Børresen w prezentacji podstawowych parametrów jest powściągliwy, nie obiecuje rzeczy niemożliwych, w ogóle zestaw informacji jest skromny. Pasmo przetwarzania podane jest bez tolerancji decybelowej, obejmować ma zakres 40 Hz – 50 kHz; nieźle, ale bez wyraźnej przesady, abyśmy nie mogli uwierzyć, że zmieści się w +/-3 dB.
Czułość – 87 dB/1 W; gdyby tak było, to super. Impedancja – 6 Ohm; zapowiada się łatwe obciążenie… Rekomendowany wzmacniacz: 50 W; to chyba największe zaskoczenie, chociaż i najmniejsze znaczenie. Ale tylko 50 W? I dokładnie 50 W? Nie "od – do"? Jeżeli mielibyśmy uznać że to moc znamionowa, byłaby tak "na oko" co najmniej dwa razy za niska (znając konstrukcję M1, będzie to co najmniej 100 W).
Jeżeli to maksymalna moc wzmacniacza – tym bardziej za niska; nic nie zaszkodzi, jak podłączymy do nich wzmacniacz i 200 W, byleby się z "odkręcaniem" nie rozpędzić. Najprawdopodobniej jest to minimalna wartość mocy rekomendowanego wzmacniacza (to by już miało sens), tylko producent zapomniał tę informację doprecyzować.
Charakterystyka przetwarzania powyżej 600 Hz jest dobrze zrównoważona, ale poniżej wygląda niezwyczajnie, chociaż (prawie) wszystko da się wyjaśnić. Osłabienie przy 400 Hz wynika z efektu tzw. baffle-step.
To zjawisko polegające na opływaniu obudowy przez fale znacznie dłuższe od wymiarów przedniej ścianki; połowa ciśnienia "ucieka" do tyłu i w pomiarze ciśnienia z przodu powstaje osłabienie; może to być widoczne zwłaszcza w działaniu konstrukcji podstawkowych, chociaż można ten efekt redukować kosztem efektywności w całym pasmie – "wyrównując w dół", obniżając poziom powyżej, co wykonuje się odpowiednio dobranym filtrowaniem.
Gdyby jednak Børresen poszedł tą drogą, to ustaliby poziom niższy od 80 dB; nic dziwnego, że na to się nie zdecydował. Natomiast w zakresie niskich częstotliwości charakterystyka ma wyraźne podbicie przy 80 Hz; rozpiętość pomiędzy dołkiem przy 400 Hz a szczytem przy 80 Hz to ok. 12 dB, więc o uchwyceniu charakterystyki w ścieżce +/-3 dB nie ma mowy (i nikt tego nie obiecywał), ale biorąc pod uwagę średni poziom w oktawie 65 Hz – 130 Hz (85 dB) i średni poziom powyżej (80 dB), wzmocnienie basu nie jest tak aż tak mocne, jak to wydaje się na pierwszy rzut oka.
Do źródeł tego wzmocnienia jeszcze wrócimy, dokończmy analizę poprawnie prowadzonego zakresu średnio-wysokotonowego. Integracja nisko-średniotonowego z wysokotonowym jest bardzo dobra, charakterystykę z osi głównej (a także z osi +7°) można zmieścić w wąskiej ścieżce +/-1,5 dB od 600 Hz (co najmniej do 20 kHz, gdzie nasz pomiar się kończy).
Producent podaje częstotliwość podziału 2,5 kHz, czego ślad widzimy na charakterystyce z osi -7°, gdzie w tych okolicach pojawia się osłabienie – na skutek "rozstrojenia" się faz promieniowania obydwu głośników przy zmianie względnych odległości od nich do punktu pomiarowego, co jest zjawiskiem naturalnym, a godne pochwały jest to, że dobrą charakterystykę w tym zakresie utrzymujemy na wszystkich pozostałych osiach. Jednak lepiej jest "wycelować" M1 w miejsce odsłuchowe ze względu na spadek poziomu poza osią główną, w zakresie najwyższych częstotliwości – spadek niewielki, ale już na osi głównej poziom był umiarkowany.
Charakterystyka modułu impedancji (rys. 2) bez zastrzeżeń pozwala uznać 6-omową impedancję znamionową, jesteśmy nawet bardzo blisko 8 omów. Minimalna wartość 6 omów pojawia się przy ok. 170 Hz, w zakresie niskotonowym widać dwa wierzchołki bas-refleksu, w zakresie średniotonowym wzrost typowy dla działania filtrów zwrotnicy. Ogólnie przebieg impedancji jest niekłopotliwy dla żadnego wzmacniacza, chociaż umiarkowana efektywność raczej eliminuje wzmacniacze lampowe niskiej mocy.
Dodatkowe dwie strony Laboratorium przeznaczone są bardziej dla konstruktorów i pasjonatów czystej techniki niż audiofilów i potencjalnych użytkowników M1. W każdym razie wymagają pewnego zaawansowania. To "lektura dodatkowa".
Starałem się jednak napisać ją na tyle przystępnie, aby również mniej zaawansowani mogli trochę skorzystać, dowiedzieć się jeszcze więcej ciekawego na temat M1, jak też zrozumieć niektóre zasady działania bas-refleksu. Namawiam, żeby spróbować.
Działanie głośnika i obudowy M1, mimo że zasadniczo jest to "zwykły" bas-refleks, generuje niezwykłe charakterystyki w zakresie niskich częstotliwości. Czasami mamy do czynienia ze zjawiskami "paranormalnymi", których nie potrafimy wyjaśnić, jednak w tym przypadku wszystko da się połączyć w spójną całość. Nastąpiło tutaj nałożenie kilku rzadkich zjawisk.
Wysokie podbicie basu wynika ogólnie z działania bas-refleksu, ale mają z tym ścisły związek parametry samego głośnika. Przedstawmy pierwszy dowód w tej sprawie – rys. 3 - pomiar charakterystyk głośnika (zielona) i otworu (niebieska), zmierzonych w polu bliskim (wynika z nich charakterystyka wypadkowa całego układu – czerwona).
Obudowa (bas-refleks) jest dostrojona do 63 Hz, bo przy tej częstotliwości na charakterystyce głośnika pojawia się wyraźne odciążenie. Związek częstotliwości rezonansowej z tym efektem nie zależy od innych parametrów, ale już kształt charakterystyki z otworu – tak. Strojenie ustalono wysoko (na skali częstotliwości), a więc w zakresie, w którym charakterystyka głośnika ma wysoki poziom (ciśnienia), oczywiście zredukowanego przy samej częstotliwości rezonansowej, ale w niedalekim sąsiedztwie, zwłaszcza powyżej, wysoki poziom z głośnika prowokuje wysoki poziom z otworu, a na końcu ciśnienie z obydwu źródeł się dodaje się (w tym zakresie ich fazy są zgodne).
Gdyby częstotliwość rezonansowa obudowy była niższa, podbicie byłoby oczywiście mniejsze, bo układ pracowałby na niżej leżącym odcinku zbocza charakterystyki samego głośnika.
Jednocześnie spadek charakterystyki wypadkowej nie byłby tak wczesny i możliwe byłoby ustalenie niższej częstotliwości granicznej systemu, bowiem poniżej częstotliwości rezonansowej, fazy promieniowania głośnika i otworu szybko zmierzają do przesunięcia 180° (przeciwfaza), więc wypadkowe ciśnienie jest mniejsze niż z każdego z nich – charakterystyka wypadkowa "zwyczajowo" przecina charakterystykę z otworu przy częstotliwości rezonansowej; dość wysoki poziom z głośnika i otworu poniżej "marnuje się", mimo że głośnik pracuje z dużymi amplitudami. Będziemy więc widzieć jak membrana porusza się, ale niewiele dobrego będzie z tego wynikać.
Na przekroju obudowy pokazanym na stronie producenta, tuż przy wewnętrznym zakończeniu głównego tunelu, widać "coś jakby" mały otwór w "czymś jakby" przegroda dzieląca komorę na część dolną i górną, co mogłoby tworzyć wewnętrzny układ rezonansowy, ale jego działanie wywoływałoby jeszcze inne efekty widoczne w pomiarach.
Wysoka częstotliwość rezonansowa konstrukcyjnie wynika po prostu z niewielkiej objętości obudowy i względnie dużego przekroju tunelu. Nie wiemy jednak, z jakich wynika intencji projektanta i parametrów zastosowanego głośnika.
Zaintrygowani takimi rezultatami zrobiliśmy eksperyment – zamknęliśmy obudowę (zatkaliśmy otwór) i powtórnie wykonaliśmy pomiary zarówno charakterystyki przetwarzania, jak też impedancji. Zastrzegam, że o takiej opcji producent nie wspomina, zresztą trudno ją przygotować do działania, bowiem otwór ma nietypową formę i zatykanie go jest dość trudne.
Przedstawiamy dowód drugi w sprawie. Na charakterystyce impedancji (rys. 4), zamiast dwóch wierzchołków typowych dla bas-refleksu, pojawił się regulaminowy jeden, lokując się dokładnie przy…. 63 Hz. Wyznacza on częstotliwość rezonansową głośnika w obudowie zamkniętej (fc). Zbieżność z częstotliwością rezonansową bas-refleksu (fb) może jest przypadkowa, a może nie…
Być może konstruktor właśnie tak celował – dostrojeniem bas-refleksu do częstotliwości rezonansowej głośnika, co zresztą zalecały tradycyjne przepisy, zanim jeszcze prace Thiele’a-Smalla pozwoliły ustalić dokładniejsze metody strojenia, uwzględniających inne parametry w celu uzyskania jak najlepiej wyrównanej charakterystyki przetwarzania.
W większości modeli strojenia taka zbieżność jest możliwa, ale tylko w szczególnym przypadku pewnej określonej wartości Qts (ok. 0,4); w jednym modeli (BB4) jest ona stała (fb=fs), ale tak jak w owym tradycyjny przepisie, zawsze odnosi się do fs (częstotliwości rezonansowej głośnika swobodnie zawieszonego), a nie wyższej od niej fc (częstotliwości rezonansowej w obudowie zamkniętej o określonej objętości).
Wedle kilku standardowych modeli strojenia (np. QB3) ustala się częstotliwość rezonansową obudowy fb wyższą niż fs, jeżeli Qts jest niższy niż 0,4, a niższą niż fs, jeżeli Qts jest wyższy niż 0,4 (im Qts bardziej odbiega od tej wartości, tym bardziej fb oddala się od fs).
Gdyby więc zastosowany głośnik miał bardzo niski Qts, to prawidłowe byłoby strojenie znacznie wyższe niż fs i wówczas przypadkiem mogłoby ono pokryć się z fc. Jednak przesunięcie częstotliwości rezonansowej fb względem fs we wspomnianych modelach wynika z jednej przesłanki – uzyskania jak najmniejszych odchyłek charakterystyki przetwarzania. A tutaj jest ona duża, a kształt wszystkich krzywych wskazuje, że pracujemy z głośnikiem o wysokiej wartości Qts.
Jakiej, tego bez pomiaru głośnika swobodnie zawieszonego dokładnie nie da się ustalić (podobnie jak fs), ale tak jak ustaliliśmy fc, tak możemy ustalić Qtc – z kształtu wierzchołka impedancji. Oto dowód trzeci w sprawie, chociaż elementarnych rachunków nie będziemy tutaj przytaczać.
Ze względu na trochę nieregularny (niesymetryczny) kształt wierzchołka wynik jest obarczony pewnym błędem, ale dokładność i tak jest wystarczająca dla potrzeb tego "dochodzenia". Pomocny był także pomiar charakterystyki przetwarzania w opcji zamkniętej (dowód czwarty) – wierzchołek przy 80 Hz oczywiście stopniał, o ok. 7 dB, ale pozostało podbicie ok. 3 dB (krzywa czarna na rys. 3).
Z tych wszystkich przesłanek wynika wniosek, że Qtc mieści się w zakresie 1–1,4. Podajemy duży zakres, bo chcemy być w tych szacunkach ostrożni, ale i tak jest to wartość bardzo wysoka nawet jak na obudowę zamkniętą, podczas gdy w typowym bas-refleksie, po jego zamknięciu, Qtc wynosi zwykle ok. 0,6. Na tej podstawie, jak też z pomocą rozkładu wierzchołków w bas-refleksie i po zamknięciu obudowy można też oszacować Qts jako nie niższe niż 0,7.
Taki głośnik teoretycznie nie nadaje się do bas-refleksu, a jeżeli już, to do nisko strojonego i wytłumionego. W M1 wszystkie środki i decyzje są bardzo niekonwencjonalne i zmierzają do tego, co widzimy w pomiarach – silnego podbicia średniego basu.
Strojenia odbiegające od teoretycznych modeli są bardzo częste, służą najczęściej osiągnięciu jak najlepszej odpowiedzi impulsowej albo wynikają z problemów konstrukcyjnych - deficytowej objętości lub trudności w ustaleniu odpowiednio niskiej częstotliwości rezonansowej obudowy (mała objętość i brak miejsca na długi tunel).
To może być trop wysokiego strojenia M1, aby ustalić niższe, konstruktorowi pozostawała jeszcze opcja mniejszego przekroju tunelu, ale to mogłoby powodować kompresję przy wysokich poziomach wysterowania głośnika (zbyt duże prędkości przepływu powietrza w tunelu), a głośnik wydaje się być zdolny do pracy z wysokimi amplitudami.
Ale jak już wyjaśniliśmy, nawet tak wysokie strojenie mogłoby dać poprawne charakterystyki przy niskiej, bardziej typowej dla bas-refleksu dobroci głośnika Qts.
Wysoka dobroć jest niespodzianką wobec zastosowania w jego konstrukcji bardzo silnego układu magnetycznego. Wróćmy więc jeszcze do niego na moment. Nie jesteśmy pewni dokładnych wymiarów poszczególnych elementów, ale w treści omawianego wcześniej patentu podane są wymiary elementów głośnika "wzorcowego" i jest prawdopodobne, że głośnik w M1 ma takie same albo bardzo podobne.
Całkowita wysokość szczeliny – na którą składają się dwie pary pierścieni neodymowych i para pierścieni miedzianych / srebrnych pomiędzy nimi – wynosi 42 mm; wysokość cewki nie jest podana, ale jak wynika z rysunku przekrojowego, wynosi ok. 9 mm.
Zakładając, że w całej szczelinie pole jest jednorodne, w takiej konfiguracji, bez względu na pozycję cewki, spoczynkową czy też w dużych wychyleniach, tylko ok. 20% strumienia magnetycznego przechodzi przez uzwojenia cewki i "uczestniczy" w tworzeniu siły ją poruszającej.
Jeżeli dodatkowo wziąć pod uwagę wciąż użyteczne pole magnetyczne kilka milimetrów powyżej i poniżej szczeliny, to jeszcze mniej. Zwykle w głośnikach z systemem krótkiej cewki w długiej szczelinie ok. 40%-50% szczeliny jest wypełnione cewką. Znacznie większy "zapas" wolnej szczeliny poza cewką służy liniowej pracy przy bardzo dużych amplitudach, a bardzo silny układ magnetyczny mógłby pozwolić na taki luksus.
Być może jednak jego siła nie jest tak duża i współczynnik Bxl jest umiarkowany. Na wysoki Qts może mieć też wpływ niska podatność zawieszeń, jednak na podstawie szacowanego stosunku fc/fs nie wydaje się ona bardzo niska. Z kolei umiarkowana czułość wskazuje na umiarkowany Bxl, ale tutaj trzeba też uwzględnić filtrowanie (zwrotnicę), małą powierzchnię przedniej ścianki i 8-omową impedancję.
Z kolei masa membrany, która mogłaby "zaabsorbować" dużą siłę (to skrót myślowy, żeby już nie przedłużać…), nie wydaje się bardzo duża, chociaż jej dokładnej wartości nie znamy. Pomijam najbardziej ekstrawaganckie powody znacznego wzrostu Qts, jak np. włączenie szeregowej rezystancji.
Za to przyszło mi do głowy, że może mierzyliśmy głośnik "niewygrzany"; świeże głośniki mają wyższą (niż docelowa) wartość fs i Qts na skutek mniejszej podatności "nierozruszanych" zawieszeń.
Nie robi to zwykle aż takiej różnicy, ale na wszelki wypadek dokonaliśmy powtórnych pomiarów po ok. miesiącu i okazało się, że wyniki są dokładnie takie same jak na początku. Prawdopodobnie instalowane są głośniki już "wygrzane" albo ich zawieszenia nie wymagają takiego procesu.
Na koniec przypomnijmy rytualne zastrzeżenie. Charakterystyka przetwarzania może być nawet pięknie wyrównana, a brzmienie wciąż takie sobie, może też być pofalowana, a brzmienie i przekonujące. Zależy to od wielu czynników. Trudno stwierdzić, co jest najważniejsze, bowiem wiele elementów jest krytycznych - jak ogniwa łańcucha.
W Laboratorium skupiamy się jednak na tym, co mierzymy, a i to nie jest wcale wszystkim, co można zmierzyć. Nawet najszerzej zakrojone pomiary nie powiedziałyby nam wszystkiego, a co dopiero tak wycinkowe. Mimo to ekspertom wiele mówią. Natomiast laików ostrzegałbym przed wyciąganiem "ostatecznych" wniosków (bo i eksperci na takiej podstawie ich nie wyciągają).
