«Образ триединого Бога есть сферическая поверхность, а именно: Бог-отец в центре, Бог-сын — на поверхности и Святой Дух — в симметричном отношении между центром и описанной вокруг него сферической поверхностью»
Иоганн Кеплер ©
Сферическое совершенство в вакууме
Стремительно неслись века, от первобытного представления мира в виде плоскости человек постепенно приходил к пониманию чего-то большего. В попытке объяснить окружающую гармонию природы, внимание древних ученых - мыслителей не редко было поглощено сферическими формами и их производными.
Лидировали в вопросах пропаганды «сферологии» древние греки. Благодаря труду их воображения появилась своеобразная концепция, по сути - некая смесь музыки, поэзии и астрономии. Например, считалось, что вокруг нашей планеты существует огромная хрустальная сфера, которая поддерживает звезды, а кроме земных, человеческих звуков есть ещё возвышенная «музыка сфер»!
Подобные теории успешно дожили до средних веков и даже нашли свое отражение в трудах известных ученых-астрономов, таких как Николай Коперник и Иоганн Кеплер. Однако у последнего это уже математические модели, а не реально существующие объекты.
Тела сферической формы часто встречаются в природе - небольшие капельки воды, застывшие в свободном падении; глаз человека. Абсолютное большинство небесных тел также имеют внешний вид, приближенный к сфере, не ушли от этой участи и плоды многих растений. Впрочем, даже шины и те возможно в недалеком будущем станут сферическими:
Тем не менее, озираясь по сторонам, мы можем подумать, что норма жизни - это острые углы дверей, прямые линии дорог, образцово ровные стрелы антенн и телебашен, строгие коробки зданий, параллельные стены Вашей комнаты. На самом же деле, если отталкиваться от законов мироздания, единственная идеальная пространственная форма это – шар, или по-научному — сфера.
Математики и физики подробно описали свойства сферических тел лаконичными формулами, из которых происходят не менее изящные выводы. Например, при сравнительно равном объеме сфера имеет минимальную площадь поверхности, сферическая оболочка способна выдерживать огромную разницу между внутренним и наружным давлением (привет батискафам!), в конце концов, звуковые волны распространяются вокруг источника как сферические.
Но не будем углубляться в дебри физики дальше, за исключением одного примера из раздела оптики, идеально подходящего для нашего случая. Речь идет об аналоге абсолютно черного тела, то есть такого, которое полностью поглощает световое излучение. На практике это выглядит следующим образом: в сфере с черной (матовой) внутренней поверхностью делается отверстие, пучок света, попадая в это отверстие, поглощается внутри за счет огромного количества отражений, каждое из которых направляет луч под углом, т. к. в сфере нет параллельных поверхностей.
Что же произойдет, если вместо светового излучения мы направим внутрь шара звуковую волну? Разумеется, нечто подобное же, ведь поведение звука, как и света можно с равным успехом описать волновой (или корпускулярной) теорией. Вот об этих практических чудесах «аннигиляции» энергии мы постараемся коротко поведать читателю в данной статье.
Прямоугольник VS Сфера
Конструкторы аудиооборудования в наши дни все время ищут какой-нибудь альтернативный способ передачи механических колебаний воздуху, то есть воспроизведения музыки. Так появились разнообразные излучатели: электростатические, изодинамические, или гик-гаджеты вроде контактных динамических модулей, позволяющих превратить любую плоскую поверхность в диффузор.
Не смотря на такой ассортимент извращений изобретений, самым популярным вариантом по цене и качеству звука остается обычный «динамик», динамическая головка. Дабы исключить акустическое короткое замыкание и повысить КПД, любому «динамику» нужен хороший корпус. Сказано – сделано. Была придумана целая тьма ящиков со всякими хитростями: открытые, закрытые, «фазоинверторы», лабиринты.
Можно бы на этом ставить точку, НО… Оказалось, что форма корпуса АС, наряду с её геометрическими размерами, имеет очень большое значение для получения звука высокого качества. В ящике звук, излучаемый обратной стороной диффузора, испытывает многочисленные отражения, преобразуется в «стоячие» волны, кроме того, отраженная от стенок корпуса звуковая волна как бы «догоняет» диффузор громкоговорителя, приводя к возникновению в звучании акустической системы разнообразных артефактов, размытости.
На всякое действие найдется противодействие - гласит закон жизни. Литой корпус шаровидной формы обладает значительной жесткостью – говорит нам практика. Не верите? Попробуйте раздавить сырое яйцо в руках! Следовательно, стенки перестают играть роль «второго динамика» подпевающего фальшивым голосом на частоте собственного резонанса. В качестве бонуса: излучения тыльной стороны диффузора частично уничтожаются по описанному выше сценарию.
Звучит красиво, но как обычному человеку проверить поведение звука внутри прямоугольного корпуса «колонки»? Оказывается, очень просто, ведь мы тоже живем в прямоугольном ящике, то есть комнате, помещении с параллельными отражающими плоскостями. Осталось начать в нем капитальный ремонт, вынести оттуда всю мебель, полки, шкафы, ковры и резонансная стоячая волна сразу придет в «гости», просто хлопните как следует в ладоши!
На этом преимущества сферы в области акустики вовсе не заканчиваются. Идя по пути борьбы с резонансами прямоугольных корпусов, мы сталкиваемся с проблемой выбора материала, как если бы речь шла об изготовлении музыкального инструмента. С той лишь разницей, что у инструментов именно корпус является излучающей, резонирующей частью. В «колонках» же наоборот - излучать звуковые колебания должен только динамик.
Сферические акустические системы не так критичны к материалу, как кажется. Основная задача корпуса - выдерживать без деформаций давление воздуха, сжимаемого диффузором динамической головки. Для этого достаточно стенок толщиной 3 – 5 мм, изготовленных из качественного пластика оптимальной твердости. Внешне привлекательные компоненты - стекло, металл, фарфор, дерево наименее подходят, поскольку окрашивают звук собственными ярко выраженными призвуками.
За счет обтекаемой формы корпуса вокруг динамической головки не возникает эффект экрана (baffle step), расширяется диаграмма направленности, сглаживаются интерференционно-дифракционные искажения, вызываемые обычно отражением звуковых волн от плоской передней панели. Амплитудно-частотная характеристика подобных систем в сборе почти эквивалентна АЧХ используемых динамиков, американцы коротко, но емко говорят: «shit in – shit out».
Секреты? Инновации? Все просто: гармоничное соотношение формы и содержания, сочетание хороших динамиков с достойным акустическим оформлением, в результате получаем то самое звучание высокой степени верности, или если выражаться короче: Hi-Fi.