Untitled Document
DiyAudio.org
Do It Yourself Speakers&Amplifiers
 
Home
Facebook
Kontakt
Diyaudio.com
Untitled Document
Home
Podstawy
Akustyka
Obudowa
Pomiary
 

Untitled Document
Podstawy
Słuch
Dźwięk
Ciśnienie akustyczne
Psychoakustyka
Prędkość dźwięku
Obudowa
Obudowa
Matrix
Kompozyt
Wytlumianie obudowy
Akustyka
Budowa głośnika
Połączenia głośników
Obudowa zamknięta
Obudowa band-pass
Obudowa bass-reflex
Wytrzymałość mocowa
Regeneracja głośnika
Pomiary
Wstęp
Komora bezechowa
MLS i bramkowanie
MLS a pomieszczenie
Mikrofon pomiarowy
Przystawka

Home / Obudowa kompozytowa

W poprzedniej części opisałem obudowę MATRIX jako znakomity sposób na eliminację drgań ścianek. Czy jest to najlepszy sposób na wykonanie obudowy?

Najpopularniejszy materiał z jakiego wykonuje się obudowy to płyta MDF. Jest to materiał sztywny i zapewnia dobre tłumienie wewnętrzne - przynajmniej tak można przeczytać na prawie każdym forum i stronie producenta. Z MDF’u powstają bardzo drogie, nawet hi-end'owe zestawy głośnikowe.

Okazuje się jednak, że MDF to raczej średni materiał na obudowę, a jego jedyne zalety to łatwość w obróbce, cena i wdzięczność przy masowej produkcji. Zacząłem trochę kontrowersyjnie, bo przecież prawie wszyscy wykonują obudowy z MDF'u i efekty są znakomite. Owszem, są, ale mogą być lepsze - DIY pozwala robić konstrukcje bezkompromisowe, niepowtarzalne i oryginalne.

Kompozyt o który mowa w artykule to połączenie materiałów o różnych właściwościach fizycznych - można to porównać do kanapki składającej się z różnych składników: od zewnętrznej strony chleba, a w środku szynki połączonej masłem ;-) W badaniach, które przedstawię, płyta MDF zajmuje jedno z ostatnich miejsc na liście materiałów obudów. W latach 70' i 80' BBC (tak, to BBC) posiadało departament zajmujący się badaniami - badania były prowadzone w różnych dziedzinach, nas interesuje ta związana z akustyką. To było w czasach, kiedy na wszystko były pieniądze, samochodzy mogły przejechać 300 000km bez remontu silnika, a w rajdach królowały pojazdy grupy B (to był dość szalony pomysł).

W 1977 roku pracownicy radia, Panowie Harwood i Mathews, opublikowali raport nt czynników przy projektowaniu obudów. Badania, choć stare, były wykonane profesjonalnie za pomocą dobrego sprzętu i na ich podstawie redaktorzy z Elektora, Visatona oraz Hobby Hi-Fi kontuowali swoją pracę. Pomiary pokazują moduł sprężystości Younga (zależność odkształcenia od naprężenia) oraz wibracje ścian obudowy wykonane spektrogramem.

Pierwszy z wniosków jest taki, że dobre tłumienie i izolację od hałasu zapewnia połączenie materiału twardego z miękkim i stosunkowo ciężkim, zapewniającym wysokie tłumienie (masa bitumiczna, masa kauczukowa etc). Taki kanapkowy materiał dobrze tłumi wibracje przy niskich częstotliwościach oraz znakomicie radzi sobie przy średnich i wysokich. Idealnym połączeniem jest MDF (minimum 16mm) + mata bitumiczna + sklejka lub kolejna warstwa MDF'u.

Drugi wniosek jest taki, że obudowy wykonane z pojedyńczych materiałów twardych kontrolują rezonans tylko przy niskich częstotliwościach - przy średnich i wysokich całkowicie sobie nie radzą. Podwojenie grubości materiału zwiększa tłumienie nawet do 6dB.

Co to oznacza?

Jeśli budujemy subwoofer, należy stosować solidną obudowę z MDF’u wraz ze sztywnymi wzmocnieniami. Można przyjąć, że dla głośnika 30cm należy zastosować ściany o grubości minimum 25mm + wzmocnienia. Stosowanie mas bitumicznych nic nie wniesie, ponieważ stosunkowo wysoki rezonans MDF'u nie będzie odtwarzany przez nisko odcięty subwoofer (70-100Hz). Przy budowie zestawów głośnikowych stosujemy kanapkę złożoną z płyty przedzieloną masą bitumiczną lub kauczukową (MDF | masa | MDF lub sklejka). Taka kanapka bardzo dobrze tłumi średnie i wysokie częstotliwości.

Czy naklejanie mat bitumicznych (np. takich jak stosowane w car-audio) wewnątrz zestawu głośnikowego coś daje? Okazuje się, że niewiele, jeśli mata jest niewielkiej grubości - standardowa grubość takich mat to 2-3mm i jest to za mało. Badania pokazały, że skuteczność takich mat jest dobra tylko w przypadku, kiedy ich grubość wynosi co najmniej 50% grubości materiału bazowego. To oznacza, że jeśli ściany obudowy wykonane są z płyty 19mm, mata powinna mieć minimum 9mm. Spectrum z połączenia MDF 16mm + mata bitumiczna 4mm można zobaczyć dalej.

Na wykresach poniżej widzimy porównanie materiałów których grubość oscyluje w granicach 16-24mm. Celem testu było znalezienie jak najlepszego materiału, który może zastąpić standardową płytę MDF o grubości ~22mm.

Płyta wiórowa o grubości 22mm (kliknij, aby powiększyć obraz):

Płyta MDF o grubości 22mm (kliknij, aby powiększyć obraz):

Płyta MDF o grubości 16mm (kliknij, aby powiększyć obraz):

Płyta MDF o grubości 22mm wraz z 30mm sztywnymi wzmocnieniami (kliknij, aby powiększyć obraz):

Płyta kompozytowa (kanapka) złożona z 16mm MDF + 2,5mm warstwa kleju + 4mm sklejka (kliknij, aby powiększyć obraz):

Płyta MDF 16mm + przyklejona mata bitumiczna 4mm: Płyta MDF 16mm + 10mm warstwa miękkiego wytłumienia (kliknij, aby powiększyć obraz):

Płyta kompozytowa (kanapka) złożona z MDF 16mm + 4mm mata bitumiczna + 4mm sklejka (kliknij, aby powiększyć obraz):

 

W tabeli poniżej przedstawione są kolejne wyniki pomiarów. Test "praktyczny" w którym na własne uszy możemy przekonać się, jak poszczególne materiały tłumią drgania (kliknij aby ściągnąć plik WAV):

Nr
Materiał
Posłuchaj
Kolor
1
Płyta wiorówa 22mm .
2
Płyta MDF 22mm .
3
Płyta MDF 16mm .
4
Płyta MDF 22mm + 30mm wzmocnienia .
5
Płyta MDF 16mm + 2,5mm klej + 4mm sklejka .
6
Płyta MDF 16mm + 4mm mata bitumiczna .
7
Płyta MDF 16mm + 10mm wytłumienie .
8
Płyta MDF 16mm + 4mm masa bitum. + 4mm sklejka .

W teście na każdy z materiałów zostaje opuszczone "kowadełko" ze ściśle określonej wysokości d. W odległości 20cm od miejsca uderzenia został ustawiony mikrofon pomiarowy, który nagrywał dźwięk. Różnice są bardzo wyraźne, myślę, że po sprawdzeniu wyników wszystko stanie się jasne.

Na wykresie poniżej możemy porównać wszystkie materiały.

W kolorze niebieskim "kanapka", która posiada najlepsze właściwości tłumiące - brązowym - standardowa płyta MDF 16mm. Różnice są olbrzymie. Dość zaskakujący jest wykres czarny, który obrazuje płytę MDF 16mm z 10mm wytłumieniem z pianki. Wydawać by się mogło, że wewnętrzne wytłumienie piankowe ma niewielki wpływ na drgania i sztywność obudowy, a wykres będzie podobny do samej płyty 16mm. Okazuje się, że przy częstotliwościach od 2 do 5kHz obudowa słabo tłumi drgania, ujawniając wysoki pik przy 4kHz - teoretycznie tam, gdzie materiał tłumiący powinien już coś dać.

Testy odsłuchowe potwierdziły, że zespół głośnikowy w skrzyni zbudowanej z połączenia MDF | masa bitumiczna | sklejka posiada najlepsze brzmienie. Wykonanie takiej obudowy jest dużo droższe niż stosowanie pojedynczej płyty (głównie za sprawą ceny maty bitumicznej). Orientacyjne ceny w przeliczeniu na 1m2 pokazane są w tabeli poniżej.

Z drugiej strony na średniej wielkości monitory potrzebujemy materiał o powierzchni około 1m2 (para), zatem cena w stosunku do kosztów pozostałych elementów, szczególnie, jeśli kupujemy głośniki i elementy zwrotnicy dobrej klasy, nie jest wysoka. 190zł może kosztować dobry kondensator. Świetnym elementem tuningu zestawów głośnikowych jest przyklejanie do jej wewnętrznych ścian płyt ze sklejki brzozowej z samoprzylepną matą bitumiczną stosowaną w car-audio (oczywiście matą bitumiczną do wewnątrz!). Różnica jest słyszalna od razu, a cena samej operacji niewielka. Jeśli już chcemy przykleić samą matę bitumiczną - polecam taką o grubości co najmniej 4-5mm.

Badania wykorzystane w artykule pochodzą Elektora, BBC oraz Picosound.de.

Jarosław Sobólski

Untitled Document