Mikä on ihanteellinen kaiutinohjaimen kokoonpano?

Jokainen, joka on harrastanut ääntä jonkin aikaa, on luultavasti suosinut tietyntyyppistä kaiutinta ja tiettyä ohjainkokoonpanoa. Tämä mieltymys voi perustua henkilökohtaiseen kokemukseen, luotettavan arvioijan mielipiteeseen, tekniseen tietämykseen tai ehkä jopa joihinkin ponnisteluihin kaiuttimien rakentamisessa. On itse asiassa monia tapoja rakentaa hyvä kaiutin, ja siellä on varmasti tilaa henkilökohtaiselle makuun. Silti olen usein yllättynyt siitä, kuinka vähän useimmat ihmiset (jopa jotkut, jotka ovat syvästi mukana äänestä) todella ymmärtävät eri ohjainkokoonpanojen suorituskykyä koskevia vaikutuksia.

Suuri osa tästä on selitetty The Loudspeaker Design Cookbookissa. Kun luin ensimmäisen kerran The LDC:n 20 vuotta sitten, se luultavasti lisäsi ymmärrystäni kaiuttimien toiminnasta suuruusluokkaa. Esitän tässä paljon vähemmän teknistä. Kannustan kaikkia audiofiilejä ja arvostelijoita kaivamaan syvemmälle ottamalla LDC:n kopio, joka on nyt seitsemäs painos ja jonka on kirjoittanut Vance Dickason, Voice Coil -lehden toimittaja ja yksi maailman kokeneimmista kaiutinsuunnittelijoista.

Ymmärtääksesi, miksi jotkin ohjainkokoonpanot toimivat paremmin kuin toiset tietyissä tilanteissa, on tärkeää ymmärtää pari yleistä periaatetta:

1) Jos kaikki muut asiat ovat samat, mitä suurempi ohjaimen halkaisija on, sitä matalampia taajuuksia se voi toistaa, ja sitä vaikeampaa sillä on toistaa korkeita taajuuksia. Tämä on jälleen yleinen periaate, joka on totta vain silloin, kun kaikki muut asiat ovat samanlaisia.

2) Ohjaimen hajaantumisaste (tasaisuus, jolla se hajottaa ääntä kaikkiin suuntiin) on enimmäkseen sen halkaisijan funktio – tai soikean tai suorakaiteen muotoisten elementtien tapauksessa niiden vaaka- ja pystymitoista. Hyvä nyrkkisääntö on, että kuljettajan dispersio alkaa kaventua (tai "keilan") taajuudella, jonka aallonpituus vastaa kuljettajan ulottuvuutta. Tämän laskemiseksi jaa 13 512 (äänen nopeus tuumina merenpinnan tasolla) kuljettajan tehollisella säteilyalueella. Esimerkiksi 6,5 tuuman bassokaiutin, jonka tehollisen säteilyalueen halkaisija on viisi tuumaa (mitattuna surroundin huipusta vastakkaiseen huippuun), alkaa säteilemään noin 2 702 Hz:llä tai 13 512 jaettuna viidellä.

Dispersio on tärkeä, koska se antaa kaiuttimelle suuren, avoimen ja luonnollisen äänen. Jos kaiuttimen hajonta on huono, kuulostaa enemmän siltä, ​​​​että ääni tulee kaiutinlaatikosta, ei oikealta laulajalta tai instrumentilta. Keskiäänen heikko hajonta voi myös luoda "kuppikäsien" värityksen ääniin, ikään kuin laulajilla olisi kädet suunsa ympärillä.

Olet ehkä jo ymmärtänyt, mikä on kaiuttimien suunnittelun suurin dilemma: Mitä pienempi ohjain, sitä laajempi sen hajonta (katso alla oleva mittataulukko, napsauta kuvaa nähdäksesi sen suuremmassa ikkunassa); Kuitenkin mitä pienempi ohjain, sitä vähemmän se pystyy käsittelemään matalia taajuuksia. Hieman enemmän pohdiskelu voi johtaa oivallukseen, että "yksinkertaisempi on parempi" harvoin pätee kaiuttimiin. Mitä yksinkertaisempi kaiutin, sitä todennäköisemmin siinä on epätasainen taajuusvaste, huono hajonta, basson ja/tai diskantin puuttuminen ja/tai suuri särö.

Tarkastellaanpa joidenkin suosituimpien kaiutinohjainkokoonpanojen etuja ja haittoja. Yksi huomautus: On olemassa lukemattomia tekijöitä, jotka vaikuttavat kaiuttimien suorituskykyyn, mukaan lukien ohjaimen suunnittelu ja materiaalit, kotelon suunnittelu ja materiaalit, kotelon basson kuormitus, jakokulmat jne. Nämä eivät kuitenkaan kuulu tämän artikkelin soveltamisalaan, joka käsittelee erityisesti ohjainkokoonpanoja. Jos haluat ymmärtää kaiuttimien sisäisen toiminnan perusteellisemmin, tutustu kaiuttimien suunnittelun keittokirjaan tai muuhun perusteelliseen lähdeteokseen.

Yksisuuntainen (yksi ohjain, täysi alue)
Jotkut audiofiilit ja arvioijat suosivat yhden ohjaimen suunnittelua, koska he uskovat, että jakopiirin poistaminen äänisignaalin jakamiseksi bassoon ja diskanttiin tuottaa paremman äänen puhtauden. Ongelmana on, että tästä aiheutuu kustannuksia, jotka ovat usein äärimmäisiä. Suuremmissa täyden alueen kaiuttimissa on epätasainen korkean taajuuden vaste ja erittäin huono diskanttihajotus. Pienemmät täyden alueen ajurit, kuten tässä äskettäin arvioidussa Role Audio Sampan FTL -kaiuttimessa käytetty 3,5 tuuman, voi olla melko tasainen diskanttivaste ja tasainen hajonta 5–7,5 kHz asti, joten ne voivat kuulostaa hyvältä – mutta koska näiden ohjainten resonanssitaajuudet ovat yleensä 100 Hz tai korkeampia, ne tarjoavat vähän tai ei ollenkaan bassovastetta. Verrattuna kunnolliseen yhden tuuman diskanttikaiuttimeen, niiden diskanttivaste ei ole yhtä tasainen, eikä niiden hajonta ole yhtä laaja.

Edullisissa tuotteissa täyden valikoiman ajurit ovat kuitenkin joskus paras valinta. Muistan lämmöllä legendaarisen Henry Klossin suunnittelemat upealta kuulostavat ja edulliset Cambridge SoundWorks -järjestelmät, joissa oli 2,5- tai kolmen tuuman täyden alueen kaiuttimet kuution muotoisissa koteloissa, joita täydensi halpa mutta tehokas kaistanpäästöbassomoduuli. Olen monta kertaa neuvonut edullisien soundbar-soundbar-valmistajia käyttämään yksittäisiä täyden valikoiman ohjaimia erillisten basso- ja diskanttikaiuttimien sijaan; noilla hinnoilla on lähes mahdotonta löytää kunnollisen kuuloista diskanttikaiutinta ja sisällyttää siihen sopivaa crossover-piiriä.

Kaiuttimissa, joissa on pienet täyden alueen kaiuttimet, kuten Sampan FTL tai Kvart & Bolge Sound Sommelierit (näkyy tässä), ovat viehätysvoimansa, jotka tarjoavat usein kuolleen tasaisen vasteen ja kauniin tasaisen hajonnan alemmasta keskialueesta alempaan diskanttiin, mikä tarkoittaa tasaista. ja luonnollinen äänentoisto. Ne eivät kuitenkaan kuulosta yhtä ilmavilta tai tilavilta kuin kaiuttimet, joissa on tyypillinen yhden tuuman diskanttikaiutin, eivätkä ne toista todella kovaa tai toista paljon bassoa. Mutta niitä voidaan täydentää subwooferilla.

En ymmärrä, miten suurempia yksittäisiä ohjaimia käyttäviä kaiuttimia voidaan pitää korkealaatuisina tuotteina. Jotkut audiofiilit pitävät niistä, mutta mitä voin kertoa, heidän vetovoimansa on enemmän filosofinen kuin musiikillinen. Näiden kaiuttimien aiheuttamat taajuusvasteen ja hajautuspoikkeamat on helppo kuulla ja mitata; joten mielestäni ei ole uskottavaa tapaa kutsua niiden ääntä luonnolliseksi tai neutraaliksi. Joihinkin näistä kaiuttimista on lisätty superdiskantti, joka parantaa diskantin vastetta, mutta niiden yleinen taajuusvaste on silti karkea ja niiden hajonta kapea alemmalla diskantilla ja ylemmällä keskialueella.

Saatavilla on myös täyden valikoiman sähköstaattisia ja magnetoplanaarisia paneelikaiuttimia, kuten MartinLoganin ja Magnepanin valmistamia. Nämä ovat täysin eri asia, koska ne säteilevät ääntä taaksepäin ja eteenpäin, mikä auttaa torjumaan paneelien suurten säteilevien pintojen aiheuttamia hajautusongelmia. Monet näistä kaiuttimista käyttävät kaarevia paneeleja laajentaakseen hajontaansa. Ne eivät pysty tuottamaan syvää bassoa suurilla äänenvoimakkuuksilla tai sellaista tarkennettua kuvaa, jonka hyvä dynaaminen (eli kartiokaiutin) pystyy tuottamaan, mutta silti monet audiofiilit ja arvostelijat pitävät näitä kaiuttimia parhaiden saatavilla. hinta.

Kaksisuuntaiset (bassokaiutin/diskanttikaiutin)
-kaiuttimet, jotka yhdistävät yhden bassokaiuttimen ja yhden diskanttikaiuttimen, ovat yleisimpiä, ja jotkut audiofiilit ja arvostelijat pitävät niitä parhaina vetoamalla usein "yksinkertaisempi on parempi" -periaatteeseen. Jälleen kerran, tämä käsitys ei päde. Kyllä, kaksisuuntaiset kaiuttimet ovat tyypillisesti yksinkertaisempia kuin kolmitiekaiuttimet, mutta tämä yksinkertaisuus edellyttää kompromissia, joka yleensä tapahtuu taajuuksilla 2–4 ​​kHz, missä korva on herkin.

Kaksisuuntaisten kaiuttimien ongelma ilmenee jakopisteessä, taajuudessa, jolla ääni siirtyy bassokaiuttimesta diskanttikaiuttimeen. Kuten edellä todettiin, mitä suurempi bassokaiutin, sitä enemmän sen hajonta alkaa kapenemaan korkeammilla taajuuksilla. Joten kun siirryt keskialueelta diskantille, hajonta kapenee lähestyessään jakokohtaa ja avautuu sitten taas leveäksi, kun ääni siirtyy diskanttikaiuttimeen, jonka halkaisija on tyypillisesti yksi tai 0,75 tuumaa ja siten hajoaa äänen laajalti sisään diskantin ylin oktaavi (välillä 10-20 kHz).

Yksi ratkaisu on käyttää pienempää bassokaiutinta, jolloin uhraat bassovasteen. Tai voit siirtää jakopistettä alemmas, jolloin bassokaiutin ei ole aktiivinen korkeilla taajuuksilla. Mutta sitten alat rasittaa liikaa diskanttikaiutinta, jolla ei todennäköisesti ole tarpeeksi säteilevää aluetta tai kiertoa (edestä taakse-liikettä) toistaakseen noita alempia taajuuksia.

On selvää, että monet kaiutinsuunnittelijat ovat tehneet tämän kompromissin onnistuneesti, koska on olemassa lukemattomia kaksisuuntaisia ​​kaiuttimia, jotka kuulostavat hyvältä. Muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta pidän parempana kaksisuuntaisista kaiuttimista, joissa on yhden tuuman diskanttikaiuttimet ja enintään 5,25 tuuman bassokaiuttimet, joiden jakopisteet ovat noin 2,2 kHz. Tietenkin mitä tahansa kaksisuuntaista kaiutinta voidaan täydentää subwooferilla.

Tässä on kuitenkin kaksi poikkeusta. Ensinnäkin joillakin korkeataajuisilla ohjaimilla on tarpeeksi vastetta alas keskialueelle, jotta ne voidaan turvallisesti siirtää bassokaiuttimeen alhaisemmalla taajuudella, tyypillisesti välillä 800 Hz – 1,5 kHz. Näitä ovat kompressioohjaimia käyttävät torvidiskanttielementit (ei torven muotoisella aaltoputkella varustetut kupudiskanttikaiuttimet), jotkut nauhadiskanttielementit sekä sähköstaattiset ja magnetoplanaariset paneelit. Siksi kaksisuuntainen muotoilu toimii hyvin esimerkiksi JBL:n ja Klipschin torvikaiuttimissa sekä MartinLoganin kaksisuuntaisissa sähköstaattisissa kaiuttimissa.

Toinen poikkeus on, että suuret bassokaiuttimet, joilla on pieni liikkuva massa ja korkea herkkyys, voivat tuottaa luonnollisen kuuloisia keskiääniä ja niitä voidaan ylittää suhteellisen korkeilla taajuuksilla. Usein bassokaiuttimessa on laskostettu reunus (osa, joka yhdistää kartion koriin) tavallisemman puolirullareunuksen sijaan. Yhdellä näistä saat täyden alueen äänen kaksisuuntaisesta. Esimerkkejä ovat JBL M2 -ammattimaiset näytöt (näkyy tässä) ja DeVore Fidelity Orangutan -kaiuttimet.

Kolmisuuntainen (bassokaiutin/keskitaajuus/diskantti)
Useimmat tuntemani kaiutinsuunnittelijat pitävät kolmisuuntaista suunnittelua parhaana vaihtoehtona. Kolmisuuntainen rakenne tarjoaa sinulle edellä kuvattujen pienten, täyden alueen kaiuttimien edut: tasainen taajuusvaste ja tasainen hajonta suurimmassa osassa äänialuetta. Tämä johtuu siitä, että jakopisteet ovat yleensä noin 300–600 Hz bassokaiuttimen ja keskialueen välillä ja 2,8–4 kHz keskialueen ja diskanttikaiuttimen välillä. Saat yhden tai 0,75 tuuman diskanttikaiuttimen laajan hajonnan ilman huolta diskanttikaiuttimen vääristymisestä tai viasta. Suunnittelija voi myös vapaasti käyttää suurempaa bassokaiutinta (tai kahta tai kolmea) saadakseen syvemmän bassovasteen. Hyvin suunniteltu kolmitiekaiutin voi tuottaa suuren tehonkäsittelyn, äärimmäisen luonnollisen äänen ilman suuria sävytasapainovirheitä ja mitatun suorituskyvyn, joka on lähellä täydellistä.

Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että kolmitiekaiuttimet olisivat täydellisiä kaikin tavoin. Kaiuttimet, jotka käyttävät keskiäänielementtiä, joka on samankokoinen tai vain hieman pienempi kuin bassokaiutin, ovat yleisiä; ne soivat kovemmin kuin kaiuttimet, joissa on pienemmät keskiäänielementit, mutta ne eivät yleensä tarjoa yhtä laajaa keskiäänisen hajontaa. Olen myös kuullut joistakin kolmitiekaiuttimista, joissa keskiäänielementti on siirretty suureen bassokaiuttimeen liian korkealla taajuudella, mikä saa äänet kuulostamaan luonnottoman paisuneelta, koska ne tulevat suuresta bassokaiuttimesta.

Kolmitiekaiuttimen valmistaminen halvalla on myös vaikeaa. Suunnittelijan on lisättävä keskialueohjain, erillinen sisäinen kotelo keskialueen ohjaimelle, suurempi kotelo kokonaisuus ja tyypillisesti kaksi tai kolme ylimääräistä kelaa, kaksi tai kolme ylimääräistä kondensaattoria ja ylimääräinen vastus. Kerro näiden ylimääräisten osien hinta viidellä tai kuudella kertaa saadaksesi vähittäismyyntihinnan nousun, ja lisää sitten hieman enemmän, jotta toimituskulut ovat kalliimpia, ja alat ymmärtää, miksi on olemassa harvoja kolmitiekaiuttimia, joiden hinta on alle 400 dollaria per pari.

Kolmitiekaiuttimen yleinen versio on kaksi ja puolisuuntainen kaiutin. Tämä työllistää yleensä yhden diskanttikaiuttimen ja kaksi tai kolme vastaavaa bassokaiutinta. Diskanttielementtiä lähinnä oleva bassokaiutin siirretään diskanttikaiuttimeen normaalisti. Sen alla olevat bassokaiuttimet ovat alipäästösuodatettuja, tyypillisesti 300–800 Hz, joten ne lisäävät huippubassokaiuttimen bassotehoa, mutta pysyvät enimmäkseen keskialueen ulkopuolella. Jos käytät kaikkia bassokaiuttimia rinnakkain ja risteyttäisit ne kauttaaltaan diskanttikaiuttimeen, ne häiritsisivät toisiaan keskialueella ja tuottaisivat pystysuunnassa kapeita äänisäteitä (jota kutsutaan "keilariksi") tietyillä taajuuksilla. Vaikka kaksi ja puolisuuntaiset mallit antavat sinulle enemmän bassoa kuin vastaavat kaksisuuntaiset mallit, ne asettavat silti samat haasteet kuin kaksisuuntaiset kaiuttimet, kun on valittava oikea jakopiste bassokaiuttimen ja diskanttikaiuttimen välillä.

Neljä ja enemmän
Kun pääset käyttämään kalliimpia malleja, neli- ja viisitiekaiuttimet yleistyvät. Suurimmaksi osaksi nämä ovat pohjimmiltaan kolmisuuntaisia ​​malleja, joihin on lisätty suuri bassokaiutin syvemmälle bassolle. Niissä on kaikki kolmisuuntaisten mallien edut vieläkin enemmän bassoa, mutta korkeammalla hinnalla. Nelisuuntainen rakenne on erityisen hyödyllinen kaiuttimille, joissa on ensiluokkaiset jakomuuntimet, koska ne rasittavat kaiuttimiaan.

Olen juuri raapinut tämän aiheen pintaa täällä, ja rohkaisen sinua oppimaan siitä lisää lukemalla LDC:tä tai muuta hyvää kaiuttimia käsittelevää hakuteosta.