1-เกริ่นนำ
ลำโพงนับเป็นส่วนประกอบที่สำคัญอย่างยิ่งยวดในระบบเสียง แต่ก็ถือเป็นเรื่องของจิตวิสัยส่วนตน (Subjective) ของผู้ฟัง รสนิยมการฟังมักจะถูกใช้เป็นตัวตัดสินใจในการเลือกมากกว่าปัจจัยด้านอื่น…เชื่อหรือไม่ว่า การสร้างระบบลำโพงคือ งานอดิเรกยอดนิยมอย่างหนึ่งในโลกของเครื่องเสียงแบบ DIY (Do It Yourself) เป็นความจริงที่มีหลักการออกแบบระบบลำโพงให้เลือกมากมาย แตกต่างกันตามแต่ระบบการทำงานที่ได้รับนึกคิด-สร้างสรรค์ แล้วได้รับการยอมรับในการออกแบบ ซึ่งเรื่องของระบบตัวตู้ลำโพง (Enclosure System) ก็เป็นเรื่องสำคัญที่นับว่า เป็นเรื่องลึกซึ้งมาก มีหลายสิ่งที่สามารถเปลี่ยนเสียงของระบบลำโพงได้ แม้ว่าจะใช้งานไดรเวอร์ที่เหมือนกัน ทว่าระบบตัวตู้ลำโพงนั้นต่างกัน ความแตกต่างเหล่านี้บางส่วนอาจเกิดจากวิธีการ “ปรับแต่งเสียง” ของระบบการทำงาน ซึ่งหมายถึง การปรับการตอบสนอง (Response) เพื่อให้ระบบมีเสียงที่สมดุลและ “ถูกต้อง” จากมุมมองของนักออกแบบ ลำโพงเพียงไม่กี่ตัวเท่านั้นที่มีการตอบสนองความถี่ที่ราบเรียบอย่างแท้จริง (Truly Flat Frequency Response) และวิธีที่ระบบตัวตู้ลำโพงนั้นปฏิสัมพันธ์กับห้องฟังก็ทำให้เสียงเปลี่ยนไปเช่นกัน
นอกจากนี้ รูปร่างของตู้ลำโพง (Enclosure หรือ Cabinet Shape) สามารถสร้างความแตกต่างได้ แม้ว่าปริมาตรของตู้ลำโพงจะเท่ากันทุกประการก็ตาม แม้ว่าแผงตัวตู้ลำโพงอาจดูดซับเสียงได้ แต่ช่องว่างอากาศภายในตู้ลำโพงจะไม่ดูดซับเสียง ปริมาตรของตู้ลำโพงไม่ควรมีมิติภายในสองมิติที่เหมือนกัน หรือ เท่ากัน (เช่น จากบนลงล่างและจากหน้าไปหลัง) เพราะจะทำให้คลื่นสั่นค้าง (Standing Waves) ที่ความถี่บางความถี่เสริมแรงขึ้น อากาศภายในตู้ลำโพงสามารถดูดซับเสียงได้ในระดับหนึ่งโดยการเพิ่มวัสดุลดเสียง เช่น ใยแก้ว (Fibreglass ‘Wool’) หรือ วัสดุเส้นใยอื่นๆ ที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อดูดซับเสียงภายในตู้ลำโพงโดยเฉพาะ อย่างเช่น เส้นใย หรือ ขนสัตว์ธรรมชาติ
ทว่าบางคนยืนกรานว่า ตู้ลำโพงที่มีผนังตู้นั้น-ไม่ดี และไม่ควรจะมี ไดรเวอร์ลำโพงควรติดตั้งอย่างเป็นอิสระ เปิดเผยส่วนด้านหลังให้โลกได้รู้ (ไม่มีอะไรปิดบังด้านหลังไดรเวอร์ลำโพง) โดยเรียกลำโพงแบบไร้ผนังตัวตู้นี้ว่า Open Baffle…ลำโพงไร้ผนังนี้จะสร้างเอฟเฟ็กต์เสียงในลักษณะของ Dipole ซึ่งโดยทั่วไปเสียงจะดังเท่ากัน ทั้งด้านหน้าและด้านหลังลำโพงโดยตรง แต่ต่างขั้วกัน (ค่าเฟสตรงข้ามกัน) ซึ่งในทางทฤษฎี ย่อมไม่มีเอาต์พุตเสียงใดๆ จากด้านข้างและด้านบนเลย เนื่องเพราะค่าเฟสที่ตรงข้ามกัน จะหักล้างกันหมดไป (ซึ่งในความเป็นจริงจะไม่เป็นเช่นนั้น แต่การตอบสนองด้านข้างควรเป็น -20dB? -40dB? มากกว่า? หรือน้อยกว่า?)
ระบบ Open Baffle จะปฏิสัมพันธ์ (Interact) กับผนัง-พื้น และเพดานของห้องฟังในลักษณะที่แตกต่างกันมากจากระบบลำโพงแบบ “ทั่วไป” ที่มีตัวตู้ การจัดตำแหน่งตั้งวางมักจะมีความสำคัญยิ่งยวดพอสมควร แต่ก็ยังมีหลายคนที่เชื่อมั่นอย่างแน่วแน่ว่า Open Baffle นี่คือ วิธีที่ดีกว่าในการสร้างลำโพง ทว่าก็แน่นอนว่า ในขณะเดียวกันก็มีอีกหลายคนที่ยืนยันตรงกันข้ามว่า ระบบลำโพงแบบมีตัวตู้ (Enclosure) นั้นมีความจำเป็น และแนวคิดของ Open Baffle นั้นมีข้อบกพร่อง (Flaw)
หลายๆ คนออกแบบตู้ลำโพงโดยตั้งใจที่จะหลีกเลี่ยงพื้นผิวขนานทั้งหมด การทำเช่นนี้จะป้องกัน หรือ ช่วยป้องกันคลื่นสั่นค้าง (Standing Waves) ไม่ให้เกิดขึ้นภายในตู้ลำโพง ซึ่งโดยทั่วไปแล้วถือเป็นแนวคิดที่ดี อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่เรื่องง่ายเลยหากไม่มีเครื่องจักรเฉพาะทางที่สามารถตัดมุมที่เข้ามุมแปลกๆ ได้อย่างแม่นยำเพื่อให้ทุกอย่างเหมาะเจาะพอดีกัน ในบางกรณี อาจมีการเพิ่มแผ่นกั้นภายใน (Internal Baffle) หรือ การคาดโครงคร่าวภายใน (Internal Bracing) เอียงทำมุมเสริมโครงสร้างภายในตัวตู้ให้แข็งแรง จะได้ผลในการช่วยป้องกันคลื่นสั่นค้าง
วัสดุหน่วงเสียง (Acoustic Damping Material) ยังคงจำเป็นต้องมีอยู่ ไม่ว่าปริมาตรภายในจะเป็นเช่นไร แนวคิดนี้ส่วนใหญ่คือ การดูดซับ (Absorb) คลื่นเสียงด้านหลังจากตัวไดรเวอร์ลำโพงทั้งหมด เนื่องจากคลื่นเสียงใดๆ ที่อุบัติกลับขึ้นมาอีกครั้ง จะไม่อยู่ในเฟส (หรือในค่าเวลา) เดียวกับคลื่นเสียงดั้งเดิม จึงต้องหน่วงหนืด (Damp) หรือ ดูดซับไว้ มิให้รบกวนกับค่าเฟสของคลื่นเสียงดั้งเดิม
ยังมีแนวคิดลำโพงในแบบ ‘Acoustic Labyrinth’ หรือ เขาวงกตอะคูสติก ถือเป็นการต่อยอด ขยายแนวทางอย่างค่อนข้างจริงจังของหลักการข้างต้นนี้ โดยมักใช้หลักการความยาวของ ‘อุโมงค์’ (Tunnel) ภายในตัวตู้ เพื่อสร้างลักษณะของตัวตู้ลำโพงในแบบ Transmission Line เพื่อเสริมความถี่เสียงเบสให้ตอบสนองได้ล้ำลึก ตู้ลำโพงประเภทนี้เคยได้รับความนิยมอย่างมากในหมู่ผู้ประกอบลำโพงแบบ DIY แต่ดูเหมือนว่า จะได้รับความนิยมน้อยลงไปในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา เหตุผลส่วนหนึ่งก็คือว่า การสร้างลำโพงประเภทนี้ยากและมีราคาแพง และผลลัพธ์ที่ได้อาจน่าผิดหวัง (ก็เป็นได้) หลังจากที่ผ่านความยากลำบากมากมายในการสร้างตู้ลำโพงประเภทนี้
2-Enclosure Types (รูปแบบของตัวตู้ลำโพง)
ส่วนนี้ จะเป็นเนื้อหาที่เกี่ยวข้องกับรูปแบบของตัวตู้ลำโพง อันเป็นที่นิยมกัน ซึ่งก็มีอยู่หลายรูปแบบที่คิดค้นและพัฒนากัน อย่างไรก็ตามมีตู้ลำโพงหลายประเภท ซึ่งอาจจะไม่สามารถอธิบายรายละเอียดครบทั้งหมดได้ และจากนี้ไป เนื้อหาจะแสดงตามลำดับความซับซ้อนของตู้ลำโพงเหล่านี้ ตั้งแต่แบบง่ายที่สุดไปจนถึงแบบที่ประกอบยากที่สุด ตู้ลำโพงบางประเภทเป็นตู้ลำโพงทั่วไป (เช่น ตู้ลำโพงแบบปิด และแบบมีช่องระบายอากาศ) ส่วนตู้ลำโพงบางประเภทใช้โดยนักเล่น DIY และผู้ผลิตประเภท ‘Boutique’ บางราย แม้ว่าภาพวาดส่วนใหญ่จะใช้ไดรเวอร์เพียงตัวเดียว แต่ในกรณีส่วนใหญ่ จะมีอย่างน้อยอีกหนึ่งตัว นั่นคือ ทวีตเตอร์ ติดตั้งอยู่ด้วย และในบางกรณี จะมีตู้ลำโพงซ้อนอยู่ภายใน ที่ติดตั้งไดรเวอร์เสียงกลาง
ทั้งนี้ทั้งนั้น โปรดอย่าลืมว่า ในการออกแบบแต่ละรูปแบบของตัวตู้ลำโพง ต้องมีการเพิ่มปริมาตรความจุ (Volume) ที่ไดรเวอร์ลำโพงใช้ไปในการติดตั้ง เพื่อชดเชยในปริมาตรความจุโดยรวมที่คำนวณได้ และหากใช้พอร์ตใดพอร์ตหนึ่ง จะต้องรวมปริมาตรความจุของพอร์ตนั้นด้วย เช่นเดียวกับวัสดุโครงคร่าวต่างๆ (Bracing Materials) ที่ใช้เสริมความแข็งแรงตัวตู้ วัสดุเสริมความแข็งแรงทั้งหมดใช้พื้นที่ในตู้ลำโพง จึงต้องคำนึงถึง คุณอาจพบว่า คุณต้องเพิ่มวัสดุเสริมความแข็งแรงเมื่อตู้ลำโพง (เกือบ) เสร็จแล้ว ดังนั้นควรเพิ่มปริมาตรความจุเผื่อไว้เล็กน้อยในกรณีที่จำเป็น โดยปกติแล้ว คุณสามารถเปลี่ยนปริมาตรความจุภายในได้เล็กน้อย โดยไม่ส่งผลกระทบร้ายแรงต่อประสิทธิภาพโดยรวม และโปรดจำไว้ว่า ห้องฟังจะมีผลกระทบต่อคุณภาพเสียงโดยรวมมากกว่าการคำนวณปริมาตรความจุภายในผิดพลาดเพียงเล็กน้อย (พารามิเตอร์ของลำโพงไม่ใช่ตัวเลขที่แน่นอน และในบางกรณีอาจคลาดเคลื่อนได้มาก กระนั้นพารามิเตอร์ของ Thiele/Small ก็เป็นปัจจัยสำคัญของการออกแบบลำโพง)
2.1-Open Baffle (บางครั้งเรียกขานว่า Dipole)
ลำโพงแบบ โอเพ่น บัฟเฟิล (Open Baffle) หรือ ไดโพล (Dipole) ถือเป็นรูปแบบลำโพง “ตู้เปิดโล่ง” หรือ “ไร้ตู้” หรือ Open-Backed Box ประเภทหนึ่งที่ได้รับความนิยมจากหลายๆ คน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Siegfried Linkwitz ผู้ล่วงลับ ลำโพงแบบ โอเพ่น บัฟเฟิล ถูกใช้ตั้งแต่ยุคแรกๆ ของการขยายเสียง และสร้างได้ง่ายที่สุด โดยหลักการแล้ว บัฟเฟิล หรือ แผงกั้นควรมีขนาดใหญ่ เมื่อเทียบกับความยาวคลื่น (Wavelength) แต่ทำได้ยากมากในความถี่ต่ำ (กระทั่งบางทีมีการเรียกแผงกั้นนี้ว่า ‘Infinite Baffle’ เพราะแผงกั้นมีขนาดใหญ่มาก เนื่องจากช่วงความยาวคลื่นของความถี่ต่ำนั้น-ยาวมากเป็นเมตรๆ หรือหลายสิบเมตรสำหรับความถี่ต่ำลึกล้ำ) ดังนั้น แม้ว่าจะประกอบง่าย แต่การออกแบบ (หรือแม้แต่ผลิต) ในขนาดที่เหมาะกับความถี่ต่ำนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย ความยาวคลื่นที่ความถี่ 100 เฮิรตซ์ เท่ากับ 3.43 เมตร แล้ว ดังนั้นขนาดจึงใหญ่เกินการควบคุมอย่างเจาะจง
รูปประกอบ 2.1-Dipole ‘Enclosure’ (‘Infinite Baffle’/Open Backed)
สำหรับความถี่ที่สูงขึ้น อาจกล่าวได้ว่า การไม่ใช้ตัวตู้จะช่วยป้องกันการสะท้อนภายในได้ ซึ่งก็เป็นเรื่องจริง แต่แน่นอนว่า การแผ่กระจายเสียงจากด้านหลังจะเข้ามาในห้อง ซึ่งมีการสะท้อนของตัวเอง ซึ่งส่วนใหญ่ไม่สามารถคาดเดาได้เลย และอาจจัดการได้ยากกว่าการสะท้อนภายในของตัวตู้มาก อย่างไรก็ตาม ลำโพงแบบ Open Backed Box เป็นที่นิยมมากในเครื่องขยายเสียงกีตาร์ โดยด้านหลังที่เปิดโล่งจะให้เสียงบนเวทีที่นักกีตาร์ส่วนใหญ่ชื่นชอบ ตัวตู้แบบ “เปิดด้านหลัง” (Open Backed Box) อาจเปรียบได้กับแผ่นกั้นขนาดใหญ่ตรงๆ ที่ถูก “พับ” เพื่อลดขนาด แน่นอนว่า สิ่งนี้ยังช่วยปกป้องด้านหลังของลำโพงจากความเสียหายระหว่างการขนส่ง ซึ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับระบบกีตาร์
2.2-Sealed (บางครั้งเรียกขานว่า Acoustic Suspension)
ตู้ลำโพงแบบ ปิดสนิท (Sealed Box) นั้นพบเห็นได้ทั่วไป และสามารถใช้งานได้ดีมาก หากคำนวณปริมาตรภายในให้ตรงกับคุณลักษณะของลำโพง พารามิเตอร์ Thiele-Small ของไดรเวอร์จะแสดงให้เห็นว่า ประสิทธิภาพที่เหมาะสมที่สุดนั้นต้องใช้ตู้ลำโพงที่มีขนาดพอเหมาะพอเจาะ หากตู้ลำโพงมีขนาดเล็กเกินไป เสียงเบสจะโด่งขึ้นอย่างเห็นได้ชัด (Bass Peak) ตามมาด้วยเสียงที่ลดลง (Rolloff) อย่างรวดเร็วที่ 12dB/Octave ซึ่งถือเป็นตู้ลำโพงที่ง่ายที่สุดในบรรดาตู้ลำโพงประเภท ‘มีตัวตู้’ (Enclosure) แต่ก็ต้องคำนวณปริมาตรภายในให้แม่นยำด้วยเช่นกัน
รูปประกอบ 2.2-Sealed Enclosure
แทนที่เสียงด้านหลังดอกลำโพงจะแผ่กระจายออกไปในห้อง เสียงจากด้านหลังของกรวยลำโพงจะถูกดูดซับไว้ภายในตัวตู้ โดยใช้แผ่นใยสังเคราะห์, สักหลาด, พรม, เส้นใยไฟเบอร์กลาส หรือวัสดุเหล่านี้รวมกัน ซึ่งในทางอุดมคติแล้ว เสียงจากด้านหลังจะไม่สะท้อนกลับผ่านกรวย ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมากในช่วงย่านเสียงกลางและความถี่สูง เสียงเบส (อาจ) ดีมาก (โดยมักจะใช้ Equalisation ช่วยปรับแต่งค่า) แต่ต้องใช้ไดรเวอร์ที่มีค่าเบี่ยงเบนสูงสุด (Xmax) มากกว่าปกติ ตู้ลำโพงแบบ “ปิดสนิท” มักใช้กับเครื่องขยายเสียงสำหรับเครื่องดนตรี (กีตาร์ เบส คีย์บอร์ด) ที่ต้องการคุณภาพสูง
2.3-Bass Reflex (บางครั้งเรียกขานว่า Ported/Vented)
นี่อาจเป็นตู้ลำโพงที่ใช้กันทั่วไป แพร่หลายที่สุดในปัจจุบัน ตู้ลำโพงแบบนี้เคยใช้ในระบบลำโพงยุคแรกๆ แต่โดยพื้นฐานแล้วเป็นการออกแบบแบบ “ลองผิดลองถูก” จนกระทั่ง Neville Thiele และ Richard Small คำนวณพารามิเตอร์ของลำโพงได้อย่างเหมาะสม วิธีนี้ทำให้สามารถคำนวณขนาดตู้ลำโพงและพอร์ตได้ทางคณิตศาสตร์ และจากนั้นก็สามารถออกแบบระบบ, สร้าง และให้ระบบทำงานได้ตามที่คาดหวัง ตู้ลำโพงแบบ “ปรับแต่ง” (‘Tuned’ Boxes) ในยุคแรกๆ หลายตู้เป็นสิ่งที่เรียกกันทั่วไปว่า “บูมบ็อกซ์” (Boom Boxes) เนื่องจากมีเสียงเบสมากเกินไป และมักจะมีลักษณะเบส “โน้ตเดียว” (‘One Note’ Bass) ทั้งนี้มีการเขียนโปรแกรมมากมายเพื่อให้ผู้ใช้สามารถออกแบบตู้ลำโพงแบบนี้โดยอิงตามพารามิเตอร์ของ Thiele-Small วิธีนี้ช่วยลดการคาดเดาไปได้มาก แต่โปรแกรมเหล่านี้ไม่สามารถให้การออกแบบที่สมบูรณ์ได้ (โดยส่วนใหญ่) ซึ่งมักจะให้ปริมาตรภายใน(ที่จำเป็น), เส้นผ่านศูนย์กลาง และความยาวพอร์ต (ช่องระบายอากาศ Port หรือ Vent) ที่เกือบจะต้อง “ปรับแต่ง” เพิ่มเติมเสมอ
รูปประกอบ 2.3-Bass Reflex Enclosure
ในตู้ลำโพงเหล่านี้ เสียงที่กระจายจากด้านหลังดอกลำโพงจะ “ถูกใช้งาน” เพื่อเพิ่มการตอบสนองเสียงเบสให้ต่ำกว่าความถี่เรโซแนนซ์ของไดรเวอร์ลำโพง การผสมผสานระหว่างปริมาตรภายในของตู้ลำโพง, ความยาวและเส้นผ่านศูนย์กลางของช่องระบายอากาศจะสร้างลักษณะของ Helmholtz Resonator ซึ่ง (เมื่อทำอย่างถูกต้อง) จะช่วยเสริมการตอบสนองความถี่ต่ำโดยไม่สร้างเสียงเบสมากเกินไป และ/หรือการตอบสนองฉับพลัน (Transient Response) ที่ไม่ดี สิ่งสำคัญคือ ต้องเข้าใจว่าพารามิเตอร์ Thiele-Small คือ “สัญญาณขนาดเล็ก” (Small Signal) ซึ่งหมายความว่า ประสิทธิภาพอาจไม่เหมือนกันที่ระดับพลังงานสูง ตู้ลำโพงแบบ เบสรีเฟล็กซ์ใช้พลังงานจากเฉพาะช่วงเสียงเบสเท่านั้นมาเป็นประโยชน์ และความถี่กลางถึงสูงยังคงต้องถูกดูดซับภายในตู้ลำโพง
2.4-Passive Radiator
ตู้ลำโพงแบบ เบส รีเฟล็กซ์ “ดั้งเดิม” ที่ใช้เรดิเอเตอร์แบบ พาสซีฟ (Passive Radiator) ซึ่งเป็นดอกลำโพงที่ไม่มีแม่เหล็ก หรือ วอยซ์คอยล์ และโดยทั่วไปจะปรับจูนให้มีความถี่เรโซแนนซ์ต่ำกว่าวูฟเฟอร์เล็กน้อย บางรุ่นมีตัวถ่วงน้ำหนัก (Weights) ที่สามารถเพิ่ม หรือ ถอดออกเพื่อปรับความถี่เรโซแนนซ์ของเรดิเอเตอร์ได้ ตู้ลำโพงแบบนี้มีข้อดีเหนือตู้ลำโพงแบบมีพอร์ตตรงที่ตู้ลำโพงแบบนี้ไม่มีโอกาสจะทำให้เกิดเสียง “ลมฟู่ๆ” (Chuffing) หรือ เสียงรบกวนอื่นๆ อย่างที่อาจเกิดขึ้นได้กับลำโพงแบบมีพอร์ต หากความเร็วลมในพอร์ตสูงเกินไป
รูปประกอบ 2.4-Passive Radiator Enclosure
เห็นได้ชัดว่า ตัวดอก Passive Radiator ใช้พื้นที่ส่วนหนึ่งบนแผงกั้นตัวตู้มากกว่าพอร์ต แต่บางคนก็ชอบ Passive Radiator ด้วยเหตุผลหลายประการ การกำหนดค่านี้ดูเหมือนจะเป็น “เรื่องสมเหตุสมผล” (Seasonable) ได้รับความนิยม หรือ ไม่ได้รับความนิยมก็ไม่ทราบสาเหตุที่ชัดเจน เคยมีตัวดอก Passive Radiator วางขายอยู่หลายแบรนด์ในท้องตลาด แต่ระบบตัวตู้แบบนี้ดูเหมือนจะไม่ค่อยเป็นที่นิยมเหมือนแต่ก่อน
2.5 – Aperiodic Enclosure
ตัวตู้แบบ ปิดเฉพาะระยะ (ช่วงสั้นๆ) หรือ Aperiodic Enclosure นั้น (ค่อนข้าง) อยู่กึ่งกลางระหว่างตู้แบบ ปิดและตู้แบบ ท่อระบายอากาศ โดยที่ “ช่องระบายอากาศ” นั้น-ถูกจำกัดไว้-โดยเจตนา ดังนั้นจึงเป็นทั้งตัวตู้ที่ (เกือบ) ปิดสนิท (รั่วซึมได้) หรือ เป็นเบส รีเฟล็กซ์ที่ท่อเปิด “แคบลง” ด้วยเช่นกัน โดยที่มีข้อมูลมากมายบนอินเทอร์เน็ต แต่ไม่ใช่ทั้งหมดที่มีประโยชน์ และสมการการออกแบบก็หาได้ยาก
รูปประกอบ 2.5-Aperiodic Enclosure
รูปประกอบข้างบนเป็นเพียงหนึ่งในหลายวิธีที่แตกต่างกันในการกำหนดค่าตู้ลำโพงแบบ ปิดเฉพาะระยะ (Aperiodic Enclosure) นี่ไม่ใช่เทคนิคอันเป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลาย และ มีการอ้างสิทธิ์มากมาย รวมทั้งมีหลายรูปแบบ ในบางกรณีใช้เพียงรูเล็กๆ (Small Hole) หรือช่องแคบๆ หลายช่อง (Narrow Slots) โดยมีวัสดุลดแรงสั่นสะเทือน (Damping Material) ที่เหมาะสม-ปิดช่องเปิดไว้ ดูเหมือนว่า จะไม่ใช่เรื่องแปลกที่จะเห็นตู้ลำโพงแบบนี้ ที่ดูเล็กเกินไปสำหรับไดรเวอร์ที่ใช้
ตู้ลำโพงแบบ ปิดเฉพาะระยะ (Aperiodic Enclosure) นี้ พูดอีกนัยหนึ่งได้ว่า เป็นกล่องที่ปิดผนึกไม่ดี (Poorly Sealed Box นั่นคือ รั่วซึมได้) โดยพื้นฐานแล้ว ตู้ลำโพงแบบ “ปิดเว้นระยะ” จะระบายอากาศภายในตัวตู้ออกสู่ภายนอกผ่านช่องระบายอากาศที่มีการหน่วง (ช่องที่อุดด้วยวัสดุหน่วงหนืด-Damping Material) ซึ่งบางครั้งเรียกว่า “ตัวต้านทานเสียง” (Acoustic Resistor) หรือ “ช่องระบายอากาศ/ช่องระบายอากาศแบบ ต้านทาน” (Resistive Port/Vent) ส่วนของ Aperiodic Ports หรือ ช่องระบายอากาศแบบ “เว้นระยะ” เหล่านี้คิดค้นโดย Dynaudio ซึ่งเรียกขานว่า “Variovents” (ช่องระบายอากาศแบบ แปรผัน) และ Scan-Speak ที่เรียกขานว่า “Flow Resistance Vent” (ช่องระบายอากาศแบบ ต้านทานการไหล)
จุดประสงค์ของการออกแบบแบบ ปิดเฉพาะระยะ (Aperiodic Enclosure) นี้ เพื่อให้ขนาดของตู้ลำโพงมีขนาดเล็กกว่าปกติที่มักจะทำได้ในกล่องปิดสนิท (Sealed Box) โดยที่หากใส่ไดร์เวอร์เข้าไปในกล่องปิดสนิทที่มีขนาดเล็กเกินไป ผลลัพธ์ที่ได้คือ ค่า Q สูง ซึ่งจะทำให้เกิดค่าพีคในการตอบสนองความถี่ต่ำ (Bass Peak) และค่าพีคของอิมพีแดนซ์สูง (Impedance Peaks) การปล่อยให้ ‘อากาศรั่ว’ ออกจากตู้ลำโพงจะทำให้ทั้งการตอบสนองความถี่ และค่าพีคของอิมพีแดนซ์ลดลง ส่งผลให้เสียงเบสแจ่มชัดขึ้น และชัดเจนขึ้น ด้วยกำลังขยายสัญญาณมากขึ้น และควบคุมความถี่ต่ำได้ดีขึ้น
การออกแบบตัวตู้แบบ ปิดเฉพาะระยะ (Aperiodic Enclosure) จะลดความถี่ลง (Roll Off) ประมาณ 18 dB/Octave ทั้งนี้ผู้ที่ชื่นชอบตู้แบบ Aperiodic Enclosure มักจะเปรียบเทียบประสิทธิภาพกับตู้แบบ Transmission Line โดยการออกแบบจะหลีกเลี่ยงเอฟเฟ็กต์ “อาการสั่นค้าง” (Ringing) ของตู้แบบมีพอร์ต ในขณะที่ลด “ผลกระทบแรงดัน” (Pressure Effect) ของตู้แบบปิดสนิท ทั้งนี้ตู้แบบ ปิดเว้นระยะ (Aperiodic Enclosure)อาจมีรูปร่างใดก็ได้ และสามารถจัดวางหน่วยความต้านทานเสียง (Acoustic Resistance Unit) ไว้บนตำแหน่งใดๆ ก็ได้ที่สัมพันธ์กับดอกลำโพง
2.6-Isobaric (มี Port/Vent /ไม่มี Port/Vent)
ลำโพงแบบ ไอโซบาริก (Isobaric) นั้นไม่ค่อยเป็นที่นิยมนัก และมักจะใช้สำหรับย่านเสียงเบสเท่านั้น ข้อดีที่เห็นได้ชัดก็คือ ขนาดตู้ลำโพงที่ต้องการจะลดลงครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับการใช้ไดรเวอร์ตัวเดียว ทำให้ระบบมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น ข้อเสียก็คือ ประสิทธิภาพจะลดลงครึ่งหนึ่งเช่นกัน เนื่องจากส่งพลังงานจำนวนเท่ากันไปยังไดรเวอร์ทั้งสองตัว แต่ระดับเอาต์พุตจะไม่เพิ่มขึ้น แม้ว่าไดรเวอร์จะแสดงแบบ “ซ้อนกัน” (Nested) โดยไดรเวอร์ด้านหน้าอยู่ภายในไดรเวอร์ด้านหลังบางส่วน แต่ก็สามารถติดตั้งแบบหันหน้าเข้าหากันได้ (Face-To-Face) ปริมาตรตัวตู้ที่ “ปิดล้อม” ระหว่างไดรเวอร์ทั้งสองตัวจะต้องมีขนาดเล็ก เพื่อให้เกิดการเชื่อมต่อที่เหมาะสมที่สุด
รูปประกอบ 2.6-Isobaric Enclosure
ตู้ลำโพงแบบ Isobaric สามารถใช้ได้ทั้งแบบ มีช่องระบายอากาศหรือไม่ก็ได้ ขึ้นอยู่กับผลลัพธ์ที่ต้องการ ซอฟต์แวร์ออกแบบลำโพงส่วนใหญ่สามารถรองรับการกำหนดค่าไอโซบาริกได้ แต่รายละเอียดทางกลไกอาจผลิตได้ยาก มีตู้ลำโพงแบบ ไอโซบาริกในเชิงพาณิชย์บางรุ่น แต่ไม่ค่อยพบเห็นได้ทั่วไปในท้องตลาด การออกแบบนี้เหมาะสำหรับใช้ในกรณีที่ไดรเวอร์ที่ต้องการใช้ต้องใช้ตัวตู้ที่มีขนาดใหญ่เกินกว่าที่จะรองรับได้ แต่โดยปกติแล้วตู้ลำโพงแบบ ไอโซบาริกไม่ควรทำงานที่ความถี่สูงกว่า 300 เฮิรตซ์ (หรือประมาณนั้น) ทั้งต้นทุน, น้ำหนัก และประสิทธิภาพที่ต่ำของตู้ลำโพงแบบ ไอโซบาริก จำกัดประโยชน์ใช้สอยสำหรับระบบเชิงพาณิชย์
2.7-Bandpass Enclosures
ตู้ลำโพงแบบนี้อาจสร้างได้ยากที่สุด แต่สามารถสร้างเสียงเบสได้มากในแบนด์วิดท์ที่ค่อนข้างแคบ ตู้ลำโพงแบบนี้ใช้สำหรับเสียงเบสเท่านั้น เนื่องจากขนาดไม่เหมาะกับความถี่ที่สูงขึ้น ตู้ลำโพงเหล่านี้เป็น Acoustic Analogue ของตัวกรองแบนด์พาสทางไฟฟ้า (Electrical Bandpass Filter) ตามชื่อที่เรียกขาน ตู้ลำโพงแบบนี้อาจมีประสิทธิภาพสูงมาก แต่ตู้ลำโพงจะไวต่อการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ไดรเวอร์ หากไดรเวอร์ตัวใดตัวหนึ่งเสียหาย จะต้องเปลี่ยนด้วยตัวที่มีพารามิเตอร์เหมือน หรือ ใกล้เคียงกัน มิฉะนั้น การตอบสนองจะไม่เป็นไปตามที่คาดหวัง
รูปประกอบ 2.7-Fourth Order Bandpass Enclosure
แม้ว่า ในรูปประกอบจะแสดงตัวตู้ลำดับที่สี่ (Fourth Order) แต่ตู้ลำโพงลำดับที่หกก็ใช้เช่นกัน โดยจะมีช่องระบายอากาศเพิ่มเติมระหว่างตู้ลำโพงด้านหลังของลำโพง และห้องเรโซแนนซ์ (Resonant Chamber) ด้านหน้า แบนด์วิดท์มักจะค่อนข้างแคบ ดังนั้นจึงไม่สามารถสร้างความถี่ได้หลากหลาย ระบบลำดับที่สี่ค่อนข้างเป็นที่นิยมสำหรับการใช้งานเสริมเสียง (Reinforcement Applications) ขนาดใหญ่ ซึ่งเห็นได้ชัดว่า สำคัญกว่าในการสร้างเสียงรบกวน (Noise) จำนวนมาก ยิ่งกว่าการพิจารณาความเที่ยงตรง (Fidelity) แน่นอนว่า ไม่เป็นความจริงเสมอไป แต่ดูเหมือนว่า จะเป็นกรณีเดียวกันในระบบจำนวนมากที่ใช้กับผู้ฟังจำนวนมาก จำเป็นต้องดูแลเป็นพิเศษเพื่อให้แน่ใจว่า ผลลัพธ์ทางเสียงไม่ใช่ “เบสโน้ตเดียว” (One Note Bass) เนื่องเพราะแบนด์วิดท์แคบมากจนฟังดูเหมือนได้ยินเพียงโน้ตเดียว (การติดตั้งในรถยนต์ส่วนใหญ่ประสบปัญหานี้เช่นกัน)
สิ่งเหล่านี้ทำให้การออกแบบทำได้ยากที่สุด และแม้แต่การเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยจาก “อุดมคติ” (Ideal) ก็อาจทำให้เกิดความผิดปกติในการตอบสนองอย่างร้ายแรงได้ เนื่องจากตัวกรองเสียง (Acoustic Filter) บางคนอาจบอกว่า ตู้ลำโพงประเภทนี้เป็นสาเหตุของเสียงเบสที่ “เชื่องช้าไปหนึ่งวัน” (Day Late Bass) ซึ่งมักเกิดความล่าช้าอย่างมาก จากการใช้สัญญาณก่อนที่จะเกิดการสั่นพ้อง (Resonance) จนเพียงพอต่อการผลิตเอาต์พุต
2.8-Transmission Line Enclosures
นี่เป็นรูปแบบ รองสุดท้ายของประเภทตัวตู้ลำโพงที่นำเสนอ ซึ่งมีชื่อเรียกว่า แบบ Transmission Line (TL) ซึ่งในทางทฤษฎี แนวคิดนั้นก็คือว่า “เส้นท่อส่ง” (Transmission Line) จะยาวอย่างไม่มีที่สิ้นสุด (Infinitely) แต่ไม่ค่อยเหมาะกับห้องฟังส่วนใหญ่ “Transmission Line” มักได้รับการออกแบบมาให้มีความยาวคลื่น ¼ ที่ความถี่เรโซแนนซ์ของตัวดอกลำโพง และจะมีการเสริมกำลัง (Reinforcement) จากปลายสายท่อเปิด ซึ่งขึ้นชื่อว่า ทำได้ยากในการทำให้ “พอดี” (Just Right) และขั้นตอนนี้มักเกี่ยวข้องกับการทดลองยัดความยาวเส้นท่อ (Line) จนกว่าจะได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ “Transmission Line” ที่ตั้งค่าไว้อย่างเหมาะสม ควรลดความถี่เรโซแนนซ์ของไดรเวอร์ ซึ่งเป็นสิ่งที่ตู้ลำโพงประเภทอื่นไม่สามารถทำได้
รูปประกอบ 2.8-Transmission Line Enclosure (สั้นกว่าความเป็นจริง)
แนวเส้นยึกยักที่แสดงในรูปประกอบด้านบนนั้น สั้นกว่าปกติมากจากในความเป็นจริง และโดยปกติแล้ว การทำให้เส้นเรียวลงเพื่อให้แคบลงตามความยาวนั้นถือเป็นแนวทางปฏิบัติ ผู้ผลิตบางรายจะยืนกรานว่า ควรใช้ขนแกะเท่านั้นจัดวางเป็น “ไส้ใน” ใส่ไว้ในแนวเส้นท่อส่ง และบางรายจะใช้วัสดุหลายชนิดผสมกัน เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ตามต้องการ สิ่งสำคัญคือ ไส้ใน “เส้นท่อส่ง” จะต้องไม่เคลื่อนตัว, สลายตัว หรือ บีบอัดตัวแน่น เมื่อเวลาผ่านไป เนื่องจากจะเข้าถึงได้ยากมากเมื่อทำการติดตั้งและปิดผนึกตู้เสร็จแล้ว ซึ่งแตกต่างจากตู้แบบดั้งเดิม ไม่สามารถเข้าถึงส่วนประกอบภายในของ Transmission Line ได้โดยการถอดดอกลำโพงออก
2.9-Horn Systems
…คงเป็นการยากที่จะให้รายละเอียดในระบบลำโพงรูปแบบนี้ แต่ก็มีข้อมูลที่จำเป็นเกี่ยวกับระบบฮอร์นที่ขอพูดถึงอย่างคร่าวๆ – ฮอร์นทำหน้าที่เป็นหม้อแปลงเสียง (Acoustic Transformer) ลดแรงดันเสียงสูงที่ไดอะแฟรม (ติดตั้งที่ส่วนคอ-Throat) ให้เป็นแรงดันต่ำ (ที่ส่วนปาก-Mouth) ที่ตรงกับอากาศ (Air) ภายนอก ระบบฮอร์นอาจมีประสิทธิภาพมากกว่า Direct Radiators อยู่ประมาณ 10 เดซิเบล แต่สำหรับความถี่ต่ำนั้น ส่วนปาก (ขนาดและความยาว) จะต้องใหญ่มาก ทำให้ไม่เหมาะสำหรับระบบภายในบ้าน “Klipschorn™” รุ่นดั้งเดิมเป็นหนึ่งในระบบลำโพง ‘ภายในบ้าน’ ไม่กี่ระบบที่ใช้ Horn Loading สำหรับเต็มตลอดช่วงย่านความถี่ (Full Frequency Range) ฮอร์นได้รับการพัฒนาในปี 1946 มีขนาดใหญ่ และมีราคาแพงมาก
รูปประกอบ 2.9-Horn Systems
ระบบฮอร์นโหลดเต็มตัว (Fully Horn-Loaded Systems) เคยใช้กันทั่วไปในการเสริมเสียง (Sound Reinforcement) ซึ่งเมื่อทำอย่างถูกต้อง ก็จะมีประสิทธิภาพมาก และให้เสียงที่เหนือกว่าระบบไลน์อาร์เรย์สมัยใหม่ (Modern Line Arrays) อย่างมาก มีระบบมอนิเตอร์ในบ้าน และในสตูดิโอหลายระบบที่ใช้ฮอร์น หรือ เวฟไกด์ (Waveguide-หลักการที่คล้ายกับฮอร์น) สำหรับทวีตเตอร์ “เวฟไกด์” กำลังเป็นที่นิยมมากขึ้น และสามารถใช้ร่วมกับทวีตเตอร์โดม “ทั่วไป” เพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพขึ้นอีกเล็กน้อย และควบคุมการกระจายเสียงได้ดีกว่าทวีตเตอร์โดมแบบเดี่ยว (ไม่มีเวฟไกด์)
เนื่องจากการออกแบบฮอร์นเป็นแบบเฉพาะทางมากๆ (So Specialised) จึงเป็นข้อจำกัดของการแสดงเนื้อหา อย่างไรก็ตาม วิธีการสร้าง (Construction Methodology), ความจำเป็นในการให้แน่ใจว่า แผงหน้าไม่เกิดเสียงกำทอน (Resonant) และข้อคิดเห็นทั่วไปอื่นๆ มีผลกับตู้ลำโพงทุกประเภท ไม่ว่าจะใช้ระบบประเภทใดก็ตาม เสียงกำทอนของแผงตัวตู้ในฮอร์นเบสแบบ พับ (Folded Bass Horn) อาจสร้างปัญหาได้เป็นพิเศษ เนื่องมาจากแรงดันสูงที่ส่วนคอของฮอร์น
กล่าวโดยสรุป โดยพื้นฐานแล้ว ตู้ลำโพงแบบ ปิดสนิท (Sealed Box) ซึ่งกักอากาศไว้อยู่ในช่องว่างภายในที่ถูกต้อง จะสร้างเสียงเบสที่แม่นยำกว่าตู้ลำโพงที่มีท่อระบายอากาศออก ซึ่งโดยทั่วไปเสียงจะ “ดังขึ้น” แต่เสียงเบสจะออกมาขุ่นมัว (บางทีก็เรียกได้ว่า One Note Bass) ตู้ลำโพงแบบ ปิดสนิท (Sealed Box) นั้น จึงได้ชื่อเรื่องแม่นยำที่สุด ส่วนตู้ลำโพงแบบ ระบายอากาศ (Ported) นั้นมีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับการใช้งานในแบนด์กว้างที่ยังคงให้เสียงดนตรีได้ ส่วนที่เหลือจะดังเกินไปในช่วงความถี่แคบที่มีการบิดเบือนมากซึ่งทำให้เกิดภาพลวงตาว่า ‘เสียงดัง’ (ประสิทธิภาพสูง)
ในแนวคิดของ Eric Paul Tomson ตู้ลำโพงแบบ “ปิดสนิท” จะดีที่สุด หากตู้ลำโพงมีขนาดใหญ่พอที่จะรองรับแรงอัดของอากาศจากด้านหลังของกรวยได้ โดยไม่สร้าง ‘สปริง เอฟเฟ็กต์’ (Spring Effect) ตู้ลำโพงขนาดเล็กจะลดประสิทธิภาพลง เนื่องจากต้องอัดอากาศด้านหลัง การระบายอากาศอาจทำให้เกิดเอฟเฟ็กต์การหักล้างทางเฟส (Phase Cancel Effect) ได้ หากระยะทางที่เดินทางไม่เพียงพอที่จะทำให้ลมที่ระบายอากาศออกเป็น Out Of Phase
ตู้ลำโพงแบบ Transmission line (TL) (อาจ)ให้ความราบเรียบที่สุด (Flattest) และมีเคล็ดลับโดยอาศัยการหน่วง (Damping) ในการตอบสนองเสียงที่ราบเรียบที่สุดนั้น ในขณะที่ตู้ลำโพงแบบ แบนด์พาส (Bandpass Enclosure) ให้เสียงเบสที่ลึกที่สุด และมีประสิทธิภาพมาก
ทั้งนี้ทั้งนั้น เช่นเดียวกับทุกสิ่งทุกอย่างในโลก การออกแบบลำโพง ล้วนมีข้อดีและข้อเสียที่แตกต่างกัน ดังนั้นการออกแบบจึงถือเป็นศิลปะแห่งการประนีประนอม ทว่าความจริงอันโหดร้ายก็คือ ไม่มีรูปแบบไหนตอบโจทย์ทุกข้อ
ตู้ลำโพงแบบ ปิดสนิท :
ข้อดี : ได้ประโยชน์จากแรงดันอากาศภายในที่ช่วยให้วูฟเฟอร์รีเซตเป็นตำแหน่ง “ศูนย์” (ซึ่งเมื่อไม่มีการเล่นเสียง) ได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งหมายความว่า เสียงฉับพลันทันใด (Transients) จะแม่นยำ และชัดเจนมาก
ข้อเสีย : เมื่อเปิดเสียงดังขึ้น อาจเกิดการบิดเบือนได้ เนื่องจากเครื่องขยายเสียงต่อสู้กับแรงดันอากาศภายในตัวตู้ เพื่อสร้างเสียงดังขึ้น (สามารถบรรเทาได้บ้างโดยลดการทิ้งทอดตัวช่วงความถี่ต่ำ ไม่ต้องลงลึกนัก)
ตู้ลำโพงแบบ มีพอร์ต :
ข้อดี : ไม่เกิดการบิดเบือนที่ระดับเสียงสูงเช่นเดียวกับการออกแบบแบบ ตู้ปิดสนิท
ข้อเสีย : ไม่ได้รับความช่วยเหลือใดๆ จากแรงดันอากาศภายในเหมือนตู้ลำโพงแบบ ปิดสนิท-การมีช่องเปิด (พอร์ต) ในลำโพงทำให้ลมเคลื่อนเข้าและออกอย่างสอดคล้องกันกับวูฟเฟอร์ในลำโพง วิธีนี้จะสร้างเสียงที่ไม่มีอยู่ในมิกซ์ และในบางสถานการณ์จะได้ยินเป็นเสียง “ลมฟู่” (Chuffing) บ่อยครั้ง ทำให้เกิด “เสียงกระแทก” (Bump) ในการตอบสนองความถี่ต่ำ ซึ่งอาจถือเป็นข้อดีหากคุณชอบเสียงนั้น แต่จะเป็นข้อเสียหากคุณต้องการการตอบสนองที่ราบเรียบอย่างสมบูรณ์แบบในทุกระดับเสียง
ตู้ลำโพงแบบ Transmission line (TL)
ข้อดี : แก้ปัญหาเสียงลมฟู่/เสียงผิดเพี้ยนที่เกิดขึ้นกับลำโพงแบบมีพอร์ต โดยการประมวลผล/ลดเสียงภายในผ่านเส้นท่อ (Line) ที่คำนวณอย่างระมัดระวัง
ข้อเสีย : มีราคาแพงกว่ามากในการสร้าง เมื่อเทียบกับลำโพงแบบมีพอร์ต อีกทั้งหากไม่ได้คำนวณอย่างถูกต้อง อาจเกิดเสียงผิดเพี้ยนได้
อย่างไรก็ตาม หากต้องการประสิทธิภาพและเอาต์พุตที่น่าประทับใจ ตู้ลำโพงแบบ “ฮอร์น” นั้นยอดเยี่ยมมาก แต่มีขนาดใหญ่ สำหรับ “แบนด์พาส” นั้นเสียงเบสโด่ง (Boomy) และล่าช้า (Late) ส่วนแบบ “ตู้ปิดสนิท” ในแง่ประสิทธิภาพนั้น-ต่ำสุด (Inefficient) ทว่าก็ให้เบสที่แน่น และแม่นยำกว่าแบบ “มีพอร์ต” จนหลายคนประทับใจ ด้วยความที่ตัวตู้แบบ ปิดผนึก จะให้อัตราการโรลออฟที่ต่ำกว่า และจะเริ่มที่ความถี่ที่สูงขึ้น แต่ก็เป็นแบบค่อยเป็นค่อยไป ในขณะที่ตัวตู้แบบมีพอร์ต ให้เสียงที่ขยายความถี่ต่ำ แต่จะมีอัตราการโรลออฟที่ลาดชัดกว่า (Shaper Rolloff) แต่กระนั้น ตู้ลำโพงแบบ “Transmission Line” (TL) น่าจะดีที่สุด (The Best Solution) ก็ได้ ถ้าการออกแบบสร้างได้รับการควบคุมอย่างดี
ดังนั้น ความจริงของการออกแบบตัวตู้แบบใด จึงอยู่ที่การยินยอมประนีประนอม ที่ต้องตัดสินใจว่า ยอมรับอะไรได้ และยอมรับอะไรไม่ได้
……………………………………………………………………………………………………………………………………….