Stojek HornsKolumny tubowe DIY |
|
.
.
.
.
.
.
.
Wprowadzenie
Kiedy byłem w szkole (w końcu lat 60tych), zbudowałem
lampowe radio (mono FM) i dużą kolumnę bass reflex z eliptycznymi
szerokopasmowcami i tanim tweeterem. Dźwiękiem byłem zachwycony. Dwadzieścia
lat później kupiłem kolumny Vandersteen Model1, które w tym czasie, w
porównaniu ze wszystkim w podobnej cenie były fantastyczne. Niestety w
porównaniu z żywym koncertem nie brzmiały naturalnie, brakowało dynamiki itd.
Mój pokój był za mały, więc zacząłem słuchać na słuchawkach Sennheiser HD600 z
bardzo dobrym wzmacniaczem Moth s2A3. Dźwięk był świetny ale z czasem miałem
dość orkiestry grającej w mojej głowie. Jak tylko stworzyły się warunki
postanowiłem zrobić kolumny o podobnym dźwięku ale ze sceną jak na koncercie.
Pamiętając moje młodzieńcze zachwycenie wybrałem rodzaj kolumn z przetwornikiem
szerokopasmowym, tym razem bez tweetera bo już straciłem trochę słuchu w górnym
zakresie częstotliwości.
Odtworzyć prawie całe pasmo jednym przetwornikiem można
dzięki kolumnie tubowej BLH (Back Loaded Horn), która akustycznie wzmacnia bas,
a komora kompresyjna tuby ogranicza ruch membrany. Gdy całe pasmo przenoszone
jest przez jeden przetwornik drgania basowe membrany modulują fale wysokiej
częstotliwości emitowane przez przetwornik. Ale gdy ruch membrany jest rzędu
ułamka milimetra efekt dopplera jest mały. Używam przetworników firmy Lowther.
Mają one bardzo mocny magnes (2,1 Tesla) i wyjątkowo lekką papierową membranę.
Pozwala to odtwarzać dźwięk z naturalnością nie osiągalną przez konwencjonalne
przetworniki. Przetworniki Lowther EX3 maja czułość 98dB/1m/1kHz/1W, a więc
wzmacniacz z lampami 2A3 jest więcej niż wystarczający.
Konstrukcja
Zanim zabrałem się do tego projektu przejrzałem
na internecie dorobek światowy w dziedzinie kolumn tubowych z przetwornikami
Lowther. I jak się okazało tak naprawdę nie było z czego wybrać. W tym czasie
Martin z Azurahorn nie robił jeszcze BLH. Tuby przednie (FLH) wymagające
subwoofera nie miały dla mnie sensu, bo nie chciałem rezygnować z koncepcji
pojedynczego przetwornika. Gdybym miał stosować subwoofer, to użyłbym Alnico
Lowther na otwartej odgrodzie, a nie w tubie przedniej jak na dworcu kolejowym.
Wybrałem BLH aby wzmocnić bas przetwornika, a nie po to żeby zwiększyć jego
wydajność czy dynamikę. Dla mnie Lowther bez pomocy tuby ma wystarczającą
wydajność i dynamikę.
Widziałem dziesiątki tub poskładanych i upchanych
do skrzyń, niestety uważam że (przynajmniej teoretycznie) mają one fatalne
wady. A mianowicie, zaczynając od komory kompresyjnej - niesymetryczna komora z
nie centralnie umieszczonym gardłem tuby powoduje niesymetryczne ciśnienie
akustyczne z tyłu membrany zakłócające prace przetwornika. Zły kształt tylnej
ściany komory powoduje że odbite fale (opóźnione w czasie) wracają przez
membranę do słuchacza i na dodatek zakłócają po drodze pracę membrany. Zwinięta
tuba o przekroju prostokątnym to seria pudeł, w których powstają odbicia, fale
stojące, opóźnienia fazowe, kancelacje itd. Równoległe ściany boczne też
powodują fale stojące. Dodatkowo płaskie deski mają mocny rezonans mechaniczny
i bardziej nadają się na trumny niż na kolumny głośnikowe. Wiele tub jest po
prostu za małych, bas nie schodzi wystarczająco nisko (około 70, może 60 Hz), w
dodatku wylot tuby o zbyt malej średnicy powoduje nierówną charakterystykę
basu.
Minęło jeszcze parę lat zanim uzyskałem
odpowiednie warunki, ale wreszcie zrobiłem tuby bezkompromisowe, całkowicie
okrągłe bez załamań i tak duże aby z przetwornika Lowther uzyskać
satysfakcjonujący bas. Komora kompresyjna jest okrągła i symetryczna w osi
przetwornika. Tuba ma tylko jeden zakręt (to nie jest załamanie). Dzwon tuby
jest wielki. Średnica wyjścia jest równa 1m, a długość (efektywna) tuby wynosi
3,5m.
Kompozyt z którego tuba jest zrobiona jest mojej
własnej receptury, opracowany aby z dostępnych materiałów i bez
specjalistycznych narzędzi można było zrobić w domu tubę sztywna, mocna i nie
rezonującą. Szukając proszku ołowiowego do wytłumienia kompozytu z włókna
szklanego trafiłem na tani proszek o składzie 55%W 40%Cu 15%Pb. Zamówiłem 200
funtów i wszystko zużyłem na zrobienie dwóch tub.
Najpierw musimy jednak wrócić do zrobienia formy.
Zachowałem tylko jedną cześć formy (komorę kompresyjną pokazaną na zdjęciu). A
w czasie budowy nie robiłem zdjęć, wiec postaram się formę opisać. Chciałem
tubę z jednego kawałka (nie składaną). Najprościej było zrobić wewnętrzną formę
rozbieralną. Forma była zmontowana na platformie i wyglądała tak jakby tubę
ustawić dzwonem w dół. Cześć formy na komorę kompresyjną wytoczyłem z bloku
sklejonego z MDF. Aktualna komora kompresyjna gotowej kolumny jest głębsza
ponieważ przedłuża ja gruba odgroda. Część formy na dzwon tuby była konstrukcji
szkieletowo żebrowej zrobiona z tektury. Szkielet pokryłem papierem i
wzmocniłem warstwą kompozytu z włókna szklanego aby ta cześć formy przetrwała
zrobienie dwóch tub.
Fot. nr 1. Zachowana część rozbieralnej formy. Komora kompresyjna.
Część formy pomiędzy dzwonem i komorą kompresyjną
była zrobiona z kółek tekturowych (zamocowanych na odpowiednio wygiętej rurce
miedzianej), sztywnej taśmy aluminiowej i taśmy maskującej. Część ta była
niszczona i wyciągana w kawałkach z gotowej tuby. Skorygowałem gipsem kształt
całej formy i po oszlifowaniu zaimpregnowałem. Po potraktowaniu formy woskiem
umożliwiającym separację, nałożyłem na formę, na przemian warstwy maty z włókna
szklanego, żywicy poliestrowej i warstwy pasty zrobionej z żywicy poliestrowej
oraz proszku metalowego. Komorę kompresyjną zrobiłem szczególnie mocną i
ciężką. Gotową tubę pomalowałem w środku i z zewnątrz.
Z desek dębowych skleiłem bloki, z których
wytoczyłem lekko wklęsłe odgrody i wyfrezowałem zagłębienia na osadzenie
przetworników. Podpory do ustawienia tuby zrobiłem z materiałów, które miałem
pod ręką. Pustaki i podstawy statywu maja po trzy nóżki i tuby tez maja trzy
punkty podparcia. Zapewnia to stabilność kolumny. Koszty projektu (przetworniki
i materiały) wyniosły mnie około 6000 zł.
Modyfikacja przetworników i strojenie tuby
Z katalogu Lowthera wybrałem przetworniki EX3. Miały odrobinę mocniejszy magnes
niż DX3 i chciałem zobaczyć jak wielce zachwalany przez Lowthera nowy model
jest zbudowany i jak działa. Tylna osłona przetwornika EX3 okazała się
nieudana, a w przypadku mojej tuby z okrągłą symetryczną komorą kompresyjną nie
potrzebna i absolutnie nie do przyjęcia. Zdjąłem tylne osłony i mam model DX3 z
lepszymi magnesami - jeśli można naciąganym specyfikacjom Lowthera wierzyć.
Tab. nr 1. Dane techniczne przetwornika ze starej strony Lowthera.  
Fot. nr 2. Widok środka tylnej osłony przetwornika. Widać że nie stosują
żadnego materiału tłumiącego i marne druty które łacza przetwornik z osłoną -
dodatkowe zbędne połączenia. 
Fot. nr 3. Widok tyłu zmodyfikowanego przetwornika i tyłu odgrody.
Dopiero po pięciu latach, pisząc ten artykuł, zebrałem się żeby zrobić moje
własne wkładki fazowe (phase plugs). Zwlekałem z tym bo Lowther użył do
mocowania wkładek śrub z nietypowym gwintem. W końcu kupiłem odpowiednią
narzynkę. Drzewo z którego wytoczyłem wkładki (dąb laurowy) urosło na naszej
miniaturowej farmie naturalnej gdzie razem z żoną na Florydzie uprawiamy
jarzyny na własne potrzeby. Gotowe wkładki namaściłem olejkami i wypucowałem
woskiem Carnauba. Poprawa dźwięku jest duża, szczególnie czystość tonów i
precyzja sceny jest lepsza. Wreszcie drewno wygląda lepiej niż wszechobecny
plastik.
Fot. nr 4. Nażynka na której widać rozmiar gwintu, który Lowther złośliwie używa. 
Fot. nr 5. Klocek dębowy na wkładki fazowe. 
Fot. nr 6. Gotowe wkładki fazowe i obok oryginalna plastikowa.
Moja tuba nie ma załamań (powodujących osłabienie
fali przez wielokrotne odbicia), dlatego cześć fal o częstotliwości wyższej niż
częstotliwość odcięcia przez komorę kompresyjną (która działa jak akustyczna
zwrotnica) mogłaby przechodzić przez tubę. Aby fale te wytłumić tuba przed
zakrętem wypełniona jest wełną (owczą), a w zakręcie włóknem sztucznym - ilość
włókien dobrałem eksperymentalnie. Wewnętrzne ściany komory kompresyjnej i
magnes przetwornika pokryty jest materiałem pochłaniającym fale wyższej
częstotliwości – czarne futerko, które na zdjęciach nie wyszło zbyt wyraźnie.
Widać że fale świetlne tez pochłania.
Fot. nr 7. Widok wnętrza komory kompresyjnej wyłożonej futerkiem.
Próbowałem odgrody mniejszej średnicy ale
lepiej brzmiały większe. Zrobiłem więc największe jakie mogłem wytoczyć na
mojej tokarce. Zarówno przetworniki jak i odgrody osadzone są przy użyciu
specjalnej plasteliny, która na zdjęciach nie wygląda ładnie, ale w zmontowanej
kolumnie tego nie widać. Plastelina uszczelnia komorę kompresyjną i pomaga
odprowadzać drgania z kosza przetwornika do odgrody.
Fot. nr 8. Widok przetwornika bez wkładki fazowej, oraz z nową wkładką.
Widać bardzo wąską przerwę na cewkę.
Tuby zaprojektowane i
obliczone są tak, że wylot (dzwon tuby) musi dotykać bocznej ściany i podłogi
co przedłuża długość efektywną tuby i poprawia bas. Charakterystyka
częstotliwościowa jest mniej więcej liniowa miedzy 50 a 12000 Hz. Powyżej 12kHz
poziom spada, ale jest użyteczny do 20kHz. Powyżej 12kHz nie słyszę, więc tweetera
nie muszę używać. Dźwięk dochodzący z tuby musi zintegrować się z dźwiękiem
bezpośrednim z przetwornika, dlatego BLH należy słuchać z odpowiedniego
dystansu. U mnie jest on równy 4,6 m.
Fot. nr 9. Tuba w całej okazałości - widok z boku.
Fot. nr 10. Widok na tubę z góry.
Przetworniki z firmy Lowther nie są niestety
tanie, maja problemy techniczne - ludzie skarżą się na ocierającą cewkę (jeden
z moich przetworników czasem tez ma ten problem – na razie sobie z tym radzę) i
problemy jakościowe (moje przetworniki miały luźne połączenia, mają krzywy
front koszyków, otwory na śruby mocujące są wywiercone plus minus 1mm itp).
Dlatego pomimo że z dźwięku jestem bardzo zadowolony nie mogę firmy Lowther
zarekomendować! Nie sprawdzałem przetworników tego typu
dostępnych z innych firm ale jest ich coraz więcej.
Parametry kolumnNie mam możliwości zmierzenia charakterystyki częstotliwościowej kolumny w komorze bezodbiciowej, a moje pomiary (ETF 5) wykonane w pokoju gdzie tuby grają byłyby mylące, więc ich nie podaję.
|
Pozdrawiam,
Marek Stojek