Керівник фірми "Валанконь", один з ініціаторів проведення і активний учасник виставки "Російський Hi-End", розповідає в статті про особливості акустичних систем з круговою діаграмою спрямованості, а також про варіанти їх конструкції.
Основне завдання електроакустичного звуковідтворення (в самому ідеалізованому варіанті) - забезпечити відповідність вторинного звукового поля в місці прослуховування первинного в місці, де відбувається сама дія. Перебуваючи на вулиці, в лісі, в полі або в будь-якому іншому місці, прислухавшись, ми абсолютно вільно можемо локалізувати джерела цих звуків з усіх боків. Більшість джерел звуків в навколишньому світі близькі до точкових (в порівнянні з довжиною хвиль звукових коливань). Від цих джерел виходить динамічно змінюється спектр частот і, в залежності від місця розташування джерела звуку над рівнем підлоги або землі, формується полусферическая або сферична хвиля. Можливо, мені заперечать, навівши приклад коливається струни, але давайте візьмемо електрогітару, на якій звукознімач розміщений ближче до кінця струн. Начебто повинні бути тільки високі частоти, але звукознімач передає широкий спектр частот. З кожної ділянки струни можна зняти практично весь спектр частот коливань.
Подумки уявімо собі наступний експеримент: в стіні кімнати без вікон на відстані, наприклад, 2 м вирізані два виходять на вулицю отвори діаметром, рівним дифузора гучномовця. Таким чином, ми отримаємо еквівалент акустичної системи, що володіє різною діаграмою спрямованості для різних частот, причому для високих частот діаграма буде вже. Ми сидимо в кімнаті і намагаємося зрозуміти, що відбувається на вулиці. А тепер вийдемо на вулицю - звуки будуть оточувати нас.
Саме до відтворення просторового звукового поля і спрямовані зусилля розробників акустичних систем просторового поля (АСПП). Більшість існуючих систем - векторні, т. Е. Спрямованого випромінювання хоча б в частині смуги звукових частот.
Завдання озвучування приміщення полягає в тому, щоб наповнити його рівномірним звуковим полем (тиском) у всіх його точках без максимумів і провалів. Уявімо такий експеримент - дзеркальна кімната, і її треба рівномірно освітити. Якщо ми візьмемо ліхтарі спрямованого світла (векторні випромінювачі), то отримаємо окремі промені світла, відбиті від дзеркальних стін, будуть максимуми і провали. Якщо ми візьмемо ненаправлену матову лампу (або дві рознесені лампи), то отримаємо заповнене більш рівномірно світлом приміщення. З цього експерименту ми отримаємо висновок: менш направлене випромінювання звуку від АС створює більш рівномірне звукове поле.
Застосовувані динамічні головки, як джерела звуку, не дозволяють відтворити весь чутний діапазон частот без помітних спотворень. Для вирішення цієї проблеми випускають смугові головки, оптимізовані для своєї смуги частот. Таким чином, АС складаються з декількох головок, рознесених на передній панелі гучномовців, і на кожну з смугових головок подається тільки частина спектра звукового сигналу, причому кожна з цих головок має свою діаграму спрямованості.
У многополосних АС з рознесеними динамічними головками існують деякі проблеми: різний час затримки сигналів у смугах через затримку в фільтрах кросовера, неточечних випромінювання спектру звуку, що призводить до зміщення діаграми спрямованості в області поділу смуг. Різна діаграма спрямованості смугових випромінювачів, в залежності від місця розміщення слухачів, призводить до тембральной забарвленні звучання музичних інструментів.
Висновок: вторинне звукове поле принципово не може відповідати первинному - рис. 1. Виникає неминуче питання - що робити?
Мал. 1. Вторинне звукове поле принципово не може відповідати первинному
Спочатку трохи історії. У 1898 р Олівером Лоджем винайдений динамічний гучномовець, конструкція якого в основному збереглася до сих пір. У 1948 р на Лондонському "Радіо-шоу" був представлений перший гучномовець "DualConcentric" фірми Tannoy, це перший двосмуговий коаксіальний випромінювач, еквівалентний точкового.
Це дійсно був прорив, який зберігає свої переваги до теперішнього часу, проте у коаксіального гучномовця з рупорним високочастотним випромінювачем дуже невелика область комфортного прослуховування через загострення спрямованості з ростом частоти сигналу. У коаксіальної конструкції високочастотний випромінювач знаходиться в вершині конуса низькочастотного випромінювача, який виконує функцію рухомого (!) Рупора, впливаючи на тембрально забарвлення залежно від положення слухача.
Наступний крок до створення АСПП зробив інженер В. І. Шоров. Розроблена ним акустична система 30АС103П випускалася заводом "Янтар" і була описана в [1]. Це двосмугова АС, де дві динамічні головки встановлені в горизонтальній площині і направлені кожна на свій розсіює конус, переводячи векторне випромінювання в скалярний (ненаправленої). Так як високочастотний випромінювач (головка) встановлено над низькочастотних, то абсолютно точкового джерела ми не отримуємо, але в горизонтальній площині виходить джерело з круговою діаграмою спрямованості.
Ще одним кроком до створення точкового всеспрямованого (точніше, з діаграмою випромінювання) джерела звуку стала конструкція (рис. 2), запропонована Ю. Грибановим і А. Клячиним.
Мал. 2. Конструкція АС Ю. Грибанова і А. Клячина
У ній на шести гранях корпусу АС встановлені шість пар головок. Цю АС не можна назвати АСПП, так як присутня векторна складова випромінювання. Але вона є точковим всеспрямованим джерелом звуку. Є ще один недолік: однаковий сигнал випромінюється кількома голівками і неможливо домогтися їх синхронної роботи та ідентичності параметрів. Це може призводити до втрати найтонших нюансів звучання фонограми.
Більш повно ідеології АСПП відповідає так звана контрапертурная АС (рис. 3), запропонована А. Виноградовим і А. Гайдарова.
Мал. 3. Контрапертурная АС, запропонована А. Виноградовим і А. Гайдарова
Створюється віртуальний точковий всенаправленний джерело звукового тиску в повній смузі ЗЧ. Вертикальна складова звукової хвилі кілька пригнічена. Але ми знову повертаємося до тієї ж проблеми, що і в попередньому випадку, - не виходить абсолютно симетричною структури. На високих частотах звукові хвилі, які випромінює двома головками, можуть не збігатися по фазі, і виникла інтерференція призведе до спотворення вихідного тембру. Спотворення, звичайно, менше, ніж в попередньому способі (менше головок), але проблема залишається. Є ще одна проблема, пов'язана з подібною конструкцією. Використання двох широкосмугових головок не завжди дозволяє відтворити необхідний діапазон частот, навіть якщо використовувати коаксіальні (двохсмугові). Необхідну трьохсмуговими в такій структурі реалізувати неможливо.
Принцип роботи третього типу АСПП легко зрозуміти з конструкції, умовно зображеної на рис. 4. Виключення половини комплекту гучномовців контрапертурной АС дозволяє уникнути властивих їй недоліків. Тут також випромінюються звукові хвилі з круговою діаграмою спрямованості в усьому діапазоні частот.
Мал. 4. Принцип роботи третього типу АСПП
В даний час наша фірма, що має ряд патентів на подібні АС, випускає АСПП по двом структурам. Двополосні, виготовлені по рис. 5, випускаються в трьох обсягах: 5, 10 і 40 л для побутового використання в житлових кімнатах. Для невеликих кінозалів випускається спеціальна АСПП потужністю 1000 Вт, що забезпечує високий звуковий тиск. Структура АСПП, зображена на рис. 6, реалізує трьохполосний принцип поділу спектра, що істотно спрощує проблему підбору головок. Серед виробів фірми є і АСПП з об'ємом корпусу 70 л, вона розрахована на високоякісне відтворення стереофонічних фонограм.
Мал. 5. Двухполосная АСПП
Мал. 6. Трьохполосна АСПП
Якщо говорити про особенностяхАСПП, то в порівнянні з АС прямого випромінювання можна припустити деяке ослаблення атаки в звучанні інструментів, так як звук випромінюється на всі боки, а не направлено на слухачів.
Але що дає використання подібних АС в реальних приміщеннях? Створюється рівне просторове звукове поле - де б ви не знаходилися, всюди звук тембрально однаковий. Стоїте ви перед АС або збоку - звук не змінюється, вас оточує однорідне звукове поле. Виходить дуже комфортне озвучування великих площ: незвичайне відчуття комфортності і емоційної залученості створюють середовище, недосяжну зі звичайними АС. Показання тут три типи АСПП не вичерпують усього різноманіття різних варіантів.
Стверджувати однозначно, що якийсь звук краще або гірше іншого при перевищенні певного порогу якості, в значній мірі безглуздо: сприйняття - це область емоцій, а вони різні, тому є безліч підсилювачів і акустичних систем. Але що однозначно - цей звук ближче до навколишнього нас природного.
Як приклад розглянемо випускається нашою фірмою акустичну систему АС200. Ця система виготовляється в настільному і підвісному варіанті з застосуванням динамічних головок, що випускаються ТОВ "Лабораторія АСА" [2]. Ми використовуємо в якості НЧ-головки модель В1602.8, а в якості ВЧ-головки - Т252.4. На рис. 7 наведено спрощений креслення АС.
Мал. 7. Спрощений креслення АС
Мал. 9. Креслення деталей 2, 6
Мал. 10. Пластиковий конус
Бажана глянсова, лакована поверхня конуса для зменшення втрат на високих частотах. Конус фіксується на деталі 2 за допомогою клею.
Як звукопоглотітеля використовується тонкий синтепон, який набивають щільно; критерієм щільності набивання є відсутність бубненія в низькочастотному регістрі. Можна спробувати насипати шар товщиною 5. 10 см дрібного активованого вугілля, який обов'язково зверху закрити синтепоном.
Деталі 1 і 10 визначають зовнішній вигляд, їх можна пофарбувати або фанеровані. Деталь 1 кріпиться до деталі 2 на шкантах або дрібними шурупами, а деталь 10 - саморізами, з випуском з'єднувального кабелю.
Для додання АС товарного вигляду можна пошити "панчіх" з тонкої синтетичної тканини і прикріпити її степлером до верхньої і нижньої деталі 2.
Схема розділення каналів показана на рис. 11.
Мал. 11. Схема розділення каналів
Котушку індуктивності L1 намотують емальованим дротом діаметром 0,5. 0,8 мм на пластикову трубу діаметром 25 мм, шірінанамоткі - 20 мм. 120 витків дроту довжиною 10,2 м створюють індуктивність 0,3 мГн. Конденсатор С1 - К73-17 або К78-2 (краще). Резистор R1 опором 0,2 Ом виготовляють з високоомній дроту: беруть шматок завдовжки кілька метрів, вимірюють його опір і відкушують відповідає номеру потрібної опору частина. Діаметр дроту повинен бути не менше 0,2 мм. Фазу (полярність) включення головок визначають дослідним шляхом. Тут на схемі показана полярність, оптимізована при вимірюванні на "рожевому" шумі.