Акустические системы

Выбор акустической системы и ее покупка – центральный и ответственнейший момент формирования вашей домашней аудиосистемы. Оно и понятно – ни один компонент не способен так повлиять на качество ее звучания, как акустика. Хорошая система будет отлично звучать в дуэте даже с простеньким музыкальным центром, в то время как неудачно подобранная способна на корню зарезать звук даже в топовом High End-комплексе. Азы акустики Под акустической системой
АС в широком смысле слова будем понимать электромеханический преобразователь электрических звуковых сигналов в акустические. В подавляющем большинстве современных АС более 90 это преобразование осуществляется при помощи электродинамических головок, принцип действия которых основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с проводом звуковой катушки. При протекании токов звуковой частоты по проводу под влиянием электродинамической силы катушка громкоговорителя
попеременно втягивается и выталкивается из кольцевого зазора магнита в зависимости от направления электрического тока. Ну, а дальше все просто звуковая катушка механически соединена с излучателем – диффузором, который, собственно, и создает в пространстве сгущения и разрежения воздуха, т.е. акустические волны. Так как звуковая волна, излучаемая передней фронтальной поверхностью диффузора, находится в противофазе с акустической волной, излучаемой тыльной стороной диффузора, обе эти волны при работе динамической
головки в открытом пространстве могут гасить друг друга, что носит название акустическое короткое замыкание по аналогии с КЗ в электрических сетях. Чтобы избежать этой неприятности, головки помещают в корпус, основным назначением которого и является исключить это самое взаимодействие звуковых волн от фронтальной и тыловой поверхностей диффузора. Динамики, установленные в корпус вместе с разделительными фильтрами, образуют акустическую систему, называемую иногда звуковой колонкой или попросту громкоговорителем. В относительно небольшом количестве акустических систем используются излучатели, основанные на других физических принципах электростатические, пьезоэлектрические, изодинамические, плазменные излучатели. Так как эти типы экзотических громкоговорителей практически не применяются в массовых акустических системах, рамки нашей сегодняшней беседы ограничим рассмотрением только АС с электродинамическими головками. Большие или маленькие
Итак, АС бывают дорогими и не очень, малогабаритными называемые акустическими системами для книжной полки или сокращенно полочными и совсем даже наоборот – предназначенными для непосредственной установки на пол. Поэтому они так и называются напольные акустические системы, что, согласитесь, весьма логично. Малогабаритные полочные акустические системы в силу своих небольших размеров имеют очевидные преимущества перед напольными шкафами при их размещении в малогабаритной квартире.
Кроме того, малые размеры акустических систем для книжной полки позволяют относительно просто обеспечить необходимую жесткость корпуса, что чрезвычайно важно для достижения высокого качества звучания более подробно этот вопрос будет рассмотрен ниже. И наконец меньшие размеры корпуса АС потребуют и меньшего расхода материалов на их изготовление, что вообще-то должно удешевлять этот тип акустических систем. И действительно, если простые, но уже достаточно хорошо звучащие полочные
АС сегодня можно приобрести, начиная с суммы 200, то самые дешевые напольные колонки обойдутся вам никак не меньше 300. Впрочем, на этом преимущества полочных акустических систем перед напольными в основном и заканчиваются. Наряду с отмеченными выше достоинствами, у полочной акустики есть и весьма существенные недостатки. Вследствие малых габаритов упругость воздуха внутреннего объема корпуса существенным образом сказывается на качестве и количестве излучаемых системой низких частот. Естественно, не в лучшую сторону, так как упругость воздуха приводит к уменьшению гибкости подвеса диффузора низкочастотного громкоговорителя, установленного в корпусе акустической системы. Уменьшение гибкости подвеса, в свою очередь, существенно повышает резонансную частоту громкоговорителя. Печальные последствия этого общеизвестны – малогабаритные полочные колонки просто физически не способны при приемлемых значениях их чувствительности об этом – ниже удовлетворительно воспроизводить самые низкие
частоты ниже 50 Гц, хотя те же низко-частотные громкоговорители, установленные в корпуса большого размера, басят будьте любезны. Кроме того, по сравнению с более мощными и, часто более чувствительными напольными системами полочники, как правило воспроизводят меньший динамический диапазон звуковых сигналов. Правда, это отнюдь не означает, что малогабаритные колонки в принципе играют плохо. Отнюдь нет – сбалансированное звучание лучших полочных акустических систем субъективно воспринимается
отлично и порой дает фору многим напольникам. Непременным условием хорошего звучания от малогабаритной акустики является ее правильное размещение. При этом жизненно важно обеспечить надежную установку системы, исключающую нежелательные колебания и вибрации ее корпуса. Проще всего этого можно добиться, устанавливая полочные колонки на специальные подставки Speaker Stand, выпускаемые целым рядом специализированных фирм
Target, Atacama и т.д Однако хорошие стойки стоят весьма недешево – 100-400, поэтому суммарная стоимость покупки дешевой малогабаритной системы вместе с подставками может зашкалить за 500, что вполне соизмеримо со стоимостью относительно приличных напольных колонок. Как говорится – за что боролись Может быть, и впрямь лучше сразу взять да купить напольные колонки и не мучиться с подбором подставок к полочным колонкам В принципе, выбрав большую напольную акустическую систему, мы потенциально можем рассчитывать на более глубокий и мощный бас за счет большого объема корпуса напольной колонки. Но нет в жизни счастья – большие размеры напольных АС создают нам и новые проблемы. Обеспечить жесткость корпуса более крупной акустической системы неизмеримо сложнее, чем корпуса малогабаритной полочной. Тут уж никак не обойтись без внутренних перегородок, стяжек,
ребер жесткости, необходимо применять ДСП большей толщины, а это большая масса колонки и неизбежное увеличение ее стоимости больший вес одинаковых по размеру акустических систем потенциально свидетельствует о лучшем качестве более тяжелой колонки. Если же всего этого не сделать, то звук даже очень большой по размерам акустики, но в картонном корпусе не доставит вам большого удовольствия. Увеличение размеров корпуса колонки приводит к существенному увеличению расхода материалов на ее изготовление.
Согласно некоторым оценкам, в современной акустической системе доля расходов на корпус составляет порядка 60 стоимости АС, приходится ли удивляться тому, что напольная акустика,как правило, стоит намного круче, чем полочные АС. И наконец у относительно больших напольных систем есть и еще один недостаток – большие размеры. Три вместо двух Теперь понятно, что желание добиться отличного или хотя бы более-менее приличного качества воспроизведения низких частот в условиях типовых отечественных мини- и миди-габаритных квартир
часто входит в неразрешимое диалектическое противоречие с необходимостью размещения хороших читай – больших акустических систем на вашей скромной жилплощади. Законы физики не обманешь и посему – в здоровой колонке – здоровый бас Поэтому настоящему аудиофилу и меломану, впрочем, тоже зачастую приходится решать извечную дилемму либо хорошая акустика почти всегда – крупногабаритная, но живи при этом на кухне, либо малогабаритные акустические системы, но придется смириться с хилыми басами. Еще сложнее любителям домашнего театра, ведь им приходится размещать в своем жилище уже не 2, а минимум 5 акустических систем. Поэтому если ваша квартира не позволяет вольготно разместить в ней даже два больших ящика напольных акустических систем, а качество и количество баса малогабаритных систем для книжной полки вас решительно не устраивает, то у вас в этом случае есть два выхода поменять вашу квартиру на большую или купить трехкомпонентную
акустическую систему в составе сабвуфера и двух сателлитов или, что почти то же самое, докупить к полочным акустическим системам отдельный сабвуфер. Второй вариант наверняка покажется предпочтительным для основной массы наших читателей, поэтому остановимся на нем подробно. Это тем более актуально, потому что сабвуфер является сегодня почти непременным атрибутом любой достаточно хорошей системы домашнего театра, так как только с его помощью можно передать истинный драматизм происходящих
на экране событий. Поэтому для любителей домашнего кинотеатра реальной альтернативы сабвуферу практически нет. Итак, настоящая сабвуферно-сателлитная акустическая система состоит из одного большого часто – очень большого низкочастотного блока сабвуфера и двух отдельных относительно малогабаритных акустических систем сателлитов. Такой комплект часто называют трифоник. Большие размеры сабвуфера необходимы для создания достаточного объема акустической камеры для нормальной
работы сверхнизкочастотного громкоговорителя, тогда как средние и высокие частоты вполне удовлетворительно воспроизводят акустические системы-сателлиты даже весьма скромных размеров. Современные сабвуферы, как это следует из их названия, предназначены для эффективного воспроизведения очень низкочастотных звуковых сигналов в полосе частот 20-120 Гц. При этом верхняя граничная частота сабвуфера частота среза встроенного фильтра высоких частот, как правило, допускает возможность плавного изменения в пределах 80-200 Гц для лучшего согласования с сателлитами. Разница между настоящим трифоником и дуэтом полочников с отдельно купленным сабом состоит только в том, что первый проектируется для совместной работы и имеет максимально согласованные характеристики. При этом сателлиты имеют высокую нижнюю рабочую частоту порядка 100-150 Гц и поэтому самостоятельно, без сабвуфера, не используются.
В отличие от трифонического комплекта, хорошие полочные акустические системы в принципе неплохо могут работать и сами, однако если к ним в дальнейшем докупить сабвуфер, их звучание много выиграет от такого взаимовыгодного партнерства. Что касается конструкции сателлитов, то они, по сути дела, являются обычными малогабаритными АС, особенностью их конструкции является, пожалуй, лишь специальная конструкция для компенсации магнитных полей рассеяния громкоговорителей, что является чрезвычайно важным для использования
их в системе домашнего театра. Вот, собственно, и все различия. Активный лучше Сабвуферы бывают пассивными и активными. Активный сабвуфер – это обычный сабвуфер называемый также пассивным, в корпус которого дополнительно встроен собственный мощный усилитель низкой частоты. Преимуществом активного сабвуфера является меньшая нагрузка на основной усилитель низкой частоты, недостатком
– большая стоимость существенно большая. В блоке типичного сабвуфера, как правило, используется либо один общий для двух каналов низкочастотный громкоговоритель, либо, что чаще встречается, два отдельных низкочастотных громкоговорителя, работающих от правого и левого каналов усилителя низкой частоты и нагруженных на общий акустический объем. В первом случае хотя и экономится один громкоговоритель, зато появляется необходимость ввести довольно сложную схему суммирования низкочастотных звуковых сигналов от обоих каналов усилителя. Справедливости ради надо указать, что существуют громкоговорители с двумя звуковыми катушками. В некоторых сабвуферах например, Bose, Jamo и др. два низкочастотных громкоговорителя устанавливаются диффузорами навстречу друг другу, при этом полезное излучение звука происходит от тыльных сторон их диффузоров. Так как электрически эти низкочастотные громкоговорители включены в противофазе друг к другу, то каждый из них обеспечивает эффективную акустическую нагрузку другому громкоговорителю низкочастотные
сигналы обоих стереоканалов практически всегда синфазны, в результате чего облегчается достижение низкой рабочей частоты сабвуфера. В хороших сабвуферах имеется также дополнительная возможность механической подстройки в некоторых пределах частоты настройки фазоинвертора. Это обеспечивается специальной конструкцией фазоинвертора и осуществляется путем вращения порта фазоинвертора, благодаря чему изменяется глубина захода трубы фазоинвертора внутрь корпуса сабвуфера и, следовательно,
изменяется частота настройки фазоинвертора. Благодаря этому, у вас всегда имеется возможность осуществить дополнительную точную настройку фазоинвертора в процессе его эксплуатации. В корпусе сабвуфера, кроме НЧ-громкоговорителей, также располагается схема разделительного фильтра, которая делит входной звуковой сигнал на две частотные полосы. Низкочастотный сигнал, как легко можно догадаться, подается на громкоговоритель громкоговорители сабвуфера,
а другая часть сигнала с нижней граничной частотой от 80-200 Гц – поступает на зажимы для подключения внешних СЧВЧ акустических систем-сателитов. Итак, предположим, приняв к сведению приведенные выше аргументы и факты, вы купили сабвуфер и сателлиты. Теперь вам предстоит решить другую важную задачу правильно подключить друг к другу и грамотно расставить в комнате. Прежде чем подключаться, изучим номенклатуру имеющихся на корпусе сабвуфера разъемов. Как правило, в хороших сабвуферах используются высококачественные позолоченные винтовые зажимы для подключения сабвуфера к усилителям низкой частоты, которые позволяют подключить к ним высококачественные акустические кабели с сечением проводов до 4 кв. мм, а также разъемы типа банан, вилочка и лопаточка. Ко входу сабвуфера подключаются оба канала усилителя. В случае использования активного сабвуфера с собственным усилителем низкой частоты он подключается
к линейному выходу усилителя или к специальному выходу для активного сабвуфера с уже отфильтрованным низкочастотным сигналом. В свою очередь, акустические кабели для подключения сателлитов присоединяются к винтовым зажимам выхода разделительного фильтра низких частот сабвуфера. Теперь вам остается грамотно разместить всю эту трехкорпусную систему в комнате. Сделать это легко, так как ввиду отсутствия направленности самых низких звуковых частот сабвуфер может
быть помещен практически в любом месте вашей комнаты, его даже можно задвинуть под диван. Размещение малогабаритных акустических систем-сателлитов из-за их малых размеров также особых трудностей не вызывает вы можете разместить их и в мебельной стенке, можете повесить их на стену при помощи специальных кронштейнов. Но наилучшим решением проблемы будет установка сателлитов на дополнительно купленные специальные напольные подставки-стойки. Звучание хорошей трифонической системы отличается необыкновенной глубиной
и естественностью передачи басов. Музыка заполняет все пространство в комнате, и кажется, что она рождается прямо из воздуха. По качеству звучания, особенно глубине баса, при размещении в небольших помещениях площадью 9-14 квадратных метров, трифонические системы, пожалуй, не имеют конкурентов. Хотя и в большом помещении они способны на многое. По крайней мере до принятия окончательного решения о покупке новых высококачественных акустических систем для вашей HI-FI стереосистемы или системы домашнего театра обязательно примерьте для себя и вариант с сабвуфером. Наконец сабвуфер ведь можно приобрести и отдельно, в помощь к уже имеющимся у вас акустическим системам. Если мощности вашего усилителя не хватает для того, чтобы на всю катушку раскачать еще и сабвуфер, купите одну из моделей активного сабвуфера со встроенным усилителем низкой частоты. Уж он-то точно сможет научить вашу стереосистему метать громы и молнии
Хорошие модели пассивных и активных сабвуферов выпускаются сегодня целым рядом известных фирм BW, Jamo, JBL, KEF, Mirage, Polk Audio, Yamaha и другие. И спереди, и сзади . Некоторые разработчики считают главным громкоговорителем, во многом определяющим качество и класс звучания домашнего театра, АС центрального канала И действительно, это парадоксальное, на первый взгляд, утверждение большинство из опрошенных любителей
звука наверняка бы назвали в качестве главных фронтальные акустические системы, если хорошо подумать, имеет глубокий смысл. В самом деле, статистические исследования показывают, что громкоговоритель центрального канала воспроизводит примерно 52 всей звуковой информации при просмотре кинофильмов, в том числе почти все диалоги у нас, кроме того, еще и дублирующий голос переводчика. Соответственно правая и левая фронтальные акустические системы воспроизводят по 20 оставшейся звуковой
информации каждая, а на долю тыловых громкоговорителей приходиться всего 8. Поэтому хороший громкоговоритель центрального канала должен с минимальными искажениями воспроизводить широкую полосу частот как минимум 50-20000 Гц, иметь достаточно высокую электрическую мощность и большой запас по перегрузке. Если в вашей системе домашнего театра отсутствует отдельный сабвуфер, на громкоговоритель центрального канала так же как и на фронтальные акустические системы падает дополнительная нагрузка в части воспроизведения ими глубокого и мощного баса. Так как центральный громкоговоритель в системе домашнего театра обычно располагается либо сверху телевизора, либо непосредственно под ним, для лучшего пространственного согласования источника звука с изображением на экране его корпус имеет низкий профиль. Понятное дело, что для исключения заметного влияния на цветной кинескоп телевизора поля рассеяния магнитных систем громкоговорителей тщательно экранируются.
Но и это еще не все Для исключения нежелательных отражений звуковой волны, излучаемой акустической системой центрального канала от экрана кинескопа телевизора что может привести к большой неравномерности АЧХ в помещении, диаграмма его направленности имеет специальную форму, значительно ослабляющую вредное влияние отражений. В некоторых акустических системах центрального канала для этой цели используется специальный профиль защитной рамки с тканью пыльник, которая активно участвует в формировании нужной
диаграммы направленности. В качестве фронтальных акустических систем в системах домашнего театра в принципе могут быть использованы практически любые достаточно хорошие напольные и полочные акустические системы, удовлетворяющие двум дополнительным условиям. Во-первых, их магнитные системы также должны бьиь хорошо экранированы, что позволит размещать эти акустические системы в непосредственной близости от телевизора, чтобы исключить отрыв звукового образа от изображения на экране.
Во-вторых, желательно, чтобы фронтальные громкоговорители имели максимально широкую диаграмму направленности излучаемой звуковой волны, что позволит добиться объемности звука по всему кинозалу в вашей комнате. Что касается акустических систем тылового канала, которые используются в основном для воспроизведения шумовых эффектов и отраженных звуков, то особых требований к качеству их звучания не предъявляется. Не требуется от них в обязательном порядке магнитное экранирование, так как они расположены достаточно далеко от телевизора. Хотя, если такое экранирование в них есть, оно не будет лишним. А вот что действительно важно и весьма желательно для акустических систем тылового канала, так это их круговая диаграмма направленности или по крайней мере диаграмма в виде восьмерки. Такая диаграмма направленности будет способствовать созданию в комнате равномерного поля диффузного звука тылового канала, что в конечном счете усилит эффект присутствия зрителей домашнего театра .
Резонансы и басы Форма корпуса АС наряду с его геометрическими размерами имеет очень важное значение для получения высококачественного звука. В корпусе в виде ящика с параллельными стенками излучаемые задней стороной диффузора звуковые волны испытывают многократные отражения и образуют многочисленные стоячие волны на частотах, длины волн которых кратны соответствующим размерам корпуса. Кроме того, отраженная от стенок корпуса звуковая волна догоняет диффузор громкоговорителя и воздействует
на него, приводя к возникновению в звучании акусти- ческой системы паразитных призвуков и размытости звука. Это явление носит название задержанные резонансы и существенным образом влияет на качество звучания акустической системы. Для борьбы с этой напастью внутренний объем акустической системы заглушают различными звукопоглощающими материалами, что способствует заметному снижению амплитуды стоячих волн внутри корпуса АС. Иногда для решения этой проблемы используют хитрую например, сферическую форму корпуса.
После достаточно короткого периода увлечения шаровыми колонками в 70-е годы, когда такие акустические системы даже выпускались серийно в весьма заметных объемах помните знаменитые шары на тонкой ножке-подставке от фирмы Grundig или отечественные круглые АС от радиолы Вега, в настоящее время такие акустические системы уже практически не выпускаются. И немудрено, так как весьма трудно вписать в интерьер современной квартиры пару шаров диаметром по полметра каждый. Гораздо проще проблема уменьшения внутренних отражений звука внутри корпуса АС решается многими фирмами путем использования ими корпусов с непараллельными стенками и корпусов в виде усеченной пирамиды. Примером таких неправильных корпусов могут служить, например, акустические системы английской фирмы Tannoy. Эти акустические системы имеют верхнюю и нижнюю панели в форме трапеции, при этом лицевая панель имеет большую ширину, чем задняя стенка.
Фирма BW в акустической системе DM302 предложила другой путь борьбы с внутренними отражениями и резонансами. Не мудрствуя лукаво, инженеры этой фирмы предложили просто-напросто погасить энергию звуковых волн от задней поверхности диффузора при помощи специальной структуры из клиньев, помещенных внутрь корпуса АС. Эта идея была заимствована ими у конструкторов безэховых звуковых камер и дала хорошие результаты. Лес поглотителей, растущий на задней панели акустической системы, обеспечивает эффективное рассекание
фронта звуковой волны и поглощение ее энергии. Кстати фирме BW принадлежит авторство еще одной чрезвычайно интересной идей в корпусостроительстве акустических систем. Речь идет о прдложенной ее патентованной матричной сотовой конструкции корпуса АС с использованием в нем внутренней матрицы из многочисленных пересекающихся внутри корпуса горизонтальных и вертикальных распорок-перегородок. В результате применения этой технологии в знаменитых
АС серии Matrix 800 корпуса характеризуются чрезвычайно высокой жесткостью, что практически исключает его вибрации и паразитное излучение звука от корпуса колонки. На некоторых частотах корпус любой акустической системы вдруг обретает свой голос, что приводит к заметной окраске т.е. изменению тембра звучания колонки. Чем меньше уровень этих излучений, тем меньше отсебятины вносит акустика в звук и тем она лучше. Закрытые и фазоинверторные В зависимости от исполнения корпуса акустические системы разделяют на несколько типов по их акустическому оформлению. Самым простым акустическим оформлением является герметично закрытый корпус акустической системы, который так и называют – акустическая система закрытого типа. Преимуществом такого типа корпуса являются простота и хорошие переходные характеристики акустической системы, недостатком – сложность получения достаточно низкой граничной рабочей частоты.
Причина этого уже упоминалась выше и заключается в том, что общая упругость системы повышается, а это приводит к увеличению частоты НЧ-резонанса низкочастотного громкоговорителя, установленного в закрытом корпусе АС. Соответственно повышается нижняя граничная частота диапазона рабочих частот акустической системы и уменьшается уровень ее звукового давления на низких частотах прощай, глубокий бас. Этот недостаток акустического оформления во многом удалось преодолеть в акустических системах с фазоинвертором.
Внешне акустические системы этого типа отличаются от закрытых акустических систем наличием у них на передней или задней стенке выходного отверстия порта фазоинвертора, соединяющего внутренний объем акустической системы с внешним миром. Таким образом, фазоинвертор – это сочетание геометрических размеров внутреннего объема и трубы, обеспечивающее заданную резонанснуючастоту системы. Зачем это сделано и что это дает Оказывается, столь простое конструктивное решение дырка от бублика
позволяет существенно понизить нижнюю граничную частоту акустической системы и заметно увеличить уровень ее звукового давления на низких частотах. Механизм работы фазоинвертора заключается в том, что специально рассчитанный акустический резонатор-фазоинвертор производит инверсию переворот фазы звуковой волны, излучаемой тыльной стороной диффузора. Эта перевернутая звуковая волна с выхода фазоинвертора суммируется со звуковой волной от фронтальной поверхности диффузора, что и приводит к существенному увеличению уровня звукового давления громкоговорителя на частоте настройки фазоинвертора. Достоинства этого типа акустического оформления хорошо известны, недаром сегодня по крайней мере 9 из 10 акустических систем, выпускаемых в мире, имеют фазоинвертор. Судите сами при равных размерах корпуса закрытой и фазоинверсной АС акустические системы с фазоинвертором имеют в 1,26 раза меньшую нижнюю граничную частоту при равном
КПД для обоих типов систем. Если же сконструировать оба типа АС так, чтобы у них были одинаковые размеры корпуса и равные нижние граничные частоты, то акустическая система с фазоинвертором будет иметь на 3 дБ больший КПД, чем конкурирующая закрытая акустическая система. Наконец при одинаковых КПД и нижней граничной частоте акустическая система с фазоинвертором будет иметь
существенно меньшие размеры по сравнению с АС закрытого типа. Однако справедливости ради стоит отметить, что за все хорошее в жизни надо платить, и акустические системы фазоинверторного типа не являются в этом смысле исключением. Расплатой за вышеупомянутые преимущества этого типа акустического оформления являются ухудшение по сравнению с АС закрытого типа переходных характеристик и усложнение согласования
АС с усилителем. Фазоинвертор живет своей жизнью, время нарастания фронта звукового сигнала и длительность затухания его свободных колебаний определяется только акустической добротностью фазоинвертора. Субъективно это проявляется, например, в бухающем звуке большого барабана, глухом звуке литавр, в размытости щипка струны контрабаса и т.д. Однако в массовых моделях акустических систем преимущества от применения фазоинвертора перевешивают его недостатки, так как существенно улучшают глубину звучания басов. Поэтому сегодня акустические системы этого типа составляют львиную долю выпуска в производственных программах ведущих мировых акустических фирм. Разновидностью акустического оформления АС типа фазоинвертор являются акустические системы с пассивным излучателем называемые также системами с пассивным радиатором. В акустических системах этого типа для повышения уровня звукового давления на низких частотах используется пассивный излучатель, представляющий собой часть низкочастотного громкоговорителя
без звуковой катушки и магнитной системы. Принцип действия этого излучателя подобен работе фазоинвертора, так как он также производит инверсию фазы излучения звуковой волны от тыльной стороны диффузора. Путем изменения массы диффузора частота резонанса пассивного излучателя настраивается на нижнюю рабочую частоту низкочастотного громкоговорителя. Ну, а дальше вес очень просто звуковая волна от пассивного излучателя суммируется с излучаемой низкочастотным громкоговорителем звуковой волной, что существенно
повышает уровень звукового давления акустической системы на нижних частотах. Что и требовалось доказать. Остается добавить, что в акустических системах обычно имеется один порт фазоинвертора, хотя могут быть и двухпортовые, и трехпортовые фазоинверторы. Часто порт фазоинвертора выводится на переднюю панель акустической системы, хотя целый ряд фирм выводят фазоинверторы на заднюю стенку АС. Наконец, некоторые фирменные модели имеют выходное отверстие фазоинвертора
на дне корпуса Castle Acoustics, Mission или серия RT фирмы Polk Audio. Преимуществом фронтального расположения порта фазоинвертора является меньшая критичность таких акустических систем по отношению к стенам помещения, так как для нормаль ной работы АС с задним расположением фазоинвертора требуется обеспечить расстояние от задней панели АС до стен помещения порядка 25-100 см. Кроме рассмотренных выше, существуют и другие типы акустического оформления АС, которые, однако, распространены существенно меньше. Английская фирма TDL Electronics, например, является верной поклонницей АС с акустическим оформлением типа лабиринт. Задняя сторона диффузора работает на образованный рядом перегородок зигзагообразный звуковод – лабиринт, длину которого выбирают равной примерно половине длины волны на нижней граничной частоте системы. Благодаря этому излучение из выходного отверстия лабиринта
будет совпадать с акустическими колебаниями от передней стороны диффузора головки. Две или три полосы Идеальная акустическая система должна иметь только один широкополосный громкоговоритель, воспроизводящий полную полосу частот 20-20000 Гц. Однако, так как к громкоговорителю предъявляют различные, а зачастую взаимоисключающие требования при работе его в различных полосах частот, сделать такой идеальный громкоговоритель практически невозможно,
по крайне мере за приемлемую цену. Поэтому подавляющее большинство современных акустических систем имеют по две и более головки, работающих в различных полосах частот. Современные АС среднего класса обычно выполняются двухполосными и имеют по одному низкочастотному НЧ и одному высокочастотному громкоговорителю ВЧ. Так как в двухполосниках низкочастотный громкоговоритель отвечает также и за воспроизведение средних частот, низкочастотные громкоговорители в таких системах
обозначают как НЧСЧ-громкоговорители. Более сложные трехполосные АС имеют дополнительно еще и 1-2 среднечастотных СЧ громкоговорителя. Акустические системы с 4 и более частотными полосами хотя и присутствуют на рынке, однако в очень ограниченном количестве, поэтому в данном обзоре не будут рассматриваться. Итак, оба типа двух- и трехполосные громкоговорители имеют свои достоинства и недостатки. Очевидным преимуществом двухполосных акустических систем является их более простая и дешевая конструкция, так как в них используются обычно всего два громкоговорителя и сравнительно простые разделительные фильтры. Поэтому их переходная характеристика в общем случае лучше, а согласованность излучения НЧ- и ВЧ-головок выше, чем в многополосных системах. Благодаря этому они получили сегодня широкое распространение.
Однако и у двухполосников, к сожалению, есть определенные недостатки. С учетом необходимости согласования диаграмм направленности НЧСЧ и ВЧ-динамиков в полосе частот их совместного излучения отношение диаметров соответствующих диффузоров не может быть очень большим. Поскольку типовые диаметры купольных излучателей современных твитеров ВЧ-головок составляют 19-25 мм, приемлемые результаты могут быть получены при размерах диффузоров
НЧСЧ-динамиков не более 150-200 мм в диаметре. Поэтому при использовании больших диффузоров в звучании будет хорошо слышимый скачок на частоте раздела полос громкоговорителей, который приводит к заметным нарушениям виртуальной сцены. По этой причине в большинстве современных двухполосных АС используют НЧСЧ-динамики с диффузорами 100-180 мм. Но вытащив хвост, у конструкторов АС тут же увяз клюв, так как такие низкочастотники имеют заметно
меньшую отдачу при излучении нижних басов по сравнению с настоящими басовиками диаметр 315-400 мм. Кроме того, так как единственная частота раздела в двухполосных громкоговорителях выносится выше области максимальной чувствительности слуха, НЧСЧ-головки этих систем должны хорошо воспроизводить не только низкие, но и средние частоты. Это предъявляет повышенные требования к качеству НЧСЧ-головок. Создание по настоящему качественных динамиков предполагает широкое применение современных методов измерения, компьютерное моделирование и использование новейших материалов с уникальными механическими свойствами кевлар, армирование диффузоров углеродными волокнами и т.д Но любая двухполосная акустика всегда является серьезным компромиссом в стремлении удовлетворить одновременно множеству противоречивых требований. Никто не спорит, что компромисс может быть найден очень удачно и воплощенный в конструкцию хороших двухполосных АС баланс этих требований способен обеспечить очень
и очень неплохие результаты. Однако, если конструктор акустической системы поставил себе целью добиться выдающегося качества звучания, ему намного проще добиться поставленной цели использовав трех- или даже более полосную конструкцию. В этом случае у него появляется гораздо больше свободы, например, в выборе типа и размера НЧ-громкоговорителя. Так как размеры типовых СЧ-динамиков всегда значительно больше, чем у твитеров, требование по соблюдению заданных соотношений
размеров НЧ- и СЧ-громкоговорителей в данном случае легко выполняются даже для самых больших НЧ-громкоговорителей диаметром 315-400 мм. Представляете, какой глубокий и мощный бас выдаст такая шляпа в соответствующем акустическом оформлении От появления в акустической системе третьего громкоговорителя существенно выигрывает и качество звучания средних частот, так как в этом случае их воспроизводит специально разработанный и оптимизированный для этой цели динамик.
Однако и у трехполосных акустических систем есть своя ахиллесова пята точнее, несколько пят. Во-первых, для того чтобы каждый громкоговоритель уверенно воспроизводил только свой звуковой сигнал, в трехполосных АС применяют довольно сложные схемы разделительных фильтров. Эти фильтры, в свою очередь, вносят фазовые и временные искажения, приводящие к размыванию фронта звуковой волны. Поэтому в общем случае многополосные акустические системы имеют худшие переходные характеристики, чем двухполосные АС. Во-вторых, частоты раздела полое сигналов громкоговорителей, как правило, выбираются в диапазонах 300-700 Гц и 4,5-7 кГц, которые попадают в область высокой чувствительности слуха человека, что предъявляет особые требования к качеству исполнения разделительных фильтров и самих громкоговорителей. Так что и у многополосных систем свои проблемы. Как говорится, нет в жизни аудиофила счастья. Однако не все так мрачно. Акустическое материаловедение
Стремительный прогресс в развитии современной аудиотехники привел к замечательным результатам качество звучания акустических систем неуклонно растет, а их цена падает. Совершенствуются буквально все элементы АС. Наиболее быстро прогрессируют громкоговорители. В конструкции современных НЧ-громкоговорителей все шире используются новейшие материалы, обеспечивающие одновременно и жесткость, и легкость диффузоров при повышенном декременте затухания колебаний в материале
диффузора. Хотя до сих пор в качестве материала для диффузоров НЧ-громкоговорителей все еще широко применяется бумага с различными пропитками, все шире используются и диффузоры из полипропилена, зачастую армированного волокнами из углерода для повышения его жесткости. С легкой руки фирмы BW все большее количество фирм BW, Cabasse и т.д. начинает изготавливать диффузоры громкоговорителей из кевлара – искусственного тканого
материала с просто уникальным сочетанием его механических свойств, разработанного в рамках космических программ NASA. Для повышения чувствительности акустических систем в новых моделях громкоговорителей широко применяют магниты с повышенной коэрцитивной силой, изготавливаемые как с использованием ферритов, так и сплавов редкоземельных элементов ниодим, самрий, кобальт и т.д Стремительное развитие цифровых технологий записи звука предъявляет повышенные требования к конструкции ВЧ-громкоговорителей. Дело в том, что существовавшие до появления CD звуковые носители магнитофонная лента, виниловые грампластинки в силу физических принципов аудиозаписи на них имели ограниченный динамический диапазон вообще и по высоким частотам в частности. Так, всеми нами любимая магнитофонная лента при увеличении уровня высоких частот при записи неизбежно начинает их ограничивать, достигая уровня своего насыщения на этой частоте.
И никакие Dolby Hx-Pro о не помогут реализовать на частоте 20 кГц в кассетнике динамический диапазон свыше 40-50 дБ. А на CD – пожалуйста В связи с возрастанием средней мощности звукового сигнала на высоких частотах все чаще в конструкции современных ВЧ-динамиков применяется охлаждающая магнитная жидкость, помещаемая в зазоре магнитной системы громкоговорителя Эта жидкость представляет собой суспензию магнитного порошка феррита в минеральном масле, которая эффективноно
охлаждает звуковую катушку пищалки Однако, так как эта же магнитная жидкость вместе с тем демпфирует подвижную систему громкоговорителя, однозначного мнения о целесообразности использования в пищалках магнитной жидкости сегодня нет. Наблюдается плюрализм и в отношении материала, из которого изготавливается диффузор твитера. В чем, однако, едины практически все производители акустики, так это в вопросе о форме диффузора современные пищалки выпускаются только с купольным полусферическим диффузором
Dome. Он может быть либо мягким шелковая ткань с пропиткой, некоторые виды пластиковых пленок, либо с жестким металлическим алюминий, титан и т.д Преимуществом мягких диффузоров является хорошее затухание паразитных колебаний в материале диффузора, недостаток – относительно большая масса и, как следствие, меньшая чувствительность и худшая передаточная характеристика. Жесткие металлические пищалки, напротив, легкие и чувствительные, но обладают целым набором паразитных резонансов, придающих звучанию высоких частот характерную металлическую окраску. В лучших современных пищалках используется комбинированная конструкция – мягкий купол с напыленными на его поверхность дополнительными тонкими металлическими слоями. Однако они – при отличном качестве звука – относительно сложны в производстве и стоят значительно дороже. Что касается конструкции современных СЧ-динамиков, то сегодня наблюдается повсеместный ренесанс конусных
среднечастотников, тогда как в конце 80-х годов господствовали купольные СЧ-громкоговорители. Благодаря прогрессу в развитии аудиотехники, в частности, широкому применению новых типов пластиковых диффузоров, звучат современные среднечастотники отменно. Часто приходится слышать споры о том, какие материалы лучше для изготовления диффузора бумага картон или пластик В пользу бумаги обычно приводят такие аргументы, как большая натуральность и теплота звучания
бумаги по сравнению с искусственным и холодным звуком пластикового диффузора. Бумажные диффузоры, как правило, тяжелее, чем пластиковые, и поэтому несколько хуже воспроизводят импульсные сигналы удар в барабан. Кроме того, их параметры могут меняться со временем из-за процессов старения бумаги и испарения пропиточной мастики, что может привести к заметному изменению характера звучания АС. С другой стороны, современные пластиковые материалы например, полипропилен, имея отличный баланс
механических свойств легкость, жесткость, высокие внутренние потери в материале диффузора тоже невечны. Так что однозначный ответ на этот вопрос дать трудно. О направленности Как следует из теории акустики, идеальным источником звука является точечный излучатель, то есть такой излучатель, размерами которого по сравнению с длиной излучаемой им звуковой волны можно пренебречь. К сожалению, реальные акустические системы весьма далеки от такого идеального излучателя и, более того, имеют различную диаграмму направленности для разных частот звукового сигнала. Как было отмечено выше, ширина диаграммы направленности громкоговорителя определяется отношением длины волны излучаемого им звукового сигнала и геометрического размера диаметра диффузора громкоговорителя. Кроме того, диаграмма направленности в области совместного действия излучения двух громкоговорителей АС зависит от взаимного фазового сдвига их сигналов, определяемых схемой разделительного фильтра акустической
системы. Однако и в этом направлении сегодня имеются конструктивные решения, обеспечивающие настоящий технологический прорыв в создании громкоговорителей с характеристиками направленности, близкими к идеальному точечному излучателю. Речь идет о знаменитых коаксиальных громкоговорителях, используемых в акустических системах английских фирм Tannoy и KEF серия Uni-Q. Коаксиальные двухполосные излучатели представляют собой собранные на единой магнитной системе среднечастотный
и высокочастотный громкоговорители. Купольная пищалка собрана на внутреннем керне магнитной системы и находится внутри конусного диффузора среднечастотного громкоговорителя, который является своеобразным рупором-звуководом для звуковых волн, излучаемых пищалкой. Такие излучатели обладают рядом уникальных особенностей, заметно выделяющих их из массы других громкоговорителей. Во-первых, благодаря используемой конструкции, центры излучения
ВЧ и СЧ-громкоговорителей находятся практически в одной точке, что исключает возникновение фазовых и временных искажений излучаемых ими сигналов. Во-вторых, так как излучение средних и высоких частот физически осуществляется из одной точки пространства условно, излучатели типа Uni-Q имеют хорошую диаграмму направленности на этих частотах благодаря этим серьезным преимуществам, звучание акустических систем с коаксиальными излучателями характеризуется отличной локализацией источников звука в пространстве. Разделяй и властвуй В акустических системах с электродинамическими головками для согласования их характеристик и диаграмм направленности используют разделительные фильтры. Кроме того, так как центры излучения этих громкоговорителей примерно совпадающих с местом расположения звуковой катушки громкоговорителя сдвинуты относительно друг друга глубина СЧ- и особенно НЧ-громкоговорителя намного больше, чем у
ВЧ- громкоговорителя, при расчете разделительных фильтров приходится учитывать необходимость коррекции возникающего при этом временного сдвига в излучаемой этими громкоговорителями звуковой волне с помощью фазокорректирующих цепочек. Уменьшение временной задержки в излучении различных громкоговорителей можно добиться и чисто конструктивными методами, смещая ВЧ- и СЧ-головку внутрь корпуса АС, например, используя наклонную переднюю панель акустической системы с заваленной
назад верхней частью. Что касается собственно самих разделительных фильтров, то их роль в современной АС существенно возросла. Это вызвано, с одной стороны, резким повышением требований слушателей к качеству звучания аудиоаппаратуры вообще и акустических систем в частности, а с другой стороны – возросшим качеством современных громкоговорителей. В этих условиях неоптимальное подключение громкоговорителей в акустической системе не позволит полностью реализовать потенциально высокое качество этих громкоговорителей.
Поэтому разработчики современных фильтров для акустических систем учитывают при их проектировании не только требования обеспечить максимально плоскую АЧХ и линейную ФЧХ в полосе пропускания фильтра, но и учитывают при расчете элементов схемы фильтра изменение комплексного сопротивления громкоговорителя на разных частотах, требования обеспечения заданной диаграммы направленности акустической системы на этих частотах и т.д. Все это стало возможным благодаря широкому использованию при проектировании АС численных методов компьютерного моделирования и проектирования. В современных акустических системах используются как простейшие разделительные фильтры 1-го порядка, так и многозвенные фильтры 4-го и даже 6-го порядка. Достоинством разделительных фильтров 1-го порядка применяются, как правило, только в двухполосных АС является хорошая переходная характеристика акустической системы фронты сигналов воспроизводятся без
паразитных выбросов, недостатком – малая крутизна фильтра в полосе затухания 6 дБоктава, в результате чего имеется широкий частотный диапазон совместной работы НЧ-и СЧ-громкоговорителей. Многозвенные фильтры высоких порядков обеспечивают существенно большую крутизну спада характеристики в полосе затухания 12, 18 и даже 24 дБоктава, но имеют худшую переходную характеристику и волнистую АЧХ в полосе пропускания фильтра. В зависимости от критерия выбора аппроксимирующей
АЧХ фильтра математической функции различают несколько типов разделительных фильтров. Фильтры Баттерворта имеют линейную АЧХ в полосе пропускания фильтра, резко обрывающуюся в полосе затухания фильтра. Однако переходная характеристика таких фильтров носит сильно выраженный колебательный характер. Фильтры Бесселя также имеют линейную АЧХ в полосе пропускания и сравнительно резкий спад в полосе затухания. Однако благодаря линейной зависимости фазового сдвига сигнала в зависимости от его частоты переходная
характеристика АС с такими фильтрами хотя и имеет выброс на АЧХ, но не имеет колебательного характера. Фильтры Чебышева имеют чрезвычайно резкий спад АЧХ в полосе затухания, однако АЧХ фильтра в его полосе пропускания носит волнистый характер. Наиболее сложные схемы разделительных фильтров включают в себя также специальные корректирующие цепи, которые компенсируют изменение импеданса громкоговорителя на разных частотах. В результате такой стабилизации импеданса условия работы разделительного фильтра существенно улучшаются, так как он нагружен на постоянный и согласованный с ним импеданс нагрузки громкоговоритель. Поэтому параметры АЧХ фильтра получаются близкими к расчетным. В случае же работы фильтра на рассогласованную нагрузку значения параметров его
АЧХ и ФЧХ становятся непредсказуемыми. Нет нужды говорить, что это губительно сказывается на качестве звучания АС. Иногда в схему фильтра включают также специальные режектирующие цепочки с целью блокирования в фильтре сигналов на частоте резонанса громкоговорителя. Как правило, такие цепочки используют в фильтрах СЧ- и ВЧ-громкоговорителей. Итак, как мы видим, в современных
АС используются весьма сложные схемы фильтров, количество элементов в которых особенно при встраивании в схему фильтра элементов защиты громкоговорителей может достигать нескольких десятков. С другой стороны, многие высококачественные АС имеют простейшие фильтры 1-2-го порядка, состоящие всего из нескольких электронных компонентов, но зато отборного, аудиофильского качества. В сочетании с высококачественными громкоговорителями такие простые фильтры способны обеспечить просто
ошеломляющее качество звука АС. Поговорим о мощности Очень важным вопросом, которым вы должны непременно задаться при покупке акустической системы, является выбор ее электрической мощности. Сегодня на рынке акустики имеется огромное разнообразие типов АС мощностью от 20 до нескольких сотен ватт. Какая же мощность акустической системы является необходимой и достаточной При определении величины электрической мощности акустической системы чрезвычайно важно иметь в виду другой, тесно связанный с нею параметр AC – ее характеристическую чувствительность – своеобразный КПД акустической системы. Характеристическая чувствительность показывает, насколько эффективно данная АС преобразует электрический звуковой сигнал на ее входе в акустическую мощность звуковой волны. Характеристическая чувствительность измеряется в дБВтм и численно равна уровню звукового давления в
дБ, развиваемого акустической системой на расстоянии в 1 м по ее центральной оси, при подведении к ее входу звукового сигнала мощностью в 1 Вт. Типовые значения характеристической чувствительности современных АС лежат в диапазоне 84-92 дБВтм. В качестве ориентира укажем, что для озвучивания помещения площадью 14-16 кв. м с помощью акустических систем с характеристической чувствительностью 90 дБВтм вполне достаточно иметь усилитель с выходной мощностью 20-30 Вт на канал.
Для более крупных помещений в 18-20 кв. м. оптимальных результатов можно достичь с помощью усилителя мощностью 40-50 Вт. Уменьшение чувствительности акустической системы на 3 дБ для сохранения такого же уровня звукового давления потребует увеличения электрической мощности на ее входе в 2 раза. Соответственно при увеличении чувствительности на те же 3 дБ электрическую мощность можно уменьшить в 2 раза. Поэтому акустические системы с чувствительностью 96-98 дБВтм вполне прилично орут даже при
их работе от маломощных ламповых усилителей с выходной мощностью в 3-5 Вт на канал. Раньше в спецификациях на акустические системы производители обычно указывали два значения мощности номинальную, т.е. значение мощности, при котором нормируются гармонические искажения, и музыкальную, которая являлась максимально возможной мощностью звукового сигнала на входе акустической системы, которую она могла выдержать без ее механического повреждения. Значение музыкальной мощности АС лимитируется механической и электрической прочностью громкоговорителей акустической системы. В последнее время в спецификациях стали указывать диапазон рекомендуемой мощности подключаемого к АС усилителя низкой частоты, например 25-120 Вт. Верхнее значение мощности, в данном случае 120 Вт, является, по существу, музыкальной мощностью этой акустической системы, превышение которой может
привести к ее повреждению. Ну а нижнее значение указывает на минимально допустимую мощность усилителя низкой частоты в данном случае 25 Вт, совместно с которым данная АС еще способна обеспечить высокое качество звучания. Слов нет, это весьма удобно и информативно, так как определяет требование к усилителю низкой частоты, работающего с данной АС не только сверху, но и снизу, с учетом значений характеристической чувствительности
данной АС. Отметим также, что уровень развиваемой усилителем низкой частоты электрической мощности на ее выходе в значительной степени зависит от входного импеданса акустической системы. 8-омные акустические системы, как правило, звучат тише, чем 4- омные, так как для обеспечения равной электрической мощности усилитель должен в случае 8-омной акустики обеспечить на выходе вдвое большее напряжение. Большинство же усилителей низкой частоты имеют большую выходную мощность на 4-омной нагрузке,
чем на 8-омной. В то же время высокий импеданс 8-онных АС обеспечивает вдвое более высокое значение их коэффициента демпфирования демпфактор низким выходным импедансом усилителя, поэтому в общем случае они звучат на басах более четко, чем 4- омная акустика. Этим во многом и объясняется различный характер звучания одной и той же акустической системы с различными типами усилителей. Судите сами, если один из усилителей имеет экстремально низкое значение выходного импеданса большой демпфактор, этот усилитель будет гораздо лучше демпфировать акустическую систему, чем усилитель с относительно высоким выходным импедансом. В общем случае звучание АС в дуэте с первым усилителем будет более четким, чем во втором случае. Далее, усилители низкой частоты существенным образом отличаются друг от друга и по их способности выдавать большие значения тока в нагрузку. Хорошие усилители звуковой частоты являются почти идеальными источниками
тока и поэтому способны держать в ежовых рукавицах даже акустические системы со сложным характером изменения их входного импеданса. Косвенным тестом на правильность усилителя звуковой частоты является характер изменения его динамической мощности при изменении нагрузки с 8 до 2 или даже 1 Ом, приводимые в спецификациях на усилитель. У лучших моделей усилителей значение электрической мощности удваивается при уменьшении импеданса нагрузки вдвое.
Те же модели усилителей, выходная мощность которых проседает при уменьшении нагрузки, по всей видимости, не обеспечат хорошего качества звука в паре с капризными акустическими системами, входной импеданс которых существенно изменяется в полосе звуковых частот. А ведь многие типы АС при номинальном значении входного импеданса, скажем, в 8 Ом, могут иметь на некоторых частотах импеданс в 4 или даже в 3
Ом Вот вам и один из ответов на вопрос, почему одни и те же акустические системы звучат по-разному в составе различных аудиосистем. Компьютерные акустические системы Speakers. Компьютерные акустические системы традиционно обладают худшими характеристиками по отношению к обычным акустическим системам подключаемым к музыкальным центрам. В некоторой степени это оправдано, так как звуковой сигнал со звуковой платы или CD-ROMа значительно хуже, чем сигнал с нормального музыкального центра. Зачем же нужно покупать компьютерные колонки Есть несколько причин.1. Компьютерные колонки должны иметь встроенную магнитную защиту магнитный экран. Такие колонки можно ставить рядом с монитором. Если магнитного экрана нет, то на экране монитора появятся цветные разводы. Лучше такие эксперименты не проводить.
На некоторых мониторах разводы могут остаться. Монитор придтся размагничивать специальным устройством. 2. Почти во все современные компьютерные акустические системы встроен усилитель мощности. Такие колонки называются активными. Громкость и другие регулировки вынесены на переднюю панель одной из колонок. Пассивные колонки без усилителя безнаджно устарели и встречаются редко. 3. Как правило, компьютерные колонки меньше размером, чем обычные, и изготавливаются из пластмассы.
Какое здесь может быть качество Из вышесказанного ясно – обращать особое внимание на технические характеристики компьютерных акустических систем не стоит. Важна лишь выходная мощность. Чем выше мощность, тем большую громкость можно получить. Существует несколько стандартов измерения выходной мощности. Наиболее распространеныRMS – близок к номинальной мощности
WattPMPO – пиковая мощность WattЕсли на маленькой колонке обозначена мощность порядка 50 -150 Watt, то это стандарт PMPO. Он почти ни о чм не говорит. Важна мощность RMS, у обычных колонок в пределах 3-10 Watt. Литература 1. Журнал StereoVideo 1997 11 01.11.1997 2. Сайт www.mailshop.rusoundspeak.htm 3. Сайт www.hi-fi.ru