царство чистого звука!

Корпус акустической системы

Oставляя в стороне вопрос о том, что для того, что бы продать созданный инженерами «ящик», ему действительно неплохо было бы придать вид кра - сивой «мебели», мы подробно изучим корпус АС и обнару жим, что задачи, возложенные на него инженером, совсем не тривиальны. Больше того: как всегда в High End, они много образны и противоречивы. Высшая миссия корпуса АС — не прозаическое крепле ние динамиков, а формирование комплекса характеристик звукового давления (передаточной функции) и модуля пол ного электрического сопротивления НЧ-громкоговорителя в области низких частот. В электроакустике принят термин «низкочастотное оформление» — и, собственно, это и есть корпус. Существует много видов низкочастотного оформления: закрытый корпус, фазоинвертор и т. д. Описание их воздей ствия на характеристики АС, во-первых, занимает слишком много места и выходит за рамки справочника по High End, а во-вторых, подобные материалы уже публиковались на стра ницах «АудиоМагазина», хотя и давно. Для простоты будем считать, что НЧ-оформление аку стической системы, будь то закрытый ящик, фазоинвертор или акустический лабиринт, спроектировано правильно и соответствует выбранному НЧ-громкоговорителю. Короче говоря, оставим его в покое и перейдем к другим функциям корпуса АС. Если поместить между слушателем и источником звука некий предмет, размеры которого сравнимы с длиной волны, то звуковые волны смогут создать на нем новый источник из лучения — возникнет дифракция. Поскольку корпус АС мы умудрились прикрепить к громкоговорителю, то дифракци онные явления возникнут в избытке. Представьте себе, что лампочку фонарика мы поместили в рефлектор: характер светового пучка изменится. Как? Это будет зависеть от дли ны волны излучения и от формы рефлектора. Еще в 1950-е годы Олсон исследовал нелинейность амплитудно-частот ной характеристики (АЧХ) звукового давления динамика, установленного в корпусах различной формы. Наибольшая неравномерность (а это плохо) наблюдалась у кубического корпуса, наименьшая — у сферического. В силу практических производственных соображений корпус АС чаще всего делается прямоугольным. Выбор не такой уж плохой, хотя эллипсоид и цилиндр дают лучшую равномерность. Прямоугольный корпус с фасками или за кругленными краями дополнительно снижает влияние диф ракции на АЧХ, но при довольно значительных радиусах за кругления или глубине фасок. л юбопытно, что многолетний опыт эксплуатации аку стических систем показывает: вклад именно формы корпу са в качество звучания не столь велик, как утверждается в рекламной литературе. Дело в том, что даже такой простой параметр, как неравномерность АЧХ на оси излучения, бу дет зависеть, и сильно, например, от положения излучателя в корпусе, то есть расстояния до углов. Кроме того, дифракция работает не только в измерительной камере, но и в реальном помещении, где хватает других объектов, вокруг которых звуковые волны будут изгибаться и переизлучаться.

НЧ-громкоговоритель, как вы понимаете, излучает звук не только вперед, к слушателю, но и назад, внутрь корпуса Если корпус закрытый, то — за счет отражения от препят ствий и сложения колебаний — около граничащих поверх ностей возникают недвижимые зоны сжатия воздуха. Это участки так называемой стоячей волны, расположившиеся между ограничивающими поверхностями сжатий-разреже ний. и х амплитуда и частоты, которые их возбуждают, вы числены еще лордом Рэлеем и зависят от скорости звука и линейных размеров (высоты, ширины и глубины) корпуса. у прощенно говоря, стоячие волны будут наблюдаться, когда половина длины волны меньше или равна расстоянию между двумя стенками корпуса. На более высоких частотах волны не стоят, а бегут, то есть в фиксированной точке пространства сжатие сменяется разрежением. Если в спектре воспроизводимой музыки появляется нота, рождающая выраженную стоячую волну, то воздушный объем корпуса либо добавит этой ноте совершенно лишнюю энергию, либо, наоборот, отправит ее в черную дыру, откуда не вернется ни шороха. В акустике помещений рассчитаны соотношения сторон комнаты с наименее выраженными резонансами (модами); эти же соотношения, безусловно, применимы и для прямо угольных корпусов. Так, еще в древнем Египте пользовались золотым сечением: В : Ш : Г = 2,6 : 1,6 : 1. Так или иначе, но при всем уважении к «хорошим» про порциям корпуса (а они помогают еще и избежать «орган ных» резонансов, которые возникают в слишком узких и высоких корпусах) или к дроблению стоячих волн за счет непараллельных поверхностей ящика современный инже нерный подход считает их неэффективными. у ж слишком велико давление внутри корпуса (130 дБ внутри при 87 дБ снаружи), а кроме того, защитить от появления резонансов негармонического ряда не может ни золотое сечение, ни наклонные стенки. у странить внутренний волновой бунт сейчас пытаются снижением скорости звука из формулы лорда Рэлея: заполнение корпуса, особенно закрытого, зву копоглотителем снижает амплитуду стоячей волны намного эффективнее, чем вышеупомянутые ухищрения с пропор циями. От РА жения и Материалам мембран НЧ-громкоговорителей мы по - святили целую главу компендиума. Наиболее распростра нены диффузорная бумага, полипропилен, анодированный алюминий — все они относительно легкие и жесткие. Такие материалы акустически почти прозрачны, то есть пропу скают звук с малым поглощением. Теперь представьте себе громкоговоритель с подобной мембраной в корпусе. Тыловая сторона мембраны, естественно, излучает звуковое давление внутрь корпуса. Там оно отражается от задней, да и от других стенок и... возвращается наружу, в комнату, к слушателю — через диффузор динамика. Этот отраженный звук, естествен но, задержан и сдвинут по фазе относительно оригинального, который приходит в наши уши от фронтальной поверхности мембраны. Похожие задержанные сигналы будут излучаться в ком нату и из отверстия фазоинвертора, если корпус с фазоинвер тором. Ничего хорошего от фазово-искаженных повторов по лезного сигнала, отправляемых в комнату прослушивания, ждать не приходится. Классический случай гребенчатой фильтрации, когда одни частоты полезного сигнала усили ваются, а другие ослабляются из-за отраженного излучения тыловой поверхности мембраны, будет усугублен дополни тельным вкладом резонирующих панелей корпуса, о которых мы еще расскажем. Мелкие музыкальные нюансы потонут в шуме случайных задержанных копий предыдущего звука, звучание приобретет неприятную серость и мутность вслед ствие размывания атаки и затухания, пострадают быстрота и ритмичность исполнения. Простой способ ограничить отражения звука внутри корпуса АС — применение звукопоглощающего материала. Подобрав его должным образом, можно получить целый ряд дополнительных полезных функций: например, устроить торможение звуковой волны в корпусе трением, что выра зится в уменьшении скорости распространения звука внутри него. А это, в свою очередь, может снизить амплитуду резо нансов воздушного объема, описанных выше, а также увели чить виртуальный объем корпуса либо виртуальную длину акустического лабиринта или трансмиссионной линии, если нечто подобное нужно разработчику для изменения параме тров НЧ-оформления динамика. К сожалению, применение поглотителей внутри кор пуса — не панацея и всегда имеет массу вредных побочных эффектов. Не говоря уже о том, что необходимо совершенно точно определить место расположения и плотность такого материала и должным образом его закрепить, чтобы он не хлопал в такт музыке; загвоздка состоит в том, что все извест ные нам материалы частотно-зависимы, то есть поглощают звук нелинейно. Вместо отражений одного частотного спек тра мы получим набор отражений с другой формой частотной характеристики. Вполне вероятно, что качество звучания от этого только ухудшится. и збыточное количество неправильного поглотителя также может привести к уменьшению виртуального объема корпуса, а значит — к искажению рассчитанных характери стик в басу. Движение подвижной системы НЧ- громкоговорителя порождает весьма мощные силы, пытающиеся сдвинуть диффузородер жатель вперед-назад от мест крепления его к передней панели акустической системы, а также толкает воздушную пружину за тыло вой поверхностью излучающей мембраны. Все это изгибает и заставляет вибрировать стенки корпуса АС, причем первый путь передачи вибраций действует только на частотах ниже 500—600 Гц, а второй — широкополосный. Поскольку стенка корпуса вибрирует, она излучает звук. Результаты получаются неодинаковые в зависимости от частоты. На нижних частотах (менее половины частоты собственного резонанса колебательной системы, см. рис. 1 и область 1 на рис. 2) наша колебательная система управля ется упругостью. и наче говоря, гибкая стенка будет на этих частотах вибрировать сильно, а жесткая — совсем не будет. Как только частота возбуждения приближается к частоте основного резонанса стенки, система начинает управляться потерями. Какой бы стенка ни была, в этой области спектра она будет вибрировать с максимальной амплитудой, а звуко изоляция снизится до предела (область 2 на рис. 2). у тихо мирить резонанс тут можно только потерями (трением, дис сипацией энергии) в материале стенки. На частотах выше частоты собственного резонанса си стема начинает управляться массой. Чем массивнее корпус, тем меньше он вибрирует и пропускает звук наружу (область 3 на рис. 2) — до так называемой частоты совпадения (она зависит от толщины и плотности материала стенок, а также их жесткости), около которой вибрации вновь возрастают. Правда, эта частота лежит уже в диапазоне бегущих волн, и амплитуда колебаний не будет велика (область 4 на рис. 2). Получается, что на частоте ниже основной резонансной достаточно иметь просто жесткий корпус, хоть алюминиевый, хоть тонкостенный фанерный. На высоких частотах хорошо поведет себя такой же корпус, но более массивный. А вот на основном резонансе эта наша конструкция даст нам легион вибраций и призвуков. Степень их вредности будет зави сеть опять же от тысячи причин, в частности от чувстви тельности АС, но об этом мы поговорим позже. Резюме В рамках первого исследования High End- звучания без корпусных призвуков мы очерти ли ряд теоретических направлений, пользуясь которыми можно успешно бороться с призву ками, искажениями и потерями. Практическая, технологическая и конструктивная реализация пока что осталась за кадром. Материалы корпу сов — а их очень много — мы обсудим в следую щей части нашего сводного справочника на все случаи аудиофильской хай-энд-жизни

Рейтинг@Mail.ru
servermusic.ru  © 2017