DIY Loudspeakers

Jest to pierwszy z zamieszczonych tu opisów z cyklu Do-It-Yourself zrealizowanych przeze mnie amatorskich projektów.

Podstawowym kryterium było stworzenie zestawu (pary) kolumn o w miarę możliwości dobrych parametrach możliwie małym kosztem. Wymaganiami narzuconymi "odgórnie" były wymiary umożliwiające ewentualne umieszczenie głośników na szafie lub półce. Ponadto ze względu na ograniczoną przestrzeń w zupełności wystarczającym limitem mocy było ok. 20-30 W. Jednakże uwzględniając nieco większy margines (dla dokuczliwych sąsiadów) oraz parametry głośników wyszło 70-75 W. Dodam, że na codzień nie daje im więcej niż 5-7 W na parę i jest to w zupełności wystarczające jak na moje warunki. Ok. ale po kolei.
Kolejnym krokiem po wstępnym określeniu wymagań było dobranie odpowiednich głośników. Zdecydowałem się na dość tanie, ale o całkiem przyzwoitych jak na ten projekt parametrach głośniki typu ARN 6618 produkcji Tesli (średnica 8" / 20 cm). Były i nadal są one dość popularne na Wolumenie - warszawskiej giełdzie elektronicznej. Konstrukcja miała być z założenia prosta, więc odrzucono pierwotny pomysł nachylenia ścianek (lub przynajmniej jednej z nich) o dodatkowy kąt rzędu kilku stopni względem 90-ciu. Spowodowałoby to większe problemy przy cięciu itp., a poza tym moim zdaniem typowy "symetryczny" kształt wygląda najładniej (a więc i mamy walor estetyczny :) Ponieważ nie miałem wcześniej większego doświadczenia w projektowaniu i budowaniu kolumn, swój projekt zacząłem od ... nadrobienia brakującej wiedzy. Na początku ograniczało się to do przeglądania różnych rozwiązań producentów. I bynajmniej nie miało to na celu próby skopiowania, jakiegoś modelu, ale jedynie podpatrzenie pewnych tendencji i pomysłowych rozwiązań, które w większym lub mniejszym stopniu wpłynęły na końcowy efekt. Pomogło to mi na przykład oszacować dolną granicę przenoszonych częstotliwości w zależności od objętości obudowy. Następnym krokiem było zapoznanie się ze stronami tzw. Do It Yorself Loudspeakers poświęconym jak sama nazwa wskazuje amatorskim konstrukcjom kolumn głośnikowych. Linki do najciekawszych z nich są załączone na końcu tej strony. Oprócz opisów można tam znaleźć programy pomocne przy projektowaniu. Po rozważeniu wszystkich "za" i "przeciw" zdecydowałem się na dwudrożną konstrukcję typu zamkniętego (2-way sealed enclosure). Dlaczego zamkniętą, a nie bass-reflex? Po pierwsze tego typu kolumny dają dość dobre rezultaty przy niezbyt precyzyjnym dobraniu parametrów pozostałych elementów jak np. głośniki, a po drugie zawsze dawało to bez konieczności wiercenia dziur możliwość poeksperymentowania z tunelami bass-reflex (wykorzystując otwór dla głośnika wysokotonowego). I faktycznie z przeprowadzonych pomiarów (i późniejszych symulacji komputerowych) wyszło, że taki typ obudowy w zestawieniu z parametrami użytych głośników jest najkorzystniejszy. Ostatecznie kolumny zostały ukończone w ostatnie dni września 1999r.

Szczegóły konstrukcyjne:

  1. Projekt:
  2. Symulacja: => f3, fb, charakterystyki itd.
  3. Przycięcie płyt na wymiar
  4. Wybranie stron "zewnętrznych" tak aby ewentualne rysy były od środka
  5. Wycięcie otworów na głośniki i gniazdo przyłączeniowe
  6. Zamontowanie gniazda z przylutowanymi kablami (jeżeli jest przykręcane to należy dać pomiędzy nie a obudowę tekturowy pierścień, jeżeli wciskane, to dobrze jest je po odpowiednio ciasnym zamontowaniu uszczelnić zalewając brzegi od wewnątrz klejem lub silikonem.
  7. Klejenie (IMHO najlepsza kolejność): Po połączeniu wszystkich elementów dobrze jest to wszystko ścisnąć - ja do tego celu stosowałem kilka "cięższych" książek. Dopóki klej nie przyschnie należy co kilka - kilkanaście minut sprawdzać położenie wzajemne ścianek i w razie potrzeby je korygować. Zanim klej dobrze nie złapie, całość ma lekką tendencje do rozjeżdżania się. Można sobie z tym także poradzić umieszczając w środku dokładnie przycięte listewki (przede wszystkim aby przednia i tylnia ścianka się nie zapadły do środka) i ciasno opasując całą obudowę np. sznurkiem. Wyciekającego kleju dobrze jest nie usuwać od razu, bo będzie się rozmazywał, ale "przyciąć" go żyletką na równi z płaszczyzną obudowy po ok. godzinie jak tylko zrobi się w miarę sztywny i gumowaty.
  8. Wykonczenie:
  9. Zwrotnicę dobrze jest przymocować albo z tyłu gniazda przyłączeniowego, albo na osobnej płytce / deseczce poprzez warstwę gąbki do obudowy. Warstwa gąbki pomiędzy zwrotnicą, a obudową zapobiega rezonowaniu.
  10. Przycięcie i sklejenie listewek na ramkę maskownicy
  11. Na koniec montujemy głośniki mocując je albo śrubami (wcześniej dobrze jest przykleić od środka nakrętki) albo drewnowkrętami przez wywiercone wcześniej otworki (zapobiega to odszczypywaniu się płyty zwiększając jej odporność i szczelność).
Do wytłumianie ścianek obudowy wykorzystano gąbkę o grubości 2 cm. W sposób znaczący pozbyto się w ten sposób rezonansów oraz zmniejszono skutki fal stojących.
Typowe obudowy zamknięte wypełnia się zwykle w 2/3 odpowiednim materiałem powodującym pozorne zwiększenie ich objętości. Do takich materiałów można zaliczyć gąbkę, watę, wełnę itp.
Sprawdzono szereg rozmaitych rozwiązań w wyniku czego udało się "przesunąć" częstotliwość rezonansową z 75 na 62Hz. Osiągnięto to wypełniając prawie w 100% objętość skrzynki puszystym kocem z polyakrylu. Niestety pomimo osiągnięcia dość niskiej częstotliwości rezonansu jak na tą objętość kolumny cały zakres dolnych częstotliwości uległ obniżeniu o ok. 4..5 dB. Dało to w konsekwencji wręcz przeciwny efekt i w niedługim czasie powróciłem do wytłumienia ścianek jedynie gąbką. Częstotliwość rezonansowa nie oznacza dolnej częstotliwości, która w tym przypadku na -6 dB jest na poziomie 44 Hz (F(-3dB)=56Hz).
W przypadku obudów zamkniętych bardzo ważna jest ich szczelność. Tak więc już przy klejeniu płyt zadbałem o to, aby nie było żadnych prześwitów. Ale w miejscu mocowaniu wyprowadzeń były niewielkie nieszczelności (można to sprawdzić przyciskając energicznie membranę i obserwując czas jej powrotu lub po prostu nasłuchując przedmuchów). Później po uszczelnieniu (zalaniu) ich klejem i podłożeniu między głośniki, a skrzynkę wyciętych z cienkiej tektury pierścieni dolna częstotliwość obniżyła się o kilkanaście Hz. Różnica w odsłuchu była KOLOSALNA.
Jeżeli nie chcecie się bawić w robienie kolumn samemu, a chcecie aby te co macie grały lepiej - dobrze je uszczelnijcie.
Wiedziałem, że jest to istotne, ale nie spodziewałem się, że aż tak.

Materiały, wymiary, parametry:

Zwrotnica (crossover):
W szeregu za tweeterem dodano rezystor (3R9), co rozwiązało za jednym zamachem problem większej jego efektywności i przy okazji wyrównania impedancji do 8 omów. Na wstępie zdecydowano się na zwrotnicę pierwszego rzędu (-6dB/oct) z podziałem na 3kHz, zaś później na -6dB/-12dB. Wartości elementów obliczono korzystając formularza umieszczonego na jednej ze stron "DIY-Loudspeakers" i wynoszą odpowiednio: L = 0,5mH , CL = 4u7F , R = 3R9 , CH = 6u4F.

Jednakże wcześniejsze dodanie R do głośnika wysokotonowego spowodowało przesunięcie jego dolnej częstotliwości i zupełnie przypadkowe optymalne pokrycie pasma na granicy podziału. Tak więc w konsekwencji usunięto zwrotnicę polepszając nieco SPL i minimalizując niekorzystne efekty przesunięć fazy oraz eliminując źródło dodatkowych zniekształceń. W tym akurat przypadku okazało się to rozsądne.
Dodanie kondensatora C` (100nF) równolegle do R rozszerzyło nieco pasmo przenoszenia wysokotonowca niwelując jego wczeœniejszy spadek w zakresie górnych częstotliwości. Aby obraniczyć zbyt mocne podbicie rozszerzono filtr o rezystor R` (2R7). Spowodowało to poszerzenie przejrzystości i klarowności dźwięku oraz zwiększyło precyzję reprodukcji sceny, jednocześnie nie doprowadzając do zachwiania równowagi tonalnej.
Czasami warto także sprawdzić odwrotne podłączenie wysokotonowców - szczegónie, gdy na granicy podziału powstaje "dziura" akustyczna (można się przy tym posłużyć szumem różowym). Bardzo ważne jest to, aby obie kolumny miały tak samo ustaloną polaryzację. Można to prosto sprawdzić ustawiając głośniki w niewielkiej odległości "twarzami" do siebie - przy nieprawidłowej polaryzacji niskie tony będą się wzajemnie znosić i w praktyce nie będzie ich prawie wogóle słychać.

Koszt wykonania pary kolumn:

Materiały
płyta wiórowa laminowana8,00 [zł]
przycięcie na wymiar36,00 [zł]
klej wikol (0,5kg)4,00 [zł]
gąbka15,00 [zł]
2 głośniki nisko-średniotonowe64,00 [zł]
2 głośniki wysokotonowe32,00 [zł]
2 rezystory 3R9 (0,25W)0,40 [zł]
2 rezystory 2R7 (0,25W)0,40 [zł]
2 kondensatory 100nF0,80 [zł]
16 śrub z nakrętkami1,60 [zł]
2 pary zacisków3,00 [zł]
2m kabla (miedź beztlenowa)1,00 [zł]
2x 2m listewka drewniana10,00 [zł]
materiał maskownicy (żorżeta)6,00 [zł]
Sumaryczny koszt materiałówok. 185,- [zł]

+ ok. 22 godzin roboty (klejenie, wiercenie, wycinanie, piłowanie itp.)
+ xx godzin eksperymentowania z wypełnieniem skrzynek, zabaw ze zwrotnicą i pomiarami

Uzyskane parametry:
Niestety pomimo technicznych możliwości (dostęp do komory bezechowej i specjalistycznego sprzętu - PW/WEiTI) pomiary zostały wykonane metodami amatorskimi, tak więc mogą one nieco się różnić od rzeczywistych wartości. Wykonane zostały one w niezbyt dużym pokoju z wykorzystaniem miernika, generatora i oscyloskopu, a także ostatnio przy użyciu programu "Speaker Workshop" zawierającego szereg zaawansowanych funkcji pozwalających m.innymi na zdejmowanie rzeczywistych charakterystyk z wykorzystaniem karty muzycznej.


Pomiary zostały wykonane metodą MLS (Maximum Length Sequence) oraz sinusem.

Ponieważ kolumny z założenia miały być umieszczone na półce lub na regale jak to ma obecnie miejsce w moim przypadku należy się liczyć z podniesieniem poziomu dolnych częstotliwości w okolicach 20 - 80 Hz. Tak samo odpowiednie umieszczenie kolumn blisko ściany, powoduje podobny efekt. Prawidłowe ich rozstawienie jest bardzo istotnie nie tylko ze względu na podbicie basów ale i na uzyskanie prawidłowego efektu przestrzennego.


- MLS/sin: kolumna ustawiona blisko ściany

Wnioski końcowe i wrażenia słuchowe:
Aby poczuć niższe częstotliwości (poczuć, a nie usłyszeć) efektywne 15 litrów to trochę za mało, ale biorąc pod uwagę wielkość kolumn i koszt ich wykonania jak najbardziej spełniły moje oczekiwania. Dźwięk jest bardzo czysty, naturalny i pełen szczegółów. Bas zaś dobrze kontrolowany (co jest z resztą cechą konstrukcji typu zamkniętego - odpowiedź impulsowa) i zarazem schodzący całkiem nisko. Zarówno ja, jak i odwiedzający mnie znajomi, za każdym razem gdy ich słuchają są zaskoczeni uzyskanymi rezultatami - czyżby zupełnie intuicyjne przyjęte proporcje zbliżone do tzw. "złotego podziału" miały tak duży wpływ? Jednym słowem było warto. Na zakończenie chciałbym przestrzec wszystkich, którzy planują kiedyś stworzyć własne kolumny - to naprawdę wciąga i można się tym nieźle zarazić :-)
No właśnie... pół roku później zbudowałem kolejną parę kolumn o bardzo podobnej konstrukcji i z wykorzystaniem podobnych komponentów, ale o większej objętości - tym razem 24 litry. Wymiary zewnętrzne 26 x 43 x 30+2 cm (W x H x D+grill). Są one w stanie osiągnąć ok. 45 Hz już przy spadku -3dB.
Kilka lat póŸniej wymieniłem wysokotonowce na kopułki ARV 104-04/8 (30 pln/szt.), raz jeszcze wszystko pomierzyłem i dorobiłem tym razem "prawdziwš" zwrotnicę 2-go rzędu z podziałem ok. 3,2 kHz. Dzięki temu tchnąłem w nie "nowy błysk" rozświetlajšc budowaną prze nimi przestrzeń i docierając do subtelnych szczegółów, których wcześniej tam nie było.

Zdjęcia:
Wersja pierwsza:

Wersja druga:

Przydatne strony o podobnej tematyce: