Podstawy Hi-Fi: Czym jest tweeter?

Dlaczego tweetery są ważne

Najwcześniejsze głośniki elektromechaniczne – opracowane po tym, jak rejestracja i odtwarzanie dźwięku przestały opierać się na drganiach rowka płyty wzmacnianych przez ogromną tubę – wykorzystywały pojedyncze przetworniki napędzane wzmacniaczem. Te szerokopasmowe głośniki działały wystarczająco dobrze, jednak szybko zdano sobie sprawę, że wymagania wierności odtwarzania dźwięku wymagają różnych przetworników, z których każdy jest zoptymalizowany pod kątem innej części pasma częstotliwości: dużych przetworników do odtwarzania długich fal basu poprzez poruszanie większą ilością powietrza oraz mniejszych przetworników do wiernego oddania najdrobniejszych detali wyższych częstotliwości, które wymagają bardzo małych ruchów wykonywanych niezwykle szybko.

Choć pierwszy głośnik elektromagnetyczny został opracowany przez Chestera W. Rice'a i Edwarda W. Kellogga z General Electric w 1921 roku, zaledwie dziesięć lat później zespół Bell Telephone Laboratories zaprojektował tak zwany głośnik o 'podzielonym paśmie', z oddzielnymi przetwornikami dla wysokich i niskich częstotliwości oraz zwrotnicą dzielącą sygnał muzyczny między nimi.

Przez niemal 100 lat większość kolumn Hi-Fi wykorzystywała tweeter do odtwarzania najwyższych częstotliwości oraz przetwornik średnio-niskotonowy dla pozostałej części pasma. Co jednak wyróżnia te niewielkie, wyspecjalizowane przetworniki wysokotonowe, jak są projektowane i jaką rolę odgrywają w sposobie, w jaki słyszymy naszą ulubioną muzykę?

Podstawy działania tweetera

Z definicji wysokie częstotliwości wymagają, aby przetwornik je odtwarzający poruszał się znacznie szybciej niż w przypadku średnich tonów lub basu. Pracując w typowym zakresie od 2 kHz do 20 kHz, a nawet wyżej, tweeter musi poruszać się co najmniej 2 000 razy na sekundę – a w przypadku naprawdę wysokich dźwięków znacznie szybciej – podczas gdy przetwornik basowy może wykonywać zaledwie 100 ruchów na sekundę lub mniej. Na szczęście długość fali tych wyższych dźwięków jest znacznie krótsza niż w przypadku basu, dlatego potrzebne są małe, precyzyjne ruchy. Przetworniki basowe potrzebują dużych membran, aby poruszać powietrze i tworzyć bas, który można poczuć, podczas gdy tweetery mogą być małe, lekkie, precyzyjne, a przede wszystkim zdolne do bardzo szybkiego ruchu.

Co robi tweeter?

Nawet jeśli z tweetera w Twoich kolumnach nie usłyszysz zbyt wiele dźwięku, także gdy zbliżysz ucho do głośnika, ponieważ jego poziom nie będzie wydawał się wysoki, rola tweetera jest kluczowa: nadaje dźwiękowi naturalną świeżość, poczucie przestrzeni i atmosfery. W systemie stereo tworzy niezwykle ważne wrażenie trójwymiarowości oraz sceny dźwiękowej.

Im wyższa częstotliwość, tym bardziej nasze uszy są wrażliwe na jej kierunkowość – być może ma to związek z potrzebą naszych dawnych przodków, by usłyszeć trzask gałązki, gdy coś się do nich skradało! Tak jak przetwornik basowy może wypełnić pomieszczenie niskimi częstotliwościami, bez wskazywania nam, skąd dokładnie pochodzi ten element dźwięku, tak najdrobniejsze wysokie częstotliwości, aż po najwyższe granice naszego słuchu, dostarczają wskazówek kierunkowych, pomagając umieścić wykonawców w stereofonicznym 'obrazie'.

Jak działa tweeter?

Projektowanie tweetera wiąże się z dwoma głównymi wymaganiami: pierwszym jest szybkość i precyzja odtwarzanego dźwięku, a drugim kontrola jego dyspersji. Ze względu na kierunkowość wysokich częstotliwości ważne jest, aby były one odtwarzane w skupiony sposób, ale również aby charakter dźwięku nie zmieniał się znacząco po odejściu od idealnej osi odsłuchu przetwornika, zarówno w płaszczyźnie poziomej, jak i pionowej.

Ze względu na naturę fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości mają one tendencję do tworzenia wąskiej wiązki, jeśli nie są ściśle kontrolowane, czyli dźwięk jest wyraźnie słyszalny bezpośrednio przed przetwornikiem, ale znacznie słabnie poza jego osią. To jeden z powodów, dla których najpopularniejsze konstrukcje tweeterów wykorzystują membrany kopułkowe o szerokiej charakterystyce dyspersji. Nie jest to jednak jedyny powód, ponieważ kopułki oferują również znaczące zalety w zakresie równowagi między lekkością a sztywnością, które są równie niezbędne dla dokładnego odtwarzania wysokich częstotliwości.

Kopułka może rozprowadzać dźwięk w szerokim łuku, dlatego jej dyspersję trzeba odpowiednio kontrolować. Jak zobaczymy, różne konstrukcje kolumn wykorzystują rozmaite strategie, aby osiągnąć skupione wysokie tony i spójne wysokie częstotliwości w szerokim obszarze odsłuchowym. Pomaga to stworzyć stabilny obraz stereo i pozwala wielu słuchaczom cieszyć się spójną równowagą tonalną.

Umiejscowienie tweetera w konstrukcji kolumny

Należy również zwrócić uwagę na położenie tweetera w przedniej ściance, w której zamontowane są przetworniki na froncie obudowy kolumny. Zapewnia to integrację z pozostałymi przetwornikami oraz dopasowanie wysokości tweetera do położenia uszu słuchacza. Z tego powodu tweeter jest zwykle montowany w górnej części kolumny, ponad przetwornikami odtwarzającymi średnie i niskie tony.

Jednak w niektórych bardzo dużych kolumnach tweeter może być montowany centralnie w przedniej ściance, z przetwornikami średnio-niskotonowymi nad i pod nim. Ten układ D’Appolito, nazwany na cześć jego wynalazcy, został zaprojektowany tak, aby zapewniać bardziej spójną dyspersję ze wszystkich przetworników i zbliżać efekt dźwiękowy do teoretycznej idei 'źródła punktowego', w której całe pasmo częstotliwości wydaje się emanować z jednego miejsca.

Ważna jest również potrzeba odizolowania delikatnego brzmienia tweetera od silniejszych drgań wytwarzanych przez przetworniki średnio-niskotonowe. Aby to osiągnąć, w wielu kolumnach przetwornik wysokotonowy umieszcza się na własnej pomocniczej ściance przedniej, odizolowanej od głównej konstrukcji za pomocą elastycznego montażu, a nawet w całkowicie oddzielnej komorze wewnątrz obudowy. Zapobiega to również 'wyciekaniu' dźwięku promieniującego z tylnej strony membrany, który zakłóca promieniowanie przednie i rozmywa obraz wysokich tonów. Niektórzy konstruktorzy kolumn decydują się nawet na umieszczenie tweetera w całkowicie osobnej obudowie.

Dyspersję tweetera można również kontrolować poprzez umieszczenie przetwornika w zagłębionej 'tubie' w przedniej ściance lub zastosowanie przed membraną falowodu, zazwyczaj w formie siatkowej maskownicy. Ten rodzaj maskownicy zapewnia też pewną ochronę ultracienkiej kopułki przed ciekawskimi małymi palcami. Niektóre starsze kolumny posuwają się do skrajności, umieszczając przed przetwornikiem coś przypominającego żaluzję, ale obecnie spotyka się to rzadko, z wyjątkiem modeli retro.

Z czego składa się tweeter?

Kluczowe elementy tweetera są takie same jak w każdym przetworniku głośnikowym – membrana napędzana przez 'silnik' składający się z cewki drgającej w polu magnetycznym – ale tutaj wszystko musi mieć miniaturową skalę, aby spełnić wymagania dotyczące szybkości i responsywności. Wymaga to zastosowania niezwykle cienkich uzwojeń w układzie napędowym, które mogą być podatne na stopienie w przypadku przeciążenia zestawu głośnikowego przez zniekształcenia wzmacniacza. Cięższe uzwojenia w przetwornikach średnio-niskotonowych rzadko ulegają w ten sposób uszkodzeniu, ale 'spalony' tweeter jest dość pewnym znakiem, że kolumna była niewłaściwie użytkowana.

Materiał używany do wykonania kopułki może obejmować bardziej tradycyjne tkaniny – dawniej jedwabne, dziś częściej syntetyczne – które są następnie pokrywane środkami chemicznymi poprawiającymi tłumienie i sztywność, a także ultracienkie aluminium lub jeszcze bardziej egzotyczne materiały. Wszystko to w dążeniu do maksymalnej sztywności bez zwiększania masy.

Niektóre firmy preferują stopy metali, inne rzadkie metale, takie jak beryl. Można również znaleźć przykłady wykonane z ceramiki, włókna węglowego, a w skrajnych przypadkach nawet z pyłu diamentowego nanoszonego metodami odparowania. Jeśli nauka zna jakiś lekki materiał, prawdopodobnie próbowano już wykorzystać go do produkcji membran tweeterów.

Wiele pracy wkłada się w zapewnienie, aby kopułka zachowywała swój kształt podczas pracy. Jej forma jest wprawdzie z natury sztywna, ale niektóre konstrukcje wykorzystują również 'podwójną kopułkę' w postaci pierścienia dodatkowego materiału wokół krawędzi membrany, w miejscu jej połączenia z 'silnikiem'. Zapewnia to dodatkowe usztywnienie bez istotnego zwiększania masy.

Alternatywne tweetery

Choć wiele pracy poświęca się udoskonalaniu materiałów stosowanych w tweeterach kopułkowych, badano również inne konstrukcje, dążąc do lekkości przy zachowaniu wydajności tych przetworników wysokotonowych.

Niektóre kolumny wykorzystują tweeter wstęgowy, składający się z ultralekkiej płaskiej membrany, zazwyczaj aluminiowej, napędzanej przez przylegającą membranę połączoną z układem napędowym. Konstrukcja ta ma zaletę w postaci równomiernego rozpraszania dźwięku, a także lepszego chłodzenia, co czasami czyni ją najlepszym wyborem dla wysokowydajnych systemów głośnikowych. Tweetery wstęgowe są jednak droższe we wdrożeniu niż konstrukcje kopułkowe i mogą nie zapewniać tak szerokiej dyspersji.

Odmianą tej koncepcji jest tweeter Air Motion Transformer, w którym pofałdowana membrana typu wstęgowego jest napędzana tak, aby działać jak miech, ściskając powietrze i wytwarzając dźwięk. Zaletą jest tutaj większa wytrzymałość mocowa i wyższa wydajność, a także rozszerzone pasmo wysokich częstotliwości.

Kolejną technologią tweeterów jest planarny przetwornik magnetostatyczny. Znany z precyzji, szybkości i szerokiej dyspersji dźwięku o wysokiej częstotliwości, ten typ przetwornika wykorzystuje cienką, płaską membranę ze ścieżkami przewodzącymi, zwykle ułożonymi w pasma lub paski. Membrana jest zawieszona w silnym polu magnetycznym, a gdy przez materiał przewodzący przepływa sygnał audio, oddziałuje on z polem magnetycznym, wprawiając membranę w drgania i wytwarzając dźwięk.

Tweetery hybrydowe

Kilku producentów kolumn wykorzystało koncepcję hybrydowego tweetera, łączącego konwencjonalny tweeter kopułkowy z tweeterem wstęgowym lub planarnym. Pracując razem, tweetery łączą najlepsze właściwości obu konstrukcji, aby odtwarzać płynny, szeroki i pełny dźwięk. Więcej informacji o technologii tweeterów hybrydowych znajdziesz tutaj.

Egzotyczne tweetery

Historia konstrukcji głośników jest pełna różnego rodzaju eksperymentów mających na celu poprawę odtwarzania wysokich częstotliwości. Już w XVII wieku po raz pierwszy zauważono efekt 'wiatru elektrycznego' wywoływanego przez wyładowania wysokiego napięcia, a w XIX wieku wynalazca Nikola Tesla badał dźwięk tworzony przez łuk elektryczny. Badano również 'muzyczne' właściwości niewielkich 'śpiewających płomieni' w strojonych szklanych rurach, czego rezultatem był niezwykły pyrofon.

W latach 50. XX wieku w publikacji poświęconej elektroakustyce zauważono, że 'mówiąca żarówka, śpiewający łuk i mówiący płomień – to były miary desperacji', podczas gdy Edward Kellogg, wspomniany wcześniej pionier konstrukcji wieloprzetwornikowych, wyraził się jeszcze dosadniej: już w 1925 roku stwierdził, że 'próbowałem mówiących łuków i termofonów, a także urządzenia z wyładowaniem koronowym – wszystkie one eliminują mechaniczne części ruchome – ale żadne z nich nie wydawało się obiecujące'.

Nic dziwnego, że ze względów praktycznych zwyciężyły tweetery kopułkowe, uzupełnione konstrukcjami typu wstęgowego.

Tweetery w różnych środowiskach

Dotychczas omówiliśmy wykorzystanie tweeterów w konwencjonalnych kolumnach przeznaczonych do systemów Hi-Fi i kina domowego, ale mogą one być stosowane na różne sposoby w wielu zastosowaniach.

Współczesne systemy samochodowe odeszły od wczesnych głośników z pojedynczym przetwornikiem, czasami wyposażonych w nieaktywną 'membranę pomocniczą' zamontowaną przed przetwornikiem średnio-niskotonowym, która miała zapewnić odtwarzanie wysokich tonów. Niektóre głośniki przeznaczone do montażu w drzwiach pojazdów mają konstrukcję współosiową, w której tweeter jest zamontowany razem z głównym przetwornikiem. Jednak w lepszych systemach fabrycznych i zestawach montowanych po zakupie oddzielne tweetery umieszcza się wyżej – zazwyczaj w słupkach przedniej szyby lub desce rozdzielczej – aby zapewnić bardziej precyzyjne wskazówki przestrzenne, pozostawiając głośniki średnio-niskotonowe w drzwiach, gdzie ich dźwięk jest trudniejszy do zlokalizowania.

W soundbarach używanych z telewizorami można zastosować wiele tweeterów, aby stworzyć wrażenie dźwięku otaczającego słuchacza: tweetery skierowane ku górze mogą dawać efekt wysokości, natomiast głośniki ustawione pod kątem w bok wykorzystują odbicia od ścian do tworzenia efektu otoczenia. Zastosowanie cyfrowego przetwarzania sygnału do modyfikacji fazy, amplitudy i zgrania czasowego tych przetworników może wzmocnić wrażenie przestrzeni.

Dlaczego tweetery są niezbędne dla świetnego dźwięku

Większa klarowność i detaliczność

Dokładne odtwarzanie wysokich częstotliwości jest niezbędne dla realistycznego brzmienia głosów i instrumentów: nie tylko mają one harmoniczne rozciągające się powyżej podstawowego dźwięku, z których wszystkie współtworzą charakter brzmienia, lecz ponad samą muzyką pojawia się również wrażenie przestrzeni i atmosfery nagrania. Gdy zostaną wiernie zarejestrowane i odtworzone, mogą decydować o różnicy między 'płaskim' dźwiękiem a brzmieniem, które naprawdę ożywa.

Realistyczne obrazowanie dźwiękowe i precyzja przestrzenna

Sposób ustawienia kolumn ma ogromny wpływ na obrazowanie i precyzję przestrzenną dźwięku Twojego systemu. W końcu stereo opiera się na iluzji solidnych, trójwymiarowych obrazów dźwiękowych – nie chodzi tylko o dwa kanały, ale o to, by kolumny zniknęły, pozostawiając przed Tobą realistyczny obraz dźwiękowy.

Skorzystaj z instrukcji ustawienia dostarczonych wraz z kolumnami, ale nie obawiaj się eksperymentować z ich pozycją, aby uzyskać najlepsze brzmienie. W przypadku wielu konstrukcji już niewielkie skierowanie kolumn w stronę miejsca odsłuchu – a więc także drobna zmiana ustawienia tweeterów – może zrobić ogromną różnicę.

Wybór odpowiedniej konfiguracji kolumn

Kolumny 2-drożne czy 3-drożne – co będzie dla Ciebie najlepsze?

W mniejszych pomieszczeniach i z mniejszymi kolumnami dobrze zaprojektowana konstrukcja dwudrożna może w pełni wystarczyć do Twoich potrzeb. Konstrukcje trójdrożne, wykorzystujące oddzielny przetwornik średniotonowy pomiędzy tweeterem a wooferem lub wooferami, mogą jednak oferować bardziej otwarte i angażujące brzmienie, po prostu dlatego, że tweeter i przetwornik lub przetworniki basowe wykonują mniej pracy w obszarze 'nakładania się' pasm, w którym odtwarzana jest znaczna część charakteru głosów i instrumentów. Szczególnie w przypadku wokali i muzyki klasycznej dobrze zintegrowany przetwornik średniotonowy może być korzystny.

Wypatruj przyszłego artykułu o wielodrożnych konstrukcjach kolumn.

Posłuchaj przed zakupem – dlaczego konstrukcja tweetera ma znaczenie

Nie przywiązuj zbyt dużej wagi do rodzaju tweetera zastosowanego w Twoich kolumnach: niezależnie od tego, czy są to tweetery z miękką kopułką tekstylną, kopułki metalowe czy wykonane z innego materiału, najważniejsze jest, aby ich brzmienie Ci odpowiadało. Jak wspomniano wcześniej w artykule, jesteśmy bardziej wrażliwi na jakość wysokich tonów w naszych systemach, nawet jeśli tweeter nie wydaje się odgrywać tak dużej roli. Wybieraj więc kolumny o jakości wysokich tonów, którą lubisz jako część ogólnej równowagi brzmienia, a przede wszystkim zaufaj swoim uszom…

Poznaj kolumny DALI z wiodącą w swojej klasie konstrukcją tweeterów

Oferta DALI obejmuje szeroki wybór cenionych kolumn podłogowych, kolumn podstawkowych, głośników do instalacji niestandardowych i innych. Każda kolumna DALI została zaprojektowana z myślą o szerokiej dyspersji, rozprowadzając wysokie tony na większym obszarze niż tradycyjne kolumny, aby zachować równowagę i klarowność dźwięku, nawet gdy nie siedzisz bezpośrednio przed nimi. Dzięki temu poszerza się idealny obszar odsłuchu, pozwalając większej liczbie słuchaczy cieszyć się najwyższą możliwą jakością dźwięku.

Dźwięk o szerokiej dyspersji pomaga również w integracji kolumn z pomieszczeniem. Pozwala swobodniej ustawiać kolumny nawet w miejscach, które mogą wydawać się mniej niż idealne, a jednocześnie może ograniczać wpływ odbić od ścian, które mogą powodować niepożądane zniekształcenia i podbarwienia.

Aby poznać kolumny DALI, odwiedź stronę dali-loudspeakers.com.