Walka ze zniekształceniami
Całe pasmo, od poniżej 30 Hz do 40 kHz, odtwarzają cztery głośniki w układzie trójdrożnym. Co ciekawe, Focal nie podaje dolnego podziału pasma, ograniczając się tylko do górnej wartości (2,2 kHz) – takiej samej jak w modelu podstawkowym. Wspomniany już berylowy tweeter z systemem IHL znajduje się pomiędzy dwoma pracującymi równolegle wooferami obciążonymi szerokim portem BR promieniującym do dołu, lecz nie bezpośrednio w podłogę, a w specjalnie ukształtowaną gardziel na spodzie przedniej ścianki. Układ rezonansowy dostrojono do niskich 32 Hz, a znaczna szerokość tunelu sprawia, że cichy szum turbulencyjny pojawia się dopiero przy znacznych poziomach SPL, powyżej 88 dB (mierzonych w miejscu odsłuchu).
Głośniki nisko- i średniotonowy wykorzystują membrany z sandwicza W, czyli dwóch płaszczy włókien węglowych przedzielonych lekką pianką rodem z przemysłu lotniczego. Materiał ten bardzo dobrze łączy małą masę z dużą sztywnością i odpowiednim tłumieniem wewnętrznym. W przypadku średniotonowca, który jest głośnikiem dedykowanym do obsługi swojego zakresu częstotliwości, membrana ma optymalny profil wykładniczy umożliwiający uzyskanie lepiej rozciągniętego pasma w obszar wysokotonowy, podczas gdy 18-cm jednostki basowe wykorzystują sztywniejsze i twardsze membrany o profilu stożkowym.
Warto nadmienić, że nazwa Sopra ma dwie inspiracje: pochodzi od łacińskiego „Supra” znaczącego „powyżej”, „coś lepszego”, jak również od sopranu („soprano”) – na znak nieprzeciętnych możliwości kolumn w wyższych rejestrach. Nie są to bynajmniej przypadkowe skojarzenia. Zespół inżynierów Focala w projekcie nowej serii wykorzystał nowoczesne metody modelowania na bazie analizy elementów skończonych, skupiając się na minimalizacji zniekształceń w obrębie średnich i wyższych rejestrów. Efektem tych prac są dwa autorskie opracowania techniczne, o których, co prawda, pisaliśmy już dość szczegółowo w recenzji Sopry No1, ale warto przybliżyć je jeszcze raz.
Różowym kolorem zaznaczono strukturę tuby IHL (Infinite Horn Loader) znajdującej się za tweeterem.
Źródłem pasożytniczych rezonansów głośnika jest nie tylko membrana, lecz także często zaniedbywany zewnętrzny resor głośnika, co ma istotne znaczenie w przypadku przetwornika średniotonowego. Wcześniej stosowana gumowa fałda, rezonując mechanicznie w zakresie 1,5–2 kHz, wprowadzała istotne zafalowanie na charakterystyce częstotliwościowej, zwiększając poziom zniekształceń. By zażegnać problem, sięgnięto po znane przemysłowe rozwiązanie – tzw. masowy tłumik drgań (TMD – Tuned Mass Damper). Polega ono na dociążeniu elementu drgającego dodatkowym układem drgającym o tak dobranym rezonansie, że kompensuje on niekontrolowane drgania (rezonanse) głównego układu – w tym przypadku zawieszenia. Rozwiązanie to stosuje się w konstrukcjach drapaczy chmur (najbardziej spektakularny przykład to 660-tonowe wahadło podwieszone na 391. metrze wieżowca Taipei 101 na Tajwanie), mostów, w liniach przesyłowych wysokiego napięcia oraz w układach jednych bolidów F1. Efekty zastosowania TMD w 165-mm głośniku średniotonowym Focala są wymierne: linearyzacja charakterystyki przenoszenia w zakresie 1,5–2,5 kHz o 2–3 dB (w stosunku do odpowiednika z serii Electra), redukcja zniekształceń nieliniowych nawet o połowę.
Drugim spektrum problemów, z którymi postanowiono się skutecznie rozprawić, były niepożądane zjawiska elektromagnetyczne zachodzące w układzie napędowym. Z jednej strony, zmienny prąd płynący w obwodzie elektrycznym (cewce) wytwarza zmienny strumień magnetyczny, który przeciwstawia się ruchowi cewki (reguła Lenza). Na efekt ten nakładają się prądy wirowe indukujące się w elementach stalowych systemu magnetycznego. Oba zjawiska są ze sobą powiązane, zależne od częstotliwości i prądu płynącego w cewce. W konsekwencji następuje dynamiczna zmiana parametrów obwodu elektrycznego, przez co cały napęd głośnika staje się nieliniowy. Znanym rozwiązaniem niwelującym prądy wirowe jest stosowanie pierścieni Faradaya, które jednak w wielu przypadkach powodują efekt uboczny – obniżenie współczynnika BL, a więc siły elektrodynamicznej działającej na cewkę. Konstruktorzy Focala poświęcili wiele czasu na zoptymalizowanie pierścieni Faradaya w taki sposób, by działały najlepiej zarówno w głośnikach basowych, jak i średniotonowych. Do tego celu użyto odpowiednich symulacji korzystających z analizy FEM (elementów skończonych). Zaprojektowano koncentryczne pierścienie okalające cewkę o odpowiednio wyliczonej grubości. W wooferach nie mają one styczności z nabiegunnikami ani magnesem. Efektem jest aż 70-procentowa redukcja zniekształceń nieliniowych i intermodulacyjnych. W głośniku średniotonowym konstruktorzy poszli nawet dalej, odwołując się do prototypowego przetwornika średniotonowego z 2009 roku, w którym całkowicie wyeliminowano nabiegunnik, a więc prosty i skuteczny element wzmacniający pole magnetyczne w szczelinie. Już wówczas zdawano sobie sprawę, że rozwiązanie o nazwie NIC (Neutral Impedance Circuit) będzie mocno problematyczne w odniesieniu do 6-calowego głośnika średniotonowego ze względu na konieczność użycia dużych (a więc kosztowych) magnesów neodymowych, które zapewniłyby odpowiednią (użyteczną) efektywność głośnika rzędu 90 dB. Konstruktorzy znaleźli sprytne obejście tego problemu aplikując dwa magnesy neodymowe: wewnętrzny (centralny) nakryty od góry nabiegunnikiem (ferromagnetykiem) utrzymywanym w stanie saturacji (pole o natężeniu powyżej 1,5 T) przez neodymową kulkę znajdującą się powyżej. Ponadto dodano aluminiowy pierścień redukujący zniekształcenia poniżej 1 kHz. W rezultacie zredukowano zależność indukcyjności cewki nie tylko od jej wychylenia, lecz także prądu w niej płynącego.
Z powyższego opisu wyłania się ważny wniosek, który w żadnej mierze nie wynika z pobieżnego porównania Sopry No1 i No2 – że dodatkowy głośnik średniotonowy, jak również dedykowane woofery w podłogówkach, dały konstruktorom znacznie większe pole do popisu niż midwoofer w monitorach, w którym musiano połączyć wymagania stawiane jednemu i drugiemu typowi głośników. Brak kompromisów to teoretycznie lepszy dźwięk. Sprawdźmy, czy tak jest w istocie.
Współpraca ze wzmacniaczem
Sopra No2 ma o 2 dB większą czułość napięciową od „jedynki”, okazuje się jednak dużo trudniejszym obciążeniem dla wzmacniacza – i trzeba stwierdzić, że trudnym w ogóle. Niepokój budzi nie tyle samo minimum modułu impedancji (2,63 Ω ) zlokalizowane przy 105 Hz (linia czarna na wykresie), lecz obciążenie, jakie te kolumny stanowią nieco niżej – w okolicach 85 Hz – gdzie impedancji wynoszącej niecałe 3,2 Ω towarzyszy znaczące przesunięcie fazy elektrycznej (linia czerwona) o charakterze pojemnościowym (-450). To oznacza duże obciążenie prądowe dla stopnia końcowego wzmacniacza (przy wspomnianej częstotliwości Focale zachowują się jak rezystor 1,8 Ω ). Wzmacniacze lampowe należy generalnie wykluczyć z rozważań – mimo względnie dobrej efektywności kolumn, która jest jednak o około 3 dB niższa od tej deklarowanej przez producenta – wynosi 88–88,5 dB/2,83 V/1 m.
Zniekształcenia
Zapewnienia Focala o małych zniekształceniach, szczególnie w zakresie średnich i dużych częstotliwości, znajdują potwierdzenie w praktyce. Ze zdziwieniem odnotowałem bardzo małe zniekształcenia już przy 25 Hz – a więc poniżej deklarowanego pasma reprodukcji basu. Poziom drugiej harmonicznej wynosił 0,8% (przy 2,8 V), zaś trzeciej – zaledwie 0,3%. Przy 40 Hz, a więc już powyżej częstotliwości zestrojenia bas-refleksu, wartości drugiej i trzeciej harmonicznej wyniosły, odpowiednio 1,1 i 2,0%. Podobne wartości z przedziału 1–2% odnotowaliśmy w zakresie średniego basu (50–90 Hz). Maksymalny poziom zniekształceń notujemy dla częstotliwości zestrojenia układu BR – całkowite THD sięgało 8–9%, co odpowiada słyszalnemu szumowi turbulencyjnemu (w miejscu odsłuchu). Powyżej 100 Hz zniekształcenia szybko spadają, osiągając poziom 0,15/0,05% przy 400 Hz oraz 0,04% w przypadku drugiej harmonicznej dla 1 kHz (poziom trzeciej jest zbyt niski, by podać go wiarygodnie). Sumaryczny poziom THD w zakresie średnich tonów przyjmuje niskie wartości 0,1–0,2% – bardziej typowe dla słuchawek niż zestawów głośnikowych. Dla lepszej perspektywy dodajmy, że testowane niedawno Magico S1 Mk2 mają jeszcze niższe wartości, ale dopiero w zakresie średnich tonów.
