Stereo i Kolorowo - Underground: Rozmowa z dr inż. Grzegorzem Matusiakiem – konstruktorem kolumn głośnikowych Sounddeco

Pan Grzegorz Matusiak w komorze bezechowej Instytutu Akustyki Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu (zobacz TU)

Badania w komorze bezechowej Instytutu Akustyki UAM w Poznaniu

Pan Grzegorz podczas pracy

Odsłuch kolumn Sounddeco Sigma 2 w gdańskim salonie Premium Sound (czytaj całą relację TUTAJ), autor zdjęcia - Jacek Guzek

Z dr inż. Grzegorzem Matusiakiem rozmawialiśmy (telefonicznie) kilka dni temu. Pierwotną ideą rozmowy było merytoryczne poszerzenie i uatrakcyjnienie relacji z odsłuchów kolumn Sounddeco Sigma 2 (czytaj TUTAJ), które pan Matusiak konstruował (a konstruuje kolumny także dla firmy APS). Niemniej jednak rozmowa okazała się być bardzo długa i wielowątkowa, podczas niej zostało poruszonych tak dużo interesujących spraw, że ostatecznie postanowiłem uczynić z niej osobny artykuł na Stereo i Kolorowo, zamiast doklejać go do wspomnianej relacji.

* * *

Stereo i Kolorowo: Może na początek dość nietypowe pytanie. Proszę powiedzieć, w jaki sposób w Polsce można zrobić doktorat z akustyki, bo jak czytam na internetowej stronie Sounddeco, jest Pan doktorem akustyki?

Grzegorz Matusiak: Dźwiękiem i elektroniką interesowałem się odkąd pamiętam, a w szkole średniej wpadła mi do rąk książka: „Podstawy Elektroakustyki” Zbigniewa Żyszkowskiego. Wielka księga pełna modeli matematycznych w elegancki sposób opisujących zjawiska fizyczne. Tak złapałem bakcyla. Choć pewnie przełomem jednak było włożenie głowy do wnętrza grającego zestawu głośnikowego, który skonstruował ojciec w czasach, kiedy w całej dzielnicy nie było niczego podobnego.

Okazało się, że sposobność studiowania akustyki oferowały uczelnie w Polsce: Politechnika Wrocławska, Politechnika Warszawska, Politechnika Gdańska. Dziś wiemy, że bardzo silny ośrodek jest też w Krakowie na Akademii Górniczo-Hutniczej, w której akustyka wywodzi się z wibracji, co ma związek z kopalniami górniczymi, ich eksploatacją. Gdańska uczelnia jest sprofilowana na elektroakustykę zjawisk fizycznych związanych z morzem. Wrocław to też elektroakustyka poparta wybitną wiedzą matematyczną, której korzenie sięgają do Lwowa. Warszawa – stolica. Mamy też Poznań, a w nim Uniwersytet Adama Mickiewicza z elektroakustyką skoncentrowaną m.in. na protetyce słuchu oraz Politechnikę Poznańską zorientowaną na multimedia. Można wymieniać dalej, na przykład Instytut Fizyki na Uniwersytecie Rzeszowskim, na którym znalazłem genialną pracę magisterską o promieniowaniu dźwięku. Generalnie, muszę stwierdzić, że mamy w Polsce bardzo wysoki poziom, jeżeli chodzi o akustykę, czy też elektroakustykę jako naukę. Tak, więc obroniłem doktorat z elektroakustyki urządzeń głośnikowych na Politechnice Wrocławskiej w 2001 roku.

SiK: Muszę przyznać, że jestem nieco zaskoczony, że mamy w Polsce tak zaawansowany poziom w dziedzinie elektroakustyki. Może to jest jedna z przyczyn, ze mamy w kraju tak dużo firm produkujących kolumny głośnikowe, gdzie przedmiotowa znajomość elektroakustyki jest niezbędna? Poza tym mamy długą w tym zakresie tradycję oraz background. Osoby z zagranicy związane z rynkiem hi-fi mówią, że jesteśmy prawdziwą potęgą europejską, jeśli chodzi o konstruowanie i produkcję kolumn głośnikowych.

GM: Na pewno tak. Chciałbym jeszcze dodać, że bardzo wysoki poziom w tym zakresie prezentuje również Dania. Tam wiele lat temu wdrożono program rządowy, który miał na celu wspieranie rozwoju elektroakustyki. Przełożyło się to na znaczne podniesienie poziomu – dziś Dania to jeden z liderów konstrukcji głośników i kolumn. Wiadomo, że Brytyjczycy, Włosi i nasi zachodni sąsiedzi – Niemcy też przodują w tym zakresie. Jest tam szereg uczelni, które prowadzą bardzo zaawansowane prace związane z zagadnieniami elektroakustyki. Pamiętajmy o tym, że dźwięk i drgania to nie tylko głośniki i muzyka, ale też telekomunikacja, medycyna, sejsmologia, budownictwo, ochrona przed hałasem i wiele, wiele innych.

SiK: Proszę powiedzieć, od kiedy pracuje Pan w Sounddeco, jaką pan pełni tu funkcję, za co konkretnie Pan odpowiada?

GM: Użyłbym raczej sformułowania, że współtworzę Sounddeco. Można mnie określić jako niezależnego konstruktora i konsultanta, który odpowiada za konstrukcje elektroakustyczne kolumn Sounddeco. Od 10 lat pracuję także z Audio Pro Solutions (APS), gdzie projektuję urządzenia głośnikowe do studiów nagraniowych, tak zwane aktywne monitory studyjne. Aktywne, czyli projektowane jako całość wraz z wbudowaną elektroniką. Zbudowaliśmy także kilka modeli aktywnych estradowych urządzeń głośnikowych, nazywanych pieszczotliwie paczkami przez kolegów z Fotis Sound.

SiK: Jakie modele kolumn Pan zaprojektował dla Sounddeco?

GM: Jeśli chodzi o projekty elektroakustyczne kolumn marki Sounddeco, to wszystkie one są mojego autorstwa, począwszy od całej linii Alpha, aż do najnowszej Sigmy 2 i 4. Koledzy i koleżanki pracują jednak ze mną, bo są to działania zespołowe. Końcowy model głośników powstaje w wyniku dyskusji, wymiany szeregu technicznych informacji, wyników obliczeń i pomiarów, rysunków, zdań i uwag. Każdy z nas ma swoją profesję i zakres odpowiedzialności. Są osoby, które zajmują się programowaniem obrabiarek numerycznych. Inne zaś ręcznie wykonują świetną pracę, która wymaga talentu. Są także osoby, które pomagają tworzyć wizerunek tych urządzeń. Szczegóły wizualne są omawiane ogólnie, na większym forum – to coś na zasadzie burzy mózgów. Mogą tu wyrazić swoją opinię w zasadzie wszyscy pracownicy i osoby zaprzyjaźnione. Wykorzystujemy także umiejętności, wiedzę i doświadczenie naszych kooperantów.

SiK: Skąd czerpie Pan inspiracje i wiedzę o tym, jakie zastosować materiały i technologie do budowy kolumn?

GM: Inspiracja wynika ze zderzenia potrzeby słuchacza i fizyki zjawiska. Prawdę mówiąc właściwie nie przestaję o tym myśleć. Wiedza - tu najważniejsze jest doświadczenie nas wszystkich. Często wiele rozwiązań wynika po prostu ze zdrowego rozsądku. Staramy się projektować tak, aby nie zostawiać w zestawach głośnikowych „wąskich gardeł”. Z drugiej strony unikamy elementów, które podrażałyby konstrukcję, nie przynosząc poprawy brzmienia i ostatecznego odbioru całości. Mówiąc prosto: nie ładujemy pieniędzy słuchacza i użytkownika w rzeczy zbędne.

SiK: Jakie parametry elektryczne i akustyczne kolumn rzeczywiście przekładają się na to, co słyszymy?

GM: Takie pytanie można zadać w dwojaki sposób. „Jakie parametry techniczne kolumn decydują o tym, co słyszymy i jak odbieramy dźwięk?” I drugie pytanie. „Jakie elementy fizycznie w zestawie - jeżeli rozbierzemy go na czynniki pierwsze - odpowiadają za konkretne brzmienie?” Jeśli chodzi o parametry elektroakustyczne, to często pojawiają się pytania o moc kolumn. Ten parametr nie określa jakości dźwięku. Na przykład popularne w Japonii wysokoefektywne głośniki szerokopasmowe to głośniki małej mocy, ale bardzo wysokiej jakości – grające wspaniałym dźwiękiem! Przeczy to ogólnemu naszemu pojęciu, że im wyższa moc zestawu, tym lepszej jakości dźwięk. Choć z drugiej strony, większe zestawy głośnikowe dużej mocy to często urządzenia wielodrożne, wyposażone w solidne głośniki basowe, świetne głośniki średniotonowe i wysokotonowe. Kolejny parametr to na pewno pasmo przenoszenia. Fizyka narzuca tu ograniczenia, a zatem kompromis pomiędzy głębokością basu, wielkością obudowy zestawu głośnikowego, a jego sprawnością. Niestety często próbuje się „wyciągać” bas silnie rezonującym rezonatorem Helmholtza obudowy bass-reflex. Basu jest więcej, jednakże słyszymy wówczas dźwięk niskiej jakości, przez niektórych określany nawet jako bas jednotonowy. Ponadto ograniczenia wynikają z rozmiarów samych przetworników. Głośniki z mniejszymi membranami, a mówiąc poprawnie z mniejszymi układami drgającymi, będą miały kłopoty z wytworzeniem wysokiej jakości basu na przyzwoitym poziomie głośności.

Do bardzo rzadko podawanych parametrów zestawów głośnikowych należą na przykład częstotliwościowe charakterystyki zniekształceń. Tu warto wspomnieć, że technicznie najłatwiej opisać charakter brzmienia posługując się rozmaitymi wykresami. Są to na przykład częstotliwościowe charakterystyki amplitudowe, fazowe, trójwymiarowe wykresy wodospadowe, czy też charakterystyki kierunkowe. Jeśli chodzi o wspomniane zniekształcenia, to używa się parametru THD (Total Harmonic Distortion), za pomocą którego wrzuca się brutalnie do jednego worka cały szereg zniekształceń w proporcji, którą wielu znawców tematu określi jako nieprawidłową. Powiem panu, że tematyka jest bardzo rozległa i jest przedmiotem szeregu pomiarów i analiz. Głośniki w obudowach filtrowane elektrycznie opisują wielomiany wysokiego rzędu, w które można wpleść na przykład funkcje Bessela i Struvego związane z impedancją promieniowania, albo też semiindukcyjność związaną z impedancją cewki drgającej głośnika w jego obwodzie magnetycznym. Matematyczne modele zniekształceń głośnika to na przykład nieliniowe równania różniczkowe. Wkracza się tu w zagadnienia chaosu. Tłumacząc działanie głośnika, mówi się o bifurkacjach.

Zagadnienie jest oczywiście rozwojowe. W celu redukcji zniekształceń głośnika używa się na przykład szeregów Volterry. W analizach pojawiają się też transformacje Falkowe, które w historii matematyki są w wieku niemowlęcym, gdyż najsilniej rozwijane były w latach osiemdziesiątych dwudziestego wieku. Większość tych problemów jest zupełnie niepotrzebna zwykłemu odbiorcy dźwięku.

Krótko odpowiadając na drugą część pytania, należy powiedzieć, że chyba najistotniejsza jest konstrukcja i materiał membrany głośnika. Nowocześnie zaprojektowane obwody magnetyczne znacząco poprawiły jakość dźwięku w ostatnich latach. Solidnie zaprojektowana i wykonana obudowa głośnikowa też ma swój udział. Prawidłowe zestrojenie zaś głośników za pomocą zwrotnicy to znowuż cała kolejna historia i lata doświadczeń.

SiK: Kolejne pytanie jest dość infantylne: jak najlepiej stroić kolumny: na słuch, czy według pomiarów technicznych? A może na oba sposoby?

GM: Z moich doświadczeń wynika, że aby uzyskać możliwie najlepszy dźwięk, musimy użyć całej dostępnej nam artylerii oraz wszelkich możliwych metod i sposobów. Wszystkie techniki są dozwolone i ważne. I na słuch i według pomiarów. Dzięki technice szereg prac można przyspieszyć. Z kolei strojenie tylko na słuch wydaje się być bardzo trudne. Przypuszczam, że można tu uzyskać pewne efekty. Najbardziej banalnym przykładem może być zestaw głośnikowy zaprojektowany i wykonany na bazie jednego wysokiej klasy głośnika szerokopasmowego. Nie wykluczam, że można uzyskać dobry dźwięk również kolumn wielodrożnych bez użycia narzędzi, aparatu matematycznego, czy też systemu pomiarowego. Czy da się jednak wtedy uzyskać zestaw głośnikowy całkowicie przezroczysty? Może będzie to bardziej instrument niż urządzenie przetwórcze. Tutaj wszystko jest dozwolone. W końcu odległość można mierzyć laserem, metrem, albo krokami. Z mojego doświadczenia wynika, że najszybciej tworzy się urządzenie głośnikowe wysokiej klasy, wykorzystując cały wachlarz dostępnych narzędzi i metod, a także przyzwoity aparat matematyczny, który dobrze opisze zjawiska fizyczne. Matematyka pozwala zrozumieć szereg złożonych procesów i zjawisk fizycznych. Warto wykorzystywać wszelkie dostępne sposoby. Tak pracuję. A odsłuchy przeprowadzam na różnych etapach powstawania zestawu i nie ograniczam się do własnych uszu.

SiK: Porozmawiajmy teraz o najnowszej, bardzo efektownej, serii Sounddeco Sigma. Jak długo trwał proces od pomysłu na nie do ostatecznej realizacji?

GM: Zestaw powstawał dosyć długo. Pojawił się w naszych głowach jakieś dwa lata temu. To było kilka etapów. Najpierw prace koncepcyjne, szkice, wymiana poglądów, dyskusje w naszym gronie, z salonami audio, z zaprzyjaźnionymi ludźmi. Projekt krystalizował. Powoli stawał się tym, czym jest dziś. Po drodze oczywiście analizy matematyczne, obliczenia i rysunki techniczne. Prace były wielokrotnie przerywane, bo koncentrowaliśmy się na innych projektach. Muszę podkreślić, że zawsze motywacją są dla nas wystawy audio. Szczególnie myślę tu o Audio Show. Rozważaliśmy przygotowanie Sigmy już na Audio Show w 2013 roku, jednak nie byliśmy do końca zadowoleni z ówczesnej jej formy. Dojrzały projekt zaprezentowaliśmy na ubiegłorocznej edycji tejże wystawy.

SiK: Dlaczego zdecydowano w Sounddeco Sigma o układzie D’Appolito głośników, jakie korzyści brzmieniowe to przynosi?

GM: Koncepcja D’Appolito łączy układ głośników z projektem zwrotnicy, przy czym kładzie nacisk na kierunkowe charakterystyki zestawu. Od razu powiem, że koncepcja D’Appolito nie była celem pierwszoplanowym. Projektując zestawy Sounddeco zakładamy, że aby cieszyć się pełnią możliwości brzmieniowych, słuchacz znajdzie się w miejscu najlepszego odsłuchu. Nie budujemy głośników, które w możliwie wszystkich konfiguracjach słuchacz-głośnik zagrają względnie dobrze. Tego typu kompromisy nie są naszym celem. W przypadku Sigmy 2 i Sigmy 4 chcieliśmy uzyskać dźwięk, może zabrzmieć to banalnie, który świetnie zabrzmi, kiedy słuchacz usiądzie wygodnie przed kolumnami. Będzie cieszył się wówczas prawidłową barwą, czyli równowagą tonalną. Usłyszy ponadto dźwięki nierozbite - lecz spójne, których wszystkie składowe dotrą do uszu w odpowiednim momencie. Doświadczy ponadto zaskakującej dynamiki i czystości brzmienia.

SiK: Jakie wzmacniacze proponujecie do Sounddeco Sigma: tranzystorowe czy lampowe?

GM: Zestawy Sounddeco projektujemy zgodnie ze ogólnie przyjętymi standardami po to, aby były kompatybilne z dostępną na rynku elektroniką. Z uwagi na to, że wzmacniacze lampowe wymagają od zestawu głośnikowego bardziej wyrównanego przebiegu impedancji w funkcji częstotliwości, Sigmę wyposażyliśmy w odpowiednie układy. Poprawiają one współpracę kolumn ze wzmacniaczami lampowymi, ale także z tranzystorowymi. Jeśli chodzi o serię Alpha, należy tu wyróżnić zestaw Alpha F3. Określany jest jako głośnik przyjazny lampowym końcówkom mocy, co nie przeszkadza mu świetnie grać również z dobrymi tranzystorami.

Powiem przy okazji, że zgodnie z naszym doświadczeniem, Sigma 2 doskonale sprawdzają się w większych i mniejszych pomieszczeniach. Z kolei dźwięk Sigma 4 wyraźniej ogniskuje się w odległości 3,5 metra dlatego polecamy je odsłuchom w nieco większych pomieszczeniach. Warto ich posłuchać! Warto doświadczyć tych wrażeń! Myślę, że warto cieszyć się nimi dłużej.

SiK: Czy zalecacie Państwo jakieś konkretne przewody (kable) do swoich kolumn głośnikowych? Wewnątrz obudów serii Sigma montujecie srebrne firmy Albedo.

GM: Nie chciałbym wchodzić w kompetencje kolegów z Albedo. Powiem tylko, że czerpiemy z ich doświadczeń. Wspólnie ustalaliśmy najbardziej odpowiednie okablowanie do wnętrza Sigmy. W trakcie dyskusji używaliśmy zarówno technicznych terminów, takich jak gęstość prądu, czy zjawisko naskórkowości, jak też subiektywnych, na przykład jasność, szczegółowość, czystość.

Warto zwrócić uwagę na to, że kabel wiąże się nie tylko z prądem, ale także z polem elektrycznym i elektromagnetycznym.

Testowaliśmy szereg zewnętrznych kabli głośnikowych. Zwykły kabel z tak zwanej miedzi beztlenowej może wydawać się OK, ale warto sprawdzić kable lepsze. To słychać, gdy dla basu użyjemy przewodu o dużym przekroju, zaś dla tonów wysokich zastosujemy przewód, który ograniczy efekt naskórkowości. Ponadto w kilkumetrowym przewodzie niskiej jakości powstają słyszalne zniekształcenia wynikające ze zjawisk znanych z półprzewodników. Świetne kable mają odpowiednią konstrukcję i wykonane są najczęściej z kosztownych materiałów.

SiK: Jakie Państwo macie plany na przyszłość? Czy seria Sigma będzie rozbudowywana?

GM: Naturalnym krokiem w górę w przypadku Sigmy wydaje się opracowanie Sigmy 6 wyposażonej w sześć midwooferów. Taki pomysł pojawił się równolegle z pomysłem Sigmy 2 i 4. Co ciekawe, założyciel i właściciel portalu 6moons Srajan Ebaen, który spędził z nami kilka godzin w trakcie i zaraz po targach Audio Show 2014, wyszedł również z tym pomysłem. Nie zdradzę, czy powstanie Sigma 6. Zdradzę jednak, że mamy także skonkretyzowane pomysły na mniejsze zestawy nawiązujące do Sigmy. Brzmieniowy hi-end, lecz na poziomach głośności znanych z estrady, także tli się w naszych głowach.

SiK: Bardzo dziękuję za interesującą rozmowę.

Pan Grzegorz zaprasza do odwiedzania jego strony: TUTAJ.