Ази акустики для чайників: типи акустичного оформлення колонок, стаття. Журнал "Stereo & Video"

Наша сеть партнеров Banwar

Зберегти і прочитати потім -

В попередньому путівнику для меломанів , Присвяченому акустиці приміщення ми з'ясували, що будь-яка кімната - свого роду резонатор, драматично впливає на характер звучання системи. Тепер прийшла пора поговорити безпосередньо про джерела цього самого звучання, тобто про акустичні системи.

Щоб як слід розібратися в процесах, що відбуваються в ящику, на стінці якого змонтований один або кілька динаміків, потрібно вдумливо прочитати пару-трійку книжок, в кожній з яких формул більше, ніж у всьому шкільному курсі фізики. Я забиратися в такі нетрі не буду, так що не варто даний матеріал як вичерпний аналіз або керівництво з будівництва аудіофільскій колонок. Однак дуже сподіваюся, що він допоможе початківцям меломанам (та й деяким хронічним теж) як слід зорієнтуватися в розмаїтті акустичних рішень, кожне з яких його розробники, зрозуміло, називають єдино правильним.

Деякий час після винаходу в 1924 році електродинамічного випромінювача з конічним дифузором (окей, просто динаміка), його дерев'яне обрамлення виконувало в першу чергу декоративні і захисні функції. Воно і зрозуміло - після довгих років прослуховування платівок через слюдяні мембрани і розтруби грамофонів, саунд нового пристрою і без будь-якої акустичної доопрацювання здавався просто апофеозом милозвучності.

Однак технології записи швидко вдосконалювалися і стало зрозуміло, що більш-менш правдоподібно відтворити чутний діапазон динаміком, просто закріпленому на якійсь підставці, вкрай проблематично. Справа в тому, що надана сама собі динамічна головка знаходиться в стані акустичного короткого замикання. Тобто хвилі від фронтальної і тилової поверхонь дифузора, що випромінюються, ясна річ, в протифазі, безперешкодно накладаються один на одного, що найсумнішим чином відбивається на ефективності роботи, і в першу чергу на передачу басів.

До речі, в процесі даного розповіді я буду найчастіше міркувати саме про низьких частотах, так як їх відтворення - ключовий момент в роботі будь-якого корпусу АС. ВЧ-драйвери в силу малої довжини випромінюваних хвиль у взаємодії з внутрішнім об'ємом колонки взагалі не потребують, і частіше за все повністю від нього ізольовані.

душа нарозхрист

Найпростіший спосіб відокремити фронтальне випромінювання динаміка від тилового - змонтувати його на щиті якомога більшого розміру. З цієї простої ідеї і народилися, власне, перші акустичні системи, які представляли собою ящик з відкритою задньою стінкою, оскільки для компактності краю щита просто взяли, та й загнули під прямим кутом. Однак в плані відтворення басів успіхи подібних конструкцій вражали не дуже. Крім недосконалості корпусу проблема була ще і в дуже невеликій за сучасними поняттями ході підвіски дифузорів. Щоб хоч якось вийти з положення, використовувалися динаміки якомога більшого розміру, здатні розвивати прийнятне звуковий тиск при невеликій амплітуді коливань.

Незважаючи на гадану примітивність подібних конструкцій, у них були і деякі гідності, причому настільки специфічні і цікаві, що адепти відкритих АС не перевелися до сих пір.

Почати з того, що відсутність будь-яких перешкод на шляху звукових хвиль - кращий шлях до підвищення чутливості. Момент цей особливо цінний для аудіофільскій лампових підсилювачів, особливо однотактний або позбавлених зворотного зв'язку. Паперові дифузори великого діаметра навіть на потужності близько чотирьох-п'яти ват здатні створити досить-таки значний, і при цьому на подив відкритий і вільний саунд.

Що ж стосується тилового випромінювання, то щоб не вносити спотворень в прямий звук, воно повинно приходити до слухача з помітною затримкою (понад 12-15 мс) - в такому випадку його вплив відчувається як легка реверберація, лише додає в саунд повітря і розширює музичний простір . Тонкість в тому, що для створення цієї самої «помітної затримки» колонки, зрозуміло, повинні бути розташовані на неабиякому відстані від стін. До того ж велика площа передньої панелі і значні розміри НЧ-драйверів відповідним чином позначаються на загальних габаритах АС. Одним словом, володарів невеликих і навіть середніх житлових кімнат прохання не турбуватися.

До речі, окремий випадок відкритих систем - акустика, побудована на електростатичних випромінювачів. Тільки за рахунок майже невагомою діафрагми великої площі, до всіх вищеописаних переваг, у електростат додається здатність філігранно передавати навіть самі різкі динамічні контрасти, а завдяки відсутності поділу сигналу в зонах СЧ і ВЧ, ще й завидна тембральная точність.

Відкрите оформлення

Плюси: Висококласні відкриті колонки - відмінний спосіб отримати реальний кайф від прослуховування пурістскіх лампових однотактніков.

Мінуси: Про жирні компресійні баси краще забути відразу. Весь звуковий тракт повинен бути підпорядкований ідеї відкритої акустики, а самі колонки доведеться вибирати з вкрай обмеженого числа пропозицій.

Замкнений у ящику

З ростом потужності і поліпшенням параметрів підсилювачів надвисока чутливість акустики перестала бути головним каменем спотикання, а ось проблеми нерівномірності АЧХ, і особливо правильного відтворення басів, стали ще більш актуальними.

Гігантський крок до прогресу в даному напрямку зробив в 1954 році американський інженер Едгар вільчури. Він запатентував акустичну систему закритого типу, і це був аж ніяк не трюк в стилі нинішніх патентних тролів.

До того моменту вже був винайдений фазоинвертор і, ясна річ, до ящика з дном динамік теж приміряли неодноразово, тільки ось нічого доброго з цього не виходило. Через пружності замкнутого об'єму повітря доводилося або втрачати значну частину енергії дифузора, або робити корпус непомірно великим, щоб знизити градієнт тиску. Вільчури ж вирішив звернути зло на благо. Він сильно знизив пружність підвісу, переклавши таким чином контроль за рухом дифузора на обсяг повітря - пружину куди більш лінійну і стабільну, ніж гофр або гумове кільце.

У закритому ящику руху дифузора контролюються повітрям - на відміну від паперу або гуми він не старіє і не зношується

Так вдалося не тільки повністю позбутися від акустичного короткого замикання і підняти віддачу на низьких частотах, але і відчутно згладити АЧХ на всьому її протязі. Однак виявився і мінорний момент. З'ясувалося, що демпфірування замкнутим об'ємом повітря призводить до підвищення резонансної частоти рухомої системи і різкого погіршення відтворення частот нижче даного порогу. Для боротьби з такою неприємністю довелося збільшувати масу дифузора, що логічним чином призвело до зниження чутливості. Плюс поглинання всередині «чорного ящика» мало не половини акустичної енергії, не могло не внести вкладу в зниження звукового тиску. Одним словом, нового типу колонок потрібні були підсилювачі досить серйозною потужності. На щастя, на той момент вони вже існували.

Сабвуфер SVS SB13-Ultra з закритим акустичним оформленням

Сьогодні закрите оформлення застосовується здебільшого в сабвуферах, особливо в тих, що претендують на серйозне музичне виконавство. Справа в тому, що для домашніх кінотеатрів енергійна відпрацювання найнижчих басів часто виявляється важливішим динамічної і фазової точності на всьому протязі НЧ-діапазону. А ось об'єднавши відносно компактний закритий саб з пристойними сателітами, можна домогтися куди більш правильного звуку - нехай і не наповненого надглибоких басами, зате вкрай швидкого, зібраного і чіткого. Все вищесказане можна віднести і на рахунок повнодіапазонних колонок, «закриті» моделі яких зрідка з'являються на ринку.

закритий ящик

Плюси: Зразкова швидкість атаки і дозвіл в низькочастотному діапазоні. Відносна компактність конструкції.

Мінуси: Потрібно досить потужний підсилювач. Надглибоких басів на межі інфразвуку домогтися вельми скрутно.

Справа - труба

Ще одним способом приборкання протівофазного тилового випромінювання став фазоинвертор, по-російськи буквально «разворачіватель фази». Найчастіше він являє собою порожню трубку, змонтовану на передній або задній поверхні корпусу. Принцип роботи зрозумілий з назви і нехитрий: раз позбавлятися від випромінювання зворотного боку дифузора важко і нераціонально, значить потрібно синхронізувати його по фазі з фронтальними хвилями і використовувати на благо слухачів.

По суті труба з повітрям є самостійною колебательной системою, яка отримує імпульс від руху повітря всередині корпусу. Володіючи абсолютно певною частотою резонансу, фазоинвертор працює тим ефективніше, чим ближче коливання дифузора до частоти його налаштування. Звукові хвилі вищих частот зрушити з місця повітря в трубі просто не встигають, а більш низькі хоча і встигають, але чим вони нижче, тим сильніше зміщується фаза випромінювання фазоінвертора, і, відповідно, його ефективність. Коли поворот фази досягає 180 градусів, тунель починає відверто і дуже ефективно глушити звук басового драйвера. Саме цим пояснюється дуже круте падіння звукового тиску АС нижче частоти настройки фазоінвертора - 24 дБ / окт.

У боротьбі з турбулентними призвуками конструктори фазоінверторів постійно експериментують

У закритого ящика, між іншим, на частотах нижче резонансної спад АЧХ куди більш плавний - 12 дБ / окт. Однак на відміну від глухої коробки, коробка з трубою в бічній стіні не змушує конструкторів йти на будь-які хитрощі заради максимального зниження резонансної частоти самого динаміка, що досить клопітно і дорого. Тунель фазоінвертора налаштувати куди простіше - досить підібрати її внутрішній обсяг. Це, правда, в теорії. На практиці, як завжди, починаються непередбачувані труднощі, наприклад, на великих рівнях гучності повітря на виході з отвору може шуміти майже як вітер в пічному димоході. До того ж інертність системи частенько стає причиною падіння швидкості атаки і погіршення артикуляції на басах. Одним словом, простір для експериментів і оптимізації перед конструкторами фазоінверторний систем відкривається просто неймовірний.

фазоинвертор

Плюси: Енергійна віддача на НЧ, можливість відтворення найглибших басів, відносна простота і дешевизна виготовлення (при неабиякою складності розрахунку).

Мінуси: У більшості реалізацій програє закритому ящику в швидкості атаки і чіткості артикуляції.

Обійдемося без котушки

Спроби позбутися від генетичних проблем фазоінвертора, а заодно і заощадити на обсязі корпусу без шкоди для глибини баса, наштовхнули розробників на ідею замінити порожню трубу на мембрану, що приводиться в рух коливаннями все того ж робочого об'єму повітря. Простіше кажучи, в закритому ящику встановили ще один низькочастотний драйвер, тільки без магніту і звукової котушки.

Конструкція отримала назву «пасивний випромінювач» (Passive radiator), яке часто-густо не надто грамотно переводять з англійської як «пасивний радіатор». На відміну від труби сабвуфера, пасивний дифузор займає куди менше простору в корпусі, не такий критичний до розташування, і до того ж він, як і повітря всередині закритого ящика, демпфує провідний драйвер, згладжуючи його АЧХ.

Пасивний випромінювач сабвуфера REL S / 5.Основний драйвер спрямований в підлогу

Ще один плюс - зі збільшенням площі поверхні, що випромінює для досягнення потрібного звукового тиску потрібна менша амплітуда коливань, а значить, знижуються наслідки нелінійної роботи підвісу. Коливаються обидва дифузора синфазно, а резонансна частота вільної мембрани налаштовується точним регулюванням маси - до неї попросту підклеюють грузик.

пасивний випромінювач

Плюси: Компактність корпусу при вражаючою глибині басів. Відсутність фазоінверторний призвуків.

Мінуси: Збільшення маси випромінюючих елементів призводить до зростання перехідних спотворень і уповільнення імпульсного відгуку.

Вихід з лабіринту

Акустика, озброєна фазоінверторами і пасивними випромінювачами, відтворює глибокі баси завдяки резонаторам, які працюють за посередництва повітря всередині АС. Однак хто сказав, що обсяг колонки не може грати роль низькочастотного випромінювача сам по собі? Звичайно може, і відповідна конструкція називається акустичний лабіринт. По суті, вона являє собою хвилевід, протяжністю в половину або чверть довжини хвилі, на якій планується досягти резонансу системи. Іншими словами конструкція налаштовується по нижній межі частотного діапазону АС. Звичайно використовувати хвилевід повної довжини хвилі було б ще ефективніше, але тоді для частоти, скажімо, 30 Гц, його довелося б робити 11-метровим.

Щоб в колонці розумних розмірів вмістити навіть удвічі більше компактну конструкцію, в корпусі встановлюють перегородки, що формують максимально компактний вигнутий хвилевід, поперечним перерізом приблизно рівним площі дифузора.

Від фазоинвертора лабіринт відрізняється в першу чергу менш «резонансним» (тобто не акцентованим на певній частоті) звучанням. Відносно низька швидкість і ламінарного руху повітря в широкому хвилеводі перешкоджає виникненню турбулентності, що породжує, як ми пам'ятаємо, небажані призвуки. Крім того, в даному випадку драйвер вільний від компресії, що підвищує резонансну частоту, адже його тилове випромінювання не зустрічає ніяких перешкод.

Існує думка, що акустичні лабіринти створюють менше проблем зі стоячими хвилями в кімнаті. Однак при найменших прорахунках в розробці або виготовленні, стоячі хвилі можуть виникнути в самому хвилеводі, який, на відміну від фазоінвертора, має куди більш складну структуру резонансів.

Взагалі треба сказати, що грамотний розрахунок і точна настройка акустичного лабіринту - процеси досить непрості і трудомісткі. Саме з цієї причини даний тип корпусу зустрічається нечасто, і тільки в АС дуже серйозного цінового рівня.

акустичний лабіринт

Плюси: Не тільки гарна віддача, але і висока тональна точність басів.

Мінуси: Неабиякі розміри, дуже висока складність (читай - вартість) створення правильно працює конструкції.

Гей, на поромі!

Рупор - найдавніший і, мабуть, самий провокаційний тип акустичного оформлення. Виглядає круто, якщо не сказати епатажно, звучить яскраво, а часом ... У старих фільмах герої іноді кричать один одному щось в рупор, і характерна забарвлення такого звуку давно стала мемом і в музичному, і в кіношному світі.

Avantgarde Acoustics Trio з низькочастотних рупорним масивом Basshorn XD висотою 2,25 м

Звичайно від жерстяної воронки з ручкою теперішня акустика пішла дуже далеко, але принцип роботи все той же - рупор підвищує опір повітряного середовища для кращого узгодження з відносно високим механічним опором рухомий системи динаміка. Таким чином, підвищується його ККД, а заодно і формується чітка спрямованість випромінювання. На відміну від всіх описаних раніше конструкцій, рупор найчастіше використовується в високочастотних ланках АС. Причина проста - його перетин збільшується по експоненті, і чим нижче відтворена частота, тим більшим має бути розмір вихідного отвору - вже на 60 Гц потрібно розтруб діаметром 1,8 м. Зрозуміло, що такі монструозні конструкції більше підходять для стадіонних концертів, де їх дійсно періодично можна зустріти.

Головний козир адептів рупорного відтворення полягає в тому, що акустичне посилення дозволяє при заданій звуковий віддачі зменшити хід мембрани, а значить, підняти чутливість і поліпшити музичне дозвіл. Так-так, знову кивок власникам лампових однотактніков. До того ж при грамотному розрахунку розтруби можуть грати роль акустичних фільтрів, круто відсікаючи звук за межами своєї смуги і дозволяючи обмежитися найпростішими, а тому що вносять мінімальні спотворення електричними кросовер, а іноді і взагалі обійтися без них.

Скептики ж не втомлюються нагадувати про характерну рупорної забарвленням, особливо помітною на вокалі, і надає йому характерну гугнявість. Побороти цю неприємність дійсно нелегко, хоча судячи з того, як грають кращі зразки High-End-рупорів, цілком реально.

рупор

Плюси: Високий акустичний ККД, а значить, відмінна чутливість і непогане музичне дозвіл системи.

Мінуси: Характерна яких важко забарвлення звуку, недитячі розміри середньо- і тим більше низькочастотних конструкцій.

Кола на воді

Саме такою аналогією найпростіше описати характер випромінювання контрапертурних акустичних систем, вперше розроблених в Радянському Союзі в 80-х роках минулого століття. Принцип роботи нетривіальний: пара однакових динаміків змонтована так, що їх дифузори розташовані один навпроти одного в горизонтальній площині і рухаються симетрично, то стискаючи, то розтискаючи повітряний прошарок. В результаті створюються кільцеві повітряні хвилі, рівномірно розходяться в різні боки. Причому характеристики цих хвиль в процесі їх поширення спотворюються мінімально, а їх енергія згасає повільно - пропорційно відстані, а не його квадрату, як у випадку звичайних АС.

Крім дальнобійності і кругової спрямованості, контрапертурние системи цікаві напрочуд широкої вертикальної дисперсією (близько 30 градусів проти стандартних 4-8 гр.), А також відсутністю доплерівського ефекту. Для динаміків він проявляється в биттях сигналу, викликаних постійною зміною відстані від джерела звуку до слухача через коливання дифузора. Правда, реальна чутність даних спотворень досі викликає багато суперечок.

Взаємне проникнення концентричних звукових полів правої і лівої колонок створюють досить велику і рівномірну зону об'ємного сприйняття, тобто по суті питання точного позиціонування АС щодо слухача стає не актуальний.

Зворотний бік медалі - велика небезпека ранніх віддзеркалень цих хвиль від стін і меблів, про шкідливість яких я докладно розповідав в статті «Ази акустики для чайників: як правильно розставити колонки в кімнаті» .

Характерна особливість контрапертури в тому, що звук, який приходить до слухача фактично з усіх боків, хоча і створює вражаючий ефект присутності, не може в повній мірі передати інформацію про звукову сцену. Звідси розповіді слухачів про відчуття літаючого по кімнаті рояля і інші чудеса віртуальних просторів.

контрапертуру

Плюси: Широка зона ефектного об'ємного сприйняття, натуралістичність тембрів завдяки нетривіальному використання хвильових акустичних ефектів.

Мінуси: Акустичне простір помітно відрізняється від звукової сцени, задуманої при записі фонограми.

Та інші...

Якщо ви думаєте, що на цьому список варіантів оформлення колонок вичерпується, значить ви сильно недооцінюєте конструкторський ентузіазм Електроакустика. Я описав тільки найбільш ходові рішення, залишивши за кадром близьку родичку лабіринту - трансмісійну лінію, смуговий резонатор, корпус з панеллю акустичного опору, навантажувальні труби ...

Nautilus від Bowers & Wilkins - одна з найбільш незвичайних, дорогих і авторитетних в плані звучання акустичних систем.Тип оформлення - навантажувальні труби

Подібна екзотика зустрічається досить рідко, але іноді вона матеріалізується в конструкції з дійсно унікальним звучанням. А іноді і немає. Головне не забувати, що шедеври, як і посередності, зустрічаються у всіх оформленнях, що б не говорили ідеологи того чи іншого бренду.

Підготовлено за матеріалами журналу "Stereo & Video", червень 2016 р www.stereo.ru