WIBRACJE: ich natura, efekty i rozwiązania
(część pierwsza)

 

Mimo że docenia się skutki wibracji, które psują efekty dźwiękowe systemu audio, to stosunek szkód jakie wibracje/drgania* czynią do ilości słów im poświęconych w artykułach jest niewspółmiernie wysoki. Jeszcze za mało się o tym zjawisku pisze. Mój artykuł ma na celu przypomnienie o skutkach wibracji i o walce z nimi, ograniczając się wyłącznie do komponentów audio aspirujących do poziomu high-end. Nie należy być zaskoczonym, że niechciane drgania mają poważny, negatywny wpływ na wydajność większości elementów wchodzących w skład systemu audio,  jeśli nie na wszystkie. Jestem pewny, że (zwłaszcza) rozdzielczość każdego systemu można poprawić poprzez zmniejszenie wibracji (bo usunięcie raczej się nie uda). Moje spostrzeżenia, które niżej zamieszczę, opieram na wyłącznie własnych doświadczeniach wyniesionych z mojego pokoju odsłuchowego oraz z pomieszczeń odsłuchowych moich audiofilskich przyjaciół. Wyjaśnijmy sobie na wstępie z czym mamy do czynienia…

Otóż rozróżniamy drgania dwojakiego rodzaju- powietrzne i materiałowe.  Powtórzę za obrazami powyżej- drgania powietrza to fale rozchodzące się dzięki dźwiękom wywołanym rozmową,  muzyką, klaśnięciem itp., natomiast drgania materiałowe przenoszone są przez elementy samego budynku (mogą nimi  być np. odgłosy kroków przenoszonych przez stropy, uderzenia, ale również wibracje rur kanalizacyjnych i wodociągowych). W praktyce jeden rodzaj drgań może przechodzić w drugi. Przykładowo fale dźwiękowe głośnej muzyki rozchodzące się w powietrzu wprawiają w drgania ściany między pokojami, a te z kolei wywołują wibracje powietrza w sąsiednim pomieszczeniu. Każdy z rodzajów drgań lub wibracji wymaga innego sposobu ich eliminacji lub przynajmniej ograniczenia. Gospodarstwa domowe (oczywiście nie tylko) są również narażone na wibracje pochodzące z zewnątrz budynku za pośrednictwem gruntu, obrazuje to doskonale poniższy rysunek:

Sadzę, że nie ma wśród nas nikogo, kto zignorowałby wpływ drgań i wibracji na nasze otoczenie. Sprzęt audio stoi na ciężkich i stabilnych półkach, dobieramy stopy zestawom głośnikowym a na ścianach wieszamy absorbery fal akustycznych. Jeśli to jest poparte pomiarami lub odsłuchowymi sesjami to jest szansa, że sukcesem się walka z wibracjami zakończy. Trudno jest, choćby ze względu na koszty i dostępność wypróbowania różnego typu akcesoriów i tu przychodzą z odsieczą doświadczenia innych audiofilów, które mogą podpowiedzieć, coś zasugerować. No, więc skupmy się nad zwalczaniem niepożądanych drgań:

Zestawy głośnikowe wytwarzają dźwięk przez ruch swoich przetworników, tworząc fale przez ściskanie i rozrzedzenie cząsteczek powietrza w pomieszczeniu. Błona bębenkowa drgania te  wychwytuje i interpretuje. Te same przetworniki jak i obudowa głośników są narażone na interferencje fal w różnych zakresach częstotliwości, w zależności od posadowienia obudowy głośników na podłodze lub stojaku. Upraszczając- mamy wybór sytuowania na twardych stopach lub miękkich, absorbujących drgania. Często producenci sugerują, albo wręcz narzucają sposób stawiania zespołów głośnikowych, np. firma Vandersteen, albo Chario (jak na fotografii niżej).

Jeśli firmy produkujące zestawy głośnikowe nie narzucają swoich rozwiązań to pozostaje próbowanie różnych stóp dostępnych na rynku audio i… Słuchanie, słuchanie, słuchanie. Różnice jakie potrafią wprowadzać stopy pod zestawami głośnikowymi lub stojaki są warte tego by poważnie traktować radę podejmowania paru prób co najmniej.

Sprzęt audio, a pod tym pojęciem rozumiem tak dystrybutory prądu AC jak i odtwarzacze i wzmacniacze, jest czuły na drgania powietrzne w takim samym stopniu co i materiałowe. Z jednej strony powinniśmy zabezpieczyć sprzęt przed drganiami i wibracjami co i skutecznie odprowadzić te, które wytwarza sam sprzęt. Wybór rozpraszaczy lub absorberów jest olbrzymi- od bardzo skomplikowanych Gyro Point po proste mosiężne stożki.

Ciekawym rozwiązaniem są MiG 2.0 firmy Synergistic Research. To metalowe stopy i jednocześnie rezonatory, ustawiane pod sprzętem, na dwa sposoby- czaszą w dół lub górę. Za każdym razem stroimy sprzęt, który na trzech MiG’ach stoi, bo słyszalnie „gra” tenże inaczej… Wybór ustawienia zależy od słuchacza. Słyszałem efekty ich „pracy” pod odtwarzaczem Audio Research CD7,5… Efekty mnie zaskoczyły dobrym brzmieniem i dużymi możliwościami modyfikacyjnymi.

Popularne są rozwiązania, które bazują na twardym wsparciu kulowym, np. firm- Symposium, Franc Audio Accessories lub na twardym kolcu. Inni preferują miękkie absorbery amerykańskiego Vibrapoda czy sorbothane’owe Ixosy. Preferowanie miękkich, elastycznych materiałów użytych w stopach odprzęgających oparte jest na nadziei, że pochłanianie drgań przekształci  je w ciepło.

Wybór jest olbrzymi, co wcale nie ułatwia zadania audiofilom, bo przecież każdy z tych produktów ma swoja sygnaturę dźwiękową i trafić na taką jaka nam odpowiadałaby  będzie bardzo  trudne. Nawet opinia uznanego recenzenta może zmylić, bo zachowanie miękkiego materiału lub twardego nie przekłada się na jakiś schemat. Podam przykład- kiedyś w prasie audiofilskiej powtarzana była rada, że dla złagodzenia brzmienia lub stonowania góry pasma należy użyć miękkiego materiału pod sprzętem audio. Stosowałem sorbothane’owe podstawki pod metalową, ciężką, listwą zasilającą Audio Agile co wywoływało wyraźne podbicie dynamiki, zwiększało rozdzielczość, ale i niekorzystne preferowanie przez system jako całości górnej średnicy. Na pewno niczego te miękkie stopy nie łagodziły. Zaznaczę- ten efekt następował w moim systemie, w moim pokoju! Dlaczego o tym wspomniałem? Ano, żeby traktować recenzje jako opis jedynie możliwego zaistnienia zjawiska, a nie pewnego i tego samego co u recenzującego. Gotowych recept nie ma! Nie raz to jeszcze powtórzę i w tym artykule i w następnych.

Od stóp przejdę do platform, które również cierpią z powodu utrwalanych opinii- drewno dobre, kamień niedobry. Wydaje mi się, że nie popełnimy błędu gdy wybrana platforma po prostu nie będzie miała wyrazistego rezonansu własnego. Ten mniej wyrazisty rezonans pochodzi nie tylko od materiału ale też od jego masy, a więc jego grubości. Proszę zrobić taki eksperyment- puknąć kostką palca granit o grubości większej niż 7cm i ten sam kamień grubości 3cm… Platforma grubości 7cm będzie prawdopodobnie głucha, natomiast cieńsza będzie dźwięczeć. Zresztą podobnie jest w przypadku innych materiałów.

Konstrukcyjnie platformy bywają różne- od prostych monolitów prostopadłościennych po skomplikowane wiszące (Pro Audio Bono) lub o zawieszeniu  pneumatycznym (Acoustic Revive RAF-48, Stacore). Wg materiałów firmowych RAF-48 „…w wyraźny sposób poprawia przejrzystość i czytelność dźwięku. Powoduje poprawę brzmienia w każdym z wymiarów sceny dźwiękowej”… Nie mogę się zgodzić z życzeniowymi opisami działania tej platformy, tym bardziej że trudno utrzymać stabilny poziom ciśnienia wpompowywanego powietrza. Miałem okazję wsłuchiwać się w zmiany soniczne wywoływane wypompowywaniem i wpompowywaniem powietrza do urządzenia. Zmiany duże się pojawiały gdy platforma ta utrzymywała odtwarzacz CD McIntosh MCD550. Z kolei platforma PAB działała korzystnie na odtwarzacz CD Revox B226, a przeciwnie na CD Krell CD280. Tak więc i w tym przypadku należy ostrożnie odczytywać informacje tak recenzenckie jak i zadowolonych użytkowników. Firma Stacore tak pisze w swoich materiałach reklamowych o platformie pneumatycznej- „Jest to unikalna na rynku pneumatyczna platforma antywibracyjna oferująca dwa stopnie odprzęgania i tłumienia drgań, pneumatyczny oraz nadbudowany na nim stopień mechaniczny. Dodanie tego drugiego stopnia, opartego na łożyskach kulkowych, istotnie zwiększa skuteczność pracy platformy w wymiarach związanych z ruchem w płaszczyźnie równoległej do podstawy”.  Innym pomysłem na dobrze spełniające swoje zadanie platformy audio jest łączenie materiałów o różnym rezonansie własnym, różnej budowie krystalicznej w konstrukcji tzw. kanapkowej. Taką konstrukcją charakteryzują się popularne sklejki, przez wielu uważane za dźwiękowo neutralne.

Jak wiemy, głośnik wytwarza dźwięk, sprężając i rozprężając powietrze. Dźwięk w pomieszczeniu wywołuje drgania, a w następstwie rezonans obudów sprzętu audio, płytek montażowych i poszczególnych części składowych wszystkich urządzeń elektronicznych. Wibracje te wywołują zakłócenia w sygnale, a więc i degraduje obraz dźwiękowy jaki usłyszymy z głośników.  W przypadku gdy w zestawie stereo występują wrażliwe na wibracje sprzęty lampowe to należy się spodziewać jeszcze większego wpływu drgań i wibracji  (mikrofonowanie lamp próżniowych).  Dla stłumienia efektu mikrofonowania lamp wykorzystuje się antywibracyjne pierścienie do lamp (dampery) lub bardziej zaawansowane konstrukcje- EAT Cool Damper, które tłumią drgania i odbierają ciepło jednocześnie.

Jak istotna jest walka z wibracjami niech świadczy fakt , że powstają projekty idące o krok naprzód w celu izolowania lamp próżniowych od wibracji- kanadyjska firma Pearl opracowała specjalne gniazda dla lamp na siedem i dziewięć pinów z upodatnieniem pianką silikonową lub masą sorbothane’ową (na rysunku poniżej niebieski element). Firma Mapleshade łączy trzy funkcje w swoich osłonach rurowych z miedzi- odbierania wibracji trzypunktowymi zaciskami, rozpraszania ciepła oraz osłaniania przed wpływami szumu EMI.

Czułymi na wibracje w  ten sam sposób co lampy próżniowe są i inne elementy elektroniczne. W pierwszym rzędzie wrażliwe są kondensatory, a w następnym rezystory i tranzystory. Coraz częściej spotyka się projektantów podejmujących wyzwania jakie miałyby na celu ograniczenie wpływu drgań i wibracji. Z pieczołowitością i powagą uwzględniają w projekcie bardziej skomplikowane tłumiące nóżki, poprawie ulega też w nowych konstrukcjach sztywność strukturalna urządzenia.

Nie ograniczymy skutecznie drgań, które powstają na skutek fal akustycznych, jeśli w nieprzemyślany sposób rozmieścimy czułe na drgania urządzenia w pomieszczeniu odsłuchowym. Może się to okazać  najważniejszym aspektem ograniczania niepożądanych podbarwień wywołanych przez drgania powietrza. Obszary największego ciśnienia akustycznego (tam gdzie powstają najgłośniejsze dźwięki), będzie najgorszym obszarem rozmieszczenia wrażliwych urządzeń- szczególnie odtwarzaczy CD i gramofonów. Umieszczenie wszystkich elementów wrażliwych na drgania w pomieszczeniu oddzielonym od głośników byłby najlepszym wyborem, ale i najmniej praktycznym czy wygodnym.  W każdym razie sprzęt rozmieszczajmy sprzęt audio tak daleko od głośników jak pozwalają na to okoliczności. Ponadto, należy pamiętać, żeby wybierać stabilne i o małym rezonansie własnym platformy dla wszystkich komponentów (nawet dla listwy zasilającej).

Drgania i wibracje materiałowe w elementach pokoju odsłuchowego zakłócają pracę urządzeń w taki sam sposób, jak ich odpowiednik- fala akustyczna. O  tworzenie przeróżnych zabarwień i zniekształceń winimy właśnie te wibracje, które zaciemniają barwy lub „narzucają welon” na muzykę. Można napisać, że wibracje lub drgania sieją spustoszenie w dźwięku, bo są przyczyną bardzo poważnych dźwiękowych aberracji, które znacznie ograniczają potencjał dźwiękowy komponentu audio. Chociaż jest niezmiernie trudne całkowite wyeliminowanie wszelkich drgań strukturalnych, możemy je znacznie ograniczyć przy użyciu łatwo dostępnych technik i materiałów.

Sprzęgające półki komponenty, takie jak stożki, kolce i tym podobne, poprzez zmniejszenie powierzchni styku z podłożem, działają jako diody mechaniczne, które pozwalają odprowadzać drgania (wibracje) w dal od elementu audio, przy jednoczesnym ograniczeniu drogi powrotnej. Śmielej wykorzystuje się nowe materiały- kompozytowe, ceramiczne, włókno węglowe, które wydają się wydajniejsze niż metalowe stożki popularne jeszcze kilkanaście lat wstecz. Bardzo istotne wydaje się izolowanie sprzętów audio od siebie nawzajem, bo przecież i one są źródłami drgań, dlatego współdzielone półki lub platformy nie są najlepszym rozwiązaniem. Można samodzielnie pokusić się o wytłumienie drgań powierzchni sprzętów audio przez naklejenie na obudowę od wewnątrz  arkuszy elastycznych, samoklejących mat antywibracyjnych do wytłumiania hałasu. Mogą to być maty tłumiące wykonane z EAR Iso, maty bitumiczne, na bazie filcu lub inne- bardziej skomplikowane metody tłumienia powierzchni przy pomocy egzotycznych materiałów, które są nakładane jak farby. Takie materiały są najczęściej stosowane do wewnętrznych powierzchni obudowy głośników jako środek zwiększający sztywność ścianek, a tym samym zmniejszając ich rezonanse.

Tak więc uważam, elementy składowe audio za bardzo wrażliwe na drgania. Dlatego należy zrobić wiele aby zmniejszyć wibracje w tych składnikach co może przyniesie dźwiękową korzyść. Żeby tę korzyść osiągnąć zróbmy jak niektórzy producenci- kondensatory, które są szczególnie wrażliwe na wstrząsy mechaniczne, sklejają na płytkach drukowanych, inni naklejają bituminy na ich powierzchnie. Dodatkowo, można rozważyć izolowanie lub tłumienie samej płytki drukowanej. Działanie to jest szczególnie skuteczne w przypadku lampowej elektroniki. Uwaga moja jest taka- tłumienie przez naklejanie pasków absorbera nie jest szczególnie inwazyjne, więc jeśli przełoży się takie działanie na gorszy efekt dźwiękowy to będzie możliwe przywrócenie pierwotnego stanu.

Głównym czynnikiem, który przejmuje rolę walki z efektem drgań, w obronie naszych komponentów są meble wykorzystywane do stawiania na nich sprzętu audio. Stojak lub platforma, których używamy, dla wspierania naszego sprzętu może albo przyczynić się do zmniejszenia wpływu niechcianych wibracji, albo je kumulować gdy są źle skonstruowane. Różnorodność wzorów, wykorzystujących różne materiały, jest przebogata. Ja preferuję sztywne, głuche (bez wyraźnych rezonansów), bardzo grube platformy, odrębne dla każdego z komponentów, układane bezpośrednio na podłodze, licząc na to, że migrujące wibracje będą się raczej wygaszać pod nimi niż kumulować w jednym miejscu (np. przy kolcu). Warunkiem stabilności w opisanym przypadku jest równe podłoże. Całkowicie zamknięte szafki (komody) mogą nasilać problemy spowodowane drganiami przenoszonymi przez powietrze, tworząc komorę rezonansową wokół każdego z umieszczonych w niej komponentu. Dodatkowo jednostki te są najczęściej wykonane z drewna, które z natury dają mniej stabilne wsparcie. Niektórzy z audiofilów idą w ekstremalne rozwiązania kładąc sprzęt na ciężkich blokach betonu, marmuru lub granitu. Choć bez wątpienia jest to bardzo skuteczna metoda to może okazać się niepraktyczna dla większości słuchaczy, bo zajmuje najczęściej duże powierzchnie pomiędzy zestawami głośnikowymi. To rozwiązanie, jak inne, ma swoje plusy- łatwość ułożenia kabli i  dostępność do nich, ale też wydłuża drogę kabli sygnałowych. W skrajnych przypadkach, gdy posiadamy dużą ilość elementów (np. napęd CD, przetwornik DAC, gramofon, przedwzmacniacze i wreszcie wzmacniacze) nie jest możliwe ich poręczne rozmieszczenie. Często spotyka się rozwiązania mieszane- odtwarzacze i przedwzmacniacze umieszczane na standach, a wzmacniacze na platformach. Mniej istotne się wydaje jaki sposób umieszczania sprzętu wybierzemy, bo najważniejsze jest kurczowe trzymanie się zasady- jeśli zwiększymy masę lub sztywność, to spodziewajmy się sonicznego polepszenia.

Jedną z ciekawszych konstrukcji łączących technologię konwersji energii ze sztywną ramą jest Stillpoints ESS Rack. To otwarta konstrukcja przypominająca kratownicę zawieszona na linkach. Z kolei podstawa pod sprzęt Quadraspire przyjmuje inne podejście by kontrolować wibracje- to lekka konstrukcja, w której zakrzywione kolumny przyczyniają się do zmniejszenia rezonansu, a wentylowane półki redukują masę i pozwalają na swobodny przepływ powietrza wokół systemu. W przypadku gdy wzmacniacz ma być położony na podłodze w pobliżu głośników, zasady izolacji wzmacniacza tym bardziej są istotne. Lampowce i hybrydy odczują największą poprawę gdy odprzęgnie się je pośredniczącą ciężką platformą. Sądzę, że i półprzewodnikowe komponenty skorzystają podobnie gdy posadowimy je nie bezpośrednio na podłodze. Otwarte platformy pozwalają również na lepszą cyrkulację powietrza (dla lepszego chłodzenia). Duża część audiofilów używa kolców, aby zapewnić sztywne sprzęgnięcie z podłogą, jednak należy z dużą dozą ostrożności spoglądać na takie rozwiązania. Na pewno każdą zmianę posadowienia sprzętu należy uważnie odsłuchiwać.

Głośniki, komponent odpowiedzialny za produkcję wibracji, staramy się stłumić, aby zapewnić najlepszą wydajność i najmniejsze zakłócenia. Nie wolno zapominać, że i obudowa głośników ma swój udział w tworzeniu piękna dźwięku. Kolce są z pewnością popularnym sposobem posadowienia zestawów głośnikowych na podłożu. Ale przecież można inaczej- na nóżkach z twardej gumy, filcowych krążkach, wspomnianych wyżej MiG’ach… Urządzenia te mogą być szczególnie efektywne, gdy głośniki mają być umieszczone na betonowej płycie fundamentowej,  wielka masa betonowej płyty działa jako skuteczny pochłaniacz drgań utworzonych przez ruch obudowy głośnikowej. Głośniki na podłodze drewnianej stwarzają większe kłopoty. Podłoga może działać jako swego rodzaju wybrzmiewająca płaszczyzna o określonym w rezonansie własnym. Inżynierom zostawmy kontrolę wibracji na poziomie konkretnego projektu komponentu audio, a nam niech przypadnie rola walczącego z drganiami w ramach swojego pokoju odsłuchowego. Ze swojej strony, zamiast polecać to czy inne uznane rozwiązanie, będę namawiał do eksperymentowania, bo pole do popisu tu olbrzymie i łatwe do wyobrażenia sobie ewentualnych skutków.

 

PODSUMOWANIE zawrę w formie rad:

  • Nie umieszczaj urządzeń audio w narożnikach pokoju lub bezpośrednio za głośnikami, zwłaszcza o obudowie z płaskimi sporymi powierzchniami.
  • Lokuj komponenty audio na nierezonującym wsparciu i jednocześnie unikaj umieszczania ich w zamkniętych półkach, działających niczym komory rezonansowe.
  • Eksperymentuj gdy będzie konieczne odprzęganie przy pomocy stóp lub nóżek izolujących.
  • Rozważ umieszczenie wzmacniaczy na podłodze za pośrednictwem ciężkiej i sztywnej platformy.
  • Rozważ zastosowanie tłumienia elementów elektronicznych obwodu wewnętrznego i obudowy urządzenia audio.
  • Pamiętaj o zasadzie- ze wzrostem masy i sztywności, konstrukcja jest mniej narażona na drgania i wibracje.
  • Nie wierz utartym opiniom na temat efektów dźwiękowych uzyskiwanych przez zastosowanie konkretnych materiałów, form czy konstrukcji. Wierz jedynie własnym uszom!

*) Drganiami nazywa się zmiany wielkości fizycznej występujące w funkcji czasu i polegające na tym, że jej wartości są na przemian rosnące i malejące względem pewnego poziomu odniesienia. Wibracje (drgania mechaniczne) to niskoczęstotliwościowe drgania akustyczne rozprzestrzeniające się w ośrodkach stałych.

 

 


Przeczytaj też: „WIBRACJE: ich natura, efekty i rozwiązania (część druga)

Artykuły pokrewne:

Porównanie skuteczności dwojakiego rodzaju stóp antywibracyjnych >>

Porównanie skuteczności stóp antywibracyjnych firmy  Audio Stability >>

 

Dodaj komentarz