MEHANIČKA KONSTRUKCIJA ZVUČNIČKIH KUTIJA

Osnovna namjena zatvorene zvučničke kutije je fizičko dijeljenje prednjeg od stražnjeg dijela konusne membrane zvučnika. Taj postupak odjeljivanja, sprječava identične zvučne tlakove suprotnog predznaka da se sumiranjem ponište. To je osnovna i jedina namjena potpuno zatvorene zvučničke kutije. Pored navedenog kutija ne smije više ništa raditi. To znači da ne smije davati nikakve vlastite efekte zvuku; ne smije vibrirati, ne smije se micati, ne smije mijenjati tonalitet reproduciranog zvuka, ne smije apsorbirati niti reflektirati zvučnu energiju koju proizvodi zvučnik. Bas refleks zvučna kutija pored svega navedenog mora omogućiti putem bas refleks otvora (koji se može promatrati kao helmholtzov rezonator) potpunu realizaciju željenih karakteristika zvučničkog sustava.

Pored otvorene ili zatvorene kutije, zvučnik je moguće ugraditi i u kutiju s lijevkom. U zatvorenoj kutiji cilj nam je potpuno poništiti stražnje zračenje membrane i apsorbirati ga unutar kutije. Primjenom otvorene kutije cilj nam je iskoristiti i stražnje zračenje membrane u svrhu pojačanja prednjeg zračenja na niskim frekvencijama. Kutija s lijevkom optimalno može prilagoditi akustičku impedanciju zvučnika na impedanciju zraka, pa se tako može realizirati maksimalna efikasnost.

Ugradimo li zvučnik u otvor prednje ploče zatvorene kutije određene zapremnine, spriječit ćemo direktnu interferenciju zračenja s prednje i stražnje strane membrane. Međutim, unutar kutije, koja mora biti veća od bas zvučnika, nastaju stojni valovi. Da bi se izbjegli ovi stojni valovi, konstruktor ispunjava kutiju materijalima za prigušenje i nastoji postaviti takav omjer stranica pri kojem će dužine stranica biti što različitije. U tom slučaju neophodno je kutiju potpuno ispuniti akustičkim materijalima za prigušenje.

Drugi problem s kojim se susreću projektanti su vibracije stjenki kutije. Najefikasniji način je pojačanje panela, ali na način da im se rezonancije potisnu u područje na kojim radno područje primijenjenog zvučnika nema nikakvog utjecaja. Također se za izradu najskupljih i najcjenjenijih dinamičkih zvučnika primjenjuju materijali vrlo velike otpornosti na vibracije. To su u prvom redu tzv. sendvič konstrukcije kojima se postiže vrlo velika krutost, a izuzetno mala masa, ako se zvučnik prenosi. Međutim, ako je zvučnik predviđen za permanentnu instalaciju, kao npr. studio monitor, velika masa kutije neće štetiti. Analizirat ćemo detaljnije sve navedene postavke.

Nakon izvršenog proračuna zvučničke kutije, konstruktor najčešće dobije neku vrijednost zapremnine zvučnika, a mnogi računarski programi definiraju odmah i paralelopipednu kutiju s zadanim unutrašnjim dimenzijama. Te dimenzije najčešće su definirane omjerom stranica s tzv. zlatnim rezom ili nekim drugim poznatim omjerom. Međutim takav omjer ne mora biti optimalan za danu zvučničku kutiju. Pri definiranju dimenzija stranica polazi se od optimalne raspodjele stojnih valova unutar kutije, ali i drugi čimbenici mogu biti pri tome daleko značajniji. Refleksija vala od prednje ploče uvjetovati će njenu minimalnu površinu, a pojava difrakcije na rubovima uvjetovat će zaobljenje svih rubova i/ili oblaganje prednje ploče akustički apsorpcijskim materijalom. Pri tome je potrebno obratiti pozornost, kako materijal obloge nije previše apsorptivan, jer će frekvencijski promjenjivi iznos apsorpcije, unijeti greške u frekvencijski odziv zvučničkog sustava.

Ispunimo li zvučničku kutiju akustičkim apsorpcijskim materijalom, taj materijal dijelom će apsorbirati akustičku energiju koja upada na stjenke zvučničke kutije. Zbog toga će postojati manja količina upadne zvučne energije pa će i stjenke kutije manje titrati te će u okolni prostor emitirati manje energije. Akustički izlaz stjenke zvučničke kutije ovim načinom može se smanjiti do 2 dB. Pored toga, unijeta akustička apsorpcija guši refleksije zvuka sa stjenki kutije, koje se vraćaju na membranu zvučnika pa time dodatno lineariziraju frekvencijski odziv. Apsorpcijski materijal je najefikasniji ako nije u direktnom kontaktu sa stjenkama zvučničke kutije. Radi toga mnogo je efikasnije ispuniti cijelu kutiju akustičkim apsorpcijskim materijalom, nego obložiti unutrašnje stjenke. Oblaganje stjenki nema dodatni efekt prigušenja njihovih vibracija, jer većina postojećih apsorpcijskih materijala ima premalu masu za dovoljno efikasno mehaničko prigušenje vibracija.

Iako je poželjno da sve stjenke zvučničke kutije imaju što više rezonantne frekvencije, poželjno je i to da one ne budu iste, nego da budu što više udaljene. Rezonancije dviju stjenki zvučničke kutije bit će to više različite, što su stjenke različitijih dimenzija. Čak i kad stranice zvučničke kutije napravimo različitim, nasuprotni parovi stranica bit će dimenzionalno identični. Problem ne stvara prednja ploča jer se njena rezonantna frekvencija bitno mijenja nakon što montiramo sve zvučnika, već problemi nastaju s bočnim stranicama te dnom i poklopcem zvučničke kutije. Ovdje je preporučljivo napraviti te stjenke od materijala različitih debljina, kao i montirati unutarnja ukrućenja. Za linearniji amplitudni, fazni i impulsni odziv zvučnik na prednjoj ploči mora biti tako postavljen da val koji nastaje difrakcijom bude što je moguće više nekoherentan. Taj zahtjev upućuje konstruktora na primjenu malih prednjih ploča, nepravilnog oblika ili nesimetričan položaj zvučnika na maloj prednjoj ploči pravilnog oblika. Zaobljivanje rubova prednje ploče također pomaže povoljnoj prostornoj raspodjeli vala nastalog difrakcijom. Primjena zvučno apsorpcijskih materijala na prednjoj ploči ima mnoge prednosti, jer će se atenuirati val nastao difrakcijom. Međutim, treba obratiti pozornost da do atenuacije dolazi samo u ograničenom frekvencijskom području. To će biti uzrokom slabljenja odziva, što dovodi do nepoželjnih koloracija. Ako se apsorpcijski materijal na prednjoj ploči primijeni npr. u području visokotonskog zvučnika, ekvalizacijom unutar skretnice mogu se izbjeći slabljenja amplitudnog odziva.

Rezonantna frekvencija plohe može se povećati mehaničkim ukrućenjem plohe. Najefikasniji oblik ukrućenja je onaj koji nastaje spajanjem ukrućenja duž stjenke tako da se postojeća ploha dijeli na dvije. Kao opće pravilo možemo navesti da je optimalni položaj ukrućenja onaj pri kojem ukrućenje minimizira dijametar kružnice koja se može upisati u nastale dvije površine. Međutim, ukrućenje se nikad ne postavlja po simetrali bilo koje stranice, nego uvijek malo izvan centra. Tim načinom dvije novonastale rezonantne frekvencije su različite. Pojačanja se lijepe i pročvršćuju vijcima. empirijsko pravilo je slijedeće: na udaljenostima od 300 - 600mm postavlja se jedno ojačanje. Na plohama dužine 500 - 1200mm, postavljaju se dva ojačanja, a na dužim panelima postavljaju se tri ojačanja. Naravno, ako su stjenke od višestruke konstrukcije moguće je odstupiti od ovih.

Svi uglovi (prostorni kutovi) i kutovi moraju biti dovoljno čvrsti i zrakonepropusni. To znači da ne smiju postojati nikakvi otvori niti rupice. Lijepljeni spojevi trebaju biti potpuno ispunjeni ljepilom koje neće pucati pod opterećenjem ili udarom. Ako nismo sigurni u integritet slijepljenog spoja, potrebno je dodatno brtviti sve spojeve lijepljenjem na vruče ili šuperenjem. Novije konstrukcije redovito primjenjuju vrlo kvalitetno obrađene površine koje se čvrsto stežu velikim brojem patentnih vijaka. Na jednom profesionalnom zvučniku srednjih dimenzija izbrojio sam oko 380 vijaka. Cilj ovih postupaka je zrakonepropusnost i vrlo visoka čvrstoća.

Bas refleks cijevi povećavaju zapremninu zraka u bas refleks sustavu u odnosu na bas refleks otvor na kutiji. Zbog toga smanjuju se štetni efekti šumova i sažimanja snage. Cijevi za bas refleks mogu se napraviti od bilo kojeg materijala i u bilo kojem obliku. Nije nužno realizirati okrugli presjek. Bitna je površina otvora i dužina cijevi ili tunela. Ako nemamo cijev željenog presjeka, možemo koristiti više manjih sve dok ne dobijemo željeni presjek. Dužina cijevi se ne mijenja sve dok presjek otvora ostaje konstantan. Međutim, postavimo li mnogo cijevi vrlo malog presjeka doći će do efekta međusobnog djelovanja pri kojem će njihovu dužinu biti potrebno nešto skratiti, za točnu frekvenciju rezonancije.

Bas refleks cijevi u bas refleks zvučničkoj kutiji su efikasne samo unutar vrlo uskog frekvencijskog intervala u okolišu ugođene helmholtzove frekvencije i ne djeluju na rad sustava na ostalim frekvencijama. Iz toga proizlazi kako uopće nije kritičan položaj bas refleks otvora. Međutim, bas zvučnik i bas refleks cijev čine sustav čije pravilno funkcioniranje mogu poremetiti prepreke u okolini. Potpuno je prihvatljivo postaviti bas refleks otvor na bilo kojoj strani kutije sve dok se ne ugrozi protok zraka. Dakle, ako je bas refleks otvor na stražnjoj strani kutije, kutije se ne smije leđima nasloniti na zid. Potpuno se ista pravila odnose i na unutrašnjost kutije. Ako kutiju ispunjamo akustički apsorpcijskim materijalom ne smijemo začepiti otvor bas refleks cijevi. U principu potrebno je ostaviti brisanog prostora bar dva promjera bas refleks otvora. Nadalje, potrebno je akustički apsorpcijski materijal unutar kutije pričvrstiti, da se ne bi pri radu pomakao zbog kretanja zraka i ugrozio rad bas refleks sustava.

Postavljanje bas refleks otvora i cijevi u subwooferu s dva basa u isobaric konstrukciji

U nekim slučajevima rezultat proračuna bas refleks cijevi može biti predugačak za danu dubinu kutije. U tim slučajevima problem se može riješiti na dva načina. Moguće je postaviti bas refleks cijev s koljenom ili jednostavno bas refleks cijev ostaviti da dijelom viri vani iz kutije. Naravno, drugo rješenje se u praksi ne primjenjuje, ali pri ispitivanju sustava može značajno olakšati život. Važno je napomenuti kako cijev s koljenom obavezno treba posebno prilagoditi jer za nju obično ne vrijedi proračun željene rezonancijske frekvencije.

Pri ovim postupcima treba uvijek imati na umu da zapremninu cijevi također treba oduzeti od korisne zapremnine kutije, kao i da vrlo duge bas refleks cijevi mogu izazvati stojni val u svojoj unutrašnjosti pri vrlo visokim nivoima zvučnog tlaka, što se u literaturi naziva i efekt orgulja.

Zvučnički sustav, s izuzetkom subwoofera, najčešće ima još bar jedan ili više dinamičkih zvučnika. Ako je primijenjen srednjetonski zvučnik sa konusnom membranom, projektirani zvučnički sustav treba imati još jednu posebnu kutiju. Na kutiju srednjetonskog zvučnika odnose se potpuno ista pravila kao i na bas. Ako je kutija srednjetonskog zvučnika ugrađena u kutiju basa, tu zapremninu je potrebno dodati zapremnini bas zvučnika.

Za najbolju ujednačenu karakteristiku odziva u vodoravnoj ravnini, zvučnici trebaju biti postavljeni jedan iznad drugog. Uz to, os kašnjenja signala između zvučnika (tzv. referentna os) mora biti usmjerena prema poziciji slušatelja. Ovdje je vrlo važno primijetiti referentnu os usmjerenu nadolje, ako su zvučnici (bas i visokotonac) montirani u vertikalnoj ravnini.

Ovo se može spriječiti nagibom zvučnika, nagibom prednje ploče, lomljenjem prednje ploče ili obrnutim položajem basa i visokotonskog zvučnika, kako je prikazano na slici. Ovdje je važno naglasiti kako pravilna postava referentne osi, nekim od opisanih načina, ni u kojem slučaju ne znači kako će fazni odziv zvučnika biti linearan.

slika je u članku

Načini montaže zvučnika na prednjoj ploči kutije i rezultantna referentna os

Nacrt studio monitora

Izvedba konstrukcije bez unutrašnjih obloga i ispune, neobrađeno kućište