rządzenia służące do reprodukcji muzyki (audio) są dość „specyficznymi” urządzeniami elektronicznymi, ponieważ w fazie ich projektowania należy spełnić o wiele więcej warunków niż przy elektronice nie przeznaczonej dla audio. Gdy zbudujemy poprawnie np. domofon, będzie on działał, ale jeśli się gdzieś pomylimy – nie zadziała. Jeśli natomiast zbudujemy poprawnie wzmacniacz i będzie on działał, wcale nie będzie to oznaczało, że będzie dobrze brzmiał. Czyli – pomimo działania, nie spełni swojej roli.

W urządzeniach audio spotykamy często specjalnie dobierane elementy (bo przecież np. kondensatory różnych producentów brzmią w różny sposób), niestandardowe rozwiązania (własne patenty producentów) i właśnie dlatego projektowanie dobrze brzmiących urządzeń audio zajmuje tak wiele czasu. Ich brzmienie nie zawsze jest też adekwatne do wykonywanych na nich pomiarach (czasem świetnie brzmiące urządzenie w pomiarach jest bardzo przeciętne i odwrotnie), a połączenie - wydawałoby się - tych samych elementów elektronicznych daje często różne efekty brzmieniowe. Tak jest w realnym świecie, innym niż środowisko komputerowo-pomiarowe, w którym można odseparować i symulować działanie poszczególnych elementów lub części projektu, nie zmieniając reszty. Dlatego też „niemal idealne kopie” wykonywane w świecie DIY audio nie są tak naprawdę kopiami, lecz lepiej lub gorzej zrealizowanymi projektami opartymi na wyjściowym (wzorcowym) schemacie ideowym. Wielcy świata audio nie boją się więc kopiowania, a czasem nawet publikują schematy ideowe swoich najlepszych projektów, jednak bez wskazówek ich montażu. Dlaczego tak się dzieje?
Projektowanie urządzeń audio to tak naprawdę walka o jak najmniejsze zniekształcenia reprodukowanego dźwięku lub, jak kto woli, ukazanie jak największej ilości zalet, ukrycie wad i nakreślenie przez projektanta zamierzonego efektu końcowego. Uzyskanie tego „pożądanego” brzmienia jest zawsze efektem wielu prób, korygowania wartości poszczególnych elementów, zmian rozłożenia ich na płytce, czy umiejscowienia w obudowie itd., itp., - bowiem wszystkie elementy współpracują ze sobą tworząc nową jakość. Gdy jeden ze 100 elementów będzie niewłaściwy, wpłynie przecież na następne (zmieni ich charakterystykę pracy) i zaburzy ich wspólne prawidłowe działanie. To trochę jak efekt domina.
Należy sobie także uzmysłowić, że nie chodzi tu o zmiany rzędu 10 czy 20%. Często znaczenie będzie miał nawet nie 1% tylko 1 promil. Przykładowo – przesunięcie kondensatora na płytce drukowanej o kilka cm bliżej masy wywoła zmiany w brzmieniu, a przecież na schemacie ideowym (jak i w pomiarach i symulacjach komputerowych) nie zostanie uchwycona żadna zmiana. To przecież „tylko” dziesięciotysięczne części Ohma rezystancji ścieżki druku, które jednak dla ludzkiego - tym bardziej audiofilskiego - ucha wyczuwalne są bez problemu. Aż trudno wyobrazić sobie jak dokładny jest zmysł słuchu!
Wszystkie elementy elektroniczne znajdują się w polu elektromagnetycznym, współtworzą je, odbierają, są niejako jego częścią. Zaburzenia tego pola wpływają na pracę tych elementów, na „jakość” ich współpracy z innymi i w konsekwencji na poziom zniekształceń oraz ostateczny efekt brzmieniowy urządzenia. Dlatego tak ważne jest odseparowanie urządzenia od warunków zewnętrznych – stworzenie dla niego poprawnej „izolacji”. Walka z zakłóceniami pola elektromagnetycznego musi zachodzić także wewnątrz obudowy. Największy z generatorów tego pola wewnątrz urządzeń – transformator – obejmuje swoim oddziaływaniem wszystkie elementy układu. Prąd przemienny (AC) o częstotliwości DRGAŃ 50 lub 60 Hz (USA, Japonia) wywołuje ogromną ilość zniekształceń.

I tak doszliśmy do drgań. Prawie każdy z nas słyszał buczenie, czasem nawet warkot transformatora. Jego elementy nie są przecież połączone ze sobą idealnie sztywno. Przemienność pola elektrycznego wywołuje zmiany pola magnetycznego i można wyobrazić sobie, że poszczególne zwoje drutu w transformatorze „tańczą jak struny”. Częstotliwość 50/60 Hz jest też doskonale przez człowieka słyszalna i jako drgania – wyczuwalna. Te drgania przenoszą się na resztę obudowy urządzenia. W przypadku wzmacniaczy lampowych – na lampy, zakłócając drogę wiązki elektronów pomiędzy katodą a anodą. W przypadku odtwarzaczy – na głowicę laserową, wpływając na układ korekcji błędów. Wyobraźmy sobie, że 50 lub 60 razy na sekundę ktoś każe nam leciutko podskakiwać i do tego w takich warunkach czytać gazetę…
Do drgań transformatorów dochodzą te pochodzące z zewnątrz – np. drewnianej niestabilnej podłogi i przede wszystkim drgania pochodzące od głośników basowych, gdy głośno słuchamy muzyki. W skrajnych przypadkach, gdy laser odtwarzacza ma już swoje lata, możemy nawet zaobserwować, że przy głośnym słuchaniu po prostu gubi ścieżkę i przeskakuje w inne miejsce nagrania. Dla głowicy laserowej to tak jak trzęsienie ziemi dla budynku. Gdy czujemy muzykę „całym ciałem”, wyobraźmy sobie co dzieje się z igłą gramofonu, która jest wrażliwa na malutkie rowki w płycie (?).

Płyta CD potrafi wykonać ponad 500 obrotów na sekundę, DVD czy Blu-ray nawet kilka razy więcej. Masowa produkcja silników obracających płyty, jak również setek milionów płyt nie jest w stanie zapewnić idealnego rozłożenia ich masy - niemal żadna z płyt nie jest prawidłowo wyważona. Gdy „ładujemy” ją do odtwarzacza, dociskana jest krążkiem, często plastikowym, nakładanym automatycznie przy pomocy sprężynki. Kto odkręcił kiedyś obudowę odtwarzacza na pewno obserwował, jak głowica podąża za ścieżką podczas każdego obrotu płyty. Gdy niewyważona masa obraca się, powstaje siła odśrodkowa, której wektor zaczepiony jest nie w osi obrotu lecz na mimośrodzie - cały układ zaczyna drgać. System korekcji błędów odtwarzacza radzi sobie z tymi drganiami bezproblemowo, jednak o ile dokładniejszy będzie odczyt płyty, gdy te drgania będą choć o połowę słabsze?
W tym celu zaopatrzmy urządzenie w akcesorium, które pomoże zredukować choć w części wszystkie opisane powyżej drgania. Gdy będziemy słuchać głośno muzyki, urządzenie będzie mniej reagować na „uderzenie basu”, obudowa drgająca pod wpływem transformatora nie będzie tak mocno rezonować, nawet sam transformator trudniej będzie wpadał w rezonans. Cały układ będzie miał bardziej stabilne pole elektromagnetyczne, do prostowników prądu dotrze mniej zakłóceń, dzięki czemu napięcia zasilające elementy elektroniczne będą bardziej stabilne, wiązki elektronów w lampach będą mniej zakłócane, drgania obracającej się płyty też będą częściowo wygaszane. W konsekwencji całkowity poziom zniekształceń obniży się. To tak, jakby przesiąść się z „wozu drabiniastego” do samochodu z nowoczesnym pneumatycznym zawieszeniem. Właśnie dlatego wszelkiego rodzaju stopki, nóżki, podstawki i wreszcie – skomplikowane platformy antywibracyjne mają sens.

Skąd wziął się pomysł na platformę tłumiącą drgania?

W codziennym życiu każdego dnia mamy do czynienia z różnego rodzaju „szkodliwymi” drganiami i wibracjami, z którymi staramy się walczyć. W 2. połowie XX w. znacząco rozwinęła się sejsmologia i sejsmografia. Kraje położone w strefach narażonych na trzęsienia ziemi wprowadziły normy określające sposób projektowania budynków, które będą na tyle wytrzymałe, aby przetrwać nawet duże wstrząsy. Budowle w tych rejonach świata budowane są inaczej niż „zwykłe” budynki na „terenach spokojnych” np. w Polsce. Stosuje się tam m.in. dodatkowe przeguby w fundamentach, mocniejsze i odpowiednio dobrane materiały konstrukcyjne oraz dodatkowe elementy pomagające przetrwać budowli podczas trzęsienia ziemi lub huraganu. Wspaniałym przykładem zastosowania takich technologii jest zbudowany niemal na uskoku tektonicznym drapacz chmur „Taipei 101” na Tajwanie, który przy wysokości pół kilometra potrafi przetrwać trzęsienie ziemi o sile 7 stopni w skali Richtera i oprzeć się silnym wiatrom bez uszkodzeń. Wewnątrz tego budynku znajduje się wysokie na kilkanaście pięter wahadło – dodatkowa duża masa, która pomaga wygaszać drgania i zmniejsza odchylenia konstrukcji podczas mocnych wiatrów. Znajduje się tam nawet taras widokowy, z którego można obserwować, jak wahadło przemieszcza się czasem nawet o kilka metrów w stosunku do swojej pozycji wyjściowej.

W przemyśle ciężkim podczas obróbki mechanicznej ciężkich elementów wykorzystuje się potężne stacje obróbcze – tokarki, frezarki itp. Ruch obrotowy elementów tych maszyn wraz z obrabianymi na nich konstrukcjami wywołuje potężne drgania i wibracje, które mogą z czasem powodować osiadanie i zniszczenie fundamentów pod tymi maszynami. Projektowanie ich fundamentów jest więc odrębną, ważną dziedziną wiedzy. Na podstawie masy urządzeń, możliwych ich obciążeń oraz prędkości obrotowych silników określa się rezonanse, które powstaną w fundamencie. Wynikiem późniejszych obliczeń jest wymagane w fundamencie rozłożenie masy, jego wymiary oraz schemat konstrukcji, aby ustawiona na nim maszyna nie wpadała w nadmierne drgania. Prawidłowo zaprojektowany fundament jest „platformą antywibracyjną” dla tego urządzenia. W niektórych przypadkach, aby częściowo wygasić drgania maszyn podczas ich pracy, w pewnych sytuacjach, stosuje się potężne subwoofery o mocy kilku kilowatów, które stawiane obok maszyny generują drgania o odpowiednich częstotliwościach, odpowiednio przesunięte w fazie.
Gdy przeniesiemy opisane powyżej i podobne pomysły oraz technologie z „makro świata” do świata urządzeń audio i umiejętnie je wykorzystamy, powstanie urządzenie antywibracyjne, które wpłynie dodatnio na brzmienie urządzenia audio.

Dlaczego ważny jest każdy element platformy?

Walczyć z drganiami i rezonansami można na kilka sposobów. Każde ciało posiadające masę posiada również zależną od niej częstość drgań własnych. Zmieniając masę ciała, zmienimy częstotliwość, przy której wpadnie ono w rezonans.
Różne materiały mają różne twardości i budowę wewnętrzną, czyli inne właściwości przenoszenia lub pochłaniania drgań (kumulowania energii). Przykładowo – twarda stal będzie bardzo dobrym „przekaźnikiem” drgań, natomiast guma – będzie bardzo dobrze te drgania kumulowała i wygaszała. Ta własność określona jest jako współczynnik tłumienia drgań, który zależny jest od gęstości i budowy wewnętrznej danego materiału.
Elementy wykonane z tego samego materiału, ale o różnych wymiarach zewnętrznych będą również miały różne częstości drgań własnych. Nie bez znaczenia jest także budowa wewnętrzna materiału – szkło o budowie bezpostaciowej będzie zachowywać się zupełnie inaczej niż materiały o budowie krystalicznej, jak metale czy minerały.
Dzięki odpowiedniemu doborowi materiałów możemy więc wpłynąć na przenoszenie i tłumienie drgań o danej częstotliwości – np. na częstość drgań transformatora sieciowego. Należy jednak pamiętać o tym, że niemożliwe jest „ustawienie” tłumienia drgań tylko dla jednej z częstotliwości. Każdy materiał, czy też połączenie kilku różnych, będzie działało na większy przedział częstotliwości (nie na jedną konkretną), a także na częstotliwości o ćwierć, pół i oktawę wyższe oraz, odpowiednio, na kolejne ćwiartki, połówki i pełne oktawy wyżej (różnica o oktawę to podwojenie częstotliwości). Upraszczając – gdybyśmy „ustawili” rezonans „platformy antywibracyjnej” dokładnie na 50 Hz, działałaby ona także przy częstotliwościach 100, 200, 400, jak i 75, 150, 300 oraz przy wszystkich pośrednich, choć słabiej. Mogłoby się okazać też, że działałaby niemal równie mocno na takie częstotliwości, na które nie chcemy oddziaływać.

Często słyszy się, że dany materiał powoduje takie lub inne zmiany w brzmieniu (posiada swoje własne cechy brzmieniowe), np. granit, szkło, akryl czy drewno. Przy budowie „platformy antywibracyjnej” można to „brzmienie materiału” umiejętnie wykorzystać, ale można też zrobić to nieumiejętnie i brzmienie zestawu stanie się nawet gorsze, niż przed jej zastosowaniem. Przykładowo, jeśli okaże się, że podłożenie pod wzmacniacz lub odtwarzacz płyty granitowej o grubości 2 cm, poprawiło brzmienie (obniżyło rezonans całego układu – wzrosła jego masa), nie oznacza to wcale, że podłożenie płyty granitowej o grubości 4 cm, spowoduje dwukrotnie większą poprawę brzmienia. Zbyt duża masa bowiem może spowodować tak mocne przesunięcie rezonansu całego układu, że w konsekwencji przyczyni się on do zwiększenia drgań w pewnych przedziałach częstotliwości, co z kolei spowoduje pogorszenie odbieranej przez nas jakości dźwięku. Łatwo jest więc „przedobrzyć”.
Niektóre z częstotliwości bardzo trudno wygasić. Można więc spróbować je przekazać w większości (niestety, nigdy nie uda się to w całości) za pomocą materiałów dobrze przenoszących drgania (twardych). Można także spróbować odseparować urządzenie od drgań, stosując jak najmniejszą powierzchnię styku dwóch elementów – szpic kolca o bardzo małej powierzchni przekaże mniej drgań niż płytka o znacznie większej powierzchni. Do budowy „platformy antywibracyjnej” można więc użyć wiele różnych materiałów, o różnych masach i wymiarach, których właściwości przekazywania i tłumienia drgań będą ze sobą współgrały. Ilość kombinacji jest niemal nieograniczona.

Ważnym czynnikiem w budowie platformy tłumiącej drgania jest jej geometria. Nie wszystkie urządzenia audio są bowiem zbudowane symetrycznie. Transformatory często znajdują się bardziej z lewej lub prawej strony obudowy, mechanizmy są częściej z przodu, a nie w centrum. Rezonanse rozkładają się także inaczej na podporach rozstawionych na bazie czworokąta (gdy urządzenie ma 4 nóżki), inaczej – na bazie trójkąta. To także należy wziąć pod uwagę.
Jest jeszcze wiele czynników, które należy wziąć pod uwagę, dlatego bardzo trudno zbudować „platformę antywibracyjną”, która będzie prawidłowo współdziałała z wieloma różnymi urządzeniami. Zawsze będzie tak, że z jednymi „zgra się” lepiej, z innymi gorzej. Należy więc poszukiwać rozwiązania, które wyeliminuje (lub zamaskuje) jak najwięcej wad i wyeksponuje zalety w danej konfiguracji.
Najlepsza będzie platforma, która potrafi „rozbić” lub obniżyć poziom rezonansów dla jak największych przedziałów częstotliwości, prawidłowo odseparować urządzenie od wpływów drgań zewnętrznych oraz równocześnie umiejętnie „zapanować” nad drganiami generowanymi w samym urządzeniu.
Mając to wszystko na uwadze zaprojektowałem platformę GRAVITY. Podczas prac nad nią starałem się zastosować jak najwięcej z opisanych powyżej cech. Serdecznie zachęcam do przetestowania
jej we własnych systemach audio.