Αυτός είναι ο δρόμος (του ηχείου...)

Εισαγωγή

Σε αυτήν την ανάρτηση θα καλύψουμε τα βασικά στοιχεία (απόκριση συχνότητας, φάσμα ήχου, crossovers) που χρειάζονται για να κατανοήσει κανείς τους "δρόμους" των ηχείων (speaker ways) στις πιο κοινές διατάξεις, μαζί με μερικά παραδείγματα.

Βασικά στοιχεία

Απόκριση Συχνότητας

Αναφέρεται στο ρυθμό με τον οποίο τα ηχητικά κύματα ταλαντώνονται ή δονούνται, παράγοντας την αισθήση του ηχητικού παλμού ή τόνου (pitch), τα οποία ο εγκέφαλός μας αντιλαμβάνεται ως ήχο.

Η συχνότητα ενός ηχητικού κύματος μετράται σε Hertz (Hz) ή Kilohertz (kHz), το οποίο αντιπροσωπεύει τον αριθμό των κύκλων ή δονήσεων ανά δευτερόλεπτο.

Φάσμα Συχνοτήτων

Είναι το εύρος συχνοτήτων που μπορεί να γίνει αντιληπτό (να ακουστεί) από το ανθρώπινο αυτί και εκτείνεται από 20Hz μέχρι 20,000 Hz ή 20Khz.

Δρόμοι

Τι είναι ο δρόμος;

Ο διαχωρισμός ή η διαίρεση του εισερχόμενου ηχητικού σήματος σε διαφορετικά εύρη συχνοτήτων (με τη χρήση φίλτρων crossover) οι οποίες στη συνέχεια κατευθύνονται διαχωρισμένες πλέον, στα κατάλληλα/ανεξάρτητα μεγάφωνα.

Crossover

Είναι ένας τύπος ηλεκτρονικού φίλτρου που διαχωρίζει ένα ηχητικό σήμα σε δύο ή περισσότερα εύρη συχνοτήτων (με μέγιστο τα 4 ή 5). Τα διαχωρισμένα αυτά σήματα, μπορούν στη συνέχεια να σταλούν στα επιμέρους μεγάφωνα, τα οποία έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν εντός αυτών των διαφορετικών φασμάτων συχνοτήτων. Τα φίλτρα crossover μπορούν να είναι είτε ενεργά είτε παθητικά.

Παθητικό

Τα φίλτρα αυτά κατασκευάζονται μόνο με παθητικά υλικά (L/C/R_Πηνία/Πυκνωτές/Αντιστάσεις) και δεν απαιτείται επιπλέον τροφοδοσία για το κύκλωμα. Ένα παθητικό φίλτρο crossover διαχωρίζει το εισερχόμενο ηχητικό σήμα μετα την εξοδο του από ένα στερεοφωνικό ενισχυτή (power amp), έτσι ώστε το ενισχυμένο σήμα να μπορεί να σταλεί στα ανεξάρτητα μεγάφωνα που βρίσκονται εντός του ηχείου. Για ένα stereo σήμα θα χρειαστούμε ενα crossover κύκλωμα ανα κανάλι (Αριστερό ή Δεξί) η ανα ηχείο. Tα φίλτρα αυτά θεωρούνται φίλτρα ελάχιστης φάσης.

Παράδειγμα παθητικού Crossover 3-δρόμων (για ζεύγος ηχείων)

Ενεργό

Αυτός ο τύπος φίλτρων περιέχει ενεργά υλικά (τρανζίστορ/τελεστικούς ενισχυτές), οπότε απαιτείται εξωτερική τροφοδοσία. Σε αυτήν την περίπτωση, το σήμα ενισχύεται μετά το crossover κύκλωμα, επομένως απαιτείται ένας ενισχυτής (power amp) ανά μεγάφωνο.

Σε ένα ηχείο 2 δρόμων (Woofer/Tweeter) θα χρειαστούμε 2 ενισχυτές ανά ηχείο. Έναν για το woofer και έναν για το tweeter, το οποίο σημαίνει οτι τελικά χρειαζόμαστε 4 ενισχυτές συνολικά για ένα stereo ζεύγος ηχείων (Αριστερό & Δεξί Κανάλι).

Αυτός ο τύπος crossover μπορεί επίσης να υλοποιηθεί ψηφιακά με DSP (ψηφιακούς επεξεργαστές σήματος) χρησιμοποιώντας φίλτρα FIR. Τα φίλτρα FIR έχουν γραμμική απόκριση, οπότε θεωρούνται φίλτρα μηδενικής φάσης.

Παράδειγμα DSP πλακέτας

Crossover - Επίλογος

Τα crossover φίλτρα έχουν διαφορετικές τάξεις ανάλογα με το slope (κλίση) του φίλτρου που υλοποιούν. Οι πιο συνηθισμένες τάξεις είναι 1η/2η/3η και 4η. Οι υψηλότερες τάξεις έχουν πιο απότομη κλίση, με αποτέλεσμα να "κόβουν" πιο "επιθετικά" τις αντίστοιχες συχνότητες. Αναλυτικότερη εξήγηση θα ακολουθήσει μελλοντικά σε επόμενο crossover επεισόδιο/ανάρτηση... Μείνετε συντονισμένοι και δείτε το διάγραμα 4-δρόμων για να πάρετε μια καλύτερη ιδέα για τα παθητικά crossover, τις τάξεις και τις κλίσεις τους.

Διατάξεις & Δρόμοι

1-δρόμου (Full-range)

Full-range είναι ένα ηχείο μονής καμπίνας στην οποία ένα μεγάφωνο (συνήθως) καλύπτει "ολόκληρο" το ηχητικό φάσμα (80Hz-20KHz).

Πλεονεκτήματα

• Δε χρειάζεται crossover

• Απλή καμπίνα / δεν απαιτείται tuning. Απαιτείται μόνο η επιλογή του κατάλληλου όγκου καμπίνας (L) για την βέλτιστη απόδοση του ηχείου.

• Ίσως η καταλληλότερη επιλογή για πολύ χαμηλό budget

Ηχείο Βιβλιοθήκης (Bookshelf) Μεγάφωνο: Dayton Audio RS100-4

2-δρόμων (Ομοαξονικό)

Είναι ένα ηχείο στο οποίο το μεγάφωνο έχει τη δυνατότητα λόγω τις κατασκευής του, να εκπέμπει ήχο σχεδόν από το ίδιο σημείο, απο πολλά διαφορετικά πηνία φωνής. Η πιο κοινή σχεδίαση είναι αυτή των δύο δρόμων, γνωστή και ως single-source ή dual-concentric.

Ηχείο Βιβλιοθήκης (Bookshelf) Μεγάφωνο: Tang Band W6-2313

Πλεονεκτήματα σε σχέση με το full-range

• Αντίστοιχος όγκος με σχετικά ανώτερη ποιότητα

• Μεγάφωνο αποκλειστικά για υψηλές συχνότητες

  • Πιο ακριβής απόκριση συχνότητας και πιθανώς πιο "μαλακές" υψηλές συχνότητες

• Λιγότερη παραμόρφωση σε woofer

  • Το woofer δε χρειάζεται πλέον να καλύπτει υψηλές συχνότητες

2-δρόμων

Είναι ένα ηχείο το οποίο διαθέτει τουλάχιστον 2 ξεχωριστά μεγάφωνα, Woofer (Χαμηλές και Μεσαίες Συχνότητες) και Tweeter (Μεσαίες και Υψηλές Συχνότητες), τα οποία μοιράζονται την ίδια εσωτερική καμπίνα. Τα πιο συνηθισμένα μεγέθη/εύρη διαστάσεων για τα μεγάφωνα woofer ηχείων 2-δρόμων μεταξύ 5,5"- 8" (ίντσες). Όσο μικρότερο είναι το μεγάφωνο και το μέγεθος της καμπίνας, τόσο πιο πιθανό είναι να χρειαστεί ένα ανεξάρτητο (ή δύο) subwoofer για να αναπαραχθούν σωστά οι χαμηλές συχνότητες, έως τουλάχιστον τα 30Hz.

3-δρόμων

Είναι ένα ηχείο που διαθέτει τουλάχιστον 3 ξεχωριστά μεγάφωνα, Woofer (Χαμηλές Συχνότητες), Mid-range (Μεσαίες Συχνότητες) και Tweeter (Υψηλές Συχνότητες). Σε αυτήν την περίπτωση, η καλύτερη προσέγγιση για την καμπίνα θα ήταν να διαχωριστούν εσωτερικά τα mid και tweeter από το woofer ή το sub.

Εάν χρησιμοποιείται mid-range μεγάφωνο τύπου θόλου, αυτός ο διαχωρισμός δεν είναι απαραίτητος (επειδή η πίσω πλευρά του μεγαφώνου είναι κλειστή), αλλά συνίσταται. Αν χρησιμοποιείται mid-range woofer (με ανοιχτή πίσω πλευρά), είναι πολύ σημαντικό να διαχωριστεί τουλάχιστον το mid-range από το woofer. Όταν το μεγάφωνο βρίσκεται σε λειτουργία, η πίσω πλευρά του κώνου του μεγαφώνου ακτινοβολεί το αρνητικό σήμα σε σχέση με την μπροστινή πλευρά του μεγαφώνου, οπότε τα δύο μεγάφωνα (woofer/mid) θα επηρεάσουν (αν δεν διαχωριστούν) το ένα την απόδοση του άλλου, εσωτερικά στην καμπίνα.

Τα woofer εδώ μπορούν να έχουν διάφορα μεγέθη, από 7" έως 18" (ίντσες) ή ακόμη και έως 21". Το ιδανικό μέγεθος, το οποίο είναι αρκετό για να καλύψει και να αναπαράγει σωστά το φάσμα συχνοτήτων χωρίς συμβιβασμούς και χωρίς να χρειαστεί μια εξαιρετικά μεγάλη καμπίνα (πάνω από 120L εσωτερικού όγκου), είναι το woofer ή sub των 10".

Σύγκριση crossover και εύρους συχνοτήτων μεταξύ ηχείων 2-δρόμων και 3-δρόμων

Βασικές διαφορές μεταξύ ηχείων 2/3 δρόμων

Πλεονεκτήματα 2-δρόμων

• Απλούστερος σχεδιασμός σε crossover (1 σημείο crossover)

• Χαμηλότερο κόστος crossover και μεγαφώνων, λόγω λιγότερων εξαρτήματων

• Κοινή καμπίνα για woofer και tweeter. Δεν χρειάζεται εσωτερικός διαχωρισμός οπότε η κατασκευή της καμπίνας είναι πιο απλή και συνήθως πιο ελαφριά.

• Λόγω του μικρότερου συνολικού ογκου του ηχείου, υπάρχει μεγαλύτερη ευελιξία στην τοποθέτηση το οποίο το καθιστά κατάλληλότερο υποφήψιο για μικρότερους χώρους

• Ίσως η καλύτερη επιλογή σε σχέση απόδοσης-τιμής, πιο κατάλληλο για low budget εφαρμογές

Πλεονεκτήματα 3-δρόμων

• Καλύτερο power handling

• Καλύτερη απόκριση συχνότητας και ευκρίνεια

• Κάθε μεγάφωνο καλύπτει ένα σχετικά μικρό εύρος συχνοτήτων, οπότε αποδίδει στο μέγιστο των δυνατοτήτων του με τον καλύτερο δυνατό τρόπο

  • Καλύτερη ευκρίνεια

  • Λιγότερη παραμόρφωση

• Μπορούμε να επιλέξουμε μεγαλύτερη διάσταση woofer (ή subwoofer)

  • Οπότε πετύχαινουμε χαμηλότερο bass extension point (σημείο -6dB)

• Συγκεκριμένο μεγάφωνο για μεσαίες συχνοτήτες

  • Οι συχνότητες φωνής, τα mids και upper mids μπορούν να αναπαραχθούν χωρίς δυσκολία

• Το tweeter δεν χρειάζεται να κατέβει χαμηλά στις μεσαίες συχνότητες (1-2Khz), οπότε αποδίδει με μεγαλύτερη ευκολία και ακούγεται πιο "ανοιχτό"

• Συνολικά, η σχεδίαση 3-δρόμων (αν υλοποιηθεί σωστά) προσφέρει το καλύτερο ηχητικό αποτέλεσμα και είναι ικανή να καλύψει επαρκώς ολόκληρο το ακουστικό φάσμα:

  • χωρίς την ανάγκη για subwoofer

  • χωρίς να πιέζουμε τα μεγαφωνα να φτάνουν σε "υψηλά" επίπεδα παραμόρφωσης

  • διατηρώντας εξαιρετική ευκρίνεια και power handling

• Μπορεί να υλοποιηθεί σε σχετικά λογική τιμή για την ποιότητα που παρέχει

  • Είναι η ίσως η ποιοτικότερη επιλογή που μπορούμε να προσεγγίσουμε χωρίς την υψηλή τιμή της hi-end κατηγορίας

Πώς να επιλέξετε

2-δρόμων: Επιλέξτε το σε περιπτωσεις απλής/χαλαρής ακρόασης σε μικρότερους χώρους, για low budget εφαρμογές και σε κάθε περίπτωση όπου μια σχετικά ισορροπημένη απόκριση συχνοτήτων είναι αρκετά καλή ή η πιο προσιτή επιλογή (οικονομικά) είναι πιο σημαντική συνολικά από το βέλτιστο ηχητικό αποτέλεσμα.

3-δρόμων: Επιλέξτε το σε περιπτώσεις critical listening, επαγγελματικής παραγωγής/μίξης μουσικής, εφαρμογών home theater, ακρόασης hi-fi για φανατικούς μουσικόφιλους, αλλα και σε οποιαδήποτε άλλη περίπτωση όπου

• οι μεσαίες συχνότητες

• η σωστή επέκταση των χαμηλών συχνοτήτων

• η ευκρίνεια

είναι ζωτικής σημασίας και ενα πιο απαιτητικό ηχητικό αποτέλεσμα είναι η βασική σας προτεραιότητα.

Περισσότερα παραδείγματα και διατάξεις μεγαφώνων

Ηχείο 2-δρόμων

• 1 μεγάφωνο ανά δρόμο

• bass reflex port στη μπροστά μπάφλα

Ηχείο 2-δρόμων / 3 μεγαφώνων

• 2 μεγάφωνα mid-woofer σε διάταξη MTM (& συνδεδεμένα παράλληλα)

  • λιγότερο παραμόρφωση woofer, υψηλότερη ευαισθησία (db) & καλύτερη διασπορά

Ηχείο 3-δρόμων / 3 μεγαφώνων

• 1 μεγάφωνο ανά δρόμο

• διπλά bass reflex ports στη μπροστά μπάφλα

Ηχείο 3-δρόμων / 4 μεγαφώνων

• 2 μεγάφωνα mid σε διάταξη MTM

• ένα μεγάφωνο woofer driver ανά ηχείο

• διπλά bass reflex ports στη μπροστά μπάφλα

Ηχείο 3-δρόμων / 5 μεγαφώνων

• 2 woofer συνδεδεμένα παράλληλα

  • για χαμηλή παραμόρφωση και υψηλότερη ευαισθησία (db)

• 2 μεγάφωνα mid σε διάταξη MTM για καλύτερη διασπορά

• διπλά bass reflex ports στην πλάτη του ηχείου

Ηχείο 4-δρόμων / 4 μεγαφώνων

• 1 μεγάφωνο ανά δρόμο

• bass reflex port στο κάτω μέρος της μπάφλας

Παράδειγμα συχνοτικού φάσματος για ηχείο 4-δρόμων με παθητικό crossover

Συμπέρασμα

Πριν πάρετε τους δρόμους για την επιλογή του ηχείου σας.... ρωτήστε (μας), ακούστε (τα), δοκιμάστε (for DIY-ers only), κάντε τις A/B συγκρίσεις σας και επιλέξτε ακούγοντας και αποφασίζοντας τι ταιριάζει στο budget, τον χώρο ακρόασης και πάνω απ´ όλα στο αυτί σας. Καλό είναι να θυμάστε όμως ότι 3-way is the way...

Και μέχρι την επόμενη ανάρτηση... take care of your vinyls...