Виды акустических оформлений. Полное, популярное описание.

В начале динамики вставляли кто куда хотел, и как попало.

Но уже лет через 30 заметили, что в зависимости от того, в какой конструкции динамик располагается, — звучание АС получается радикально различным.

Диффузор динамика излучает звуковые волны вперед и назад. И это дает огромный набор решений, как поступать с излучением звуковых волн идущих в обратном направлении.

Оформление открытого типа

Если динамик располагается в небольшом по размеру щите, при движении диффузора обратная его сторона не встречает абсолютно ни какого сопротивления. Что очень хорошо.

Но есть недостаток, который напрочь исключают использование этого типа акустического оформления в НЧ регистре.

Обратные стороны диффузора излучают звуковые волны в противофазе. Как следствие, на длинах волн больших чем половина размера шита происходит акустическое короткое замыкание. Низких частоты «аннигилируются» почти в ноль.

Решение встречается в очень редких экзотических конструкциях АС.

Делаются единичными тиражами для уникальных людей, с неведанными для всех других потребностями.

При этом — открытый тип оформления для СЧ звена, это распространенное, и объективно хорошее решение.

 

Щитовое акустическое оформление

По сути, тоже самое акустического оформление. Но размер щита сильно увеличен. Порой до нескольких метров.

Таким образом акустическое короткое замыкание происходит значительно ниже по частоте. Для ориентирования в порядке величин, — волна в 30 Гц имеет длину 11 метров.

Щитовое акустическое оформление.

Очень замечательно использовать в качестве шита соседнею комнату. Вмонтировав динамики в межкомнатную стену. В одной комнате АС слушать, а в другую комнату выбрасывать противофазные излучения звука. Если двери держать закрытыми, — получится почти бесконечный длинный шит.

Приоткрывая двери, можно регулировать величину этого щита. Теперь у вас дома это будут уже не двери, а прецизионные аудиофильские регуляторы.

Оформление закрытый ящик

Как утилизировать излучения тыльной стороны диффузора динамика самым простым способом?

Взять и все заткнуть.

В 1956 году американец Эдгар Вильчур зарегистрировал патент на акустическое оформление «закрытый ящик». Автор изобретения даже умудрился продать двум компаниям лицензии на использование «закрытого ящика»!

Много лет Эдгар Вильчур получал деньги за патент «закрытого ящика».

Спустя шесть лет патент на «закрытый ящик» был оспорен в суде и был аннулирован.

У закрытого ящика, как и всего есть плюсы и минусы.

Замкнутый объём воздуха внутри корпуса обладает упругостью. Это приводит к значительному повышению резонансной частоты подвижной системы. Для СЧ это может даже неплохо. А вот для воспроизведения НЧ приходится делать подвижную систему тяжелее, что приводит к снижению чувствительности.

К неоспоримым достоинствам закрытой акустики можно отнести полное отсутствие каких-либо призвуков свойственных фазоинверторной акустике и акустическим лабиринтам. К недостаткам  — довольно большой размер колонок (по меркам нашего времени), либо отсутствие глубоких басов при небольшом объёме АС.

 

Панель акустического сопротивления

Многие десятилетия люди во всем мире слушали «теплый» ламповый звук. Так как, никакого другого не было.

При этом, у ламповых усилителей была очень маленькая мощность.

Для закрытых же ящиков нужны динамики с большей массой подвижной системы… и соответственно меньшей чувствительностью. И звучали «закрытые ящики» тише.

А народу требовалось, как можно громче. Для технологий тех лет создание высокого звукового давления само по себе было почти синонимом качества.  И стоило огромных денег. Громко, — значит дорого.

И повсеместно до 60-70х годов прошлого века использовалось, с небольшими вариациями, что то типа:

 

Не известно, знали ли все из инженеров разработчиков о том, что они делали панели акустического сопротивления (ПАС). Или они предполагали, что это только дырочки для вентиляции воздуха, от нагреваемых в процессе работы ламп…

Обычно в справочниках и пособиях расчетов по ПАС не дают. И пишут, что с ПАС нужно много экспериментировать. И посмотреть, что получится.

Поверх отверстий можно натягивать и приклеивать ткань в один или два слоя. Можно не натягивать. Все можно.

Если вам кажется, что получилось хорошо, — значит у вас все хорошо получилось. Какие либо, даже совсем общие критерии, полностью отсутствуют.

Похоже, что эпоха акустических систем с ПАС прошла для самих разработчиков с не особым пониманием, что именно они делали.

Панель акустического сопротивления (ПАС) несёт в себе достоинства как открытых, так и закрытых акустических систем, сочетая естественность звучания (без фазовых — переходных искажений) с простотой исполнения.

Панель представляет собой множество отверстий 5…20 мм в диаметре на задней стенке корпуса громкоговорителя.
Суммарная площадь  отверстий
требуется — около 60…80% от эффективной площади диффузора НЧ динамика.

Недостатком ПАС является спад звукового давления в области низких частот. Однако он не так велик, как у акустической системы закрытого типа и легко устраняется незначительным повышением мощностей усилителя и НЧ головки.

АС с фазоинвертором (ФИ)

Акустический фазоинвертор был изобретён Альбертом Турасом аж в 1932 году.

Около 40 лет, с момента изобретения, АС с фазоинвертором были никому не нужны. В те времена не существовало «плотной» музыки с акцентом на басовый регистр. И не только…

Индустрия была ориентировочна на акустике в виде огромных ящиков-шкафов и динамиках с очень высокой чувствительностью. Под маломощные ламповые усилители в 5-30 Вт.

С появление полупроводников, и массовых, дешевых бытовых усилителей мощностью 50-200 Вт выяснялось, что подвижные системы динамиков можно значительно утяжелять.  А габариты АС многократно уменьшать.

И восторжествовали акустические системы с фазоинвертором.

ФИ в настоящее время является почти стандартом акустического оформления. Около 90% продаваемой акустики во всем мире имеют акустическое оформление фазоинвертор.

Акустическое оформление фазоинвертор не утилизирует излучение обратной стороны диффузора динамика, а задействует его, — переворачивая фазу. Оформление так и называется — фазоинвертор.

Явление основано на известном в физике резонансе Гельмгольца. Теория не особо интересна. Кто хочет изучайте  — резонанс Гельмгольца.

Базовый ее смысл таков, — когда динамик воспроизводит частоту, на которую настроен фазоинвертор, объём воздуха в трубе резонирует. И это приводит к весомому усилению звучания низких частот.

Фазоинверторная акустика всегда проигрывает как закрытому, так и открытому ящику с точки зрения скорости отработки сигналов, а также фазовых характеристик.

Основной плюс у фазоинверторных акустических систем повышенная отдача на низких частотах. И возможность воспроизведения самых глубоких басов при абсолютной примитивности конструкции (просто добавляется труба).

Фазоинвертор позволяет делать АС малых габаритов играющих относительно низкий и плотный бас.

Огромное значение имеет именно конкретная реализация АС.  Но еще больше, комната, и конкретное место расположение в ней акустической системы.

Переставили на другое место, — и звучание становится сильно другим. Особенно критичными становятся собственные резонансы комнаты.

Более низкие скорости отработки сигналов и плохие фазовые характеристики действительно имеют место быть. Но в большей степени это относится к измерениям, а не к тому, как на практике АС в оформлении фазоинвертор воспринимают слушатели.

Было бы плохо, — было бы невозможно продавать порядка 90% всей акустики в акустическом оформление фазоинвертор.

Народу она нравиться, в том числе в самых дорогих классах. В Hi-End делают может и не 90% акустики в акустическом оформление фазоинвертор. Но под 70% точно. Если не больше.

Все остальные акустические оформления представлены с многократно меньшими процентами и порядками величин.

АС сложных резонансных процессов (бандпасс)

Коммерческий успех акустики с фазоинвертором породил серию разработок на базе сложных резонансных процессов. На основе труб и щелей разных длин и диаметров. Называют их обычно — полосовые громкоговорители (4-6 го порядка). Другое название бандпасс.

бандпассы

Единственное достоинство эффектность. Оформление бандпасс абсолютный чемпион по КПД области крайних низких частот.

Бандпасс имеет всего один недостаток, — АС полностью непригодны для работы в системах ориентированных на качество!!!

Бандпассы массово применяют в профессиональных целях. К примеру на стадионах и больших концертных площадках. Так как по другому, никак такое КПД по давлению невозможно получить.

Бывают отмороженные автовладельцы, которым нужно что бы очень громко бухало. Вот для них эти бандпассы и производят.

Информацию о бандпассах приходим в познавательных целях, — категорически не рекомендуем бандпассы всех типов в системах ориентированных на качество!!!

 

Пассивный излучатель

Впервые пассивный излучатель был описан Гарри Олсоном в патенте 1935 года «Громкоговоритель и способ передачи звука».

Принцип работы схож с оформление фазоинвертор. С той разницей, что резонирует не воздух в трубе, а реальный физический предмет.

Функцию которого обычно выполняет диффузор дополнительного низкочастотного динамика. Но у этого дополнительного динамика отсутствует магнитная система и обмотки. Есть только диффузор, подвес и рама.

Пассивный излучатель приводится в движение колебаниями воздуха внутри акустической системы, которые порождаются обратной стороной активных НЧ динамика.

Достоинствами пассивного излучателя являются глубокий бас вплоть до самых крайних низких частот. Участок крайних нижних частот обычно кратно больший чем у оформления фазоинвертор. При работе он «играет» очень слитно с основным динамиком.

На фото можно видеть грузы которые прикручиваются к диффузору наподобие блинов к штанге. Это для того, что можно было изменять вес подвижной системы (менять частоту настройки).

Отсутствие посторонних призвуков, свойственных в той или иной степени, всем фазоинверторным решениям!!

Пластиковая труба сильно дешевле, дополнительного динамика, даже если в нем отсутствует магнитная система. Это основная причина почему пассивные излучатели применяются гораздо реже фазоинверторов.

Для наглядности:

Тонкая зеленая линия — пассивный излучатель.

Красная  — НЧ динамик

Толстая зеленая — итоговая АЧХ

В сравнении с оформлением фазоинвертор, пассивный излучатель не имеет для большинства слушателей качественного скачка в качестве. Но стоит существенно дороже.

А если нет существенной разницы, зачем платить больше?

Хотя «характер звучания» ПИ все же отличатся от ФИ оформления. Но далеко не все слушатели считают, что в лучшую сторону.

 

Лабиринты (трансмиссионные линии)

АС с акустическим лабиринтом встречаются в салонах очень и очень редко. И всегда это изделия серьёзного ценового уровня.

Сложность у конструкций огромная, как не делай, всегда получается дорого.

Хотя, на первый взгляд, они кажутся значительно проще, чем есть на самом деле.

Поэтому их очень сложно продавать. Покупатели недоумевают, — почему так дорого?

Кроме этого, по показателю «габариты — звуковое давление» лабиринты проигрывают всем другим типам оформления.

Звуковая волна, исходящая из тыльной части НЧ динамика, проходит через акустический лабиринт, протяжённостью в половину длины волны, на которой планируется добиться резонанса системы.

И выходит из него уже в одной фазе с волной, излучаемой лицевой поверхностью динамика.

Конструкция настраивается исходя из нижней границы частотного диапазона АС.

От фазоинвертора лабиринт отличается менее «резонансным» звучанием. Кроме этого, динамик свободен от компрессии, повышающей резонансную частоту, его тыловое излучение встречает минимальное количество препятствий. Она на натыкается на «воздушную пружину».

Лабиринты звучат для многих весьма красиво. Однако при малейших просчётах в разработке или изготовлении с большой вероятностью могут возникнуть стоячие волны со сложной структурой резонансов, что сведёт на нет все преимущества акустического лабиринта.

Тут как на американских гонках, системы сложные, и что то можно не учесть.

Существуют половинчатые решения. Для минимизации массы-габаритов и стоимости изделия часто протяжённость лабиринта рассчитывается, не исходя из половины длины волны, а исходя из четверти. Есть большой вопрос, — насколько это целесообразно делать?

Порой встречаются и пародии на лабиринты, которые продают лохам в Hi-Fi магазинах.

Из буклета: «Уникальное, разработанное PMC низкочастотное оформление корпуса ATL™ (трансмиссионная линия нового поколения) — это принципиальный переворот в воспроизведение басов.«

Вот так «линия нового поколения« PMC* выглядит внутри:

*- просьба не путать, PMC это название компании, а не предменструальный синдром (ПМС).

Для понимания порядка величин, — частота всего 60 Гц требует для переворота фазы длины лабиринта 2,75 м.

Даже ребята с Алиэкспресса длину лабиринта раза в два больше делают. И конструктивно, у них явно сильно лучше получилось чем у «ПМС линии нового поколения» на фото выше.

Лабиринты очень популярны в рядах «самодельщиков». Для них в Китае на потоке даже корпуса делают. И не только лабиринтов, — ссылка.

 

Рупорные акустические системы

О замечательных свойствах рупоров было известно очень давно.

Аудиофилы со большим стажем знают, что полностью аналоговый звуковой тракт, всегда включал в себя рупорную акустическую систему.

При помощи рупора, с его высоким КПД, достигалась громкость, позволяющая не только наслаждаться музыкой, но и ее слышать.

Плюсы рупорных АС: высокая чувствительность, направленные свойства.

Из минусов: конструктивная и технологическая сложность, своеобразное звучание, считающееся некоторыми аудиофилами, по неизвестной причине достоинством.

Самостоятельно оценить качество звучания рупорных систем можно от обратного. Не воспроизводя через рупор звуковые волны, а слушая уже имеющиеся в наличии:

Поклонник Beatles, слушает их концерт со стадиона Уэмбли (Stereo Surround).

Имеющие опыт прослушивания рупорных систем знают, что искажения у рупорных систем слышны.

И носят явный и специфический окрас.

А значительные размеры низкочастотных рупоров ставят под вопрос целесообразность их использования. Но не всех эти причины останавливают.

Рупорное акустическое оформление чаще используется в комбинации с другими типами. Чаще всего для оформления высокочастотных излучателей. Но встречаются  даже широкополосные, полностью рупорные конструкции.

Изобарические, они же сдвоенные АС

Акустика изобарического типа очень интересная разновидность низкочастотного оформления. Основные ее достоинства: басы в корпусе ограниченного объёма и низкие искажения.

Конструктивно ящик изобарической акустики разделён герметичной перегородкой на две части, в каждую из которых установлено по одному НЧ динамику.

Между ними находится объём воздуха. На оба динамика одновременно подаётся один и тот же сигнал.

При подобном включении излучателей нагрузка на тыльную сторону диффузора внешнего динамика будет компенсироваться аналогичными колебаниями внешней стороны диффузора динамика внутреннего. Результат — увеличение мощности акустического излучения при неизменном объёме корпуса АС.

Мощность в практических конструкциях увеличивается. Но не на много.

Есть большой вопрос в целесообразности применения этого оформления. Конструкция сложная и затратная. И два динамика стоящие по отдельности в другом оформлении дают более качественный эффект.

Я не знаю брендов, которые производят сейчас это оформление в серийном потоке и продают.

 

Кроме этого, каждая одиночная головка имеет свой набор отклонений, обусловленный технологией производства, неравномерность АЧХ. Благодаря взаимному демпфированию излучателей, суммарная АЧХ окажется более гладкой. Но это же бы произошло если бы эти головки были установлены в другое акустическое оформление.

Изначально изобарическая акустика называлась акустическими системами со сдвоенными головками.

Сдвоенные головки располагались на одной панели, диффузорами навстречу друг к другу и, помимо всех преимуществ акустики изобарического типа, теория сулила ещё одно существенное достоинство, — меньшие по сравнению с одиночным излучателем нелинейные искажения.

Нелинейные искажения уменьшаются из-за того, что при данном (встречном) соединении динамики образовывали собой сугубо симметричную электромеханическую систему.

Сопротивление воздушной среды с её обеих сторон практически одинаково, различия гибкости подвеса при движении диффузора вперёд и назад отсутствует. Наконец, асимметрия распределения магнитной индукции в зазоре магнитной системы, отрицательно влияющая на уровень второй гармоники, в сдвоенной головке при встречном расположении не проявляется.

Гибридное оформление АС

Полосы частот для разных динамиков выделяют фильтрами, которые изменяют фазу и дают задержки во времени.

В большинстве АС ставят фильтры второго порядка, и фаза изменяется аж на противоположную (180 градусов).

Для того что бы согласовать фазовые накрутки, динамики соседних полос так обычно и включают, — в разной полярности.

Динамики многополосных АС излучают в комнату звуковые волны с разными фазами и в разное время.

Это всегда так.

Пример, если взять гитарный аккорд, на типовой трехполосной АС, его НЧ диапазон будет в одной фазе, средняя его часть его звучания в противофазе… и т.д.

Таких проблем нет у широкополосной акустики. Это одна из основных причин, по которой порядка 95% людей во всем мире, слушают музыку и речь на широкополосной акустике.

И не только потому, что она дешевая, — широкополосная акустика бывает очень дорогой:

широкополосная акустика

(Подробнее можно почитать здесь — слушаем фазовые искажения звука..  и характер звучания, типы сведения акустических систем.)

В многополосных АС динамики излучают некогерентные звуковые волны (с разными фазами и временем). Результат сложения звуковых волн будет сильно зависеть от комнаты, места расположения АС и слушателя. Как сложатся обстоятельства, так и получится.

Проблема отчетливо проявляется на частотах ниже 1000Гц. Чем ниже по частоте, тем больше.

Пример. Если сдвинуть сабвуфер всего на метр, — общее звучание (сателлитов и саба) ощутимо меняется.

Результат сложения некогерентных звуковых волн радикально зависит от комнаты, места расположения в ней акустических систем и слушателя.

АЙДИ СОЛУШН запатентовала способ, который механически исключает воспроизведение некогерентных звуковые волн, динамиками соседних звуковых полос.

Сложение звуковых волн можно производить не в комнате, а внутри самого корпуса АС.  Используя для этого обратные поверхности диффузоров динамиков.

Возьмем для примера, самый предельный случай, динамики включены противофазно.

Два включенных  противофазно динамика в ящике общего объема «на коротко замкнутся».

На динамики можно подавать огромные мощности, но звука во внешнее пространство они излучать не будут. Диффузоры будут стоять на месте.

Мощность можно повышать бесконечно, но звук появится только тогда, когда один из динамиков «сгорит».

Разумеется, включать динамики протифазно бессмысленно.

Но можно использовать динамики с разными параметрами. И по разному эти динамики фильтровать.

Результат:

1. Акустическая система будет воспроизводить когерентные звуковые волны.

2. Если один динамиков будет с более тяжелой подвижной системой, он значительно лучше будет воспроизводить НЧ. И наоборот, если один из динамиков будет с более легкой подвижной системой он будет лучше воспроизводить СЧ.

3. Эффективность колебательной системы. Традиционно динамики соседних полос изучают совместные звуковых волны не совпадающие по фазе, которые «самоуничтожаются» в комнате. При этом диффузоры динамиков тратят на генерирование этих противофазных волн свой ход. В гибридном же оформлении, диффузоры в холостую ход динамиков не тратят, так как не воспроизводят противофазные звуковые волны.

Мощность усилителей в современном мире уже давно не является проблемой. На 20% больше или на 30% меньше, — без разницы.

А вот ход динамиков, это критически важный, и очень ограниченный ресурс.

Если используются динамики кратно разные по массе подвижной системы, более «тяжелый» динамик будет оказывать воздействие на более «легкий» динамик. Для регулирования необходимой величины этого воздействия используют ПАС (панель акустического сопротивления).

Колебательная система в гибридном акустическом оформлении, может включать фазоинвертор.

 

Push/Pull (Тяни/Толкай)

В закрытый корпус с единым внутренним объемом устанавливаются два динамика. Один из которых ставится обратной стороной (один направлен наружу, а второй направлен внутрь).

Подключение к усилителю происходит в противофазе, но в реальности работа диффузоров динамиков получается синфазной. По сути ни чего нового, кроме того, что один из динамиков перевернули. Это даже к типу акустического оформления вряд ли можно отнести.

Нечетные гармоники, согласно теории Венса Дикесона (Vance Dickason) самоустраняются. И если верить фирме, M&K, специализирующейся на производстве Push/Pull сабвуферов, такой подход позволяет избавиться даже и от четных гармоник.

Гармонические искажения рожденные аномалиями динамика и его составных частей, сокращаются за счет аналогичных инвертированных аномалий второго динамика.

Теоретически это вроде должно давать плюсы. Но судя по всему они очень небольшие. Так как взять и перевернуть стороной один из динамиков задача не сложная.

 

Дополнительная информация:

 

Для выбора типа оформления нужно знать базовые параметры Тиля-Смолла вашего динамика, — полная добротность Qts , резонансная частота Fs. и эквивалентный объем.

Традиционно:

Qts > 1,2 это головки для открытых ящиков, оптимально 2,4;
0,6 < Qts < 1,2 — головки для закрытых ящиков, оптимально 0,7–0,8;
0,4 < Qts< 0.6 — для фазоинверторов, оптимум — 0,4;
0,2 < Qts< 0.8 — для систем с пассивным излучателем;
Qts < 0.4 — для рупоров.

Есть мнение, что нужно сортировать головки не по добротности, а по величине Fs/Qts и как ориентир:

Fs/Qts > 30 экран и открытый корпус;
Fs/Qts > 50 закрытый корпус;
Fs/Qts > 85 фазоинверторы;
Fs/Qts > 105 Бандпассы (полосовые резонаторы).

 

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Рейтинг
( 13 оценок, среднее 4.69 из 5 )
AudioArt.ru
Комментарии: 3
  1. Sped

    Мне вот что не понятно про фазоинвертор. Если он переворачивает фазу, то должна быть разница, куда он направлен — вперёд или назад. Но я вижу, что приблизительно одинаковое количество моделей с фазоинвертором впереди и сзади, с приблизительно одинаковыми размерами корпусов и динамиков. Получается, что у каких-то из них фазоинвертор должен, работая в противофазе, ослаблять низкочастотный сигнал? Но этого не происходит…
    Ещё не понятно, как короткий фазоинвертор переворачивает фазу длинной волны.

    1. AudioArt.ru

      «Если он переворачивает фазу, то должна быть разница, куда он направлен — вперёд или назад.!»
      Нет. Здесь не геометрия, а физика. Длины волн на частотах ФИ около 15 метров — для результата нужно на многие-многие метры его сместить.

    2. Александр

      В классическом варианте расчета фазоинвертор должен действительно ослаблять низкочастотный сигнал на частоте резонанса НЧ динамика помещенного в данное акустическое оформление, и усиливать низкочастотный сигнал на частоте ниже этой резонансной частоты. Но в современных системах делают так что он не понижает громкость на частоте резонанса, а лишь усиливает где-то ниже его. В результате на АЧХ появляется два горба резонанса один принадлежит динамику, а второй фазоинвертору, но формально это позволяет заявить производителю что его система якобы звучит на более низких частотах чем у конкурентов.
      На самом деле она не звучит а «бубнит» и «попердывает» на этих двух резонансах, но в последнее время появилось много музыки специально созданной под такие системы: дабстеп негры это вот все оно.
      Решение куда вывести порт фазоинвертора это палка с двумя концами, не всем нравится дырка на лицевой панели, а если его сделать сзади то акустику нельзя ставить близко к стенке или в угол — потому что это сбивает настройку ФИ как по частоте так и по амплитуде. Известная проблема когда сабвуфер стараются запихнуть куда-нибудь где его не видно в угол или под стол, а он оттуда начинает громко бухать совсем не в такт музыке. А все дело в отражениях, эхо усиливает громкость, чем меньше помещение тем громче бас.
      Ну и вообще большинство фазоинверторных и особенно бандпасов та еще какаха, и это связано с принципом их работы они используют резонанс. Это вот когда вы легонько подталкиваете качели а они в конце концов сильно раскачиваются. Так и тут сильно раскачавшись динамик и фазик дают громкий звук, вот только на их раскачку ушло время а значит звук появился позже чем он записан в треке, и заглохнет он то-же позже чем должен был закончится. Отсюда и весь трындец — они не могут воспроизвести музыкальный трек если это не дабстеп где они должны гудеть не переставая задавая основной ритм, или если нет значения когда появляется звук как например взрывы в киношках и играх.

Добавить комментарий

Спасибо!

Теперь редакторы в курсе.

© При использовании материалов AudioArt.ru обязательным условием является наличие открытой гиперссылки на исходную страницу