«Фантастическая, правдивая передача басов: эти мониторы-малютки действительно говорят правду о качестве записи!». Всем известно, что это – типичное уверение из разряда тех, которые встречаются во многих рекламных материалах, и чаще всего оно оказывается далеким от истины. На самом деле, это не может быть правдой просто-напросто потому, что при сегодняшнем развитии технологий законы электроакустики не позволят этому произойти. Низкочастотные свойства малогабаритных акустических систем на требуемых для студийного мониторинга уровнях громкости не могут быть столь же точны в смысле частотной характеристики и переходной характеристики, как у хорошей большой мониторной системы, заподлицо вмонтированной во фронтальную стену хорошо акустически оформленной комнаты.
Воздушная пружина
Акустические системы с динамическими головками в корпусах являются излучателями типа объем-скорость (компрессионного типа). Акустическая отдача есть произведение площади и скорости диффузора, поэтому для любой заведомо заданной излучаемой мощности можно либо передвигать медленно большой объем воздуха, либо передвигать быстро малый объем воздуха. Для фиксированных частоты и звукового давления большой диффузор не придется передвигать с такой быстротой, как маленький. Меньшему динамику потребуется большее расстояние смещения и более быстрое перемещение диффузора, но, к тому же, ограниченный объем воздуха внутри маленького корпуса подвергнется куда более заметной разнице давления в крайних положениях диффузора, чем у большого корпуса.
Предположим, диффузор 15” динамика, установленного в 500-литровый корпус, имеет пиковое смещение 2 мм (от крайнего положения к крайнему). Принимая во внимание эффективный радиус диффузора, равный 6,5 дюйма, или 160 мм, излучающая площадь будет равна 80000 мм2. Пиковое смещение 2 мм означает 1 мм от состояния покоя в любом направлении, значит, однонаправленный сдвиг будет составлять 80000 мм2 х 1 мм, или 80000 мм3. То есть статическое давление в 500-литровой коробке будет увеличено (если диффузор пошел внутрь) на 0,08 литра, или на 1/6250 долю объема всего корпуса.
Для достижения того же уровня звукового давления 6-дюймовый динамик в 10-литровом корпусе должен передвигать тот же объем воздуха. Но теперь, имея ввиду эффективный радиус в 2,5 дюйма, или 65 мм, пиковое смещение придется увеличить до 12 мм, так что диффузор вынужден будет передвигаться вшестеро быстрее, чем у 15” динамика. Более того, толкание 80000 мм3 (0,08 литра) воздуха акустической системой, внутренний объем которой составляет лишь 10 литров, вызовет в ней изменение давления в 1/125 долю объема. Относительное сжатие воздуха в таком корпусе будет в 50 раз больше, чем в 500-литровом корпусе, и эта разница ведет к нескольким вполне определенным последствиям.
Каждый, кто попробует остановить поток воздуха у отверстия велосипедного насоса в момент его сжатия, поймет силу упругих свойств воздуха. Он также осознает следующее: чем больше мы сжимаем воздух, тем больше он сопротивляется этому сжатию, и велосипедный насос с перекрытым выходным отверстием практически невозможно сжать руками более чем наполовину. Сила, необходимая для сжатия воздуха на каждый следующий кубический сантиметр возрастает со сжатием, поэтому, процесс носит нелинейный характер. Возвращаясь к случаю с 15” и 6” динамиками, описанному ранее, маленькому диффузору в маленькой коробке будет намного труднее сжимать воздушный объем на 1/125-ю своего первоначального состояния, чем большому диффузору в его большом объеме, ведь в этом случае нужно сжать воздух только на 1/6250-ю первоначального объема. Поэтому, большие коробки, как правило, производят меньше искажений на низких частотах, ведь в этом случае нелинейное сжатие пренебрежимо мало. Концепция показана диаграммами на Рис.1.
Нелинейные свойства упругости воздуха можно также понять, если учесть, что для сжатия 1-го литра воздуха в нулевой объем требуется бесконечно большая сила сжатия, в то время как для разрежения того же объема до 2 литров потребуется вполне реальная, умеренная сила. Таким образом, силы, необходимые для изменения объема на определенную величину в разные стороны (для разрежения и сжатия, в этом случае – ±1 литр) не равны, а, значит, не равны и возвращающие упругие силы, порождаемые воздухом как реакция на его сжатия и разрежения во время полуциклов движения диффузора. Таким образом, нелинейные силы упругости, возникающие сжимаемом/разжимаемом объеме воздуха, меняются не только в зависимости от величины смещения, но и от его направления. Изменения температуры воздуха внутри корпуса тоже способны создавать большие сложности сами по себе, а тепловые потери от магнитной катушки при работе на музыкальных сигналах приводят к постоянному изменению температуры внутреннего воздуха во время использования.
Размеры, вес и чувствительность
Решающим фактором в расширении низкочастотной границы амплитудно-частотной характеристики акустической системы является ее резонансная частота, т.к. амплитудно-частотная характеристика традиционных систем начинает довольно круто убывать ниже этой частоты. Это – природа законов физики, действующих при звукоизлучении от таких устройств. Резонанс зависит от жесткости воздушной пружины, сформированной объемом внутри корпуса, сопряженной с движущейся массой подвески «диффузор-катушка». Тот факт, что при фиксированной величине смещения (воздушного слоя) воздух в маленькой коробке оказывает более жесткое сопротивление (он пропорционально больше сжимается при том же приращении объема), чем воздух в большой коробке, приводит к повышению резонансной частоты любого помещенного в такую коробку динамика по сравнению с тем же динамиком, размещенным в коробке большего размера (т.е. нагруженного на более мягкую «пружину»). Единственнный способ противостоять этому эффекту и понизить резонансную частоту до той, что была у этого динамика в большем корпусе – увеличить массу подвесной системы «диффузор-катушка». [Представьте себе гитарную струну: если ее подтянуть, то высота тона возрастет. Если удерживать силу натяжения (стало быть, силу упругости) одной и той же, то единственный способ понизить ноту – сделать струну толще, т.е. тяжелее.]
Теперь сталкиваемся со следующей проблемой: чтобы передвигать тяжелую подвесную систему на то же расстояние, какое достигалось с легкой подвеской в большом корпусе, потребуется выполнить больше работы – соответственно, больше затраты мощности от усилителя. При одинаковой резонансной частоте и нижней границе АЧХ более тяжелая подвеска будет иметь меньшую чувствительность по сравнению с легкой, работающей в большем корпусе. Следовательно, для любого отдельно взятого динамика по мере уменьшения размеров его корпуса просто обязана уменьшаться и отдача на низких частотах. Как ранее замечено, увеличением массы подвижной конструкции можно восстановить необходимое расширение басовых частот, но при этом уменьшится чувствительность. На сегодня выхода из этой дилеммы не существует.
С другой стороны, корпуса большего объема позволяют использовать динамики большего размера. Конечно же, большой диффузор наверняка будет тяжелее маленького, что необходимо хотя бы для поддержания его механической надежности. Это тоже приводит к уменьшению чувствительности в свободном поле, но зато повысить значение чувствительности в этом случае можно увеличением размеров магнитной системы. Перенося пример на маленькие корпуса, из-за значительного изменения давления внутри опять-таки требуется утяжеление подвески, чтобы она не деформировалась под действием больших нагрузок, и эффективность (чувствительность) снова падает. И снова ответом могла бы стать увеличенная магнитная система, но это – весьма непростая задача вместить большой магнит в небольшой корпус, ведь тогда уменьшится воздушный объем, приводя к увеличению жесткости внутренней упругой среды («пружины») и, как следствие, повышению резонансной частоты. А ее, в свою очередь, возможно, удастся понизить обратно дальнейшим утяжелением подвески. И опять излишек массы подвески придется компенсировать увеличением подводимой мощности, чем еще более понижается чувствительность. Увеличение подводимой мощности означает, что нам нужна катушка больше (и тяжелее), чтобы принимать эту мощность, что приводит к дальнейшему увеличению подводимой мощности в погоне за выходным уровнем громкости.
Взглянем на две акустические системы с похожими АЧХ, но сильно отличающиеся по размерам. Большая система, такая как UREI 815 с 2-мя 15” НЧ-динамиками, при подводимой мощности 1 Ватт развивает то же звуковое давление, что и малогабаритная система типа ATC SCM10, в которую вкачивается почти 200 Ватт! Существует нерушимая, пока что, связь между размерами корпуса, расширением нижних частот и чувствительностью. Уменьшение корпуса неотвратимо ведет к ухудшению отдачи на низких частотах или падению чувствительности. Если надо повысить чувствительность – нужно либо увеличить размеры корпуса, либо уменьшить расширение в области низких частот. Высокая чувствительность и хорошая низкочастотная отдача достижимы лишь в больших корпусах. Раз ATC желает получить хорошее расширение низкочастотного диапазона, нужно смириться с низкой чувствительностью; этого требует физика упругости воздуха. ATC SCM10 имеет объем корпуса примерно 10 литров; UREI 815 содержит почти 500 литров. Принимая во внимание, что обе системы покрывают один и тот же диапазон частот, разность их чувствительности в результате составляет 22 дБ.
Маленькие диффузоры при быстром и сильном перемещении в большей степени склонны образовывать еще один вид искажений – искажения Доплера (или частотная модуляция), и эта проблема часто обостряется из-за того, что маленькие динамики используются для воспроизведения, как правило, вплоть до более высоких частот, чем большие, а это делает Доплеровы искажения более заметными. Длинный ход диффузора также означает интенсивное движение в системе подвески (гофры и «пауки»), и эти системы также склонны к нелинейности по своей природе. А именно: возвращающие силы редко когда равномерны при смещении диффузора. Это приводит к усилению интермодуляционных и гармонических искажений по сравнению с тем, как ведут себя большие диффузоры сравнимого качества, двигающиеся с малой амплитудой. Чем больше амплитуда, тем больше требуется смещения в статическом магнитном поле магнитной системы, что приводит к увеличению непостоянства магнитного потока и к еще более заметным искажениям из-за нелинейности профиля Вl (коэффициента магнитной индукции). Дополнительно, пониженная чувствительность малых корпусов означает, что на катушке выделяется больше тепла по сравнению с теплом, выделяемым обмотками больших динамиков при том же звуковом давлении. Эта проблема «подогревается» тем фактом, что меньшие системы имеют больше проблем с рассеянием тепла, что приводит к температурной компрессии мощности, ведь чем горячее становится магнитная катушка, тем больше становится ее сопротивление, и тем меньше мощности она потребляет от усилителя при фиксированном значении подводимого напряжения. Получаемая при этом компрессия мощности добавляет свою долю искажений, и отчетливо видно, что механизмы формирования искажений в малых акустических системах намного сильнее, чем соответствующие механизмы искажений в системах больших размеров. Но даже это еще не все… Малые диффузоры, ускоренно толкающие воздушный слой, могут образовывать турбулентность, которую можно услышать в виде странных шумов: происходит срезание воздушного потока на краях диффузора. Как видим, есть достаточно причин, почему при одном и том же качестве исполнения диффузоры больших размеров, двигающиеся с меньшей амплитудой, менее склонны вызывать искажения, чем меньшие диффузоры, имеющие большую амплитуду смещения.
Коммерческие решения
Однако, на производителей акустических систем происходит коммерческое давление со стороны группы людей, находящихся в большом невежестве относительно этих проблем. Рынок требует все больше выходной мощности во все более широком диапазоне частот из все меньших корпусов, так что производители акустических систем изо всех сил пытаются одолеть вызов. Один из способов расширения отдачи на низких частотах – использовать фазоинверторное решение с одним или несколькими трубчатыми портами. В таких системах масса воздуха внутри трубы резонирует с пружиной, образуемой упругостью воздуха, заключенного в корпусе. Если выбрать резонансную частоту чуть ниже частоты, где начинает «заваливаться» АЧХ динамика, тогда общую АЧХ можно расширить. Тогда резонанс в трубе принимает работу на себя на частотах, где динамик начинает терять свою силу излучения.
Также, по мере приближения частоты сигнала к резонансной, эффективное расширение низкочастотной отдачи посредством фазоинвертора увеличивает нагрузку на тыльную сторону диффузора. Это помогает ограничивать передвижение подвески и предохранять динамики от перегрузок. Но, к сожалению, как только частота становится ниже резонансной, воздух начинает бесполезно вкачиваться и выкачиваться через отверстия, и ниже этой частоты контроль, оказываемый воздухом в корпусе на диффузор, полностью теряется. Во многих активных мониторных системах для того, чтобы резко ограничить мощность подаваемого на диффузор сигнала на частотах ниже резонансной частоты фазоинвертора, используются электронные фильтры. Этим обеспечивается более высокая выходная мощность системы в пределах ее расчетного диапазона частот, причем без риска перегрузки или механического повреждения из-за высоких уровней сигнала ниже резонансной частоты. Таким способом получают более ровную АЧХ системы на более низких частотах, чем у систем с закрытым корпусом того же размера, и добиваются более высоких уровней звукового давления (SPL) без риска для целостности динамика, но за эти преимущества приходится платить дорогой ценой.
Время не ждет
Нужно понимать, что резонансная система не может запускаться и останавливаться мгновенно. Поэтому, временная характеристика фазоинверторных систем, как правило, длиннее, чем у похожих моделей с закрытым корпусом. Это означает, что переходные процессы, пропускаемые через данную систему, будут «размыты» ею во времени. Импульсная характеристика будет длиннее. Более того, присутствие электрических фильтров высших частот еще более «растянет» импульсную характеристику, ведь электронные фильтры – те же самые настроенные резонансные цепи. Как правило, чем круче характеристика фильтра для данной частоты, тем дольше он будет «звенеть». Отсюда, более эффективная защита обычно приводит к большему «размыванию» переходных процессов. Рис. 2 показывает затухание низких частот системы «закрытого» типа с типичным для таких систем «завалом» на низких частотах. Рис. 4 показывает низкочастотную характеристику фазоинверторной системы с электронной защитой похожего размера. Очевидно, характеристика на Рис. 3 более прямая на низших частотах, но прямая АЧХ – еще не панацея для высокого качества звучания акустических систем. Посмотрите, как временная характеристика «звенит» между 20 и 100 Гц еще долго после того, как высшие частоты затухли.
Рис. 4 показывает соответствующие переходные характеристики, а Рис. 5 – графики удаления акустического центра. Графики ясно показывают насколько проигрывают фазоинверторные системы по сравнению с «закрытыми». Низкие частоты у фазоинверторных систем медленнее нарастают, дольше затухают, а этим приносится в жертву низкочастотный «удар» (“punch”).
Спад АЧХ «закрытого» корпуса ниже частоты резонанса составит 12 дБ на октаву, в то время как фазоинверторная конструкция покажет спад 24 дБ на октаву, ведь ниже частоты резонанса колебания у отверстий резонаторов уже не совпадают по фазе с колебаниями диффузора. Поскольку крутизну спада АЧХ на нижних частотах зачастую еще более увеличивают добавлением электрических защитных фильтров ниже частоты резонанса, вполне типичными оказываются спады шестого, и даже восьмого порядка (36 дБ на октаву и 48 дБ на октаву соответственно). Наделенные такими методами защиты, некоторые маленькие системы могут производить высокие уровни звукового давления на сравнительно низких частотах, но от этого страдает временная (т.е. переходная) точность характеристик таких систем.
Неизбежным следствием такого положения вещей является тот факт, что разные резонансы, присутствующие в разных системах, способствуют возникновению разных характеров музыкальной окраски. В условиях домашнего прослушивания это может и не проблема, но в студиях звукозаписи такое непостоянство окраски звучания мешает уверенности в работе пользователя. Если смикшированная запись по-разному звучит на разных системах, как можно понять, какая же система наиболее правильная, или же, когда баланс инструментов в записи корректный? Для внесения ясности, тенденция такова: хорошо спроектированные системы «закрытого» типа звучат более похожим образом, чем маленькие фазоинверторные модели. Резонансы «закрытых» систем, как правило, легче поддаются контролю, и, обычно, лучше демпфированы, чем резонансы их фазоинверторных аналогов. Исходя из этого, амплитуда частотной характеристики остается наиважнейшей характеристикой звучания акустической системы «закрытого» типа, в то время как именно временная характеристика фазоинверторных систем обуславливает их различные характеры звучания. Существует достоверные основания полагать, что долгими годами использования мониторы Auratone и Yamaha NS-10M обязаны быстрому затуханию своих временных характеристик. «Завал» низких частот системы, используемой для микширования (сведения) не является большой проблемой сам по себе, ведь все неверные решения по балансу в этом случае можно будет исправить при помощи эквализации позже, скажем, во время мастеринга.
С другой стороны, недостатки временных характеристик, например, добавляемые резонансами фазоинверторов и фильтров, могут привести к неверному суждению о балансе инструментов, особенно между ударными и тональными низкочастотными инструментами, такими, как большой барабан и бас-гитара, а такие ошибки уже невозможно будет откорректировать после микширования. Временные проблемы в звучании акустических систем по определению обязаны приводить к ошибочным решениям при микшировании, а эти ошибки баланса уже невозможно будет исправить, как невозможно разложить запись на составные части после сведения.
«Переходной» компромисс
Итак, когда идет речь о десятилитровых корпусах, определенно существует проблема достижения «линейного», неокрашенного мониторинга в наиболее широкой полосе частот на сравнительно высоких уровнях звукового давления. На данный момент общий ответ на это состоит в том, что мы этого достичь не можем. Известно, что существует компромисс между расширением низких частот, звуковым давлением на низких частотах и размерами корпуса. Точно так же, при попытке преодоления проблем малых корпусов введением фазоинверторов и электрической защиты неизбежно возникает и компромисс между звуковым давлением на низких частотах, расширением границы басов и точностью переходной характеристики.
Собственно, при низких уровнях звукового давления возможно достичь хорошее расширение на низких частотах даже у маленьких корпусов, но как только смещение диффузора, а, значит, изменение внутреннего давления в корпусе, начинает изменяться существенно, тогда нелинейные свойства упругости внутреннего воздушного объема приводят к высокому уровню искажений. Для малых систем «закрытого» типа еще существует проблема отвода тепла от обмотки динамика. Из-за низкой эффективности (или КПД) системы приходится повышать подводимую мощность, так что перегрузки и перегорание обмоток – частые случаи при увеличении уровня развиваемой громкости. Нагревание обмотки приводит к термической компрессии, которая ограничивает динамику движения диффузора, не давая ему двигаться точно в такт с изменением входного сигнала.
Из графиков затухания на Рис. 2 и 3 можно увидеть, что затухание не бывает мгновенным, и что наблюдается некоторый спад во времени (хотя на низких частотах он может объясняться еще и инерционными характеристиками измерительных фильтров). Часто задается вопрос: неизбежно ли увеличение продолжительности импульсной характеристики при попытке эквализации (выравнивания) АЧХ на низких частотах, особенно для «закрытых» корпусов? На же самом деле, выравнивание АЧХ должно приводить к укорачиванию временной характеристики посредством корректировки ошибок фазово-частотной характеристики, возникающих в месте «завала» на низких частотах. Это означает, что независимо от того, мал корпус или велик, эквализирована система или нет, «закрытая» система все равно будет давать болеее короткую временную характеристику, чем фазоинверторная. Рис. 6 и 7 приводят сравнительные данные. Между тем, что очень существенно, огромное количество специалистов звукозаписи ясно показывают предпочтение точной временной характеристики перед линейной амплитудно-частотной характеристикой, выбирая такие модели, как NS-10 и Auratone (и другие с подобными характеристиками).
Многие мастеринг-инженеры поддерживают этот выбор, доказывая тем самым, что низкий уровень искажений и высокая точность передачи переходных процессов для них важны больше, чем абсолютно прямая частотная характеристика. Как ранее говорилось, ошибки микширования, возникшие исключительно из-за неравномерности частотной характеристики, обычно беспрепятственно поддаются эквализации, так что в этом выборе присутствует достаточная доля логики. [Строго говоря, нам следовало бы использовать термин «амплитуда давления в зависимости от частоты», или амплитудно-частотная харакеристика, ведь понятие «частотноая характеристика», технически, включает в себя еще и фазовую частотную характеристику. Но, поскольку это – не академический труд, будем пользоваться здесь популярным термином.]
Весьма разумным представляется, что «расширенные» фазоинверторами басы вполне подходят для того, чтобы «завести» музыкантов во время процесса записи, когда необходимо создать подходящую атмосферу для записи выступления, а не рассматривать тонкости каждого отдельного звука. Однако, в процессе микширования требуется другой, более критический взгляд, и, следовательно, другой набор мониторов.
Сама концепция мониторинга ближнего поля возникла из признания того факта, что мониторинг по прямому сигналу намного устойчивее, чем мониторинг по комбинации прямого/отраженного от стен комнаты звука у больших мониторов, имеющих более широкую полосу пропускания. Многие проектировщики студий теперь ориентируются на сильно поглощающие на всем пути от микшерного пульта до тыльной стены контрольные комнаты, сохраняющие прямой звук, исходящий от главных встроенных заподлицо в переднюю стену мониторов,. Вопреки распространенному заблуждению, нахождение в этих комнатах не является гнетущим, ведь в них все же имеются отражающие поверхности, расположенные так, чтобы не мешать точному мониторингу, но придавать жизни разговору находящихся внутри. Наверное, это – единственный путь получения линейного, полнодиапазоннго мониторинга с короткими временными характеристиками, ведь сегодняшние технологии не в состоянии обеспечить это посредством малых корпусов.
Есть и те, кто заявляет, что быстрые временные характеристики у маленьких систем не так важны, т.к. их время затухания все равно короче, чем у большинства комнат, в которых они будут использоваться. Но таковые не осознают, что маленькие системы обычно используются в ближнем поле, т.е. в пределах критического расстояния (радиуса громкости – где прямой звук и отзвук помещения одинаковы по громкости). Следовательно, если слушать в ближнем поле, характеристики акустической системы доминируют над общими характеристиками. Так что, напротив, это и есть принципиальная причина использования мониторинга ближнего поля.
Последствия
Значительная доля нелогичного мышления, недостаток знания фактов, привычка упорного следования традиционным измеряемых аспектам разработки акустических систем привели к производству продуктов, удовлетворяющих традиционно признанным нормам. И это несмотря на то, что многие специалисты предпочли системы, чьи характеристики не соответствовали общепринятым техническим требованиям. Другими словами, они нашли акустическую систему, которая дает надежный результат в работе, находясь в полном неведении относительно того, какой вид имеют графики их частотных характеристик, или игнорируя эти графики.
Нужно добавить, что значительная доля невежества относительно этих фактов присутствует и во многих компаниях-производителях, где люди, диктующие, что и как производить, не являются ни конструкторами акустических систем, ни инженерами звукозаписи. Во многих случаях это просто бизнесмены. Так что, без ясных сигналов от звукозаписывающей индустрии о ее потребностях, бизнесмены производят то, что надеются продать в больших количествах. Если это означает борьбу за улучшение каких-либо не относящихся к делу характеристик, то это – именно тот путь, которым они и будут идти. Это привело к сегодняшнему положению дел, когда низкочастотными характеристиками маленьких «мониторных» систем правит хаос. Приоритетное улучшение временных характеристик многих малогабаритных мониторов, наметившееся в последнее время, является сильно запоздалым.
По материалам портала ldsound.ru и сайта sound-consulting.net.
Перевод: Олег Науменко
Клуб любителей акустики и аудиотехники «Колонки и динамики | Акустика и аудиотехника» группа в Контакте: vk.com/kolonkidinamiki канал в Телеграм: @kolonkidinamiki
Я плотно и целенаправленно работаю с винтажной техникой чуть больше 6 лет — все это время слежу за рынком, ассортиментом, ценами, предложениями и т.д. Пришла пора подвести некоторые итоги. Как это ни прискорбно, но ситуация с нормальной аппаратурой (акустикой в особенности) достаточно печальная и ухудшается год от года. Особенно удручающее положение в Европе — там в буквальном смысле слова приличной акустики больше нет, что, в общем-то, неудивительно. Золотая Эра Аудио давно позади, а время неумолимо идет вперед. Рынок с каждым днем все больше и больше затоваривается безликими, бездарными хрипунками-репродукторами, которые похожи друг на друга как близнецы-братья и собраны на основе одних и тех же посредственных комплектующих китайского производства. Достаточно бросить лишь один взгляд на изделия древесно-стружечной фабрики «Красный Пролетарий», чтобы понять, насколько они чудовищны, уродливы и бездуховны.
Везде — от самых дешевых товаров до самых дорогих — понапихано одно и то же конвейерное, копеечное, штампованное барахло. Вся акустика за редчайшим исключением делается на базе десятка-другого одних и тех же посредственных динамиков (ScanSpeak, Vifa, Peerless, Visaton). Для пущей внушительности в колонки подчас запихивают несколько (в клинических случаях до десятка) одинаковых динамиков, хотя сами колонки остаются при этом убогими двух- или, в крайнем случае, трехполосками. К слову сказать, многополосная акустика (с числом полос больше 3) в наши дни практически не производится, поскольку нет ни соответствующих драйверов, ни умения их согласовывать.
Для сравнения — в арсенале тех же Technics было не менее 400 различных драйверов собственного изготовления. В акустике Technics практически в каждой модели стоят свои собственные, отличные от других динамические головки, что придает каждой модели свое собственное неповторимое звучание — вот, где истинное поле для выбора. На этом фоне просто смешно говорить о разнообразии звучания современной акустики, которая, как уже говорилось выше, вся клепается на основе крайне скудного набора типовых комплектующих.
Если сейчас на вторичном рынке еще можно (хоть и не без труда) купить что-то приличное, то еще через 10-15 лет даже вторичный рынок будет на 95% представлен техникой от Sven, BBK, Usher и, в лучшем случае, безликим калом от Dynauduio, ATC, Paradigm, B&W или Infinity. Мне искренне жаль тех, кому доведется увлекаться музыкой и звуком в это время. Вдумчивый читатель наверняка задастся вопросом, а что же имеется ввиду под «приличной» акустикой? С большим удовольствием продемонстрирую. Причем покажу не какие-то абстрактные топ-модели, которые даже в то время мало кто видел/слышал «живьем», а то, что при определенной настойчивости можно реально купить на вторичном рынке и сейчас.
Винтажные АС, при всех их мнимых «недостатках» (нет бьющего копытом в грудь «сабвуферного» баса, мало верха, архаичные формы, износ и т.д.) все равно существенно лучше, чем подавляющее большинство АС современных. Тем более, что рядовому энтузиасту приходится довольствоваться в лучшем случае чем-то из палочно-столбового набора, представленного выше, адски бубнящего практически при любом местоположении в комнате. Мягчайшие подвесы, длиннющий ход диффузоров и крайне жесткие корпуса приводят к размыванию, деформации баса и появлению вместо четко оформленной, детальной НЧ-картины мерзотного монотонного гудения или уханья. Причем ситуация зашла настолько далеко, что подавляющее большинство слушателей даже не замечают этого, считая, что уж с чем с чем, а уж с басом-то у них полный порядок. Люди настолько привыкли к ущербному «дискотечному» звучанию, что даже не в состоянии вообразить себе, что может быть иначе.
По сути, качество звучания палкообразных АС, аналогичных показанным выше, не сильно отличается от звучания аляповатого бумбокса крупных размеров, моргающего тупыми лампочками как новогодняя ёлка. Ламповая электроника во главе с ее апологетами изо всех сил старается слепить из говна конфетку и придать звучанию дров хоть малую толику естества, но этот фокус все равно не проходит. Долгие десятилетия конструкторы ламповых усилителей комбинируют десяток элементов и ламп в надежде высечь из вываливаемых на электроакустический рынок какашек «искру Божью», хотя число вариантов ограничено. Простота реализации стандартного баллонного усилителя привлекает в это старательское соревнование толпы аудиофилов, но жила давно выработана. Зато велики советские запасы электровакуумных приборов — хватит на всех.
Совершенно очевидно, что разработчики нашего времени проебали все секреты того, как добиться живости и естества звучания, а вместо этого подсовывают слушателю технически «вылизанный», но совершенно непригодный для воспроизведения музыки суррогат, утомление от прослушивания которого наступает уже через несколько минут. Лучшее, на что годится современная акустика – воспроизведение компьютерных спецэффектов и кастрированной музыки в формате МР3. Материалы, использующиеся для изготовления диффузоров сегодня, не выдерживают по сравнению с материалами золотой эры (взять хотя бы многослойную бумагу особой пропитки, карбон, бериллий, бор) никакой критики. Сегодня жвачный, синтетический, давящий в грудную клетку одной нотой бас от пластиковых драйверов, изготавливающихся штамповкой за 1 минуту, воспринимается как нечто само собой разумеющееся, а современные тряпичные (преимущественно шелковые) пищалки просто чудовищны. Современная акустика страдает от жутких проблем в среднечастотной области, которая принципиально «не дается» компьютерным средствам разработки. «Изюминка» лучших винтажных АС находится именно в этом диапазоне — самой важной и самой сложной части всего спектра. По сравнению с АС Золотой Эры, современная акустика — тусклая-претусклая, с посредственной панорамой, вялым, безжизненным звучанием, характеризующимся мутностью и посредственным разрешением. И все это — благодаря полностью задавленным стоячим волнам в акустическом оформлении, использованию осесимметричного расположения головок, а также отсутствию дифракции на скругленных углах корпусов и послезвучий динамиков. И хотя современные АС зачастую характеризуются идеальными измерямыми характеристиками, чудесная «живость» лучших образцов АС золотой эры полностью утрачена.
До сих пор никто не может дать внятного ответа на вопрос, почему, несмотря на якобы далеко шагнувший прогресс, мнимое развитие технологий, продвинутые компьютеризованные системы разработки и контроля качества, 95% изделий современной акустической промышленности звучат просто отвратительно — сухо, мертво, скукожено, синтетически и т.д.
Часто можно услышать, что все дело в каких-то нюансах. Какие уж тут нюансы, когда любой вменяемый слушатель способен отличить звучание винтажных АС от звучания современных столбов даже из другой комнаты или из-за закрытой двери?! Но, тем не менее, все упрямо, как бараны, ищут какие-то мелочи, нюансы… Так в чем же все-таки дело? Может, дело в искажениях? Или в ГВЗ? Или в любимой всеми АЧХ? А может, в форме импульса?
Блохоискательство — колоссальная фикция, на которую купились и продолжают покупаться тысячи и тысячи людей. Одни едут крышей на минимизации искажений — они мерещатся им повсюду как грязь зубному врачу из фильма «Дантист». Джон Данлэви (кто не знает, это производитель акустики Dunlavy) помешался на идеальном «треугольнике» переходной характеристики и фазолинейности. Тechnics, кстати сказать, тоже, было дело, пострадали на тему фазолинейности, но потом забили на это дело большой и толстый, ибо поняли что это нафиг не нужно. И правильно! Почему так получилось? Потому что, как оказалось, реальная жизнь с ее реальными звуками, круто обламывает все эти измерения вместе с «объективными» характеристиками и засовывает туда, где не светит солнце.
Хоть я и недолюбливаю Америку, но специалисты Altec давным давно поняли, как надо делать акустику. Безо всяких измерений и прочей ерунды. А именно в гулких здоровенных ящиках — в фанерных коробках с дыркой вместо фазика. И это правильно. И начхать на все неравномерности АЧХ, ФЧХ, ЧПХ, искажения и прочие объективистские иконы. Одна из важнейших фишек — корпус. Тонкостенный, фанерный корпус большого объема. В самой культовой акустике мира внутри вообще ничего нет. Даже дерюжки. Возьмите хоть Altec, хоть Bozak, хоть Goodmans, хоть Victor, хоть тот же Technics. В лучшем случае все, что можно найти внутри — тоненькую стяжку посередке. Чтоб не надувались при большой громкости. И все — никаких стенок в 3 см толщиной да скобок-распорок через каждые 10 см.
Мой вывод однозначен — априори доверять можно только акустике 60-х или 70-х годов, т.е. того периода, когда кроме слуха у людей просто не было других инструментов измерения. Тогда даже проектировать толком не умели. Как же выходили из положения? А очень просто: делали да слушали, слушали да переделывали. Когда звучание становилось естественно живым, запускали в производство.
Да, эмпирический подход требует много времени и больших затрат. Но это если работает один человек в гараже. А если работает целое конструкторское бюро, то времени уходит относительно немного, а затраты есть чем покрыть. Организуется испытательный стенд, приглашаются музыканты, все детали под руками, столяры тоже… Сиди себе, вставляй-комбинируй разные динамики в разные корпуса-заготовки. Так работали, например, Technics.
Но такой подход однозначно на порядки затратнее и сложнее расчетно-проектировочного. Только крупные концерны могли позволить себе спонсировать производство флагманских моделей с продаж масс-шрота (от нем. Schrott — мусор). Такие изделия служили исключительно гербом или флагом фирмы, и выпускались практически всегда штучно или, в лучшем случае, мелкосерийно. Продажа таких изделий всегда была убыточной и компенсировалась доходами с продаж товаров массового потребления. Такие изделия выпускались не ради денег, а ради престижа фирмы — есть и такая буква в бизнес-алфавите. А у остальных, кто послабее и победнее, путь был и остается один — проектировать-рассчитывать звучание в теории на компьютере и быстренько запускать на конвейер. Это существенно быстрее и экономичнее. А о написании соответствующей «легенды» об очередном фуфельном прорыве в звучании позаботится отдел маркетинга.
Почему у Technics и Victor получалось безо всяких легенд? Почему не получилось даже у Dunlavy, не говоря уже про такие народные марки как B&W или ProAC? Во-первых, потому, что за первыми двумя стояли крупнейшие концерны мира — Matsushita Electric и RCA. А во-вторых, потому, что Дун был фанатом измерений. Это довлело над всей его работой. Он искренне верил в то, что АС просто обязаны быть технически идеальны. Поэтому он всячески боролся за форму импульса, полное отсутствие послезвучий, искажений и прочее. В результате получились заурядные АС — такие же, каких тысячи.
Заявляя такое, я отдаю себе отчет в том, что говорю. Я пришел к этому не вдруг, а много лет спустя после вдумчивого прослушивания свыше 400 АС — от самых суперсовременных с пятизначными ценниками, через кинотеатральные, через акустику 90-х, 80-х, 70-х и, наконец, 60-х. И ностальгия тут ни причем, ибо в 60-е меня еще на свете не было, чтобы лить о них слезы. Просто факты — вещь упрямая.
По материалам портала ldsound.ru, автор: Рауль Санчес
Клуб любителей акустики и аудиотехники «Колонки и динамики | Акустика и аудиотехника» группа в Контакте: vk.com/kolonkidinamiki канал в Телеграм: @kolonkidinamiki
Выбор акустической системы и ее покупка – центральный и ответственнейший момент формирования вашей домашней аудиосистемы. Оно и понятно – ни один компонент не способен так повлиять на качество ее звучания, как акустика. Хорошая система будет отлично звучать в дуэте даже с простеньким музыкальным центром, в то время как неудачно подобранная способна на корню "зарезать" звук даже в топовом High End-комплексе.
Азы акустики
Под "акустической системой" (АС) в широком смысле слова будем понимать электромеханический преобразователь электрических звуковых сигналов в акустические. В подавляющем большинстве современных АС (более 90%) это преобразование осуществляется при помощи электродинамических головок, принцип действия которых основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с проводом звуковой катушки. При протекании токов звуковой частоты по проводу под влиянием электродинамической силы катушка громкоговорителя попеременно втягивается и выталкивается из кольцевого зазора магнита в зависимости от направления электрического тока. Ну, а дальше все просто: звуковая катушка механически соединена с излучателем – диффузором, который, собственно, и создает в пространстве сгущения и разрежения воздуха, т.е. акустические волны. Так как звуковая волна, излучаемая передней (фронтальной) поверхностью диффузора, находится в противофазе с акустической волной, излучаемой тыльной стороной диффузора, обе эти волны при работе динамической головки в открытом пространстве могут гасить друг друга, что носит название "акустическое короткое замыкание" (по аналогии с КЗ в электрических сетях). Чтобы избежать этой неприятности, головки помещают в корпус, основным назначением которого и является исключить это самое взаимодействие звуковых волн от фронтальной и тыловой поверхностей диффузора. Динамики, установленные в корпус вместе сразделительными фильтрами, образуют акустическую систему, называемую иногда звуковой колонкой или попросту громкоговорителем. В относительно небольшом количестве акустических систем используются излучатели, основанные на других физических принципах (электростатические, пьезоэлектрические, изодинамические, плазменные излучатели). Так как эти типы "экзотических" громкоговорителей практически не применяются в массовых акустических системах, рамки нашей сегодняшней беседы ограничим рассмотрением только АС с электродинамическими головками.
Большие или маленькие
Итак, АС бывают: дорогими и не очень, малогабаритными (называемые "акустическими системами для книжной полки" или сокращенно "полочными") и совсем даже наоборот – предназначенными для непосредственной установки на пол. Поэтому они так и называются: "напольные акустические системы", что, согласитесь, весьма логично.
Малогабаритные "полочные" акустические системы в силу своих небольших размеров имеют очевидные преимущества перед напольными "шкафами" при их размещении в малогабаритной квартире. Кроме того, малые размеры акустических систем "для книжной полки" позволяют относительно просто обеспечить необходимую жесткость корпуса, что чрезвычайно важно для достижения высокого качества звучания (более подробно этот вопрос будет рассмотрен ниже). И наконец меньшие размеры корпуса АС потребуют и меньшего расхода материалов на их изготовление, что вообще-то должно удешевлять этот тип акустических систем. И действительно, если простые, но уже достаточно хорошо звучащие "полочные" АС сегодня можно приобрести, начиная с суммы $200, то самые дешевые напольные колонки обойдутся вам никак не меньше $300. Впрочем, на этом преимущества "полочных" акустических систем перед напольными в основном и заканчиваются. Наряду с отмеченными выше достоинствами, у "полочной" акустики есть и весьма существенные недостатки. Вследствие малых габаритов упругость воздуха внутреннего объема корпуса существенным образом сказывается на качестве и количестве излучаемых системой низких частот. Естественно, не в лучшую сторону, так как упругость воздуха приводит к уменьшению гибкости подвеса диффузора низкочастотного громкоговорителя, установленного в корпусе акустической системы. Уменьшение гибкости подвеса, в свою очередь, существенно повышает резонансную частоту громкоговорителя. Печальные последствия этого общеизвестны – малогабаритные "полочные" колонки просто физически не способны при приемлемых значениях их чувствительности (об этом – ниже) удовлетворительно воспроизводить самые низкие частоты (ниже 50 Гц), хотя те же низко-частотные громкоговорители, установленные в корпуса большого размера, "басят" будьте любезны. Кроме того, по сравнению с более мощными и, часто более чувствительными напольными системами "полочники", как правило воспроизводят меньший динамический диапазон звуковых сигналов. Правда, это отнюдь не означает, что малогабаритные колонки в принципе играют плохо. Отнюдь нет – сбалансированное звучание лучших "полочных" акустических систем субъективно воспринимается отлично и порой дает фору многим "напольникам". Непременным условием хорошего звучания от малогабаритной акустики является ее правильное размещение. При этом жизненно важно обеспечить надежную установку системы, исключающую нежелательные колебания и вибрации ее корпуса. Проще всего этого можно добиться, устанавливая "полочные" колонки на специальные подставки (Speaker Stand), выпускаемые целым рядом специализированных фирм (Target, Atacama и т.д.). Однако хорошие стойки стоят весьма недешево – $100-$400, поэтому суммарная стоимость покупки "дешевой" малогабаритной системы вместе с подставками может "зашкалить" за $500, что вполне соизмеримо со стоимостью относительно приличных напольных колонок. Как говорится – за что боролись? Может быть, и впрямь лучше сразу взять да купить напольные колонки и не мучиться с подбором подставок к "полочным" колонкам?
В принципе, выбрав большую напольную акустическую систему, мы потенциально можем рассчитывать на более глубокий и мощный бас за счет большого объема корпуса напольной колонки. Но "нет в жизни счастья" – большие размеры напольных АС создают нам и новые проблемы. Обеспечить жесткость корпуса более крупной акустической системы неизмеримо сложнее, чем корпуса малогабаритной "полочной". Тут уж никак не обойтись без внутренних перегородок, стяжек, ребер жесткости, необходимо применять ДСП большей толщины, а это большая масса колонки и неизбежное увеличение ее стоимости (больший вес одинаковых по размеру акустических систем потенциально свидетельствует о лучшем качестве более тяжелой колонки). Если же всего этого не сделать, то звук даже очень большой по размерам акустики, но в "картонном" корпусе не доставит вам большого удовольствия. Увеличение размеров корпуса колонки приводит к существенному увеличению расхода материалов на ее изготовление. Согласно некоторым оценкам, в современной акустической системе доля расходов на корпус составляет порядка 60% стоимости АС, приходится ли удивляться тому, что напольная акустика,как правило, стоит намного "круче", чем "полочные" АС. И наконец у относительно больших напольных систем есть и еще один недостаток – большие размеры.
Три вместо двух
Теперь понятно, что желание добиться отличного (или хотя бы более-менее приличного) качества воспроизведения низких частот в условиях типовых отечественных мини- и миди-габаритных квартир часто входит в неразрешимое диалектическое противоречие с необходимостью размещения хороших (читай – больших) акустических систем на вашей скромной жилплощади. Законы физики не обманешь и посему – в "здоровой" колонке – здоровый бас! Поэтому настоящему аудиофилу (и меломану, впрочем, тоже) зачастую приходится решать извечную дилемму: либо хорошая акустика (почти всегда – крупногабаритная), но живи при этом на кухне, либо малогабаритные акустические системы, но придется смириться с хилыми басами. Еще сложнее любителям "домашнего театра", ведь им приходится размещать в своем жилище уже не 2, а минимум 5(!) акустических систем. Поэтому если ваша квартира не позволяет вольготно разместить в ней даже два больших "ящика" напольных акустических систем, а качество и количество баса малогабаритных систем для "книжной полки" вас решительно не устраивает, то у вас в этом случае есть два выхода: поменять вашу квартиру на большую или купить трехкомпонентную акустическую систему в составе сабвуфера и двух сателлитов (или, что почти то же самое, докупить к "полочным" акустическим системам отдельный сабвуфер). Второй вариант наверняка покажется предпочтительным для основной массы наших читателей, поэтому остановимся на нем подробно.
Это тем более актуально, потому что сабвуфер является сегодня почти непременным атрибутом любой достаточно хорошей системы "домашнего театра", так как только с его помощью можно передать истинный драматизм происходящих на экране событий. Поэтому для любителей домашнего кинотеатра реальной альтернативы сабвуферу практически нет.
Итак, "настоящая" сабвуферно-сателлитная акустическая система состоит из одного большого (часто – очень большого) низкочастотного блока (сабвуфера) и двух отдельных относительно малогабаритных акустических систем (сателлитов). Такой комплект часто называют "трифоник". Большие размеры сабвуфера необходимы для создания достаточного объема акустической камеры для нормальной работы сверхнизкочастотного громкоговорителя, тогда как средние и высокие частоты вполне удовлетворительно воспроизводят акустические системы-сателлиты даже весьма скромных размеров. Современные сабвуферы, как это следует из их названия, предназначены для эффективного воспроизведения очень низкочастотных звуковых сигналов в полосе частот 20-120 Гц. При этом верхняя граничная частота сабвуфера (частота среза встроенного фильтра высоких частот), как правило, допускает возможность плавного изменения в пределах 80-200 Гц для лучшего согласования с сателлитами. Разница между настоящим трифоником и дуэтом "полочников" с отдельно купленным "сабом" состоит только в том, что первый проектируется для совместной работы и имеет максимально согласованные характеристики. При этом сателлиты имеют высокую нижнюю рабочую частоту (порядка 100-150 Гц) и поэтому самостоятельно, без сабвуфера, не используются. В отличие от трифонического комплекта, хорошие "полочные" акустические системы в принципе неплохо могут работать и сами, однако если к ним в дальнейшем докупить сабвуфер, их звучание много выиграет от такого взаимовыгодного партнерства. Что касается конструкции сателлитов, то они, по сути дела, являются обычными малогабаритными АС, особенностью их конструкции является, пожалуй, лишь специальная конструкция для компенсации магнитных полей рассеяния громкоговорителей, что является чрезвычайно важным для использования их в системе домашнего театра. Вот, собственно, и все различия.
Активный лучше?
Сабвуферы бывают пассивными и активными. Активный сабвуфер – это "обычный" сабвуфер (называемый также "пассивным"), в корпус которого дополнительно встроен собственный мощный усилитель низкой частоты. Преимуществом активного сабвуфера является меньшая нагрузка на основной усилитель низкой частоты, недостатком – большая стоимость (существенно большая).
В блоке типичного сабвуфера, как правило, используется либо один общий для двух каналов низкочастотный громкоговоритель, либо, что чаще встречается, два отдельных низкочастотных громкоговорителя, работающих от правого и левого каналов усилителя низкой частоты и нагруженных на общий акустический объем. В первом случае хотя и экономится один громкоговоритель, зато появляется необходимость ввести довольно сложную схему суммирования низкочастотных звуковых сигналов от обоих каналов усилителя. Справедливости ради надо указать, что существуют громкоговорители с двумя звуковыми катушками. В некоторых сабвуферах (например, Bose, Jamo и др.) два низкочастотных громкоговорителя устанавливаются диффузорами навстречу друг другу, при этом полезное излучение звука происходит от тыльных сторон их диффузоров. Так как электрически эти низкочастотные громкоговорители включены в противофазе друг к другу, то каждый из них обеспечивает эффективную акустическую нагрузку другому громкоговорителю (низкочастотные сигналы обоих стереоканалов практически всегда синфазны), в результате чего облегчается достижение низкой рабочей частоты сабвуфера. В хороших сабвуферах имеется также дополнительная возможность механической подстройки в некоторых пределах частоты настройки фазоинвертора. Это обеспечивается специальной конструкцией фазоинвертора и осуществляется путем вращения порта фазоинвертора, благодаря чему изменяется глубина "захода" трубы фазоинвертора внутрь корпуса сабвуфера и, следовательно, изменяется частота настройки фазоинвертора. Благодаря этому, у вас всегда имеется возможность осуществить дополнительную точную настройку фазоинвертора в процессе его эксплуатации. В корпусе сабвуфера, кроме НЧ-громкоговорителей, также располагается схема разделительного фильтра, которая делит входной звуковой сигнал на две частотные полосы. Низкочастотный сигнал, как легко можно догадаться, подается на громкоговоритель (громкоговорители) сабвуфера, а другая часть сигнала с нижней граничной частотой от 80-200 Гц – поступает на зажимы для подключения внешних СЧ/ВЧ акустических систем-сателитов.
Итак, предположим, приняв к сведению приведенные выше аргументы и факты, вы купили сабвуфер и сателлиты. Теперь вам предстоит решить другую важную задачу: правильно подключить друг к другу и грамотно расставить в комнате. Прежде чем подключаться, изучим номенклатуру имеющихся на корпусе сабвуфера разъемов. Как правило, в хороших сабвуферах используются высококачественные позолоченные винтовые зажимы для подключения сабвуфера к усилителям низкой частоты, которые позволяют подключить к ним высококачественные акустические кабели с сечением проводов до 4 кв. мм, а также разъемы типа "банан", "вилочка" и "лопаточка". Ко входу сабвуфера подключаются оба канала усилителя. В случае использования активного сабвуфера с собственным усилителем низкой частоты он подключается к линейному выходу усилителя или к специальному выходу для активного сабвуфера с уже отфильтрованным низкочастотным сигналом. В свою очередь, акустические кабели для подключения сателлитов присоединяются к винтовым зажимам выхода разделительного фильтра низких частот сабвуфера. Теперь вам остается грамотно разместить всю эту трехкорпусную систему в комнате. Сделать это легко, так как ввиду отсутствия направленности самых низких звуковых частот сабвуфер может быть помещен практически в любом месте вашей комнаты, его даже можно задвинуть под диван. Размещение малогабаритных акустических систем-сателлитов из-за их малых размеров также особых трудностей не вызывает: вы можете разместить их и в мебельной стенке, можете повесить их на стену при помощи специальных кронштейнов. Но наилучшим решением проблемы будет установка сателлитов на дополнительно купленные специальные напольные подставки-стойки. Звучание хорошей трифонической системы отличается необыкновенной глубиной и естественностью передачи басов. Музыка заполняет все пространство в комнате, и кажется, что она рождается прямо из воздуха. По качеству звучания, особенно глубине баса, при размещении в небольших помещениях площадью 9-14 квадратных метров, трифонические системы, пожалуй, не имеют конкурентов. Хотя и в большом помещении они способны на многое. По крайней мере до принятия окончательного решения о покупке новых высококачественных акустических систем для вашей HI-FI стереосистемы (или системы домашнего театра) обязательно "примерьте" для себя и вариант с сабвуфером. Наконец сабвуфер ведь можно приобрести и отдельно, в помощь к уже имеющимся у вас акустическим системам. Если мощности вашего усилителя не хватает для того, чтобы "на всю катушку" раскачать еще и сабвуфер, купите одну из моделей активного сабвуфера со встроенным усилителем низкой частоты. Уж он-то точно сможет научить вашу стереосистему "метать громы и молнии"! Хорошие модели пассивных и активных сабвуферов выпускаются сегодня целым рядом известных фирм B&W, Jamo, JBL, KEF, Mirage, Polk Audio, Yamaha и другие.
И спереди, и сзади
Некоторые разработчики считают главным громкоговорителем, во многом определяющим качество и класс звучания "домашнего театра", АС центрального канала! И действительно, это парадоксальное, на первый взгляд, утверждение (большинство из опрошенных любителей звука наверняка бы назвали в качестве главных фронтальные акустические системы), если хорошо подумать, имеет глубокий смысл. В самом деле, статистические исследования показывают, что громкоговоритель центрального канала воспроизводит примерно 52% всей звуковой информации при просмотре кинофильмов, в том числе почти все диалоги (у нас, кроме того, еще и дублирующий голос переводчика). Соответственно правая и левая фронтальные акустические системы воспроизводят по 20% оставшейся звуковой информации каждая, а на долю тыловых громкоговорителей приходиться всего 8%. Поэтому хороший громкоговоритель центрального канала должен с минимальными искажениями воспроизводить широкую полосу частот (как минимум 50-20000 Гц), иметь достаточно высокую электрическую мощность и большой запас по перегрузке. Если в вашей системе домашнего театра отсутствует отдельный сабвуфер, на громкоговоритель центрального канала (так же как и на фронтальные акустические системы) падает дополнительная нагрузка в части воспроизведения ими глубокого и мощного баса. Так как центральный громкоговоритель в системе "домашнего театра" обычно располагается либо сверху телевизора, либо непосредственно под ним, для лучшего пространственного согласования источника звука с изображением на экране его корпус имеет низкий профиль. Понятное дело, что для исключения заметного влияния на цветной кинескоп телевизора поля рассеяния магнитных систем громкоговорителей тщательно экранируются. Но и это еще не все! Для исключения нежелательных отражений звуковой волны, излучаемой акустической системой центрального канала от экрана кинескопа телевизора (что может привести к большой неравномерности АЧХ в помещении), диаграмма его направленности имеет специальную форму, значительно ослабляющую вредное влияние отражений. В некоторых акустических системах центрального канала для этой цели используется специальный профиль защитной рамки с тканью ("пыльник"), которая активно участвует в формировании нужной диаграммы направленности.
В качестве фронтальных акустических систем в системах "домашнего театра" в принципе могут быть использованы практически любые достаточно хорошие напольные и "полочные" акустические системы, удовлетворяющие двум дополнительным условиям. Во-первых, их магнитные системы также должны бьиь хорошо экранированы, что позволит размещать эти акустические системы в непосредственной близости от телевизора, чтобы исключить "отрыв" звукового образа от изображения на экране. Во-вторых, желательно, чтобы фронтальные громкоговорители имели максимально широкую диаграмму направленности излучаемой звуковой волны, что позволит добиться объемности звука по всему "кинозалу" в вашей комнате. Что касается акустических систем тылового канала, которые используются в основном для воспроизведения шумовых эффектов и отраженных звуков, то особых требований к качеству их звучания не предъявляется. Не требуется от них в обязательном порядке магнитное экранирование, так как они расположены достаточно далеко от телевизора. Хотя, если такое экранирование в них есть, оно не будет лишним. А вот что действительно важно и весьма желательно для акустических систем тылового канала, так это их круговая диаграмма направленности или по крайней мере диаграмма в виде "восьмерки". Такая диаграмма направленности будет способствовать созданию в комнате равномерного поля диффузного звука тылового канала, что в конечном счете усилит "эффект присутствия" зрителей "домашнего театра ".
Резонансы и басы
Форма корпуса АС наряду с его геометрическими размерами имеет очень важное значение для получения высококачественного звука. В корпусе в виде ящика с параллельными стенками излучаемые задней стороной диффузора звуковые волны испытывают многократные отражения и образуют многочисленные стоячие волны на частотах, длины волн которых кратны соответствующим размерам корпуса. Кроме того, отраженная от стенок корпуса звуковая волна "догоняет" диффузор громкоговорителя и воздействует на него, приводя к возникновению в звучании акусти- ческой системы паразитных призвуков и размытости звука. Это явление носит название "задержанные резонансы" и существенным образом влияет на качество звучания акустической системы.
Для борьбы с этой напастью внутренний объем акустической системы заглушают различными звукопоглощающими материалами, что способствует заметному снижению амплитуды стоячих волн внутри корпуса АС. Иногда для решения этой проблемы используют "хитрую" (например, сферическую) форму корпуса. После достаточно короткого периода увлечения шаровыми колонками в 70-е годы, когда такие акустические системы даже выпускались серийно в весьма заметных объемах (помните знаменитые "шары" на тонкой ножке-подставке от фирмы Grundig или отечественные круглые АС от радиолы "Вега"?), в настоящее время такие акустические системы уже практически не выпускаются. И немудрено, так как весьма трудно вписать в интерьер современной квартиры пару "шаров" диаметром по полметра каждый. Гораздо проще проблема уменьшения внутренних отражений звука внутри корпуса АС решается многими фирмами путем использования ими корпусов с непараллельными стенками и корпусов в виде усеченной пирамиды. Примером таких "неправильных" корпусов могут служить, например, акустические системы английской фирмы Tannoy. Эти акустические системы имеют верхнюю и нижнюю панели в форме трапеции, при этом лицевая панель имеет большую ширину, чем задняя стенка.
Фирма B&W в акустической системе DM302 предложила другой путь борьбы с внутренними отражениями и резонансами. Не мудрствуя лукаво, инженеры этой фирмы предложили просто-напросто "погасить" энергию звуковых волн от задней поверхности диффузора при помощи специальной структуры из клиньев, помещенных внутрь корпуса АС. Эта идея была заимствована ими у конструкторов безэховых звуковых камер и дала хорошие результаты. "Лес" поглотителей, "растущий" на задней панели акустической системы, обеспечивает эффективное рассекание фронта звуковой волны и поглощение ее энергии. Кстати фирме B&W принадлежит авторство еще одной чрезвычайно интересной идей в "корпусостроительстве" акустических систем. Речь идет о прёдложенной ее патентованной матричной (сотовой) конструкции корпуса АС с использованием в нем внутренней матрицы из многочисленных пересекающихся внутри корпуса горизонтальных и вертикальных распорок-перегородок. В результате применения этой технологии в знаменитых АС серии Matrix 800 корпуса характеризуются чрезвычайно высокой жесткостью, что практически исключает его вибрации и паразитное излучение звука от корпуса колонки. На некоторых частотах корпус любой акустической системы вдруг "обретает свой голос", что приводит к заметной "окраске" (т.е. изменению тембра) звучания колонки. Чем меньше уровень этих излучений, тем меньше "отсебятины" вносит акустика в звук и тем она лучше.
Закрытые и фазоинверторные
В зависимости от исполнения корпуса акустические системы разделяют на несколько типов по их акустическому оформлению. Самым простым акустическим оформлением является герметично закрытый корпус акустической системы, который так и называют – акустическая система закрытого типа. Преимуществом такого типа корпуса являются простота и хорошие переходные характеристики акустической системы, недостатком – сложность получения достаточно низкой граничной рабочей частоты. Причина этого уже упоминалась выше и заключается в том, что общая упругость системы повышается, а это приводит к увеличению частоты НЧ-резонанса низкочастотного громкоговорителя, установленного в закрытом корпусе АС. Соответственно повышается нижняя граничная частота диапазона рабочих частот акустической системы и уменьшается уровень ее звукового давления на низких частотах: прощай, глубокий бас. Этот недостаток акустического оформления во многом удалось преодолеть в акустических системах с фазоинвертором. Внешне акустические системы этого типа отличаются от закрытых акустических систем наличием у них на передней (или задней) стенке выходного отверстия (порта) фазоинвертора, соединяющего внутренний объем акустической системы с внешним миром. Таким образом, фазоинвертор – это сочетание геометрических размеров внутреннего объема и трубы, обеспечивающее заданную резонанснуючастоту системы. Зачем это сделано и что это дает? Оказывается, столь простое конструктивное решение ("дырка от бублика") позволяет существенно понизить нижнюю граничную частоту акустической системы и заметно увеличить уровень ее звукового давления на низких частотах. Механизм работы фазоинвертора заключается в том, что специально рассчитанный акустический резонатор-фазоинвертор производит инверсию (переворот) фазы звуковой волны, излучаемой тыльной стороной диффузора. Эта перевернутая звуковая волна с выхода фазоинвертора суммируется со звуковой волной от фронтальной поверхности диффузора, что и приводит к существенному увеличению уровня звукового давления громкоговорителя на частоте настройки фазоинвертора. Достоинства этого типа акустического оформления хорошо известны, недаром сегодня по крайней мере 9 из 10 акустических систем, выпускаемых в мире, имеют фазоинвертор. Судите сами: при равных размерах корпуса закрытой и фазоинверсной АС акустические системы с фазоинвертором имеют в 1,26 раза меньшую нижнюю граничную частоту при равном КПД для обоих типов систем. Если же сконструировать оба типа АС так, чтобы у них были одинаковые размеры корпуса и равные нижние граничные частоты, то акустическая система с фазоинвертором будет иметь на 3 дБ больший КПД, чем конкурирующая "закрытая" акустическая система.
Наконец при одинаковых КПД и нижней граничной частоте акустическая система с фазоинвертором будет иметь существенно меньшие размеры по сравнению с АС закрытого типа. Однако справедливости ради стоит отметить, что за все хорошее в жизни надо платить, и акустические системы фазоинверторного типа не являются в этом смысле исключением. Расплатой за вышеупомянутые преимущества этого типа акустического оформления являются ухудшение (по сравнению с АС закрытого типа) переходных характеристик и усложнение согласования АС с усилителем. Фазоинвертор "живет" своей жизнью, время нарастания фронта звукового сигнала и длительность затухания его свободных колебаний определяется только акустической добротностью фазоинвертора. Субъективно это проявляется, например, в "бухающем" звуке большого барабана, глухом звуке литавр, в размытости щипка струны контрабаса и т.д. Однако в массовых моделях акустических систем преимущества от применения фазоинвертора перевешивают его недостатки, так как существенно улучшают глубину звучания басов. Поэтому сегодня акустические системы этого типа составляют львиную долю выпуска в производственных программах ведущих мировых "акустических" фирм. Разновидностью акустического оформления АС типа "фазоинвертор" являются акустические системы с пассивным излучателем (называемые также системами с "пассивным радиатором"). В акустических системах этого типа для повышения уровня звукового давления на низких частотах используется пассивный излучатель, представляющий собой часть низкочастотного громкоговорителя без звуковой катушки и магнитной системы. Принцип действия этого излучателя подобен работе фазоинвертора, так как он также производит инверсию фазы излучения звуковой волны от тыльной стороны диффузора. Путем изменения массы диффузора частота резонанса пассивного излучателя настраивается на нижнюю рабочую частоту низкочастотного громкоговорителя. Ну, а дальше вес очень просто: звуковая волна от пассивного излучателя суммируется с излучаемой низкочастотным громкоговорителем звуковой волной, что существенно повышает уровень звукового давления акустической системы на нижних частотах. Что и требовалось доказать. Остается добавить, что в акустических системах обычно имеется один порт фазоинвертора, хотя могут быть и двухпортовые, и трехпортовые фазоинверторы. Часто порт фазоинвертора выводится на переднюю панель акустической системы, хотя целый ряд фирм выводят фазоинверторы на заднюю стенку АС. Наконец, некоторые фирменные модели имеют выходное отверстие фазоинвертора… на дне корпуса (Castle Acoustics, Mission или серия RT фирмы Polk Audio). Преимуществом фронтального расположения порта фазоинвертора является меньшая критичность таких акустических систем по отношению к стенам помещения, так как для нормаль ной работы АС с задним расположением фазоинвертора требуется обеспечить расстояние от задней панели АС до стен помещения порядка 25-100 см.
Кроме рассмотренных выше, существуют и другие типы акустического оформления АС, которые, однако, распространены существенно меньше. Английская фирма TDL Electronics, например, является верной поклонницей АС с акустическим оформлением типа "лабиринт". Задняя сторона диффузора работает на образованный рядом перегородок зигзагообразный звуковод – лабиринт, длину которого выбирают равной примерно половине длины волны на нижней граничной частоте системы. Благодаря этому излучение из выходного отверстия лабиринта будет совпадать с акустическими колебаниями от передней стороны диффузора головки.
Две или три полосы
Идеальная акустическая система должна иметь только один широкополосный громкоговоритель, воспроизводящий полную полосу частот 20-20000 Гц. Однако так как к громкоговорителю предъявляют различные, а зачастую взаимоисключающие требования при работе его в различных полосах частот, сделать такой идеальный громкоговоритель практически невозможно, по крайне мере за приемлемую цену. Поэтому подавляющее большинство современных акустических систем имеют по две и более головки, работающих в различных полосах частот. Современные АС среднего класса обычно выполняются двухполосными и имеют по одному низкочастотному (НЧ) и одному высокочастотному громкоговорителю (ВЧ). Так как в "двухполосниках" низкочастотный громкоговоритель отвечает также и за воспроизведение средних частот, низкочастотные громкоговорители в таких системах обозначают как НЧ/СЧ-громкоговорители. Более сложные трехполосные АС имеют дополнительно еще и 1-2 среднечастотных (СЧ) громкоговорителя. Акустические системы с 4 и более частотными полосами хотя и присутствуют на рынке, однако в очень ограниченном количестве, поэтому в данном обзоре не будут рассматриваться.
Итак, оба типа: двух- и трехполосные громкоговорители имеют свои достоинства и недостатки. Очевидным преимуществом двухполосных акустических систем является их более простая и дешевая конструкция, так как в них используются обычно всего два громкоговорителя и сравнительно простые разделительные фильтры. Поэтому их переходная характеристика в общем случае лучше, а согласованность излучения НЧ- и ВЧ-головок выше, чем в многополосных системах. Благодаря этому они получили сегодня широкое распространение. Однако и у "двухполосников", к сожалению, есть определенные недостатки. С учетом необходимости согласования диаграмм направленности НЧ/СЧ и ВЧ-динамиков в полосе частот их совместного излучения отношение диаметров соответствующих диффузоров не может быть очень большим. Поскольку типовые диаметры купольных излучателей современных твитеров (ВЧ-головок) составляют 19-25 мм, приемлемые результаты могут быть получены при размерах диффузоров НЧ/СЧ-динамиков не более 150-200 мм в диаметре. Поэтому при использовании больших диффузоров в звучании будет хорошо слышимый "скачок" на частоте раздела полос громкоговорителей, который приводит к заметным нарушениям "виртуальной" сцены. По этой причине в большинстве современных двухполосных АС используют НЧ/СЧ-динамики с диффузорами 100-180 мм. Но "вытащив хвост", у конструкторов АС тут же "увяз клюв", так как такие низкочастотники имеют заметно меньшую отдачу при излучении нижних басов по сравнению с "настоящими" басовиками (диаметр 315-400 мм). Кроме того, так как единственная частота раздела в двухполосных громкоговорителях выносится выше области максимальной чувствительности слуха, НЧ/СЧ-головки этих систем должны хорошо воспроизводить не только низкие, но и средние частоты. Это предъявляет повышенные требования к качеству НЧ/СЧ-головок. Создание по настоящему качественных динамиков предполагает широкое применение современных методов измерения, компьютерное моделирование и использование новейших материалов с уникальными механическими свойствами (кевлар, армирование диффузоров углеродными волокнами и т.д.).
Но любая двухполосная акустика всегда является серьезным компромиссом в стремлении удовлетворить одновременно множеству противоречивых требований. Никто не спорит, что компромисс может быть найден очень удачно и воплощенный в конструкцию хороших двухполосных АС баланс этих требований способен обеспечить очень и очень неплохие результаты. Однако, если конструктор акустической системы поставил себе целью добиться выдающегося качества звучания, ему намного проще добиться поставленной цели использовав трех- (или даже более) полосную конструкцию. В этом случае у него появляется гораздо больше свободы, например, в выборе типа и размера НЧ-громкоговорителя. Так как размеры типовых СЧ-динамиков всегда значительно больше, чем у твитеров, требование по соблюдению заданных соотношений размеров НЧ- и СЧ-громкоговорителей (в данном случае) легко выполняются даже для самых больших НЧ-громкоговорителей диаметром 315-400 мм. Представляете, какой глубокий и мощный бас выдаст такая "шляпа" в соответствующем акустическом оформлении? От появления в акустической системе третьего громкоговорителя существенно выигрывает и качество звучания средних частот, так как в этом случае их воспроизводит специально разработанный и оптимизированный для этой цели динамик. Однако и у трехполосных акустических систем есть своя "ахиллесова пята" (точнее, несколько "пят"). Во-первых, для того чтобы каждый громкоговоритель уверенно воспроизводил только "свой" звуковой сигнал, в трехполосных АС применяют довольно сложные схемы разделительных фильтров. Эти фильтры, в свою очередь, вносят фазовые и временные искажения, приводящие к размыванию фронта звуковой волны. Поэтому в общем случае многополосные акустические системы имеют худшие переходные характеристики, чем двухполосные АС. Во-вторых, частоты раздела полое сигналов громкоговорителей, как правило, выбираются в диапазонах 300-700 Гц и 4,5-7 кГц, которые попадают в область высокой чувствительности слуха человека, что предъявляет особые требования к качеству исполнения разделительных фильтров и самих громкоговорителей. Так что и у многополосных систем свои проблемы. Как говорится, "нет в жизни аудиофила счастья". Однако не все так мрачно.
Акустическое материаловедение
Стремительный прогресс в развитии современной аудиотехники привел к замечательным результатам: качество звучания акустических систем неуклонно растет, а их цена падает. Совершенствуются буквально все элементы АС.
Наиболее быстро прогрессируют громкоговорители. В конструкции современных НЧ-громкоговорителей все шире используются новейшие материалы, обеспечивающие одновременно и жесткость, и легкость диффузоров при повышенном декременте затухания колебаний в материале диффузора. Хотя до сих пор в качестве материала для диффузоров НЧ-громкоговорителей все еще широко применяется бумага с различными пропитками, все шире используются и диффузоры из полипропилена, зачастую армированного волокнами из углерода для повышения его жесткости. С легкой руки фирмы B&W все большее количество фирм (B&W, Cabasse и т.д.) начинает изготавливать диффузоры громкоговорителей из кевлара – искусственного тканого материала с просто уникальным сочетанием его механических свойств, разработанного в рамках космических программ NASA. Для повышения чувствительности акустических систем в новых моделях громкоговорителей широко применяют магниты с повышенной коэрцитивной силой, изготавливаемые как с использованием ферритов, так и сплавов редкоземельных элементов (ниодим, самрий, кобальт и т.д.).
Стремительное развитие цифровых технологий записи звука предъявляет повышенные требования к конструкции ВЧ-громкоговорителей. Дело в том, что существовавшие до появления CD звуковые носители (магнитофонная лента, виниловые грампластинки) в силу физических принципов аудиозаписи на них имели ограниченный динамический диапазон вообще и по высоким частотам в частности. Так, всеми нами любимая магнитофонная лента при увеличении уровня высоких частот при записи неизбежно начинает их ограничивать, достигая уровня своего насыщения на этой частоте. И никакие Dolby Hx-Pro о не помогут реализовать на частоте 20 кГц в кассетнике динамический диапазон свыше 40-50 дБ. А на CD – пожалуйста! В связи с возрастанием средней мощности звукового сигнала на высоких частотах все чаще в конструкции современных ВЧ-динамиков применяется охлаждающая магнитная жидкость, помещаемая в зазоре магнитной системы громкоговорителя Эта жидкость представляет собой суспензию магнитного порошка (феррита) в минеральном масле, которая эффективноно охлаждает звуковую катушку "пищалки" Однако, так как эта же магнитная жидкость вместе с тем демпфирует подвижную систему громкоговорителя, однозначного мнения о целесообразности использования в "пищалках" магнитной жидкости сегодня нет. Наблюдается плюрализм и в отношении материала, из которого изготавливается диффузор твитера. В чем, однако, едины практически все производители акустики, так это в вопросе о форме диффузора: современные "пищалки" выпускаются только с купольным полусферическим диффузором (Dome). Он может быть либо мягким (шелковая ткань с пропиткой, некоторые виды пластиковых пленок), либо с жестким металлическим (алюминий, титан и т.д.). Преимуществом мягких диффузоров является хорошее затухание паразитных колебаний в материале диффузора, недостаток – относительно большая масса (и, как следствие, меньшая чувствительность и худшая передаточная характеристика). "Жесткие" металлические "пищалки", напротив, легкие и чувствительные, но обладают целым набором паразитных резонансов, придающих звучанию высоких частот характерную "металлическую" окраску. В лучших современных "пищалках" используется комбинированная конструкция – "мягкий" купол с напыленными на его поверхность дополнительными тонкими металлическими слоями. Однако они – при отличном качестве звука – относительно сложны в производстве и стоят значительно дороже. Что касается конструкции современных СЧ-динамиков, то сегодня наблюдается повсеместный "ренесанс" конусных среднечастотников, тогда как в конце 80-х годов господствовали купольные СЧ-громкоговорители. Благодаря прогрессу в развитии аудиотехники, в частности, широкому применению новых типов пластиковых диффузоров, звучат современные среднечастотники отменно. Часто приходится слышать споры о том, какие материалы лучше для изготовления диффузора: бумага (картон) или пластик? В пользу бумаги обычно приводят такие аргументы, как большая натуральность и теплота звучания бумаги по сравнению с искусственным и холодным звуком пластикового диффузора. Бумажные диффузоры, как правило, тяжелее, чем пластиковые, и поэтому несколько хуже воспроизводят импульсные сигналы (удар в барабан). Кроме того, их параметры могут меняться со временем из-за процессов старения бумаги и испарения пропиточной мастики, что может привести к заметному изменению характера звучания АС. С другой стороны, современные пластиковые материалы (например, полипропилен), имея отличный баланс механических свойств: легкость, жесткость, высокие внутренние потери в материале диффузора, – тоже невечны. Так что однозначный ответ на этот вопрос дать трудно.
О направленности
Как следует из теории акустики, идеальным источником звука является "точечный" излучатель, то есть такой излучатель, размерами которого по сравнению с длиной излучаемой им звуковой волны можно пренебречь. К сожалению, реальные акустические системы весьма далеки от такого идеального излучателя и, более того, имеют различную диаграмму направленности для разных частот звукового сигнала. Как было отмечено выше, ширина диаграммы направленности громкоговорителя определяется отношением длины волны излучаемого им звукового сигнала и геометрического размера (диаметра) диффузора громкоговорителя. Кроме того, диаграмма направленности в области совместного действия излучения двух громкоговорителей АС зависит от взаимного фазового сдвига их сигналов, определяемых схемой разделительного фильтра акустической системы. Однако и в этом направлении сегодня имеются конструктивные решения, обеспечивающие настоящий технологический прорыв в создании громкоговорителей с характеристиками направленности, близкими к идеальному "точечному" излучателю. Речь идет о знаменитых коаксиальных громкоговорителях, используемых в акустических системах английских фирм Tannoy и KEF (серия Uni-Q).
Коаксиальные двухполосные излучатели представляют собой собранные на единой магнитной системе среднечастотный и высокочастотный громкоговорители. Купольная "пищалка" собрана на внутреннем керне магнитной системы и находится внутри конусного диффузора среднечастотного громкоговорителя, который является своеобразным рупором-звуководом для звуковых волн, излучаемых "пищалкой". Такие излучатели обладают рядом уникальных особенностей, заметно выделяющих их из массы других громкоговорителей. Во-первых, благодаря используемой конструкции, центры излучения ВЧ и СЧ-громкоговорителей находятся практически в одной точке, что исключает возникновение фазовых и временных искажений излучаемых ими сигналов. Во-вторых, так как излучение средних и высоких частот физически осуществляется из одной точки пространства (условно), излучатели типа Uni-Q имеют хорошую диаграмму направленности на этих частотах благодаря этим серьезным преимуществам, звучание акустических систем с коаксиальными излучателями характеризуется отличной локализацией источников звука в пространстве.
Разделяй и властвуй
В акустических системах с электродинамическими головками для согласования их характеристик и диаграмм направленности используют разделительные фильтры. Кроме того, так как центры излучения этих громкоговорителей (примерно совпадающих с местом расположения звуковой катушки громкоговорителя) сдвинуты относительно друг друга (глубина СЧ- и особенно НЧ-громкоговорителя намного больше, чем у ВЧ- громкоговорителя), при расчете разделительных фильтров приходится учитывать необходимость коррекции возникающего при этом временного сдвига в излучаемой этими громкоговорителями звуковой волне с помощью фазокорректирующих цепочек. Уменьшение временной задержки в излучении различных громкоговорителей можно добиться и чисто конструктивными методами, смещая ВЧ- и СЧ-головку внутрь корпуса АС, например, используя наклонную переднюю панель акустической системы с "заваленной" назад верхней частью.
Что касается собственно самих разделительных фильтров, то их роль в современной АС существенно возросла. Это вызвано, с одной стороны, резким повышением требований слушателей к качеству звучания аудиоаппаратуры вообще и акустических систем в частности, а с другой стороны – возросшим качеством современных громкоговорителей. В этих условиях неоптимальное подключение громкоговорителей в акустической системе не позволит полностью реализовать потенциально высокое качество этих громкоговорителей. Поэтому разработчики современных фильтров для акустических систем учитывают при их проектировании не только требования обеспечить максимально плоскую АЧХ и линейную ФЧХ в полосе пропускания фильтра, но и учитывают при расчете элементов схемы фильтра изменение комплексного сопротивления громкоговорителя на разных частотах, требования обеспечения заданной диаграммы направленности акустической системы на этих частотах и т.д. Все это стало возможным благодаря широкому использованию при проектировании АС численных методов компьютерного моделирования и проектирования.
В современных акустических системах используются как простейшие разделительные фильтры 1-го порядка, так и многозвенные фильтры 4-го и даже 6-го порядка. Достоинством разделительных фильтров 1-го порядка (применяются, как правило, только в двухполосных АС) является хорошая переходная характеристика акустической системы (фронты сигналов воспроизводятся без паразитных выбросов), недостатком – малая крутизна фильтра в полосе затухания (6 дБ/октава), в результате чего имеется широкий частотный диапазон совместной работы НЧ-и СЧ-громкоговорителей. Многозвенные фильтры высоких порядков обеспечивают существенно большую крутизну спада характеристики в полосе затухания (12, 18 и даже 24 дБ/октава), но имеют худшую переходную характеристику и волнистую АЧХ в полосе пропускания фильтра. В зависимости от критерия выбора аппроксимирующей АЧХ фильтра математической функции различают несколько типов разделительных фильтров.
Фильтры Баттерворта имеют линейную АЧХ в полосе пропускания фильтра, резко обрывающуюся в полосе затухания фильтра. Однако переходная характеристика таких фильтров носит сильно выраженный колебательный характер. Фильтры Бесселя также имеют линейную АЧХ в полосе пропускания и сравнительно резкий спад в полосе затухания. Однако благодаря линейной зависимости фазового сдвига сигнала в зависимости от его частоты переходная характеристика АС с такими фильтрами хотя и имеет выброс на АЧХ, но не имеет колебательного характера. Фильтры Чебышева имеют чрезвычайно резкий спад АЧХ в полосе затухания, однако АЧХ фильтра в его полосе пропускания носит волнистый характер. Наиболее сложные схемы разделительных фильтров включают в себя также специальные корректирующие цепи, которые компенсируют изменение импеданса громкоговорителя на разных частотах. В результате такой стабилизации импеданса условия работы разделительного фильтра существенно улучшаются, так как он нагружен на постоянный и согласованный с ним импеданс нагрузки (громкоговоритель). Поэтому параметры АЧХ фильтра получаются близкими к расчетным. В случае же работы фильтра на рассогласованную нагрузку значения параметров его АЧХ и ФЧХ становятся непредсказуемыми. Нет нужды говорить, что это губительно сказывается на качестве звучания АС.
Иногда в схему фильтра включают также специальные режектирующие цепочки с целью блокирования в фильтре сигналов на частоте резонанса громкоговорителя. Как правило, такие цепочки используют в фильтрах СЧ- и ВЧ-громкоговорителей.
Итак, как мы видим, в современных АС используются весьма сложные схемы фильтров, количество элементов в которых (особенно при встраивании в схему фильтра элементов защиты громкоговорителей) может достигать нескольких десятков. С другой стороны, многие высококачественные АС имеют простейшие фильтры 1-2-го порядка, состоящие всего из нескольких электронных компонентов, но зато отборного, аудиофильского качества. В сочетании с высококачественными громкоговорителями такие простые фильтры способны обеспечить просто ошеломляющее качество звука АС.
Поговорим о мощности
Очень важным вопросом, которым вы должны непременно задаться при покупке акустической системы, является выбор ее электрической мощности. Сегодня на рынке акустики имеется огромное разнообразие типов АС мощностью от 20 до нескольких сотен ватт. Какая же мощность акустической системы является необходимой и достаточной? При определении величины электрической мощности акустической системы чрезвычайно важно иметь в виду другой, тесно связанный с нею параметр AC – ее характеристическую чувствительность – своеобразный КПД акустической системы. Характеристическая чувствительность показывает, насколько эффективно данная АС преобразует электрический звуковой сигнал на ее входе в акустическую мощность звуковой волны. Характеристическая чувствительность измеряется в дБ/Вт/м и численно равна уровню звукового давления в дБ, развиваемого акустической системой на расстоянии в 1 м (по ее центральной оси), при подведении к ее входу звукового сигнала мощностью в 1 Вт. Типовые значения характеристической чувствительности современных АС лежат в диапазоне 84-92 дБ/Вт/м. В качестве ориентира укажем, что для озвучивания помещения площадью 14-16 кв. м с помощью акустических систем с характеристической чувствительностью 90 дБ/Вт/м вполне достаточно иметь усилитель с выходной мощностью 20-30 Вт на канал. Для более крупных помещений в 18-20 кв. м. оптимальных результатов можно достичь с помощью усилителя мощностью 40-50 Вт. Уменьшение чувствительности акустической системы на 3 дБ для сохранения такого же уровня звукового давления потребует увеличения электрической мощности на ее входе в 2 раза. Соответственно при увеличении чувствительности на те же 3 дБ электрическую мощность можно уменьшить в 2 раза. Поэтому акустические системы с чувствительностью 96-98 дБ/Вт/м вполне прилично "орут" даже при их работе от маломощных ламповых усилителей с выходной мощностью в 3-5 Вт на канал. Раньше в спецификациях на акустические системы производители обычно указывали два значения мощности: номинальную, т.е. значение мощности, при котором нормируются гармонические искажения, и музыкальную, которая являлась максимально возможной мощностью звукового сигнала на входе акустической системы, которую она могла выдержать без ее механического повреждения. Значение музыкальной мощности АС лимитируется механической и электрической прочностью громкоговорителей акустической системы. В последнее время в спецификациях стали указывать диапазон рекомендуемой мощности подключаемого к АС усилителя низкой частоты, например: 25-120 Вт. Верхнее значение мощности, в данном случае 120 Вт, является, по существу, музыкальной мощностью этой акустической системы, превышение которой может привести к ее повреждению. Ну а нижнее значение указывает на минимально допустимую мощность усилителя низкой частоты (в данном случае 25 Вт), совместно с которым данная АС еще способна обеспечить высокое качество звучания. Слов нет, это весьма удобно и информативно, так как определяет требование к усилителю низкой частоты, работающего с данной АС не только "сверху", но и "снизу", с учетом значений характеристической чувствительности данной АС. Отметим также, что уровень развиваемой усилителем низкой частоты электрической мощности на ее выходе в значительной степени зависит от входного импеданса акустической системы. 8-омные акустические системы, как правило, звучат тише, чем 4- омные, так как для обеспечения равной электрической мощности усилитель должен в случае 8-омной акустики обеспечить на выходе вдвое большее напряжение. Большинство же усилителей низкой частоты имеют большую выходную мощность на 4-омной нагрузке, чем на 8-омной. В то же время высокий импеданс 8-онных АС обеспечивает вдвое более высокое значение их коэффициента демпфирования (демпфактор) низким выходным импедансом усилителя, поэтому в общем случае они звучат на басах более четко, чем 4- омная акустика. Этим во многом и объясняется различный характер звучания одной и той же акустической системы с различными типами усилителей. Судите сами, если один из усилителей имеет экстремально низкое значение выходного импеданса (большой демпфактор), этот усилитель будет гораздо лучше демпфировать акустическую систему, чем усилитель с относительно высоким выходным импедансом. В общем случае звучание АС в дуэте с первым усилителем будет более четким, чем во втором случае. Далее, усилители низкой частоты существенным образом отличаются друг от друга и по их способности выдавать большие значения тока в нагрузку. Хорошие усилители звуковой частоты являются почти идеальными источниками тока и поэтому способны "держать в ежовых рукавицах" даже акустические системы со сложным характером изменения их входного импеданса. Косвенным тестом на "правильность" усилителя звуковой частоты является характер изменения его динамической мощности при изменении нагрузки с 8 до 2 (или даже 1) Ом, приводимые в спецификациях на усилитель. У лучших моделей усилителей значение электрической мощности удваивается при уменьшении импеданса нагрузки вдвое. Те же модели усилителей, выходная мощность которых "проседает" при уменьшении нагрузки, по всей видимости, не обеспечат хорошего качества звука в паре с "капризными" акустическими системами, входной импеданс которых существенно изменяется в полосе звуковых частот. А ведь многие типы АС при номинальном значении входного импеданса, скажем, в 8 Ом, могут иметь на некоторых частотах импеданс в 4 или даже в 3 Ом! Вот вам и один из ответов на вопрос, почему одни и те же акустические системы звучат по-разному в составе различных аудиосистем.
Компьютерные акустические системы – Speakers
Компьютерные акустические системы традиционно обладают худшими характеристиками по отношению к обычным акустическим системам подключаемым к музыкальным центрам. В некоторой степени это оправдано, так как звуковой сигнал со звуковой платы или CD-ROMа значительно хуже, чем сигнал с нормального музыкального центра. Зачем же нужно покупать компьютерные колонки? Есть несколько причин:
Компьютерные колонки должны иметь встроенную магнитную защиту (магнитный экран). Такие колонки можно ставить рядом с монитором. Если магнитного экрана нет, то на экране монитора появятся цветные разводы. Лучше такие эксперименты не проводить. На некоторых мониторах разводы могут остаться. Монитор придётся размагничивать специальным устройством.
Почти во все современные компьютерные акустические системы встроен усилитель мощности. Такие колонки называются активными. Громкость и другие регулировки вынесены на переднюю панель одной из колонок. Пассивные колонки (без усилителя) безнадёжно устарели и встречаются редко.
Как правило, компьютерные колонки меньше размером, чем обычные, и изготавливаются из пластмассы. Какое здесь может быть качество? Из вышесказанного ясно – обращать особое внимание на технические характеристики компьютерных акустических систем не стоит. Важна лишь выходная мощность. Чем выше мощность, тем большую громкость можно получить.
Существует несколько стандартов измерения выходной мощности. Наиболее распространены:
RMS – близок к номинальной мощности (Watt)
PMPO – пиковая мощность (Watt)
Если на маленькой колонке обозначена мощность порядка 50 -150 Watt, то это стандарт PMPO. Он почти ни о чём не говорит. Важна мощность RMS, у обычных колонок в пределах 3-10 Watt.
Разъемы и кабели
Подключение акустических систем к выходу усилителя звуковой частоты осуществляется при помощи специальных зажимов, выведенных на заднюю стенку корпуса АС. В простых и относительно дешевых акустических системах используются пружинные зажимы, с помощью которых сравнительно просто можно подключить к ним зачищенные оголенные «концы» соединительного кабеля поперечным сечением 2-2,5 кв. мм. Процедура подключения кабеля предельно проста: отжимаете специальную <<педальку>> в разъеме, при этом в корпусе разъема открывается отверстие для подключения провода. Теперь провод в разъем, отпускаем «педальку» — готово! Если же вы захотите подключиться к ним при помощи более мощного кабеля, то это будет сделать весьма проблематично ввиду малого диаметра отверстия в разъеме. Несмотря на простоту и в общем-то удобство пружинных разъемов, в мало-мальски приличных акустических системах они сегодня уже не применяются. Причиной такой «привередливости» производителей акустических систем является весьма низкая надежность соединения в пружинном разъеме, так как контактное сопротивление относительно велико и оно к тому же существенно меняется по мере старения пружины. Кроме того, малая площадь контакта провода в разъеме ограничивает мощность подводимого к нему сигнала. Согласно спецификации на пружинные разъемы, их допускается использовать для подключения устройств с электрической мощностью до 50 Вт, поэтому сегодня «жизненное пространство» пружинных разъемов распространяется в основном на акустические системы для мини-/миди-систем. Кроме того, пружинные разъемы относительно широко распространены в АС для систем «домашнего театра», особенно в акустических системам тыловых и центрального канала.
В более совершенных и дорогих АС повсеместное распространение получили высококачественные винтовые зажимы. Преимуществ у винтовых зажимов перед пружинными не счесть. Во-первых, у них существенно большее усилие прижимав провода к разъему (крути — не хочу) и, соответственно, гораздо более низкое и стабильное переходное сопротивление. Во-вторых, хорошая конструкция винтового зажима позволяет без труда «зажать» провода акустических кабелей даже большого — 3—4 кв. мм поперечного сечения. Кроме того, универсальные винтовые зажимы позволяют подключать к ним не только зачищенные «концы» акустического кабеля, но различные типы акустических разъемов («вилочки», «лопаточки», «бананы»). И наконец, благодаря малому переходному сопротивлению через винтовые зажимы можно без проблем «гонять» мощности в 100—200 Вт. По сравнению с пружинными разъемами у винтовых зажимов есть только один недостаток — большая цена, особенно у позолоченных зажимов. Но за хорошие вещи всегда нужно платить. Из вышеизложенного можно сделать один весьма полезный практический вывод: хотя пружинные зажимы на задней стенки АС необязательно означают, что она плохо звучит, наличие высококачественных винтовых зажимов уже косвенно свидетельствует о достаточно высоком классе этой акустической системы. Оно и понятно, так как в простую и дешевую АС их, как правило, не устанавливают. При подключении акустической системы к усилителю советуем внимательно подойти к выбору типу акустического кабеля для вашей акустической системы. Нехитрая, казалось бы, вещь — акустический кабель, однако каждый тип кабеля имеет «собственный голос» и способен заметно повлиять на характер звучания акустической системы. Этот вопрос требует отдельного рассмотрения, пока же отметим, что при выборе акустического кабеля следует руководствоваться следующим простым соображением: при электрической мощности акустической системы 50—75 Вт вполне подойдут простые акустические кабели с поперечным сечением проводников 2—2,5 кв. мм по цене $2—4 за метр. Если же ваша акустика под 150—200 Вт, лучше купить более солидный кабель с сечением проводников 4 кв. мм, которые обойдутся вам по уже $3—6 за метр. Конечно, можно купить и значительно более дорогие кабели, стоимостью в несколько десятков $ за метр, однако их использование целесообразно только в очень высококачественных системах. Что касается целесообразности использования акустических разъемов для подключения акустических систем, то здесь нет однозначных рекомендаций. С одной стороны, если вы часто подключаете и отключаете АС от усилителя (например, развертываете в комнате систему «домашнего театра» только на время просмотра кинофильмов), наличие разъемов на кабеле, несомненно, удобно, так как сильно упрощает и ускоряет процесс подключения акустических систем. С другой стороны, если акустика стоит у вас стационарно, можно один раз хорошо зажать в винтовом разъеме провод кабеля и забыть про него надолго. В этом случае ради одноразового подключения, наверное, нет смысла «городить огород» и связываться с разъемами, тем более что хорошие золоченые разъемы и стоят недешево. Учтите также, что для качественной заделки проводников кабеля в эти разъемы вам потребуется еще и специальный инструмент. «Опрессовка» разъема при помощи плоскогубцев или тисков на кухне, во-первых, весьма трудоемка и, во-вторых, очень редко обеспечивает качественное соединение разъема с проводом кабеля. Если уж вам непременно хочется иметь акустические кабели с разъемами, то целесообразнее купить готовые «образъемленные» кабели нужной вам длины. И мороки меньше, и результат лучше!
Идем дальше. В некоторых моделях акустических систем можно увидеть не одну пару винтовых зажимов, а целых две (очень редко встречаются АС с тремя парами зажимов), соединенные попарно плоскими металлическими перемычками. Это означает, что данная АС допускает ее двухпроводное подключение к усилителю методом «bi-wiring». Что это такое и зачем нужен этот самый «bi-wiring»?
Дело в том, что при протекании по акустическому проводу тока звуковых сигналов низкой частоты большого уровня вокруг проводников кабеля образуется сильное магнитное поле. Это поле оказывает воздействие на протекающие по этим проводникам токи звукового сигнала средних и высоких частот, в результате чего звучание акустической системы становится менее чистым и прозрачным. Противоядие против этой напасти на удивление простое — надо просто-напросто обеспечить протекание токов низкочастотных составляющих сигнала и токов его высокочастотной части по физически разделенным проводникам. Для реализации этого в акустической системе устанавливается еще одна дополнительная пара гнезд (винтовых зажимов), к которой подключают вход фильтра ВЧ- громкоговорителя (в двухполосных АС) или фильтров СЧ- и ВЧ-громкоговорителей (в трехполосных АС). Вход фильтра НЧ-громкоговорителя при этом подключают к другой паре входных зажимов. Теперь, если вы хотите подключить свою акустическую систему к усилителю методом «bi-wiring», вам необходимо снять перемычки с разъемов (они нужны только при однопроводном подключении) и приготовить по два акустических кабеля для каждой АС (или купить специальный двойной акустический кабель с 4 раздельными проводниками). Входные концы обоих кабелей подключаются к выходным зажимам соответствующего канала усилителя низкой частоты, а выходные концы кабеля — к разным парам винтовых зажимов акустической системы. Благодаря такому нехитрому апгрейду вы практически полностью исключите влияние коварного низкочастотного громкоговорителя на качество воспроизведения высоких частот. Изменение звучания у различных акустических систем при подключении их по одно- и двухпроводной схеме может быть едва заметной, а может разительно улучшиться. Поэтому если ваши АС допускают возможность их подключения по двухпроводной схеме, возможно, у вас есть еще скрытые резервы для существенного повышения качества их звучания. По крайней мере, настоятельно рекомендуем послушать их по схеме «bi-wiring». Диалектическим развитием схемы двухпроводного подключения акустических систем «bi-wiring» является схема «bi-amping», при которой НЧ- и ВЧ-громкоговорители имеют уже не только отдельные акустические кабели, но и отдельные усилители низкой частоты. Понятное дело, что в этом случае взаимное влияние басов и верхов сводиться к теоретически возможному минимуму, но признаемся, что на наш взгляд «bi-amping» — это уж очень круто для простых российских меломанов, так как далеко не каждый из них может позволить себе иметь дома сразу две пары высококачественных усилителей мощности. Именно поэтому подключение по схеме «bi-amping» имеет весьма узкий круг поклонников, тем более, что и разница в качестве звучания при подключении АС по схемам «bi-wiring» и «bi-amping» оказывается весьма малозаметной. Кстати, подключая ваши АС к усилителю, обязательно следите за правильным соблюдением полярности их подключения: «красный» зажим АС должен быть непременно подключен к «красному» же выходному зажиму усилителя, а «черный» соответственно к «черному». Можно и наоборот, но обязательно единообразно на обоих акустических системах для обеспечения синфазности их работы. Попутно отметим, что, так как некоторые усилители низкой частоты инвертируют фазу звукового сигнала, «неправильное» подключение акустических систем, наоборот, восстановит «status quo» и может существенно улучшить качество звучания вашего аудиокомплекса. Проверить же син-фазность подключения акустических систем весьма просто: поставьте на ваш CD-проигрыватель диск с монозаписью и в случае сфазированности акустических систем звук будет находиться точно посередине между ними. В случае же, если вы перепутаете полярность подключения одной из АС, звучание вашей стерео темы сразу станет заметно более размытым и тусклым. Стереообразы виртуальных музыкальных инструментов будут непредсказуемо перемещаться по звуковой сцене, короче — кошмар! Для того чтобы обезопасить себя от этих бед, надо всего лишь быть чуть-чуть внимательным при подключении, тем более что большинство современных акустических кабелей обычно имеет цветовую маркировку проводников кабеля, благодаря которой очень легко идентифицировать проводники на входе кабеля, так и на его выходе. Часто вместо цветовой маркировки в простых кабелях один из проводников помечают тонкой черной продольной полоской на его изоляции вдоль всей длины кабеля. Так что какая-нибудь «зацепка» должна быть, в крайнем случае «прозвоните» кабель тестером.
Если уж мы заговорили о кабелях, добавим, что современные высококачественные кабели, как правило, изготавливают из очищенной бескислородной меди (OFC), обеспечивающей лучшее качество звучания. Это происходит благодаря тому, что структура сверхчистой меди, в отличие от обычной мелкокристаллической структуры «загрязненной меди», состоит из длинных кристаллов чистой меди. Они обладают отличной электропроводностью. В «обычном» же проводе окисям на поверхности кристаллов меди образуют многочисленные p-n-переходы, при прохождении через которые звуковые сигналы сильно искажаются. И еще одно замечание. Технология прокатки медных проводников приводит к анизотропии их свойств в зависимости от направления протекания токов звуковой частоты по акустическому кабелю. Поэтому многие высококачественные акустические кабели обладают направленностью, т.е. имеют предпочтительное направление распространения по ним звукового сигнала. Если на поверхности кабеля отсутствует маркировка о направлении его подключения (обычно стрелкой обозначается рекомендуемое направление распространения сигнала в кабеле, при этом стрелка направлена в сторону акустической системы), единственным выходом остается определение наилучшего варианта его подключения на слух, оценив качество звучания АС для обоих вариантов включения. Учтите также, что хорошие кабели должны пройти этап «обкатки» под сигналом (впрочем, акустические системы тоже). Проработав примерно 100—200 часов, ваши кабели «прогорят» (т.е. в них произойдет упорядочение структуры кристаллов меди и стабилизация свойств диэлектриков) и выйдут на «расчетный режим» работы. В дальнейшем они уже практически не будут влиять на качество звучания акустической системы.
Ставим акустику
Разделавшись с кабелями, скажем пару слов о размещении акустических систем в помещении. Известно, что размещение АС ближе к полу или в углу приводит к повышению уровня звукового давления на низких частотах за счет суммирования звуковой энергии прямой волны и звуковой волны, отраженной от пола (стен комнаты). Так что у вас есть некоторые резервы по коррекции АЧХ вашей акустики на «низах» простым изменением места их расположения. Однако особо не увлекайтесь такой «коррекций», так как при этом происходит не только увеличение уровня басов, но и увеличивается общая неравномерность АЧХ АС в полной полосе ее рабочих частот за счет интерференции прямой и отраженной звуковых волн на других звуковых частотах, что не пойдет ей на пользу. Наилучшим способом размещения полочных АС, конечно же, является их установка на специальные подставки. При этом наивысшее качество звучания будет достигаться при такой высоте подставки, при которой ось излучения ВЧ-громкоговорителя акустической системы будет находиться на уровне ушей слушателей. Для повышения надежности установки акустической системы высококачественные АС и хорошие подставки оборудуются специальными заостренными металлическими конусами, обычно называемыми шипами. Назначением шипов является жесткая фиксация корпуса АС на подставке (полу помещения) и изоляция корпуса АС от внешних вибрации и ударов, которые могли бы повлиять на их работу. Аналогичные рекомендации могут быть даны и в отношении размещения напольных АС с той лишь разницей, что в отличие от «полочных» АС они устанавливаются на пол. С целью повышения устойчивости установки акустических систем многие типы напольных АС и большинство типов подставок под «полочные» АС допускают засыпку в специальный отсек внизу их корпуса песка или металлической дроби. Увеличение массы положительно сказывается на надежности сцепления АС с полом помещения и значительно уменьшает уровень вибраций корпуса напольных акустических систем. Считается также, что установка акустической системы на мраморной плите большой толщины способна заметно улучшить ее звук. С нашей точки зрения, это довольно сложный и дорогой способ улучшения звука, хотя, возможно, он и помогает в отдельных случаях.
Итак, ознакомившись с «кратким курсом молодого бойца», т.е. получив некоторый минимальный уровень систематизированных сведений из теории и практики современных акустических систем, мы надеемся, что читатели нашего журнала смогут теперь с «открытыми глазами» и с «открытыми ушами» подойти к проблеме выбора акустики для своих аудиокомплексов. Смотрите каталоги, слушайте их звучание и читайте тесты акустики на страницах нашего журнала. Кстати, в этом номере «S&V» приведены результаты супертеста наиболее популярных напольных акустических систем в ценовой категории $450. И мы уверены, что вы сумеете сделать правильный выбор и купить именно те акустические системы, которые доставят вам наибольшую радость и удовольствие на долгие-долгие годы. Чего мы вам искренне желаем!
По материалам журнала «Stereo&Video» и портала ldsound.ru
Клуб любителей акустики и аудиотехники «Колонки и динамики | Акустика и аудиотехника» группа в Контакте: vk.com/kolonkidinamiki канал в Телеграм: @kolonkidinamiki
