background image

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/99

66

Parametry otworu

K

K

iedy  już  ustalimy  podstawowe
parametry obudowy bass−reflex,
czyli  jej  objętość  Vb  i częstotli−

wość dostrojenia układu rezonansowego
fb, pozostaje obliczyć parametry samego
otworu, czyli jego powierzchnię i długość
tunelu.  Tunel  zakładany  jest  po  to,  aby
zwiększyć  masę  powietrza  w otworze,
i przez to uzyskać odpowiednio niską czę−
stotliwość  rezonansową.  Masa  powie−
trza w otworze jest również tym większa,
im  większa  jest  jego  powierzchnia,  ale
okazuje  się,  że  zwiększenie  powierzchni
w jeszcze  większym  stopniu  wpływa  na
zmniejszenie  podatności,  ostatecznie
więc podnosi, a nie obniża częstotliwość
rezonansową.  Równocześnie  trzeba  pa−
miętać,  że  podatność  tym  większa,  im
większa  objętość  obudowy.  Tymczasem
jednak  zakładamy,  że  objętość  obudowy
Vb jest już dana, tak jak częstotliwość re−
zonansowa fb, możemy więc dopasowy−
wać  jedynie  powierzchnię  otworu  Sv
(i wynikającą z niej średnicę otworu okrą−
głego dv) i długość tunelu Lv. Aby w da−
nej  objętości  Vb  uzyskać  daną  częstotli−
wość rezonansową fb, możemy zastoso−
wać otwory różnych wymiarów (o mniej−
szej  średnicy  i z krótszym  tunelem,
o większej  średnicy  i z dłuższym  tune−
lem). 
Jak widać z praktyki, powierzchnie otwo−
rów bass−reflex są znacznie mniejsze od
powierzchni głośników. Dzieje się tak dla−
tego,  że  przy  dużej  powierzchni  otworu,
dla uzyskania założonej częstotliwości re−
zonansowej,  należy  stosować  długie  tu−
nele,  które  z kolei  mogą  nie  mieścić  się
w zaprojektowanej obudowie, nawet gdy
jest  bardzo  głęboka.  Ponadto,  długie  tu−
nele  generują  własne  rezonanse,  leżące

przy  częstotliwościach  kilkuset  Hz
(ćwierćfalowe,  półfalowe,  odpowiadają−
ce długości tunelu), rozpraszane wszech−
kierunkowo  ze  względu  na  znacznie
mniejszą  średnicę  otworu,  i stąd  poten−
cjalnie słyszalnie zakłócające przetwarza−
nie.  Skłaniałoby  to  do  stosowania  otwo−
rów jak najmniejszych, aby tunele mogły
być  jak  najkrótsze,  niestety,  z tej  strony
również  pojawia  się  nie  mniej  poważne
ograniczenie.  Otóż  w otworze  o po−
wierzchni znacznie mniejszej od głośnika
wymuszane  są  prędkości  powietrza
znacznie  większe,  niż  wytwarzane  przez
membranę − proporcjonalnie do stosunku
powierzchni  membrany  i otworu.  Jeśli
w dodatku  sam  głośnik  może  pracować
na dużych amplitudach, to okazuje się, że
przy 

dużych 

sygnałach 

powietrze

w otworze  “nie  nadąża”,  wymagane
prędkości  przepływu  nie  są  osiągane.
Niestety,  wymiary  otworu,  przy  którym
powyższe zjawisko by nie występowało,
musiałyby być porównywalne z wymiara−
mi  głośnika  (a więc  tunel  byłby  bardzo
długi).  Jednak  problem  kompresji  jest
tym  dotkliwszy,  im  otwór  jest  mniejszy,
więc  choć  idealnego  rozwiązania  nie
można  zrealizować,  to  mimo  to  należy
minimalizować  szkodliwe  zjawisko  po−
przez  stosowanie  otworów  tak  dużych,
jak to tylko możliwe. Problem kompresji,
dla danego stosunku powierzchni glośni−
ka  i otworu,  narasta  wraz  ze  wzrostem
sygnału  sterującego.  Dlatego  można  też
uwzględnić,  jakie  w praktyce  natężenia
dźwięku  chcemy  uzyskiwać.  Jeżeli  bę−
dziemy sterować głośnik tylko niskimi sy−
gnałami,  problem  będzie  relatywnie  nie−
wielki,  i dopuszczalne  jest  zastosowanie
mniejszego otworu. Z drugiej strony, wła−
śnie  dlatego  instalacje  profesjonalne  −

estradowe − mają tak duże otwory bass−
reflex, aby pracować bez kompresji rów−
nież  przy  bardzo  dużych  nateżeniach
dźwięku  (nie  jest  to  tam  tak  trudne  do
uzyskania,  jako  że  wbrew  pozorom  czę−
stotliwości  rezonansowe  kolumn  estra−
dowych wcale nie są bardzo niskie). Cza−
sami  spotykana  opinia,  że  duże  bass−re−
flexy  estradowych  kolumn,  przez  swoją
dużą  powierzchnię,  działają  efektywniej,
ale bardziej zaznaczają efekty rezonanso−
we,  natomiast  małe  bass−reflexy  są
“cichsze”, ale przez to mniej podbarwia−
ją brzmienie, jest fałszywa. Małe bass−re−
flexy  po  prostu  stwarzają  problem  nieli−
niowego działania w funkcji sygnału ste−
rującego,  a każda  taka  nieliniowość  jest
źródłem zniekształceń.
W praktyce  można  zalecić,  aby  po−
wierzchnia otworu stanowiła ok 20% po−
wierzchni głośnika, uznając 15% za abso−
lutne minimum, dopuszczalne w przypad−
ku  głośników  małych,  o małej  amplitu−
dzie, i sugerując 25% dla głośników o du−
żej amplitudzie, o ile pozwalają na to inne
warunki.
Między  tunelem  a przeciwległą  ścianką
(tzn.  tylną,  jeśli  wylot  jest  na  przedniej),
powinien  pozostać  dystans  nie  mniejszy
od średnicy otworu.

Przy danych:
dv − średnicy otworu (cm)
Vb − objętości obudowy (dm3)
fb − częstotliwości rezonansowej (Hz),

długość tunelu Lv może być określona ze
wzoru:

23400 x

dv

2

fb

2

x Vb

− 0,73 x dv

Obudowa bass−reflex (obudowa z otworem) cz. II

background image

67

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/99

Kształt otworu

Najczęściej  spotykamy  okrągłe  otwory
bass−reflex,  mają  one  poważne  zalety  −
stosunek  objętości  powietrza  w tunelu
do powierzchni jego ścianek jest najko−
rzystniejszy, co minimalizuje  tarcie  czą−
steczek, okrągłe tunele z PVC o różnych
średnicach  są  powszechnie  dostępne,
czy to pod postacią rur kanalizacyjnych,
czy w ofercie firm wyspecjalizowanych
w zaopatrywaniu  hobbistów  −  tam  spo−
tkać można rury lekko stożkowe (gene−
rują  mniejsze  rezonanse  fal  stojących),
z wyprofilowanymi  wylotami  (zmniej−
szają turbulencje powstające na ostrych
krawędziach),  teleskopowe,  zakrzywia−
ne.  Korzystając  z takich  rur,  można  ła−
two  eksperymentować  z ich  długością
i częstotliwością  strojenia.  Okrągły
kształt  otworu  nie  jest  jednak  ściśle
obowiązujący.  Czasami  spotkać  można
otwór w kształcie szczeliny, gdzie tunel
utworzony  jest  przez  dodatkową  we−
wnętrzną  ściankę.  Przy  odpowiedniej
konstrukcji  obudowy  możliwe  jest  wy−
mienianie  tych  ścianek  i w ten  sposób
regulowanie  częstotliwości  rezonanso−
wej obudowy, ale jest to trudniejsze niż
w przypadku  tunelu  okrągłego.  Tunele
szczelinowe  stosuje  się  np.  wówczas,
gdy  chce  się  wyprowadzić  otwór  na
przedniej  ściance  małego  zespołu,  na
której nie ma miejsca na otwór okrągły
− wówczas 1−2 cm szczelina pod głośni−
kiem  nisko−średniotonowym  jest  do−
brym rozwiązaniem. Prostokątne otwo−
ry  spotyka  się  też,  gdy  obudowa  działa
po  części  na  zasadzie  labiryntu,  i cały
długi tunel utworzony jest przez prosto−
padłe  ścianki.  Można  eksperymento−
wać z otworami o przekroju trójkątnym,
utworzonymi  w narożach  obudowy  po−
przez  dodanie  wewnętrznej  ścianki
ustawionej  pod  kątem  45

o

względem

ścianek dolnej i bocznej. 

Jeden czy dwa otwory?

Czasami  spotykane  jest  mniemanie,  że
stosowaniem dwóch otworów o mniejszej
średnicy  można  uzyskać  niższą  częstotli−
wośc rezonansową, niż stosowaniem jed−
nego  większego.  Opiera  się  ono  na  rozu−
mowaniu, że skoro otwór o określonej śre−
dnicy i długości daje w obudowie o okre−
ślonej objętości pewną częstotliwość rezo−
nansową,  to  zastosowanie  dwóch  takich
otworów  pozwoli  zachować  tę  częstotli−
wość,  natomiast  korzystnie  zwiększy  po−
wierzchnię promieniowania. Niestety, obu−
dowy  nie  można  w ten  sposób  oszukać.
Układ dostroi się do innej, wyższej często−
tliwości  rezonansowej,  odpowiednio  do
większej powierzchni całkowitej otworów.
To,  czy  stosujemy  dwa  otwory  o po−
wierzchni  X każdy,  czy  jeden  otwór  o po−
wierzchni 2X, z punktu widzenia częstotli−
wości  rezonansowej  nie  ma  znaczenia.
Skoro  można  jednak  stosować  więcej  niż
jeden otwór, więc niektórzy podejmują też
próby,  aby  za  pomocą  dwóch  lub  więcej
otworów z tunelami o różnych długościach
dostrajać  obudowę  do  więcej  niż  jednej
częstotliwości  rezonansowej,  w celu  lep−
szego  wyrównania  pasma.  Niestety,  rów−
nież  w ten  sposób  nie  można  wiele  uzy−
skać, obudowa “widzi” bowiem po prostu
określoną powierzchnię otworu (sumę po−
wierzchni otworów) i określoną  masę  po−
wietrza w tunelu (sumę mas powietrza we
wszystkich tunelach). Korzyść może nato−
miast w takim przypadku wynikać z różne−
go  rozłożenia  rezonansów  fal  stojących
w tunelach  o różnych  długościach,  i słab−
szego zaznaczania się każdego z nich. 
Do tej pory uwzględniamy przede wszyst−
kim częstotliwość rezonansową obudowy
bass−reflex fb, i częstotliwości rezonanso−
we fal stojących w tunelach (znacznie wy−
ższe). Można też wziąć pod uwagę rezo−
nanse  jakie  tworzą  się  w każdej  obudo−
wie między ściankami; jeśli otwór będzie

umiejscowiony  w strzałce  fali  stojącej,
będzie  efektywnie  transmitował  tę  czę−
stotliwośc  na  zewnątrz.  Powstawać  też
będą  rezonanse  między  głośnikiem
a otworem.  Można  więc  też  wziąć  pod
uwagę, że stosowanie więcej niż jedne−
go otworu, choćby o takich samych wy−
miarach,  ale  w rożnych  miejscach  obu−
dowy,  powoduje  osłabianie  wpływu  po−
szczególnych rezonansów tego typu. Są
to  jednak  korzyści  marginalne,  i dlatego
zdecydowana  większość  obudów  bass−
reflex  zadowala  się  jednym  otoworem.
Tam, gdzie widzimy dwa, najczęściej ma−
my do czynienia z niezależnymi komora−
mi dla dwóch głośników niskotonowych,
a więc  w rzeczywistości  z dwoma  obu−
dowami  bass−reflex.  Czasami  stosowa−
nie dwóch mniejszych otworów jest uza−
sadnione miejscem, jakim dysponujemy
na  przedniej  ściance  (dwa  małe  otwory
możemy  wyprowadzić  nad  głośnikiem
nisko−średniotonowym, po obydwu stro−
nach głośnika wysokotonowego). 

Położenie otworu

Otwory  bass−reflex  spotyka  się  najcze−
ściej na tylnej lub przedniej ściance, cza−
sami na dolnej.
Należy  od  razu  wyjaśnić,  że  położenie
otworu nie wpływa na podstawowe para−
metry  dostrojenia;  mniemanie,  że  otwór
promieniujący do tyłu działa w fazie prze−
ciwnej  do  otworu  promieniującego  do
przodu, jest oczywiście błędne. Faza pro−
mieniowania  otworu  jest  określona  przez
zasadę  działanie  układu  rezonansowego
bass−reflex. Ponieważ długości fal często−
tliwości  rezonansowych  bass−reflexu  są
znacznie dłuższe od odległości między gło−
śnikiem  niskotonowym  a otworem,  na−
wet  w przypadku  otworu  na  tylnej  ścian−
ce,  więc  problem  osłabienia  synchroniza−
cji fazowej nie musi być rozważany.  
Położenie  na  tylnej  ściance  ma  natomiast
tę  zaletę,  że  pasożytnicze  rezonanse  obu−
dowy i tunelu w zakresie średnich częstotli−
wości, na skutek ich bardziej kierunkowego
promieniowania, jak i szumy i turbulencje,

zdjęcie 43 − Klasyczne położenie otworu, na przedniej

ściance,  w pobliżu głośnika nisko−średniotonowego

zdjęcie 2 − Zamiast jednego dużego otworu, można

zrobić dwa mniejsze

zdjęcie 1 − Otwór nie musi być okrągły, może mieć

kształ szczeliny. Również w tym przypadku warto zro−

bić wyprofilowanie krawędzi wylotu. 

background image

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/99

68

są słabiej słyszalne, niż w przypadku otwo−
rów promieniujących do przodu. 
Położenie na przedniej ściance z kolei po−
zwala przysunąć zespół głośnikowy bliżej
tylnej  ściany  pomieszczenia  −  gdy  otwór
jest z tyłu, aby nie doszło do uwypuklania
się basu, należy zachować zwykle co naj−
mniej 50cm, a najlepiej 100cm dystansu. 
Otwór  na  dolnej  ściance  wymaga  zasto−
sowania  specjalnych  podkładek  dystan−
sujących, ciśnienie przedostaje się na ze−
wnątrz  poprzez  dookólną  szczelinę  mię−
dzy dolną ścianką o stosowanym zwykle
w takich  przypadkach  cokołem  (lub  bla−
tem  podstawki).  Taka  realizacja  pozwala
stosować bardzo długie tunele. 
Otwory  na  ściankach  bocznych  i górnej
nie są stosowane ze względów estetycz−
nych, choć ze względów ściśle akustycz−
nych nie ma tutaj przeciwwskazań. 

Wytłumienie

Obudowy  bass−reflex  wytłumia  się  zwykle
znacznie  słabiej  niż  obudowy  zamknięte.
Zwyczajem  jest  wyłożenie  ścianek  −  najle−
piej  wszystkich,  2−3cm  gąbką  poliuretano−
wą, gęstą wełną mineralną, lub cieńszą war−
stwą  filcu.  Bezpośrednio  za  głośnikiem
można  dodać  trochę  rzadkiej  waty.  Należy
uważać, aby materiał tłumiący nie znalazł się
bezpośrednio  przy  wlocie  tunelu.  Czasami
świadomie  silnie  wytłumia  się  całą  obudo−
wę, łącznie z sąsiedztwem tunelu, gdy ukad
rezonansowy, z powodu zbyt wysokiej war−
tości Qts głośnika lub zbyt małej obudowy,
nie  może  pracować  optymalnie.  Wówczas
praca układu bass−reflex zaczyna nieco przy−
pominać działanie otworu stratnego. Nie na−
leży  jednak  polecać  tego  rozwiązana,  jeśli
dysponujemy  dobrym  projektem  opartym
na dobrym głośniku do bass−reflexu.

Membrana bierna

Jak  widać,  obudowie  z membraną  bierną
poświęcamy tylko trochę miejsca w ramach
prezentacji  obudowy  bass−reflex.  Jest  to
usprawiedliwione  dwoma  czynnikami  −  po
pierwsze  zasada  pracy  membrany  biernej
jest bardzo podobna do zasady bass−reflexu,
po drugie obudowa z membraną bierną jest
bardzo  mało  popularna,    najprawdopodob−
niej niewielu Czytelników podejmie się eks−
perymentów w tym zakresie, więc nie bę−
dziemy wnikać w szczegóły. 
Membrana bierna zastępuje otwór bass−re−
flex  −  zamiast  masy  powietrza  w otworze,
poruszana jest masa membrany biernej.
Zastosowanie membrany biernej przynosi
kilka  akustycznych  korzyści.  Wyelimino−
wane zostają wszelkie rezonanse rurowe
tunelu  bass−reflex,  szumy  i turbulencje
powietrza 

szybko 

przepływającego

w otworze.    Membrana  bierna  stoi  na
przeszkodzie  wypromieniowaniu  paso−
żytniczych rezonansów obudowy. Można
powiedzieć, że membrana bierna pracuje
jak  idealny...  otwór  bass−reflex,  przeno−
sząc  tylko  zakres  częstotliwości  podsta−
wowego rezonansu fb. 
Jednocześnie  zastosowanie  membrany
biernej  rozwiązuje  problem  powierzchni
otworu  i głębokości  tunelu.  Jak  wspo−
mnieliśmy  wcześniej,  dla  liniowej  pracy
układu rezonansowego konieczna jest od−
powiednio duża − w relacji do powierzchni
sterującego glosnika − powierzchnia otwo−
ru. To z kolei wymusza, dla uzyskania za−
planowanej częstotliwości rezonansowej,
zastosowanie  długiego  tunelu.  Czasami
równoczesne  spełnienie  tych  warunków
jest niemożliwe (mała obudowa jest zbyt
płytka, aby zmieścić w niej kilkudziesięcio−
centymetrowy  tunel)  i wymusza  daleko
idący  kompromis  (najczęściej  w redukcji
powierzchni  otworu).  Można  go  uniknąć,
stosując  membranę  bierną,  która  może
mieć niemal dowolnie dużą masę przy do−
wolnej powierzchni.  
Działanie  membrany  biernej  ma  jednak
i swoją wadę. 

Przypomnijmy, że masa powietrza w otwo−
rze  zawieszona  była  na  podatności  powie−
trza w obudowie. Natomiast masa membra−
ny  biernej  zawieszona  jest  na  podatności
własnego  resora  i podatności  powietrza
w obudowie,  podobnie  jak  normalny  gło−
śnik. Działa więc tutaj nieco bardziej złożony
układ akustyczny, w którym występują dwie
częstotliwości rezonansowe − jedna określo−
na przez masę membrany biernej i wypad−
kową podatność resora i powietrza w obu−
dowie,  druga  przez  masę  membrany  i po−
datność resora. Przy tej drugiej częstotliwo−
ści rezonasowej membrana bierna jak i sam
głośnik pracują na maksymalnych obrotach,
jednak  w dokładnie  przeciwnych  fazach.
Przez  to  na  wypadkowej  chrakterystyce
częstotliwościowej pojawia się w tym miej−
scu ostra zapadłość. Skutkiem tego jest bar−
dzo  ostry  spadek  charakterystyki  przetwa−
rzania, a z tym z kolei wiążą się słabe właści−
wości  impuslowe.  Jeśli  więc  zwracaliśmy
już  uwagę,  że  typowy  bass−reflex  z otwo−
rem ma charakterystyki impulsowe słabsze
od  obudowy  zamkniętej,  to  obudowa
z membraną bierną jest pod tym względem
jeszcze bardziej ułomna. Aby uzyskać możli−
we  najlepsze  charakterystyki  impulsowe,
poza stosowaniem się do zaleceń istotnych
dla  dobrego  bass−reflexu  (głośniki  o niskiej
wartości Qts, w precyzyjnie obliczonej obu−
dowie),  ważne  jest,  aby  membrana  bierna
została  zainstalowana  przy  dużym  współ−
czynniku alfa (alfa = Vas/Vb, ale chodzi tutaj
o alfa i Vas membrany biernej, a nie głośni−
ka), czyli aby powstała jak największa różni−
ca między częstotliwościami rezonansowy−
mi membrany biernej, co rozsuwa częstotli−
wości,  przy  której  układ  pracuje  z pełną
efektywnością od częstotliwości, przy której
wypadkowe  ciśnienie  jest  bliskie  zeru,
a więc zmniejsza nachylenie zbocza popra−
wia charakterystyki impulsowe. 
Dlatego też, wziąwszy ponadto pod uwagę
wyższe  koszty  zainstalowania  membrany
biernej,  w stosunku  do  prostej  rury  z PVC
stanowiącej  otwór  bass−reflex,  większość
producentów ogranicza się do tej drugiej. 
Warto  jednak  jeszcze  wspomnieć  o cieka−
wym  rozwiązaniu,  jakie  w nieprodukowa−
nych już Extremach zaproponował niegdyś
włoski producent Sonus Faber. Otóż zasto−
sowana  tam  membrana  bierna  posiadała...
układ magnetyczny i cewkę drgającą − był to

więc  kompletny  głośnik,  ale  wcale  nie
podłączony  do  sygnału.  Chodziło  o to,  że
w poruszającej się wraz z membraną cew−
ce  mogła  się  indukować  siła  skierowana
przeciwnie do ruchu membrany. Przy cew−
ce rozwartej nic z tego nie wynika, bo prąd
nie  płynie;  gdy  jednak  cewkę  zewrzeć,
wówczas płynący prąd poprzez indukowa−
ną siłę hamuje ruch membrany. Zmieniając
wartość rezystancji na zaciskach głośnika −
membrany biernej, można regulować sto−
pień jej tłumienia, i regulować jej wpływ na
charakterystykę  częstotliwościową.  Roz−
wiązanie kosztowne, ale bardzo ciekawe.  

A

An

nd

drrzze

ejj K

Kiis

siie

ell

zdjęcie 3 − Bardzo często spotykane, na tylnej ściance

Rys.1 − porównanie charakterystyk przetwarzania obu−

dowy bass−reflex i obudowy z membraną bierną, dla

tego samego głośnika w obudowie o tej samej objęto−

ści (linia czarna − bass−reflex, czerwona − membrana

bierna).