что такое диффузор в колонках
Диффузор динамика
Многие люди знают, что такое акустическая система, колонки и сабвуфер, но понятия не имеют, из каких деталей состоят эти конструкции, и какой элемент за что отвечает. Разберем с вами, что такое диффузор, для чего нужен и из чего изготовляют.
Основным элементом в конструкции динамика является диффузор – это излучающая звук поверхность. Материал для изготовления диффузора может быть разным, для динамиков с низкой и средней частотой используют полипропилен с наполнителем или бумагу также распространено применение кеврала и стекловолокна.
Материал и форма диффузора динамика
Производители до сих пор не нашли идеального материала для изготовления диффузоров и продолжают экспериментировать. Все потому что один материал должен соответствовать противоположным характеристикам: иметь малый вес и повышенную жесткость. Высокая жесткость диффузора динамика требуется, чтобы не происходила деформация детали при высоких и резких колебаниях. А легкость детали нужна для чувствительности и подвижности, чтобы диффузор реагировал на любое колебания и стремительно двигался при малейшем звуке, все должно происходить за доли секунды, и в случае применения тяжелого материала, здесь просто нет времени на «раскачку» системы.
Форма диффузора динамика может быть различной, в редких случаях применяется квадратная, но в основном овальная и круглая. Диффузор в форме купола применяют для высокочастотных акустических систем, он может изготавливаться из металлокерамики, алюминия и шелка, в более дорогих динамиках может применяться такие высокопрочные материалы, как бериллий и титан. У жестких и мягких куполов диффузора динамиков есть свои любители и ценители. Жесткий купол будет выдавать более высокие частоты и насыщенный звук – такие динамики придутся по душе любителям дискотек. А если использовать мягкий и шелковый купол, то в результате владелец такой системы получает натуральное и мягкое звучание, часто применяется для «живых» стилей музыки.
Крепление диффузора динамиков
При помощи подвеса резины или каучука происходит крепление диффузор динамиков к корзине или как по-другому называют диффузор держатель. Корзина для диффузора может изготовляться несколькими способами из металла: это методом штамповки, а в более дорогих системах применяется литая. Двум требованиям должна отвечать корзина – это не резонировать и быть крепкой.
Диффузоры Шредера — акустика по-дилетантски
Как обычно, запись будет длинная и нудная. Кому теория неинтересна — перематывайте в самый конец, там будут картинки )))
Все описанное придумано не мной, а собрано на просторах сети. Область знаний совсем не моя, надеюсь нигде не напортачил, если кто какой криминал найдет — поправляйте!
COVID-19 провоцирует на работу с проектами второго, третьего, девятого и двадцать третьего эшелонов. Вот и я неожиданно добрался до акустики в квартире.
Несмотря на любовь к качественному звуку дома, по части акустической подготовки я никогда особенно не заморачивался — все-таки в квартире в первую очередь должно быть удобно жить, это же не концертный зал. Поэтому при ремонте 8 лет назад «акустическая подготовка» свелась к шумоизоляции стены от соседей. Ну и место размещения акустических систем я выбрал на этапе планировки, чтобы не пристраивать их куда-нибудь в угол потом. В остальном обычная жилая комната: диван, полки с книгами, шкаф с посудой, рабочий стол, телевизор.
Но в начале февраля этого года стало интересно, а как на самом деле обстоят дела с акустикой помещения?
Известно, что два уха человеку даны чтобы определять положение звука в пространстве. Делается это мозгом автоматически, по разнице во времени между поступлением сигнала слева и справа. Например, справа от меня что-то бамкнуло, и звук прилетел в правое ухо. А в левое ухо он прилетит позже, либо обогнув голову (за счет дифракции), либо отразившись от стен и предметов. Вот по этой разнице мозг и поймет, что источник находится справа.
По мере снижения частоты (= увеличения длины волны) этот эффект снижается, так как размер головы в районе 20-25 см сопоставим с длиной звуковой волны частотой 1,3-1,6 кГц; соответственно снижение частоты приведет к тому, что разность фаз между двумя ушами будет все сложнее уловить. Именно поэтому низкочастотные источники в пространстве позиционируются хуже — комара на слух поймать можно, а грохот поезда идет как будто бы со всех сторон.
Но музыку мы слушаем обычно не в чистом поле, а в помещении. Значит огромное количество звуковой информации будем получать от отраженного сигнала. Понятно, что при отражении часть энергии сигнала расходуется, и он постепенно ослабевает. Если отражающие поверхности хорошо отражают сигнал — то он будет отражаться многократно, слабо при этом затухая. Комната при этом гудит и звенит, это называется реверберация.
Бывают, конечно, студии звукозаписи и шоурумы для прослушивания — там выполняется акустическая подготовка с уклоном в поглощение звука, а не в рассеивание. Но жить в таком помещении очень неуютно, так как элементарный бытовой вопрос ориентирования в пространстве на слух становится трудноразрешимым. В темноте просто невозможно определить насколько далеко еще до стены 🙂
Поэтому для домашнего аудио, в бытовой квартире без специализированного помещения обычно стараются акустическую подготовку выполнять локально, для конкретных источников звука (акустических систем). Для этого используются разные прибамбасы, об одном из которых я и расскажу — о диффузоре Шредера.
Манфред Шредер был специалистом в области акустики (насколько я понимаю, одним из первых); проводил исследования концертных залов. В частности, им была разработана вот такая шкала для звукового диапазона частот (спасибо, doctor-sound.com.ua!)
Диапазон А — это частоты, длина волны которых превышает длину волны помещения. То есть никаких резонансов и стоячих волн образоваться не может принципиально. Это область звукового давления, то есть звук не локализуется совсем. Для моей комнаты 6х4 метра предел этого диапазона F1 = 55 Гц.
Диапазон B — в нем работает волновая акустика, то есть собственные резонансы комнаты и гармоники низших порядков. Сверху он ограничен частотой Шредера — F2, она определяется по формуле, к ней позже вернемся.
Диапазон С — в нем все еще влияют резонансы комнаты (вернее уже их гармоники высших порядков), но уже начинает работать геометрическая акустика, то есть отражение сигнала и разность фаз. Верхняя граница примерно равна четырем F2.
Диапазон D — область работы исключительно геометрической акустики. Длина волны настолько мала, что никаких стоячих волн не может быть принципиально, звук обязательно отразится под углом.
Частота Шредера зависит от размера помещения (его объема V) и времени реверберации RT60 (то есть затухания звука). Второй параметр позволяет учесть как раз «общую акустическую подготовку» — покрытие стен, потолка и пола, наличие мебели, параллельность поверхностей. Чем меньше время реверберации — тем быстрее будет затухать звук и тем ниже будет частота Шредера.
Почему так важно, чтобы частота Шредера была пониже? Потому что со стоячими волнами бороться труднее. А если они образуются в том диапазоне частот, где мы привыкли ориентироваться по фазе звука, о «сцене» можно забыть.
ЧАСТЬ 2. Расчеты и измерения
Значит, нужно определить RT60. Не буду вдаваться в подробности методики, но смысл примерно такой: необходимо подать в комнату звуковой сигнал, а потом измерить, сколько времени потребовалось на его затухание. Желательно, на разных частотах, но если такой возможности нет — используют частоту 500 Гц. Я пользовался софтом Room EQ Wizard v5.19. Он распространяется свободно. Для измерений нужно со звуковой карты подать сигнал на усилитель, а измерительным микрофоном снять отклик помещения. Вместо измерительного микрофона я использовал шумомер по шкале С — это не совсем годится для измерений АЧХ, но для реверберации вполне сойдет.
Получилась вот такая картинка — это график изменения времени реверберации по частотам. Вот тут подробнее про него. Графиков так много потому, что есть различные методики расчета RT60, но основной разброс у них в частотах ниже 200 Гц, это не так принципиально. Выше этой частоты все графики болтаются в районе 0,4 с. Для комнаты в 72 м3 это неплохой результат (для комнат до 50 м3 рекомендуется 0,3 с, от 50 до 200м3 — 0,4-0,6 с).
Теперь у нас есть величина RT60 = 0,4 с, объем комнаты известен — 72 м3, можно посчитать частоту Шредера. У меня получилось F2 = 2000 * SQRT(0,4/72) = 149 Гц. Это прекрасно! Это значит, что в НЧ диапазоне акустические проблемы со стоячими волнами и резонансами ограничены частотой, где на них можно практически забить. Но это не мешает поработать с СЧ диапазоном, где содержится большая часть звуковой информации — речь, вокал и большинство инструментов.
Для этого нужно понять, где в комнате находятся «площадки первых отражений» — области, от которых сигнал от источников звука поступает к слушателю минимально ослабленным. Так как мы решили, что в этом диапазоне действуют правила геометрической акустики, то эти площадки можно построить по принципу «угол падения равен углу отражения» вручную. Однако удобнее воспользоваться онлайн-калькулятором, например вот тут.
К сожалению, калькулятор не меняет масштабы чертежа в соответствии с заданными размерами (у меня акустика стоит вдоль длинной стены), но суть от этого не меняется.
Вот именно в красных областях на стенах, полу и потолке должны располагаться разнообразные рассеиватели — тогда звук до слушателя будет доходить в первую очередь из источников, а комната мало будет на это влиять. Появится «сцена», «стереопанорама» и прочие аудиофильские радости.
Мне, в некоторой степени, повезло. Слева область первых отражений попала как раз в дверь соседней комнаты, которая никогда не закрывается. Значит, все, что туда попало — пропало. Справа эта область упирается в окно с глубоким подоконником и плотной шторой. Все это тоже работает как рассеиватель.
С полом делать особенно нечего — пышные ковры в силу избытка дома аллергиков завести не получится. С потолком тоже вряд ли — правда, он натяжной, соответственно имеет небольшую кривизну и должен слегка рассеивать. Кроме того, как раз в этом месте висит большая люстра.
Остаются две проблемные зоны — между акустикой спереди и за спиной слушателя. Дайте-ка угадаю, что у Вас дома между акустикой? Телевизор? И с этим ничего не сделать, разве что раздвижной экран для него. Правда, в моем случае он висит на полметра выше акустики и наклонен, но вряд ли это сильно поможет. Акустика стоит шире, чем края телевизора, поэтому там, на стенах, можно разместить те самые рассеиватели — диффузоры Шредера. Тут есть еще один фокус: ширина зоны (и не только этой, кстати), зависит от расстояния между стеной и акустикой. Если акустику отодвинуть от стены, то область сузится, а если придвинуть — расширится. Обычно при прослушивании я акустику инстинктивно от стены отодвигал на метр, но так жить неудобно, все вечно норовят споткнуться. Если же голую стену защитить от отражений, то акустику можно придвинуть без потери качества.
За спиной слушателя ровная стена. С картиной. Но если обратиться к размерам, станет очевидно, что область первых отражений имеет ширину всего-то 60 см. Поэтому пока будем считать, что картины и подушки на спинке дивана достаточно.
ЧАСТЬ 3. ДИФФУЗОР ШРЕДЕРА
Проектирование и изготовление этой конструкции много где широко освещается — например, вот статья, или вот отчет. Есть даже промышленные образцы. Но это, конечно, не наш путь.
Смысл устройства такой: за счет точно рассчитанной глубины «колодцев» одинаковой ширины формируются многократные отражения волн внутри них, что приводит к их значительно задержке по времени. То есть звук, попавший в такую штуку, попадет к слушателю позже, что условно «раздвинет границы» помещения. Кроме того, диаграмма рассеивания диффузора имеет форму полуцилиндра, то есть звук от одного источника, вошедший под одним углом, полетит обратно под разными углами. Добиться такого эффекта просто нанесением на стену неровностей, типа ячеек для яиц, нельзя, так как размер будет несопоставим со здравым смыслом.
Диффузоры Шредера делаются не от балды, а рассчитываются. Сначала нужно определиться с порядком — количеством колодцев. Их может быть 7, 11, 13, 17, 23 — ряд простых чисел. Чаще всего встречаются самые простые, N7. Увеличение порядка позволяет получить более равномерную диаграмму рассеивания.
Далее выполняется расчет глубины под конкретную частоту. Или наоборот, частоты при выбранной глубине. Я пошел вторым путем, так как исходил из эстетических соображений, а частотный диапазон в любом случае достаточно широкий, чтобы перекрыть интересующую меня область средних частот.
Для расчетов я скачал калькулятор QRDude. Там все наглядно и понятно, можно поиграть с размерами.
Выбрав удобоваримую полную толщину и ширину, а так же толщину стенок колодцев (обратите внимание, это важно, исходите из доступного материала — я закладывал фанеру 6 мм), можно посмотреть, что получилось.
Итак, моя конструкция перекрывает диапазон от 372 до 4648 Гц, более чем достаточно: нижняя граница попадает в фа-диез первой октавы, это половина диапазона гитары или певца-тенора. В калькуляторе есть прикольная кнопочка 
Ну ладно, размеры есть, разрешение от жены получено — поехали делать!
ЧАСТЬ 4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ
Изначально я думал заказать распил у знакомых фрезеровщиков. Но грянул карантин, и на даче стало настолько нечего делать, что дошли руки и до этого. Заказал в Леруа Мерлен с доставкой на дачу материал (фанеру лиственницы на декоративные детали, березовую 6мм на перегодки) и приступил к работе.
На изготовление двух диффузоров высотой 1220 мм и шириной 482 мм мне потребовался один лист фанеры лиственницы 2,44х1,22 м и два листа березовой 1,525х1,525, а так же несколько реек 30х20.
Для распила использовал универсальную пилу — торцовку-циркулярку. Конечно, если есть стационарный станок с большой плитой — получится ровнее и аккуратнее, но тут задача просто ровно пилить по прямой. Из лиственницы изготовил внешний корпус и донышки колодцев. Из березы — перегородки. Рейка пошла на всякие вспомогательные элементы.
После того, как распил готов — самое нудное, разметка. Но торцевых деталях корпуса (в моем случае верхней и нижней) нужно начертить будущие колодцы в точном соответствии с картинкой из калькулятора. На месте донышек я приклеил кусочки рейки шириной 37 мм (как колодцы в калькуляторе). Обязательно нужно учесть толщину донышка — то есть к глубине колодца прибавить еще 9 мм. Чтобы не провтыкать с шириной перегородок — сделал из обрезков фанеры полоски, которые вкладывал при склеивании. Клеил все на столярный ПВА.
Теперь нужно к боковым панелям корпуса приклеить бруски, чтобы собрать сам корпус. Это единственные детали в моей конструкции, которые дополнительно держатся на саморезах, причем в боковые стенки саморезы вкручены изнутри, чтобы не было видно шляпок. На переднем плане — варианты окраски имеющимися лаками и морилками.
Собираем корпуса. Очевидно, что фанера из лиственницы большим спросом не пользуется — листы приехали довольно здорово гнутые, хранились неправильно. Из-за этого длинные стенки выгибались внутрь, и для жесткости пришлось добавить изнутри продольные ребра из рейки — так же прикрученные саморезами.
Но какая же фанера красивая!
Перед дальнейшей сборкой все нужно окрасить, потом это будет очень неудобно. Корпуса были покрыты смесью двух морилок — «красное дерево» и «венге», чтобы примерно попасть в цвет отделки комнаты. Отделка довольно пестрая, поэтому не так важно, на самом деле, как именно будет. После покрытия морилкой корпуса оставил сушить с распором изнутри, чтобы пока фанера влажная немного ушло напряжение. Не знаю, мне кажется, что помогло.
Корпуса и перегородки покрывал мебельным лаком НЦ-222М, он быстро сохнет и не имеет цвета практически. Донышки покрыл лаком НЦ-218М — он дает желтоватый оттенок, хотя и довольно долго источает противный запах, за что я его недолюбливаю.
Ну а дальше начинаем вклеивать перегородки. Для экономии материала и веса изделия я их делал разной глубины, соразмерно колодцам. Но по переднему краю они все должны быть выровнены! Приклеивал к брускам на торцах, так же вкладывал бруски внутри, чтобы выдерживать ширину.
Когда все перегородки на месте — вклеиваем донышки. Если все сделано точно, то ничего подрезать не придется. Минимальные зазоры ни на что не влияют — здесь важна перпендикулярность и размеры колодцев.
Вот что получилось.
Крепежа ни с какой стороны не видно — шляпки саморезов есть только на верхней и нижней стенках, они скрыты от зрителя. Кстати, на этих стенках фанера установлена «изнанкой наружу», чтобы внутри колодцев был красивый рисунок.
На стену все это предполагается крепить с помощью металлических полочных консолей — с обратной стороны они прекрасно поместятся в колодцах, и ничего не будет видно. Собственный вес конструкция держит — а ведь получилось по 14 кг!
К сожалению, пока домой привез только один — не хотел оба сразу в багажник наваливать, боялся побить. Поэтому оценить в интерьере сложновато. Ясно только, что с цветом можно было не заморачиваться, очень уж все пестрое в комнате. Но красивая фанера, слов нет!
Азы акустики для чайников: типы акустического оформления колонок, статья. Журнал «Stereo & Video»
Сохранить и прочитать потом —
В предыдущем путеводителе для начинающих меломанов, посвященном акустике помещения мы выяснили, что любая комната — своего рода резонатор, драматически влияющий на характер звучания системы. Теперь пришла пора поговорить непосредственно об источниках этого самого звучания, то есть об акустических системах.
Чтобы как следует разобраться в процессах, происходящих в ящике, на стенке которого смонтирован один или несколько динамиков, нужно вдумчиво прочитать пару-тройку книжек, в каждой из которых формул больше, чем во всем школьном курсе физики. Я забираться в такие дебри не буду, так что не стоит данный материал как исчерпывающий анализ или руководство по постройке аудиофильских колонок. Однако очень надеюсь, что он поможет начинающим меломанам (да и некоторым хроническим тоже) как следует сориентироваться в разнообразии акустических решений, каждое из которых его разработчики, разумеется, называют единственно правильным.
Некоторое время после изобретения в 1924 году электродинамического излучателя с коническим диффузором (окей, просто динамика), его деревянное обрамление исполняло в первую очередь декоративные и защитные функции. Оно и понятно — после долгих лет прослушивания пластинок через слюдяные мембраны и раструбы граммофонов, саунд нового устройства и безо всякой акустической доработки казался просто апофеозом благозвучия.
Мембраны граммофонов изготавливались чаще всего из алюминия или слюды
Однако технологии записи быстро совершенствовались и стало понятно, что более-менее правдоподобно воспроизвести слышимый диапазон динамиком, просто закрепленном на некой подставке, крайне проблематично. Дело в том, что предоставленная сама себе динамическая головка находится в состоянии акустического короткого замыкания. То есть волны от фронтальной и тыловой поверхностей диффузора, излучаемые, понятное дело, в противофазе, беспрепятственно накладываются друг на друга, что самым печальным образом отражается на эффективности работы, и в первую очередь на передаче басов.
Кстати, в процессе данного рассказа я буду чаще всего рассуждать именно о низких частотах, так как их воспроизведение — ключевой момент в работе любого корпуса АС. ВЧ-драйверы в силу малой длины излучаемых волн во взаимодействии с внутренним объемом колонки вообще не нуждаются, и чаще всего полностью от него изолированы.
Самый простой способ отделить фронтальное излучения динамика от тылового — смонтировать его на щите как можно большего размера. Из этой простой идеи и родились, собственно, первые акустические системы, представлявшие собой ящик с открытой задней стенкой, поскольку для компактности края щита просто взяли, да и загнули под прямым углом. Однако в плане воспроизведения басов успехи подобных конструкций впечатляли не слишком. Помимо несовершенства корпуса проблема была еще и в очень небольшом по современным понятиям ходе подвески диффузоров. Чтобы хоть как-то выйти из положения, использовались динамики как можно большего размера, способные развивать приемлемое звуковое давление при небольшой амплитуде колебаний.
PureAudioProject Trio 15TB с 15-дюймовыми НЧ-драйверами на трехслойных бамбуковых панелях
Несмотря на кажущуюся примитивность подобных конструкций, у них имелись и кое-какие достоинства, причем настолько специфические и интересные, что адепты открытых АС не перевелись до сих пор.
Начать с того, что отсутствие каких-либо препятствий на пути звуковых волн – лучший путь к повышению чувствительности. Момент этот особенно ценен для аудиофильских ламповых усилителей, в особенности однотактных или лишенных обратной связи. Бумажные диффузоры большого диаметра даже на мощности порядка четырех-пяти ватт способны создать довольно-таки внушительный, и при этом на удивление открытый и свободный саунд.
При высоте 1,2 м в мире открытой акустики Jamo R907 считаются практически компактами
Что же касается тылового излучения, то чтобы не вносить искажений в прямой звук, оно должно приходить к слушателю с заметной задержкой (свыше 12-15 мс) — в таком случае его влияние ощущается как легкая реверберация, лишь добавляющая в саунд воздуха и расширяющая музыкальное пространство. Тонкость в том, что для создания этой самой «заметной задержки» колонки, разумеется, должны быть расположены на изрядном расстоянии от стен. К тому же большая площадь передней панели и внушительные размеры НЧ-драйверов соответствующим образом сказываются на общих габаритах АС. Одним словом, обладателей небольших и даже средних жилых комнат просьба не беспокоиться.
Кстати, частный случай открытых систем — акустика, построенная на электростатических излучателях. Только за счет почти невесомой диафрагмы большой площади, ко всем вышеописанным преимуществам, у электростатов добавляется способность филигранно передавать даже самые резкие динамические контрасты, а благодаря отсутствию разделения сигнала в зонах СЧ и ВЧ, еще и завидная тембральная точность.
Минусы: Про жирные компрессионные басы лучше забыть сразу. Весь звуковой тракт должен быть подчинен идее открытой акустики, а сами колонки придется выбирать из крайне ограниченного числа предложений.
С ростом мощности и улучшением параметров усилителей сверхвысокая чувствительность акустики перестала быть главным камнем преткновения, а вот проблемы неравномерности АЧХ, и в особенности правильного воспроизведения басов, стали еще более актуальными.
Гигантский шаг к прогрессу в данном направлении сделал в 1954 году американский инженер Эдгар Вильчур. Он запатентовал акустическую систему закрытого типа, и это был отнюдь не трюк в стиле нынешних патентных троллей.
Патентная заявка Эдгара Вильчура на АС в закрытом оформлении
К тому моменту уже был изобретен фазоинвертор и, понятное дело, к ящику с дном динамик тоже примеряли неоднократно, только вот ничего хорошего из этого не получалось. Из-за упругости замкнутого объема воздуха приходилось или терять существенную часть энергии диффузора, или делать корпус непомерно большим, чтобы снизить градиент давления. Вильчур же решил обратить зло во благо. Он сильно понизил упругость подвеса, переложив таким образом контроль за движением диффузора на объем воздуха — пружину куда более линейную и стабильную, чем гофр или резиновое кольцо.
В закрытом ящике движения диффузора контролируются воздухом — в отличие от бумаги или резины он не стареет и не изнашивается
Так удалось не только полностью избавиться от акустического короткого замыкания и поднять отдачу на низких частотах, но и ощутимо сгладить АЧХ на всем ее протяжении. Однако обнаружился и минорный момент. Выяснилось, что демпфирование замкнутым объемом воздуха приводит к повышению резонансной частоты подвижной системы и резкому ухудшению воспроизведения частот ниже данного порога. Для борьбы с такой неприятностью пришлось увеличивать массу диффузора, что логичным образом привело к снижению чувствительности. Плюс поглощение внутри «черного ящика» чуть ли не половины акустической энергии, не могло не внести вклада в снижение звукового давления. Одним словом, новому типу колонок потребовались усилители довольно серьезной мощности. К счастью, на тот момент они уже существовали.
Сабвуфер SVS SB13-Ultra с закрытым акустическим оформлением
Сегодня закрытое оформление применяется по большей части в сабвуферах, особенно в тех, что претендуют на серьезное музыкальное исполнительство. Дело в том, что для домашних кинотеатров энергичная отработка самых низких басов часто оказывается важнее динамической и фазовой точности на всем протяжении НЧ-диапазона. А вот объединив относительно компактный закрытый саб с приличными сателлитами, можно добиться куда более правильного звука — пускай и не наполненного сверхглубокими басами, зато крайне быстрого, собранного и четкого. Всё вышесказанное можно отнести и на счет полнодиапазонных колонок, «закрытые» модели которых изредка появляются на рынке.
Плюсы: Образцовая скорость атаки и разрешение в низкочастотном диапазоне. Относительная компактность конструкции.
Минусы: Требуется достаточно мощный усилитель. Сверхглубоких басов на грани инфразвука добиться весьма затруднительно.
Еще одним способом обуздания противофазного тылового излучения стал фазоинвертор, по-русски буквально «разворачиватель фазы». Чаще всего он представляет собой полую трубку, смонтированную на передней или задней поверхности корпуса. Принцип работы понятен из названия и незамысловат: раз избавляться от излучения обратной стороны диффузора трудно и нерационально, значит нужно синхронизировать его по фазе с фронтальными волнами и использовать на благо слушателей.
Амплитуда и фаза движения воздуха в фазоинверторе меняются в зависимости от частоты колебаний диффузора
По сути труба с воздухом является самостоятельной колебательной системой, получающей импульс от движения воздуха внутри корпуса. Обладая совершенно определенной частотой резонанса, фазоинвертор работает тем эффективнее, чем ближе колебания диффузора к частоте его настройки. Звуковые волны более высоких частот сдвинуть с места воздух в трубе просто не успевают, а более низкие хотя и успевают, но чем они ниже, тем сильнее смещается фаза излучения фазоинвертора, и, соответственно, его эффективность. Когда поворот фазы достигает 180 градусов, тоннель начинает откровенно и весьма эффективно глушить звук басового драйвера. Именно этим объясняется очень крутое падение звукового давления АС ниже частоты настройки фазоинвертора — 24 дБ/окт.
В борьбе с турбулентными призвуками конструкторы фазоинверторов постоянно экспериментируют
У закрытого ящика, между прочим, на частотах ниже резонансной спад АЧХ куда более плавный — 12 дБ/окт. Однако в отличие от глухой коробки, коробка с трубой в боковой стенке не заставляет конструкторов идти на любые хитрости ради максимального снижения резонансной частоты самого динамика, что довольно хлопотно и дорого. Тоннель фазоинвертора настроить куда проще — достаточно подобрать ее внутренний объем. Это, правда, в теории. На практике, как всегда, начинаются непредвиденные сложности, например, на больших уровнях громкости воздух на выходе из отверстия может шуметь почти как ветер в печном дымоходе. К тому же инертность системы частенько становится причиной падения скорости атаки и ухудшения артикуляции на басах. Одним словом, простор для экспериментов и оптимизации перед конструкторами фазоинверторных систем открывается просто невероятный.
Плюсы: Энергичная отдача на НЧ, возможность воспроизведения самых глубоких басов, относительная простота и дешевизна изготовления (при изрядной сложности расчета).
Минусы: В большинстве реализаций проигрывает закрытому ящику в скорости атаки и четкости артикуляции.
Обойдемся без катушки
Попытки избавиться от генетических проблем фазоинвертора, а заодно и сэкономить на объеме корпуса без ущерба для глубины баса, натолкнули разработчиков на идею заменить полую трубу на мембрану, приводимую в движение колебаниями все того же рабочего объема воздуха. Проще говоря, в закрытом ящике установили еще один низкочастотный драйвер, только без магнита и звуковой катушки.
Пассивный излучатель может увеличить эффективную поверхность диффузора вдвое, или даже в трое, если в одной колонке они установлены парой
Конструкция получила название «пассивный излучатель» (Passive radiator), которое сплошь и рядом не слишком грамотно переводят с английского как «пассивный радиатор». В отличие от трубы сабвуфера, пассивный диффузор занимает куда меньше пространства в корпусе, не так критичен к расположению, и к тому же он, как и воздух внутри закрытого ящика, демпфирует ведущий драйвер, сглаживая его АЧХ.
Пассивный излучатель сабвуфера REL S/5. Основной драйвер направлен в пол
Еще один плюс — с увеличением площади излучающей поверхности для достижения нужного звукового давления требуется меньшая амплитуда колебаний, а значит, снижаются последствия нелинейной работы подвеса. Колеблются оба диффузора синфазно, а резонансная частота свободной мембраны настраивается точной регулировкой массы — к ней попросту подклеивают грузик.
Плюсы: Компактность корпуса при впечатляющей глубине басов. Отсутствие фазоинверторных призвуков.
Минусы: Увеличение массы излучающих элементов приводит к росту переходных искажений и замедлению импульсного отклика.
Выход из лабиринта
Акустика, вооруженная фазоинверторами и пассивными излучателями, воспроизводит глубокие басы благодаря резонаторам, работающим при посредничестве воздуха внутри АС. Однако кто сказал, что объем колонки не может играть роль низкочастотного излучателя сам по себе? Конечно может, и соответствующая конструкция называется акустический лабиринт. По сути, она представляет собой волновод, протяженностью в половину или четверть длины волны, на которой планируется добиться резонанса системы. Иными словами конструкция настраивается по нижней границе частотного диапазона АС. Конечно использовать волновод полной длины волны было бы еще эффективнее, но тогда для частоты, скажем, 30 Гц, его пришлось бы делать 11-метровым.
Акустический лабиринт — любимая конструкция акустиков-самодельщиков. Но при желании корпуса самой хитрой формы можно заказать и в готовом виде
Чтобы в колонке разумных размеров уместить даже вдвое более компактную конструкцию, в корпусе устанавливают перегородки, формирующие максимально компактный изогнутый волновод, поперечным сечением примерно равным площади диффузора.
От фазоинвертора лабиринт отличается в первую очередь менее «резонансным» (то есть не акцентированным на определенной частоте) звучанием. Относительно низкая скорость и ламинарность движения воздуха в широком волноводе препятствует возникновению турбулентности, порождающей, как мы помним, нежелательные призвуки. Кроме того, в данном случае драйвер свободен от компрессии, повышающей резонансную частоту, ведь его тыловое излучение не встречает практически никаких препятствий.
Схема для расчета корпуса на dbdynamixaudio.com
Бытует мнение, что акустические лабиринты создают меньше проблем со стоячими волнами в комнате. Однако при малейших просчетах в разработке или изготовлении, стоячие волны могут возникнуть в самом волноводе, который, в отличие от фазоинвертора, имеет куда более сложную структуру резонансов.
Вообще надо сказать, что грамотный расчет и точная настройка акустического лабиринта — процессы весьма непростые и трудоемкие. Именно по этой причине данный тип корпуса встречается нечасто, и только в АС очень серьезного ценового уровня.
Плюсы: Не только хорошая отдача, но и высокая тональная точность басов.
Рупор — самый древний и, пожалуй, самый провокационный тип акустического оформления. Выглядит круто, если не сказать эпатажно, звучит ярко, а временами… В старых фильмах герои иногда кричат друг другу что-то в рупор, и характерная окраска такого звука давно стала мемом и в музыкальном, и в киношном мире.
Avantgarde Acoustics Trio с низкочастотным рупорным массивом Basshorn XD высотой 2,25 м
Конечно от жестяной воронки с ручкой теперешняя акустика ушла очень далеко, но принцип работы все тот же — рупор повышает сопротивление воздушной среды для лучшего согласования с относительно высоким механическим сопротивлением подвижной системы динамика. Таким образом, повышается его КПД, а заодно и формируется четкая направленность излучения. В отличие от всех описанных ранее конструкций, рупор чаще всего используется в высокочастотных звеньях АС. Причина проста — его сечение увеличивается по экспоненте, и чем ниже воспроизводимая частота, тем большим должен быть размер выходного отверстия — уже на 60 Гц потребуется раструб диаметром 1,8 м. Понятно, что такие монструозные конструкции больше подходят для стадионных концертов, где их действительно периодически можно встретить.
Главный козырь адептов рупорного воспроизведения заключается в том, что акустическое усиление позволяет при заданной звуковой отдаче уменьшить ход мембраны, а значит, поднять чувствительность и улучшить музыкальное разрешение. Да-да, снова кивок обладателям ламповых однотактников. К тому же при грамотном расчете раструбы могут играть роль акустических фильтров, круто отсекая звук за пределами своей полосы и позволяя ограничиться самыми простыми, а потому вносящими минимальные искажения электрическими кросоверами, а иногда и вообще обойтись без них.
Системы Realhorns — особая акустика для особых случаев
Скептики же не устают напоминать о характерной рупорной окраске, особенно заметной на вокале, и придающей ему характерную гнусавость. Побороть данную неприятность действительно нелегко, хотя судя по тому, как играют лучшие образцы High-End-рупоров, вполне реально.
Плюсы: Высокий акустический КПД, а значит, отличная чувствительность и неплохое музыкальное разрешение системы.
Минусы: Характерная трудноустранимая окраска звука, недетские размеры средне- и тем более низкочастотных конструкций.
Именно такой аналогией проще всего описать характер излучения контрапертурных акустических систем, впервые разработанных в Советском Союзе в 80-х годах прошлого века. Принцип работы нетривиален: пара одинаковых динамиков смонтирована так, что их диффузоры расположены друг напротив друга в горизонтальной плоскости и двигаются симметрично, то сжимая, то разжимая воздушную прослойку. В результате создаются кольцевые воздушные волны, равномерно расходящиеся во все стороны. Причем характеристики этих волн в процессе их распространения искажаются минимально, а их энергия затухает медленно — пропорционально расстоянию, а не его квадрату, как в случае обычных АС.
Duevel Sirius сочетает элементы рупорной и контрапертурной конструкций
Помимо дальнобойности и круговой направленности, контрапертурные системы интересны на удивление широкой вертикальной дисперсией (порядка 30 градусов против стандартных 4-8 гр.), а также отсутствием доплеровского эффекта. Для динамиков он проявляется в биениях сигнала, вызванных постоянным изменением расстояния от источника звука до слушателя из-за колебаний диффузора. Правда, реальная слышимость данных искажений до сих пор вызывает много споров.
Взаимное проникновение концентрических звуковых полей правой и левой колонок создают весьма обширную и равномерную зону объемного восприятия, то есть по сути вопрос точного позиционирования АС относительно слушателя становится не актуален.
Итальяно-российская контрапертурная акустика Bolzano Villetri
Обратная сторона медали — большая опасность ранних отражений этих волн от стен и мебели, о вредоносности которых я подробно рассказывал в статье «Азы акустики для чайников: как правильно расставить колонки в комнате».
Характерная особенность контрапертуры в том, что звук, приходящий к слушателю фактически со всех сторон, хотя и создает впечатляющий эффект присутствия, не может в полной мере передать информацию о звуковой сцене. Отсюда рассказы слушателей об ощущении летающего по комнате рояля и прочих чудесах виртуальных пространств.
Плюсы: Широкая зона эффектного объемного восприятия, натуралистичность тембров благодаря нетривиальному использованию волновых акустических эффектов.
Минусы: Акустическое пространство заметно отличается от звуковой сцены, задуманной при записи фонограммы.
Если вы думаете, что на этом список вариантов оформления колонок исчерпывается, значит вы сильно недооцениваете конструкторский энтузиазм электроакустиков. Я описал только наиболее ходовые решения, оставив за кадром близкую родственницу лабиринта — трансмиссионную линию, полосовой резонатор, корпус с панелью акустического сопротивления, нагрузочные трубы.
Nautilus от Bowers & Wilkins — одна из самых необычных, дорогих и авторитетных в плане звучания акустических систем. Тип оформления — нагрузочные трубы
Подобная экзотика встречается довольно редко, но иногда она материализуется в конструкции с действительно уникальным звучанием. А иногда и нет. Главное не забывать, что шедевры, как и посредственности, встречаются во всех оформлениях, что бы ни говорили идеологи того или иного бренда.