จับประเด็นเขา นำมาเล่าสู่ – 1
โดย ฟ้าใส
…พบเจอกันครั้งแรก ขออนุญาตชี้แจงถึง คอลัมน์นี้ที่นับจากนี้จะถูกใช้เป็นพื้นที่ในการนำเสนอเรื่องราวของเทคโนโลยีที่บรรดาบริษัทผู้ผลิตในแวดวงเครื่องเสียงต่างได้ทุ่มเทความคิด การค้นคว้า-พัฒนาขึ้นมาอย่างโดดเด่น จนนับเป็นเอกลักษณ์เฉพาะและมีความน่าสนใจเหมาะเจาะที่จะได้นำมา “ตีแผ่” เล่าถึงที่มาและที่ไปในแนวความคิดนั้นๆ ทำไมพวกเขาจึงได้ใช้หลักการต่างๆ ที่ว่านั้น ให้เราๆ ท่านๆ ได้เข้าใจกันง่ายๆ เอาไว้ประดับความรู้ความเข้าใจกัน โดยในครั้งแรกนี้เรามาประเดิมกันที่เรื่องของ “INVERTED DOME TWEETER” ของ FOCAL กันก่อนเพื่อนก็ละกัน
โดยทั่วไประบบลำโพงจะประกอบด้วยตัวขับเสียงต่ำกับตัวขับเสียงสูงที่ต้องทำงานควบคู่กันเป็นอย่างน้อย เนื่องเพราะตัวขับเสียงเพียงตัวเดียวโดดๆ นั้นไม่สามารถจะตอบสนองครอบคลุมช่วงความถี่เสียงได้อย่างที่ประสาทหูของมนุษย์นั้นรับฟังได้ แม้บางทีเราจะพบเห็นตัวขับเสียงแบบที่เรียกว่า full-range กัน แต่นั่นก็เป็นเพียงตัวขับเสียงที่ทำงานตอบสนองครอบคลุมความถี่เสียงได้ “เฉพาะช่วง” เท่านั้น มิได้ตอบสนองครอบคลุมตลอดช่วงความถี่ 20-20,000 เฮิรตซ์อย่างที่หูมนุษย์โดยทั่วไปรับรู้กัน ซึ่งก็อาจจะมีค่าความผิดเพี้ยนทางเสียงติดตามมาค่อนข้างมาก เนื่องจาก “ขัดต่อ” สภาพทางฟิสิกส์
ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ตัวขับเสียงอย่างน้อย 2 ตัวทำงานควบคู่กันดังที่กล่าว เพื่อให้ “อย่างน้อย” ตัวขับเสียงทั้ง 2 ตัวนั้นจะได้ช่วยกันทำหน้าที่ขับขานความถี่เสียงออกมาครอบคลุมได้เต็มช่วง “ใกล้เคียง” กับที่หูมนุษย์นั้นรับฟังได้ ภายใต้เงื่อนไขค่าความผิดเพี้ยนทางเสียงที่น้อยที่สุด โดยจำเป็นต้องมี “วงจรตัดกรอง/แบ่งช่วงความถี่” เข้ามาเกี่ยวข้อง เพื่อทำหน้าที่-แบ่งสรร- ภาระหน้าที่ในการขับขานแต่ละช่วงความถี่ที่เหมาสม และเหมาะเจาะให้กับตัวขับเสียงแต่ละตัว
โดยทั่วไปตัวขับเสียงต่ำนั้น มักจะเรียกขานกันว่า “midrange/woofer” ด้วยเหตุว่า มีภาระหน้าที่ในการขับขานช่วงความถี่เสียงครอบคลุมตั้งแต่ช่วงเสียงต่ำๆ ขึ้นไปยันช่วงเสียงกลาง มิได้ทำงานแต่เฉพาะช่วงย่านความถี่ต่ำแต่เพียงอย่างเดียวอย่างที่ “woofer” ทำ ซึ่งนั้นทำให้ต้องมี “midrange” เข้ามารับภาระหน้าที่ร่วมด้วยช่วยกัน ก่อนที่ช่วงความถี่สูงเกินกว่านั้นจะถูกปล่อยให้เป็นหน้าที่ของตัวขับเสียงสูง ซึ่งมักเรียกกันว่า “tweeter” เพื่อให้สามารถครอบคลุมช่วงความถี่เสียง “เต็มช่วงย่าน” อย่างที่หูมนุษย์นั้นสามารถรับรู้ได้ดังที่กล่าวข้างต้น
เรามาเจาะจงกันที่ “tweeter” (ทวีตเตอร์) นี่กันก่อนในตอนนี้ อย่างที่รับรู้-รับทราบกันทวีตเตอร์โดยส่วนใหญ่ในปัจจุบันมักมีลักษณะเป็น “โดมโค้ง” ที่นูนออกมา เรียกกันทั่วไปว่า -dome tweeter- แล้วทำไมถึงได้กลายมาเป็น “INVERTED” dome tweeter ของ FOCAL กันได้เดี๋ยวจะสาธยายให้รับรู้กัน ตอนนี้มาดูกันที่ส่วนประกอบต่างๆ ทีเกี่ยวข้องกับการทำงานของ dome tweeter กันก่อน
…ตัวขับเสียง หรือในภาษาอังกฤษเรียกว่า driver นั้น จะต้องมีส่วนที่เรียกว่า “ไดอะแฟรม” (diaphragm) ในการทำหน้าที่ “เปล่งเสียง” ความถี่ต่างๆ ออกมา ตามภาระหน้าที่ของมันในแต่ละช่วงย่าน ทีนี้ –ไดอะแฟรม- จะทำหน้าที่เปล่งเสียงความถี่ต่างๆ ออกมาได้ ก็ต้องพึ่งพาส่วนที่เรียกว่า “วอยซ์คอยล์” (voice coil) ซึ่งประกอบขึ้นจากขดลวดเล็กจิ๋วพันรอบแกนกระบอกเล็กๆ (ที่อาจทำจากกระดาษ หรือสารพลาสติกชนิดต่างๆ และแม้กระทั่งอะลูมิเนียม) เข้ามาแปะติดแนบชิดกับไดอะแฟรม ประหนึ่งเป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่ง –วอยซ์คอยล์- นั้นก็จะถูกจัดวางอยู่ท่ามกลางเส้นแรงแม่เหล็กที่แผ่ออกมาจากแม่เหล็กถาวรของตัวขับเสียง
โดยที่หลักการทำงานของไดอะแฟรมและวอยซ์คอยล์ก็จะคล้ายๆ กับการทำงานของไดนาโม (dynamo) หรือตัวมอเตอร์ (motor) นั่นแหละ กล่าวโดยย่อก็คือว่า เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดที่วางตัวอยู่ท่ามกลางเส้นแรงแม่เหล็กถาวร ก็จะก่อให้เกิดการผลัก-ดึงตัวของวอยซ์คอยล์ให้เคลื่อนที่ (จะเคลื่อนไปข้างหน้า หรือ ถอยหลัง ขึ้นอยู่กับค่าเฟสของกระแสไฟฟ้า หรือ สัญญาณเสียงที่ป้อนเข้ามา) ทีนี้เมื่อวอยซ์คอยล์นั้นเคลื่อนที่ แต่เนื่องจากมีไดอะแฟรมติดแน่นอยู่กับวอยซ์คอยล์ด้วย ไดอะแฟรมจึงสั่นไหวไปตามจังหวะการเคลื่อนตัวของวอยซ์คอยล์
ทีนี้เราต่างทราบกันดีอยู่แล้วว่า เสียงนั้นเกิดจากการสั่นไหวของวัตถุ – สั่นเร็วก็เป็นเสียงช่วงความถี่สูง – สั่นช้าก็เป็นเสียงช่วงความถี่ต่ำ อะไรทำนองนี้ นี่ว่ากันง่ายๆ ซึ่งเมื่อไดอะแฟรมนั้นสั่นไหวจึงก่อเกิดเป็นเสียงขึ้นมาได้ ไดอะแฟรมที่ติดตั้งอยู่ในตัวขับเสียงต่ำ หรือ woofer นั้น รวมทั้ง midrange/woofer ด้วย มักจะมีลักษณะเป็น “ทรงกรวย” อย่างที่เรียกในภาษาอังกฤษว่า “cone” ในขณะที่ไดอะแฟรมที่ติดตั้งอยู่ในตัวขับเสียงสูง หรือ tweeter นั้นจะมีลักษณะเป็น “ทรงโค้งนูน” อย่างที่เรียกในภาษาอังกฤษว่า “dome”
ซึ่งจริงๆ แล้ว, ทวีตเตอร์ในอดีตก็มิได้มีรูปทรงเป็น – dome – เช่นที่เราคุ้นตากันในทุกวันนี้ หากแต่ก็มีรูปลักษณะเป็น – cone – นี่แหละ แต่ด้วยความที่ทวีตเตอร์นั้นต้องรับภาระหน้าที่ในการขับขานช่วงความถี่เสียงที่สูงตั้งแต่ช่วง 2,000 เฮิรตซ์ขึ้นไปจนถึง (หรือเกินกว่า) 20,000 เฮิรตซ์ ทำให้ส่วนของไดอะแฟรมและวอยซ์คอยล์ต้องมี “มวล” ที่น้อยยิ่งกว่า midrange/woofer หลายเท่า เพราะต้องสั่นไหวอย่างรวดเร็วฉับไวในช่วงความถี่สูง หากมี “มวล” มากก็จะก่อให้เกิด “แรงต้าน” รวมทั้ง “แรงเฉื่อย” ที่เพิ่มมากขึ้น จนมิอาจทำให้ทวีตเตอร์นั้นทำหน้าที่อย่างดีได้
การลดขนาดของไดอะแฟรมและวอยซ์คอยล์ให้เล็กลง จึงเป็นแนวคิดแรกๆ – cone – ของทวีตเตอร์จึงเล็กจิ๋ว แต่ก็ยังมี “แรงต้าน” จากมวลอากาศ รวมทั้ง “แรงเฉื่อย” จากการเคลื่อนที่ –ติดตัว- อยู่อีกพอสมควร อีกทั้งการลดขนาด – cone – ของทวีตเตอร์ ก่อให้เกิดมุมการกระจายเสียง หรือ dispersion ที่ “แคบ” ลงอย่างมากติดตามมา จนได้นำพามาสู่การพัฒนาขึ้นของ “dome tweeter” เพื่อแก้ไขในจุดบกพร่องต่างๆ ของ cone tweeter
ด้วยความโดดเด่นกว่าที่ว่า, ใครๆ ก็ล้วนทราบดีว่ารูป “ทรงโค้ง” หรือ dome นั้นให้ –ความแข็งแรง” ทางโครงสร้างมากยิ่งกวู่ปทรงใดๆ นั่นเพราะ “ทรงโค้ง” สามารถกระจาย หรือ ถ่ายเทแรงกด “เฉลี่ย” ออกไปโดยรอบได้ – dome – จึงแข็งแรงมาก อีกทั้ง “ทรงโค้ง” ยังลู่ลมอยู่พอสมควร “แรงต้าน” จากมวลอากาศจึงน้อยลง “dome tweeter” จึงเป็นทางเลือกที่ดีมาก
…แล้วทำไมถึง FOCAL จึงได้เลือกแนวทางที่ดูจะค้านกับแนวทาง dome tweeter – เราต้องมาดูตรงจุดนี้ครับ มาดูตรงจุดของการก่อกำเนิดเสียง – เอาละ ดูดีๆ นะครับ เราทราบดีว่า ไดอะแฟรมและวอยซ์คอยล์เป็นตัวก่อให้เกิดเสียง ซึ่งเมื่อวอยซ์คอยล์เคลื่อนที่ ไดอะแฟรมก็จะสั่นไหวไปด้วย ตัวโดมทวีตเตอร์ก็จะต้องสั่นไหวกันด้วยความเร็วสูงเพื่อให้เกิดเป็นเสียงความถี่สูง แต่ทีนี้ส่วนของ “ยอดโดม” ซึ่งอยู่ปลายสุดก็จะเป็นส่วนที่สั่นไหวช้าสุด – จริงไหมครับ
วอยซ์คอยล์และบริเวณโดยรอบ (ขอบ) ของไดอะแฟรมได้ก่อให้เกิดเป็นเสียงขึ้นมาแล้ว “ยอดโดม” เพิ่งจะสั่นไหว กลายเป็นเสียง “ส่วนเกิน” หรือ ความเพี้ยนที่เกิดขึ้นจาก “ความช้า” ทาง –ค่าเวลา- ที่บริเวณยอดโดม …นี่แหละครับที่นับเป็นปัญหา
ซึ่งทาง FOCAL โดย Jacques Mahul ผู้ก่อตั้งบริษัท “FOCAL/JM Lab” ณ ปัจจุบัน ได้เป็นผู้คิดค้น-พัฒนาหาลู่ทางการแก้ไขปัญหาดังกล่าว เดิมทีนั้นก่อนหน้าที่ Jacques Mahul จะมาก่อตั้งบริษัท “FOCAL/JM Lab” ตัวเขาได้เคยทำงานในตำแหน่ง chief engineer ให้กับทาง AUDAX และเนื่องจาก Jacques Mahul นับเป็น ‘hi-fi freak’ ตัวยงมาตั้งแต่ช่วงวัยรุ่น ครั้นพอมาได้ทำงานร่วมกับทาง AUDAX เขาก็เลยได้ออกแบบ-สร้างสรรค์ “the first soft-dome tweeter made in Europe” ขึ้นมา จนฝากชื่อไว้ในวงการ รวมทั้งในเวลาต่อมาตัวเขาก็ได้มีแนวคิดในการใช้ double voice-coils เป็นครั้งแรกของวงการอีกด้วย
จากนั้น Jacques Mahul ก็ได้ลาออกจาก AUDAX ก้าวเข้ามาสู่การทำธุรกิจของตัวเอง เพื่อทำการผลิตไดรเวอร์คุณภาพสูงในแนวทางความเป็น Hi-End “สุดโต่ง” ตามแบบฉบับ-แนวคิดของตัวเขา กระทั่งต่อมา “FOCAL/JM Lab” ได้เติบโตขึ้นอย่างรวดเร็ว จากผลของการตอบรับกับคุณภาพระดับสูงจากไดรเวอร์ภายใต้ตรา “FOCAL” เพราะในตอนนั้นโลกของลำโพงเรียกได้ว่า แทบจะขาดแคลนไดรเวอร์ใช้งานในระดับสูงอย่างแท้จริงกัน
Jacques Mahul ได้ออกแบบ “inverted dome tweeter” ด้วยแนวความคิด “นอกกรอบ” ของตัวเขาเองเช่นเคย จนได้กลายเป็น “นวัตกรรม” ของวงการไปเลย ในช่วงปีคศ.1981 หลังจากที่ Jacques Mahul ได้ปล่อยระบบลำโพงรุ่น “DB-20” ออกมาจำหน่าย
ทั้งนี้ทั้งนั้น “inverted dome” tweeter หรือ ทวีตเตอร์แบบโดมเว้าเข้า ของ Jacques Mahul แตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากทวีตเตอร์แบบโดมโค้งนูน หรือ dome tweeter โดยทั่วไป ทั้งในแง่ของการออกแบบ และผลลัพธ์ทางเสียง โดยที่ทวีตเตอร์แบบโดมนูนจะมีวอยซ์คอยล์ติดตั้งอยู่รอบๆ ขอบตัวโดม ในขณะที่ inverted dome ของ Jacques Mahul นั้นติดตั้งวอยซ์คอยล์ไว้ที่บริเวณตรงกลางตัวโดม ทำให้การส่งผ่านพลังงาน-สัญญาณเสียงจากวอยซ์คอยล์นั้น “ตรง” เข้าสู่ตัวโดมได้สูงกว่าแบบโดมธรรมดาถึงกว่า 50% – ความฉับพลันทันใดในรายละเอียดเสียงจึงมีอยู่อย่างเต็มเปี่ยม เรียกได้ว่าใกล้เคียงกับต้นฉบับสัญญาณเสียงอย่างที่สุด
ที่สำคัญ inverted dome tweeter ของ Jacques Mahul ยังให้มุมกระจายเสียงที่กว้างขวางยิ่งกว่า dome tweeter ธรรมดาทั่วไป รวมไปถึงเรื่องของค่าเฟสเสียงที่ให้ความต่อเนื่องกับ midrange/woofer แบบกรวย (cone driver) อย่างลงรอยอีกด้วย ผลลัพธ์ทางเสียงจึงให้ความกลมกลืนกันอย่างมากระหว่าง midrange/woofer กับ inverted dome tweeter (ซึ่ง Jacques Mahul ได้จดทะเบียนสิทธิบัตรไว้)
ไม่เพียงเท่านั้น Jacques Mahul ยังได้คิดค้น-พัฒนาวัสดุตัวกรวยลำโพง (cone material) ในแบบฉบับของตนเองขึ้นมา เพื่อให้สอดคล้องกับ inverted dome tweeter ของเขาอย่างที่สุด ภายใต้ชื่อวัสดุ “W” cone โดยที่ “W” cone นี้จะมีลักษณะของตัวกรวยที่แม้จะเป็นแบบ sandwich cone แต่ก็แตกต่างอย่างมากจากใครๆ โดยโครงสร้างของ “W” cone นั้นนับว่าซับซ้อนมาก อันประกอบขึ้นจากชั้นวัสดุ kevlar จำนวน 2 ชั้นที่ผนึกติดกันอยู่ด้วยโฟมที่โครงสร้างผิวหน้าด้านหนึ่ง ในขณะที่โครงสร้างผิวหน้าอีกด้านหนึ่งจะเป็นชั้นวัสดุ glass fibre จำนวน 2 ชั้นที่ผนึกติดกันอยู่ด้วยโฟมเช่นกัน
“W” cone จึงให้อัตราเร่งในการตอบสนองต่อสัญญาณฉับพลัน-ทันใดได้อย่างดียิ่ง ซึ่งทำให้ “FOCAL/JM Lab”เลือกใช้ midrange/woofer รวมทั้ง woofer ที่เป็นแบบ “W” cone นี้ในระบบลำโพงระดับ top class ของ FOCAL ในปัจจุบัน ซึ่งความจริงแล้วนั้น “W” มาจากคำว่า ‘verre’ ในภาษาฝรั่งเศส ที่มีความหมายว่า “แก้ว” หรือ glass นั่นเอง เมื่อนำมา “ประกบ” กันในลักษณะของ sandwich จึงเท่ากับ “vv” (v – 2 ตัวติดกัน) ที่มองดูคล้าย “w” จึงเป็นที่มาของชื่อเรียกขาน “W” cone
…เอาละครับ คงพอได้รับทราบกับที่มาและที่ไปในแนวทางการออกแบบ รวมทั้ง “ข้อดี” และ “ผลลัพธ์” ทางเสียงของ inverted dome tweeter กันไปแล้ว และในครั้งหน้าเราจะกลับมาพบกันใหม่ในเรื่องราวของเทคโนโลยีที่น่าสนใจของแวดวงเครื่องเสียงกันต่อไป แล้วพบกันในฉบับหน้าครับ …สวัสดี
