Kolce i stożki - podyskutuj z Paltonem o wibroakustyce

Każdy świadomy audiofil zdaje sobie sprawę z wpływu na brzmienie drgań i wibracji przenoszonych na sprzęt audio. Poprosiliśmy naszego testera - Roberta "Paltona" Trzeszczyńskiego o polemikę z artykułem z prasy obcojęzycznej na ten temat. Jeśli macie ochotę na dyskusję - zapraszamy, komentarze dodawać można także na naszym profilu na portalu: facebook/infoaudio.pl. 

Kolce i stożki – o co chodzi?
W ostatnich latach upowszechnił się metoda montażu sprzętu audio z użyciem "kolców" lub "stożków". Można je spotkać w różnych kształtach, rozmiarach. Wykonane są z przeróżnych materiałów, a także w różnych wariantach cenowych. Niektóre magazyny o tematyce Hi-Fi robią przegląd tych akcesoriów, rekomendując ich użycie. Jednak czy są one warte uwagi i zakupu? Rozważmy ich zastosowanie i przyjrzyjmy się alternatywom.

Powyższy rysunek pokazuje typowy układ. Widzimy zestaw stożków pomiędzy podstawą głośnika a statywem (w niektórych przypadkach stożki mogą być ustawione odwrotnie - ostrym końcem do góry). Pomiędzy podstawą statywu a podłożem także zastosowano stożki, dłuższe i cieńsze (nazywamy je kolcami). Mogą przebić się przez dywan, docierając do drewnianej podłogi, co warto mieć na uwadze. W podobnych przypadkach użytkownicy stosują różne rodzaje podkładem zabezpieczających.

Generalnie magazyny Hi-Fi z reguły twierdzą, że stosowanie stożków lub kolców jest w stanie poprawić brzmienie zestawu audio. Testy wskazują na właściwości wibro-izolujące stożków, które są często zalecane do użycia pod odtwarzacze CD czy wzmacniacze, co ma izolować te elementy zestawu od wibracji. To z kolei prowadzi do dwóch pytań:

• czy stożki lub kolce wnoszą coś
  wartościowego dla funkcjonowania sprzętu?
  
  
• jeśli tak, to w jaki sposób i jakie jest ich działanie?

W pierwszym momencie wydaje się prawdopodobne, że stożki pod głośnkiem powinny zredukować przesyłaną energię dźwięku pomiędzy głośnikiem a statywem, bo zmniejszają powierzechnię kontaktu między nimi. Podobnego działania można się spodziewać dla stożków umiejscowionych pomiędzy podstawą statywu a podłożem, co ma zapewniać izolację. Podstawą pomysłu jest idea, że im mniejszy kontakt pomiędzy głośnkiem a statywem i statywem a podłożem, tym mniej wibracji. Stąd koncepcja, aby za pomocą stożków możliwie zminimalizować powierzchnię kontaktu elementów, pozostawiając jedynie szczątkową ilość zbędnych drgań. Niestety, choć pomysł wydaje się ciekawy i prawdopodobny, bardzo możliwe, że jest zwyczajnie błędny.

Możemy zrozumieć, czemu powyższa idea jest błędna, pokazując kolejny przykład użycia stożków, czyli – buty biegowe. W tym przypadku na celu jest efektywne zwiększenie przyczepności pomiędzy butem a podłożem, by skuteczniej przenosić energię. Ten przykład pokazuje, że użycie stożka lub kolca może nie zmniejszyć realną transmisję energii, lecz wręcz skutecznie ją zwiększyć. Stąd stożki i kolce – dalekie od izolowania – mogą wręcz zwiększyć ilość drgań w naszym zestawie głośnikowym.

W jednym z ostatnich numerów pisma audio "Hi Fi News", Keith Howard użył akcelerometra, by zmierzyć poziom wibracji dla różnych obiektów. Gdy próbował zmierzyć poziom drgań statywu kolumnowego, które wytwarza grający głośnik, natrafił na zaskakujący wynik. Poziom wibracji przy użyciu stożka był ponad sto razy większy niż przy zastosowaniu małych, gumowych podstawek. Oznacza to, że zgodnie z intencją eliminacji lub redukcji drgań pomiędzy głośnkiem a innymi elementami, stożki mają bardzo wątpliwe zastosowanie.

W rzeczywistości powyższy wynik jest zgodny z teorią drgań w konstrukcjach stałych i obiektach, co można łatwo sprawdzić (pamiętajcie, by przewidywania traktować z ostrożnością, bo wynik analizy jest zależny od przyjętych założeń!). Jednak teoria i rzeczywiste pomiary wydają się zgodne w tym, że stożki i kolce nie są właściwym wyborem, gdy chodzi o redukcję drgań. Szczelina pomiędzy podstawą głośnika a statywem lub miękkie, kauczukowe, bądź gumowe podstawki prawdopodobnie zadziałają o wiele lepiej. Czy więc istnieje jakiekolwiek pożytyczne zastosowanie stożków i kolców?

Kolce w podłodze 

Mimo powyższych wniosków, stożki i kolce mogą dać efekty, choć nie z powodów opisywanych czasem w magazynach audio. Niektóre z nich mogą być niepożądane, więc warto zachować ostrożność. W celu zilustrowania, posłużmy się dwoma przykładami.

Pierwszy przykład przedstawia powyższy schemat. Pokazany jest tu widok boczny głośnika ustawionego na statywie bez użycia kolców. Statyw spoczywa na dywanie. Gdy odtwarzamy muzykę, membrana głośnika wibruje do przodu i do tyłu, produkując oczekiwany dźwięk. Jednak zgodnie z zasadą dynamiki Newtona, wprawia to w drgania kolumnę i statyw. Tę tendencję szczególnie łatwo zauważyć przy niskich częstotliwościach. W porównaniu do tak solidnych materiałów jak drewno lub metal, dywan jest tworzywem miękkim i gąbczastym. Dzięki temu może działać niczym sprężyna, przejmując wibracje poprzez podstawę statywu.

Taka sytuacja może dawać różne efekty. Jednym z nich jest taki, że teraz energia wibracji ma trudniejszą drogę ucieczki z głośnika i statywu. W tym przypadku to wykładzina zapewnia wibro-izolację. Innym możliwym rezultatem jest to, że możemy zauważyć jak łatwo głośnik produkuje dźwięki niskiej częstotliwości. Dzięki temu możemy zmienić charakterystykę basów. Wibracje podłogi przy niskich częstotliwościach możemy łatwo wyczuć, a nawet zobaczyć. Dlatego izolowanie głośnika od podłoża może oznaczać szereg zmian dla brzmienia ze względu właśnie na zmniejszenie wibracji tego podłoża.

Poprzez kolce u podstawu statywu (jak pokazuje schemat 1.), pozwalamy na mocniejszy kontakt statywu z podłogą pod dywanem. W rezultacie możemy spodziewać się, że kolce spowodują mniejsze kołysanie się głośnika, szczególnie przy niskich częstotliwościach. Niechciane wibracje lub drganie głośnika mogą być następnie zmniejszone. Mocniejsze zamocowanie głośnika może polepszyć zdolność do odpromieniowania niskich częstotliwości. Ponadto podłoga może spełnić rolę wtórnego radiatora lub przenośnik drgań dźwiękowych względem słuchacza.

Dlatego kolce pod pod statywem mogą mieć efekt, który poczujemy i nie dlatego, że izolują wibracje, lecz wprost przeciwnie! Jednak aby tak zadziałać, muszą się dokładnie stykać przez dywan z podłogą, co oznacza zastowanie dodatkowego uchwytu.

Oczywiście, nawet jeśli w związku z powyższym rozwiązaniem zmiany będą odczuwalne, to ciężko powiedzieć, czy będą na lepsze czy na gorsze. Będzie to indywidualna kwestia związana z osobistymi preferencjami odbiorcy. Czemu? Istnieją różne powody. Jednym z przykładów jest to, że w niektórych przypadkach sprężyste działanie dywanu może mieć większy wpływ na rozpływanie się wyższych częstotliwości przez statyw głośnika niż przez podłogę, dodatkowo gripowaną ze statywem przy użyciu stożka. Dlatego poszukiwania najlepszych rozwiązań oraz kwestia użycia stożka, to sprawa indywidualnych okoliczności oraz upodobań słuchacza.

Kolce między głośnikiem a statywem 

Powyższe rozważania sprawiają, że wydaje się rozsądne, by oczekiwać, że kolce na statywie kolumnowym także powinny dać jakiś efekt, choć inny od sugerowanego przez część opinii. Co więc z kolcami między statywem a głośnikiem? Dla naszego drugiego przykładu, rzućmy okiem na rysunek 3.

Inżynierowie są często proszeni o produkcję płaskich powierzchni. Niestety, "płaska" to ładny i teoretyczny ideał, lecz w praktyce trudny w uzyskaniu - szczególnie, gdy mówimy o obiektach poddawanych różnym siłom, zaginającym lub zakłócającym ich kształty. Schemat 3. ilustruje sytuację, gdy dolna część zespołu głośnikowego nie jest faktycznie płaska, lecz wybrzusza się w dół pośrodku.

Idealną jest sytuacja, gdy podstawy kolumn i powierzchnie statywów są płaskie. Zapewni to dobry kontakt elementów na dużym obszarze. System jest wtedy dość stabilny i skutecznie uzupełnia siły między jego elementami. Sytuacja wygląda inaczej, gdy podstawa głośnika jest zakrzywiona – krzywizna i wynikające z niej drgania będą powodowały kołysanie się kolumny na szczycie statywu. Ustawienie stożków na szczytach kolumny w takiej sytuacji – inaczej niż w przypadku płaskiej podstawy głośnika – przywróci stabilność. Tak więc stożki stosowane między kolumną a statywem mogą mieć swoje zastosowanie stabilizujące, lecz w przypadku gdy podstawa kolumny nie jest płaska. Stożki ułożone w takiej sytuacji między powierzchnią statywu a podstawą głośnika dadzą co do zasady mocniejsze i lepiej zdefiniowane mechaniczne połączenie pomiędzy elementami, nie izolując jednocześnie kolumny od podłoża. W praktyce jednak, gdy mamy do czynienia z wysokiej klasy kolumnami i statywami, możliwe jest, że mimo braku idealnie płaskich powierzchni nie będzie konieczności stosowania stożków, gdy płaszczyzny kolumn i statywów będą na tyle dobrze sparowane, a powierzchnie obudowy na tyle plastyczne, że w trakcie grania będą się one wystarczająco dobrze uzupełniać. Krótko mówiąc, płaszczyzny elementów naszego zestawu mogą być na tyle płaskie, by nie zauważyć ewentualnych niedoskonałości.

W przypadaku bardzo twardych przedmiotów wibracje i przeciwstawne siły mogą spowodować efekt "grzchotania"przez obijanie się powierzchni o siebie nawzajem. Wtedy może wystarczyć zastosowanie cienkiej warstwy miękkiego, elastycznego materiału, by wyeliminować niepożądany efekt i zapewnić lepszy kontakt między płaszczyznami. Nie zauważyłem jednak, aby w przypadku domowych zestawów audio sytuacja taka była realnym problemem. Dlatego być może nie ma sensu zatrzymywać się nad bardziej wnikliwym poszukiwaniem zaawansowanego rozwiązania.

Gdy niechcecie dziur w dywanie

Oczywistym problemem z wykorzystania kolców jest to, że możemy zostać z dziurami w dywanie i podłodze. Dobra wiadomość jest taka, że po wąskich kolcach otwory w miękkim dywanie mają tendencję do zasklepiania się i nie są widoczne. Jednak drewniana podłoga jest mniej wyrozumiała, więc istnieje ryzyko pojawienia się uszkodzeń, które są trudne do akceptacji. Gdy łączna waga kolumny i statywu jest duża, możemy wsunąć między dywan a podłogę monety lub małe podkładki. Zadziałają one jak krążki wspierające i pomogą uniknąć uszkodzenia podłogi, a nawet samego dywanu.

Dobrze jest jednak stosować powyższe rozwiązanie, gdy mamy do czynienia z określoną wagą zestawu kolumn i statywów, gdyż w przypadku lekkich konstrukcji użycie podkładek lub monet między dywanem a podłogą (lub między dywanem a podstawą statywu) może dać niezadowalające efekty w kwestii minimalizowania wibracji.

Dywan pomiędzy stożkiem a podłogą – nawet bez dodatkowych podkładek – będzie w powyższym przypadku pełnił podobną rolę, co stożki pomiędzy kolumną a powierzchnią statywu, gdy mamy do czynienia z zakrzywionymi płaszczyznami. Zapewnimy elementom lepszą stabilność, gdy powierzchnie elementów nie są idealnie płaskie.

Delikatnie, delikatnie...

Moje własne doświadczenia sugerują, że połączenie stożkami statywu z podłogą przez dywan wydaje się mieć swój wpływ na efekt końcowy i mógłbym zastosować go w moim głównym zestawie audio. Nie ma jednak gwarancji, że efekt jest powtarzalny i miałby miejsce w każdym przypadku. Nikt nie musi podzielać moich prywatnych preferencji. Tam, gdzie chodziło o realną izolację wibracji i absorbcję drgań, moje doświadczenie (plus analiza i pomiary) sugerowały wrażenie, że stożki z twardego tworzywa nie są najlepszym rozwiązaniem. Osobiście uważam, że podkładka z miękkiej gumy (lub podobnego materiału) stanowi bardziej skuteczne rozwiązanie problemu izolacji.

Niektórzy ludzie eksperymentowali z kauczukowymi piłkami do squasha, które przecięte na pół wykorzystywali jako podstawki pod kolumny lub inne elementy. Nie znam dokładnych pomiarów, ale wydaje mi się, że to będzie lepszym rozwiązaniem izolującym drgania niż stożki lub kolce. Niegdyś popularną alternatywę stanowił blu-tack (rodzaj plastycznej masy podobnej do modeliny – przyp. red.), był dość miękki przy zastosowaniu stałego docisku. Jednak potencjalnym problemem blu-tack jest to, że zawiera rozpuszczalnik, który przy dłuższym kontakcie z innymi materiałami powoduje ich przebarwienia. Ponadto, po jakimś czasie wysychał, w związku z czym nie nadawał się do długotrwałego stosowania.

Kolejnym, raczej mało popularnym rozwiązaniem jest wykorzystywanie podkładek wyciętych z płytek dywanowych. Wydają się być złożone z warstwy miękkiego tworzywa kauczukowego i włóknistego materiału. Ich zaletą jest to, że są tanie i łatwo można z nich wycinać kształty. Można je ponadto układać w kilkuwarstwowe stosy. Inną zaletą jest fakt, że płytki dywanowe występują w różnych grubościach, kolorach i wzorach. Zainteresowani mogą podjąć się eksperymentu z tym materiałem, aby sprawdzić, czy zachowują właściwości izolujące.

Niestety nie znam żadnych wiarygodnych pomiarów efektów wykorzystania blu-tack lub płytek dywanowych, stosowanych jako podstawki. Dlatego decyzja należy do indywidualnych eksperymentatorów. Jednak, jeśli jesteście zainteresowani izolowaniem drgań i i wibracji elementów zestawu audio, być może warto byłoby wypróbować te aletrnatywne dla twardych stożków i kolców metody.

Prawdziwa trudność związana z eliminacją drgań w domowych systemach audio jest spowodowana tym, że właściwości zestawów, pomieszczeń, w których są użytkowane, a także prywatne preferencje użytkowników różnią się między sobą. Moje własne doświadczenia i obserwacje podpowiadają mi, że to wybór głośników, sposób ich rozmieszczenia oraz przestrzeń, gdzie działają mają zwykle większy wpływ na jakość dźwięku i odbiór brzmienia niż zastosowanie stożków lub kolców. W niektórych przypadkach użycie ich może dać lepsze "uziemienie" dla kolumn na statywach względem podłoża. W innych sytuacjach lepsze będą akurat miękkie materiały. Dlatego, gdy chodzi o kolumny i statywy wszystkie zalecenia i rekomendacje mogą okazać się trafne w jednym, a chybione w innym przypadku. Najprościej jest więc samemu przeprowadzić eksperymenty, do czego – mam nadzieję – przekonałem wszystkich poszukujących indywidualnych rozwiązań.

Komentarz Roberta Paltona:

Wszyscy interesujący się zagadnieniami związanymi z wibracją, wiedzą, że stosując kolce i inne tego typu akcesoria, zmieniamy charakterystykę drgań. Po ich zastosowaniu różnica jest odczuwalna natychmiast. Wystarczy przyłożyć dłoń do obudowy kolumny, by je zauważyć. Dzieje się tak, z powodu zmiany proporcji drgań pionowych w stosunku do poziomych.

Upraszczając nieco możemy powiedzieć, że membrana głośnika działa jak tłok, który wypycha do przodu masę powietrza. Oznacza to, że zgodnie z zasadą zachowania pędu, następuje odrzut, który w naszym przypadku wywołuje niekorzystne wibracje. Wewnętrzna część membrany również wywołuje fale. Te uwięzione w obudowie, silnie z nią reagują. Na kolumnę głośnikową, podobnie jak na stojącą w pokoju elektronikę, działają fale wyemitowane przez zewnętrzną część membrany przetwornika. Fale te odbijają się od ścian pomieszczenia odsłuchowego, a następnie wracają, napotykając na swej drodze elementy systemu audio.  Jak łatwo się domyślić mogą one być kolejnym źródłem zakłóceń jego pracy. Nie zapominajmy jeszcze o wibracjach jakie powstają w napędach CD i innych elementach elektronicznych. Ich źródłem w przypadku CD jest oczywiście silnik.

Tyle w wielkim skrócie można powiedzieć o podstawach teoretycznych. Nas dużo bardziej interesuje praktyka, a więc jak walczyć z tymi niekorzystnymi zjawiskami. Z moich doświadczeń wynika, że można zaobserwować pewne stałe zależności:

   - Czym mniejszy styk urządzenia/kolumny z podłożem, tym większa precyzja i rozdzielczość w całym paśmie.

   - Czym twardszy materiał kolców/absorberów/podkładek, tym bardziej konturowe, szczuplejsze i szybsze brzmienie.

   - Czym cięższe i sztywniejsze standy, tym bardziej zebrany bas, dokładna scena muzyczna i ciemniejsze tło nagrań.

   - Czym bardziej miękkie materiały  podłogi/stolika, na których stoi sprzęt, tym bardziej poluzowany bas i mniejsza ilość góry pasma.

Krótko mówiąc - najbardziej dokładny i szybki dźwięk uzyskamy z kolumn osadzonych na standach o dużej masie,  których kolce są wykonane z twardego materiału, a następnie będą oparte na  twardym podłożu.

Jak można wywnioskować z powyższych słów, najobszerniejszy dźwięk wydobędziemy z kolumn stojących na lekkich (np. drewnianych) podstawkach, które będą wyposażone w elastyczne nóżki stykające się z miękkim podłożem (dywan i itp.). Wszystko co stabilizuje i usztywnia kolumnę, powoduje zmniejszanie rezonansów pasożytniczych, szczególnie w dole pasma.

Wydawałoby się więc, że sprawa jest jasna i oczywista. Nic bardziej mylnego. Okazuje się bowiem, że dla większości osób lepszy jest kompromis, polegający na wyrażeniu zgody co do pewnego rozmycia konturów dźwięku, w zamian za większe jego wypełnienie i zejście w dół pasma.  Jest to tak naprawdę zgniły kompromis, albowiem leczy jedne wady, innymi. Niekorzystne wibracje zmieniają ilościowe proporcje poszczególnych części pasma przenoszenia. Kluczowe jest w tym wypadku słowo „ilościowe”, bowiem w ten dość tani i prosty sposób możemy uzupełnić niedobory wypełnienia pomieszczenia dźwiękami z najniższej części pasma. Wiąże się to niestety z utratą jakości we wzmocnionym dolnym zakresie. Moim zdaniem w takim wypadku, nie możemy mówić o jakości hi-end, bowiem ta nie znosi kompromisów. Mimo to, takie rozwiązanie może być lekiem w przypadku niedoskonałości kolumn, których ułomność to brak dolnego pasma.

Wbrew pozorom, nie ma tu sprzeczności. Wszystko jest dość skomplikowane, ale w audio tak naprawdę, nie ma nic prostego. Do większości rzeczy musimy dochodzić sami. Warto posiłkować wiedzą zawartą w takich artykułach, jak ten, do którego się odnoszę, jednak nie można tego robić bezkrytycznie. Pozwolę sobie nie zgodzić się z autorem w kilku kwestiach. Prawdopodobnie wynika to ze skupienia się przez niego jedynie na tematyce kolców i braku opisu tematu stabilizacji poprzez stosowanie odpowiednio ciężkich standów. To zdecydowanie najważniejszy aspekt  walki z wibracjami i jednocześnie warunek ich skutecznej likwidacji. Kolce i inne absorbery to dodatek, po który możemy sięgnąć dopiero po uzupełnieniu całego zestawu drugim elementem jakim jest twarde podłoże.

Na koniec kilka słów natury praktycznej. Powinniśmy pamiętać, żeby rozstaw kolców pod kolumnami był odpowiednio szeroki. Zdarzają się przypadki, gdzie wkręcenie kolców tak zmniejszyło stabilność  kolumn, że przyczynił się do ich przewrócenia. Wystarczy bowiem przypadkowe potrącenie obudowy, a nawet mocne odkręcenie gałki wzmacniacza z sygnałem muzycznym o niskich częstotliwościach (znam taką sytuację), żeby kolumna się przewróciła. Z tego też powodu radzę stosować standy o szerokim rozstawie nóżek i odradzam używania akcesoriów pomiędzy monitorem a górą podstawki, bez dodatkowego ściągnięcia kolumny i standu odpowiednimi śrubami.

Robert Trzeszczyński - infoaudio.pl