Акустическая система определение. Акустическая система

Из высшего ценового сегмента уже давно перестали быть простыми колонками, эдакими коробками, издающими звук с помощью пары динамиков. Инженеры из года в год ухищряются, превратив индустрию и каждое устройство в небольшое произведение искусства, которое не каждому дано повторить. Появились новые типы динамиков, новые способы вывода звука, изменение мощности и амплитуды, и так далее и тому подобное. Со временем появилась целая многокомпонентная структура, описывающая разные типы акустических систем. Собственно, об этом и пойдет речь в нижеизложенном материале.

Категоризация акустических систем

Итак, для начала разберемся в базовых аспектах в том, какие бывают а уже потом выясним, что они собой представляют и чем друг от друга отличаются.

Существуют следующие типы акустических систем:

• Полочные и напольные системы. Из названия понятно, что отличаются они по принципу установки в помещении и по своему размеру.
• Также акустические системы отличаются по количеству полос (по сути, количеству динамиков) - от одной до семи.
• Существуют динамические, электростатические, планарные и другие акустические системы, в зависимости от конструкции динамиков, которая может вовсе не попадать ни под одну категорию (все зависит от фантазии инженеров).
• В зависимости от акустического оформления корпусов, колонки делятся на системы с открытым корпусом, закрытым корпусом, с фазоинверторным оформлением, с акустическим лабиринтом и так далее.
• Также колонки делятся на пассивные и активные , в зависимости от наличия в них встроенного усилителя звука.

Однополосные и многополосные акустические системы

Однополосные оснащаются одним-единственным излучателем, а так как настроить один излучатель на хорошее воспроизведение всех частот сразу невозможно, производителям приходится использовать сразу несколько по-разному настроенных излучателей.

Существуют также 2-х полосные акустические системы (также 3-х, 4-х). В таких системах устанавливаются два излучателя. Один берет на себя воспроизведение низких и средних частот, а второй воспроизводит только высокие частоты. За счет такого подхода в 2-х полосных акустических системах достигается идеальный баланс звучания, невозможный при использовании единственного динамика (даже если он очень хороший). Звучания таких колонок обычно достаточно для людей неискушенных, не владеющих более продвинутыми системами, но есть и более приемлемые варианты, например, 3-полосные системы. 3-х полосные акустические системы делят сразу все три типа частот между собой. Один излучатель занимается воспроизведением низких частот, второй - высоких, третий - средних. 3-х полосные акустические системы встречаются чаще остальных, так как именно благодаря такой конструкции достигается высочайшее качество воспроизведения слышимых человеческим ухом частот.

Пассивные и активные акустические системы

Активные и пассивные системы различаются наличием интегрированного усилителя мощности в конструкции самих колонок.

Активные колонки имеют такой усилитель, поэтому их можно напрямую подключить к предварительному усилителю с помощью межблочного кабеля, а каждая отдельная колонка питается от электросети без подключения дополнительных источников питания.

Пассивные колонки хоть и сложнее в устройстве, все же встречаются гораздо чаще и находятся в приоритете у пользователей, которые ценят качественный звук. Такие колонки подключаются к усилителю мощности через специализированный разделительный фильтр. Подключение происходит с помощью акустических проводов. Многие производители (фирмы) акустических систем предпочитают производство именно таких колонок, так именно они приносят большую прибыль и позволяют инженерам воплотить в жизнь свои идеалы звучания. Помимо определенных сложностей в установке, есть и проблема финансовая, ведь хороший усилитель и акустические кабели стоят немалых денег, а без них такую систему не «заведешь».

Рупорные акустические системы

Это особый тип акустических систем. Их особенностью является имеющаяся над излучателем рупорная установка. Преимущество таких колонок заключается в высокой чувствительности динамиков. Это делает их идеальным дополнением для недорогих и маломощных ламповых усилителей, неспособных дать их обладателю достаточную громкость. Такие акустические системы требуют грамотного размещения в помещении, где планируется их эксплуатация, но если потратить на это какое-то время, то можно достичь наиболее реалистичной и насыщенной стереокартины.

Электростатические акустические системы

Такие системы отличаются своей необычной конструкцией. Вместо классических динамиков используется пленка из токопроводящего материала, которая вытягивается по вертикали вдоль колонки. Принцип работы следующий: на пленку подается звуковой сигнал на определенной частоте, а на расположенные по бокам проводники подается постоянное напряжение (в некоторых случаях наблюдается обратный порядок, когда постоянное напряжение подается на токопроводящую пленку). Между пленкой и проводниками создается электростатическое поле, на которое накладывается переменное поле. Из-за этого возникают колебания пленки, которая и воспроизводит звуковое излучение. Звучание таких акустических систем отличается высокой детализацией, ясной передачей каждой отдельной частоты. Музыка кажется более свободной и открытой. Из минусов стоит выделить недостаточное количество басов, которые не могут передать всей глубины, особенно когда речь идет о таких жанрах, как хип-хоп или трэп.

Система центрального канала

В качестве конечно) используются комплекты из 5 колонок и одного сабвуфера. Это классическая система, зарекомендовавшая себя и использующая большинством любителей хорошего звука. Ключевым элементом этой системы является центральная колонка, которая воспроизводит диалоги в кино и основные музыкальные фрагменты. Такая колонка устанавливается прямо по центру. Некоторые пользователи используют ее в акустических системах для компьютера, так как смотря кино именно на нем.

Фронтальная и тыловая акустические системы

Фронтальная система представляет собой классическую пару колонок, создающих эффект стерео. Такие колонки нередко формируют полноценную (так как обычно больше ничего и не нужно). Если речь идет о домашнем кинотеатре, то между двумя фронтальными колонками (или же под телевизором) ютится колонка центрального канала. Опираясь на фронтальную пару колонок, нужно собирать остатки акустической системы 5.1, так как именно они воспроизводят основной массив звуков.

Тыловая часть системы - это две небольшие колонки, расположенные позади зрителей. Их использование необязательно, но они всегда идут в комплекте с акустическими системами 5.1 для достижения максимального погружения в атмосферу воспроизводимых фильмов. Если звуковая дорожка фильма поддерживает технологию звукового окружения, то некоторые события и сцены в фильме будут воспроизводить звук только на тыловых колонках (такое встречается, когда кто-то крадется позади героя фильма). При использовании акустических стоек можно внедрить эту систему и в компьютерную акустику.

Сабвуфер

Это отдельная колонка, которая способна воспроизводить только низкие частоты и бас. Часто используется вместе с парными колонками и дополняет акустическую систему для компьютера, так как фронтальные колонки не могут справиться со всем диапазоном звучания. Сабвуфер привносит баланс в акустическую систему. Визуально сабвуфер выглядит так же, как и обычная колонка, но в нем устанавливается один массивный излучатель в открытом виде. Сабвуфер устанавливается в угол комнаты или под компьютерным столом. Из-за этого, кстати, нередко страдают соседи.

Полочные и напольные акустические системы

Такие акустические системы еще можно назвать настольными и напольными (или компьютерными и для домашних кинотеатров). Полочные колонки занимают гораздо меньше пространства и при этом гораздо меньше весят, а значит, их можно установить повыше. Например, в случае если вы собираете аудиосистему для дома, которая будет подключаться к телевизору (для создания глубины звучания), можно поставить полочные колонки даже на шкаф (это обеспечивает максимальный охват площади). Для выведения максимального потенциала из таких компактных колонок их обычно устанавливают на специальные акустические стойки.

Напольные системы куда лучше подходят для больших помещений (их часто называют акустическими системами для кинотеатров). В них устанавливаются более крупные динамики, а их количество варьируется от одного до семи. Установка таких колонок в маленьком помещении может спровоцировать чрезмерное усиление низких частот и сильно заметный гул. Напольные системы гораздо дороже полочных и требуют от конструкторов намного большего внимания в расчетах при их создании.

Акустические системы с фазоинвертором

Фазоинвертор - это отверстие в корпусе, от которого идет труба во внутреннюю часть колонки. Благодаря такой конструкции акустика может воспроизводить низкие частоты, недоступные для стандартных колонок без фазоинвертора. При конструировании колонки инженеру необходимо выбрать диаметр и длину трубы в соответствии с частотой, которую должен воспроизводить будущий В момент, когда происходит воспроизведение музыки, объем воздуха в трубе фазоинвертора резонирует и усиливает воспроизведение той частоты, на которую изначально был настроен диаметр трубы. Размер самой колонки не имеет значения, фазоинвертор встраивается как в огромные аудиосистемы для дома, так и в компактные наушники. Труба для вывода воздуха может выходить в любую часть колонки или наушника, но от этого будет зависеть положение колонки в помещении (труба не должна быть заслонена чем-либо).

Акустические системы с акустическим лабиринтом

По своей сути акустический лабиринт - это тот же фазоинвертор. Разница заключается в том, что труба, уходящая в корпус, имеет множество изгибов, и длина ее гораздо больше. Задача трубы та же - усиление громкости и насыщенности звучания низких частот. К сожалению, такие колонки гораздо дороже вариантов с обычным фазоинвертором, так как их производство занимает намного больше времени и при этом требует от инженеров особой точности, да и материалы стоят дороже. Так же как и в случае с фазоинверторными колонками, размер выводящего звук устройства может быть любым, но в наушниках вы такой системы не встретите.

Закрытые и открытые акустические системы

Некоторые фирмы акустических систем производят колонки открытого типа. Акустическое оформление таких колонок отличается отсутствием задней стенки. Благодаря этому у диффузоров появляется некоторая свобода. Такой подход обеспечивает звучание близкое к электростатическим audio-акустическим системам.

Существуют и закрытые акустические системы. Собственно, отличаются они именно тем, что в их корпусах нет никаких отверстий. Такой подход делает звучание более "упругим". Это происходит из-за того, что воздуху некуда выходить, движение диффузора становится скованным. Чтобы избежать негативного эффекта от подобной конструкции, колонки такого типа делают очень большими, чтобы у диффузора появилось больше свободы для движения. Большим плюсом подобных систем является отсутствие каких-либо излишних шумов, треска и иже с ними.

Акустические системы с пассивным излучателем

Пассивный излучатель выполняет ту же задачу, что и фазоинвертор, к примеру. Он необходим для того, чтобы обеспечить нормальное звучание низких частот. В подобных колонках нет никаких труб. В колонке просто проделывается отверстие, а внутрь устанавливается пассивный динамик (динамик без магнитной системы, построенный на базе одного диффузора, подвеса и рамы). Преимуществом пассивного излучателя является возможность воспроизводить бас и любые, даже самые низкие частоты. Такие типы акустических систем очень ценны и требуют недюжинного мастерства инженеров.

Акустической системой называется громкоговоритель, предназначенный для использования в качестве функционального звена в бытовой радиоэлектронной аппаратуре. Под «громкоговорителем» понимается «устройство для эффективного излучения звука в окружающее пространство в воздушной среде, содержащее одну или несколько головок громкоговорителей, при наличии акустического оформления, электрических устройств (фильтры, трансформаторы, регуляторы и т.п.). В соответствии с определением Международного электротехнического словаря МЭК 50 (801) термин «громкоговоритель» может применяться как к «акустической системе», так и к одиночному громкоговорителю, который в отечественных стандартах называется «головкой громкоговорителя (ГГ)». Однако в технической литературе термин «громкоговоритель» обычно применяется к одиночным громкоговорителям, а многополосные системы, в зависимости от их назначения, называются «акустические системы», «звуковые колонки» и т.д.

Акустические системы, встроенные в корпус радиоэлектронной аппаратуры (телевизор, магнитофон, приемник), называются «встроенными»; акустические системы, конструктивно не связанные с используемой аппаратурой, называются «выносными». Акустические системы АС являются конечным звеном бытовых звуковоспроизводящих трактов, в значительной степени определяющим их качество звучания.

Значительный прогресс в развитии бытовой радиоэлектронной аппаратуры за последние годы обусловил рост объемов производства и увеличение числа моделей «выносных» и «встроенных» АС в отечественной и зарубежной промышленности.

Ниже будут рассмотрены основные элементы конструкции акустической системы. Принцип устройства многополосной выносной АС показан на рис. 1. Акустическая система состоит из следующих основных элементов:

1. излучателей 1, 2, 3 (низко-, средне-, высокочастотные ГГ), число которых в каждой из полос зависит от типа АС;
2. корпуса 4 ;
3. электронных устройств 5, 6 (фильтрующе-корректирующие цепи, электронные схемы защиты и т. д.);
4. регуляторов уровня 7 ;
5. входных клемм 8 .

Излучатели , используемые в подавляющем большинстве АС, представляют собой электродинамические головки громкоговорителей ГГ. В ряде АС применяются также электростатические, изодинамические и др. Такие АС в отечественной терминологии принято называть «АС с нетрадиционными излучателями».

В выносных АС, как правило, используется многополосный принцип построения, т.е. весь воспроизводимый диапазон частот подразделяется на несколько частотных поддиапазонов, каждый из которых воспроизводится своим ГГ, который в зависимости от этого называется низко-, средне- или высокочастотным. В зарубежной литературе встречаются названия subwoofer - «супернизкочастотный» и supertweeter - «супервысокочастотный» ГГ. Под этими названиями обычно понимаются ГГ, эффективно воспроизводящие частоты соответственно ниже 25 Гц или выше 20 кГц. В АС высшей категории обычно используется три или четыре частотных поддиапазона; в массовых АС часто применяют одно- или двухполосный принцип построения. Это связано с тем, что применение одного широкополосного громкоговорителя не позволяет обеспечить равномерность АЧХ акустической мощности в полном диапазоне частот и снизить уровень интермодуляционных искажений. Требования к ГГ, работающим в различных частотных диапазонах, существенно отличаются.

Низкочастотные ГГ должны обладать значительной мощностной н температурной устойчивостью (современные ГГ используются при мощности музыкальных сигналов 100-150 Вт, увеличение температуры при этом достигает 150-200 °С); обеспечивать линейность упругих характеристик при больших смещениях; низкие резонансные частоты; сохранение поршневого характера колебаний в возможно более широком диапазоне частот. Как правило, в качестве низкочастотных ГГ используются конусные электродинамические громкоговорители прямого излучения. Отечественной промышленностью выпускалась только одна модель АС , где в качестве низкочастотного используется электростатический излучатель.

К среднечастотным ГГ, используемым в АС, также предъявляются требования к мощностной и температурной устойчивости, обеспечению уровня линейных и нелинейных искажений, близких к субъективным порогам восприятия, которые в области средних частот достигают своих минимальных значений. В качестве среднечастотных используются как конусные, так и купольные электродинамические ГГ, кроме того, значительно шире применяются электростатические излучатели, изодинамические, излучатели Хейла.

Высокочастотные ГГ в современных АС должны обеспечивать воспроизведение высокоцастотной части диапазона до 20-30 кГц, увеличение динамического диапазона до 100-110 дБ и устойчивость к тепловым перегрузкам. В большинстве моделей применяются купольные электродинамические ГГ, однако за последние годы все больше используются нетрадиционные конструкции излучателей всех видов: пьезокерамические, электростатические, излучатели Хейла и др.

Корпус АС является основным конструктивным элементом, формирующим ее электроакустические характеристики в области низких частот за счет регулирования нагрузки на тыловую поверхность диффузора и использования или подавления излучения этой поверхности. Он оказывает существенное влияние на электроакустические параметры АС как в области низких частот (такие как амплитудно-частотная характеристика - АЧХ, фазочастотная - ФЧХ, характеристика направленности - ХН, коэффициент нелинейных искажений), так и в области средних и высоких частот за счет колебаний стенок корпуса на его внутреннего объема, а также за счет влияния формы корпуса на характер дифракционных эффектов.

Наиболее распространенными типами корпусов в современных АС являются закрытый корпус, фазоинверсного типа и корпус с пассивным излучателем (рис. 2). Существуют также и другие виды реже используемых корпусов: «свернутый рупор, «лабиринт», трансмиссионная линиям и т.д.

Закрытый корпус служит для подавления излучения тыловой поверхности диффузора ГГ.

Корпус фазоинверсного типа отличается наличия в нем отверстия или отверстия с трубкой, что увеличивает уровень звукового давления в определенной области низких частот благодаря излучению тыловой поверхности диффузора.

Довольно широко применяется корпус, в котором вместо отверстия или трубки используется пассивный излучатель, представляющий собой громкоговоритель с подвижной системой без магнитной цепи и звуковой катушки. Пассивный излучатель позволяет также увеличить уровень звукового давления за счет использования тылового излучения, особенно в области частоты резонанса системы, образуемой за счет массы подвижной системы излучателя, гибкости его подвеса и содержащегося в корпусе воздуха.

Варианты АС по низкочастотоному оформлению корпуса:

1. TQWP;
2. бандпасс (полосовой резонатор);

Конструктивные параметры корпуса АС, его конфигурация, соотношение размеров, расположение ребер и прочее определяются расчетным или экспериментальным путем исходя из требований к электроакустическим характеристикам АС.

Характеристики АС в области низких частот рассчитываются путем анализа существующих эквивалентных схем системы, полученных с помощью метода электромеханических аналогий. За последние годы разработан системный подход к анализу и синтезу параметров АС в области низких частот, базирующийся на аналогии между характеристиками АС в области низких частот и параметрами соответствующих электрических фильтров, что позволило применить хорошо разработанные методы расчетов характеристик фильтров к расчету параметров АС. Обобщенная эквивалентная схема АС с различными типами оформлений в области низких частот показана на рис. 3. Для построения эквивалентной схемы АС и ее последующей оптимизации используются такие электромеханические параметры низкочастотных громкоговорителей, как полная Q ts , электрическая Q es , механическая Q ms добротности, эквивалентный объем V as , частота основного резонанса f 0 , модуль полного электрического сопротивления │ z │ и др.

E g – напряжение источника сигнала;

R g – выходное сопротивление источника сигнала;

R E – активное сопротивление звуковой катушки;

B – плотность магнитного потока в зазоре магнитной системы;

S эф – эффективная площадь диффузора;

C AS – акустическая гибкость подвеса;

M ’ AS –акустическая масса подвижной системы;

R AS – акустическое сопротивление потерь в подвижной системе;

R AR 1 – активная составляющая сопротивления излучения фронтальной поврхности диффузора;

M A 1 – реактивная составляющая сопротивления излучения (масса воздуха, соколеблющаяся с фронтальной поверхностью диффузора громкоговорителя);

M B 1 – масса воздуха, соколеблющаяся в тыловой поверхности диффузора;

C AB – акустическая гибкость воздуха в корпусе АС;

R AB – акустическое сопротивление потерь в корпусе АС, обусловленных внутренним поглощением энергии;

R AL – акустическое сопротивление потерь, обусловленных утечками воздуха из щелей корпуса АС;

R AR 2 – активная составляющая сопротивления излучения отверстия фазоинвертора или диафрагмы пассивного излучателя;

M A 2 – реактивная составляющая сопротивления излучения отверстия фазоинвертора или диафрагмы пассивного излучателя;

M B 2 – масса воздуха, соколеблющаяся с тыловой поверхностью диафрагмы пассивного излучателя (если таковой присутствует);

M ’ AP – акустическая масса пассивного излучателя или воздуха в трубе фазоинвертора;

C AP – акустическая гибкость подвеса пассивного излучателя;

R AP – акустическое сопротивление потерь в подвесе пассивного излучателя или в трубе фазоинвертора;

l – длинна части звуковой катушки, находящаяся в зазоре магнитной системы.

В области средних и высоких частот существенное влияние на акустические характеристики АС оказывает внешняя конфигурация корпуса: его форма, наличие отражающих поверхностей, характер округления углов, степень демпфирования его передней и верхней стенки и т.д. за счет дифракционных эффектов. Экспериментальные исследования в корпусах различной формы показывают, что переход от гладких форм, например эллипсоидных или сферических, к формам с острыми углами приводит к значительному увеличению неравномерности АЧХ. Традиционно в большинстве АС используют прямоугольные корпуса, при этом для уменьшения отражений применяют демпфирование передней панели или верхней крышки, например за счет применения специальных накладок. Для высококачественной аппаратуры нередко делают корпуса обтекаемой формы; эллипсоиды, цилиндры, сферы и т.д., выделяя для средне- и высокочастотных ГГ отдельный блок. Эти меры позволяют снизить неравномерность АЧХ и улучшить субъективное восприятие звучания.

Существенное влияние на электроакустические характеристики АС оказывают колебания стенок корпуса, которые вносят значительный вклад в общий процесс звукоизлучения. Поскольку резонансные колебания стенок происходят на частотах негармонических по отношению к колебаниям диффузора, она придают особенно неприятную окраску звучанию. Анализ механизмов возникновения звукоизлучения из-за вибраций стенок корпуса показывает, что существуют два пути передачи звука: первый за счет возбуждения колебаний внутреннего объема воздуха в корпусе, вследствие излучения от тыльной поверхности диафрагмы и передача через него колебаний на стенки корпуса, и второй, за счет прямой передачи вибраций от диффузородержателя на переднюю стенку, а от нее – на боковые и заднюю. Анализ вклада обоих механизмов передачи показывает, что в области низких частот до 300-600 Гц существенное влияние на возбуждение стенок оказывают как колебания внутреннего объема корпуса, так и прямая передача вибраций через диффузородержатель. В области средних частот действует в основном второй путь. Для уменьшения этих явлений в процессе конструирования АС используют различные способы звуко- и виброизоляции и звуко- и вибропоглощения.

Для демпфирования внутренних акустических резонансов, корпуса АС заполняют тонковолокнистыми упругопористыми материалами (минеральная вата, синтетическое волокно, стекловолокно и др.). Лучшими из отечественных волокнистых звукопоглощающих материалов являются АТМ-1, АТМ-3, АТМ-7, АТИМС и др.

С целью уменьшения общего уровня звукоизлучения от стенок, применяются конструктивные меры по повышению жесткости и массы стенок. Известны конструкции АС с корпусами из кирпича, мрамора, пенобетона и др. Они обеспечивают высокий уровень звукоизоляции до 30 дБ, но слишком велики по весу. Обычно используют такие материалы, как ДСП, фанера или МДФ. Для АС категории Hi-Fi применяют эти материалы толщиной 13-20 мм, что обеспечивает неплохую звукоизоляцию и приемлемый вес корпуса.

Для борьбы с прямой передачей вибрации от диффузородержателя, применяют методы виброизоляции и вибропоглощения. Эффект виброизоляции достигается применением упругих амортизаторов при креплении диффузородержателя к передней стенке корпуса в виде резиновых прокладок, локальных опорных виброизоляторов для крепления винтов, амортизирующих прокладок для крепления передней панели к боковым, развязок держателя от передней панели за счет дополнительной опоры его на дно и т.д.

Снижение амплитуд вибраций стенок достигается использованием различных вибропоглощающих материалов, например жесткой пластмассы или мастики, наносимых на внутренние поверхности стенок, таких как Агат, ВМЛ-25, Антивибрит и др. Кроме того, применяют стяжки; распорки, например между двумя боковыми стенками, и ребра жесткости. Использование рёбер жесткости, особенно расположенных параллельно длинной стороне или по диагонали стенки, существенно повышает резонансные частоты, облегчая тем самым их демпфирование. Таким образом, корпуса акустических систем, особенно для АС категории Hi-Fi, обладают довольно сложной конструкцией за счет применения всех указанных мер, однако затраты на производство таких конструкций оправдываются улучшением объективных характеристик и качества звучания акустических систем.

Электронные устройства АС включают в себя, прежде всего, электрические разделительные фильтры. Практически все современные АС являются многополосными по причинам, указанным выше, поэтому распределение энергии звукового сигнала между ГГ является основной задачей фильтров. Развитие техники проектирования АС заставило изменить функции фильтров и методы их проектирования. Разделительные фильтры выполняют теперь одновременно задачи фильтрации и коррекции. В подавляющем большинстве современных выпускаемых АС используются так называемые «пассивные» фильтры, которые включаются после усилителя мощности. Однако в ряде моделей АС применяются и «активные» разделительные фильтры. В этом случае в каждом частотном канале используется свой усилитель мощности, включенный после фильтров. По сравнению с пассивными активные фильтры имеют ряд преимуществ: лучшую перестраиваемость в процессе настройки, отсутствие потерь мощности, меньшие габариты и т.д., однако они проигрывают по таким параметрам, как динамический диапазон, шумы, нелинейные искажения, требуют применения отдельных усилителей в каждом канале, что экономически невыгодно. В промышленности СССР выпускалась только одна модель активной АС – .

В процессе развития техники проектирования АС использовались пассивные фильтры различных типов. К настоящему времени наибольшее распространение получили фильтры «всепропускающего типа», которые удовлетворяют одновременно многим требованиям: обеспечивают плоскую суммарную АЧХ по напряжению, симметричные характеристики направленности АС в области частот разделения, низкую чувствительность к изменению значения элементов. Поскольку передаточные функции по напряжению таких фильтров представляются в виде полиномов Баттерворта степени n [точнее, при n -нечетном описываются полиномом Баттерворта В n , а при n -четном — (В n) 2 ], их называют фильтрами Баттерворта различного порядка. Выбор порядка фильтров определяется степенью сложности предъявляемых к АС требований. Обычно в АС используются фильтры второго-четвертого порядков. При оптимизации разделительных фильтров с использованием компьютера, разработчик задается схемой фильтров и начальными значениями элементов. Затем путем целенаправленного изменения значений элементов схемы на ПК, минимизируется разница между требуемыми электроакустическими характеристиками и действительными. Использование методов оптимального синтеза фильтрующе-корректирующих цепей позволило в современных конструкциях АС добиться значительного уменьшения неравномерности АЧХ, снижения уровня фазовых искажений, симметризации характеристик направленности и т.д.

К электронным устройствам в АС относятся также различные фильтры-корректоры, которые используются для коррекции характеристик АС в области низких частот, в частности, электронная коррекция реализуется в АС с электромеханической обратной связью (ЭМОС) применением амплитудных линейных и нелинейных корректоров, специальных усилителей мощности со сложным комплексным характером выходного сопротивления, согласованным с параметрами низкочастотных ГГ. Электромеханическая обратная связь используется в системе .

В связи со значительным возрастанием мощности подводимых к АС музыкальных сигналов, часто применяются электронные устройства для защиты ГГ от механических и тепловых перегрузок.

3ащита как от длительных, так и от кратковременных перегрузок достигается применением различных вариантов пороговых схем. Пороговые схемы обычно нагружаются на ключевые цепи, включающие питание реле, коммутирующих головки ГГ. Для защиты от кратковременных перегрузок применяются релейные устройства с порогами срабатывания существенно меньшими, чем тепловые постоянные головок Т пор =10-20 мс.

Во многих АС используются различные – варианты индикации перегрузок, например на светодиодах, включающихся в момент срабатывания реле. Подобные схемы применены в отечественной системе .

В ряде АС используются схемы, предназначенные для коррекции формы АЧХ в различных поддиапазонах (НЧ, СЧ, ВЧ), называемые регуляторами тембра. Как правило, они реализуются в виде пассивных Г-образных или дискретных аттенюаторов, позволяющих изменять уровень сигнала.

Клеммы в АС высшего класса обычно применяются типа пружинного типа специальной конструкции.

Прежде подробного рассмотрения проблемы обрисуем круг задач, зная конечную цель, будет проще избрать нужное направление. Изготовление акустических систем своими руками нечастый случай. Практикуется профи, начинающими музыкантами, когда магазинные варианты не устраивают. Появляется задача встраивания в мебель или качественного прослушивания уже имеющейся медиа. Это типичные примеры, которые решаются набором общепринятых способов. Рассмотрением мы и займемся. Не рекомендуем листать по диагонали устройство акустической системы, вникайте!

Устройство акустических систем

Нет шансов сделать акустическую систему самостоятельно без понимания теории. Любителям музыки следует знать, что биологический вид Homo Sapiens слышит внутренним ухом звуковые колебания частот 16-20000 Гц. Когда дело касается классических шедевров, то разброс высок. Нижний край – 40 Гц, верхний – 20 000 Гц (20 кГц). Физический смысл этого факта заключается в том, что не все динамики способны воспроизвести сразу полный спектр. Относительно медленные частоты лучше удаются массивным сабвуферам, а пищание на нижней границе воспроизводят менее габаритные громкоговорители. Понятно, что для большинства людей это ничего не значит. И даже если часть сигнала пропадет, не будет воспроизведена, никто этого и не заметит.

Полагаем, что те, кто поставил целью самостоятельное изготовление акустической системы, должны критично оценивать звук. Полезно будет знать, что годная колонка имеет два и более динамиков, чтобы иметь возможность отразить звучание обширной полосы из слышимого спектра. А вот сабвуфер даже в сложных системах один. Это связано с тем, что низкие частоты заставляют вибрировать окружение, проникая даже сквозь стены. Становится непонятным, откуда именно несутся басы. Следовательно, и колонка НЧ одна – сабвуфер. А вот что касается прочего, то человек уверенно скажет, с какого направления пришел тот или иной спецэффект (луч ультразвука блокируется ладонью).

В связи со сказанным проведем делением акустических систем:

1. Звук в формате Моно непопулярен, поэтому избегаем касаться исторических экскурсов.
2. Звучание Стерео обеспечивается двумя каналами. Оба содержат низкие и высокие частоты. Лучше подойдут равноценные колонки, снабженные парой динамиков (басы и писк).
3. Звук Вокруг отличается наличием большего числа каналов, создающих эффект объемного звучания. Избегаем увлекаться тонкостями, традиционно 5 колонок плюс сабвуфер доносят гамму меломанам. Конструкция многообразна. Поныне ведутся исследования, ставящими целью улучшить качество передачи акустики. Расстановка традиционная такова: по четырем углам комнаты (грубо говоря) по колонке, сабвуфер стоит на полу слева или в центре, под телевизором помещается фронтальная колонка. Последняя в любом случае снабжается двумя динамиками и более.

Важно создать правильный корпус для каждой колонки. Низкие частоты потребуют наличия деревянного резонатора, для верхней границы диапазона — не важно. В первом случае бока ящика служат дополнительными излучателями. Найдете видео, демонстрирующее габаритные размеры, соответствующие длинам волн низких частот по науке, практически остается копировать готовые конструкции, дельной литературы тематика лишена.

Круг задач очерчен, читатели понимают — самодельная акустическая система строится следующими элементами:

• набор динамиков частот сообразно числу каналов;
• фанера, шпон, доски корпуса;
• декоративные элементы, краска, лак, морилка.

Проектирование акустики

Изначально выбираем количество колонок, тип, местоположение. Очевидно, изготавливать в большем числе, нежели имеет каналов домашний кинотеатр, неразумный тактический ход. Кассетному магнитофону хватит двух колонок. К домашнему кинотеатру выйдет уже не менее шести корпусов (динамиков будет больше). Согласно потребностям аксессуары встраиваются в мебель, качество воспроизведения низких частот хромает. Теперь вопрос выбора динамиков: в издании авторства Найденко, Карпова приведена номенклатура:

1. Низкие частоты – головка CA21RE (H397) посадкой на 8 дюймов.
2. Средний диапазон – головка MP14RCY/P (H522) на 5 дюймов.
3. Верхние частоты – головка 27TDC (H1149) на 27 мм.

Приводили базовые принципы конструирования акустических систем, предлагали электрическую схему фильтра, рассекающего поток на две части (выше дан перечень трех поддиапазонов), приводили название покупных динамиков, решающих задачу создания двух колонок стерео. Избегаем повторяться, читатели могут взять труд полистать раздел, найти конкретные названия.

Следующим вопросом будет фильтр. Полагаем, фирма National Semiconductor не обидится, если отскриним чертеж усилителя перевода Ридико. Рисунок показывает активный фильтр с питанием +15, -15 вольт, 5 однотипных микросхем (операционных усилителей), граничная частота поддиапазонов вычисляется формулой, приведенной на изображении (дублируем текстом):

П – число Пи, известное школьникам (3,14); R, C – номиналы резистора, емкости. На рисунке R = 24 кОм, С — замалчивается.

Активный фильтр, питаемый электрическим током

Учитывая возможности выбранных динамиков, читатель сможет подобрать параметр. Берутся характеристики полосы воспроизведения колонки, находится стык перекрытия между ними, туда выносится граничная частота. Благодаря формуле, вычисляем величину емкости. Номинал сопротивления избегайте трогать, причина: может (спорный факт) задавать рабочую точку усилителя, коэффициент передачи. На частотной характеристике, приведенной в переводе, которую опускаем, граница составляет 1 кГц. Давайте посчитаем емкость указанного случая:

С = 1 / 2П Rf = 1 / 2 х 3,14 х 24000 х 1000 = 6,6 пФ.

Не ахти какая большая емкость, выбирается из условия максимально допустимого напряжения. В схеме с источниками +15 и -15 В вряд ли стоит номинал, превышающий суммарный уровень (30 вольт), возьмите пробивное напряжение (справочник поможет) не менее 50 вольт. Не пытайтесь поставить электролитические конденсаторы постоянного тока, схема обретает шансы взлететь на воздух. Отсутствует смысл разыскивать исходную схему чипа LM833 по причине Сизифова труда. Некоторые читатели найдут замену микросхеме, отличающуюся… надеемся на понимание.

Насчет сравнительно небольшой емкости конденсаторов (рознично и суммарной) описание фильтра говорит: благодаря низкому импедансу головок без активных компонентов номиналы пришлось бы увеличить. Закономерно вызывая появление искажений, обусловленных наличием электролитических конденсаторов, катушек с ферромагнитным сердечником. Не стесняйтесь двигать границу деления диапазонов, общая пропускная способность остается прежней.

Пассивные фильтры соберет своими руками каждый обученный пайке, курс школьной физики. В крайнем случае заручитесь помощью Гоноровского, лучше некуда расписаны тонкости прохождения сигналов через радиоэлектронные линии, обладающие нелинейными свойствами. Приведенный материал заинтересовал авторов фильтрами низкой и высокой частоты. Желающие поделить сигнал на три части должны зачитываться трудами, раскрывающими базис полосовых фильтров. Максимально допустимое (или пробивное) напряжение выйдет мизерным, номинал станет значительным. Под стать упомянутым электролитическим конденсаторам емкости номиналом десятки микрофарад (три порядка выше используемых активным фильтром).

Новичков тревожит вопрос получения напряжения +15, -15 В питания акустических систем. Намотайте трансформатор (пример приводился, программа ПК Trans50Hz), снабдите двухполупериодным выпрямителем (диодный мост), профильтруйте, наслаждайтесь. Наконец, активный или пассивный фильтр прикупите. Называется указанная вещица кроссовером, внимательно подбирайте динамики, диапазоны точнее соотносите с параметрами фильтра.

Для пассивных кроссоверов акустических систем найдете в интернете множество калькуляторов (http://ccs.exl.info/calc_cr.html). Исходными цифрами программа расчета принимает входные сопротивления динамиков, частоту деления. Введите данные, программа-робот быстро снабдит величинами емкостей и индуктивностей. На приведенной страничке задавайте тип фильтра (Бесселя, Баттерворта, Линквица-Райли). На наш взгляд задачка для профи. Приведенный выше активный каскад образован фильтрами Баттерворта 2-го порядка (скорость снижения АЧХ 12 дБ на октаву). Касается частотной (АЧХ) характеристики системы, понятно только профессионалам. Если сомневаетесь, выбирайте золотую серединку. В прямом смысле ставьте галку на третьем кружке (Бессель).

Акустика компьютерных колонок

Довелось посмотреть на Ютуб видео: юноша объявил, что сделает акустическую систему своими руками. Отрок талантлив: раскурочил колонки персонального компьютера - ну, совсем никакие - извлек на свет Божий усилитель с регулятором, поместил в спичечный коробок (корпус акустической системы). Компьютерные динамики известны плохим воспроизведением низких частот. Сами устройства маленькие, легкие, во-вторых, буржуи материалами экономят. Откуда в акустической системе взяться басам. Юноша взял… читайте дальше!

Наидорожайший компонент музыкального центра. Акустика класса hi-end стоимостью обходит дешевую квартиру. Ремонт, сборка колонок неплохой бизнес.

Усилитель низкой частоты акустической системы соберет продвинутый радиолюбитель, никаких кулибиных не нужно. Из спичечного коробка торчит ручка регулятора громкости, вход с одной стороны, выход - с другой. Динамики старой акустической системы малы. Юноша раздобыл старенький громкоговоритель не сказочных размеров, но солидный. С колонки советских времен акустической системы.

Чтобы звук не тревожил воздух пищанием, умный отрок сколотил дюймовые доски ящиком. Динамик старенькой акустической системы поместил в размеров почтовой коробки, сместил, как это делается производителями современных сабвуферах домашних кинотеатров. Изнутри колонку звукоизолятором отделывать поленился. Желающий может использовать для акустической системы ватин, другой схожий материал. Маленькие динамики помещены вовнутрь продолговатых коробок, только-только вмещающих торцом громкоговоритель. Гордый отрок подключил один канал акустической системы на два маленьких динамика, второй - на один большой. Работает.

Юноша сказочный молодец, не пьет в подворотне, уподобляясь сверстникам, не портит в свободное время будущих невест, занят делом. Как говорил один знакомый: «Молодому поколению прощается недостаток знания и опыта, не избыток наглости, упроченного равнодушием».

Улучшения

Решили усовершенствовать методику, откровенно надеемся, дополнение поможет сделать акустическую систему самостоятельно несколько качественнее. Проблема? Понятие выдумано радиотехниками, создателями акустических систем — частота. Вибрация Вселенной имеет частоту. Говорят, даже ауре человека присуще. Каждая добротная колонка недаром вмещает несколько динамиков. Большие предназначены для низких частот, басов; прочие — для средних и высоких. Не только размер, а и устройство у них разное. Мы уже обсуждали этот вопрос и интересующихся отсылаем к написанным обзорам, где приводится классификация акустических систем, раскрываются принципы действия наиболее популярных.

Компьютерщикам известен системный зуммер, работающий по прерыванию BIOS, который способен вроде бы выдавать один звук, но талантливые программисты выписывали на нем вычурные мелодии, даже с попыткой цифрового синтеза и воспроизведения голоса. Однако при желании бас такая пищалка выдать не может.

К чему этот разговор… Большой динамик следовало бы не просто приспособить на один из каналов, а присудить специализацию басов. Как известно, большинство современных композиций (Звук Вокруг не берем) рассчитаны на два канала (стереовоспроизведение). Получается, что два одинаковых динамика (маленьких) играют одни и те же ноты, смысл в этом маленький. В то же время с этого же канала бас теряется, а высокие частоты гибнут на большом динамике. Как быть? Предлагаем внедрить в схему пассивные полосовые фильтры, которые помогут разбить поток на две части. Схему берем иностранного издания по той простой причине, что она первой попалась на глаза. Вот ссылка на исходный сайт chegdomyn.narod.ru. Радиолюбитель переснял из книги, приносим извинения автору, что не указываем первоисточник. Это происходит по той простой причине, что он нам не известен.

Итак, картинка. Бросаются сразу в глаза слова Woofer и Tweeter. Как не сложно догадаться, это, соответственно, сабвуфер для низких частот, и динамик для высоких. Охватывается диапазон музыкальных произведений 50-20000 Гц, причем на сабвуфер приходится полоса нижних частот. Радиолюбители могут сами по известным формулам просчитать полосы пропускания, для сравнения ля первой октавы, как известно, составляет 440 Гц. Считаем, что для нашего случая такое деление подойдет. Вот только хотелось бы найти два больших динамика, по одному на каждый канал. Смотрим схему…

Не совсем музыкальная схема. В положении, занимаемом системой, идет фильтрация голоса. Диапазон 300-3000 Гц. Переключатель подписан Narrow, переводится, как полоса. Чтобы получить Wide (широкое) воспроизведение, опускаем клеммы. Поклонники музыки могут выкинуть полосовой фильтр Narrow, любителям бороздить скайп рекомендуем избегать поспешного решения. Схеме напрочь исключит петлевой эффект микрофона, известный повсеместно: пронзительное гудение вследствие переусиления (положительной обратной связи). Ценный эффект, даже военный знает сложности использования громкой связи. Владелец ноутбука осведомлен…

Для устранения эффекта обратной связи изучите вопрос, найдите, на какой частоте резонирует система, отрежьте лишнее фильтром. Очень удобно. Касательно популярной музыки микрофон отключаем, уносим подальше от динамиков (случай караоке), начинаем петь. Фильтры верхних и нижних частот оставим неизменными, изделия просчитаны неизвестными западными друзьями. Испытывающим затруднения, читая иностранные чертежи, поясняем, схема изображает (полосовой фильтр Narrow отброшен):

1. Емкость 4 мкФ.
2. Неиндуктивные сопротивления R1, R2 номиналом 2,4 Ом, 20 Ом.
3. Индуктивность (катушка) 0,27 мГн.
4. Сопротивление R3 8 Ом.
5. Конденсатор С4 17 мкФ.

Динамики должны соответствовать. Советы указанного сайта. Сабвуфером пойдет МСМ 1853, пищалкой (слово не списали) послужит РЕ 270-175. Полосы пропускания посчитаете самостоятельно. Большая буква Ω означает кОмы — ничего страшного нет, поменяйте номинал. Напоминаем, емкости параллельно соединенных конденсаторов складываются, как последовательно включенные резисторы. На случай, если сложно достать подходящие номиналы. Вряд ли получится изготовить динамики своими руками, набрать небольшие номиналы сопротивлений реально. Не используйте катушки, вырезаем пластины нихрома, подобных сплавов. После изготовления резистор лакируется, большого тока не планируется, защищать элемент не следует.

Индуктивности проще намотать самостоятельно. Логично использовать онлайн-калькулятор, задав емкость, получим параметры: количество витков, диаметр, материал сердечника, толщину жилы. Приведем пример, избегая быть голословными. Посещаем Яндекс, набираем нечто вроде «онлайн калькулятор индуктивности». Получаем ряд ответов выдачи. Выбираем понравившийся сайт, начинаем думать, как намотать индуктивность акустической системы номиналом 0,27 мГн. Нам понравился сайт coil32.narod.ru, начнем работу.

Исходные сведения: индуктивность 0,27 мГн, диаметр каркаса 15 мм, проволока ПЭЛ 0,2, длиною намотки 40 миллиметров.

Сразу возникает вопрос, видя калькулятор, где взять номинальный диаметр изолированной проволоки… Потрудились, нашли на сайте servomotors.ru таблицу, взятую из справочника, которую приводим в обзоре, считайте на здоровье. Диаметр меди составляет 0,2 мм, изолированной жилы – 0,225 мм. Скармливаем смело величины калькулятору, вычисляя нужные величины.

Получилась двухслойная катушка, числом витков 226. Длина провода составила 10,88 метра сопротивлением порядка 6-ти Ом. Главные параметры найдены, начинаем мотать. Самодельная акустическая система выполняется в ручной работы корпусе, примостить фильтр место найдется. К одному выходу подключаем пищалку, к другому – сабвуфер. Пару слов касательно усиления. Может статься, каскад усилителя не потянет четыре динамика. Каждая схема охарактеризована некой нагрузочной способностью, выше нельзя подпрыгнуть. Устройство акустической системы рассчитано, учитывая фиксированный запас, чтобы согласовать нагрузку, часто применяется эмиттерный повторитель. Каскад, заставляющий схему работать, полная отдача на любой динамик.

Напутствие начинающим конструкторам

Считаем, помогли читателям понять, как правильно конструировать акустическую систему. Пассивные элементы (конденсаторы, резисторы, катушки индуктивности) сможет достать, изготовить каждый. Осталось собрать корпус акустической системы своими руками. А за этим, верим, дело не станет. Важно понять, музыка сформирована гаммой частот, обрезаемых неправильным изготовлением устройства. Собравшись сделать акустическую систему, подумайте над этим, поищите компоненты. Важно передать великолепие мелодии, будет твердая уверенность: труд не пропал даром. Акустическая система прослужит долго, радость подарит.

Верим, изготовление акустических систем своими руками читателям будет в удовольствие. Грядущее время уникально. Поверьте, в начале XX века нельзя было черпать информацию тоннами ежедневно. Обучение выливалось тяжким кропотливым трудом. Приходилось обшаривать пыльные полки библиотек. Возрадуйтесь интернету. Страдивари пропитывал древесину скрипок уникальным составом. Скрипачи современности продолжают выбирать итальянские экземпляры. Вдумайтесь, прошло 30 лет, воз остался позади.

Нынешнему поколению известны марки клеев, наименования материалов. Необходимое продается магазинами. СССР лишил изобилия людей, снабдив относительной стабильностью. Сегодня преимущество описывается возможностью изобретения уникальных способов заработка. Профессионал-самоучка везде срубит капусты.

Известная сумятица в понимании принципов формирования басового звена акустики во многом обусловлена информационной политикой рекламных, а чсто и справочных публикаций. Там потенциальному покупателю в первую очередь сообщают размер динамика, затем - его мощность, потом еще мифический "диапазон частот" и завершают это победным аккордом цены.

Все? Не тут-то было! Здесь все только и начинается. В английском собственно динамик называется driver - привод, и это очень правильно. Подобно тому как двигатель станет автомобилем только обогатив себя всем тем, что выработало для этого человечество, так и динамик станет громкоговорителем только в присущем ему акустическом оформлении.

С верхнечастотными и среднечастотными головками дело обстоит относительно просто: ВЧ головки свое акустическое оформление несут на себе, а СЧ - требуют в минимальных размерах.

Иное дело - басовики. Здесь почти все определяется выбором акустического оформления, причем в зависимости от этого выбора пересмотру будут подлежать все сообщенные вам параметры: и мощность, и диапазон частот, и, в известном смысле - цена. Ибо при умелом выборе параметров можно добиться тошнотворного звучания самого дорогого и породистого басового динамика.

Теперь настала пора "огласить весь список". Он не такой уж длинный:

Акустический экран	Закрытый ящик

Задача любого низкочастотного акустического оформления решается по древнему принципу "разделяй и властвуй". "Разделяй" означает, что колебания, излучаемые одной стороной дифузора должны быть чем-то отделены от колебаний, создаваемых обратной его стороной, одновременно и в противофазе с первыми. "Властвуй" означает, что с отсеченными таким образом "лишними" звуковыми волнами можно поступить по разному.

Исторически первым акустическим оформлением был акустический экран. Он держит оборону, не пуская колебания с одной стороны диффузора на другую и не давая им взаимно уничтожиться вплоть до частот, на которых кратчайшее расстояние между лицевой и обратной стороной диффузора станет сопоставимо с длиной полуволны излучаемой частоты. А ниже этой частоты акустический экран "расписывается в полном неумении" и предоставляет противофазным волнам гасить друг друга как им заблагорассудится. Для пресечения акустического короткого замыкания на частоте, скажем, 50 Гц, щит должен иметь размер 3 метра на 3. Поэтому этот вид акустического оформления практическое значение давно утерял, хотя и используется до сих пор в качестве эталонного при измерении параметров динамиков.

Конструктивно простейшее акустическое оформление из практически применяемых - закрытый ящик (sealed или closed в зарубежной терминологии). Здесь с ненужными колебаниями поступают решительно и круто: запертые в замкнутом пространстве позади диффузора, они рано или поздно угаснут, и превратятся в тепло. Количество этого тепла мизерно, но в мире акустики все носит характер малых возмущений, поэтому то, как происходит этот термодинамический обмен, небезразлично для характеристик акустической системы. Если позволить звуковым волнам внутри корпуса громкоговорителя болтаться без присмотра, значительная часть энергии будет рассеяна на содержащемся внутри корпуса объеме воздуха, он, пусть и незначительно, нагреется и изменится упругость воздушного объема, причем в сторону повышения жесткости. Для того, чтобы этого не происходило, применяют заполнение внутреннего объема звукопоглощающим материалом. Поглощая звук, этот материал (обычно вата, натуральная, синтетическая, стеклянная или минеральная), поглощает и тепло. Из-за существенно большей, чем у воздуха, теплоемкости звукопоглощающих волокон повышение температуры становится намного меньше и динамику "кажется", что позади него существенно больший объем, нежели не самом деле. На практике таким способом удается добиться увеличения "акустического" объема по сравнению с геометрическим на 15 - 20%. В этом, а вовсе не в поглощении стоячих волн, как считают многие, заключается основной смысл введения звукопоглощающего материала в закрытые громкоговорители.

Разновидностью этого (а не предыдущего, как часто полагают) типа акустического оформления является так называемый «бесконечный экран ». В англоязычных источниках такой тип оформления называют infinite baffle или free-air. Все приведенные названия одинаково дезориентируют. Мы все тут взрослые люди и понимаем, что бесконечного экрана на практике быть не может. На самом деле бесконечным экраном принято считать закрытый ящик с объемом настолько большим, что упругость заключенного внутри него воздуха значительно меньше упругости подвески диффузора, так что динамик эту упругость просто не замечает и характеристики акустической системы определяются только параметрами головки. Где проходит та граница, начиная с которой объем ящика становится как бы бесконечным, зависит от параметров динамика. Впрочем, при решении практических задач таким объемом всегда оказывается внутренний объем багажника, который, даже у небольшого автомобиля будет давать реакцию «бесконечно большого» объема даже для большого динамика. Другое дело, что не всякий динамик будет хорошо работать в таком оформлении, но это мы обсудим отдельно, когда будем говорить о выборе динамика под акустическое оформление (или наоборот).

При всей (кстати, кажущейся) простоте закрытого ящика как акустического оформления низкочастотного звена автомобильной акустики, это решение обладает многими достоинствами, отсутствующими у других, более мудреных конструкций.

Во-первых, простота (или пости протсота) расчета характеристик. У закрытого ящика есть всего один параметр - внутренний объем. Уж один-то можно правильно выбрать, если постараться! Поле для ошибок здесь сведено к минимуму.

Во-вторых, во всем диапазоне частот, вплоть до нуля, колебания диффузора сдерживаются упругой реакцией воздушного объема внутри ящика. Это существенно снижает вероятность перегрузки динамика и его механических повреждений. Не знаю, насколько утешительно это звучит, но у заядлых любителей баса динамики в закрытых ящиках, бывает, горят, но практически никогда не "выплевываются".

В-третьих, только закрытый ящик является акустическим фильтром второго порядка, то есть имеет спад АЧХ ниже частоты резонанса системы головка-ящик крутизной 12 дБ/окт. А именно такой крутизной, только в противоположным знаком, обладает АЧХ внутреннего объема салона автомобиля, ниже некоторой частоты. Если угадать, рассчитать или измерить (как кому доведется) - появляется возможность получить идеально горизонтальную частотную характеристику на нижних частотах.

В-четвертых, при грамотном выборе параметров головки и объема для нее закрытый ящик не имеет себе равных в области импульсных характеристик, в значительной мере определяющих субъективное восприятие басовых нот.

Естественный вопрос теперь - так в чем же подвох? Если все так хорошо, зачем нужны все остальные типы акустического оформления?

Подвох один-единственный. К.п.д. У закрытого ящика он - наименьший по сравнению с любым другим типом акустического оформления. При этом чем меньше нам удастся сделать объем ящика, при сохранении отго же рабочего частотного диапазона, тем меньше будет его эффективность. Нет более ненасытной твари в смысле подводимой мощности, чем закрытый ящик малого объема, поэтому-то динамики в них, как и было сказано, хоть и не выплевываются, но горят нередко…

Следующий по распространенности тип акустического оформления - фазоинвертор (ported, vented, bass-reflex), более гуманен по отношению к излучению тыловой стороны диффузора. В фазоинверторе часть энергии, которая в закрытом ящике "ставится к стенке" используется в мирных целях. Для этого внутренний объем ящика сообщается с окружающим пространством тоннелем, заключающим в себе некоторую массу воздуха. Величина этой массы выбирается таким образом, чтобы, в сочетании в упругостью воздуха внутри ящика создать вторую колебательную систему, получающую энергию от тыльной стороны диффузора и излучающую ее куда нужно и в фазе в излучением диффузора. Такой эффект достигается в не очень широком диапазоне частот, от одной до двух октав, но в его пределах к.п.д. существенно возрастает, по принципу "нет отходов - есть неисопльзованные ресурсы". Помимо более высокого к.п.д. фазоинвертор обладает еще одним важнейшим достоинством - вблизи частоты настройки значительно уменьшается амплитуда колебаний диффузора. Это может на первый взгляд показаться парадоксом - как наличие здоровенной прорехи в корпусе громкоговорителя может сдержать движение диффузора, но тем не менее это - факт жизни. В своем рабочем диапазоне фазоинвертор создает для динамика совершенно тепличные условия, причем точно на частоте настройки амплитуда колебаний минимальна, а большая часть звука излучается тоннелем. Допустимая подводимая мощность здесь максимальна, а искажения, вносимые динамиком - наоборот, минимальны. Выше частоты настройки тоннель становится все менее и менее "прозрачным" для звуковых колебаний, за счет инерции заключенной внутри него воздушной массы, и громкоговоритель работает как закрытый. Ниже частоты настройки происходит обратное: инерция отннеля постепенно сходит на нет и на самых низких частотах динамик работаеи практически без нагрузки, то есть как будто его вынули из корпуса. Амплитуда колебаний быстро возрастает, а вместе с ней и риск выплевывания диффузора или повреждения звуковой катушки от удара о магнитную систему. В общем, если не предохраняться, поход за новым динамиком становится реальной перспективой.

Средством предохранения от таких неприятностей, помимо осмотрительности в выборе уровня громкости, служит использование фильтров инфранизких частот. Отрезая часть спектра, где все равно никакого полезного сигнала не содержится (ниже 25 - 30 Гц), такие фильтры не дают диффузору идти в разнос с риском для собственной жизни и Вашего бумажника.

существенно более капризен к выбору параметров и настройке, поскольку выбору, под конкретный динамик, подлежат уже три параметра: объем ящика, поперечное сечение и длина тоннеля. Тоннель очень часто делают так, чтобы у уже готового сабвуфера можно было регулировать длину тоннеля, меняя частоту настройки.

Из-за наличия двух взаимосвязанных колебательных систем фазоинвертор является акустическим фильтром четвертого порядка, то есть его АЧХ теоретически имеет спад 24 дБ/окт ниже частоты настройки. (Реально - от 18 до 24). Получить горизонтальную АЧХ при установке в салоне практически невозможно. В зависимости от соотношения размера салона (а, стало быть, характерной частоты, с которой начинается подъем АЧХ внутренней акустики) и частоты настройки фазоинвертора суммарная характеристика может иметь отклонения от деликатного горба до безумных Амурских волн. Горб, то есть плавный подъем АЧХ на низших частотах часто бывает как раз тем что надо для оптимального субъективного восприятия басов в зашумленном пространстве, а вот резкие перепады амплитуды при неудачном выборе параметров снискали фазоинвертору, совершенно незаслуженно, прозвище boom-box ("бухало"). Чтобы восстановить справедливость, заметим, что бухающего эффекта можно добиться и от закрытого ящика - я в следующий раз объясню, как; а правильно рассчитанный фазоинвертор способен дать очень ясный и музыкальный бас при разумной подводимой мощности.

Разновидностью фазоинверторного оформления является громкоговоритель с пассивным излучателем (или радиатором). Иноязычные термины: passive radiator, drone cone. Здесь творая колебательная система, позволяющая утилизовать энергию, снимаемую с задней стороны диффузора, реализована не в виде массы воздуха в тоннеле, а в виде второго диффузора, ни к чему не присоединенного, но утяжеленного до требумой массы. На частоте настройки этот диффузор колеблется с наибольшей амплитудой, а основной - с наименьшей. С продвижением вверх по частоте они постепенно меняются ролями. До недавнего времени этот тип акустического оформления не находил применения в мобильных установках, хотя в домашних используется довольно часто. Причиной нелюбви были неоправданные хлопоты по добыванию второго диффузора (это, обычно, такой же динамик, но без магнитной системы и звуковой катушки) и трудности в размещении двух больших диффузоров там, где у обычного фазоинвертора надо разместить диффузор и небольшой тоннель. Однако в самое последнее время автомобильные сабвуферы с пассивным излучателем появились - нужда заставила. Дело в том, что в последнее время стали появляться динамики нового поколения с очень большим ходом диффузора, рассчитанные на работу в малых объемах. Объем "выдуваемого" ими при работе воздуха очень велик, и отннель пришлось бы делать занчительным в диаметре (иначе скорость воздуха в тоннеле возрастет настолько, что он будет шипеть как паровоз). А сочетание малого объема и большого диаметра тоннеля заставляет выбирать для тонеля большую длину. Вот и оказалось, что фазоинверторы обычной конструкции для таких головок украсились бы трубами метровой длины. Чтобы избежать таких никому не нужных казусов, предпочли требуемую соколеблющуюся массу сосредоточить в пассивном излучателе с ходом диффузора, таким же, как и у активного динамика.

Третий тип сабвуфера, довольно часто используемый в автоустановках (хотя и реже, чем два предыдущих) - полосовой громкоговоритель (bandpass) . Иногда встречается название "громкоговоритель с симметричной нагрузкой" (). Если закрытый ящик и фазоинвертор - акустические фильтры верхних частот, то полосовой, как и вытекает из названия - объединяет в себе фильтры верхних и нижних частот.

Простейший полосовой громкоговоритель - одинарный 4-го порядка (single reflex). Он состоит из закрытого объема, т.н. задней камеры и второго, снабженного тоннелем, как у обычного фазоинвертора (передняя камера). Динамик установлен в перегородке между камерами так, что обе стороны диффузора работают на полностью или частично замкнутые объемы - отсюда и термин "симетричная нагрузка".

Из традиционных конструкций полосовой громкоговоритель, в любом варианте - чемпион по эффективности. При этом эффективность прямо связана с шириной полосы пропускания. Частотная характеристика полосового громкоговорителя имеет вид колокола. Путем выбора соответствующих объемов и частоты настройки передней камеры, можно построить сабвуфер с широкой полосой пропускания, но органиченной отдачей, то есть колокол будет низким и широким, а можно - с узкой полосой и очень высоким к.п.д. в этой полосе. Колокол при этом вытянется в высоту.

Бандпасс - капризная штука в расчете и самая трудоемкая в изготовлении. Поскольку динамик закопан внутри корпуса, приходится идти на ухищрения по сборке ящика так, чтобы наличие съемной панели не нарушало жесткости и герметичности конструкции. Согласование частотных характеристик сабвуфера, салона и фронтальной акустики также связано с известной головной болью. Импульсные характеристики тоже не из лучших, в особенности при широкой полосе. Чем же это компенсируется?

Прежде всего, как говорилось - высочайшим к.п.д.

Во-вторых - тем, что весь звук излучается через тоннель, а динамик полностью закрыт. При компоновке такого сабвуфера открываются немалые возможности для установщика (или любителя) с фантазией. Достаточно найти небольшое местечко на стыке багажника и салона, гда может разместиться жерло тоннеля - и путь мощнейшим басам открыт. Специально для таких установок фирма JLAudio, например, выпускает гибкие пластмассовые рукава-тоннели, которыми она предлагает (и многие соглашаются) соединять выход сабвуфера с салоном. Вроде шланга пылесоса, только толще и жестче.

Еще большей эффективностью обладают полосовые громкоговорители 6-го порядка с двумя тоннелями. Камеры такого сабвуфера настраиваются с разносом примерно в октаву. Двойной бандпасс обеспечивает меньшие искажения в рабочей полосе, поскольку динамик нагружен фазоинверторами с обеих сторон диффузора, со всеми преимуществами такой нагрузки, но имеет более крутой, по сравнению с одинарным, спад АЧХ ниже рабочей полосы.

Промежуточное положение занимает так называемый квази-полосовой громкоговоритель , он же - с последовательной настройкой, где задняя камера соединена тоннелем с передней, а передняя еще одним тоннелем - с окружающим пространством.

Трехкамерные полосовые громкоговорители представляют собой просто альтернативные конструктивные реализации обычных полосовых, и составлены из двух обычных, полсе чего убрана разделяющая их стенка.

Существует еще три варианта акустического оформления низкочастотной акустики, которые хоть и сужществуют, но применения практически не находят. Первый из аутсайдеров - акустический лабиринт , где "отвод энергии" от тыльной стороны диффузора происходит по длинной трубе, обычно сложенной для компактности, но все равно увеличивающей габариты сабвуфера до пределов, недопустимых в мобильной установке.

Второй - экспоненциальный рупор , который для получения достаточно низкой граничной частоты должен иметь циклопические размеры, что делает редкостью его использование в низкочастотном звене даже в стационарных системах, где места побольше, чем в автомобиле.

Третий тип, имеющий единичные прецеденты применения - громкоговоритель в апериодической нагрузкой в виде сосредоточенного акустического сопротивления (aperiodic membrane ). У нас раньше это называлось ПАС - панель акустического сорпотивления. Идея заключается в том, что нагрузкой для диффузора является близкорасположенная полупроницаемая преграда, например, плотная ткань или слой секловаты, зажатый между перфорированными панелями. Теоретически, такая нагрузка носит неупругий характер и, как амортизатор в автомобильной подвеске, гасит акустическую энергию, не влияя на резонансную частоту динамика. Но это - теоретически. А на практике наличие воздушного объема между динамиком и ПАС создавало такую мешанину характеристик и реакций, что результаты становились малопредсказуемы.

Итак, из беглого взгляда на основные типы акустического оформления ясно, что совершенства в мире нет. Любой выбор будет компромисом. А чтобы существо компромиса стало яснее, давайте завершим эту заочную встречу как положено - подведением промежуточных итогов. Сравним рассмотренные варианты с точки зрения основных факторов, определяющих успех их использования в мобильной аудиоустановке.

К этим факторам следовало бы отнести:

К.П.Д.

Величина к.п.д., присущего тому или иному типу акустического оформления определяет, в конечном счете, насколько мощный усилитель понадобится для достижения требуемого уровня громкости, а заодно и насколько трудна будет жизнь динамика.

В наиболее важном с точки зрения воспроизведения информации басового регистра диапазоне частот 40 - 80 Гц места распределятся так: узкополосные полосовые громкоговорители - чемпионы в этом зачете, особенно - двухтоннельные 6-го порядка. За ними идут широкополосный двухтоннельный и обычный фазоинвертор. И наконец, самые охочие до подводимой мощности - закрытый ящик и широкополосный одинарный бандпасс.

Вносимые искажения

В нижней октаве - полутора музыкального диапазона (30 - 80 Гц) все типы акустического оформления ведут себя прилично при небольших уровнях мощности. Фазоинвертор и полосовой громкоговоритель - несколько лучше других, но ненамного. А вот при больших мощностях соперники растягиваются вдоль дистанции. Наилучшие результаты здесь следует ожидать от двойного полосового громкоговорителя. За ним - одинарный полосовой и фазоинвертор. И замыкает цепь - закрытый ящик, дающий наибольшие искажения при больших амплитудах сигнала.

Импульсные характеристики

Точная передача фронтов басовых инструментов - едва ли не главное качество для басовой акустики. Немного проку в низких басовых потугах, если они будут смазанными и вялыми. В этом отношении закрытый ящик обещает наилучшие результаты (при правильном расчете).Переходные характеристики фазоинвертора могут быть очень достойными, но все же в среднем уступят закрытому оформлению. Одинарные полосовые громкоговорители имеют неплохие характеристики, которые, однако, ухудшаются с расширением полосы пропускания. Наихудшей реакцией на импульсный сигнал обладает двойной полосовой громкоговоритель, опять же, в особенности - широкополосный.

Согласование с фронтальной акустикой

Работа сабвуфера должна быть, начиная с определенной частоты, перепоручена мидбасам фронтальной акустики. Для закрытого ящика и фазоинвертора это не проблема и конструктор системы обладает изрядной свободой в выборе частоты раздела полос, поскольку и эта частота и крутизна спада определяются внешними цепями. А вот узкополосные бандпассы часто обладают собственным спадом частотки уже начиная с 70- 80 Гц, где далеко не все мидбасы могут безболезненно подхватить песню. Требования к мидбасам при этом усложняются, да и работа с кроссовером проще не становится.

Поместим все вышесказанное в таблицу, на основе привычной нам пятибалльной системы:

Хорошая акустическая система в авто

Сегодня ассортимент акустических систем настолько велик, что невозможно сразу сориентироваться и сделать выбор в пользу какой – то определенной модели. Часто автолюбители отдают предпочтение акустическим системам с красивым дизайном, подходящим под то или иное помещение.
Помочь с выбором сможет обзор акустических систем. К примеру, Big активная акустика и другие могут стать неплохим выбором.

Группы акустических систем

Поскольку АС должна воспроизводить звучание музыкальных инструментов и голоса с высокой степенью правдоподобности, то при подборе нужно обратить внимание на технические характеристики, комплектацию, разумные габариты и приемлемые цены. Мощность автомобильной акустики зависит от различных факторов и количества устройств акустической системы.
Все разнообразие АС можно классифицировать на ряд групп.
В зависимости от размеров и способа установки:

• Напольные.
• Полочные.

Напольные АС имеют большие размеры по сравнению с полочными. К ним относятся больших размеров и все сабвуферы.
Полочные АС можно расположить на стойке или полках на уровне с головой слушателей. При таком положении высокочастотных динамиков улучшается качество звука за счет выравнивания низких и высоких частот.

Примечание: полочные динамики используют в небольших помещениях, поэтому они хорошо подходят для салона машины.

По принципу используемых излучателей

• Обычные динамические.
• Электростатические.
• Планарные.
• Прочие неординарные устройства.

Обычные динамические излучатели используются в большинстве для воспроизведения звучания. Благодаря электростатическим излучателям стереосистема очень четко воспроизводит звучание, чего нельзя сказать о любой другой акустике.
Но недостаток этой системы – высокая направленность излучения звучания. Поэтому слушать музыку желательно находясь строго по центру.

Планарные АС схожи с электростатическими и не требуют подключения к сети.
Экзотические АС используют вместо динамиков тоненькую пленку, колеблющуюся в электромагнитном поле, натянутую на рамку. Такие системы представляют собой гибрид из планарных и электростатических колонок.

В зависимости от тенденции излучения

• Направленные АС.
• Ненаправленные контропертурные.
• Ненаправленные биполярные.

Направленные АС создают звук в нужном месте и исключают воздействие других источников звучания. Ненаправленные контрапертурные АС имеют в 2 раза больше динамиков, чем обычный 2 – полосный громкоговоритель, и динамики «противо-направлены» друг к другу.
Ненаправленные биполярные АС обычно не имеют корпуса и воспроизводят звучание в направлениях вперед и назад, поэтому звучание такой акустики кажется естественным и непринужденным.

По виду акустического оформления

• Открытый корпус.
• Закрытый корпус.

• Акустический лабиринт.
• Фазоинверторное оформление.
• Изобарическое оформление.
• Рупорное оформление.

Колонки открытого типа используются редко, а вот преимущества акустики с закрытым корпусом – точное воссоздание звучания и минимум искажений. Внутренний воздушный объем закрытого ящика автомобильной акустики снижает риск перегрузки динамика. АС с фазоинвертором имеют небольшие размеры, воспроизводят самые глубокие басы, но обладают одним недостатком – немного «размазывают» звук.

Примечание: акустический лабиринт и рупор считаются видами акустического оформления, но на практике не используются ни в больших помещения, ни тем более в автомобиле.

В зависимости от числа полос воспроизведения звука

• 1 – полосные.
• 2 – х полосные(см.).
• 5 полосные.
• 3 – полосные и так до 7 полос.

Акустические системы продаются готовым комплектом или могут быть разделены на отдельные составляющие. Однополосные системы достаточно хорошо воспроизводят сигналы разных частот и дают хорошее звучание, но насыщенности звука не будет.
Поэтому для тех, кто любит люксовое качество, желательно остановить свой выбор на АС, состоящей из нескольких колонок для создания эффекта присутствия, т.е. многополосной аудиосистеме. 2- и 3-х полосные АС популярны в любительской практике, а АС с большим количеством полос используют профессионалы.
Для автомобилей отлично подходят простейшие АС, но качество звучания не порадует. Поэтому для автолюбителей рекомендуются коаксиальные(см.) – 2 или 3 динамика, грамотно объединенные вместе.

Виды фильтров

В современных акустических системах для разделения полос применяются:

• Пассивные фильтры.
• Активные фильтры.

Пассивные подключаются в каждом канале после общего усилителя, активные (кроссоверы) – до усилителя, поэтому соответственно от наличия встроенного усилителя (по типу усиления) АС бывают:

• Активные.
• Пассивные.

В пассивных АС нет усилителя звука, его покупают отдельно.
Активные фильтры имеют свои превосходства:

• они дешевле даже высококачественных пассивных фильтров.
• их легко настраивать.
• компактны и легки.
• обеспечивают усиление в полосе пропускания сигнала.
• в АФ используются компоненты, свойства которых ближе к совершенным.

Примечание: в активных АС усилитель встроен.

Любители хорошего звука в автомобиле перед приобретением автоакустики должны правильно рассчитать ее мощность, т. к. только совокупность всех ее параметров обеспечит хороший и чистый звук в салоне авто. Особое внимание следует обратить как на динамики, так и на головное устройство, сабвуфер, усилитель.
Акустические системы имеют разную цену - от нескольких сотен долларов до нескольких тысяч. Достойную и качественную автоакустику производят Pioneer, Prology, Blaupunkt, Alpine, Hertz и многие другие компании.
Выполнить установку акустики можно прямо своими руками. Однако цена такой работы будет минимальной: потратиться нужно будет только на покупку системы.
Перед началом установки следует ознакомить себя с фото и видео, которые есть в Интернете. Инструкция тоже должна пригодиться.