zjawiska psychoakustyczne, a więc nawet nie próbuje trzymać się blisko charakterystyki liniowej.
Wyniki laboratorium są dostatecznie zbieżne z pokazanymi w materiałach firmowych, aby uznać, że nikt się nie pomylił i "nie naciąga". Zacznijmy od samego skraju niskich częstotliwości. W deklaracjach producenta mają one sięgać przy spadku -3 dB aż do 23 Hz (z zaznaczeniem, że zgodnie z metodą "C4 WETS").
U nas standardowe -6 dB (względem poziomu średniego) pojawiło się przy 20 Hz - wynik rewelacyjny, jak na konstrukcję pasywną (dla subwooferów aktywnych to łatwiejsze, bo tam można wprowadzić korektę charakterystyki na poziomie wzmacniacza). To w dużym stopniu zasługa układu push-pull, po którym jednak nie spodziewaliśmy się tak wysokiego poziomu - zastosowane głośniki muszą mieć też wysoką efektywność.
Wiele kolumn ma charakterystykę z obniżeniem w zakresie kilku kHz, co może wynikać zarówno z celowego osłabienia tego zakresu, mającego związek ze wspomnianą krzywą czułości słuchu, jak też z "niedopięcia" charakterystyk sekcji średniotonowej i wysokotonowej - typowa częstotliwość podziału między nimi pojawia się właśnie w tym zakresie, co można zręcznie wykorzystać do takiego ukształtowania charakterystyki (lub konstruktor sobie "nie radzi", ale niechcący powstaje efekt, który inni szykują celowo).
W przypadku Chario mamy już wiedzę, że konstruktor tego właśnie chciał, chociaż szczegóły charakterystyki - małe górki i dołki - są już czymś, nad czym nie można mieć takiej kontroli, jak nad szerzej zakrojonymi "dolinami" i "wzgórzami". Kształt charakterystyki zmienia się też przy zmianie osi pomiaru, co również jest nieuniknione (chociaż może mieć różne nasilenie, w zależności od umiejętności i zamiarów konstruktora).
Tutaj zmiany są wyraźne zwłaszcza na osi +7º, gdzie pogłębia się osłabienie, natomiast na osi -7º poziom w zakresie 1-2 kHz jest nawet nieco wyższy niż na osi głównej, chociaż przy 3 kHz pojawia się dołek. W sumie najładniejsza charakterystyka pozostaje domeną osi głównej, co jest sytuacją prawidłową, nawet osłabienie w zakresie 1-4 kHz jest tutaj względnie wyrównane.
Charakterystyka systematycznie wznosi się ku najwyższym częstotliwościom, mając ostry szczyt przy 18 kHz, dość nietypowy dla miękkiej kopułki, bardziej przypominający zachowanie się kopułek metalowych (break-up sztywnej membrany), więc warstwa aluminiowa na tekstylnej kopułce "zrobiła swoje".
Ze względu na wzmocnienie wysokich częstotliwości, utrzymujące się nawet pod kątem 15º (w poziomie), jednak tutaj już mniejsze, warto spróbować właśnie takiego ustawienia - z osiami głównymi mijającymi miejsce odsłuchowe, ustawionymi pod kątem ok. 15º względem prostych łączących kolumny ze słuchaczem (chociaż producent rekomenduje ustawienie kolumn wprost na słuchacza).
Osie główne można kierować na zewnątrz (standard) albo do wewnątrz (przecięcie przed miejscem odsłuchowym), byle nie przesadzić, bo pod kątem 30Ω pojawia się już poważna strata, charakterystyka opada powyżej 8 kHz, co naturalne dla głośnika (wysokotonowego) o relatywnie dużej średnicy. Maskownica wprowadza kilka zafalowań w zakresie 3-7 kHz, na pewno należy ją zdjąć dla najlepszego rezultatu.
Charakterystyka impedancji jest nietypowa, "bogato" pofalowana na skutek działania wielu sekcji i rozbudowanych filtrów, jednak zmiany nie są gwałtowne, a ich zakres też umiarkowany (minimum ok. 3,5 Ω przy 200 Hz, maksimum 13 Ω przy 4 kHz), również zmienność w zakresie niskotonowym jest niewielka, stąd wzmacniacze nie powinny mieć z tym obciążeniem kłopotu, mimo że znamionowo jest ono 4-omowe (co producent uczciwie stwierdza).
Czułość 88 dB to dobry wynik. Deklarowane przez producenta 93 dB zostało "ozdobione" warunkiem: "de-correlated L/R pink noise in ITU-R BS 1116-1 compliant listening room". U nas jest to "po prostu" średnia czułość (2,83 V/1 m) w symulowanych warunkach otwartej przestrzeni (stąd wynik niższy, bo odbicia w pomieszczeniu podnoszą ciśnienie niskich częstotliwości).
