W literaturze, zarówno technicznej jak i patentowej, znane są różne rozwiązania dotyczące budowy kolumn głośnikowych - między innymi z obudowami otwartymi i zamkniętymi, względnie z obudowami z otworem lub membraną bierną. Te podstawowe typy kolumn charakteryzują się określonymi cechami, do których należą m.in. szybkość odpowiedzi impulsowej czy dolna częstotliwość graniczna, zależne od wyboru rozwiązania dla tych samych typów zastosowanych głośników. Znaczna część rozwiązań stosowanych w kolumnach głośnikowych, w tym wielodrożnych, opiera się na standardowej obudowie prostopadłościennej, co między innymi może powodować powstawanie niekorzystnych z punktu widzenia konstruktora fal stojących.

Dodatkowo znaczącym utrudnieniem konstrukcyjnym jest konieczność oddzielenia głośników w sensie oddziaływania ciśnienia akustycznego, np. oddzielenie głośnika niskotonowego od średniotonowego czy wysokotonowego. Mankamentem jest również niska atrakcyjność wizualna - jak mówię, znakomita większość kolumn to zwykły, prostopadłościenny klocek.

Prezentowana kolumna głośnikowa (zdj. 1-3) zbudowana została przeze mnie, w jednym egzemplarzu. U jej podstaw leży chęć zbudowania kolumny z pojedynczym głośnikiem szerokopasmowym (ale prawdziwie szerokopasmowym) zamontowanym w falowodzie, którego wylot skierowany jest w tym samym kierunku co sam głośnik- w kierunku słuchacza. Żeby wspomóc działanie basu, zdecydowałem się zastosować dodatkowy głośnik niskotonowy, umieszczony w komorze zamkniętej o kształcie ślimaka. Przekrój zarówno falowodu głośnika szerokopasmowego, jak też komory dolnego głośnika mają w ich dowolnym miejscu kształt elipsy lub okręgu, co zapobiega powstawaniu fal stojących.

Dodatkowo zawinięty kształt komory dolnego głośnika niskotonowego umożliwia stworzenie długiego zamkniętego falowodu na małym obszarze. Eliptyczny kształt wylotu promieniowana akustycznego pochodzącego z górnego głośnika szerokopasmowego dodatkowo oddziela ciśnienie akustyczne przednie od tylnego oraz skupia je na odbiorcy. Z kolei skierowanie głośnika niskotonowego do dołu, w kierunku podłogi umożliwia umieszczenie kolumny blisko ścian i narożników pomieszczenia bez obawy o powstawanie dudnień w obszarze niskich częstotliwości.

Prezentowana kolumna głośnikowa znajduje, moim zdaniem, zastosowanie zarówno w sprzęcie audio powszechnego użytku, jak też w sprzęcie audio z najwyższej klasy hi-end, a nawet w studiach nagraniowych. Wykorzystanie zatem tej konkretnej kolumny głośnikowej jest praktycznie nieograniczone i zależne jedynie od przyjętej skali rozwiązania, rozmiarów zewnętrznych, jak też użytych materiałów do obudowy czy typów głośników. W mniejszych rozmiarach i z głośnikami niższej klasy może być wykorzystywana zarówno jako monitor studyjny jak też - skrajnie - w formie głośników do komputera.

Przy obecnych rozmiarach - ok. 1300 x 500 x 500 (wysokość x szerokość x głębokość) - wadze ok. 40 kg, z głośnikami firmy Manger ma postać kolumny podłogowej (wolnostojącej). Szkielet kolumny został wykonany z drewna z aluminiowymi (anodowanymi na czarno ) nóżkami.

Regulacja ustawienia kolumny jest przeprowadzana jedną, umieszczoną z przodu, nóżką. Na tylnich nóżkach umieszczony wygrawerowany został napis, a zarazem logo twórcy oraz opis wyprowadzeń (zdj. 5, zdj. 6, zdj. 8). Wyprowadzenia elektryczne głośników mieszczone zostały na jednej z nóżek - jest to zawsze wewnętrzna nóżka kolumny. Wyprowadzenia elektryczne są separowane galwanicznie od siebie (nie posiadają wspólnej masy) i są podłączone bezpośrednio do głośników.

Do budowy kolumn wykorzystałem dwa typy przetworników - szerokopasmowy Manger MSW W05 1.2 oraz niskotonowy Manger MTC0803-8. Głośnik szerokopasmowy umieszczony jest w centralnej części kolumny (zdj. 7), natomiast niskotonowy od spodu kolumny i zwrócony jest w kierunku podłogi. Wysokość tylnich nóżek na poziomie 5 cm od podłoża zapewnia mu poprawną pracę oraz wystarczające ciśnienie akustyczne.

Ścianki kolumny mają grubość 15 mm i są tłumione od wewnętrznej strony gąbką o grubości 3 mm i więcej, w zależności od miejsca, w którym jest użyta. W kolumnie nie przewidziano maskownicy głośnika szerokopasmowego. Przewidziana jest natomiast, widoczna na zdjęciach (zdj. 1, zdj. 4), osłona zapobiegająca uszkodzeniom mechanicznym głośnika - osłonę ściąga się na czas odsłuchów. Obydwa głośniki są podłączone do wzmacniacza poprzez zewnętrzną zwrotnicę (zdj. 9).

Zwrotnica (zdj. 9) została umieszczona w obudowie z granitu o grubości 10 mm z podstawą wykonaną z blachy miedzianej. Nóżki zwrotnicy zostały wykonane z litego brązu. W zwrotnicy, z podziałem dla 150 Hz, zastosowano filtry pierwszego i drugiego rzędu - odpowiednio dla głośnika szerokopasmowego oraz niskotonowego. Dzięki granitowej obudowie, cewkom nawijanym drutem płaskim 16AWG, kondensatorom Jantzen Z-CAPS waga zwrotnicy wynosi 21 kg. Parametry zwrotnicy zostały indywidualnie dobierane do zestawu (różne wartości elementów dla lewego i prawego kanału, wynikające z rozrzutu parametrów przetworników) na podstawie wyników uzyskiwanych z pomiarów w komorze bezechowej.

Górna płyta obudowy zwrotnicy jest grawerowana z oznaczeniem podłączeń od strony wzmacniacza i kolumny. Odseparowanie galwaniczne całego toru obu głośników łącznie ze zwrotnicą umożliwia niemal dowolną konfigurację zestawu przy połączeniu ze wzmacniaczem. W oryginalnej wersji kolumny pracują z monoblokami lampowymi TA-2 w układzie PSE z lampami KT88 widocznym na zdjęciu (zdj. 10). Charakterystyka impedancji zestawu (4 Ω) pozwala na wysterowanie go ze wzmacniaczy lampowych do mocy 100 W. Charakterystyka amplitudowo - częstotliwościowa przebiega liniowo w zakresie ±3 dB na przedziale 25 Hz-20 kHz.

Kolumny RK-0 wraz z monoblokami lampowymi TA-2 PSE i przedwzmacniaczem PTA-1 (zdj. 1, zdj. 10) były prezentowane na targach INTARG 2011, gdzie otrzymały złoty medal. Dodatkowo są chronione patentem oraz jako wzór przemysłowy na terenie Polski oraz krajów Unii Europejskiej (P- 393 041, WP - 17483, No 001925868-0001).

Pomiary parametrów elektroakustycznych zostały przeprowadzone w komorze bezechowej przy wykorzystaniu systemu Audiomatica z elektretowym, kalibrowanym mikrofonem pomiarowym (dokładność: ±1 dB/20 Hz-10 kHz, ±2 dB/10-20 kHz; max SPL 130 dB; średnia czułość 28 mV/Pa). Pomiar rezonansów obudowy zrealizowano wykorzystując 16 sztuk bezprzewodowych akcelerometrów (zakres pracy +/- 1,7 g). Pomiar podstawowych parametrów elektrycznych zrealizowano wykorzystując oscyloskop cyfrowy GDS 2104 oraz mostek Quad Tech 1920 Precision LCR Meter, będące na wyposażeniu uczelni.

BIO
Dr inż. Robert Koprowski jest adiunktem w Zakładzie Komputerowych Systemów Biomedycznych Instytutu Informatyki Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach. Wśród zainteresowań naukowych wymienia komputerową analizę i przetwarzanie sygnałów oraz obrazów biomedycznych, a także techniki informatyczne w medycynie i biotechnologii. Jest autorem i współautorem kilkudziesięciu prac naukowych, a także współautorem monografii Przetwarzanie obrazów w programie Matlab (Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, 2001), Praktyka przetwarzania obrazów w programie Matlab (Wydawnictwo EXIT, 2004), Analiza kąta nachylenia mikrotubul (Wydawnictwo Uniwersytet Śląski, 2007).

Prezentowany artykuł jest zmienioną wersją publikacji na stronach Uniwersytetu Śląskiego (TUTAJ)