Азы акустики для чайников: типы акустического оформления колонок
В предыдущем путеводителе для начинающих меломанов, посвященном акустике помещения мы выяснили, что любая комната — своего рода резонатор, драматически влияющий на характер звучания системы. Теперь пришла пора поговорить непосредственно об источниках этого самого звучания, то есть об акустических системах.
Чтобы как следует разобраться в процессах, происходящих в ящике, на стенке которого смонтирован один или несколько динамиков, нужно вдумчиво прочитать пару-тройку книжек, в каждой из которых формул больше, чем во всем школьном курсе физики. Я забираться в такие дебри не буду, так что не стоит данный материал как исчерпывающий анализ или руководство по постройке аудиофильских колонок. Однако очень надеюсь, что он поможет начинающим меломанам (да и некоторым хроническим тоже) как следует сориентироваться в разнообразии акустических решений, каждое из которых его разработчики, разумеется, называют единственно правильным.
Некоторое время после изобретения в 1924 году электродинамического излучателя с коническим диффузором (окей, просто динамика), его деревянное обрамление исполняло в первую очередь декоративные и защитные функции. Оно и понятно — после долгих лет прослушивания пластинок через слюдяные мембраны и раструбы граммофонов, саунд нового устройства и безо всякой акустической доработки казался просто апофеозом благозвучия.
Мембраны граммофонов изготавливались чаще всего из алюминия или слюды
Однако технологии записи быстро совершенствовались и стало понятно, что более-менее правдоподобно воспроизвести слышимый диапазон динамиком, просто закрепленном на некой подставке, крайне проблематично. Дело в том, что предоставленная сама себе динамическая головка находится в состоянии акустического короткого замыкания. То есть волны от фронтальной и тыловой поверхностей диффузора, излучаемые, понятное дело, в противофазе, беспрепятственно накладываются друг на друга, что самым печальным образом отражается на эффективности работы, и в первую очередь на передаче басов.
Кстати, в процессе данного рассказа я буду чаще всего рассуждать именно о низких частотах, так как их воспроизведение — ключевой момент в работе любого корпуса АС. ВЧ-драйверы в силу малой длины излучаемых волн во взаимодействии с внутренним объемом колонки вообще не нуждаются, и чаще всего полностью от него изолированы.
Душа нараспашку
Самый простой способ отделить фронтальное излучения динамика от тылового — смонтировать его на щите как можно большего размера. Из этой простой идеи и родились, собственно, первые акустические системы, представлявшие собой ящик с открытой задней стенкой, поскольку для компактности края щита просто взяли, да и загнули под прямым углом. Однако в плане воспроизведения басов успехи подобных конструкций впечатляли не слишком. Помимо несовершенства корпуса проблема была еще и в очень небольшом по современным понятиям ходе подвески диффузоров. Чтобы хоть как-то выйти из положения, использовались динамики как можно большего размера, способные развивать приемлемое звуковое давление при небольшой амплитуде колебаний.
PureAudioProject Trio 15TB с 15-дюймовыми НЧ-драйверами на трехслойных бамбуковых панелях
Несмотря на кажущуюся примитивность подобных конструкций, у них имелись и кое-какие достоинства, причем настолько специфические и интересные, что адепты открытых АС не перевелись до сих пор.
Начать с того, что отсутствие каких-либо препятствий на пути звуковых волн – лучший путь к повышению чувствительности. Момент этот особенно ценен для аудиофильских ламповых усилителей, в особенности однотактных или лишенных обратной связи. Бумажные диффузоры большого диаметра даже на мощности порядка четырех-пяти ватт способны создать довольно-таки внушительный, и при этом на удивление открытый и свободный саунд.
При высоте 1,2 м в мире открытой акустики Jamo R907 считаются практически компактами
Что же касается тылового излучения, то чтобы не вносить искажений в прямой звук, оно должно приходить к слушателю с заметной задержкой (свыше 12-15 мс) — в таком случае его влияние ощущается как легкая реверберация, лишь добавляющая в саунд воздуха и расширяющая музыкальное пространство. Тонкость в том, что для создания этой самой «заметной задержки» колонки, разумеется, должны быть расположены на изрядном расстоянии от стен. К тому же большая площадь передней панели и внушительные размеры НЧ-драйверов соответствующим образом сказываются на общих габаритах АС. Одним словом, обладателей небольших и даже средних жилых комнат просьба не беспокоиться.
Кстати, частный случай открытых систем — акустика, построенная на электростатических излучателях. Только за счет почти невесомой диафрагмы большой площади, ко всем вышеописанным преимуществам, у электростатов добавляется способность филигранно передавать даже самые резкие динамические контрасты, а благодаря отсутствию разделения сигнала в зонах СЧ и ВЧ, еще и завидная тембральная точность.
Открытое оформление
Плюсы: Высококлассные открытые колонки — отличный способ получить реальный кайф от прослушивания пуристских ламповых однотактников.
Минусы: Про жирные компрессионные басы лучше забыть сразу. Весь звуковой тракт должен быть подчинен идее открытой акустики, а сами колонки придется выбирать из крайне ограниченного числа предложений.
Запертый в ящике
С ростом мощности и улучшением параметров усилителей сверхвысокая чувствительность акустики перестала быть главным камнем преткновения, а вот проблемы неравномерности АЧХ, и в особенности правильного воспроизведения басов, стали еще более актуальными.
Гигантский шаг к прогрессу в данном направлении сделал в 1954 году американский инженер Эдгар Вильчур. Он запатентовал акустическую систему закрытого типа, и это был отнюдь не трюк в стиле нынешних патентных троллей.
Патентная заявка Эдгара Вильчура на АС в закрытом оформлении
К тому моменту уже был изобретен фазоинвертор и, понятное дело, к ящику с дном динамик тоже примеряли неоднократно, только вот ничего хорошего из этого не получалось. Из-за упругости замкнутого объема воздуха приходилось или терять существенную часть энергии диффузора, или делать корпус непомерно большим, чтобы снизить градиент давления. Вильчур же решил обратить зло во благо. Он сильно понизил упругость подвеса, переложив таким образом контроль за движением диффузора на объем воздуха — пружину куда более линейную и стабильную, чем гофр или резиновое кольцо.
В закрытом ящике движения диффузора контролируются воздухом — в отличие от бумаги или резины он не стареет и не изнашивается
Так удалось не только полностью избавиться от акустического короткого замыкания и поднять отдачу на низких частотах, но и ощутимо сгладить АЧХ на всем ее протяжении. Однако обнаружился и минорный момент. Выяснилось, что демпфирование замкнутым объемом воздуха приводит к повышению резонансной частоты подвижной системы и резкому ухудшению воспроизведения частот ниже данного порога. Для борьбы с такой неприятностью пришлось увеличивать массу диффузора, что логичным образом привело к снижению чувствительности. Плюс поглощение внутри «черного ящика» чуть ли не половины акустической энергии, не могло не внести вклада в снижение звукового давления. Одним словом, новому типу колонок потребовались усилители довольно серьезной мощности. К счастью, на тот момент они уже существовали.
Сабвуфер SVS SB13-Ultra с закрытым акустическим оформлением
Сегодня закрытое оформление применяется по большей части в сабвуферах, особенно в тех, что претендуют на серьезное музыкальное исполнительство. Дело в том, что для домашних кинотеатров энергичная отработка самых низких басов часто оказывается важнее динамической и фазовой точности на всем протяжении НЧ-диапазона. А вот объединив относительно компактный закрытый саб с приличными сателлитами, можно добиться куда более правильного звука — пускай и не наполненного сверхглубокими басами, зато крайне быстрого, собранного и четкого. Всё вышесказанное можно отнести и на счет полнодиапазонных колонок, «закрытые» модели которых изредка появляются на рынке.
Закрытый ящик
Плюсы: Образцовая скорость атаки и разрешение в низкочастотном диапазоне. Относительная компактность конструкции.
Минусы: Требуется достаточно мощный усилитель. Сверхглубоких басов на грани инфразвука добиться весьма затруднительно.
Дело — труба
Еще одним способом обуздания противофазного тылового излучения стал фазоинвертор, по-русски буквально «разворачиватель фазы». Чаще всего он представляет собой полую трубку, смонтированную на передней или задней поверхности корпуса. Принцип работы понятен из названия и незамысловат: раз избавляться от излучения обратной стороны диффузора трудно и нерационально, значит нужно синхронизировать его по фазе с фронтальными волнами и использовать на благо слушателей.
Амплитуда и фаза движения воздуха в фазоинверторе меняются в зависимости от частоты колебаний диффузора
По сути труба с воздухом является самостоятельной колебательной системой, получающей импульс от движения воздуха внутри корпуса. Обладая совершенно определенной частотой резонанса, фазоинвертор работает тем эффективнее, чем ближе колебания диффузора к частоте его настройки. Звуковые волны более высоких частот сдвинуть с места воздух в трубе просто не успевают, а более низкие хотя и успевают, но чем они ниже, тем сильнее смещается фаза излучения фазоинвертора, и, соответственно, его эффективность. Когда поворот фазы достигает 180 градусов, тоннель начинает откровенно и весьма эффективно глушить звук басового драйвера. Именно этим объясняется очень крутое падение звукового давления АС ниже частоты настройки фазоинвертора — 24 дБ/окт.
В борьбе с турбулентными призвуками конструкторы фазоинверторов постоянно экспериментируют
У закрытого ящика, между прочим, на частотах ниже резонансной спад АЧХ куда более плавный — 12 дБ/окт. Однако в отличие от глухой коробки, коробка с трубой в боковой стенке не заставляет конструкторов идти на любые хитрости ради максимального снижения резонансной частоты самого динамика, что довольно хлопотно и дорого. Тоннель фазоинвертора настроить куда проще — достаточно подобрать ее внутренний объем. Это, правда, в теории. На практике, как всегда, начинаются непредвиденные сложности, например, на больших уровнях громкости воздух на выходе из отверстия может шуметь почти как ветер в печном дымоходе. К тому же инертность системы частенько становится причиной падения скорости атаки и ухудшения артикуляции на басах. Одним словом, простор для экспериментов и оптимизации перед конструкторами фазоинверторных систем открывается просто невероятный.
Фазоинвертор
Плюсы: Энергичная отдача на НЧ, возможность воспроизведения самых глубоких басов, относительная простота и дешевизна изготовления (при изрядной сложности расчета).
Минусы: В большинстве реализаций проигрывает закрытому ящику в скорости атаки и четкости артикуляции.
Обойдемся без катушки
Попытки избавиться от генетических проблем фазоинвертора, а заодно и сэкономить на объеме корпуса без ущерба для глубины баса, натолкнули разработчиков на идею заменить полую трубу на мембрану, приводимую в движение колебаниями все того же рабочего объема воздуха. Проще говоря, в закрытом ящике установили еще один низкочастотный драйвер, только без магнита и звуковой катушки.
Пассивный излучатель может увеличить эффективную поверхность диффузора вдвое, или даже в трое, если в одной колонке они установлены парой
Конструкция получила название «пассивный излучатель» (Passive radiator), которое сплошь и рядом не слишком грамотно переводят с английского как «пассивный радиатор». В отличие от трубы сабвуфера, пассивный диффузор занимает куда меньше пространства в корпусе, не так критичен к расположению, и к тому же он, как и воздух внутри закрытого ящика, демпфирует ведущий драйвер, сглаживая его АЧХ.
Пассивный излучатель сабвуфера REL S/5. Основной драйвер направлен в пол
Еще один плюс — с увеличением площади излучающей поверхности для достижения нужного звукового давления требуется меньшая амплитуда колебаний, а значит, снижаются последствия нелинейной работы подвеса. Колеблются оба диффузора синфазно, а резонансная частота свободной мембраны настраивается точной регулировкой массы — к ней попросту подклеивают грузик.
Пассивный излучатель
Плюсы: Компактность корпуса при впечатляющей глубине басов. Отсутствие фазоинверторных призвуков.
Минусы: Увеличение массы излучающих элементов приводит к росту переходных искажений и замедлению импульсного отклика.
Выход из лабиринта
Акустика, вооруженная фазоинверторами и пассивными излучателями, воспроизводит глубокие басы благодаря резонаторам, работающим при посредничестве воздуха внутри АС. Однако кто сказал, что объем колонки не может играть роль низкочастотного излучателя сам по себе? Конечно может, и соответствующая конструкция называется акустический лабиринт. По сути, она представляет собой волновод, протяженностью в половину или четверть длины волны, на которой планируется добиться резонанса системы. Иными словами конструкция настраивается по нижней границе частотного диапазона АС. Конечно использовать волновод полной длины волны было бы еще эффективнее, но тогда для частоты, скажем, 30 Гц, его пришлось бы делать 11-метровым.
Акустический лабиринт — любимая конструкция акустиков-самодельщиков. Но при желании корпуса самой хитрой формы можно заказать и в готовом виде
Чтобы в колонке разумных размеров уместить даже вдвое более компактную конструкцию, в корпусе устанавливают перегородки, формирующие максимально компактный изогнутый волновод, поперечным сечением примерно равным площади диффузора.
От фазоинвертора лабиринт отличается в первую очередь менее «резонансным» (то есть не акцентированным на определенной частоте) звучанием. Относительно низкая скорость и ламинарность движения воздуха в широком волноводе препятствует возникновению турбулентности, порождающей, как мы помним, нежелательные призвуки. Кроме того, в данном случае драйвер свободен от компрессии, повышающей резонансную частоту, ведь его тыловое излучение не встречает практически никаких препятствий.
Схема для расчета корпуса на dbdynamixaudio.com
Бытует мнение, что акустические лабиринты создают меньше проблем со стоячими волнами в комнате. Однако при малейших просчетах в разработке или изготовлении, стоячие волны могут возникнуть в самом волноводе, который, в отличие от фазоинвертора, имеет куда более сложную структуру резонансов.
Вообще надо сказать, что грамотный расчет и точная настройка акустического лабиринта — процессы весьма непростые и трудоемкие. Именно по этой причине данный тип корпуса встречается нечасто, и только в АС очень серьезного ценового уровня.
Акустический лабиринт
Плюсы: Не только хорошая отдача, но и высокая тональная точность басов.
Минусы: Нешуточные размеры, очень высокая сложность (читай — стоимость) создания правильно работающей конструкции.
Эй, на пароме!
Рупор — самый древний и, пожалуй, самый провокационный тип акустического оформления. Выглядит круто, если не сказать эпатажно, звучит ярко, а временами… В старых фильмах герои иногда кричат друг другу что-то в рупор, и характерная окраска такого звука давно стала мемом и в музыкальном, и в киношном мире.
Avantgarde Acoustics Trio с низкочастотным рупорным массивом Basshorn XD высотой 2,25 м
Конечно от жестяной воронки с ручкой теперешняя акустика ушла очень далеко, но принцип работы все тот же — рупор повышает сопротивление воздушной среды для лучшего согласования с относительно высоким механическим сопротивлением подвижной системы динамика. Таким образом, повышается его КПД, а заодно и формируется четкая направленность излучения. В отличие от всех описанных ранее конструкций, рупор чаще всего используется в высокочастотных звеньях АС. Причина проста — его сечение увеличивается по экспоненте, и чем ниже воспроизводимая частота, тем большим должен быть размер выходного отверстия — уже на 60 Гц потребуется раструб диаметром 1,8 м. Понятно, что такие монструозные конструкции больше подходят для стадионных концертов, где их действительно периодически можно встретить.
Главный козырь адептов рупорного воспроизведения заключается в том, что акустическое усиление позволяет при заданной звуковой отдаче уменьшить ход мембраны, а значит, поднять чувствительность и улучшить музыкальное разрешение. Да-да, снова кивок обладателям ламповых однотактников. К тому же при грамотном расчете раструбы могут играть роль акустических фильтров, круто отсекая звук за пределами своей полосы и позволяя ограничиться самыми простыми, а потому вносящими минимальные искажения электрическими кросоверами, а иногда и вообще обойтись без них.
Системы Realhorns — особая акустика для особых случаев
Скептики же не устают напоминать о характерной рупорной окраске, особенно заметной на вокале, и придающей ему характерную гнусавость. Побороть данную неприятность действительно нелегко, хотя судя по тому, как играют лучшие образцы High-End-рупоров, вполне реально.
Рупор
Плюсы: Высокий акустический КПД, а значит, отличная чувствительность и неплохое музыкальное разрешение системы.
Минусы: Характерная трудноустранимая окраска звука, недетские размеры средне- и тем более низкочастотных конструкций.
Круги на воде
Именно такой аналогией проще всего описать характер излучения контрапертурных акустических систем, впервые разработанных в Советском Союзе в 80-х годах прошлого века. Принцип работы нетривиален: пара одинаковых динамиков смонтирована так, что их диффузоры расположены друг напротив друга в горизонтальной плоскости и двигаются симметрично, то сжимая, то разжимая воздушную прослойку. В результате создаются кольцевые воздушные волны, равномерно расходящиеся во все стороны. Причем характеристики этих волн в процессе их распространения искажаются минимально, а их энергия затухает медленно — пропорционально расстоянию, а не его квадрату, как в случае обычных АС.
Duevel Sirius сочетает элементы рупорной и контрапертурной конструкций
Помимо дальнобойности и круговой направленности, контрапертурные системы интересны на удивление широкой вертикальной дисперсией (порядка 30 градусов против стандартных 4-8 гр.), а также отсутствием доплеровского эффекта. Для динамиков он проявляется в биениях сигнала, вызванных постоянным изменением расстояния от источника звука до слушателя из-за колебаний диффузора. Правда, реальная слышимость данных искажений до сих пор вызывает много споров.
Взаимное проникновение концентрических звуковых полей правой и левой колонок создают весьма обширную и равномерную зону объемного восприятия, то есть по сути вопрос точного позиционирования АС относительно слушателя становится не актуален.
Итальяно-российская контрапертурная акустика Bolzano Villetri
Обратная сторона медали — большая опасность ранних отражений этих волн от стен и мебели, о вредоносности которых я подробно рассказывал в статье «Азы акустики для чайников: как правильно расставить колонки в комнате».
Характерная особенность контрапертуры в том, что звук, приходящий к слушателю фактически со всех сторон, хотя и создает впечатляющий эффект присутствия, не может в полной мере передать информацию о звуковой сцене. Отсюда рассказы слушателей об ощущении летающего по комнате рояля и прочих чудесах виртуальных пространств.
Контрапертура
Плюсы: Широкая зона эффектного объемного восприятия, натуралистичность тембров благодаря нетривиальному использованию волновых акустических эффектов.
Минусы: Акустическое пространство заметно отличается от звуковой сцены, задуманной при записи фонограммы.
И другие.
Если вы думаете, что на этом список вариантов оформления колонок исчерпывается, значит вы сильно недооцениваете конструкторский энтузиазм электроакустиков. Я описал только наиболее ходовые решения, оставив за кадром близкую родственницу лабиринта — трансмиссионную линию, полосовой резонатор, корпус с панелью акустического сопротивления, нагрузочные трубы.
Nautilus от Bowers & Wilkins — одна из самых необычных, дорогих и авторитетных в плане звучания акустических систем. Тип оформления — нагрузочные трубы
Подобная экзотика встречается довольно редко, но иногда она материализуется в конструкции с действительно уникальным звучанием. А иногда и нет. Главное не забывать, что шедевры, как и посредственности, встречаются во всех оформлениях, что бы ни говорили идеологи того или иного бренда.
Устройство акустических колонок
Звук сопровождает человека от его первых мгновений с момента рождения. Слуховой аппарат, данный нам от Природы, весьма совершенен и приспособлен воспринимать самые различные звуки в широком диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Но если естественные звуки человек привык воспринимать как данность, то по мере развития культуры с одной стороны и технологий — с другой, появилась потребность воспроизвести самые различные звуки с помощью искусственных творений.
Открыв фундаментальные законы физики, познав основные принципа передачи и приема звуковых волн, человек начал создавать приборы — акустические системы — стремящиеся воспроизвести неискаженный и естественный звук с минимальной погрешностью.
Динамическая головка без акустического оформления имеет очень низкую отдачу и совсем плохо воспроизводит нижние частоты звукового спектра.
Простейший способ устранить акустическое короткое замыкание — создать акустическое оформление.
Типы акустического оформления
Рис. 1. Множество типов акустического оформления
Как известно, динамики (акустические излучатели) из-за конструктивных особенностей не могут обеспечить качественное воспроизведение звука во всех диапазонах и, прежде всего, на низких частотах.
На заре развития данной области в качестве акустической конструкции выступал непосредственно сам корпус изделия. В ящике-корпусе, помимо динамика, размещались также и прочие конструктивные элементы: печатные платы, проводка, задние стенки блоков различных устройств, выходящих на внешнюю сторону.
Все это в совокупности приводило к появлению резонансов, что проявлялось в примесях к общему звуку в виде разного рода дребезжания. Как следствие, резко снижалось качество воспроизведения звука вообще и на нижних частотах в частности.
Именно поэтому в дополнение к самой современной и навороченной усилительной системе или мощному CD-проигрывателю, оснащенного цифровыми преобразователями, необходима высококачественная акустическая система, оформленная должным образом.
Перед тем как погружаться в акустические тонкости, рекомендуем ознакомиться с теоретическими размышлениями, посвященным основам акустики в статье «Теория акустики от Андрея Киреева».
Изыскания в области достижения качественного звука породили целую группу типов оформления акустических систем. Одни из вариаций отличались простотой конструкции, как, например, простейший акустический экран или замкнутый ящик. Но при этом указанные типы оформления демонстрировали очень низкий КПД.
Более продвинутый вариант оформления — фазоинвертор, когда в корпусе акустической системы проделывалось специальное отверстие, позволяющее внешнему воздуху вступать во взаимодействие с более упругим во внутреннем пространстве ящика. Но настройка фазоинвертора более сложная, так как учитываются три параметра: общий объем корпуса, длина и сечение тоннеля. Часто в корпус встраивается тоннель регулируемой длиной, для изменения частоты настройки.
Более эффективным типом оформления акустических систем стал полосовой громкоговоритель или громкоговоритель с симметричной нагрузкой. В такой конфигурации объединяются фильтры и верхних и нижних частот. Полосовые динамики в свою очередь подразделяются на одинарный громкоговоритель 4-го порядка и полосовые громкоговорители 6-го порядка с двумя тоннелями.
Вариация 4-го порядка оснащается двумя замкнутыми пространствами, в одно из которых вмонтирован динамик, а во второе — туннель, как в фазоинверторе. Такую систему еще называют симметричной, так как динамик размещается в перегородке между пространствами, в одну из них работает передняя — основная сторона диффузора, а в другую, оснащенную туннелем — обратная.
Но максимальной эффективностью обладает двухтуннельный полосовой громкоговоритель 6-го порядка. Минимальные искажения звука достигаются двойным бандпассом, когда камеры настроены с разницей в октаву. Каждая сторона диффузора нагружена своим туннелем. Однако такая система демонстрирует резкий спад АЧХ при выходе за рабочий диапазон звука.
Как видно, вариаций типов оформлений акустических систем достаточно много, каждая из них обладает своими преимуществами и недостатками. Для более детального ознакомления с существующими видами оформлений, рекомендуем прочитать статью «Типы акустического оформления».
Материалы корпуса
Рис. 2. Акустическая система из бетона Beta Andromeda.
Помимо типов акустического оформления на качество звуковоспроизведения существенное влияние оказывают и материалы. В зависимости от материала, используемого для изготовления корпуса АС, передние и задние стенки ящика излучали звуки разной длины. Это обусловило повышенное внимание обратить на то, из какого материла изготавливались корпуса акустических систем.
В идеале звук, исходящих из динамика, помещенного в корпус акустической системы, должен подвергаться минимальным искажениям, достигая уха человека. Учитывая, что наиболее распространенным материалом, используемым человеком на протяжении многих тысячелетий, является дерево, то его использование в создании корпусов акустических системы вполне естественно. Тем более, что природа наделила Землю широчайшим многообразием естественного возобновляемого сырья.
Но структура древесных волокон у разных видов древесины различается, что заставляет учитывать этот природный эффект. Условия, в которых эксплуатируются АС, могут быть с разной влажностью воздуха. Это приводит к расширению волокон и, следовательно, к изменению качественных свойств всей акустической системы.
Именно поэтому должное применение нашла клееная древесина, а также корпуса, изготовленные с применением современных технологий.
Именно технологии вкупе с природной древесиной породили самые разнообразные и высококачественные производные обработки дерева:
- многослойная проклеенная фанера (ОСП);
- древесно-стружечные плиты (ДСП) с облицовкой шпоном или пластиком с декоративным узором одной или двух сторон полотен;
- мелкодисперсная фракция или древесноволокнистая плита (МДФ).
Помимо дерева и производных обработки древесины, свое применение нашли и иные материалы, используемые для создания корпусов акустических систем. Это, прежде всего, камень вообще и наиболее популярный материал — сланец. Но простой в обработке и хорошо поглощающий вибрацию материал обладает внушительным вестом.
Органическое стекло позволило всем любителям АС в прямом смысле заглянуть внутрь некогда непрозрачного закрытого корпуса акустики.
Металл также не остался в стороне при изготовлении корпусов АС. Наибольшей популярностью пользуются сплавы алюминия, отличающиеся легкостью и жесткостью. Из этого материала, как правило, изготавливаются верхние и нижние панели акустических конструкций.
И уж совсем отдельной категорией стоят разные экзотические материалы, из которых так же предпринимаются попытки создать оптимальный акустический корпус. Это и картон, и просто прессованная бумага.
Поиски достижения минимизации искажения звуковых волн в корпусах современных акустических система продолжаются. Более детально познакомиться с перечнем материалов применяемых при изготовлении самых разных конструкций можно в нашей статье «Материалы корпусов акустических систем».
Резонанс корпусов АС
Как было показано выше на финальные качество то или иной акустической системы определяющее влияние оказывают тип оформления АС, а также материал изготовления корпусов, в которых впоследствии монтируются динамики и прочие компоненты.
Однако эти, безусловно, два важных фактора не являются единственными, от которых зависит качество воспроизведения звука.
Даже если корпуса двух АС имеют одинаковую конструкцию, они могут быть выполнены из разных материалов. Звук также будет отличаться и в случае изготовления идентичных корпусов и одинаковых материалов. У ящиков могут быть стенки разной толщины. Виной всему такое физическое явление как резонанс. Именно он вносит свою лепту в «разноголосие» АС, вызываемом корпусами акустических систем.
Какого бы материала и формы не была стенка АС, она начинает вибрировать под воздействием внутренних и внешних воздействий. С одной стороны, на корпус воздействует внешняя среда, а с внутренней — воздух повышенной упругости, подвергающийся еще и частотному возбуждению, порождаемому головкой диффузора. При совпадении ряда параметров и достижения критической частоты возникнет эффект резонансного отклика к данной нагрузке.
В обобщенных случаях резонансные колебания стенок корпуса АС могут наступать в трех основных ситуациях:
- при изменении уровня давления внутри корпуса АС;
- при противодействующей силе от громкоговорителя;
- при изменении положения других конструктивных составляющих АС (например, панелей).
- Для более полного понимания возникновения резонанса изучалась серия стальных пластин с разными вариациями распорок. Разработаны формулы, дающие достаточно точную картину основных гармоник пластин прямоугольной формы. Структура пластин при этом однородная, края жестко зафиксированные или свободно опертые.
Помимо вышеуказанных причин порождения вибраций стенок корпусов акустических систем, существует еще ряд элементов, которые могут стать причиной появления акустического резонанса.
Это демпфирование (искусственное подавление колебаний), внутреннее поглощение и дополнительные ребра жесткости.
Демпфированием обладают практически все материалы, используемые при изготовлении корпусов АС. Погашение вибраций даже после исчезновения частоты, породившей резонанс, критически зависит от материала изготовления панели. Демпфирование приводит с минимизации вибрации панелей.
Эффект внутреннего поглощения достигается с помощью специального звукопоглощающего материал, которое заполняет внутреннее пространство корпуса АС. Как было сказано выше, таким материалом может выступать различной структуры вата. Этим же материалом можно покрыть и внутренние стенки корпуса.
Наиболее эффективным и при этом достаточно простым способом борьбы с резонансом являются ребра жесткости, конструктивно входящие в корпус АС. Рассчитаны формулы, позволяющие указать местоположение и размеры ребер жесткости. В общем случае, основные резонансные частоты пропорциональны квадратному корню жесткости панели, деленному на массу панели на единицу площади.
Для более детального ознакомления с понятием резонанса акустических систем, а также с расчетными формулами, позволяющим добиться минимизации эффекта, читаем статью «Теория резонанса корпусов».
Выбор динамиков
Рис. 4. Большой выбор компонентов и динамиков для акустических систем
Восприятие звука у человека происходит на естественном природном уровне, поэтому любую фальшь в звуке или засорение его лишними призвуками человеческое ухо фиксирует достаточно четко. С развитием технологий и появлением разного рода излучателей — динамиков, к их конструкции стали предъявляться все возрастающие требования. Цель проста — достичь максимально естественного и качественного воспроизведения звуков с минимальными искажениями.
По мере развития индустрии усложнялись не только корпуса акустических систем, все более сложными становились сами громкоговорители. Кроме того, стали появляться многополосные системы, имеющие на «борту» две и больше диффузоров. Каждый динамик предназначался для воспроизведения определенной части из всего звукового диапазона.
Двухполосные, трехполосные и более сложные системы позволяли воспроизвести качественный звук как в области низких, так и в области средних и высоких частот. Такой подход вполне оправдан, так как звуки, воспроизводимые разными источниками, попадают в разные секторы звукового диапазона, будь это пение, звук барабана или звучание гитары.
Именно многополосные акустические системы, имеющие в составе ряд самых разных динамиков, способны извлечь из всего широкого звукового спектра необходимый звук и обработав его с минимальными искажениями воспроизвести. Необходимость достижения качественного воспроизведения диктует и конструктивные особенности многополосных акустических систем. При этом обязательно учитывается не только непосредственно сама конструкция ящиков АС, ее размеры и количество, но и материал изготовления.
Разделение НЧ, СЧ и ВЧ излучателей в отдельных корпусах позволяет вычленить звук необходимой частоты и обработать его должным образом. Кроме того, удается минимизировать и акустический резонанс (об эффекте которого было сказано выше). При раздельных корпусах или изолированных блоках АС удается существенно снизить вероятность раскачки СЧ и ВЧ-излучателей в районе резонансных частот. Ознакомиться с вариациями сложных акустических систем, позволяющих добиться очень качественного воспроизведения, можно в статье «Одно- и многополочные колонки».
В общем случае конструкция низкочастотного громкоговорителя содержит диффузор, подвеску диффузора, магнитную систему, колебательную катушку и подвес. Неприхотливость, а также разнообразие конструктивных решений при использовании НЧ-динамиков позволяют применять их в совершенно разных обстоятельствах. НЧ динамики отлично отображают басы, поэтому, например, в кинотеатрах, такие конструкции весьма востребованы.
Подробно познакомиться с конструкциями и принципом функционирования низкочастотных динамиков можно в нашей статье «Что такое НЧ динамик?».
Учитывая, что основная доля звуковой информации, принимаемая человеческим мозгом, приходится именно на средние частоты, то повышенные требования к СЧ-динамикам вполне логичны.
По своим конструктивным особенностям СЧ-динамики сопоставимы с низкочастотными. Однако для расширения направленности в верхних секторах звукового диапазона габариты среднечастотников компактнее.
Что касается ВЧ-динамиков или как еще их называют твитерами, то их «специализация» диапазон высоких частот. Современные акустические системы среднего и высокого уровня, как правило, комплектуются твитерами. Задача ВЧ-динамиков обеспечить максимально ровную и гладкую АЧХ в «своем» секторе всего рабочего диапазона АС. А это уже зависит от разработчиков всей акустической системы и ее настройки. Если твитеры будут маломощные и тихие, то звук в верхних частотах «потеряется» и звучание станет тусклым.
Отдельно стоит сказать и о широкополосных акустических системах. Таковыми считались все динамики в самом начале развития АС. Однако по мере развития и повышения требования к звуковоспроизведению один широкополосный динамик стали заменять на систему из двух громкоговорителей, куда подавался звуковой сигнал, предварительно разделенный кроссовером на две полосы.
Современные широкополосные системы — это АС, состоящая из двух динамиков: один — более крупный динамик с тонким и легким бумажным диффузором, отвечает за низкие и средние частоты. Его задача — воспроизведение большей части звукового спектра от низких барабанных басов до вокала. Второй динамик — высокочастотный, меньшего размера с легким диффузором, позволяющим отразить гораздо более высокие тона.
Разделительные фильтры в акустических системах
Рис. 5. Простой кроссовер в отечественной акустической системе
Задача по созданию акустической системы, воспроизводящей идеальный звук — задача не тривиальная, а как показывают предыдущие разделы довольно сложная, содержащая ряд важных моментов. Познакомившись с целым рядом разнообразных типов оформления акустических систем, а также уяснив, что качество материала, из которых создаются корпуса АС, крайне важно, перейдем к еще одному аспекту, влияющему на качество конечного звука — разделительные фильтры.
На качество широкополосного звука пагубное влияние оказывает целый ряд внешних воздействий. Поэтому весьма проблематично обеспечить на всем протяжении рабочего диапазона ровную и стабильную амплитудно-частотную характеристику, удовлетворяющую тем или иным стандартам.
Наряду с решением задачи по минимизации вибраций корпусных элементов АС (см. про резонанс корпусов), а также выбор наиболее эффективного типа акустического оформления, необходимо приложить определенные усилия по очистке звука на всем протяжении рабочего звукового диапазона от примесей и помех.
Для этого служат разделительные фильтры или, иначе говоря, кроссоверы. Роль такого фильтрующего компонента акустической системы весьма специфична, так как кроссовер может существенно улучшить звучание колонки. Но при неправильных расчетах либо при использовании низкокачественных материалов, разделительный фильтр, наоборот, только усугубит искажения звука. Причем это будет наблюдаться даже в очень качественных корпусах с отличными динамиками.
Основная задача кроссовера — разделение широкополосного входящего звукового сигнала на частотные полосы, для последующего выведения разделенного сигнала на соответствующие динамики. Такая задача формирует характеристики фильтра, которые должны учитывать все динамики, входящие в акустическую систему.
Кроссовер, по сути, это два или больше фильтров, у каждого из которых своя задача: либо не пропустит к заданному динамику ту или иную частоту, либо, наоборот, обеспечить максимально качественную передачу звука к «своему» динамику.
Более подробно о причинах применения в акустических системах кроссоверов, а также вариантах настроек разделительных фильтров (на что уходить значительное время) читаем в статье «Зачем нужны разделительные фильтры в АС».
Сложные и необычные формы АС
Рис. 6. Сложные и необычные формы АС
Глубоко и практически досконально изучив возможности стандартных типов акустического оформления и перепробовав множество различных материалов, из которых изготавливаются те или иные звуковые системы, настоящие любители качественного звука идут дальше. Центром внимания становятся не только необычные формы АС, но и особо сложные их модификации.
На какие только ухищрения не идут изобретатели необычных и сложных акустических систем. Законы физики не обманешь, поэтому стремление к идеальному звуку приводит создателей к весьма неожиданным формам АС.
Электростатическое взаимодействие
Принцип электростатического взаимодействия лег в основу экспериментов и разработок одноименных нестандартных излучателей — электростатических громкоговорителей. Конструкция такого динамика и вправду весьма необычная.
Сверхлегкая мембрана с проводящим напылением натягивается между двумя решетками-статорами. Мембрана сверхтонкая (толщина в 10 раз тоньше человеческого волоса). Колебания мембраны возбуждаются усиленным звуковым сигналом, поступающим на решетки-статоры. Как результат — воспроизведение очень детального и прозрачного звука с очень малым коэффициентом нелинейных искажений (всего до 0,05%).
Среди электростатических громкоговорителей различают модификации с криволинейной панелью, сферические, с пластинами с криволинейной поверхностью. Есть изделия с треугольным излучателем и сегментированным статором. А есть конструкции с электростатической панелью с газовым наполнением. Подробнее об указанных вариациях, о достоинствах и недостатках электростатических громкоговорителей можно познакомиться в статье «Электростатический громкоговоритель с широкой диаграммой направленности».
Современные акустические системы
На сегодняшний день ассортимент предлагаемых современных акустических систем чрезвычайно богат. Десятки форматов АС способны удовлетворить запросы даже самого искушенного любителя качественного звука.
АС представлены портативными и бытовыми конфигурациями, студийными и концертными, Hi-Fiи беспроводными, трансляционными. Каждый их представленных вариантов предназначается для своей сферы и соответственно обладает теми или иными характеристиками.
Так бытовая акустика — это недорогие невысокой мощности широкополосные колонки со стереозвуком. Достаточные для прослушивания музыки в домашних условиях.
Студийные и концертные АС — это уже намного более профессиональные конструкции. Такие АС используются специалистами при работе в аудио-студиях. Возможности таких систем гораздо шире, качество звука намного лучше.
Воспроизведение звука в производственных и прочих специальных помещениях для обеспечения должного оповещения — это прерогатива трансляционных акустических систем.
Отдельной и очень популярной категорией являются портативные и беспроводные АС. Используя известный канал bluetooth колонки могут быть не только компактного размера, но и беспроводные. Стильный дизайн (как правило, тип оформления АС — закрытый ящик) и мощный аккумулятор на борту позволяют органично вписать такие колонки в любой стиль, сделав их изюминкой интерьера.
Например, безпроводная акустическая система JBL Charge 4 имеет небольшой размер, хорошее звучание и популярна не только у молодежи. Имеет акустическое оформление с пассивным излучателем, что видно из следующего видео.
Также такие микросистемы очень популярны у спортсменов и прочих любителей мобильной жизни. Гарнитура с приличным качеством воспроизводимого звука всегда под рукой, что чрезвычайно удобно в условиях современного динамичного мира.
Контрапертурные аудиосистемы
Еще одной достаточно необычной акустической системой является контрапертурные АС. Это своего рода всенаправленная акустика, равномерно заполняющая пространство звуковыми волнами. Достигается такой эффект двумя динамиками, расположенными друг напротив друга строго в вертикальной плоскости.
Абсолютно синхронно сталкивающиеся звуковые волны аккумулируют результирующую волну, распространяющуюся во всех направлениях. Во всех точках помещения не будет никаких звуковых ям, одна сплошная комфортная зона прослушивания.
Вибрационные колонки
Для функционирования такой конструкции АС достаточно иметь под рукой любую твердую поверхность: окно, обычный стол или и вовсе коробка из-под сока или молока. Передавая на твердую поверхность вибрации, такое устройство превращает ее один сплошной диффузор.
Безусловно, качество звука такой акустической системы буде невелико, но и такие изделия нашли свое применение на различных выставках, в музеях и ресторанах. Прикрепленное к большой и ровной витрине или стенду устройство превратит их в невидимый громкоговоритель.
Громкоговоритель с круговым излучением
Всеохватывающий громкоговоритель«Omnisono» является одной из вариаций точечного излучателя. Таким динамиком считается такой, размеры которого несоизмеримо малы по сравнению с длиной возбуждаемой им звуковой волны. Если в рабочем диапазоне взять сектор низких частот, то для них точечными излучателями будут все динамики. Однако их направленность обостряется по мере повышения частоты сигнала, когда длина излучаемой звуковой волны и размеры АС становятся соизмеримыми.
Акустический Рубик
Ну и в завершении приведем пример настоящего фаната акустических наук, которых изготовил сабвуфер не просто как качественную акустическую систему. В результате кропотливого труда был создан 15" сабвуфер в форме настоящего … кубика Рубика, гиганта-кубика.
Акустическая система получилась не только эффектной по внешнему виду. Это настоящая герметичная система Sub с большим динамиком и вмонтированным в корпус усилителем. Вибрацию минимизирует существенный вес всей конструкции при точном расчете внутреннего объема и разводки коммуникаций. Детальный фоторепортаж с пояснением смотрите в статье «Сабвуфер в стиле кубика Рубика».
Выводы:
Рис. 7. Разнообразие конструкций акустических систем.
Технологический прогресс не останавливается ни на минуту. В то же время, человек мало в чем изменился в своей физиологии за все прошедшие тысячелетия, а это значить, что диапазон воспринимаемых звуков по-прежнему, для подавляющего числа людей, останется в пределах 20 Гц – 20 кГц. Человек все также будет желать наслаждаться не только естественными природными звуками, но и звуками, созданными искусственно.
Поиски минимизации искажений воспроизводимых звуков будут расширяться не только в области создания новых типов акустического оформления, но также будут предприниматься попытки создать новые уникальные материалы. Используя новейшие технологии и изобретенные акустические системы, человек приблизиться к достижению главной цели — абсолютно прямой и устойчивой амплитудно-частотной характеристики на всем протяжении рабочего диапазона. А может быть и за его пределами.
Акустические системы: стены, сферы, ящики, каналы (часть 5)
В общих чертах, мы уже узнали, какие бывают источники звука, преобразующие электрический сигнал в акустический, и более подробно ознакомились с тем, как устроен самый распространенный в настоящее время источник звука — динамик. Но чтобы воспроизвести звук правильно, или, как принято говорить, с высокой верностью (hi-fidelity), соответствующей аппаратуре Hi-Fi, одного только динамика явно недостаточно.
Динамик в одиночестве почему-то не звучит
Давайте проделаем эксперимент. Возьмем любой простенький широкополосный или среднечастотный динамик небольшого размера и поставим его на стол диффузором вверх. Подключив к усилителю, послушаем через динамик музыку. Странно: динамик, вроде, в порядке, но как-то не звучит. Получается искаженно, не полно, а низких частот почему-то вообще нет.
Теперь продолжим эксперимент. Окружим ладонями динамик с двух сторон, выстроив ими продолжение плоскости диффузора за краями. Результат: появились низкие частоты и все зазвучало гораздо лучше.
То, что создавало проблемы в начале, называется акустическим коротким замыканием. Звуковые волны, воспроизводимые передней поверхностью диффузора, за краями динамика взаимодействуют со звуковыми волнами, воспроизводимыми задней поверхностью, и вычитаются между собой, что приводит к ослаблению слышимого звука, особенно на низких частотах. Для того, чтобы преодолеть этот негатив, и существует такое понятие как акустическое оформление. Простейший вариант нам удалось создать вручную. А теперь изучим основные типы акустического оформления.
Плоская стена
Акустическое оформление призвано заставить правильно работать поверхность подвижной системы динамика. Простейший вариант акустического оформления называется «плоская стена». В нашем эксперименте мы, собственно говоря, ее и создали. И если взять листовой материал достаточной площади, проделать нем отверстие диаметром с диффузор и зафиксировать в нем наш динамик, то он зазвучит очень пристойно.
Акустическое оформление плоская стена (слева) и открытое (справа)
Физически оптимальным акустическим оформлением может быть плоская стенка бесконечной площади, за которой находится бесконечный объем — на него работает тыльная поверхность диффузора. В реальности такой объект невозможен. Плоская стенка преодолевает короткое замыкание не полностью, а ее размеры должны выбираться по принципу «чем больше — тем лучше». Еще одним недостатком плоской стенки является то, что на ее базе можно создать только дипольный излучатель — звук будет воспроизводиться с обеих сторон, что не всегда является позитивным фактором.
Закрытый ящик
Этих недостатков лишен другой тип акустического оформления, широко распространенный по сей день. Он называется «закрытый ящик» (З.Я.) Смысл его работы следует из названия. Динамик монтируется в стенку герметично закрытого ящика, объем воздуха в котором, кстати, имеет собственный резонанс и, будучи правильно рассчитанным, способен позитивно повлиять на амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) акустической системы — именно так называется созданный нами объект. Для демпфирования внутреннего объема ящика в него часто помещают пористый материал, распределяя его по стенкам или локально. Это может быть хлопковая вата, стекловата, поролон и т. д.
Акустическое оформление — закрытый ящик
Технологичнее и проще всего сделать нашу акустическую систему, то есть, колонку, в виде прямоугольного параллелепипеда. Но у такого варианта есть немало недостатков. Прежде всего, это внутренние резонансы — когда звук «мечется», отражаемый параллельными стенками, от стенки к стенке, резонируя на определенных частотах. Математические расчеты показывают, что одним из лучших вариантов закрытого ящика является шар, но уж никак не параллелепипед, от которого часто пытаются отойти. Разработчики стремятся сделать стенки не параллельными, закруглить углы и так далее, что позитивно влияет на звучание и негативно — на стоимость системы.
Фазоинвертор, лабиринт, ПАС
Акустическое оформление «закрытый ящик» при неплохом звучании имеет и негативные моменты. Мало того, что сам по себе коэффициент полезного действия нашего динамика не так уж высок. В закрытом ящике к тому же «работает» только передняя поверхность диффузора, излучение задней поверхности до нашего слуха не доходит, понижая КПД системы приблизительно вдвое.
Применить с пользой излучение с задней стороны диффузора позволяет акустическое оформление «фазоинвертор». В ящик вставляется труба, и ее геометрия в сочетании с объемом ящика рассчитывается таким образом, чтобы резонанс получившейся системы приходился в нужную область частотного диапазона, а излучение в этой частотной области для слушателя было синфазным (синхронным) с передней поверхностью диффузора.
Таким образом, излучение, «забранное» от задней поверхности диффузора, дополняет излучение передней. КПД системы на низких частотах резко повышается. Именно поэтому практически в большинстве современных колонок используется фазоинвертор. С другой стороны, такое оформление может привести к определенному падению качества звучания, причем именно в басовом диапазоне.
Акустическое оформление — трасмиссионная линия
Отдельным классом акустического оформления считается лабиринтное, в котором к тыльной стороне динамика примыкает достаточно длинный фазоинвертор, сделанный в виде некоего криволинейного канала. Кроме того, и сам порт фазоинвертора может иметь переменное сечение и специальную аэродинамическую геометрию поверхностей, которая предотвращает дополнительные призвуки от движения столба воздуха внутри фазоинвертора.
Иногда это действительно похоже на лабиринт
Отчасти аналогичный принцип реализован в акустическом оформлении с применением панели акустического сопротивления, когда, к примеру, задняя стенка закрытого ящика делается перфорированной, то есть, с множеством отверстий, закрытых тканью, создающей определенное сопротивление потоку воздуха.
Пассивный излучатель
И, наконец, акустическое оформление, получившее распространение в автономных аккумуляторных спикерах, особенно популярных последнее время. Это пассивный излучатель (ПИ). Фактически, ПИ — это тот же динамик, но только без магнитной системы и голосовой катушки. Его диффузор имеет определенный вес и параметры подвижной системы. Резонансная частота такого пассивного излучателя может быть рассчитана на заданный диапазон при том, что его размеры гораздо меньше, чем размеры аналогичного столба воздуха — впечатляющие «низы» можно получить от устройства сравнительно небольших размеров.
Акустическое оформление — пассивный излучатель
Потому пассивные излучатели и получили особое распространение в компактных спикерах. Существует система с более изощренным применением ПИ, когда низкочастотный динамик с малым диаметром, но длинным ходом, работает на пассивный излучатель гораздо большей площади, способный сформировать пониженный низкочастотный предел получившейся колонки.
Рупор
Все вышеперечисленные варианты акустических оформлений применяются, по большей части, в области низких частот. Что же касается остальных частот слышимого диапазона, то здесь применимы рупорные варианты акустического оформления. На самом деле, для низких частот рупоры тоже делают, но они получаются очень уж большими.
Так работает рупор
Рупор позволяет сделать изучение динамика узконаправленным, резко подняв звуковое давление, то есть громкость, в зоне прослушивания. Сейчас рупорные системы применяются нечасто. С одной стороны, их звучание можно назвать аудиофильским. С другой стороны, рупорным системам присуща серьезная неравномерность амплитудно-частотной характеристики — такие колонки бывают очень хороши для одних жанров музыки и не годятся для других.
Как устроен кабинет?
Простейший корпус колонки — его еще называют кабинет — это обычный ящик. Но не стоит думать, что здесь все так просто. На стенки корпуса действует серьезное давление, вызванное движением диффузора, поэтому корпус должен быть достаточно «жестким, но не звонким», то есть иметь хорошее сопротивление к возникновению собственных резонансов. Для этого внутри корпуса устанавливают дополнительные элементы жесткости — ребра, распорки. Внутренний объем корпуса в идеале не должен иметь параллельных стенок: зачастую они просто закруглены, но и полностью сферические корпуса — не такая уж редкость.
Типичный корпус из MDF
Казалось бы, логично сделать стенки корпуса из обычной древесины, но в этом случае возникают проблемы, связанные с неоднородностью (анизотропностью) и плохой повторяемостью параметров этого материала. Потому наиболее распространенным материалом кабинетов стал МДФ — древесно-волоконная плита. Часто применяется и березовая фанера, используют слои деревянного шпона, последовательно накладываемого на клей, композитные материалы, такие как стеклопластик, металлы — экструдированный алюминий, сталь и даже свинец.
Колонки из бетона
На нескольких выставках последнее время появились достаточно удачные колонки, отформованные из бетона. Технологии кабинетов акустики зависят от того, в каких условиях акустика будет работать. Естественно, что для ландшафтных, морских, автомобильных систем применяются материалы, устойчивые к погодным условиям, солнечному излучению, воде, пыли и т.д.
Для каждой полосы — свой динамик и вариант акустического оформления
Не стоит забывать, что в случае с широкополосным динамиком, ему понадобится один собственный кабинет с тщательно прочитанными характеристиками. Но если мы имеем дело с двух- или более полосной системой, то излучатель каждой полосы частот должен получить свое отдельное акустическое оформление.
Существовали различные воззрения на максимальное необходимое количество частотных полос в акустике. В некоторых образцах колонок семидесятых годов прошлого столетия, например, таких полос могло быть до 5–7. Сейчас пришли вроде бы к оптимальному количеству полос для полноразмерных акустических систем — от двух до четырех. В полочных и бюджетных напольных системах чаще делают две полосы, а более серьезные модели могут вдобавок к трем полосам иметь излучатель самых верхних частот, который называют супертвитером.
Некоторые разработчики очень много внимания форме камер драйверов
Чаще всего полноразмерная напольная колонка имеет три полосы, и тогда практически весь объем кабинета отдается под акустическое оформление низкочастотного динамика/ов. Среднечастотник имеет свой собственный бокс внутри корпуса колонки, который полностью изолирует заднюю сторону диффузора динамика от влияния низкочастотника. Что касается твитера, то тыльная сторона мембраны работает на небольшой объем, образованный конструкцией самого динамика, либо на специально сформированные дополнительные полости, например, в виде трубки.
Спереди пищалка чаще всего имеет вариант рупорного оформления, который в последнее время часто называют волноводом. Это рупор широкого раскрытия, рассчитанный таким образом, чтобы диаграмма направленности пищалки соответствовала всем остальным излучателем, формируя правильную область прослушивания, то есть область, в которой звучание нашей колонки будет наиболее качественным.
Каждому динамику — своя полоса сигнала
Понятно, что звуковой электрический сигнал, поступающий в нашу колонку от усилителя, должен быть разделен согласно возможностям каждого динамика, то есть, на каждый динамик должна попадать часть сигнала, соответствующая его рабочему диапазону частот. Чаще всего это разделение сигнала на полосы осуществляет установленная в колонке схема пассивного кроссовера.
Расчет работы системы кроссовер-динамики-кабинет является одной из важнейших задач создания качественной акустики. В зависимости от характеристик каждого из динамиков подбираются и рассчитываются свойства кроссовера — в частности, крутизна затухания сигнала за границами отведенного динамику частотного диапазона, которая определяет так называемый порядок кроссовера.
Слева направо: двухполосный кроссовер 1-го порядка, 3-го порядка, трехполосный кроссовер 2-го порядка
К альтернативным вариантам разделения частот между динамиками относится раздельное усиление, называемое еще бивайринг (Bi-wiring) и биампинг (Bi-amping). В этом случае к каждому динамику подключается отдельный усилитель. Распределение частот осуществляется на входе таких усилителей электронным кроссовером. Такой вариант может быть точнее настроен и чаще всего обеспечивает более качественное звучание. В случае, когда усилители интегрируются в кабинет, такая колонка называется активной.
Какие бы разные схемы и подходы мы не рассматривали, становится очевидно, что создание акустической системы — это инженерная задача, граничащая с высоким искусством и требующая от разработчика знаний акустики, хорошего уровня материаловедения, подготовки в области электроники и схемотехники. К тому же, всему этому хорошо бы еще сочетаться с хорошим слухом, музыкальным вкусом и большим опытом прослушивания музыки.
Конструкция корпусов
В предисловие. Я не занимаюсь изготовлением акустики ее частей, настройкой или каким-то другим видом проф. деятельности связанным с АС. Этот проект был воплощен, как давняя задумка и проверка собственных сил. Мой основной вид деятельности архитектура и дизайн интерьера. На дизайн этой системы меня натолкнул проект Marco из Римини с hilberink. Меня настолько впечатлил его проект, что я внес совсем незначительные изменения в дизайн, но в целом моя акустика благодаря выглядеть стала совсем иначе. Я обязательно отыщу ссылку, чуть позже.
Я просто приложу фото и думаю все будет ясно, но если кто-то додумается повторить это, то милости прошу в переписку, потому как «камней» довольно много, с удовольствием помогу на них не напоротся.
Конечно все началось с очень подробного проекта с его визуализацией, благо это мне не сложно. Исходя из параметров DC3142 был выбран оптимальный для меня объем в 90 литров, ну а исходя из предпочтений подачи НЧ я все же остановился на классическом ФИ в 2 порта на лицевой панели. Каркас МДФ 22мм,
раскрой на ЧПУ. Его склейка, геометрия должна быть идеальной!
Каркас должен быть собран в идеальной геометрии. Передняя плоскость должна идеально стыковаться с передней панелью, а это все три измерения. Следите за этим. Каркас собирать мордой вниз на идеальной плоскости, а угольниками контролировать углы, допуски минимальны, потому, как подогнуть в допуски перендюю панель МДФ 44мм толщиной очень проблематично :), заполнять чем-то потом щели, ну это, как минимум не комильфо для таких проектов. Каркас собирается эпоксидом как и первый слой фанеры.
Интересная работа мастера.
К моему сожалению потерял связь с ним.Может случайно увидит свою работу и объявиться.
Эту акустику сам не слышал,поэтому ни чего сказать ни могу.А хотелось бы. Аууууу
Неожиданно эта тема получила продолжение:
Акустика на основе сферических корпусов и коаксиальных динамиков.
Сферический корпус — полное отсутствие внутренних переотражений.
Коаксиальный динамик — точечный источник звука.
Мастер Александр Ступаков .Город: Бобруйск.
Мастер Александр Ступаков пишет:
Подумалось, если 100ГДШ в дюралюминиевых шарах http://roundaudio.ru/produkcziya/ так пиарятся, то почему бы не сделать на современных коаксиальных динамиках в классическом добром дереве. Получился отличный звук и оригинальный внешний вид.
Динамик не Tannoy, но и не хуже. Первому надо фазоинвертор, а этот замечательно играет в закрытом ящике.
Коаксиальные 15 » динамики чувствительностью 96дБ играют от 35 Гц до 20 кГц.
Любителям окружных форм посвящается!
Сферическая акустика Tannoy HPD385
Олег Алексеевич, Мариуполь
Tannoy является одним из старейших и самых престижных музыкальных брендов в мире. Продукты некоторых компаний имеют такое глубокое влияние на нашу жизнь, что их названия входят в наш словарь, как имена нарицательные для их изобретений. Например, автомобиль Mercedes, авторучка Parker, бритвенный станок Gillette. Так же и Tannoy, во всём мире известен, как изобретатель и производитель громкоговорителей для самых различных областей человеческой деятельности. На протяжении 90 лет его продукты создаются с нуля и доводятся до совершенства. Фирменная запатентованная технология “Dual Concentric” позволяет создавать многополосные динамики с общим, точечным центром излучения. Их звучание отличается фантастической локализацией образов в пространстве, отсутствием каких-либо интерференционных и фазовых искажений между динамиками, широкой диаграммой направленности, не зависящей от положения слушателя.
Динамики Tannoy HPD являются наследниками технологии Monitor Gold, применяемой во всех именитых студиях звукозаписи со времён Beatles и советской студии Мелодия. Этим они обязаны своей уникальной конструкции, — два динамика, высокочастотный и низкочастотный, расположены концентрически один внутри другого, что позволяет звуку исходить практически из одной точки. Локализация инструментов и вокалистов в пространстве настолько точна, что можно “увидеть”, как пальцы гитариста перемещаются по грифу гитары, или как вокалист немного покачивает головой во время пения. Обычные мониторы предполагают неподвижное положение ушей звукорежиссёра в маленькой области пространства, где создаётся необходимый стереоэффект. Малейший наклон к микшерскому пульту или поворот головы в сторону – и звуковая сцена рассыпается на части, стереоэффект нарушается. С мониторами Tannoy ситуация совершенно другая, — звуковой фронт излучается когерентными волнами, как в реальном концертном зале. Это позволяет сохранять сцену и стереоэффект на большой площади, практически на расстоянии от одного монитора до другого. Динамики HPD385 – это самые большие, самые мощные и технически самые совершенные в ряду студийных мониторов фирмы Tannoy. Магниты сделаны из уникального сплава алюминия, никеля и кобальта (AlNiCo). Этот сплав очень сложен в производстве и обработке, но его магнитная индукция намного больше, чем у обычных ферритовых магнитов. Серия HPD разрабатывалась, как “High Performance Dual”, по сравнению с предшественниками была увеличена чувствительность до 94 дБ, максимальная мощность до 85 Ватт, диффузор был усилен рёбрами жёсткости с тыльной стороны, резонансная частота снижена до 22 Гц. Все эти инновации позволили создать эталонный динамик с большой мощностью, глубоким и чётким басом, потрясающей детализацией высоких частот и малым уровнем искажений практически во всём диапазоне звуковых частот.
Каким бы идеальным не был динамик, его характеристики можно оценить только в связке с акустическим оформлением, или корпусом системы. С точки зрения физики, идеальным акустическим оформлением для динамика является сфера. В сферическом корпусе нет внутренних параллельных поверхностей, а значит, нет стоячих волн и резонансов, усиливающих громкость звука на какой-то одной, резонансной, частоте, и вызывающих неприятный гул и послезвучия на низких частотах. Снаружи сферический корпус также имеет огромное преимущество по сравнению с классическими корпусами. В классических корпусах на любых углах и рёбрах корпуса снаружи происходит интерференция и дифракция звуковой волны, что выражается в неравномерности амплитудно-частотной характеристики на средних и высоких частотах, неприятными призвуками, “выпиранием” определённых музыкальных инструментов и “затуханием” других, возникновением неприятных сибилянтов на высоких частотах. В сферическом же корпусе эта проблема напрочь отсутствует, звуковая волна распространяется в виде идеальной полусферы, никак не взаимодействуя с наружными поверхностями корпуса. В коммерческих проектах, когда учитывается каждый цент себестоимости, производство сферических корпусов, особенно больших объёмов, экономически нецелесообразно. Прямоугольный корпус намного легче спроектировать, сделать, хранить, транспортировать и, самое главное, продать и получить большую прибыль. Но, когда речь идёт о DIY проектах (самодельных), можно пожертвовать трудоёмкостью и временем изготовления в угоду главной цели – достижения идеального звука. Технология изготовления хорошего сферического корпуса достаточно сложна и не каждому по силам. После долгих поисков хорошего специалиста судьба свела меня с таким человеком, Мастером своего дела, более 30 лет делающим только одно – качественные корпуса для акустических систем. Очередь к нему расписана на несколько месяцев вперёд, заказы поступают и из Украины, и из ближнего и дальнего зарубежья. Человек он скромный, рекламу не любит, кому нужны его контакты, обращайтесь в личку. Делает он акустику “не для всех”, как мастер скрипок Страдивари, работает тщательно и кропотливо, выверяя каждый миллиметр, но и оценивает свой труд так же высоко. Не буду долго расхваливать его работу, результаты его трудов говорят сами за себя, стоит только один раз взглянуть на них, а ещё лучше послушать. Корпуса делались без ограничений времени и финансов, целью было создать идеальный корпус для идеального динамика. Расчёт и проектирование по всем правилам физики звука заняли несколько недель, сама работа заняла несколько месяцев. Вес каждой колонки около 50 кг, высота 140 см, диаметр сферы 70 см, внутренний объём 117 литров, толщина стенок 3-5 см, материалы — самые лучшие импортные MDF, ДСП и фанера, кроссоверы собраны из Hi-End комплектующих Mundorf и Solen, внутренняя разводка винтажным проводом Western Electric, акустические терминалы Monacor, снаружи покрытие мелкодисперсной акриловой краской, снижающей отражение и интерференцию звука.
Акустика получилась не только идеально звучащей, но и уникально выглядящей, может стать украшением любого интерьера, и классического, и современного Хай-тек. Особенно нравится женщинам, не знаю почему, но все бабы, которые бывали в гостях, увидев эту акустику, начинают громко визжать от восхищения и гладить эти шары. Если попросить какую нибудь блондинку наклониться и внимательно рассмотреть ажурную подставку акустики, то это занятие на несколько минут вводит её в транс, заставляя замереть в очень привлекательной позе. А если ещё включить хорошую музыку, то звучание этой акустики, как хорошее вино, с первых секунд делает женщину более доброй и доступной…
Технические характеристики:
Максимальная мощность 85 Ватт
Электрическое сопротивление 8 Ом
Чувствительность 94 дБ/Вт/м
Диапазон воспроизводимых частот 30 Гц – 20000 Гц
Частота раздела кроссовера 1000 Гц
Тип корпуса фазоинверторный
Габариты 140 см х 70 см х 70 см
Вес каждой 50 кг
Параметры T/S:
Re 5,7 Ohm
Fs 22 Hz
Qms 2,4
Qes 0,2
Qts 0,18
Bl 18.72 N/A
Cms 0.58 mm/N
Mms 90g
Sd 770 sq. cm
Vas 483 L
Rms 5.1 Mech Ohm
Sensitivity (2.83V/1m) 94.3 dB