» »

Высокочастотная акустическая система с круговой диаграммой направленности. Акустические системы с круговой диаграммой направленности излучения (АС пространственного поля) Акустические системы и пространственные характеристики звука
11.07.2020

Акустические системы (колонки) класса High-End это уже не просто «ящик с динамиками», а настоящее произведение инженерного искусства, своеобразный музыкальный инструмент, непосредственно доносящий до наших ушей любимую музыку, преобразовывая электрические сигналы поступающие от усилителя мощности в колебания воздуха, которые все мы слышим.

Великое множество видов High-End акустических систем могут сбить с толку в процессе выбора, но мы поможем Вам сделать правильный выбор. Все акустические системы можно разделить на несколько больших групп в зависимости от признака классификации.

  • По принципу установки и размеру бывают «полочные» и «напольные» акустические системы.
  • По количеству полос звуковоспроизведения бываю 1; 2; 2,5; 3-х полосные и так далее до 7-ми полос
  • В зависимости от применяемых излучателей (динамиков) бывают традиционные динамические, электростатические, планарные и прочие очень экзотические конструкции
  • В зависимости от направленности излучения выделяют направленные акустические системы и не направленные «контропертурные» и биполярные
  • В зависимости от низкочастотного оформления можно выделить «открытый корпус», «закрытый корпус», «фазоинвернорное оформление», «панель-резонатор», «акустический лабиринт» и «изобарическое»
  • Также можно выбелить группу калонок имеющих рупорное оформление
  • В зависимости от наличия встроенного усилителя бывают «активные» и «пассивные» калонки

И это далеко не вся классификация.

Акустическая система (колонки) – последнее звено High-End стереосистемы непосредственно воспроизводящее музыку путём преобразования электрического сигнала от усилителя мощности в механические колебания динамиков (излучателей) и в следствии чего в звуковые колебания воздуха слышимые нами.

Активные акустические системы (колонки) – колонки имеющие встроенные усилители мощности, каждая колонка питается от сети через сетевой кабель. Для воспроизведения музыки подключаются напрямую к предварительному усилителю (нет необходимости покупать усилитель мощности), подключение производится межблочным кабелем (нет необходимости покупки акустического кабеля)

Пассивные акустические системы (колонки) – самый распространённый тип акустических систем состоящих из корпуса, установленных в него излучателей (динамиков) и разделительного фильтра через который динамики подключаются к усилителю. В отличии от активных колонок не имеют встроенного усилителя мощности поэтому подключаются либо к интегральному усилителю либо к усилителю мощности через акустический кабель

Рупорные акустические системы – это акустические системы динамики которых излучают звук не напрямую, а через установленный в плотную к ним рупор. Подавляющее большинство рупорных акустических систем имеют высокую чувствительность, что делает их идеальными партнёрами для маломощных ламповых усилителей. Рупорные акустические системы имеют более высокую направленность излучения звука поэтому чуть более сложны в установке в комнате прослушивания, но при правильной установке создают более точную стереокартину

Электростатические акустические системы – обычно высокие широкие и тонкие акустические системы. Вместо традиционных динамиков в электростатических акустических системах применяется натянутая во всю высоту акустической системы тончайшая плёнка из токопроводящего материала или имеющего токопроводящее покрытие, помещённая между двумя проводниками. На плёнку подаётся электрический сигнал звуковой частоты, а на проводники её окружающие (обычно это мелкая сетка) подаётся небольшое напряжения от блока питания акустической системы который питается от сети (возможна обратная ситуация, звуковой сигнал подаётся на проводники, а на плёнку напряжение от блока питания). При взаимодействии постоянного электромагнитного поля проводников и переменного поля созданного плёнкой плёнка начинает колебаться со звуковой частотой и излучать звук. Достоинствами являются необычайная детальность и воздушность музыки, недостатками являются небольшая недостача низких частот, они кажутся немного легковесными, что можно исправить правильно подобрав акустику под помещение и осуществить правильную их расстановку. Одновременно достоинством и недостатком электростатических и планарных систем является их высокая (острая) направленность излучения звука, слушатель должен постоянно находиться строго по центру слушая музыку, в этом случае стереокартина будет очень чёткая (гораздо чётче, чем может воспроизвести любая другая акустика). Это связано с минимальными отражениями от стен, потолка и пола помещения, но стоит отклониться от центра и Вы ощутите существенные изменения, когда звук как бы «прилипает» к одной из колонок, но если Вы истинный ценитель музыки вряд ли Вы будете бегать по комнате слушая её и в этом случае этот «недостаток» будет для Вас настоящим достоинством

Планарные акустические системы – по сути это близкие родственники электростатических систем, они также высокие широкие и тонкие (примерно 3-5см). Они также не имеют традиционных динамиков и состоят из тонкой плёнки из токопроводящего материала или имеющего токопроводящее покрытие, но в отличии от электростатических акустических систем где плёнка колеблется в поле созданном проводниками питающимися от сети в планарной акустике плёнка колеблется в поле созданном постоянными магнитами, помещенными по обе её стороны (или с одной из них). Таким образом имея аналогичные звуковые характеристики с электростатической акустикой планарная не требует подключения к сети. Достоинствами являются необычайная детальность и воздушность музыки такая же как и у электростатических колонок, недостатками являются небольшая недостача низких частот, они кажутся немного легковесными, что можно исправить правильно подобрав акустику под помещение и осуществить правильную их расстановку. Одновременно достоинством и недостатком электростатических и планарных систем является их высокая (острая) направленность излучения звука, слушатель должен постоянно находиться строго по центру слушая музыку, в этом случае стереокартина будет очень чёткая (гораздо чётче, чем может воспроизвести любая другая акустика). Это связано с минимальными отражениями от стен, потолка и пола помещения, но стоит отклониться от центра и Вы ощутите существенные изменения, когда звук как бы «прилипает» к одной из колонок, но если Вы истинный ценитель музыки вряд ли Вы будете бегать по комнате слушая её и в этом случае этот «недостаток» будет для Вас настоящим достоинством

Полочные акустические системы – не имеют ничего общего с полками, название своё этот класс акустических систем получил за свои небольшие размеры, а именно за небольшую высоту корпуса, которая не позволяет устанавливать их непосредственно на пол. Для установки полочных акустических систем используются специальные стойки под акустику, только с ними можно добиться максимального качества звучания купленной Вами акустики. Большинство полочных акустических систем имеют не более 1-2-х динамиков (бывают редкие исключения). Полочная акустика легче чем напольная вписывается в акустику городских квартир и небольших помещений (точнее её легче подобрать под небольшое помещение, напольные колонки тоже можно установить в не очень большое помещение, но этот процесс будет более трудоёмким). Некоторые полочные модели могут лучше напольных формировать стереокартину.

Напольные акустические системы – это акустические системы имеющие значительные габариты (особенно высоту), позволяющие устанавливать их непосредственно на пол без обязательного применения каких-либо подставок. Обычно имеют от 1-го до 7-ми динамиков. Наилучшего качества звучания достигают в более просторных помещениях, так как в небольших помещениях могут доминировать и гудеть низкие частоты и басы. Напольная акустика обычно более дорогая в сравнении с полочной внутри одной серии одного производителя, они более сложны в изготовлении и расчётах (особенно согласование разделительного фильтра и множества динамиков) поэтому при выборе напольной акустики нужно быть особенно внимательным

Акустическая система центрального канала – как правило это горизонтально расположенная колонка, применяемая при создании домашних кинотеатров и размещаемая по центру непосредственно под экраном. Основное её назначение воспроизведение диалогов и общих музыкальных моментов

Фронтальная акустическая система – это классическая стереопара из двух колонок расположенная слева и справа от экрана (может быть как полочной, так и напольной), именно между ними размещена колонка центрально канала. Если Вы уже имеете стереосистему, но ещё только планируете создать домашний кинотеатр, то считайте что фронтальная акустика у вас уже есть. Именно по фронтальной акустике (стереопаре) нужно выбирать акустику для домашнего кинотеатра, так как именно она не только участвует в воспроизведении звуковых эффектов, но и воспроизводит музыку при прослушивании обычного стерео

Тыловая акустическая система – акустическая система, состоящая из двух колонок, используемая при создании систем домашнего кинотеатра и располагаемая позади зрителей. Часто выполняется в виде настенной акустики, обычно имеет небольшой размер.

Сабвуфер – специальная колонка для воспроизведения только низких частот и басов. Используется в тех случаях, когда фронтальная акустика не может справиться с правильным воспроизведением звуковой дорожки фильма в низкочастотной области. Обычно имеет кубическую форму и один динамик большого диаметра, устанавливается в угол комнаты около капитальной стены. Как правило имеет встроенный усилитель, т.е. является активной колонкой и подключается к ресиверу через межблочный кабель

Акустические системы с фазоинвертором – это акустические системы имеющие в корпусе отверстие с трубой уходящей во внутрь колонки. Фазоинвертор (отверстие с трубой) предназначен для помощи акустике в воспроизведении низких частот, ниже тех которые способны полноценно воспроизвести динамики установленные в колонке. При проектировании акустической системы определяется частота на которую настраивается фазоинвертор при помощи выбора его диаметра и длины трубы. Диаметр и длина трубы фазоинвертора определяют объём воздуха в ней находящегося и частоту резонанса на которую настроен фазоинвертор. В момент когда динамик воспроизводит частоту на которую настроен фазоинвертор объём воздуха в трубе резонирует и усиливает воспроизведение этой частоты. Бывают как маленькими полочными так и огромными напольными. Труба фазоинвертора может выходить на лицевую панель, на заднюю или боковую панели. От направления выхода трубы фазоинвертора зависит расстановка акустики в комнате прослушивания.

Акустические системы с акустическим лабиринтом – по назначению и конструкции акустический лабиринт очень близок к фазоинвертору. Акустический лабиринт, как и фазоинвертор, представляет собой трубу, уходящую внутрь корпуса, но только гораздо длиннее и имеет множество изгибов (обычно имеет квадратное сечение). Назначение акустического лабиринта такое же как и у фазоинвертора, усиливать воспроизведение низких частот. Лабиринт является более совершенной версией фазоинвертора, он более сложен в расчётах, изготовлении и стоимости. За счёт большой длины трубы, изгибов и демпфирующего покрытия внутренних стенок в звуке практически отсутствую вредные призвуки слышимые в звуке некачественно выполненных фазоинверторов (качественно рассчитанные и выполненные фазоинверторы также практически не страдают этим явлением). Бывают как маленькими полочными так и огромными напольными

Акустические системы открытого типа – это акустические системы в корпусе которых отсутствует задняя стенка. Как правило акустические системы полностью открытого типа имеют большие габариты, особенно это касается передней панели на которой крепятся динамики (как правило динамики тоже большого диаметра). В системах открытого типа полностью отсутствует какая-либо компрессия с тыловой стороны диффузора динамика так как корпус открыт, в следствии чего звучание подобных акустических систем кажется более открытым и воздушным (иногда немного напоминает звучание электростатических или планарных систем). Кроме полностью открытых систем бывают ещё и частично открытые (когда в одной колонке применяются несколько видов акустического оформления) в этом случае открытое оформление имеют только среднечастотные или высокочастотные, а низкочастотный динамик имеет другое оформление, например фазоинверторное или закрытое

Акустические системы закрытого типа – это акустические системы корпус которых не имеет отверстий. Замкнутый объём воздуха внутри корпуса обладает некоторой упругостью, которая мешает свободному передвижению диффузоров динамиков, а следовательно и воспроизведению музыки. Для минимизации этого явления акустические системы закрытого типа в основном делают большого размера (с большим внутренним объёмом), следовательно в основном они встречаются в напольном исполнении. К неоспоримым достоинствам закрытой акустики можно отнести полное отсутствие каких-либо призвуков и огрехов свойственных фазоинверторной акустике и акустическим лабиринтам, а так же существенно более лёгкую установку чем открытая и дипольная акустика. К недостаткам относится крайне большой размер колонок

Акустические системы изобарического типа – ещё одна разновидность низкочастотного оформления, но в отличии от фазоинверторной акустики и акустического лабиринта, призванных усилить низкие частоты (в помощь динамикам) изобарическое оформление призвано обеспечить не только более мощные и глубокие басы в корпусе вдвое меньшего размера, но и правильное их воспроизведение. Конструктивно изобарическая акустика выглядит следующим образом: объём камеры позади низкочастотного динамика разделён на две части герметичной перегородкой к которую установлен ещё один низкочастотный динамик аналогичный первому так, что между двумя динамиками находится постоянный неизменный объём воздуха (получается как бы колонка внутри колонки). На оба динамика одновременно подаётся один и тот же сигнал. Не вдаваясь в технические детали модно сказать что работая одновременно в одном объёме динамики контролируют друг друга в результате чего общая погрешность снижается, а мощность и глубина басов увеличивается. Изобарическая акустика бывает как полочная так и напольная. К недостаткам относится сложность изготовления и следовательно высокая цена

Акустические системы с пассивным излучателем – пассивный излучатель, как и фазоинвертор, акустический лабиринт и изобарическая акустика призван обеспечить глубокое полноценное воспроизведение низких частот акустическими системами небольших размеров. В корпусе этого вида акустики также имеется отверстие, но какая либо труба (подобная фазоинвертору или акустическому лабиринту) в нём отсутствует. Вместо этого в отверстие устанавливается пассивный излучатель (обычный динамик у которого полностью отсутствует магнитная система, он состоит только из диффузора, подвеса и рамы). Пассивный излучатель не подключают и электрический сигнал на него не передаётся. Обычно пассивный излучатель превосходит по размерам низкочастотный динамик, масса его подвижной системы определяет частоту резонанса системы. Пассивный излучатель приводится в движение колебаниями воздуха внутри акустической системы которые порождаются обратной стороной низкочастотных динамиков. Достоинствами пассивного излучателя являются глубокий бас вплоть до самых низких частот и отсутствие посторонних призвуков свойственных, например, неудачно выполненным фазоинверторным решениям. К недостаткам можно отнести некоторую гулкость и лёгкую затянутость самых низких частот в случае некачественного исполнения и расчёта пассивного излучателя.

Контрапертурные (ненаправленные) акустические системы – одна из самых экзотичных и редко используемых видов конструкций акустических систем. Конрапертурная акустика не имеет направления излучения музыки, так как её динамики не направлены ни в одну из сторон, они направлены строго вверх или строго вниз по оси колонки. Классическое исполнение этой конструкции представляет собой два абсолютно идентичных динамика направленных навстречу друг другу попарно для каждой группы частот (высокочастотные, низкочастотные и т.д.). При воспроизведении музыки на каждую пару динамиков, направленных друг на друга подаётся одинаковый сигнал, при столкновении одинаковых звуковых волн они начинают распространяться в радиальном направлении во все стороны от колонки, заполняя комнату звуком. Прочие ненаправленные акустические системы используют упрощённый принцип действия когда динамики также расположены вверх и вниз по оси колонки (обычно низкочастотные направлены вниз, а средне и высокочастотные вверх), но не на такой же динамик, а на специальный рассеиватель шаровидной или конической формы при столкновении с которым звуковые волны также «разлетаются» во все стороны в радиальном направлении заполняя комнату звуком. Достоинствами являются эффект «растворения» акустической системы в помещении (такой же как и у других видов акустических систем, но достигаемый более простым путём), нет необходимости высчитывать угол разворота колонок к слушателю (так как они не направленные). Недостатками являются большое количество переотражений в неподготовленном помещении прослушивания, в следствии чего стереокартина кажется немного размытой. Этот недостаток пропадает при установке ненаправленной акустики в средних и больших или акустически подготовленных помещениях

Источники сигнала

CD-проигрыватель – пожалуй самый популярный источник сигнала в High-End стереосистемах всех ценовых диапазонов. Это тот самый знакомый всем нам аппарат который считывает и декодирует информацию с компакт диска (CD-диска), самого популярного носителя информации в течении последних 15 лет. Классический CD-проигрыватель это одноблочное устройство совмещающее в себе все необходимые функциональные узлы, подключаемое к предварительному усилителю. Более сложные и технически совершенные проигрыватели состоят из нескольких блоков (двух, трёх и более) обычно это комбинация из CD-транспорта и ЦАП (цифро-аналогового преобразователя (DAC))

CD-транспорт – часть CD-проигрывателя реализованная в отдельном корпусе и отвечающая за считывание информации с поверхности CD-диска без его дальнейшего преобразования в аналоговую форму. Основными частями CD-транспорта являются оптическая система считывания информации состоящая из линзы и лазера, миханическая системы, обеспечивающая равномерное вращение диска и блок питания, обеспечивающий питание всей системы. CD-транспорт используют либо в паре с цифро-аналоговым преобразователем (таким образом получаем CD-проигрыватель референсного класса), либо подключают напрямую к цифровым усилителям (так как аналоговый усилитель не сможет воспринять цифровой сигнал передаваемый CD-транспортом без использования цифро-аналогового преобразователя, а цифровой усилитель имеет свой встроенный преобразователь)

ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь, конвертор) – часть CD-проигрывателя реализованная в отдельном корпусе и отвечающая за преобразование цифрового потока данных полученных от CD-транспорта в аналоговую форму для передачи на интегральный усилитель или на усилитель мощности. Используется в паре с CD-транспортом как промежуточное звено между ним и аналоговыми усилителями, в случае использования в стереосистеме цифрового усилителя необходимости в использовании внешнего ЦАП (цифро-аналогового перобразователя) нет, так как он уже встроен в цифровой усилитель

Тактовый генератор – часть CD-проигрывателя задающая такт (частоту, ритм) цифро-аналоговому преобразователю. Тактовый генератор определяет моменты времени в которые цифро-аналоговый преобразователь должен осуществлять преобразование цифрового потока данных полученных от CD-транспорта в аналоговую форму для дальнейшей передачи на усилитель. Тактовый генератор крайне важная деталь, так как именно от него зависит величина итогового джиттера (хороший тактовый генератор способен значительно уменьшить его значение, причиной же возникновения джиттера является интерфейс между транспортом и цифро-аналоговым преобразователем). Джиттер основной источник ухудшения звучания CD-проигрывателя при прочих равных. Осознавая всю важность снижения джиттера некоторые производители при проектировании CD-проигрывателей ТОР-класса выделяют тактовый генератор в отдельный корпус и существенно его дорабатывают и повышают его точность

SACD-проигрыватель – по сути это тот же CD-проигрыватель только с возможностью воспроизводить один из самых совершенных цифровых форматов звукозаписи разработанный в 1999 году. Этот формат называется SACD (Sudio Audio Compact Disct) он обладает значительно превосходящим традиционный CD разрешением. SACD-проигрыватель отличается от CD-проигрывателя изменённой оптической системой считывания (для дополнительной возможности фокусировки на обоих слоях SACD-диска) и наличием дополнительного блока декодировки SACD-формата звукозаписи. Все SACD-проигрыватели способны воспроизводить обычные CD-диски, но не один CD-проигрыватель не может прочитать и воспроизвести SACD-диск

HDCD-проигрыватель – это CD-проигрыватель с возможностью воспроизведения дисков записанных в HDCD формате разработанном Microsoft, это формат повышенного разрешения. Нужно отметить, что в отличии от SACD-дисков, которые обычный CD-проигрыватель прочитать и воспроизвести не может HDCD-диски могут быть ими прочитаны и воспроизведены, но в качестве обычного CD, а все достоинства этого формата раскроются лишь на проигрывателе имеющем HDCD-декодер

Медиасервер – некое подобие компьютерного сервера, но созданного только для хранения больших личных баз аудио-видео информации (музыка (в основном) и фильмы(иногда)). Главное отличие состоит в том, что медиасервер хранит всю информацию в несжатом виде, так как она хранится на оригинальном носителе с которого её на сервер перенесли, имеет хороший дизайн и удобое управление без клавиатур и мышей. Это просто ещё один блок в Вашей стереосистеме High-End класса, как правило с сенсорным управлением (но бывают и исключения)

Тюнер – компонент стереосистемы отвечающий за приём и декодировку радиоволн. По сути дела это просто высококачественный радиоприёмник, который Вы подключаете к своему усилителю и наслаждаетесь любимыми радиостанциями.

LP-проигрыватель (проигрыватель виниловых пластинок) – пожалуй один из самых совершенных источников сигнала за всю историю аудиотехники возродившийся вновь у постоянно укрепляющий свои позиции. Это устройство в сборе (состоящее из стола, двигателя, тонарма и головки звукоснимателя), позволяющее извлекать аналоговый звуковой сигнал из звуковой дорожки вращающейся виниловой пластинки. High-End проигрыватели виниловых дисков, как правило, продаются по частям и представляют собой крайне сложную механическую систему, требующую сверхточной настройки выполненной профессионалом. Для того чтобы иметь возможность наслаждаться волшебным звучанием настоящей аналоговой записи Вам потребуется приобрести и собрать воедино при помощи профессионального настройщика следующие компоненты: стол (с диском на котором будет вращаться пластинка) с двигателем, тонарм (который будет удерживать головку звукоснимателя над поверхностью пластинки и обеспечивать беспрепятственное её перемещение и необходимую прижимную силу), саму голоску звукоснимателя (которая будет преобразовывать механические колебания иглы скользящей по канавке пластинки в электрический сигнал) и фонокорректор (который будет корректировать/восстанавливать и немного усиливать электрический сигнал от головки звукоснимателя для дальнейшей его передачи на усилитель)

Тонарм – часть проигрывателя виниловых пластинок (LP-проигрывателя) на которой закрепляется головка звукоснимателя. Задача тонарма – это поддержка головки звукоснимателя в правильном положении над поверхностью вращающейся виниловой пластинки, позволяя свободно передвигаться вдоль пластинки в радиальном направлении и с заранее заданной прижимной силой. Классический тонарм представляет собой цилиндрическую трубку на одной стороне которой крепится головка звукоснимателя, а другая через систему подшипников крепится к основанию тонарма установленному на поверхности стола проигрывателя. В зависимости от конструкции и принципа действия тонармы бывают рычажные (классические, когда головка движется вдоль пластинки по некоторому радиусу в следствии чего имеет небольшую погрешность считывания) и тангенциальные (когда головка с поддерживающей её трубкой всегда остаются перпендикулярными радиусу пластинки и движутся параллельно звуковой дорожке). В зависимости от системы подшипников бывают одноопорные, с шариковыми подшипниками, магнитными подшипниками и с пневматическим подвесом

Головка звукоснимателя – небольшое устройство являющееся частью проигрывателя виниловых пластинок, устанавливаемое на тонарм и предназначенное для преобразования механических колебаний иглы полученных при её скольжении по звуковой канавке виниловой пластинки в электрический сигнал передаваемый через фонокорректор на усилитель. Основными частями головки звукоснимателя являются игла (как правило алмазная), иглодержатель и система преобразования механических колебаний в электрический сигнал состоящая из системы магнитов и катушек. В зависимости от того какая из частей преобразующей системы является подвижной по отношению к другой все головки делятся на ММ (с подвижным магнитом) и МС (с подвижной катушкой)

Головка звукоснимателя типа ММ – это головка у которой преобразование механических колебаний иглы звукоснимателя в электрический сигнал происходит за счёт движения микромагнитов закреплённых на иглодержателе внутри неподвижно закреплённых катушек (система с подвижным магнитом). ММ головки более простые в производстве чем головки типа МС. По сравнению с МС головками ММ головки выдают сигнал более высокого уровня (изначально более мощный), но из-за специфики конструкции незначительно проигрывают МС головкам в детальности воспроизведения. ММ головки и фонокорректоры к ним стоят существенно дешевле чем МС эквиваленты, а из-за более простых схем фонокорректоров имеют некоторые преимущества в шумах (их количество объективно меньше)

Головка звукоснимателя типа МС – это головка у которой преобразование механических колебаний иглы звукоснимателя в электрический сигнал происходит за счёт движения катушек индуктивности закреплённых на иглодержателе внутри магнитного поля созданного неподвижно закреплёнными постоянными магнитами (система с подвижной катушкой). МС головки более сложные в производстве чем головки типа ММ. По сравнению с ММ головками МС головки выдают сигнал более слабого уровня (обычно несколько десятых или сотых милливольта), но из-за специфики конструкции выигрывают в детальности воспроизведения музыки по отношению к ММ вариантам. МС головки и фонокорректоры к ним стоят дороже чем ММ эквиваленты, а из-за более сложных схем фонокорректоров в случае неудачного их исполнения могут иметь чуть больше собственных шумов

Фонокорректор – устройство необходимое для воспроизведения музыки с виниловых пластинок. Фонокорректор в стереосистеме располагается между LP-проигрывателем (подключённым к нему кабелем идущим от тонарма) и предварительным усилителем. Фонокорректор выполняет две функции усиление сигнала и его коррекцию (RRIA-коррекция). Электрический сигнал от головки звукоснимателя является настолько слабым, что без дополнительного усиления его фонокоректором предварительный усилитель просто не сможет воспринять его, так как входной порог предварительного или интегрального усилителя существенно выше уровня сигнала от головки звукоснимателя. Перед записью на виниловую пластинку, с целью увеличения объёма записываемой информации, в сигнал вносят специальные «искажения» (а именно в края частотного диапазона в низкие и высокие частоты, низкие частоты немного опускают, а высокие поднимают) в процессе воспроизведения записи, проходя процесс RRIA-коррекции в фонокорректоре сигналу придаётся первоначальный вид, низкие частоты обратно поднимают, а высокие опускают. В зависимости от усилительных элементов применяемых при производстве фонокорректора они бывают ламповыми и транзисторными

Усилители

Усилитель – крайне важный компонент стереосистемы, отвечающий за усиление сигналов поступающих от источников подключённых к усилителю, коммутацию подключённых источников, регулировку громкости и передачу усиленного сигнала на акустические системы для его воспроизведения. В зависимости от уровня и конструкции все усилители можно разделить на одноблочные (интегральные), двухблочные (комбинация предусилитель и усилитель мощности), трёхблочный (комбинация из предусилителя и двух моноблочных усилителей). В зависимости от применяемых усилительных элементов выделяют транзисторные, ламповые и гибридные усилители (в состав которых входят как транзисторы так и лампы). Усилители бывают со встроенным блоком питания и с выносным, разделяются на классы «А» «В» «АВ» «D», могут быть аналоговыми и цифровыми. Разновидностей усилительной техники очень много и каждое техническое решение имеет свои достоинства и недостатки, но не стоит отчаиваться настоящий профессионал сможет подобрать для Вас наилучший вариант который позволит вам долгие годы наслаждаться любимой музыкой.

Интегральный усилитель – это усилитель все функциональные блоки которого размещены в одном корпусе (включая все органы управления, предусилительную часть и усилитель мощности). В зависимости от применяемых усилительных элементов выделяют транзисторные, ламповые и гибридные интегральные усилители (в состав которых входят как транзисторы так и лампы). Интегральные усилители бывают со встроенным блоком питания и с выносным, разделяются на классы «А» «В» «АВ» «D», могут быть аналоговыми и цифровыми. Интегральные усилители наиболее доступны по цене и удобны в подключении.

Предварительный усилитель – это часть полного усилителя, выполненная в отдельном корпусе и отвечающая за начальное усиление слабых сигналов поступающих от источников, их коммутацию и регулировку громкости. Каскады усиления в предварительном усилителе поднимают уровень сигнала (усиливают) до такого его значения, чтобы усилитель мощности смог воспринять его. Предварительный усилитель используется в комплекте с усилителем мощности или моноблочными усилителями, а так же с активными акустическими системами (имеющими встроенный усилитель мощности). В зависимости от применяемых усилительных элементом предусилители бывают транзисторными и ламповыми, с выносным блоком питания и со встроенным.

Усилитель мощности – это часть полного усилителя, выполненная в отдельном корпусе и отвечающая за усиление сигнала поступающего от предварительного усилителя и его дальнейшую передачу на акустические системы. Задача усилителя мощности усилить сигнал до значения которое позволит подключённым акустическим системам воспроизвести его с заданной (достаточной) громкостью. Усилители мощности как правило не имеют каких-либо настроек (в том числе не имеет и регулировки громкости), все регулировки в том числе управление уровнем громкости производится с подключённого к усилителю мощности предварительного усилителя, в то время как сам усилитель мощности всегда работает на полную мощность. Усилители мощности бывают как транзисторными так и ламповыми

Моноблочный усилитель (моноблок) – это усилитель мощности рассчитанный на усиление только одного канала звука (только левого или только правого, таким образом для стереосистемы требуется два моноблочного усилителя). Моноблоки подключаются к предварительному усилителю от которого получают сигнал для усиления. Моноблоки бывают как транзисторными так и ламповыми. Система из предварительного усилителя и моноблочных усилителей мощности при прочих равных облает гораздо более качественным звучанием, чем интегральный усилитель и даже комбинация предварительного усилителя и усилителя мощности и по сути является эталонной. Основным достоинством моноблочных усилителей является потрясающе чёткая и правильная стереокартина, практически недостижимая всем прочим видам усилителей

Ламповый усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на применении радиоламп в качестве усилительных элементов. Как правило ламповые усилители менее мощные чем транзисторные. Схемы ламповых усилителей по сравнению с аналогичными транзисторными являются более простыми и задействуют меньшее количество деталей, а характер искажений вносимых ламповыми схемами в сигнал является существенно менее заметным для человеческого слуха чем у транзисторных, хотя в процентном соотношении их как правило существенно больше. Ламповые усилители характеризуются более «тёплым» и «округлым» звучанием с натуральным воспроизведением средних и высоких частот и тембров различных музыкальных инструментов. Недостатком является немного легковесные, затянутые и расплывчатые басы, особенно при неудачном подборе акустических систем. Ламповый усилитель будет хорошим выбором для любителей джаза, вокала, классики, той музыки в которой чрезвычайно глубокие и мощные басы не используются, так как цифровые басы клубной музыки являются слабой стороной ламповой техники.

Транзисторный усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на применении транзисторов в качестве усилительных элементов. Как правило транзисторные усилители мощнее чем ламповые и создают меньше трудностей при подборе акустических систем. Транзисторные аппараты обладают мощными, глубокими басами и детальным воспроизведением средних и высоких частот, но при неудачном исполнении транзисторных схем детальность может обернуться звоном и зернистостью высоких частот, что в свою очередь может утомлять слушателя. Транзисторный усилитель будет хорошом выбором для любителей клубной и цифровой музыки, современного рока и прочих видов, где глубокий мощный бас является основой всей мелодии.

Гибридный усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на одновременном применении и радиоламп и транзисторов в качестве усилительных элементов. Целью проектировщиков гибридных усилителей является сочетание в одном аппарате преимуществ так ламп так и транзисторов (взять лучшее от каждой технологии) и за счёт этого минимизировать их взаимные недостатки и тем самым сделать усилитель универсальным для воспроизведения любого стиля музыки. Как правило лампы применяются в предварительной части усилителя, а транзисторы в выходных каскадах (усиливают мощность сигнала перед передачей его на акустические системы). Хорошо сконструированные гибридные усилители являются весьма универсальными и не выявляют явных жанровых предпочтений

Выносной блок питания – Часть усилителя отвечающая за питание всех его схем, состоящая как правило из трансформатора и блока конденсаторов и вынесенная в отдельный корпус. В большинстве случаев блок питания делают встроенным, но часть производителей в топовых моделях своих усилителей предпочитают выносить его за пределы общего с каскадами усиления корпуса, как один из основных источников помех (электромагнитное поле трансформатора и его вибрации оказывают негативное воздействие на внутренние схемы усилителя создавая дополнительные помехи). Иногда выносной блок питания предлагается для модернизации усилителя имеющего свой встроенный, этой возможностью необходимо воспользоваться и положительный результат не заставит себя ждать.

Усилитель типа «двойное моно» - по сути это усилитель каналы усиления которого (левый и правый) выполнены полностью автономно и независимо друг от друга, даже трансформатор блока питания у каждого канала свой. Получается что внутри одного усилителя размещаются два независимых друг от друга усилителя каждый для своего канала усиления. Усилитель типа «двойное моно» это золотая середина между интегральными усилителями, обладающими компактными размерами (всё в одном корпусе) и более низкой ценой и моноблочными усилителями, создающими идеальное звуковой пространство и стереокартину.

Цифровой усилитель (класс «D») – это усилитель работающий только с сигналом в цифровой форме (ещё не преобразованным в аналоговую форму). Как правило цифровые усилители получают сигнал напрямую с CD-транспорта (минуя цифроаналоговый преобразователь, он здесь будет не нужен) или с цифровых выходов CD-проигрывателя. Сигнал проходит процесс усиления постоянно находясь в цифровом виде, а перед подачей его на акустические системы встроенный в усилитель цифроаналоговый преобразователь раскодирует его в аналоговую форму. Некоторые цифровые усилители способны получать от источника сигнал в аналоговой форме и после этого сами преобразуют его в цифровой, но это не лучший вариант его использования, так как многократное превращение сигнала из аналога в цифру и обратно крайне негативно сказывается на его качестве. Цифровые усилители более экономичны в энергопотреблении чем аналоговые и обладают лучшими показателями соотношения сигнал/шум. Цифровые усилители обладают возможностями обработки сигнала недостижимыми аналоговым эквивалентам. Особенный интерес представляют цифровые усилители со встроенными DSP-процессорами, позволяющими корректировать акустику помещения и обладающие множеством других полезных функций. Единственным существенным недостатком является тот факт, что и цифровых усилителей обладающих по настоящему аудиофильским качеством звучания в настоящее вреся чрезвычайно мало и по качеству звука они ещё уступают лучшим образцам аналоговых аппаратов.

Аналоговый усилитель – это усилитель работающий исключительно с сигналами в аналоговой форме и являющийся самым распространённым видом усилителей. К аналоговому усилителю можно подключить источник цифрового сигнала (например CD-проигрыватель), но имеющий либо встроенный либо внешний цифроаналоговый преобразователь. На данный момент аналоговые усилители превосходят цифровые по качеству звучания, но уступают им в функциональности и возможностях.

Усилитель класса «А» (однотактный усилитель) - это усилитель у которого один усилительный элемент (лампа или транзистор) усиливает обе полуволны сигнала (положительную и отрицательную). Таким образом каждый последующий усилительный каскад построен на базе только одной лампы или транзистора. Использование только одного усилительного элемента для обеих полуволн сигнала устраняет необходимость точной состыковки положительной и отрицательной волн от двух разных элементов как происходит в усилителях класса «АВ», таким образом усилители класса «А» не обладают таким видом искажения сигнала как «центральная отсечка», свойственного некоторым усилителям класса «АВ» (двухтактным усилителям). Усилители класса «А» в силу специфики своей конструкции (ток смещения) имеют меньший КПД по энергопотреблению и достаточно сильно греются даже в отсутствии сигнала, и в добавок ко всему как правило в два раза менее мощные по сравнению с аналогичными усилителями класса «АВ» (что немного затрудняет их работу с акустическими системами обладающими низкой чувствительностью), но всё это такие мелочи по сравнению с волшебным звучанием которое они способны обеспечить.

Усилитель класса «АВ» (двухтактный усилитель) - это усилитель в каждом последующем каскаде усиления которого за усиление положительных и отрицательных полуволн отвечают разные усилительные элементы (один за положительную полуволну, другой за отрицательную). Усилители класса «АВ» более экономичны в энергопотреблении и обладают большим КПД по сравнению с усилителями класса «А» и меньше греются. По сравнению с классом «А» класс «АВ» как правило обладает вдвое большей мощностью и легче поддаётся подбору акустических систем. Не удачно сконструированный усилитель класса «АВ» может обладать искажением сигнала, называемым «центральная отсечка» возникающим из-за неточной состыковки работы усилительных элементов отвечающих за разные полуволны

Кабели и разъёмы

Межблочный кабель – это кабель предназначенный для соединения между собой всех компонентов стереосистемы (кроме акустических систем (здесь нужен акустический кабель), исключением являются активные колонки и виниловых проигрывателей (для них требуется кабель для тонарма)). Межблочные кабели бывают аналоговые и цифровые, симметричные (XLR) и несимметричные (RCA), коаксиальные и оптические, из разных материалов и разного сечения. Межблочный кабель крайне важный компонент стереосистемы, так как именно он может стать причиной общего ухудшения качества звучания если не уделить его подбору должного внимания

Сетевой кабель – это кабель предназначенный для подключения компонентов системы к электропитанию и имеющий с одной стороны привычную всем нам «вилку», а с другой трёхштырьковый разъём для подключения компонентов системы. Сетевой кабель важный компонент системы, так как без качественного питания система будет также некачественно работать, а электромагнитное поле от плохо экранированного сетевого кабеля будет наводить помехи в соседние межблочные и акустические кабели

Акустический кабель – это кабель предназначенный для подключения акустических систем к интегральному усилителю или к усилителю мощности (исключением является активные акустические системы, они подключаются межблочным кабелем напрямую к предусилителю). От сечения и материала кабеля будет зависеть соотношение высоких, средних и низких частот, причём по разному для каждого вида акустических систем, поэтому пренебрегать выбором качественных акустических кабелей не стоит иначе можно получить далеко не идеальное звучание от идеальной стереосистемы. Акустические кабели могут иметь разъёмы типа «лопатка» (небольшая рогатка на конце кабеля), типа «банан» (штырь) и оголённый провод для зажима в клеммы акустической системы и усилителя напрямую

Цифровой кабель – кабель используемый для подключения компонентов системы через цифровые входы/выходы и предназначенный для проведения только цифровых сигналов. Цифровые кабели бывают как для аудио (коаксиальные, оптические и прочие), так и для видео (DVI, HDMI и прочие)

Оптический кабель – это цифровой кабель, стоящий из светопроводящего оптического волокна, передающий цифровой сигнал в виде кратковременных (миллионные доли секунд) вспышек света

Питание

Сетевой фильтр – неотъемлемая часть любой High-End системы, обеспечивающая чистое питание всех её компонентов, отфильтровывая сетевые высокочастотные помехи поступающие из всем нам знакомых розеток. Без применения фильтра в системе из компонентов имеющих недостаточно защищённые от помех блоки питания помехи могут попадать в цепи компонентов и существенно ухудшать звучание не позволяя реализовать весь потенциал Вашей системы

Регенератор напряжения – ещё одно устройство для чистого питания High-End системы, но с принципиально новым подходом к решению этой задачи. Регенератор напряжения берёт из сети переменный ток, затем выпрямляет его (превращая его в постоянный), а потом снова превращает в переменный, но я идеальными характеристиками синусоиды и напряжения и по сути становится источником идеального питания для любого компонента системы.

Стабилизатор напряжения – неотъемлемая часть любой High-End системы, обеспечивающая чистое питание всех её компонентов и предохранение от скачков напряжения, приводящих к выходу из строя Вашей техники. Непредвиденные скачки напряжения в городской сети электроснабжения способны моментально сжечь все схемы Вашей техники если Вы пренебрежёте приобретением стабилизатора напряжения. Кроме больших скачков напряжение в сети постоянно колеблется от пониженного до повышенного и эти колебания существенно усложняют работу блоков питания Ваших компонентов и ухудшая общее звучание. Как правило стабилизаторы напряжения имеют в своём составе цепи фильтрации питания (встроенный сетевой фильтр), таким образом сочетая чистоту питания и безопасность для Вашей аппаратуры

Средства видео отображения информации

Проектор – это неотъемлемый компонент настоящего домашнего кинотеатра, отвечающий за отображение видеоинформации методом проекции картинки на экран из специального материала. Современные Full HD проекторы существенно превосходят в качестве изображения и его размере любые виды самых современных телевизоров в одной ценовой категории. Даже скромные проекторы способны обеспечить в обычной квартире изображение до 2.5 метров по диагонали и несколько миллиардов цветов и оттенков. Различные системы креплений проекторов позволяют устанавливать их на потолок или вовсе скрыть с глаз применяя специальные подъёмники, скрывающие проекторы в подвесных потолках когда они не задействованы. Подобные системы крепления проекторов и экранов поднимающихся в ниши потолков позволяет любую гостиную нажатием одной кнопки превратить в настоящий кинотеатр, а после окончания просмотра скрыть все признаки его наличия

Экран для проектора – неотъемлемая часть домашнего кинотеатра созданного на основе проектора. Экран представляет собой полотно из специального материала повышающего контрастность и качество изображения и сохраняющий свои линейные размеры. Полотно крепится к подъёмному устройству установленному в элегантный корпус. Экран может иметь ручной привод подъёма и электрический (сворачивается и разворачивается нажатием кнопки). Возможна установка экрана в потолочные ниши, что позволит скрыть присутствие кинотеатра в гостиной когда он не задействован

Домашний кинотеатр

DVD-проигрыватель – практически самый универсальный из существующих видов проигрывателей дисков. DVD-проигрыватель способен воспроизводить почти все известные форматы аудио видео информации записываемой на диски стандартного размера (исключением являются только Blu Ray диски). Кроме отсека для дисков у некоторых DVD-проигрывателей имеются слоты для подключения карт памяти всех форматов и USB-устройств. Несмотря на то что DVD-проигрыватель способен воспроизводить и аудио записи настоящим аудиофилам рекомендуется использовать его только для видео и звуковых дорожек к фильмам, так как CD и SACD-проигрыватели при одинаковой цене превосходят DVD-проигрыватели по качеству воспроизведения музыки. DVD-проигрыватели имеющие многоканальный выход, встроенные декодеры и регулятор громкости можно подключать напрямую к многоканальному усилителю мощности, в противном случае потребуется A/V-рессивер

Blu Ray-проигрыватель – на настоящий момент это самый универсальный проигрыватель, воспроизводящий практически все известные аудио видео форматы записываемые на диски стандартных размеров. Кроме отсека для дисков у большинства Blu Ray-проигрывателей имеются слоты для подключения карт памяти всех форматов и USB-устройств. Своё название Blu Ray-проигрыватели получили от основного формата ради которого были созданы Blu Ray Disk, это формат самого высокого разрешения, который способны отобразить только Full HD проекторы и телевизоры. Blu Ray -проигрыватели имеющие многоканальный выход, встроенные декодеры и регулятор громкости можно подключать напрямую к многоканальному усилителю мощности, в противном случае потребуется A/V-рессивер

AV-ресивер – компонент домашнего кинотеатра, отвечающий за декодировку аудио и видеосигналов (в случае если в DVD или Blu Ray проигрывателе нет встроенного видеопроцессора), полученных от DVD или Blu Ray-проигрывателя, усиление аудиосигналов и распределение их между подключёнными акустическими системами. Большинство рессиверов имеют встроенный тюнер для воспроизведения радио. Основными различиями рессивиров между собой (кроме общего качества изготовления и звучания) являются количество каналов усиления, мощность на каждый канал и полнота набора аудио видео декодеров

Руководитель фирмы "Валанкон", один из инициаторов проведения и активный участник выставки "Российский Hi-End", рассказывает в статье об особенностях акустических систем с круговой диаграммой направленности, а также о вариантах их конструкции.

Основная задача электроакустического звуковоспроизведения (в самом идеализированном варианте) - обеспечить соответствие вторичного звукового поля в месте прослушивания первичному в месте, где происходит само действие. Находясь на улице, в лесу, в поле или в любом другом месте, прислушавшись, мы совершенно свободно можем локализовать источники этих звуков со всех сторон. Большинство источников звуков в окружающем нас мире близки к точечным (в сравнении с длиной волн звуковых колебаний). От этих источников исходит динамически меняющийся спектр частот и, в зависимости от местоположения источника звука над уровнем пола или земли, формируется полусферическая или сферическая волна. Возможно, мне возразят, приведя пример колеблющейся струны, но давайте возьмём электрогитару, на которой звукосниматель размещён ближе к концу струн. Вроде должны быть только высокие частоты, но звукосниматель передаёт широкий спектр частот. С каждого участка струны можно снять практически весь спектр частот колебаний.

Мысленно представим себе следующий эксперимент: в стене комнаты без окон на расстоянии, например, 2 м вырезаны два выходящих на улицу отверстия диаметром, равным диффузору громкоговорителя. Таким образом, мы получим эквивалент акустической системы, обладающей разной диаграммой направленности для различных частот, причём для высоких частот диаграмма будет уже. Мы сидим в комнате и стараемся понять, что происходит на улице. А теперь выйдем на улицу - звуки будут окружать нас.

Именно к воссозданию пространственного звукового поля и направлены усилия разработчиков акустических систем пространственного поля (АСПП). Большинство существующих систем - векторные, т. е. направленного излучения хотя бы в части полосы звуковых частот.

Задача озвучивания помещения состоит в том, чтобы наполнить его равномерным звуковым полем (давлением) во всех его точках без максимумов и провалов. Представим такой эксперимент - зеркальная комната, и её надо равномерно осветить. Если мы возьмём фонари направленного света (векторные излучатели), то получим отдельные лучи света, отражённые от зеркальных стен, будут максимумы и провалы. Если мы возьмём ненаправленную матовую лампу (или две разнесённые лампы), то получим заполненное более равномерно светом помещение. Из этого эксперимента мы получим вывод: менее направленное излучение звука от АС создаёт более равномерное звуковое поле.

Применяемые динамические головки, как источники звука, не позволяют воспроизвести весь слышимый диапазон частот без заметных искажений. Для решения этой проблемы выпускают полосовые головки, оптимизированные для своей полосы частот. Таким образом, АС состоят из нескольких головок, разнесённых на передней панели громкоговорителей, и на каждую из полосовых головок подаётся только часть спектра звукового сигнала, причём каждая из этих головок имеет свою диаграмму направленности.

В многополосных АС с разнесёнными динамическими головками существуют некоторые проблемы: разное время задержки сигналов в полосах из-за задержки в фильтрах кроссовера, неточечность излучения спектра звука, что приводит к смещению диаграммы направленности в области разделения полос. Различная диаграмма направленности полосовых излучателей, в зависимости от места размещения слушателей, приводит к тембральной окраске звучания музыкальных инструментов.

Вывод: вторичное звуковое поле принципиально не может соответствовать первичному - рис. 1. Возникает неизбежный вопрос - что делать?

Рис. 1. Вторичное звуковое поле принципиально не может соответствовать первичному

Сначала немного истории. В 1898 г. Оливером Лоджем изобретён динамический громкоговоритель, конструкция которого в основном сохранилась до сих пор. В 1948 г. на Лондонском "Радио-шоу" был представлен первый громкоговоритель "DualConcentric" фирмы Tannoy, это первый двухполосный коаксиальный излучатель, эквивалентный точечному.

Это действительно был прорыв, который сохраняет свои преимущества до настоящего времени, однако у коаксиального громкоговорителя с рупорным высокочастотным излучателем очень невелика область комфортного прослушивания из-за обострения направленности с ростом частоты сигнала. В коаксиальной конструкции высокочастотный излучатель находится в вершине конуса низкочастотного излучателя, который выполняет функцию подвижного(!) рупора, влияя на тембральную окраску в зависимости от положения слушателя.

Следующий шаг к созданию АСПП сделал инженер В. И. Шоров. Разработанная им акустическая система 30АС103П выпускалась заводом "Янтарь" и была описана в . Это двухполосная АС, где две динамические головки установлены в горизонтальной плоскости и направлены каждая на свой рассеивающий конус, переводя векторное излучение в скалярное (ненаправленное). Так как высокочастотный излучатель (головка) установлен над низкочастотным, то абсолютно точечного источника мы не получаем, но в горизонтальной плоскости получается источник с круговой диаграммой направленности.

Ещё одним шагом к созданию точечного всенаправленного (точнее, с диаграммой излучения) источника звука явилась конструкция (рис. 2), предложенная Ю. Грибановым и А. Клячиным.

Рис. 2. Конструкция АС Ю. Грибанова и А. Клячина

В ней на шести гранях корпуса АС установлены шесть пар головок. Эту АС нельзя назвать АСПП, так как присутствует векторная составляющая излучения. Но она является точечным всенаправленным источником звука. Есть ещё один недостаток: одинаковый сигнал излучается несколькими головками и невозможно добиться их синхронной работы и идентичности параметров. Это может приводить к потере тончайших нюансов звучания фонограммы.

Более полно идеологии АСПП соответствует так называемая контрапертурная АС (рис. 3), предложенная А. Виноградовым и А. Гайдаровым.

Рис. 3. Контрапертурная АС, предложенная А. Виноградовым и А. Гайдаровым

Создаётся виртуальный точечный всенаправленный источник звукового давления в полной полосе ЗЧ. Вертикальная составляющая звуковой волны несколько подавлена. Но мы опять возвращаемся к той же проблеме, что и в предыдущем случае, - не получается абсолютно симметричной структуры. На высоких частотах звуковые волны, излучаемые двумя головками, могут не совпадать по фазе, и возникшая интерференция приведёт к искажению исходного тембра. Искажения, конечно, меньше, чем в предыдущем способе (меньше головок), но проблема остаётся. Есть ещё одна проблема, связанная с подобной конструкцией. Использование двух широкополосных головок не всегда позволяет воспроизвести необходимый диапазон частот, даже если использовать коаксиальные (двухполосные). Необходимую трёхполосность в такой структуре реализовать не представляется возможным.

Принцип работы третьего типа АСПП легко понять из конструкции, условно изображённой на рис. 4. Исключение половины комплекта громкоговорителей контрапертурной АС позволяет избежать свойственных ей недостатков. Здесь также излучаются звуковые волны с круговой диаграммой направленности во всём диапазоне частот.

Рис. 4. Принцип работы третьего типа АСПП

В настоящее время наша фирма, имеющая ряд патентов на подобные АС, выпускает АСПП по двум структурам. Двухполосные, изготовленные по рис. 5, выпускаются в трёх объёмах: 5, 10 и 40 л для бытового использования в жилых комнатах. Для небольших кинозалов выпускается специальная АСПП мощностью 1000 Вт, обеспечивающая высокое звуковое давление. Структура АСПП, изображённая на рис. 6, реализует трёхполосный принцип разделения спектра, что существенно упрощает проблему подбора головок. Среди изделий фирмы есть и АСПП с объёмом корпуса 70 л, она рассчитана на высококачественное воспроизведение стереофонических фонограмм.

Рис. 5. Двухполосная АСПП

Рис. 6. Трёхполосная АСПП

Если говорить об особенностяхАСПП, то в сравнении с АС прямого излучения можно предположить некоторое ослабление атаки в звучании инструментов, так как звук излучается во все стороны, а не направленно на слушателей.

Но что даёт использование подобных АС в реальных помещениях? Создаётся ровное пространственное звуковое поле - где бы вы ни находились, везде звук тембрально одинаков. Стоите вы перед АС или сбоку - звук не меняется, вас окружает однородное звуковое поле. Получается очень комфортное озвучивание больших площадей: необыкновенное ощущение комфортности и эмоциональной вовлечённости создают среду, недостижимую с обычными АС. Показанные здесь три типа АСПП не исчерпывают всего многообразия различных вариантов.

Утверждать однозначно, что какой-то звук лучше или хуже другого при превышении некоего порога качества, в значительной степени бессмысленно: восприятие - это область эмоций, а они разные, поэтому есть множество усилителей и акустических систем. Но что однозначно - этот звук ближе к окружающему нас естественному.

В качестве примера рассмотрим выпускаемую нашей фирмой акустическую систему АС200. Эта система изготавливается в настольном и подвесном варианте с применением динамических головок, выпускаемых ООО "Лаборатория АСА" . Мы используем в качестве НЧ-головки модель В1602.8, а в качестве ВЧ-головки - Т252.4. На рис. 7 приведён упрощённый чертёж АС.

Рис. 7. Упрощённый чертёж АС

Подобная вертикальная конструкция АС позволяет использовать в качестве корпуса трубу, что выгодно отличает её от стандартных кубических корпусов. В качестве корпуса 11 (рис. 8) выбрана пластиковая труба ПВХ 200x4,9x2000, используемая, в частности, в канализационных системах. Одной трубы длиной 2 м достаточно для двух АС. Кольца 1, 2, 6, 10 изготавливают из МДФ толщиной 16 мм. На рис. 9 приведён чертёж деталей 2, 6. Детали крепят к корпусу потайными саморезами 3x19 мм (3-4 шт.). На деталь 2, установленную в нижней части корпуса, крепится фильтр 9, она имеет отверстие для вывода сигнального провода. Деталь 6, на которой установлены динамические головки, крепится в корпусе 11 с условием, что верхняя плоскость кольца установлена заподлицо с нижним краем окон корпуса 11. Для прокладки провода, идущего к ВЧ-головке 4, в одно из крепёжных отверстий НЧ-головки 5 не устанавливают саморез, а пропускают провод на ВЧ-головку, которую закрепляют любым способом (на бонках, на конструкции, спаянной из медной проволоки диаметром 1...1,5 мм) и фиксируют саморезами, которые крепят НЧ-головку. Основное требование - это обеспечение необходимого зазора между диффузором ВЧ-головки и рассеивающим конусом 3. Конус, показанный на рис. 10, можно изготовить из МДФ или толстого пластика. Для придания жёсткости пластиковый конус можно запенить.

Рис. 8. Корпус АС - пластиковая труба ПВХ 200x4,9x2000

Рис. 9. Чертёж деталей 2, 6

Рис. 10. Пластиковый конус

Желательна глянцевая, лакированная поверхность конуса для уменьшения потерь на высоких частотах. Конус фиксируется на детали 2 с помощью клея.

В качестве звукопоглотителя используется тонкий синтепон, который набивают плотно; критерием плотности набивки является отсутствие бубнения в низкочастотном регистре. Можно попробовать насыпать слой толщиной 5...10 см мелкого активированного угля, который обязательно сверху закрыть синтепоном.

Детали 1 и 10 определяют внешний вид, их можно покрасить или фанеровать. Деталь 1 крепится к детали 2 на шкантах или мелкими саморезами, а деталь 10 - саморезами, с выпуском соединительного кабеля.

Для придания АС товарного вида можно пошить "чулок" из тонкой синтетической ткани и прикрепить её степлером к верхней и нижней детали 2.

Схема разделительного фильтра показана на рис. 11.

Рис. 11. Схема разделительного фильтра

Катушку индуктивности L1 наматывают эмалированным проводом диаметром 0,5...0,8 мм на пластиковую трубу диаметром 25 мм, ширинанамотки - 20 мм. 120 витков провода длиной 10,2 м создают индуктивность 0,3 мГн. Конденсатор С1 - К73-17 или К78-2 (лучше). Резистор R1 сопротивлением 0,2 Ом изготавливают из высокоомной проволоки: берут кусок длиной несколько метров, измеряют его сопротивление и откусывают соответствующую нужному сопротивлению часть. Диаметр проволоки должен быть не менее 0,2 мм. Фазу (полярность) включения головок определяют опытным путём. Здесь на схеме показана полярность, оптимизированная при измерении на "розовом" шуме.

Литература

1. Шоров В., Янков В. Акустическая система для самостоятельного изготовления. - Радио, 1997, № 4, с. 12-14.

Большим недостатком современных динамических громкоговорителей является острая характеристика направленности в области высоких частот, что создает определенные неудобства при прослушивании монофонических программ и сужает зону стереоэффекта при использовании обычных акустических систем в стереофонии.

В различной отечественной и зарубежной литературе неоднократно приводился рисунок (рис. 1), иллюстрирующий влияние расположения громкоговорителей на зону стереоэффекта.

Рис. 1. Зона заметного стереоэффекта: а - при размещении одиночных громкоговорителей в углах помещения, б - при размещении системы из трех громкоговорителей в каждом канале вдоль узкой стороны комнаты.

Для расширения зоны стереоэффекта многие любители стереофонического звуковоспроизведения применяют один - два громкоговорителя закрытого типа в каждом канале, располагая их в углах комнаты, как показанной на рис. 2.

Рис. 2. Размещение громкоговорителей по углам комнаты.

Выпускаемые рядом иностранных фирм высокочастотные акустические агрегаты выполнены в форме куба, на внутренней стороне каждой грани которого размещен громкоговоритель (всего 6 штук).

Применение всенаправленных излучателей не только расширяет зону стереоэффекта, но и позволяет значительно снизить необходимую площадь помещения с 18-20 до 12-15 кв.м. В материалах рекламной иностранной печати имеются сообщения, что использование всенаправленных излучателей позволяет получить удовлетворительный стереоэффект даже в салоне легкового автомобиля.

В конструкции применены отечественные громкоговорители 1ГД-3 РР3 со следующими основными параметрами: среденее стандартное звуковое давление 0,3 н/м2, собственная частота механического резонанса 4,5±1 кГц, модуль полного электрического сопротивления на чатсоте 630 Гц — 12,5 Ом, номинальная мощность 1 Вт, рабочий диапазон частот 5-18 кГц.

Общий вид акустики показан на рис. 3. Сферический фронт звуковой волны от громкоговорителя 1 (на рисунке дан разрез диффузора громкоговорителя) попадает на рассеивающую линзу 2. Отраженные от линзы звуковые колебания имеют круговую характеристику направленности в горизонтальной плоскости. Образующая линза рассчитана таким образом, что и в вертикальной плоскости появляется характеристика направленности громкоговорителя. Для увеличения звукового давления и расширения характеристики направленности в агрегате используются два громкоговорителя.

Рис. 3. Общий вид акустического агрегата: 1 — громкоговоритель, 2 — исскуственная линза, 3 — корпус, 4 — дюралиевая линза, 5 — кольцо, 6 — капроновая стека, 7 — стойки, 8 — основание, 9 — муфты.

При сборке агрегата громкоговоритель с капроновой сеткой, защищающий его от пыли, приклеивают его к пластине 4 и запрессованному в нем кольцу 5. Затем весь узел с помощью стоек 7 крепят к корпусу 3. Стойки 7 держат также основание 8 с приклеенными к нему линзами 2.

Эскизы деталей агрегата показана на рис. 4. Корпус 3 и основание фанерованы, можно использовать пластик с рисунком, иммитируюший ценные породы дерева. Остальные детали изготовлены из дюралюминия Д16. Наружные поверхности этих деталей отполированы.

Рис. 4. Эскизы деталей агрегата.

Электрическое включение громкоговорителей агрегата определяется параметрами усилителя и низкочастотных громкоговорителей. Для однополосных усилителей с номинальной выходной мощностью 5-10 Вт можно рекомендовать вариант включения агрегата, поаказанный на рис. 5, а.

Рис. 5. Электрические схемы включения громкоговорителей акустического агрегата.

Для стереофонических усилителей с одним низкочастотным громкоговорителем схема упрощается. На рис. 5, б, например, показана схема подключения агрегата к звуковой колонке магнитофона «Яуза-10».Дроссели намотаны на пластмассовых каркасах диаметром 25 мм. Ширина намотки 30 мм. Дроссель Др1 (рис. 5,а) содержат 150, а Др1 (рис. 5,б) - 100 витокв провода ПЭВ-2 1,04.

И в заключение хочется предупредить радиолюбителей, что использование описанного акустического агрегата целесообразно только в том случае, если полоса рабочих частот усилителя превышает 8-10 кГц. При меньшей полосе пропускания его применение становится неоправданным и малоэффективным.

Радио стр. 39-40, № 4, 1973 г.

Мере задействуют «фактор помещения». Эти разработки основываются на результатах многочисленных психоакустических исследований. Главными преимуществами звука ненаправленных (или обладающих «круговой направленностью») акустических систем считаются схожесть тембров прямого и отраженного звука в точке прослушивания, а

также повышенная «объемность» музыкального образа. Характеристику направленности можно показать с помощью диаграмм направленности (рис. 18.16), измеренных на разных частотах и последовательно наложенных друг на друга. Однако если на одном рисунке будет очень много кривых, то изображение станет неразборчивым, особенно если кривые нарисованы в серых тонах. В настоящее время существует множество способов изображения, которые могут помочь в данной ситуации, например цветная печать. Но если не ограничить количество частот, то диаграммы будет трудно читать, особенно при малом масштабе изображения. Весьма удобным способом является изображение наложенных графиков в трехмерной системе координат. При расположении одной диаграммы над другой видна некоторая асимметрия в излучении, но без указателя с подписью трудно определить частоту конкретной кривой. На стеке диаграмм также наблюдается уменьшение угла покрытия с ростом частоты.

Разделительные фильтры

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.

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,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.

Выбор и расчет параметров оптимального варианта акустического оформления

В процессе разработки акустической системы, мною поставлена задача получения высокого качества концертного звучания, позволяющего в полном объеме раскрыть эмоциональный потенциал музыкального материала в помещениях различного объемаа также на открытых площадках.

Результатом курсовой работы должен быть математический расчёт АС с блоком фильтров. АС будет иметь следующие особенности:

1.3 полноценных полосы (НЧ,СЧ, рупорная ВЧ)

2.Равномерную частотную характеристику (отклонение в области низких частот ±4 дБ в области низких частот)

3.Акустическое оформление будет представлять собой ящик с фазоинвертором аппроксимирующий аналитическое выражение фильтра Баттерворта 3-го порядка, для получения равномерной частотной характеристики в области НЧ

4.Выбор экспоненциального рупора для ВЧ излучателя, для повышения мощности излучателя в верхнем диапазоне частот.

5.В качестве излучателей я буду брать динамические головки различных производителей, которые будут иметь удовлетворительные параметры для решения поставленной задачи.

Программная среда SPEAKERSHOP

Приступим сразу и непосредственно к предмету рассмотрения - компьютерному программному обеспечению SPEAKERSHOP, подготовленному специалистами фирмы JBL для разработки и расчета параметров акустического оформления сабвуферов. Сразу оговорюсь, что программа хорошо сработает применительно и к домашней акустике, но это не наш случай, и что она позволяет производить вычисления не только для динамиков JBL, а собственно для самых разных изделий - были бы известны значения необходимых характеристик.

Это программное обеспечение помогает определить объем и размеры корпуса и оценить качество звучания. Конструкция анализируется в два этапа. Прежде всего определяется, как она будет работать при нормальных уровнях прослушивания. Эта процедура называется анализом на малых сигналах и включает в себя расчет амплитудной (частотной) характеристики, характеристики сопротивления звуковой катушки, фазовой характеристики и групповой задержки. Во вторую очередь для конструкции моделируется режим максимальной громкости. Этот этап называется анализом на больших сигналах и включает в себя нормы термальной акустической мощности в диапазоне средних частот и характеристику максимальной мощности при различных отклонениях.

Существуют два способа конструирования корпусов с помощью программы SPEAKERSHOP Enclosure Module. Один из них предусматривает конструирование корпуса для определенных выбранных динамиков. При этом варьируются характеристики корпуса. Другой способ заключается в поиске подходящих динамиков для существующего корпуса: вы подбираете модели динамиков. Метод конструирования может быть выбран с помощью команды Variable в меню Options.

Рисунок 18.17

Электронная таблица содержит колонки для конструирования шести корпусов.

Первые три предназначены для расчета корпусов с фазоинвертором - для оптимальной, пользовательской (т.е. проектируемой самим мастером) конструкций и для корпусов, рассчитанных на определенную полосу частот. Следующая колонка предназначена для пользовательской конструкции корпуса с пассивным излучателем. Последние две колонки предназначены для оптимальной и пользовательской

конструкции для корпусов закрытого типа.

Режим, когда изменяемой величиной является сам динамик, задается с помощью команды Variable-Loudspeaker в меню Options. Это на случай выбора подходящих динамиков для уже существующего корпуса. Режим очень удобен для расчетов звуковоспроизводящих систем автомобилей, когда необходимо подобрать динамик под строго заданный объем, так как позволяет быстро проверять работу нескольких различных акустических систем в конкретном корпусе или в определенном ограниченном пространстве.

В режиме Variable-Loudspeaker используется электронная таблица-меню другого вида. Вместо показа шести различных конструкций корпусов, как это делается в режиме Variable-Box, одновременно демонстрируются шесть различных динамиков. Таким образом дается возможность быстро сравнить до шести различных моделей. В данном пакете предоставляется возможным вводить минимальные параметры, включающие в себя название производителя (Manufacturer), название модели (Model), Fs, Vas и Qts. Номинальную эффективность или чувствительность необходимо вводить только при конструировании корпусов с фазоинвертором.

В базе хранятся значения всех необходимых характеристик большого количества динамиков самых разных фирм-изготовителей. "Сектор обстрела" очень широк, достаточно перечислить в качестве иллюстрации несколько фирм из начала списка: A&S Speakers, Acoustic Research, AcousticPro - и из его окончания: Xtasy Audio, Yamaha, Zachry. Конечно же, если вы не обнаружили искомую модель, то ее можно вместе с характеристиками внести в базу, наращивая содержащуюся в ней информацию. Более того, если у вас есть возможность измерить амплитудно-частотные характеристики динамика в специальном тестовом корпусе-экране или получить эти данные от производителя, то предусмотрен вариант поточечного внесения экспериментальных значений. Понятное дело, добавление экспериментальных данных повысит точность результата расчетов. Программа также позволяет проводить автоматический подбор моделей динамиков, удовлетворяющих наперед заданным условиям. Целью оптимизации конструкции корпуса с фазоинвертором является выбор объема, обеспечивающего наиболее ровную и плавную амплитудную характеристику в области частот настройки порта фазоинвертора. Преимуществами такой конструкции являются более широкая характеристика в диапазоне средних и низких частот, меньшие искажения за счет меньшей амплитуды диффузора, более высокая эффективность и меньшая общая стоимость. Конструкция корпуса с фазоинвертором относительно чувствительна к изменению параметров динамика. В таком корпусе лучше работают динамики с достаточно низким Qts (от 0,2 до 0,5). Конструкции корпусов с фазоинвертором допускают значительно большую частоту резонанса (Fs), а также применение звуковых катушек с укороченным шагом намотки (низкое значение Xmax) и более жесткого подвеса (небольшое значение Vas), чем конструкции закрытых корпусов. Уменьшение корпуса с фазоинвертором потребует более низкого Qts и меньшего значения Vas.

Система с большой бассовой отдачей и система с более "гладкой" басовой АЧХ; 2)Недостаточно задемпфированная система (объем короба мал) и передемпфированная система (объем короба велик)

Fs - Собственная резонансная частота динамика (Гц).

Qts - Добротность динамика для значения частоты Fs с учетом всех электромагнитных и механических потерь.

Vas - Объем воздуха, имеющий упругость, эквивалентную упругости подвеса динамика (кубические футы или дюймы, а также литры).

Получаемые "на выходе" графики

Вданной программе вы можете получить доступ к шести графикам различных характеристик. Это графики: нормализованной амплитудно-частотной характеристики

Рисунок 18.18

Расчет акустической системы. Описание конструкции.

Для расчёта акустического оформления потребовались параметры Тиле-Смолла низкочастотных динамиков. Характеристики динамиков выбираем из базы данных программы SPEAKERSHOР. Мною был выбрана динамическая головка JBL 1800GTiкоторая имеет следующие характеристики:

    F s =30 Гц - резонансная частота

    Q ms =5,54 - механическая добротность

    V as = 362 литра - эквивалентный объём

    Dia=42,5 см - эффективный диаметр диффузора

    Q ts =0,43 - полная добротность

    Q es =0,456 - акустическая добротность

    Re=3 Ом - сопротивление постоянному току

    Z=4 Ом - импеданс

    Pe=600 Вт - предельная мощность

Отношение F s /Q ts получилось порядка 93, из чего я сделал вывод, что динамик больше тяготеет к фазоинверсному акустическому оформлению. Поясню: по отношению резонансной частоты к добротности можно довольно точно определить тип будущего акустического оформления. Если это отношение мене 50 то динамик однозначно создан

для закрытого корпуса, если более 100 – то для фазоинвертора.

Подставив данные в JBL Speaker Shop получил характеристики:

Рисунок 18.19 АЧХ динамика JBL 1800GTiв ящике с фазоинвертором.

При расчете программой внутренний объем короба составил 380 литров. Исходя из этого предложено следующие размеры сторон акустической системы.

Корпус громкоговорителя будет изготовлен из фанеры или древесно-стружечной плиты толщиной около 20 мм.. Места соединения боковых стенок с верхней и нижней стенками будет укреплено прямоугольными ребрами жесткости изготовленными из стали. Для устранения влияния отражения сигнала на средних частотах внутри корпуса будет размещен простеганный слой натуральной или минеральной ваты толщиной не менее 50 мм. Такое покрытие должно быть выполнено по всей внутренней поверхности корпуса. ВЧ и СЧ динамики установлены с внешней стороны передней панели.

Для акустической изоляции СЧ и ВЧ динамиков, будут изготовлены небольшие боксы из 10-и миллиметровой фанеры.

Также с помощью программы определили

частоту настройки ящика-фазоинвертора.

fb =26,8 Гц.

Выбрав соотношение сторон ящика равными 1:0.8:0.5,найдем его высоту ширину и глубину.1.4;0.6;0.5.При толщине передней панели и остальных стенок 20мм. Наружные размеры ящика будут равны 1.42 0.62 0.52м. Расчет фазоинвертора основан на определении акустической массы. которая вместе с гибкостью свободного объема ящика резонирует на частоте.

Риснок 18.20

Отношение длины трубы Lvк площади выходного отверстия Sv:
(18.2)

Подставляя в последнее уравнение численные значения свобод­ного объема и частоты настройки, получаем:
=11.17

Следует отметить, что Lv - кажущаяся длина инвертора, вклю­чающая в себя как непосредственно длину трубы или полки, так и приращение за счет краевых эффектов.

Абсолютные значения Sv и Lv при сохранений нужного отноше­ния выбираются из следующих соображений. Площадь фазоинверсного отверстия не может быть слишком малой, иначе за счет боль­шой колебательной скорости в инверторе могут возникнуть нелиней­ные искажения и посторонние призвуки. По воз­можности Sv приближают к верхнему пределу. Однако, чем больше площадь инвертора, тем большей должна быть его длина, чтобы отношение Sv/Lv оставалось неизменным. Размещение же большой трубы в ящике связано с усложнением его конструкции и увеличе­нием размеров.

При всех условиях свободный внутренний объем ящика не дол­жен изменяться. Кроме того, слишком длинная труба в верхней ча­сти низкочастотного диапазона перестает работать как система с сосредоточенными параметрами, что может привести к увеличению не­равномерности частотной характеристики громкоговорителя.

Для рассматриваемого примера выберем площадь фазоинверсного отверстия равной 0,3 эффективной площади диффузора. При соот­ношении эффективного и номинального диаметров Dэфф=0,74D (18.3) для головки с D = 0,42 м площадь фазоинверсного отверстия составит: Sv =0.3∙3.14∙
=2.3∙10 -2
.

Из условия Lv/Sv =11.17
получим Lv=0,25 м. Чтобы опреде­лить истинную длину ивертора, из найденного значения следует вы­честь поправку на краевые эффекты:

(18.4)

Следовательно, длина инвертора, включая толщину передней стенки, составит:

L= 0.25 -
= 0.2 м.

Конструктивно фазоинвертор может быть выполнен, например, в виде трубы круглого или прямоугольного сечения. Определив точ­ные размеры инвертора, можно проверить правильность расчета раз­меров ящика. Полный внутренний объем ящика должен быть равен сумме необходимого свободного объема, объема, занимаемого голов­кой, инвертором и брусьями каркаса

Заключение

Данная работа посвящена одному из важнейших направлений прикладной акустики - разработке и расчету мощной акустической системы. Разработчиком этого проекта была поставлена задача добиться линейной частотной характеристики в области низких частот. Для этого было выбрано акустическое оформление в виде ящика с фазоинвертором аппроксимирующим аналитическое выражение фильтра Баттерворта 3-го порядка.

В результате выполнения работы получены следующие основные результаты:

    Внутренний объем и геометрические размеры корпуса

    Частота настройки ящика-фазоинвертора

    Значение добротности для корпуса

    Амплитудно-частотная характеристика акустической системы

    Нижняя граничная частота по уровню -3дБ

    Диаметр и площадь поперечного сечения воздуховода

    Длина воздуховода в корпусе с фазоинвертором

Питер Мэпп

Выбирая акустическую систему для конкретного применения, следует учитывать множество факторов – механических, климатических, эстетических, акустических и электрических. Два последних можно объединить вместе под общим названием – электроакустические параметры. Именно под этим углом зрения рассматривается проблема выбора громкоговорителя в данной статье. К основным электроакустическим параметрам, которые необходимо принимать во внимание при определении или оценке пригодности устройства для данного применения, относятся частотная характеристика, акустическая мощность, диаграмма направленности, угол покрытия, направленность, чувствительность, импеданс, искажения и мощность. Существует также много других параметров (фазовая характеристика, компрессия мощности), и каждый заслуживает отдельной статьи, однако наша задача – дать о них лишь общее представление.

Следует отметить, что ни один из параметров не является определяющим при выборе громкоговорителя. Некоторые из них взаимосвязаны, другие являются взаимоисключающими, таким образом, выбор должен делаться с учетом множества факторов. Очень часто идеального устройства просто не существует, поэтому необходимо найти компромиссное решение – так же, как и при разработке, и изготовлении самого устройства. Хорошей отправной точкой для поиска могут стать частотная характеристика и полоса пропускания.

Частотная характеристика

Рис. 1. АЧХ акустической системы в разных масштабах
Полоса пропускания и частотная характеристика громкоговорителя оказывают наибольшее влияние на его звучание. Существует много определений и методов измерения частотной характеристики. Многие стандарты и методы рассчитаны на изделия класса Hi-Fi и им подобные и в некоторых случаях не совсем подходят для промышленных звуковых систем или систем общего назначения. Практически повсеместно под частотной характеристикой понимается осевая характеристика, измеренная на расстоянии 1 м. В случае крупногабаритных устройств расстояние может составлять 2 м и более. Однако для чувствительности всегда берется расстояние в 1 м.

Методы измерения изложены в ряде промышленных и международных стандартов, таких как AES и IEC. При проведении измерений могут использоваться такие сигналы, как гармонические колебания, розовый шум с полосой 1/3 октавы (или уже), белый шум (также с полосой 1/3 октавы или уже). MLS-сигналы, которые широко применяются в настоящее время, также попадают в эту категорию, поскольку их спектр фактически совпадает со спектром белого шума.

Форма представления данных в значительной степени стандартизована, тем не менее будьте осторожны – истинное звучание может оказаться совсем не таким, каким мы его представляли, глядя на график частотной характеристики. Пример тому показан на рис. 1. На первый взгляд, громкоговоритель, характеристика которого изображена на верхнем графике, может показаться предпочтительней, поскольку имеет более гладкую характеристику. Однако посмотрев на вертикальную шкалу, вы поймете, что кривые построены в разных масштабах. На самом деле оба графика относятся к одному и тому же громкоговорителю. Данные с высокой степенью подробности часто сглаживаются на графиках. И хотя такое представление данных позволяет показать вид кривой в целом, оно также может ввести в заблуждение, поскольку при этом оказываются скрытыми такие детали, как резонансные пики и спады характеристики, которые являются характерными признаками нежелательных резонансов, дифракции/интерференции звука в помещении или плохой настройки разделительных фильтров.

Частотная характеристика обычно снимается в безэховых условиях, если не указано иное. Поэтому снова убедитесь, что вы прочли подписи в паспорте АС, сделанные петитом. Хороший пример приведен на рис.2. На самом деле в данных производителя этой акустической системы отсутствует график частотной характеристики, но указано, что неравномерность составляет всего ±3 дБ. Однако, согласно написанному петитом, измерения являются усредненными для комнатных условий, что совсем не одно и то же, как видно из рис. 2.

Частотная характеристика обычно снимается на оси, совпадающей с основным направлением излучения. И хотя это дает хорошее представление о потенциально возможной характеристике в данном направлении, тем не менее в случае различных коммерческих систем и общественных систем оповещения большинство слушателей будет находиться под углом к этой оси. Поэтому для детальной оценки пригодности громкоговорителя необходима частотная характеристика, измеренная под различными углами к основной оси в пределах номинального угла покрытия с шагом 10–15°, которая изображается в виде семейства кривых. При работе в больших и сложных, с акустической точки зрения, помещениях полезно также использовать характеристики направленности. На рис. 3 представлены частотные характеристики для высококачественного контрольного громкоговорителя, снятые на основной оси и под разными углами к ней, которые показывают очень хороший результат.

Акустическая мощность

Характеристика излучаемой громкоговорителем акустической мощности (не путать с мощностью) – очень полезный, но редко указываемый параметр. Она показывает суммарную акустическую мощность, излучаемую на выходе. Хотя частотные характеристики, снятые в безэховых условиях, могут дать правдивую картину о потенциально возможных характеристиках в хороших акустических условиях и в пределах критического расстояния от громкоговорителя, однако в некоторых случаях, например в помещении с высоким временем реверберации или для распределенных систем в помещениях, многие слушатели вполне могут оказаться за пределами критического расстояния. Следовательно, поле реверберации становится преобладающим, что в большей степени зависит от суммарной излучаемой звуковой мощности, нежели от осевой частотной характеристики.

Мало кто из производителей указывает эти столь необходимые характеристики, и немногие из нынешних стандартов требуют их измерения, не говоря уж об их упоминании, тем не менее эта информация очень важна для точного расчета потенциальной разборчивости речи и быстрого определения вероятных характеристик поля реверберации. Нижняя кривая на рис. 3 является редким примером проведения подобного рода измерений. Существует масса споров и разногласий по поводу того, какова должна быть идеальная характеристика мощности. Очевидно одно – она должна быть гладкой и существенно плоской, возможно имеющей небольшой спад на высоких частотах. Обратите внимание – акустическая мощность обязательно станет параметром, значимость которого будет возрастать.

Характеристики направленности

После того как вы приняли решение о том, подходит ли вам данный громкоговоритель по своим частотным характеристикам, следующим шагом должна стать проверка характеристик направленности и углов покрытия. Для некоторых громкоговорителей систем оповещения часто указывается угол покрытия на одной частоте. Однако в реальной ситуации акустическое излучение громкоговорителя будет значительно меняться с частотой, а значит и угол покрытия также будет иметь сильную частотную зависимость. Характеристику направленности можно показать с помощью диаграмм направленности (рис. 4), измеренных на разных частотах и последовательно наложенных друг на друга. Однако если на одном рисунке будет очень много кривых, то изображение станет неразборчивым, особенно если кривые нарисованы в серых тонах. В настоящее время существует множество способов изображения, которые могут помочь в данной ситуации, например цветная печать. Но если не ограничить количество частот, то диаграммы будет трудно читать, особенно при малом масштабе изображения. Весьма удобным способом является изображение наложенных графиков в трехмерной системе координат (рис. 5). При расположении одной диаграммы над другой видна некоторая асимметрия в излучении, но без указателя с подписью трудно определить частоту конкретной кривой. На стеке диаграмм также наблюдается уменьшение угла покрытия с ростом частоты. Изменение угла покрытия для различных уровней ослабления (3, 6 и 9 дБ) показано на рис. 6, но рис. 7, вероятно, является наиболее информативным, где вдоль оси Х откладывается частота (нижняя часть графика), вдоль оси Y – угол покрытия. Цветом показан уровень затухания как функция от угла и частоты. На рис. 7 представлена характеристика направленности двухполосной акустической системы в вертикальной плоскости. При этом видно уменьшение угла покрытия с увеличением частоты (белая область резко сокращается при возрастании частоты примерно до 1 кГц и остается практически постоянной, когда начинает сказываться преобладание излучения CD-рупора). На частоте порядка 500 Гц наблюдается значительный боковой лепесток (белая часть рис. 7, указывающая вверх). В основе этого графика лежат базовые трехмерные диаграммы направленности, однако используется форма представления, обеспечивающая хорошую наглядность. Еще одним способом представления данных является изображение в виде трехмерной фигуры (рис. 8). В этом случае также виден вертикальный боковой лепесток. Построение трехмерной диаграммы направленности – задача сложная, связанная с обработкой больших объемов данных, но полученная полнота представления о характеристиках громкоговорителя стоит затраченных усилий. Более того, данные с высокой степенью подробности могут эффективно использоваться в таких программах по проектированию звуковых систем, как EASE, из которой и были взяты приведенные данные. В то же время двумерные диаграммы направленности все еще широко используются в тех случаях, когда надо быстро посмотреть, удовлетворяет ли покрытие конкретного устройства требованиям к работе вблизи. Диаграммы направленности могут строиться с различными разрешениями по частоте и углу. Некоторые стандарты предусматривают шаг по частоте в 1 октаву, однако сейчас становится нормой шаг в 1/3 октавы по частоте и 5° по углу. Возможно, что оптимальными являются диаграммы с шагом 1/3 октавы и октавными центрами на частотах 125, 250, 500 Гц, 1, 2, 4 и 8 кГц. Разрешение с шагом в одну октаву слишком грубое и может давать большую погрешность. В любых серьезных технических характеристиках должен присутствовать график зависимости ширины диаграммы направленности от частоты. Ширина диаграммы направленности громкоговорителя обычно берется по уровню -6 дБ. Ее часто путают с углом излучения, который используется в стандарте IEC на громкоговорители (IEC 60268-5). Это угол, при котором уровень падает на 10 дБ, что, конечно же, неприемлемо для коммерческих или профессиональных звуковых систем. Чтобы преодолеть эту проблему, IEC ввела понятие угла покрытия, который фактически является шириной диаграммы направленности по уровню -6 дБ, названной другим именем. Угол покрытия должен определяться на частоте 4 кГц, хотя могут указываться и другие частоты. Чем раньше мы придем к тому, что будем указывать угол покрытия для всего диапазона частот, тем лучше, поскольку немногие из производителей приняли вариант с частотой 4 кГц, а в тех случаях, где все же указывается угол покрытия на одной частоте (обычно в более дешевых моделях), чаще используется 1кГц.

Направленность и индекс направленности

Рис. 9. Фрагмент технических характеристик акустической системы, в котором приведены основные акустические параметры, необходимые при ее выборе
Величина направленности громкоговорителя Q определяется как отношение звукового давления, измеренного в заданной точке на основной оси, к звуковому давлению, которое создает в той же точке ненаправленный (точечный) источник, излучающий такую же акустическую мощность, как и громкоговоритель в условиях свободного поля. Индекс направленности Di равен 10 Log Q. При использовании Q для расчета предельной разборчивости часто забывают или не отдают себе отчета в том, что Q громкоговорителя меняется в зависимости от угла излучения. Следовательно, при расчетах в направлении, отличном от основного направления излучения, должны использоваться другие значения Q. На рис. 9 показан фрагмент технических характеристик громкоговорителя, в котором приведены главные акустические параметры, необходимые при выборе громкоговорителя.

Импеданс

Импеданс громкоговорителя – еще одна очень важная характеристика. Он также имеет сильную частотную зависимость, следовательно его график должен приводиться всегда. Удивительно, как много восьмиомных громкоговорителей в действительности не являются таковыми. А когда используются линейные согласующие трансформаторы на 70 и 100 В, частотная характеристика еще более необходима. Хотя в большинстве случаев комбинация громкоговоритель + трансформатор будет обеспечивать нормальную нагрузку на 1 кГц, на более низких частотах этого может не быть. В табл. 1 приведены результаты недавнего тестирования небольших громкоговорителей для системы оповещения, проведенного в лаборатории (линия 100 В). На рис. 10 показан график импеданса громкоговорителя с плохим согласованием.

Даже в тех случаях, когда трансформатор не используется, необходимо знать, как данный громкоговоритель нагружает усилитель. И хотя величина импеданса по модулю обычно приводится, и этого требуют стандарты, фазовая характеристика также должна указываться, чтобы гарантировать, что нагрузка, которую мы собираемся подключать, не окажет вредного воздействия на работу усилителя возбудителя.

Чувствительность

Чувствительность громкоговорителя по напряжению часто путают с эффективностью. Чувствительность обычно определяют как уровень звукового давления, измеренный на основной оси на расстоянии 1 м при подаче на вход 1 Вт (например, 90 дБ, 1 Вт / 1 м). Измерения проводятся в безэховых условиях или в условиях свободного поля. В действительности рассеивается не вся мощность в 1 Вт, поскольку не только импеданс будет меняться с частотой, но и фаза, которая не принимается во внимание. Для восьмиомного громкоговорителя мощность в 1 Вт номинально эквивалентна напряжению возбуждения в 2,83 В (P=E2/R), и эта величина часто приводится.

Будьте внимательны, поскольку указанное напряжение возбуждения также иногда используется с четырех- омными громкоговорителями. В этом случае эквивалентная входная мощность равна 2 Вт, что может дать ошибочное увеличение чувствительности на 3 дБ. Напряжение возбуждения должно быть 2 В. Реальное значение чувствительности будет зависеть от ширины полосы пропускания системы или ширины полосы подаваемого сигнала.

И опять будьте осторожны при сравнении громкоговорителей и при проведении расчетов, поскольку общепринятой ширины полосы не существует. Могут приводиться значения чувствительности для однополосных или, что еще хуже, для одночастотных сигналов. Эти значения будут выше, чем для широкодиапазонных сигналов.

Чувствительность также зависит от гладкости частотной характеристики и от эффективного диапазона частот рассматриваемого устройства. Эффективный диапазон частот определяется как "диапазон частот, ограниченный указанными верхним и нижним пределами, в котором частотная характеристика громкоговорителя, измеренная на основной оси с использованием гармонических (или эквивалентных) сигналов, уменьшается не более чем на 10 дБ от уровня звукового давления, усредненного в полосе в 1 октаву или более (определяется производителем) в области максимальной чувствительности." При определении частотных пределов малыми провалами на частотной характеристике, которые уже 1/9 октавы по уровню -10 дБ, пренебрегают. И хотя это определение прекрасно подходит для высококачественных изделий с номинально плоскими характеристиками, оно может не подходить для многих систем PA и тревожной сигнализации, и устройства, имеющие характеристику с выраженными пиками, могут получить очевидное преимущество.

Возьмем к примеру громкоговоритель, характеристика которого приведена на рис. 11. Определение чувствительности в этом случае оказалось делом довольно сложным, особенно из-за того, что импеданс непостоянен. Официально указывается чувствительность в 88 дБ. Способы измерения и оценки чувствительности, частотной характеристики и рабочего импеданса данных типов устройств нуждаются в дальнейшей проработке, исследованиях и стандартизации.

Мощность

Рис. 11. Пример АЧХ акустической системы
Номинальная мощность громкоговорителя также таит в себе массу подвохов. Результаты измерений зависят от типа испытательного сигнала, пик-фактора, ширины полосы сигнала и длительности испытания. Часто используются разные типы мощности (среднеквадратическая, программная или музыкальная). По логике вещей, должен применяться сигнал, имитирующий реальные сигналы, которые встречаются в жизни и могут использоваться в данной системе. Это сигналы типа розового шума с ограниченной полосой или белого шума с определенным пик-фактором (отношение пикового значения сигнала к среднему значению, обычно оно составляет 6 дБ). Путем длительного воздействия сигнала со средним уровнем проверяется температурная стойкость громкоговорителя. Кратковременные пиковые сигналы проверяют его механическую надежность (отклонение диффузора и диафрагмы). Длительность испытаний может меняться, но обычно она составляет 8 ч.

Наряду с измерением мощности необходимо измерять коэффициент компрессии мощности. При нагреве катушки громкоговорителя выходная мощность может значительно уменьшаться. При этом компрессия возрастает с увеличением подводимой мощности. Обычно коэффициент компрессии находится в пределах 0,5–4,5 дБ. Следовательно, когда мы берем чувствительность данного громкоговорителя для рассеиваемой мощности 1 Вт на расстоянии 1 м и используем максимально допустимое значение мощности для расчета соответствующего максимального уровня звукового давления, то можем получить огромную ошибку.

Альтернативные испытания по определению мощности заключаются в том, что на вход подается высокое напряжение на короткий и на длительный срок и определяется то максимальное входное напряжение, которое громкоговоритель может выдержать без повреждения. В краткосрочных испытаниях применяется специальный сигнал (так называемый program-shaped noise), который подается на 1 с 60 раз с интервалом между двумя подачами в 1 мин. В долгосрочных испытаниях сигнал подается на 1 мин с интервалом в 2 мин. Испытания повторяются 10 раз (IEC 60268-5).

Искажения

Искажения являются параметром, который часто не включается в технические характеристики, но важен для оценки нелинейности характеристик устройства и субъективного качества звучания. Существуют различные методы измерения разных видов искажений, включая суммарные гармонические искажения (THD), выборочные (например, вторая и третья гармоники) и интермодуляционные. Для определения некоторых тонких моментов, например, влияния материалов, из которых изготовлены диффузор и драйвер, начинают широко использоваться другие методики, такие как многочастотное возбуждение (multi sine-wave excitation).

Нужно быть чрезвычайно осторожным при сравнении результатов, поскольку разные производители используют в испытаниях разные уровни (мощности) в драйверах. Могут приводиться данные как по суммарным гармоническим искажениям, так и по второй и третьей гармоникам. Вообще говоря, вторая гармоника указывает на проблему асимметрии, в то время как третья гармоника, которая обычно более нежелательна с точки зрения субъективного качества звучания, говорит о наличии эффекта лимитирования в устройстве.

Искажения зависят от уровня сигнала. В табл. 2 в качестве примера приведены данные для высококачественной двухполосной акустической системы с 12-дюймовым НЧ-динамиком и CD-рупором. Номинальная мощность – 300 Вт.

При выборе громкоговорителя для конкретного применения многие характеристики заслуживают того, чтобы их приняли во внимание. Поэтому убедитесь, что исследовали все характеристики, которые непосредственно относятся к вашему случаю.

Питер Мэпп – независимый консультант в области акустики и разработки звуковых систем в Великобритании. С ним можно связаться по электронной почте: [email protected] .

Благодарим журнал “Sound&Video Contractor” за предоставленный материал. P.O. Box 12901, Overland Park, KS 66282-2901, www.svconline.com

Похожие статьи:
Категории
Популярное