Дамы и господа, аудиофилы и меломаны, здравствуйте.
Добро пожаловать на Dzen-канал Аудиосалона "Русский Звук", посвященный аудиотехнике.
Наш Шоурум находится по адресу г. Москва, пр. Вернадского, 29. Приглашаем Вас в гости!
Напоминаем Вам о нашем сайте https://rus-audio.ru
Сегодня у нас очередная статья с просторов интернета, для ознакомления нашей Дорогой публики.
Авторы (источники): Ирина АЛДОШИНА, Константин НИКИТИН, Собачка ЛУША. Там, где живут басы. Журнал Аудиомагазин.
Отдельно отмечаем, что мнение Аудиосалона "Русский Звук" может не совпадать с мнением авторов статьи.
Итак, поехали!
Вместо введения
Так как интерес читателей к работе низкочастотных звеньев акустических систем не ослабевает никогда, я (К. К.) с М. А. Сергеевым, а затем и с Д. И. Ланским не раз позволял себе углубляться в разные аспекты этой темы. Как и было обещано ранее, для сегодняшнего повествования мы призвали в редакцию известного специалиста е области электроакустики доктора наук профессора Ирину Аркадьевну Алдошину,
И. А. Если допустить, что аббревиатуры hi-fi и high end хоть как-то связаны с натуральностью звучания системы и степенью совпадения этого звучания с реальным, то низкочастотное звено АС может оказаться тем самым узким местом, в которое не впишутся замыслы, воплощенные в источнике сигнала, усилителе и ненизкочастотных звеньях акустических систем.
С. Луша. Если это узкое место порой занимает половину жилплощади, что же говорить о местах прочих...
И. А. Вы, подруга, затронули лишь один из вопросов, волнующих разработчиков низкочастотных звеньев.
Действительно, наряду с выбором либо проектированием громкоговорителей (головок электродинамических, как любят говорить многие) для разработчика важным до чрезвычайности оказывается выбор типа и проектирование корпуса АС где главную роль играет выбор акустического оформления. К. К. То есть вы хотите сказать, что добиться от скрипки контрабасового звучания одним лишь ослаблением натяжения струн весьма и весьма проблематично?..
С. Луша. Сдается мне, что и обратная процедура, основанная на натягивании контрабаса, тоже сомнительна.
И. А. Это понятно. Гриф сломается... А впрочем, о чем это я? Так вот, сегодня, а может быть, и в последующих публикациях, нас будет интересовать именно тип акустического оформления АС.
Начнем мы с самых простых оформлений, но постепенно доберемся и до тех, что заметно сложнее. Итак, корпус АС, базирующийся на той или иной идее акустического оформления, выполняет две основные функции. Первая функция — это блокирование эффекта акустического короткого замыкания, возникающего на счет сложения в пространстве акустических колебаний, возбуждаемых передней и задней поверхностями диффузора и, естественно, противофазных (см. рис. 1).
С. Луша. Догадываюсь, что изоляция вражьей стороны диффузора способна дать очень многое…
Вот хозяйка моя с завязанным ртом собирает ягод раз в шесть больше... А развяжешь — бац!.. Короткое замыкание.
И. А. Вторая функция чуть сложнее. Для знакомства с нею нам прежде всего придется вспомнить, что из себя представляет динамик
С. Луша. Магнит и моя миска на пружине...
И. А. Образное мышление. Так вот, наличие упругой возвращающей силы, обеспечиваемой пружинящим подвесом, предопределяет для динамика возможность лишь возвратно-поступательных движений миски, то есть, простите, диффузора.
С. Луша. Я так понимаю, что движения диффузора могут быть и просто поступательными...
И. А. Но только один раз. Характер вынужденных колебаний диффузора при подаче сигнала теперь будет зависеть от многого. Во-первых, как н у грузика на пружинке, от массы подвижной системы и упругости подвеса. А во-вторых, от того, что вмешивается в работу пружинки. При характерных для низкочастотных звеньев скоростях движения диффузора воздух, его окружающий, способен оказать двоякое действие. Это диссипативное действие, гасящее, демпфирующее колебание подобно амортизатору в автомобиле. Такое действие характерно для любых ситуаций, когда диффузор окружен воздухом.
И упругое действие, когда воздух, сжимаемый той или иной стороной диффузора, оказывает на него воздействие, аналогичное воздействию подвеса. Это характерно для тех случаев, когда воздух заключен в закрытый объем, а в более общем случае каким-то образом оформлен. Это н означает акустическое оформление. Собачка. А нельзя ли перед тем, как приступить к изучению наиболее известных оформлений, их хотя бы перечислить?
И. А. Наиболее широко применяются: — бесконечный экран (infinite baffle1) и его разновидности; — закрытый корпус (closed box, acoustical suspension, sealed box); — корпус с фазоинвертором (bass reflex, vented box, ported box) и его многочисленные собратья; — лабиринт (labyrinth); — трансмиссионная линия (transmission line); — корпус с симметричной нагрузкой (bandpass).
С. Луша. Итак, приступим...
И. А. Бесконечный экран. Это устройство должно удовлетворять двум основным требованиям.
С. Луша. Быть экраном и быть бесконечным. Как Санта-Барбара.
И. А. То есть (рис. 1), помимо наличия разделителя надвое акустического пространства, препятствующего акустическому короткому замыканию, задний объем в корпусе тоже должен быть немалым, хотя бы настолько, чтобы головка не ощущала на себе упругого воздействия содержащегося в этом объеме воздуха.
Те аудиолюбители, воспаленное воображение которых уже посетила мысль вмонтировать головку в стену между комнатами, наиболее близки к идее infinite baffle. Ведь на заре электроакустики широко применялись свернутые бесконечные экраны, то есть коробки без задней стенки. Если их габариты соизмеримы с четвертьволновым отрезком, то короткое замыкание они устраняют вполне приемлемо, хотя уже, конечно, не полностью. Итак, запомним две особенности бесконечного экрана: полное предотвращение акустического короткого замыкания и полное отсутствие акустического демпфирования, то есть ситуация, при которой диффузор не чувствует за собой замкнутого объема.
Отсутствие акустического демпфирования может привести к появлению недопустимо большой амплитуды колебаний диффузора вблизи частоты механического резонанса, особенно это характерно для головок с мощным подвесом и тяжелым диффузором. В неаварийных случаях это явление сопровождается очень резким ростом искажений — до десятков процентов, нередко проявляющимся в откровенном похрюкивании АС. К. К. Наверное, заднюю стенку комнаты вовсе не обязательно закладывать кирпичом.
Закрытый корпус с воздушным подвесом (ранее употреблялось название закрытый корпус компрессионного типа). По виду ничем не отличается от закрытого корпуса, выполняющего лишь функцию бесконечного экрана. Но теперь объем корпуса выбирается таким, что упругость содержащегося в нем воздуха активно вмешивается в процесс колебательного движения диффузора. Этот тип оформления запатентован в 1949 году Олсоном (Н. Olson) и впервые использован в модели AR-3 фирмой Acoustic Research.
В начале 70-х Смолл (R Small) опубликовал серию статей, в которых описал методику расчета подобных АС, что способствовало их широчайшему распространению. Закрытый корпус предъявляет специальные требования и к излучающим головкам. Как правило, это выражается в требовании большой гибкости подвеса3, немалой массы подвижной системы (то есть, в совокупности, низкой резонансной частоты) и наличия магнитной системы, допускающей значительный ход. Такие головки имеют, как правило, сравнительно низкую чувствительность и заметные ограничения по воспроизведению верхней части звукового диапазона. Отсюда выплывают всем нам хорошо знакомые требования повышенной мощности усилителя и хорошо развитого среднечастотного звена.
Тот факт, что основным упругим звеном в закрытом ящике оказывается воздух, то есть почти идеальный газ, свидетельствует о высокой линейности воздушного подвеса. К. К. Гарантом здесь, как я понимаю, выступают то ли ГейЛюссак, то ли Бойль — Мариотт...
С. Луша. То ли Менделеев — Клапейрон. Кстати, о Люссаке никогда бы такого не подумала... К. К. Ты, подруга, всегда обращаешь внимание на частности. От пытливой же мысли наших ученых коллег не могут спрятаться и куда более общие вопросы. Например, в последнее время стало весьма популярным заострять внимание на характере газодинамических процессов в АС. Дискуссия идет о том, каким в той или иной системе является процесс сжатия - расширения воздуха, изотермическим или адиабатическим.
И. А. Обратим внимание читателя на то, что нас интересует лишь быстрый процесс, развивающийся с частотой подводимого к АС сигнала. Именно он, а не медленный согрев газа за счет тепла, выделяемого по многим причинам (главная — тепловыделение в катушке), способен существенно повлиять на характеристики АС. К. К. Итак, сжимает диффузор воздух в корпусе — температура растет. Растягивает — падает. Это — чистейшей воды адиабата. Адиабатичность процесса, при которой закон Бойля — Мариотта, обеспечивающий линейность акустического подвеса, нарушается, свидетельствует о необходимости учета двух явлений, особенно если объем акустической системы мал, а площадь и ход диффузора — велики.
Первое: большее, чем оговоренное законом Бойля — Мариотта, изменение давления адекватно снижению гибкости подвеса. Второе: значительная нелинейность газовой среды должна учитываться, она ведет к искажениям.
И. А. Сразу успокоим разволновавшихся читателей. В реальных АС, изменение объема которых в связи с ходом диффузора не превышает единиц процентов, рассмотренные процессы не могут сколько-нибудь серьезно нарушить привычный ход событий Луша.
И за Allegro в симфонии, как и ранее, последуют Andante и Scherzo? К. К. Но, однако, в последнее время появилось немало работ, изучающих влияние присутствующего в корпусе АС заполнения на характер газодинамических процессов4. Если это заполнение достаточно плотное (около 1% по объему вещества, что составит около 5 кг минеральной ваты для среднего размера АС), теплопроводящее, а волокна тонкие н распределены равномерно, то скорость теплообмена воздух — заполнение может оказаться очень высокой и во всем диапазоне низших частот, когда ход диффузора особенно велик, процесс сохранит изотермичность: сжатие — газ греется, а заполнение его охлаждает; растяжение — газ остывает, заполнение его греет.
При частоте на сотню-другую герц выше процесс станет смешанным, а на более высоких частотах — опять чисто адиабатическим.
С. Луша. Что характерно, случаев глубокого аудиофильно-научного анализа влияния указанных процессов на звук нами не обнаружено. К. К. Тем не менее, если появятся читатели, заинтересованные в дальнейшем изучении этого, безусловно интересного, момента, мы сможем удовлетворить их любопытство.
И. А. Разработанная Смоллом и Тиле (Thiele) методика проектирования АС с закрытым компрессионным низкочастотным оформлением ныне реализуется в ряде компьютерных программ (например, LEAP 4).
Подобные методики позволяют, например, задав параметры головки (резонансную частоту в открытом пространстве /s , общую добротность, эквивалентный объем VBS, эффективную площадь диффузора^, максимальное смещение подвижной системы и другие, см. например, ГОСТ 16122-88)5, рассчитать необходимый объем корпуса и затем параметры АС (добротность, резонансную частоту, частоту среза), то есть определить ее /НХ. К. К. Внимательный читатель может заметить, что в аудиомагазинах АС с НЧ-оформлением закрытый корпус встречаются нечасто. Может, позволим себе маленькое лирическое отступление на эту тему?
И. А. Действительно, с точки зрения коммерчески привлекательных характеристик закрытый корпус может показаться средоточием недостатков. Частота среза — не низкая, чувствительность — не выдающаяся, объем — излишний. Все бы так, если бы не одно достоинство ~ звучат эти АС лучше всех. Лучше — в смысле натуральнее.
В тех случаях, когда добротность АС близка к оптимальной (Q = 0,707), а совокупная АЧХ — к наиболее плоской, closed box обеспечивает сухой, цельный, незатянутый бас. Лучшими ценителями такого баса оказываются те, кто нередко слышал оригинал — музыканты, симфоникомеломалы и т. п. Аудиофилы, не отяготившие свой слух посещением акустических концертов, либо специализирующиеся на электронной музыке, частенько предпочитают другой бас — более сочный, смачный, иногда уже даже гулкий. У звукорежиссеров для его описания есть даже устоявшийся термин наличие мяса в басе,— профессионалы всегда вводят свои термины.
С. Луша (заметно оживившись). Так-так, пожалуйста, подробнее... К. К. Закрытый корпус создает такой бас в случае недодемпфированности (Q > 0,707), а все или почти все остальные системы — в меру своих сил и возможностей. И все же наиболее продаваемыми, коммерчески значимыми оказываются другие типы акустического оформления, например фазоинверторы, разговор о которых мы начнем в следующей части нашего исследования. В последние годы получили распространение, хотя тоже ограниченное, другие разновидности закрытого НЧ оформления: Push-pull (рис. 2а, 6) и Isobarik (рнс. 2в-е). При первом типе оформления удается снизить нелинейные искажения, в основном за счет избавления от четных гармоник; при втором — вдвое снизить объем корпуса АС.
Последняя конструкция была предложена Олсоном еще в 1950 году, широкое применение получила только сейчас в составе сабвуферов. Кстати, изобарическая конструкция в последнее время становится все более и более популярной. И дело не только в сокращении габаритов — рассматриваемая конфигурация позволяет эффективно просуммировать энергию двух головок, что актуально при использовании мощных усилителей.
И. А, В современных моделях Isobarik используется 4 основных конфигурации. Корпус типа tunnel, когда две головки установлены друг за другом или тыльной стороной друг к другу (рис. 2в, z); конструкция типа clamshell (рис. 2Э) и planar (рис. 2в). В последнем случае головки установлены рядом на одной панели и нагружены на общую узкую воздушную камеру, при этом одна головка установлена в малый закрытый объем, вторая излучает в общий корпус АС с фазоинвертором. Подробный анализ особенностей работы подобных систем выходит за рамки сегодняшнего повествования, поэтому отметим лишь некоторые важные моменты.
В идеале диффузоры головок у Isobarik должны двигаться как единое целое, однако этому мешает ряд обстоятельств. Например, наличие закрытой камеры вносит дополнительную жесткость и дополнительную присоединенную массу, то есть добавочную пружину между головками. Снижает идеальность взаимодействия головок также тот факт, что условия охлаждения магнитных систем оказываются различными: возможен перегрев узлов, находящихся в малом объеме, равно как н заполняющего этот объем воздуха. В этой связи clamshell нередко оказывается предпочтительнее. К. К.
Наверное, не надо всякий раз акцентировать внимание на том, что электрическая схема подключения головок к усилителю должна обеспечивать движение диффузоров в одном направлении. В зависимости от конфигурации этому будет способствовать либо синфазное, либо противофазное подключение.
Продолжение следует…
