Obudowy głośnikowe cz. V - przetworniki wstęgowe

Głośniki wstęgowe oraz wszelkie ich pochodne to jedne z najciekawszych konstrukcji - zarówno pod względm rozwiązań technicznych jak i brzmieniowych. Reduktor Szumu w V odcinku poradnika przedstawia zasadę działania wszelkich tego typu dipoli akustycznych.

Kiedyś, już nie pamiętam nawet w którym odcinku, obiecałem wam że opiszę budowę i zastosowanie głośników wstęgowych. Tytułowe wstęgi oznaczają, że właśnie nadszedł czas aby to zrobić. Zanim zajmiemy się budową głośników wstęgowych, warto przypomnieć jak zbudowany jest zwykły głośnik zwany głośnikiem dynamicznym cewkowym.

Tutaj mamy akurat wersję wysoko tonową, czyli wersję kopułkową. Mamy magnes trwały, to są te niebieskie elementy, który posiada specjalną szczelinę. W szczelinie tej znajduje się cewka przymocowana do membrany tymi czarnymi łącznikami. Cały układ jest tak skonstruowany, aby zapewniał ruch cewki w szczelinie tylko w jednym kierunku, czyli w naszym przypadku tylko do góry i na dół.

Prąd elektryczny doprowadzony ze wzmacniacza tymi czerwonymi przewodami jest przechodzi przepływa przez cewkę. Ponieważ jest to prąd przemienny wywołuje on w cewce zmienne pole magnetyczne, pole to oddziaływuje z polem magnetycznym magnesu powodując ruch cewki w tym polu. Poruszająca się cewka - ponieważ jest przymocowana do membrany - porusza również ją, a ona z kolei powoduje powstanie fali dźwiękowej. I właściwie to wszystko. Co prawda sama zasada działania takiego głośnika jest prosta, ale stworzenie dobrego i sprawnego głośnika tego typu już nie jest takie łatwe. Główną przeszkodą dla stworzenia takiego głośnika, zwłaszcza takiego który będzie nam przetwarzał wiernie wysoki zakres częstotliwości, jest masa układu cewka-membrana. Masa ta powinna być jak najmniejsza, aby głośnik mógł dobrze przetwarzać wysokie częstotliwości. Niestety nie jest możliwe skonstruowanie takiego głośnika o znikomej masie układu drgającego, bo musi tam być tam drut nawinięty na karkas, klej do spojenia z membraną, a i sama membrana ma swoją masę. Kiedy chcemy stworzyć głośnik o większej mocy, żeby przetwarzać wyższe poziomy natężenia dźwięku, wszystkie te elementy muszą być zbudowane jeszcze solidniej; cewka musi być nawinięta grubszym drutem co jeszcze bardziej powiększa masę, a więc same sprzeczności.

Przydałoby się wymyślić taką konstrukcję, gdzie membrana byłaby równocześnie cewką - co pozwoliłoby na radykalne zmniejszenie masy drgającej głośnika. Poszukiwanie zmniejszenia masy układu drgającego głośnika doprowadziło do skonstruowania czegoś takiego:

Wyobraźmy sobie, że to są bieguny mocnego magnesu trwałego. Pomiędzy nimi jest umieszczony pasek folii metalowej. To jest akurat z papieru, no ale wyobraźmy sobie, że to jest folia metalowa do którego końców przyłączony jest sygnał ze wzmacniacza do tych czarnych punktów. Wyobraźmy sobie. Prąd ze wzmacniacza przepływający przez pasek folii, która tutaj się znajduje powoduje drganie paska folii metalowej zgodnie z rytmem prądu ze wzmacniacza. Oczywiście ona się porusza w ten sposób, czyli jakby w głąb i na zewnątrz. Nie tak, tylko w ten sposób. W ten sposób spowodowaliśmy, że cewka w postaci paska folii metalowej stała się jednocześnie membraną takiego głośnika. Mała masa paska folii powoduje, że głośnik przetwarza bardzo wiernie wszelkie niuanse brzmieniowe, bardzo dobrze przenosi impulsy nawet przy dużych częstotliwościach akustycznych. Złożenie folii w harmonijkę zmniejsza ryzyko uszkodzenia, czyli potargania folii przy dużej amplitudzie wychyleń. Kiedy ona się po prostu dużo będzie wychylać. Taki rodzaj głośnika nazywamy właśnie głośnikiem wstęgowym. Jego zaletą jest znakomita jakość dźwięku, mają zdolność bardzo dobrego przetwarzania impulsów, ale oczywiście ma również wady. Magnes trwały musi być tutaj bardzo mocny i przez to stosunkowo ciężki bo szczelina magnetyczna jak widzimy jest dość szeroka. Drugą wadą jest bardzo niska impedancja samego paska z folii metalowej. Której nie wytrzymałby żaden wzmacniacz. Konieczne jest zatem użycie transformatora który dopasuje impedancje do wzmacniacza.

Wobec tego głośniki wstęgowe choć posiadają bardzo małą masę układu drgającego, całe są bardzo masywne - no bo mają duży magnes i jeszcze do tego jest dochodzi transformator.

Na szczęście dzięki magnesom neodymowym mogą być one już nieco lżejsze, również cena takiego głośnika jest zazwyczaj wyższa niż zwykłego głośnika cewkowego. Oczywiście jak się domyślacie głośniki wstęgowe są budowane głównie jako wysokotonowe, a czasem również średnio tonowe. Głośników wstęgowych nisko tonowych raczej nie spotkamy. Ze względu na wydłużony kształt membrany powinno umieszczać się głośnik wstęgowy pionowo w zestawie głośnikowym ze względu na przebieg charakterystyki kierunkowej, ponieważ on szeroko będzie nam promieniował tutaj na boki a wąsko góra dół.

Odmianą głośników wstęgowych są głośniki izodynamiczne. Zwane są czasem także ortodynamicznymi i często są mylone z klasycznymi głośnikami wstęgowymi choć mają nieco inną budowę.

Mamy tutaj dwa kawałki perforowanej blachy - tu nie widać ich, do których przyklejone są magnesy stałe to są te niebieskie zakreskowane. Pomiędzy płytami mamy odstęp i tam umieszczona jest membrana - ta czerwona. Jest ona zazwyczaj wykonana ze specjalnej folii odpornej na wysoką temperaturę, w której zatopione są aluminiowe ścieżki. To są te napylone takie ścieżki te to są te czarne punkty są to metalowe ścieżki. Są one zazwyczaj spiralne tworzące cewkę one tworzą cewkę głośnika. Membrana wraz ze ścieżkami porusza się w polu magnetycznym wywołanym poprzez płytę, która tworzy jakby matryce dla biegunników tych biegunników oczywiście jest więcej niż tu na rysunku. Istnieją głośniki, które mają magnesy tylko po jednej stronie, czyli tak jakby od dołu na przykład, ale mają one gorsze parametry, ponieważ długość ścieżek na folii jest duża, to rezystancja cewki takiego głośnika jest zbliżona do impedancji zwykłego głośnika i transformator dopasowujący tutaj nie jest potrzebny.

Tego typu głośniki ze względu na małą swobodę ruchu membrany są budowane głównie jako wysoko tonowe ale można by sobie wyobrazić zbudowanie takiego głośnika również jako średnio tonowego a nawet nisko tonowego. Tutaj również mała masa układu drgającego jest dużą zaletą. Mają one również bardzo dobry przebieg impedancji ze względu na bardzo małą indukcyjność cewki. Sprawność głośnika izodynamicznego jest zbliżona do sprawności głośnika dynamicznego kopułkowego.

Produkuje się także słuchawki w oparciu o konstrukcje  izodynamiczną, czy raczej tam się nazywa to ortodynamiczną.

Głośniki AMT czyli Air Montion Transformer są również często mylone z głośnikami wstęgowymi. Ich budowa jest dość podobna, ale tutaj wstęga metalowa - bo również tutaj mamy taką - nie pracuje tak jak w głośniku wstęgowym, jest ona jakby bardziej poskładana w harmonijkę. Tutaj oczywiście tych fałdów jest zazwyczaj więcej. I drga ona prostopadle do osi promieniowania czyli drga ona w ten sposób między magnesami. Nie tak jak było przedtem, że wstęga poruszała się w górę i w dół. W głośnikach AMT wstęga jakby składa się w ten sposób, porusza się w tej płaszczyźnie.

Pod wpływem zmiennego pola magnetycznego harmonijka jest ściskana i rozciągana a powietrze jest wydmuchiwane i zasysane tak jakby tutaj prostopadle do kamery. Może nie jest to dobre porównanie, ale można by to skojarzyć z miechem akordeonu z tym, że tam powietrze jest kierowane na piszczałki, a tutaj jest generowane ciśnienie akustyczne wprost z miecha. To tak jakby akordeonista potrafił nadążać pompowania, pompować akordeonem w takt sygnału akustycznego ze wzmacniacza.

Taki sprytny sposób powoduje kilkukrotne zwiększenie prędkości powietrza w stosunku do prędkości ruchu membrany. Również głośniki AMT osiągają znakomity przebieg impedancji, a także mają bardzo delikatny rezonans mechaniczny membrany. Ich sprawność osiąga niezłe wyniki z powodu dużej powierzchni membrany. Można również osiągać za pomocą głośników AMT dość wysokie poziomy ciśnienia akustycznego przy niskich zniekształceniach.

Przy okazji omawiania wstęg warto wspomnieć także o głośnikach elektro statycznych zwanych także elektrostatami. Mamy tutaj dwie perforowane blachy o dużej powierzchni czasem są to sztywne siatki pomiędzy którymi znajduje się cienka folia napylona metalem. Folia ta jest spolaryzowana wysokim napięciem, a do siatek kierowane jest sygnał audio. Mamy zatem tutaj oddziaływania elektrostatyczne, ponieważ taki głośnik jest w istocie kondensatorem. Ponieważ folia promieniuje dźwięk w obie strony taki głośnik jest dipolem.

Wadą takich głośników jest potrzeba generowania wysokiego napięcia kilku tysięcy woltów, a także konieczność użycia transformatora dla sygnału akustycznego. Również przebieg impedancji jest bardzo trudny dla wzmacniaczy. Ważną sprawą jest także pewna wrażliwość elektrostatu na duży poziom wilgoci oraz ich wąski kąt promieniowania. Ze względu na swoje właściwości elektrostaty zwykle uzupełnia się subwooferem dla polepszenia przetwarzania najniższych częstotliwości pasma, choć istnieją takie które tego nie wymagają. Cena dobrych głośników tego typu jest bardzo wysoka.

Mam nadzieję, że po obejrzeniu tego odcinka nie będziemy już mylić głośników wstęgowych z innymi o podobnej budowie. Głośniki tego typu są już coraz bardziej popularne i ich ceny nie są już tak wygórowane jak kiedyś. Myślę, że warto zainteresować się tego typu głośnikami, bo ich zalety mogą być zachęcające. Jednak przed zakupem w ciemno trzeba posłuchać jakiegoś zestawu ze wstęgami, bo nie każdemu ich brzmienie przypadnie do gustu. Czasem lepiej zastosować zwykły głośnik kopułowy, czy nawet klasyczną papierową membranę. Ale to już kwestia gustu.