Акустическая система своими руками: выбор динамиков, акустического оформления, изготовление

Сделать звуковые колонки своими руками – с этого у многих начинается увлечение сложным, но очень интересным делом – техникой звуковоспроизведения. Начальным побуждением часто становятся экономические соображения: цены на брендовую электроакустику завышены не чрезмерно – безобразно нагло. Если уж заклятые аудиофилы, не скупящиеся на раритетные радиолампы для усилителей и плоский серебряный провод для намотки звуковых трансформаторов, сетуют на форумах, что цены на акустику и динамики для нее систематически вздуваются, то проблема действительно серьезна. Желаете колонки для дома по 1 млн. руб. пара? Извольте, найдутся и подороже. Поэтому материалы данной статьи рассчитаны в первую очередь для самых-самых начинающих: им нужно быстро, просто и недорого убедиться, что творение рук своих, на все для которого ушло средств в десятки раз меньше, чем на «крутой» бренд, может «петь» не хуже или по крайней мере сравнимо. Но, возможно, кое-что из изложенного окажется откровением и для мэтров любительской электроакустики – если будет удостоено прочтением оными.

Акустические системы промышленного и любительского изготовления и динамики для них

Колонка или АС?

Звуковая колонка (КЗ, колонка звуковая) это один из видов акустического оформления электродинамических головок громкоговорителей (ГГ, динамиков), предназначенный для технико-информационного озвучивания больших общественных помещений. Вообще же акустическая система (АС) состоит из первичного излучателя звука (ИЗ) и его акустического оформления, обеспечивающего требуемое качество звучания. Домашние АС по большей части с виду похожи на звуковые колонки, поэтому их так и прозвали. Электроакустические системы (ЭАС) имеют в своем составе также электрическую часть: провода, клеммы, разделительные фильтры, встроенные усилители мощности звуковой частоты (УМЗЧ, в активных АС), вычислительные устройства (в АС с цифровой расфильтровкой каналов) и др. Акустическое оформление бытовых АС размещается как правило в корпусе, отчего они и выглядят более-менее вытянутыми вверх колоннами.

Акустика и электроника

Акустика идеальной АС возбуждается во всем диапазоне слышимых частот 20-20 000 Гц одним широкополосным первичным ИЗ. Электроакустика медленно, но уверенно идет к идеалу, однако лучшие результаты показывают пока еще АС с разделением частот на каналы (полосы) НЧ (20-300 Гц, низкие частоты, басы), СЧ (300-5000 Гц, средние) и ВЧ (5000-20 000 Гц, высокие, верха) или НЧ-СЧ и ВЧ. Первые, естественно, называются 3-х полосным, а вторые – 2-х полосными. Начинать осваиваться в электроакустике лучше всего с 2-полосных АС: они позволяют в домашних условиях без излишних затрат и сложностей получить звук качества до высокого Hi-Fi (см. ниже) включительно. Звуковой сигнал от УМЗЧ или, в активных АС, маломощный от первичного источника (плеера, звуковой карты компьютера, тюнера и т.п.) распределяется по частотным каналам разделительными фильтрами; это называется расфильтровкой каналов, как сами разделительные фильтры.

Далее в статье рассматривается преимущественно, как сделать колонки, обеспечивающие хорошую акустику. Электронная часть электроакустики – предмет особого серьезного обсуждения, и не одного. Здесь нужно заметить только, что, во-первых, поначалу не нужно браться за близкую к идеальной, но сложную и дорогую цифровую расфильтровку, а применить пассивную на индуктивно-емкостных фильтрах. Для 2-полосной АС нужна всего одна вилка разделительных фильтров низких и высоких частот (ФНЧ/ФВЧ).

Для расчета разделительных лестничных фильтров АС есть специальные программы, напр. JBL Speaker Shop. Однако в домашних условиях индивидуальная настройка каждой вилки под конкретный экземпляры динамиков, во-первых, не бьет по производственным расходам в серийном производстве. Во-вторых, замена ГГ в АС требуется только в исключительных случаях. Значит, к расфильтровке частотных каналов АС можно подойти нетрадиционно:

1. Частоту раздела НЧ-СЧ м ВЧ принимают не ниже 6 кГц, иначе не получится достаточно равномерной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) всей АС в области СЧ, что очень плохо, см. далее. К тому же, при высокой частоте раздела фильтр получается недорогим и компактным;
2. Прототипами для расчета фильтра берут звенья и полузвенья фильтров типа K, т.к. их фазочастотные характеристики (ФЧХ) абсолютно линейны. Без соблюдения этого условия АЧХ в области частоты раздела получится существенно неравномерной и в звучании появятся призвуки;
3. Для получения исходных к расчету данных нужно измерить импеданс (полное электрическое сопротивление) НЧ-СЧ и ВЧ ГГ на частоте раздела. Указанные в паспорте ГГ 4 или 8 Ом – их активное сопротивление на постоянном токе, а импеданс на частоте раздела будет больше. Измеряется импеданс достаточно просто: ГГ подключают к генератору звуковых частот (ГЗЧ), настроенному на частоту раздела, с выходом не слабее 10 В на нагрузку в 600 Ом через резистор заведомо большого сопротивления, напр. 1 кОм. Можно воспользоваться маломощным ГЗЧ и УМЗЧ высокой верности. Импеданс определяется по отношению напряжений звуковой частоты (ЗЧ) на резисторе и ГГ;
4. Импеданс НЧ-СЧ звена (ГГ, головки) принимают за характеристическое сопротивление ρн фильтра низких частот (ФНЧ), а импеданс ВЧ головки – за ρв фильтра высоких частот (ФВЧ). То, что они разные – ну и шут с ними, выходное сопротивление УМЗЧ, «раскачивающего» АС, пренебрежимо мало по сравнению с тем и тем;
5. Со стороны УМЗЧ ставят звенья ФНЧ и ФВЧ отражающего типа, чтобы не перегружать усилитель и не отбирать мощность у сопряженного канала АС. К ГГ обращают, наоборот, поглощающие звенья, что отдача от фильтра не давала призвуков. Таким образом, ФНЧ и ФВЧ АС будут иметь не менее звена с полузвеном;
6. Затухание ФНЧ и ФВЧ на частоте раздела берут равным 3 дБ (в 1,41 раза), т.к. крутизна скатов K-фильтров невелика и равномерна. Не 6 дБ, как может показаться, т.к. фильтры рассчитываются по напряжению, а подводимая к ГГ мощность зависит от него по квадрату;
7. Наладка фильтра сводится к «приглушению» слишком громкого канала. Измеряют громкости каналов на частоте раздела с помощью компьютерного микрофона, отключая поочередно ВЧ и НЧ-СЧ. Степень «глушения» определяется как корень квадратный из отношения громкости каналов;
8. Избыточную громкость канала убирают парой резисторов: гасящий на доли или единицы Ом включают последовательно с ГГ, а параллельно им обоим – выравнивающий большего сопротивления, чтобы импеданс ГГ с резисторами остался неизменным.

Пояснения к методике

У технически сведущего читателя может возникнуть вопрос: так у вас что же, фильтр на комплексную нагрузку работает? Да, и в данном случае – ничего страшного. ФЧХ K-фильтров линейна, как сказано, а Hi-Fi УМЗЧ практически идеальный источник напряжения: его выходное сопротивление Rвых – единицы и десятки мОм. При таких условиях «отражёнка» от реактанса ГГ частично затухнет в выходном поглощающем звене/полузвене фильтра, но большей частью просочится обратно на выход УМЗЧ, где и сгинет без следа. В сопряженный канал фактически ничего не пройдет, т.к. ρ его фильтра многократно больше Rвых. Тут одна опасность: если импеданс ГГ и ρ разные, то в цепи выход фильтра – ГГ начнется циркуляция мощности, отчего басы станут тусклыми, «плоскими», атаки на СЧ затянутыми, а верха – резкими, с подсвистом. Поэтому подгонять импеданс ГГ и ρ нужно точно, а в случае замены ГГ канал придется настраивать заново.

Примечание: не пытайтесь расфильтровывать активные АС аналоговыми активными фильтрами на операционных усилителях (ОУ). Добиться линейности их фазовых характеристик в широком диапазоне частот невозможно, поэтому, напр., аналоговые активные фильтры так и не прижились толком в технике электросвязи.

Что такое хайфай

Hi-Fi, как известно, сокращение от High Fidelity – высокая верность (воспроизведения звука). Понятие Hi-Fi изначально принималось как расплывчатое и не подлежащее стандартизации, но постепенно выработалось неформальное деление его на классы; цифрами в списке обозначены соответственно диапазон воспроизводимых частот (рабочий диапазон), максимально допустимый коэффициент нелинейных искажений (КНИ) на номинальной мощности (см. далее), минимально допустимый динамический диапазон относительно собственных шумов помещения (динамика, отношение максимальной громкости к минимальной), максимально допустимые неравномерность АЧХ на СЧ и ее завал (спад) на краях рабочего диапазона:

• Абсолютный или полный – 20-20 000 Гц, 0,03% (–70 дБ), 90 дБ (в 31 600 раз), 1 дБ (в 1,12 раза), 2 дБ (в 1,25 раза).
• Высокий или тяжелый – 31,5-18 000 Гц, 0,1% (–60 дБ), 75 дБ (в 5600 раз), 2 дБ, 3 дБ (в 1,41 раза).
• Средний или базовый – 40-16 000 Гц, 0,3% (–50 дБ), 66 дБ (в 2000 раз), 3 дБ, 6 дБ (в 2 раза).
• Начальный – 63-12 500 Гц, 1% (–40 дБ), 60 дБ (в 1000 раз), 6 дБ, 12 дБ (в 4 раза).

Любопытно, что высокий, базовый и начальный Hi-Fi примерно соответствуют высшему, первому и второму классам бытовой электроакустики по системе СССР. Понятие абсолютного Hi-Fi возникло с появлением конденсаторных, пленочно-панельных (изодинамических и электростатических), струйных и плазменных излучателей звука. Тяжелым (Heavy) высокий Hi-Fi обозвали англо-саксы, т.к. High High Fidelity по-английски все равно что масло масленое.

Какой нужен хайфай?

Домашняя акустика для современной квартиры или дома с хорошей звукоизоляцией должна удовлетворять условиям на базовый Hi-Fi. Высокий там, конечно, хуже не зазвучит, но обойдется много дороже. В блочной хрущевке или брежневке, как их не изолируй, начальный и базовый Hi-Fi различают только профессиональные эксперты. Основания для такого загрубления требований к домашней акустике следующие.

Во-первых, полный диапазон звуковых частот слышат буквально единицы людей из всего человечества. Люди, одаренные особо тонким музыкальным слухом, такие как Моцарт, Чайковский, Дж. Гершвин, слышат высокий Hi-Fi. Опытные профессиональные музыканты в концертном зале уверенно воспринимают базовый Hi-Fi, а 98% рядовых слушателей в звукомерной камере по частоте почти никогда не различают начальный и базовый.

Кривые равной громкости

Во-вторых, в наиболее слышимой области СЧ человек по динамике различает звуки в диапазоне 140 дБ, считая от порога слышимости в 0 дБ, равного интенсивности звукового потока в 1 пВт на кв. м, см. рис. справа кривые равной громкости. Звук громче 140 дБ это уже боль, а затем – повреждение органов слуха и контузия. Симфонический оркестр расширенного состава на мощнейшем фортиссимо выдает динамику звука до 90 дБ, а в залах Большого Оперного, Миланского, Парижского, Венского оперных театров и Метрополитен-оперы в Нью-Йорке способен «разогнаться» до 110 дБ; таков же динамический диапазон ведущих джаз-бандов с симфоническим сопровождением. Это – предел восприятия, громче которого звук превращается в еще терпимый, но уже бессмысленный шум.

Примечание: рок-группы могут играть и громче 140 дБ, чем по молодости увлекались Элтон Джон, Фредди Меркюри и Роллинг Стоунз. Но динамика рока не превышает 85 дБ, т.к. нежнейшее пианиссимо рок-музыканты не могут сыграть при всем желании – аппаратура не позволяет, а рока «на духу» не бывает. Что до попсы любого рода и саундтреков к фильмам, то это вообще не тема – их динамический диапазон уже при записи сжимают до 66, 60 и даже 44 дБ, чтобы можно было слушать на чем попало.

В-третьих, естественные шумы в тишайшей гостиной загородного дома за задворках цивилизации – 20-26 дБ. Санитарная норма шума в читальном зале библиотеки – 32 дБ, а шелест листьев на свежем ветру – 40-45 дБ. Отсюда ясно, что динамики высокого Hi-Fi в 75 дБ более чем достаточно для осмысленного прослушивания в бытовых условиях; динамика современных УМЗЧ среднего уровня, как правило, не хуже 80 дБ. В городской квартире распознать по динамике базовый и высокий Hi-Fi практически невозможно.

Примечание: в помещении, зашумленном более чем на 26 дБ, частотный диапазон избранного Hi-Fi можно сузить до пред. класса, т.к. сказывается эффект маскировки – на фоне невнятных шумов чувствительность уха по частоте падает.

Но чтобы Hi-Fi был хайфаем, а не «счастьем» для «любимых» соседей и вредом для здоровья владельца, нужно обеспечить еще возможно меньшие искажения звука, верное воспроизведение НЧ, гладкую АЧХ в области СЧ, и определиться с необходимой для озвучивания данного помещения электрической мощностью АС. С ВЧ проблем, как правило, не бывает, т.к. их КНИ «уходят» в неслышимую ультразвуковую область; нужно только поставить в АС хорошую ВЧ головку. Тут достаточно заметить, что, если вы предпочитаете классику и джаз, ВЧ ГГ лучше брать с диффузором на мощность 0,2-0,3 от таковой НЧ канала, напр. 3ГДВ-1-8 (2ГД-36 по-старому) и подобные. Если же вас «прёт» от жестких верхов, то оптимальной будет ВЧ ГГ с купольным излучателем (см. далее) мощностью 0,3-0,5 от мощности НЧ звена; игру на барабанах щетками натурально воспроизводят только купольные «пищалки». Впрочем, хорошая купольная ВЧ ГГ годится для любой музыки.

Искажения

Искажения звука возможны линейные (ЛИ) и нелинейные (НИ). Линейные искажения это, попросту, несоответствие среднего уровня громкости условиям прослушивания, для чего в любом УМЗЧ и есть регулятор громкости. В дорогие 3-полосные АС для высокого Hi-Fi (напр., советские АС-30, они же S-90) часто вводят и аттенюаторы мощности для СЧ и ВЧ, чтобы возможно точнее подогнать АЧХ АС к акустике помещения.

Что касается НИ, то им, как говорится, несть числа и постоянно обнаруживаются новые. Наличие НИ в звуковом тракте выражается в том, что форма выходного сигнала (который звук уже в воздухе) не вполне идентична форме исходного сигнала от первичного источника. Более всего портят чистоту, «прозрачность» и «сочность» звука след. НИ:

1. Гармонические – обертоны (гармоники), кратные основной частоте воспроизводимого звука. Проявляются как излишне рокочущий бас, резкие и жесткие СЧ и ВЧ;
2. Интермодуляционные (комбинационные) – суммы и разности частот составляющих спектра исходного сигнала. Сильные комбинационные НИ слышны как хрип, а слабые, но портящие звук можно распознать только в лаборатории многосигнальным или статистическим на тестовых фонограммах методами. На слух же – звук вроде чистый, но какой-то не такой;
3. Переходные – «дрожания» формы выходного сигнала при резких нарастаниях/спадах исходного. Проявляют себя короткими хрипами и всхлипываниями, но нерегулярно, на скачках громкости;
4. Резонансные (призвуки) – подзвон, дребезг, бубнение;
5. Фронтальные (искажения атаки звука) – затягивание или, наоборот, форсирование резких изменений общей громкости. Почти всегда возникают совместно с переходными;
6. Шумовые – гул, шелест, шипение;
7. Нерегулярные (спорадические) – щелчки, трески;
8. Интерференционные (ИИ или ИФИ, чтобы не путать с интермодуляционными). Характерны именно для АС, в УМЗЧ ИФИ не возникают. Очень вредны, т.к. отлично слышны и неустранимы без капитальной переделки АС. Подробнее об ИФИ см. ниже.

Примечание: «хрип» и пр. образные описания искажения здесь и далее даны с точки зрения Hi-Fi, т.е. как уже слышимые искушенными слушателями. А, напр., речевые динамики проектируются на КНИ при номинальной мощности 6% (в Китае – на 10%) и 1<Q<1,4, см. далее.

Кроме интерференции, АС могут давать преимущественно НИ по пп. 1, 3, 4 и 5; щелчки и трески тут возможны как результат некачественного изготовления. С переходным и фронтальными НИ в АС борются, подбирая подходящие ГГ (см. далее) и акустическое оформление для них. Способы избежать призвуков – рациональная конструкция корпуса АС и правильный выбора материала для него, также см. далее.

На гармонических НИ в АС нужно задержаться, т.к. они принципиально отличны от таковых в полупроводниковых УМЗЧ и сходны с гармоническими НИ ламповых УНЧ (усилителей низкой частоты, старое название УМЗЧ). Транзистор – квантовый прибор, и его передаточные характеристики аналитическими функциями не выражаются принципиально. Следствие – точно просчитать все гармоники транзисторного УМЗЧ невозможно, а их спектр тянется до 15-ой и более высоких компонент. Также в спектре транзисторных УМЗЧ велика доля комбинационных составляющих.

Единственный способ управиться со всем этим безобразием – упрятать НИ поглубже под собственные шумы усилителя, которые, в свою очередь, должны быть многократно ниже естественных шумов помещения. Надо сказать, что современная схемотехника справляется с этой задачей вполне успешно: по теперешним представлениям УМЗЧ с 1% КНИ и –66 дБ шумов «никакой», а с 0,06% КНИ и –80 дБ шумов довольно-таки средненький.

С гармоническими НИ динамиков АС дело обстоит иначе. Их спектр, во-первых, как и у ламповых УНЧ, чистый – только обертоны без заметной примеси комбинационных частот. Во-вторых, гармоники АС прослеживаются, тоже как у ламп, не выше 4-й. Такой спектр НИ не портит заметно звук и при КНИ в 0,5-1%, что подтверждается экспертными оценками, а причина «грязного» и «вялого» звука самодельных АС кроется чаще всего в плохой АЧХ на СЧ. К сведению, если трубач не почистил как следует инструмент перед концертом и во время игры не выплескивает своевременно слюну из амбушюра, то КНИ, скажем, тромбона, может вырасти до 2-3%. И ничего, играют, слушателям нравится.

Вывод отсюда следует очень важный и благоприятный: диапазон воспроизводимых частот и собственные гармонические НИ АС не являются параметрами, критически важными для качества создаваемого ею звука. Звучание АС с 1% и даже 1,5% гармонических НИ эксперты могут отнести к базовому, а то и высокому Hi-Fi, если выполнены соотв. условия по динамике и гладкости АЧХ.

Интерференция

ИФИ – результат схождения звуковых волн от рядом расположенных источников синфазно или в противофазе. Результат – всплески, вплоть до рези в ушах, или провалы почти но нуля, громкости на отдельных частотах. В свое время первенец советского Hi-Fi 10МАС-1 (не 1М!) была срочно снята с производства после того, как музыканты обнаружили, что эта АС совсем не воспроизводит ля второй октавы (насколько помнится). На заводе-то прототип «гоняли» в звукомерке трехсигнальным методом, допотопным уже тогда, а должности эксперта с музыкальным слухом в штатном расписании не было. Один из парадоксов развитого социализма.

Вероятность возникновения ИФИ резко растет с повышением частоты и, соотв., уменьшением длины волны звука, т.к. для этого расстояние между центрами излучателей должно быть кратным половине длины волны воспроизводимой частоты. На СЧ и ВЧ последняя изменяется от единиц дециметров до миллиметров, поэтому ставить в АС две-несколько СЧ и ВЧ ГГ нельзя никак – ИФИ тогда не избежать, т.к. расстояния между центрами ГГ получатся того же порядка. Вообще, золотое правило электроакустики – по одному излучателю на полосу, а бриллиантовое – одна широкополосная ГГ на весь частотный диапазон.

Длина волн НЧ – метры, что много больше не только расстояния между ГГ, но и размеров АС. Поэтому производители и опытные любители часто увеличивают мощность АС и улучшают басы, спаривая или счетверяя (ставя квадруплетом) НЧ ГГ. Однако начинающему так делать не следует: может возникнуть внутренняя интерференция отраженных волн, «гуляющих» с самой АС. На слух она проявляется как резонансные НИ: бухтит, гундосит, дребезжит, почему – непонятно. Так что следуйте драгоценным правилам, чтобы не перебирать раз за разом всю АС без толку.

Примечание: ставить в АС нечетное количество одинаковых ГГ нельзя ни в коем случае – ИФИ тогда гарантированы 100%

СЧ

На воспроизведение средних частот начинающие любители обращают мало внимания – их, мол, любой динамик «пропоет» – а зря. СЧ слышны лучше всего, на них же приходятся исходные («правильные») гармоники основы всего – басов. Неравномерность АЧХ АС на СЧ способна дать очень сильно портящие звук комбинационные НИ, т.к. спектр любой фонограммы «плавает» по частотному диапазону. Особенно – если в АС используются эффективные и недорогие динамики с коротким ходом диффузора, см. далее. Субъективно, при прослушивании, эксперты однозначно отдают предпочтение АС с АЧХ на СЧ, плавно меняющейся по диапазону частот в пределах 10 дБ перед той, у которой есть 3 провала или «бугра» по 6 дБ. Поэтому, проектируя и делая АС, нужно на каждом шаге тщательно проверять: а не «загорбатится» ли от этого АЧХ на СЧ?

Примечание, кстати о басах: рокерский анекдот. Итак, молодая перспективная группа прорвалась на престижный фестиваль. Через полчаса им выходить, а они уже за кулисами, волнуются, ждут, но басист загулял где-то. 10 минут до выхода – его нет, 5 минут – тоже нет. Выход машут, а басиста все нет. Что делать? Ну, будем играть без баса. Невыход это мгновенный крах карьеры навечно. Сыграли без баса, понятно, как. Бредут к служебному выходу, плюются, матюкаются. Глядь – басист, поддатый, с двумя тёлками. Они к нему – ах ты, козлина, ты хоть понимаешь, как ты нас кинул?!! Ты где был?! – Да я решил в зале послушать. – И что ты там наслушал? – Чуваки, без баса – отстой!

НЧ

Бас в музыке все равно что фундамент для дома. И точно так же «нулевой цикл» электроакустики самый трудный, сложный и ответственный. Слышимость звука зависит от потока энергии звуковой волны, который зависит от частоты по квадрату. Стало быть, басы слышны хуже всего, см. рис. с кривыми равной громкости. Для «закачки» энергии в НЧ нужны мощные динамики и УМЗЧ; реально на басы тратится более половины мощности усилителя. Но на больших мощностях растет вероятность возникновения НИ, самые сильные и, разумеется, слышимые составляющие спектра которых от басов придутся как раз на лучше всего слышимые СЧ.

«Накачка» НЧ осложняется еще и тем, что размеры ГГ и всей АС малы сравнительно с длинами волн НЧ. Любой источник звука отдает ему энергию тем лучше, чем больше его размеры относительно длины звуковой волны. Акустический КПД динамиков на НЧ – единицы и доли процента. Поэтому большая часть работ и хлопот по созданию АС сводится к тому, чтобы заставить ее получше воспроизводить НЧ. Но напомним еще раз: не забывайте при этом как можно чаше контролировать чистоту СЧ! Собственно же создание НЧ тракта АС сводится к:

• Определению потребной электрической мощности НЧ ГГ.
• Выбору НЧ ГГ, подходящей для данных условий прослушивания.
• Выбору оптимального для выбранной НЧ ГГ акустического оформления (конструкции корпуса).
• Правильному его изготовлению в пригодном материале.

Мощность

Стандартный акустический экран

Отдача по звуку в дБ (характеристическая чувствительность) указывается в паспорте динамика. Измеряется она в звукомерной камере в 1 м от центра ГГ измерительным микрофоном, расположенным строго по ее оси. ГГ ставят на звукомерный щит (стандартный акустический экран, см. рис. справа) и подводят электрическую мощность 1 Вт (0,1 Вт для ГГ мощностью меньше 3 Вт) на частоте 1000 Гц (200 Гц, 5000 Гц). Теоретически по этим данным, классу желаемого Hi-Fi и параметрам помещения/области прослушивания (местной акустике) можно рассчитать требуемую электрическую мощность ГГ. Но на деле учет местной акустики настолько сложен и неоднозначен, что с этим и специалисты редко морочатся.

Примечание: ГГ для измерений смещают от центра экрана затем, чтобы избежать интерференции звуковых волн от фронтальной и тыльной излучающих поверхностей. Материал экрана обычно – пирог из 5-ти слоев неошкуренной 3-слойной сосновой фанеры на казеиновом клею толщиной по 3 мм и 4-прокладок между ними из натурального войлока толщиной по 2 мм. Клеится все вместе тоже казеином или ПВА.

Гораздо проще идти от имеющихся условий на техническое озвучивание слабо зашумленных помещений, с поправками на динамику и частотный диапазон Hi-Fi, тем более, что полученные результаты в таком случае лучше согласуются с известными эмпирическими данными и экспертными оценками. Тогда для начального Hi-Fi нужно, при высоте потолка до 3,5 м, 0,25 Вт номинальной (долговременной) электрической мощности ГГ на 1 кв. м площади пола, для базового Hi-Fi – 0,4 Вт/кв. м, а для высокого – 1,15 Вт/кв. м.

Следующий шаг – учет реальных условий прослушивания. Динамики на сотню Вт, способные работать и на микроваттных уровнях, чудовищно дороги, с одной стороны. С другой – если для прослушивания не выделено отдельное помещение, оборудованное как звукомерная камера, то их «микрошепота» на тишайшем пианиссимо в любой жилой комнате и слышно не будет (см. выше об уровнях естественных шумов). Поэтому увеличиваем полученные значения вдвое-втрое, чтобы «оторвать» прослушиваемое от шумового фона. Получаем для начального Hi-Fi от 0,5 Вт/кв. м, базового от 0,8 Вт/кв. м и для высокого от 2,25 Вт/кв. м.

Далее, поскольку нам нужен хайфай, а не просто разборчивость речи, нужно от номинальной мощности перейти к пиковой (музыкальной). «Сок» звука зависит в первую очередь от динамики его громкости. КНИ ГГ на пиках громкости не должен превосходить его значения для Hi-Fi на класс ниже избранного; для начального Hi-Fi берем на пике КНИ 3%. В торговых спецификациях на Hi-Fi динамики указывается именно пиковая мощность как более значимая. По советско-российской методике пиковая мощность равна 3,33 долговременной; по методикам западных фирм «музыка» равна 5-8 номиналам, но – стоп пока!

Примечание: китайские, тайваньские, индийские и корейские методики – в игнор. Они для базового (!) Hi-Fi на пике принимают телефонный КНИ в 6%. А вот Филиппины, Индонезия и Австралия меряют свои динамики грамотно.

Дело в том, что все без исключения западные производители Hi-Fi ГГ безбожно завышают пиковую мощность своих изделий. Лучше бы продвигали свои КНИ и ровность АЧХ, тут им действительно есть чем гордиться. Да вот только рядовой забугорный обыватель таких сложностей понимать не станет, а если на динамике наляпано «180W», «250W», «320W», это реально круто. В действительности же прогоны динамиков «оттуда» в звукомерке дают их пики в 3,2-3,7 номиналов. Что вполне объяснимо, т.к. обосновано данное соотношение физиологически, т.е. строением наших с вами ушей. Вывод – нацелившись на западные ГГ, выходите на фирменный сайт, ищите там номинальную мощность и умножайте на 3,33.

Примечание 9, насчет обозначений пика и номинала: в России по старой системе цифры перед буквами в обозначении динамика указывали его номинальную мощность, а теперь дают пиковую. Но одновременно изменены были и корень с суффиксом обозначения. Поэтому один и тот же динамик может обозначаться совсем по разному, примеры см. ниже. Правду ищите с справочных источниках или на Яндексе. Там, какое обозначение ни введи, в результатах будет новое, а рядом в скобках старое.

В конечном итоге получаем для комнаты до 12 кв. м пик для начального Hi-Fi в 15 Вт, базового в 30 Вт и высокого в 55 Вт. Это наименьшие допустимые значения; взять ГГ еще вдвое-втрое мощнее, будет лучше, если только не слушается симфоническая классика и очень серьезный джаз. Для них желательно ограничиться мощностью в 1,2-1,5 от минимальной, иначе на пиках громкости возможны хрипы.

Можно обойтись еще проще, ориентируясь на проверенные прототипы. Для начального Hi-Fi в комнате до 20 кв. м подойдет ГГ 10ГД-36К (10ГДШ-1 по-старому), для высокого – 100ГДШ-47-16. Расфильтровка им не нужна, это широкополосные ГГ. С базовым Hi-Fi сложнее, подходящего широкополосника для него не обнаруживается, нужно делать 2-полосную АС. Тут на первых порах оптимальное решение – повторить электрическую часть старой советской АС S-30B. Эти колонки уже десятилетия исправно и очень хорошо «поют» в квартирах, кафешках и просто на улице. Обшарпанные донельзя, но звук держат.

Электрическая схема разделительных фильтров АС S-30B и указания к ней для намотки катушек

Разделительные фильтры АС S-30B со схемой индикации перегрузки

Схема расфильтровки S-30B (без индикации перегрузки) дана на рис. слева. Незначительная доработка произведена для уменьшения потерь в катушках и возможности подгонки под различные НЧ ГГ; при желании отводы от L1 можно сделать чаще, в пределах 1/3 общего к-ва витков w, считая от правого по схеме конца L1, подгонка будет точнее. Справа – указания и формулы для самостоятельного расчета и изготовления катушек фильтров. Деталей прецизионной точности для этой расфильтровки не требуется; отклонения индуктивности катушек на +/–10% также не влияют заметно на звучание. Движок R2 целесообразно вывести на заднюю стенку для оперативной подгонки АЧХ под комнату. К импедансу динамиков схема мало чувствительна (в отличие от расфильтровки на K-фильтрах), поэтому вместо указанных можно применять другие ГГ, подходящие по мощности и сопротивлению. Одно условие: высшая воспроизводимая частота (ВВЧ) НЧ ГГ по уровню –20 дБ должна быть не ниже 7 кГц, а низшая воспроизводимая частота (НВЧ) ВЧ ГГ на том же уровне – не выше 3 кГц. Сдвигая-раздвигая L1 и L2, можно несколько корректировать АЧХ в области частоты раздела (5 кГц), не прибегая к таким сложностям, как фильтр Цобеля, способным к тому же увеличивать переходные искажения. Конденсаторы – пленочные с изоляцией из ПЭТ или фторопласта и напылёнными обкладками (MKP) К78 или К73-16; в крайнем случае – К73-11. Резисторы – металлопленочные (MOX). Провода – аудио из бескислородной меди сечением от 2,5 кв. мм. Монтаж – только на пайке. На рис. справа показано, как выглядит оригинальная расфильтровка S-30B (со схемой индикации перегрузки), а на рис. ниже слева дана популярная за рубежом схема 2-полосной расфильтровки без магнитной связи между катушками (почему и полярность их не указана). Справа там же, на всякий случай – 3-полосная расфильтровка советской АС S-90 (35АС-212).

Схемы разделительных фильтров для 2-полосной и 3-полосной акустических систем

О проводах

Специальные аудиопровода – не порождение массового психоза и не маркетинговый трюк. Эффект, открытый радиолюбителями, ныне подтвержден исследованиями и признан специалистами: если в меди провода есть примесь кислорода, на кристаллитах металла образуется тончайшая, буквально в молекулу, пленочка окисла, от которой звуковому сигналу может быть что угодно, кроме улучшения. В серебре такого эффекта не обнаруживается, отчего утонченные аудиогурманы и не скупятся на серебряный провод: торговцы беззастенчиво жульничают с медным проводами, т.к. отличить бескислородную медь от обычной электротехнической можно только в специально оборудованной лаборатории.

Динамики

Качество первичного излучателя звука (ИЗ) на басах определяет звучание АС прим. на 2/3; на СЧ и верхах – практически нацело. В любительских АС почти всегда ИЗ являются электродинамические ГГ (динамики). Изодинамические системы достаточно широко используются в высококлассных наушниках (напр. ТДС-7 и ТДС-15, которыми охотно пользуются профи для контроля звукозаписи), но создание мощных изодинамических ИЗ наталкивается на непреодолимые пока технические трудности. Что до прочих первичных ИЗ (см. перечень в начале), то они пока далеко еще не «доведены до ума». Особенно это касается цен, надежности, долговечности и стабильности характеристик в процессе эксплуатации.

Приобщаясь к электроакустике, знать о том, как устроены и работают в акустических системах динамики, нужно следующее. Возбудитель динамика – тонкая катушка из провода, колеблющаяся в кольцевом зазоре магнитной системы под воздействием тока звуковой частоты. Катушка жестко связана с собственно излучателем звука в пространство – диффузором (на НЧ, СЧ, иногда – на ВЧ) или тонкой, очень легкой и жесткой купольной диафрагмой (на ВЧ, редко – на СЧ). Эффективность излучения звука сильно зависит от диаметра ИЗ; точнее – от его отношения к длине волны излучаемой частоты, но вместе с тем с увеличением диаметра ИЗ растет и вероятность возникновения нелинейных искажений (НИ) звука вследствие упругости материала ИЗ; точнее – не бесконечной его жесткости. Борются с НИ в ИЗ, выполняя излучающие поверхности из звукопоглощающих (антиакустических) материалов.

Диаметр диффузора больше диаметра катушки, и в диффузорных ГГ он и катушка крепятся к корпусу динамика отдельными гибкими подвесами. Конфигурация диффузора – полый конус с тонкими стенками, обращенный вершиной к катушке. Подвес катушки держит одновременно и вершину диффузора, т.е. его подвес двойной. Образующая конуса может быть прямолинейной, параболической, экспоненциальной и гиперболической. Чем круче конус диффузора сходится к вершине, тем выше отдача и меньше НИ динамика, но одновременно сужается его частотный диапазон и возрастает направленность излучения (сужается диаграмма направленности ДН). Сужение ДН сужает также зону стереоэффекта и отодвигает ее от фронтальной плоскости пары АС. Диаметр диафрагмы равен диаметру катушки и отдельного подвеса для нее нет. Это резко снижает КНИ ГГ, т.к. подвес диффузора – весьма заметный источник НИ звука, а материал для диафрагмы можно брать очень жесткий. Однако хорошо излучать звук диафрагма способна только на достаточно высоких частотах.

Катушка и диффузор или диафрагма вместе с подвесами составляют подвижную систему (ПС) ГГ. У ПС есть частота собственного механического резонанса Fр, на которой подвижность ПС резко возрастает, и добротность Q. Если Q>1, то динамик без правильно подобранного и выполненного акустического оформления (см. далее) на Fр захрипит на мощности меньше номинальной, не то что пиковой, это т. наз. запирание ГГ. К искажениям запирание не относится, т.к. является конструкторско-производственным браком. Если 0,7<Q<1, то на АЧХ в окрестности Fр появится сильный, трудноустранимый горб и резко возрастут НИ. В случае, когда 0,5<Q<0,7, небольшой всплеск АЧХ на Fр можно исправить схемотехнически в УМЗЧ эквалайзером или в расфильтровке АС. Наконец, если Q<0,5, Fр ГГ на АЧХ не влияет, это т. наз. безразличный резонанс. Эти закономерности особенно сильно проявляются на НЧ, т.к. с увеличением частоты растет поглощение резонансных колебаний в материале ИЗ. Вместе с тем при уменьшении Q падает и отдача ГГ, поэтому при разработке СЧ-ВЧ ГГ задаются 0,7<Q<1, а Fр стараются сдвинуть за пределы рабочего диапазона частот. НЧ ГГ среднего качества разрабатываются на 0,5<Q<0,7, а высокого – на Q<0,5.

Эффективность передачи ИЗ энергии электрического сигнала звуковым волнам в воздухе определяется мгновенным ускорением диффузора/диафрагмы (кто знаком с матанализом – второй производной его смещения по времени), т.к. воздух – легко сжимаемая и очень текучая среда. Мгновенное ускорение катушки, толкающей/тянущей диффузор/диафрагму, должно быть несколько больше, иначе она не «раскачает» ИЗ. Несколько, но не намного. В противном случае катушка будет изгибать и заставлять вибрировать излучатель, что приведет к появлению НИ. Это т. наз мембранный эффект, при котором в материале диффузора/диафрагмы распространяются продольные волны упругости. Попросту говоря, диффузор/диафрагма должны чуть-чуть «тормозить» катушку. И тут опять противоречие – чем сильнее излучатель «тормозит», тем сильнее он излучает. На практике «торможение» излучателя делают таким, чтобы его НИ во всем диапазоне частот и мощностей укладывались в норму для заданного класса Hi-Fi.

Примечание, вывод: не пытайтесь «выжать» из динамиков того, чего они не могут. Напр., АС на 10ГДШ-1 можно построить с неравномерностью АЧХ на СЧ в 2 дБ, но по КНИ и динамике он все равно тянет на Hi-Fi не выше начального.

На частотах до Fр мембранный эффект не проявляется никогда, это т. наз. поршневой режим работы ГГ – диффузор/диафрагма просто ходят вперед-назад. Выше по частоте тяжелый диффузор все больше не успевает за катушкой, мембранное излучение начинается и все усиливается. На некоторой частоте динамик начинает излучать только как гибкая мембрана: на стыке с подвесом его диффузор уже неподвижен. При 0,7<Q<1 поршневая область по частоте тянется прим. до 1,4Fр, а при 0,5<Q<0,7 – до 2Fр. При Q<0,5 ГГ работает в поршневом режиме на любой частоте. КНИ динамика «на поршне» минимален, но минимальна и отдача. АЧХ ГГ в поршневой области максимально гладкая.

Мембранный эффект резко улучшает отдачу ГГ, т.к. мгновенные ускорения вибрирующих участков поверхности ИЗ оказываются очень большими. Это обстоятельство широко используется конструкторами ВЧ и частично СЧ ГГ, спектр искажений которых сразу уходит в ультразвук, а также при конструировании ГГ не для Hi-Fi. КНИ ГГ с мембранным эффектом и ровность АЧХ АС с ними сильно зависят от моды мембраны. На нулевой моде, когда вся поверхность ИЗ дрожит как бы сама себе в такт, Hi-Fi до среднего включительно можно добиться и на НЧ, см. далее.

Примечание: частота, на которой ГГ переходит с «поршня на мембрану», а также изменение мембранной моды (не рост, она всегда целочисленная) существенно зависят от диаметра диффузора. Чем он больше, тем ниже по частоте и сильнее динамик начинает «мембранить».

Вуферы

Высококачественные поршневые НЧ ГГ (попросту – «поршня»; по-английски woofers, лающие) делают с относительно небольшим, толстым, тяжелым и жестким диффузором из антиакустики на очень мягком латексном подвесе, см. поз 1 на рис. Тогда Fр оказывается ниже 40 Гц или даже ниже 30-20 Гц, а Q<0,7. В мембранном режиме поршневые ГГ способны работать до частот 7-8 кГц на нулевой-первой модах.

Периоды волн НЧ долгие, все это время диффузор в поршневом режиме должен двигаться с ускорением, потому и ход диффузора делается длинным. НЧ без акустического оформления не воспроизводятся, но оно всегда в той или иной степени замкнуто, изолировано от свободного пространства. Поэтому диффузору приходится работать с большой массой т. наз. присоединенного воздуха, для «раскачки» которой требуется значительное усилие (отчего поршневые ГГ иногда называют компрессионными), также как и для ускоренного перемещения тяжелого диффузора с малой добротностью. По этим причинам магнитную систему поршневой ГГ приходится делать очень мощной.

Динамики для акустических систем

Несмотря на все ухищрения, отдача поршневых ГГ мала, т.к. развивать большое ускорение на длинных волнах НЧ диффузору нельзя: упругости воздуха не хватит, чтобы принять отдаваемую энергию. Он растечется в стороны, а динамик уйдет в запирания. Чтобы повысить отдачу и плавность хода подвижной системы (для уменьшения КНИ на больших уровнях мощности), конструкторы пускаются во все тяжкие – применяют магнитные системы дифференциальные, с полурассеянием и др. экзотику. КНИ дополнительно снижают, заполняя магнитный зазор невысыхающей реологической жидкостью. В итоге лучшие современные «поршня» достигают динамического диапазона в 92-95 дБ, причем КНИ на номинальной мощности не превосходит 0,25%, а на пиковой – 1%. Все это очень хорошо, но цены – мама, не горюй! $1000 за пару с дифмагнитами и реозаливкой для домашней акустики подобранных по отдаче, резонансной частоте и гибкости подвижной системы это еще не предел.

Примечание: НЧ ГГ с реологическим заполнением магнитного зазора пригодны только в НЧ звенья 3-полосных АС, т.к. совершенно не способны работать в мембранном режиме.

Есть у поршневых ГГ еще один серьезный порок: без сильного акустического демпфирования они могут механически разрушиться. Опять-таки, попросту: за поршневым динамиком должна быть слабо связанная со свободным пространством своего рода воздушная подушка. Иначе диффузор на пике сорвет с подвеса и он вылетит наружу вместе с катушкой. Поэтому ставить «поршня» можно не во всякое акустическое оформление, см. далее. Кроме того, поршневые ГГ не терпят принудительного затормаживания ПС: катушка сгорает сразу. Но это уже редкий случай, диффузоры динамиков обычно рукой не придерживают и спички им в магнитный зазор не вставляют.

Умельцам на заметку

Известен «народный» способ повысить отдачу поршневых ГГ: к штатной магнитной системе с тыла, ничего не переделывая в динамике, прочно прикрепляют дополнительный кольцевой магнит отталкивающейся стороной. Именно отталкивающейся, иначе при подаче сигнала катушку сразу оторвет от диффузора. Перемотать динамик в принципе можно, но очень сложно. И еще никогда нигде ни один динамик от перемотки не стал лучше или хотя бы остался таким, как был.

Но речь вообще-то не о том. Энтузиасты данной доработки утверждают, что поле внешнего магнита концентрирует поле штатного около катушки, отчего растет ускорение ПС и отдача. Это верно, но Hi-Fi ГГ это очень точно сбаласированная система. Отдача, действительно, немного увеличивается. Но вот КНИ на пике сразу «прыгает» так, что искажения звука становятся хорошо слышны и неискушенными слушателями. На номинале звук может стать даже чище, но без динамики Hi-Fi уже на хайфай.

Ведущие

Так по-английски (managers) называются СЧ ГГ, т.к. именно на СЧ приходится подавляющая часть смысловой нагрузки музыкального опуса. Требования к СЧ ГГ для Hi-Fi много мягче, поэтому большую их часть делают традиционной конструкции с большим диффузором, отлитым из целлюлозной массы заодно с подвесом, поз. 2. Отзывы об СЧ ГГ купольных и с металлическими диффузорами противоречивы. Превалирует в основном тон, мол, жестковат звук. Любители классики жалуются, что смычковые от динамиков «не бумажных» визжат. Звук СЧ ГГ с пластиковыми диффузорами почти все признают тусклым и в то же время жестким.

Ход диффузора СЧ ГГ делают коротким, т.к. его диаметр сравним с длинами волн СЧ и передача энергии в воздух не затруднительна. Для увеличения затухания упругих волн в диффузоре и, соотв., уменьшения НИ вместе с расширением динамического диапазона в массу для отливки диффузора Hi-Fi СЧ ГГ добавляют мелко нарезанные волокна шелка, тогда динамик почти во всем диапазоне СЧ работает в поршневом режиме. В результате применения этих мер динамика современных СЧ ГГ среднего ценового уровня оказывается не хуже 70 дБ, а КНИ на номинале не выше 1,5%, чего вполне достаточно для высокого Hi-Fi в городской квартире.

Примечание: шелк добавляют в материал диффузора почти всех хороших динамиков, это универсальный способ снизить КНИ.

Чирикалки

По-нашему – пищалки. Как вы уже догадались, это tweeters, ВЧ ГГ. Пишется с одним t, это не название соцсети для сплетен. Сделать хорошую «пищалку» из современных материалов было бы вообще просто (спектр НИ сразу уходит в ультразвук), если бы не одно обстоятельство – диаметр излучателя почти во всем диапазоне ВЧ оказывается того же порядка или меньше длины волны. Из-за этого возможна интерференция на самом излучателе вследствие распространения в нем упругих волн. Чтобы не дать им «зацепки» для излучения в воздух как попало, диффузор/купол ВЧ ГГ должен быть как можно более гладким, с этой целью купола делают из металлизированного пластика (он лучше поглощает упругие волны), а металлические купола полируют.

Критерий выбора ВЧ ГГ указан выше: купольные универсальны, а поклонникам классики, требующим обязательно «поющих» мягких верхов, более подойдут диффузорные. Эти лучше брать эллиптические и ставить в АС, ориентируя их длинную ось вертикально. Тогда ДН динамика в горизонтальной плоскости будет шире, а зона стерео больше. Еще в продаже есть ВЧ ГГ со встроенным рупором. Их мощность можно принимать в 0,15-0,2 от мощности НЧ звена. Что до технических качественных показателей, то любая ВЧ ГГ пригодна для Hi-Fi любого уровня, лишь бы по мощности подходила.

Ширики

Это просторечное прозвище широкополосных ГГ (ГГШ), не требующих расфильтровки частотных каналов АС. Излучатель простой ГГШ с общим возбуждением состоит из НЧ-СЧ диффузора и жестко связанного с ним ВЧ конуса, поз. 3. Это т. наз. коаксиальный излучатель, отчего ГГШ называют еще коаксиальными динамиками или попросту коаксиалами.

Идея ГГШ – отдать мембранный режим ВЧ конусу, где он особо не навредит, а диффузор на НЧ и внизу СЧ пусть работает «на поршне», для чего НЧ-СЧ диффузор гофрируют поперек. Так делаются широкополосные ГГ для начального, иногда и среднего Hi-Fi, напр. упоминавшийся 10ГД-36К (10ГДШ-1).

Первые ГГШ с ВЧ конусом пошли в продажу в начале 50-х, но доминирующего положения на рынке так и не достигли. Причина – склонность к переходным искажениям и затягивание атаки звука оттого, что конус от толчков диффузора болтается и хлябается. Слушать, как Мигель Рамос играет на электрооргане «Хаммонд», через коаксиал с конусом невыносимо тягостно.

Коаксиальные ГГШ с раздельным возбуждением НЧ-СЧ и ВЧ излучателей, поз. 4, этого недостатка лишены. В них ВЧ звено приводится в движение отдельной катушкой от ее собственной магнитной системы. Гильза ВЧ катушки проходит сквозь катушку НЧ-СЧ. ПС и магнитные системы расположены коаксиально, т.е. по одной оси.

ГГШ с раздельным возбуждением на НЧ по всем техпараметрам и субъективным оценкам звука не уступают поршневым ГГ. На современных коаксиальных динамиках можно строить очень компактные АС. Недостаток – цена. Коаксиал для высокого Hi-Fi обходится, как правило, дороже комплекта НЧ-СЧ + ВЧ, хотя и дешевле НЧ, СЧ и ВЧ ГГ для 3-полосной АС.

Авто

Автомобильные динамики формально относятся тоже к коаксиальным, но на деле это 2-3 отдельных ГГ в одном корпусе. ВЧ (иногда и СЧ) ГГ подвешиваются перед диффузором НЧ ГГ на кронштейне, см. справа на рис. в начале. Расфильтровка всегда встроенная, т.е. на корпусе всего 2 клеммы для подключения проводов.

Задача у автодинамиков специфическая: прежде всего «перекричать» шумы в салоне автомобиля, поэтому их конструкторы с мембранным эффектом особо не борются. Но динамический диапазон автодинамикам по той же причине нужен широкий, не менее 70 дБ, а их диффузоры делают обязательно с шелком или применяют др. меры подавления высших мембранных мод – хрипеть динамик не должен и в машине на ходу.

Как следствие – автодинамики в принципе пригодны для Hi-Fi до среднего включительно, если подобрать к ним подходящее акустическое оформление. Во все АС, описанные далее, можно ставить автодинамики подходящего размера и мощности, тогда не нужны будут вырез под ВЧ ГГ и расфильтровка. Одно условие: штатные клеммы с зажимами нужно очень аккуратно удалить и поставить взамен них ламели под распайку. Колонки из автомобильных динамиков современной разработки позволяют слушать хороший джаз, рок, даже отдельные произведения симфонической музыки и многие – камерной. Скрипичные квартеты Моцарта они, конечно, не потянут, но ведь такие динамичные и наполненные смыслом опусы слушают очень немногие. Обойдется же пара автодинамиков в несколько раз, до 5 раз, дешевле, чем 2 комплекта ГГ с компонентами фильтров для 2-полосной АС.

Резвые

Friskers, от frisky, так американские радиолюбители прозвали малогабаритные ГГ малой мощности с очень тонким и легким диффузором, во-первых, за высокую отдачу – пара «резвых» по 2-3 Вт озвучивает комнату в 20 кв. м. Во-вторых – за жесткий звук: «резвые» работают только в мембранном режиме.

Производители и продавцы «резвые» в особый класс не выделяют, т.к. они, по идее, не Hi-Fi. Динамик как динамик, в любом китайском радио или дешевых компьютерных колонках такие. Однако на «резвых» можно сделать хорошие колонки для компьютера, обеспечивающие Hi-Fi до среднего включительно в окрестности рабочего стола.

Дело в том, что «резвые» способны воспроизводить весь звуковой диапазон, нужно только уменьшить их КНИ и сгладить АЧХ. Первое достигается добавкой шелка в диффузор, тут нужно ориентироваться по производителю и его (не торговым!) спецификациям. Напр., все ГГ канадской фирмы Edifier с шелком. Кстати, Edifier – французское слово и читается «эдифье», а не «идифайер» на английский манер.

Ровняют АЧХ «резвых» двояко. Мелкие всплески/провалы убирает уже шелк, а бугры и впадины побольше устраняют акустическим оформлением со свободным выходом в атмосферу и демпфирующей предкамерой, см. рис; пример такой АС см. далее.

Выравнивание АЧХ динамиков

Акустика

Зачем вообще нужно акустическое оформление? На НЧ размеры излучателя звука очень малы сравнительно с длиной звуковой волны. Если просто положить динамик на стол, волны от фронтальной и тыльной поверхностей диффузора тут же сойдутся в противофазе, погасят друг друга, и басов вообще слышно не будет. Это называется акустическим коротким замыканием. Просто заглушить динамик с тыла на НЧ нельзя: диффузору придется сильно сжимать малый объем воздуха, отчего частота резонанса ПС «прыгнет» так высоко, что динамик просто не сможет воспроизвести басы. Отсюда следует главная задача любого акустического оформления: либо погасить излучение от тыльной стороны ГГ, либо перевернуть его на 180 градусов и в фазе переизлучить с фронта АС, не допуская в то же время расходования энергии движения диффузора на термодинамику, т.е. на сжатие-расширение воздуха в корпусе АС. Дополнительная задача – по возможности сформировать на выходе АС сферическую звуковую волну, т.к. в этом случае зона стереоэффекта наиболее широка и глубока, а влияние акустики помещения на звучание АС наименьшее.

Примечание, важное следствие: для каждого корпуса АС конкретного объема с определенным акустическим оформлением существует оптимальный диапазон мощностей возбуждения. Если мощность ИЗ мала, он не раскачает акустику, звук будет тусклый, искаженный, особенно на НЧ. Чрезмерно мощный ГГ уйдет в термодинамику, отчего начнутся запирания.

Назначение корпуса АС с акустическим оформлением – обеспечить наилучшее воспроизведение НЧ. Прочность, устойчивость, внешний вид – само собой. Акустически домашние АС оформляются в виде щита (динамики, встроенные в мебель и строительные конструкции), открытого ящика, открытого ящика с панелью акустического сопротивления (ПАС), закрытого ящика нормального или уменьшенного объема (малогабаритные акустические системы, МАС), фазоинвертора (ФИ), пассивного излучателя (ПИ), рупоров прямого и обратного, четвертьволнового (ЧВ) и полуволнового (ПВ) лабиринтов.

Встроенная акустика – предмет особого обсуждения. Открытые ящики из эпохи ламповых радиол, получить от них в квартире приемлемое стерео нереально. Из прочих начинающему для первой своей АС лучше всего остановить выбор на ПВ лабиринте:

• В отличие от прочих, кроме ФИ и ПИ, ПВ лабиринт позволяет улучшить басы на частотах ниже собственной резонансной частоты динамика НЧ.
• Сравнительно с ФИ ПВ лабиринт конструктивно и в настройке несложен.
• По сравнению с ПИ ПВ лабиринт не требует дорогих покупных дополнительных компонент.
• Коленчатый ПВ лабиринт (см. ниже) создает ГГ достаточную акустическую нагрузку, имея в то же время свободную связь с атмосферой, что дает возможность применять НЧ ГГ и с длинным, и с коротким ходом диффузора. Вплоть до замены в уже построенных АС. Разумеется, только парой. Излученная волна в таком случае будет практически сферической.
• В отличие от всех, кроме закрытого ящика и ЧВ лабиринта, акустическая колонка с ПВ лабиринтом способна сгладить АЧХ НЧ ГГ.
• АС с ПВ лабиринтом конструктивно легко вытягиваются в высокую тонкую колонну, что облегчает их размещение в небольших помещениях.

Насчет предпоследнего пункта – вы удивлены, если опытный? Считайте это одним из обещанных откровений. И см. ниже.

ПВ лабиринт

Лабиринтными часто считают акустическое оформление типа глубокая щель (Deep Slot, разновидность ЧВ лабиринта), поз. 1 на рис., и сверточный обратный рупор (поз. 2). Рупоров мы еще коснемся, а что до глубокой щели, то это фактически ПАС, акустический затвор, обеспечивающий свободную связь с атмосферой, но не выпускающая наружу звук: глубина щели – четверть длины волны частоты ее настройки. В этом легко убедиться, замерив с помощью остронаправленного микрофона уровни звука перед фронтом динамика и в раскрыве щели. Резонанс на кратных частотах подавляется выстилкой щели звукопоглотителем. АС с глубокой щелью тоже демпфирует любые динамики, но повышает их резонансную частоту, хотя и меньше, чем закрытый ящик.

Устройство и принцип действия акустической системы с лабиринтом

Исходный элемент ПВ лабиринта – открытая полуволновая труба, поз. 3. Как акустическое оформление она непригодна: пока волна с тыла доберется до фронта, ее фаза перевернется еще на 180 градусов, и получится все то же акустическое короткое замыкание. На АЧХ ПВ труба дает высокий резкий пик, вызывающий запирание ГГ на частоте настройки Fн. Но что уже важно – Fн и частота собственного резонанса ГГ f (которая выше – Fр) теоретически никак между собой не связаны, т.е. можно рассчитывать на улучшение басов ниже f (Fр).

Простейший способ превратить трубу в лабиринт – перегнуть ее пополам, поз. 4. Это не только сфазирует фронт с тылом, но и сгладит резонансный пик, т.к. пути волн в трубе теперь будут различны по длине. Таким способом в принципе можно сгладить АЧХ до любой наперед заданной степени ровности, наращивая количество колен (оно должно быть нечетным), но на деле использовать более 3-х колен получается очень редко – мешает затухание волны в трубе.

В камерном ПВ лабиринте (поз. 5) колена разбиты на т. наз. резонаторы Гельмгольца – сужающиеся к заднему концу полости. Это еще улучшает демпфирование ГГ, сглаживает АЧХ, уменьшает потери в лабиринте и увеличивает эффективность излучения, т.к. тыльное выходное окно (порт) лабиринта всегда работает с «подпором» со стороны последней камеры. Разгородив камеры на промежуточные резонаторы, поз. 6, можно с диффузорной ГГ добиться АЧХ, почти удовлетворяющей требования абсолютного Hi-Fi, но настройка каждой из пары таких АС требует где-то от полугода (!) труда опытного специалиста. Когда-то в некоем узком кругу лабиринтно-камерную АС с разделением камер прозвали кремоной, с намеком на уникальные скрипки итальянских мастеров.

На деле для получения АЧХ под высокий Hi-Fi оказывается достаточно всего пары камер на колено. Чертежи АС такой конструкции даны на рис; слева – российской разработки, справа – испанской. Та и другая – очень хорошая напольная акустика. «Для полного счастья» россиянке не мешало бы позаимствовать и испанки связи жесткости, поддерживающие перегородку (буковые палочки диаметром 10 мм), а взамен дать сглаживание изгиба трубы.

Чертежи напольных акустических систем с лабиринтом

В обеих этих АС проявляется еще одно полезное свойство камерного лабиринта: его акустическая длина больше геометрической, т.к. звук несколько задерживается в каждой камере, прежде чем пройдет дальше. По геометрии эти лабиринты настроены где-то на 85 Гц, но измерения показывают 63 Гц. Реально нижняя граница частотного диапазона оказывается 37-45 Гц в зависимости от типа НЧ ГГ. Если динамики с расфильтровкой от S-30B переставить в такие корпуса, звук меняется поразительно. В лучшую сторону.

Чертеж акустической системы Jet Flow

Диапазон мощностей возбуждения для данных АС – 20-80 Вт пиковых. Звукопоглощающая выстилка там и там – синтепон 5-10 мм. Настройка не всегда необходима и несложна: если бас глуховатый, порт симметрично с обоих сторон прикрывают кусочками пенопласта до получения оптимального звучания. Делать это нужно не спеша, каждый раз прослушивая по 10-15 мин один и тот же отрезок фонограммы. В нем обязательно должны быть сильные СЧ с крутой атакой (контроль СЧ!), напр., скрипка.

Jet Flow

Камерный лабиринт успешно сочетается с обычным извитым. Пример – настольная акустическая система Jet Flow (реактивный поток) разработки американских радиолюбителей, произведшая в 70-х настоящий фурор, см. рис. справа. Ширина корпуса по внутри – 150-250 мм под динамики 120-220 мм, в т.ч. «резвые» и автодинамики. Материал корпуса – сосна, ель, МДФ. Звукопоглощающая выстилка и настройка не требуются. Диапазон мощностей возбуждения – 5-30 Вт пиковых.

Примечание: с Jet Flow сейчас путаница – под тем же брендом идут в продажу струйные излучатели звука.

Для резвых и компьютера

Сгладить АЧХ автодинамиков и «резвых» можно и в обычном извитом лабиринте, устроив перед входом в него компрессионную демпфирующую (не резонирующую!) предкамеру, обозначена K на рис. ниже.

Мини акустическая система для ПК (домашнего компьютера)

Эта мини-акустика предназначена для ПК взамен старой дешевой. Динамики используются те же, но как они звучать начинают – просто удивительно. Если диффузор с шелком, иначе смысла нет огород городить. Дополнительное достоинство – цилиндрический корпус, на котором интерференция СЧ близка к минимальной, меньше она только на сферическом корпусе. Рабочее положение – с наклоном вперед-вверх (АС – звуковой прожектор). Мощность возбуждения – 0,6-3 Вт номинальных. Сборка производится в след. порядке (клей – ПВА):

• На дет. 9 клеят пылевой фильтр (можно использовать обрывки капроновых колготок);
• Дет. 8 и 9 оклеивают синтепоном (обозначено желтым на рис.);
• Собирают пакет перегородок на стяжке и проставках;
• Вклеивают синтепоновые кольца, обозначенные зеленым;
• Пакет оборачивают, проклеивая, ватманом до толщины стенок в 8 мм;
• Обрезают корпус в размер и оклеивают предкамеру (выделено красным);
• Вклеивают дет. 3;
• После полной просушки шкурят, красят, приделывают подставку, монтируют динамик. Провода к нему проходят по изгибам лабиринта.

О рупорах

У рупорных АС высокая отдача (вспомните, зачем он вобще, рупор-то). Старая 10ГДШ-1 через рупор орет так, что уши вянут, а соседи «счастливы по самое не могу», отчего рупорами многие и увлекаются. В домашних АС используются извитые рупоры как менее громоздкие. Обратный рупор возбуждается тыльным излучением ГГ и с ПВ лабиринтом сходен тем, что поворачивает фазу волны на 180 градусов. Но в остальном:

1. Конструктивно и технологически много сложнее, см. рис. ниже.
2. Не улучшает, а наоборот, портит АЧХ АС, т.к. АЧХ любого рупора неравномерна и рупор не является резонирующей системой, т.е. исправить его АЧХ нельзя в принципе.
3. Излучение из порта рупора существенно направленно, а волна его скорее плоская, чем сферическая, так что хорошего стереоэффекта ждать не приходится.
4. Не создает значительной акустической нагрузки ГГ и в то же время требует значительной мощности для возбуждения (еще вспомним – шепчут ли в переговорный рупор). Динамический диапазон рупорных АС можно вытянуть в лучшем случае до базового Hi-Fi, и у поршневых динамиков с очень мягким подвесом (стало быть, хороших и дорогих) диффузор при установке ГГ в рупор вырывается очень даже не редко.
5. Дает призвуков больше любого другого типа акустического оформления.

Чертежи акустической системы с обратным рупором

Корпус

Корпус для динамиков лучше всего собирать на буковых шкантах и клею ПВА, его пленка сохраняет демпфирующие свойства долгие годы. Для сборки одну из боковин кладут на пол, ставят днище, крышку, переднюю и заднюю стенку, перегородки, см. рис. справа, и накрывают другой боковиной. Если наружные поверхности идут под окончательную отделку, можно использовать стальной крепеж, но обязательно с проклеиванием и герметизацией (пластилин, силикон) не клеевых швов.

Сборка корпусов акустических систем

Гораздо большее значение для качества звучания имеет выбор материала корпуса. Идеальный вариант – музыкальная ель без сучков (они источник призвуков), но найти ее большие доски для АС нереально, елки ведь очень суковатые деревья. Что до пластиковых корпусов АС, то они хорошо звучат только промышленного производства цельнолитые, а любительские самоделки из прозрачного поликарбоната и пр. это средства самовыражения, а не акустика. Скажут вам, что такая хорошо звучит – попросите включить, послушайте и поверьте ушам своим.

Вообще с натуральными древесными материалами для АС туго: совершенно прямослойная сосна без дефектов дорога, а прочие доступные строительные и мебельные породы дают призвуки. Лучше всего использовать МДФ. Упомянутая выше Edifier давно уже полностью на нее перешла. Пригодность любого прочего дерева для АС можно определить след. образом:

1. Тест производится в тихом помещении, в котором самому нужно предварительно пробыть в тишине от получаса;
2. Отрезок доски длиной ок. 0,5 м кладут на призмы из отрезков стального уголка, уложенные на расстоянии 40-45 см друг от друга;
3. Костяшкой согнутого пальца стучат прим. в 10 см от любой из призм;
4. Повторяют простукивание точно по центру доски.

Если в обоих случаях малейшего подзвона не слышно, материал пригоден. Тем лучше, чем мягче, глуше и короче звук. По результатам такого теста можно сделать хорошие АС даже из ДСП или ламината, см. видео ниже:

Видео: простая колонка из ламината для телефона своими руками

Шипы

Напольные и настольные АС устанавливаются на специальные ножки – акустические шипы – исключающие обмен вибрациями АС с полом или столешницей. Акустические шипы есть в продаже, но цены – сами понимаете, специзделие. Так вот, точно такими же конфигурацией (цилиндр, переходящий в конус с закругленным носиком) и свойствами материала обладают грузики для строительных и плотничных отвесов. Цена – сами понимаете. Любые колонки смело ставьте на шипы из грузиков для отвесов, с необычной для них задачей они справятся прекрасно.

(9 оценок, среднее: 4,67 из 5)

Загрузка...

что еще почитать:

Видеонаблюдение своими силами: для дачи и квартиры, простое и сложное, бюджетное и не очень Устройство автоматического отключения бойлера при повышении энергопотребления Паяльник: выбор, изготовление и усовершенствование – виды, варианты, схемы, нюансы