Технология - это не тайна, а реализация физических знаний и эксперимент для проверки физической модели в реальности

Введение:

здесь я хочу представить общий и понятный обзор критериев разработки акустических систем в целом, чтобы показать акустические и электрические связи, которые создают звуковую картину и влияют на нее.

Пассивные динамики с драйверами для разных частотных диапазонов звука по существу состоят из трех модулей:
1. корпуса
2. динамики
3. электрические фильтры - частотный разделительный фильтр

Эти составляющие должны быть подстроены друг под друга и потому вместе составляют гармонию - или, другими словами, - однородность в звуковом изображении.

Корпус

Корпус необходимо оптимизировать в пяти дисциплинах:
1. Расположение драйверов
2. Дифракция звука по краям корпуса, также известная как конструкция дефлектора
3. Звукоизоляция внутри корпуса
4. Минимизация резонанса внутри корпуса
5. Способность к воспроизведению баса

Распределение динамиков в пространстве в контексте разделительного частотного фильтра и дифракционного поведения корпусов сконструировано таким образом, генерируется наилучшая характеристика кругового излучения, которая для человеческого слуха - то есть слуховой обработки сигнала мозга – воспринимается как естественный звук. Здесь следует учитывать временное поведение электрического фильтра, что также может привести к смещению глубины динамиков. В этом контексте решающее значение имеют свойства поверхности и фильтра (частоты среза и угла наклона) динамика, так как это прямо влияет на диффузное звуковое поле в помещении для прослушивания и, таким образом, определяет звуковое размещение воспроизводимого материала, а также качество звука при неблагоприятных позициях при прослушивании.

С  постановкой этой задачи напрямую связана тематика звуковых отклонений по краям корпусов. При креплении колонок к стенам или потолку этой темой можно пренебречь, однако, как только громкоговоритель оказывается в свободном пространстве, конструктивно возникают  условно геометрически ограниченные поверхности, по краям которых дифрагируется звук, тем самым деформируя равномерное поведение кругового излучения частотно-зависимым образом. Дифракционное поведение по отношению к динамику имеет особый эффект, поскольку незначительные изменения в геометрии оказывают значительное влияние на высокотоновый звуковой образ, например воспроизведение человеческого голоса.

Звукоизоляция колонки имеет решающее значение для четкого воспроизведения. С тонкими стенками корпус резонирует как особенно плохо изготовленный резонансный корпус инструмента и, таким образом, обеспечивает дополнительные шумы и обертона (искажения), которые динамик не должен воспроизводить. Здесь говорят также и о грохоте корпуса, когда отношение тонких стенок корпуса к высоким уровням звука является экстремальным.

Поэтому корпус должен быть супер звуконепроницаемым, так чтобы и акустика также звучала очень хорошо. Поэтому тяжелая тропическая древесина, обладающая отличной жесткостью и высокой массой / насыпной плотностью, является очень хорошей основой.

На этом месте миф о том, что знаком качества при постукивании по корпусу является глухой звук, опровергнут. 

С одной стороны, существует такой вариант, изготовление обычного корпуса, например, из 19-миллиметровой МДФ с помощью звукоизолирующего материала, (так как они были бы сделаны для звукоизоляции  вентиляционного канала, а для рынка hi-fi это предлагается как что-то особенное), для звукоизоляции и, следовательно, для того, чтобы получить глухой звук стенки корпуса.Такой же звук можно услышать в слегка укрепленном корпусе, сделанном из скорее более мягкого материала.Другой вариант изготовления корпусов из особо жестких и тяжелых материалов. Такой материал как  твердые породы древесины, искусственный или настоящий камень, оптимально подходит для звукоизоляции, что дает при постукивании очень чистый звук. Поэтому вес колонки более значим, чем звук стука по корпусу.
Преимуществом массивной древесины является вес и жесткость. Из-за изменения влажности массивная древесина может меняться в размерах, что приводит к сильному напряжению компонентов корпуса. Таким образом, напряжения компонентов корпуса приводят к тому, что свойства волны изгибающей стенки корпуса меняют его  благоприятно (и звук стука становится еще чище, более высокочастотным).

Тема резонансов внутри корпуса колонки очень сложная, так как корпуса нельзя просто погасить, не оказыв весомого  влияния на стиль игры динамиков.

Идея о том, чтобы подавить объем позади динамика таким образом, чтобы он включал звук и не возвращал звук, - это всего лишь иллюзия. При желании создать модель поведения внутри корпуса, может обнаружится, что динамик играет против затухающей пневматической рессоры. Ассоциация с подвеской автомобиля может помочь в анализе проблемы, что к проблемному поведению приводят как  чрезмерное затухание, так и слишком низкое демпфирование. То же относится и к тому, как играет динамик. Если он играет в незаполненном объеме, то он прыгает как автомобиль с неисправными амортизаторами и играет очень волнистую частотную характеристику с эхоподобным поведением затухания. Если динамик играет в сильно заполненном корпусе, он звучит подавленно и без тонких динамических деталей, точно так же, как жесткие амортизаторы автомобиля, ведут к капризному вождению без нужной реакции. Демпфирование и оптимизация формы корпуса осложняется тем, что сами динамики привносят существенное затухание.

Дополнительно к представленной теме резонансной недостаточности для повышения уровня низких частот, а также для повышения уровня низких частот, а также для увеличения уровня звучания баса, к поведению корпуса целенаправленно интегрированы резонансы. Общим методом конструкции является «нормальный» корпус акустического фазоинвектора, который содержит фазоинвекторную трубку, настроенную относительно поверхности диафрагмы вуфера.  Разумеется, эта резонансная система, основанная на функциональности резонатора Гельмгольца, может быть модифицирована по-разному. С одной стороны, есть возможность сконструировать порт особенно большим, чтобы получить особенно высокую точность баса, с тем недостатком, что в то же время в верхнем басе и среднечастотном диапазоне нарушения также очень четко излучаются. В качестве другого варианта существует возможность заставить систему очень сильно вибрировать посредством небольшого и короткого порта, так что бас все еще будет играть в мертвых пространствах или с приглушенными динамиками, но с условием, что бас потеряет в точности, зато нарушениями в более высоких частотных диапазонах можно почти пренебречь. Совсем другое - вариант установки «высокой» движущейся массы в порт  посредством пассивных мембран. Преимущественным в этой конструкции будет только компактный суббас. Здесь, однако, существует основная проблема нелинейного поведения, так что такие системы скорее не передают тихие сигналы, зато громкие - с большим резонансом. Другими вариантами корпусов являются, с одной стороны, линия трансмиссии, направляющий диполь, который стимулирует для игры самые глубокие ноты как трубка органа, и требует для его обертонов специальной конструкции. Еще один вариант – басовые рожки, которые как и труба, предназначены для увеличения объема звука перед/за динамиком и произвести впечатление на слушателя посредством своих гигантских геометрических размеров. Даже конструкции с внутренним сабвуфером, а также конструкции с несколькими камерами - это варианты оптимизации эффективности и игровой производительности, а также стабильность уровня баса акустических систем.

Динамики

Динамики часто изготавливаются очень индивидуально, и на рынке представлены огромные количества разных видов. Я воспринимаю это разнообразие скорее как беспомощность, потому что каждый пытается каким-то образом сделать что-то особенное, но на самом деле  большого выбора высококачественно играющих динамиков нет.  В основном, существуют критерии выбора, с помощью которых можно очень быстро отсортировать много динамиков.

1. Линейность частотной характеристики,
2. Низкая устойчивость к искажению/степень прочности
3. Минимизация нелинейного поведения
4. Большой полезный диапазон частот

Линейность частотной характеристики означает, что у динамика мало волн, ступеней или каких-либо других артефактов. Если динамик играет довольно близко к физическому поведению по Тилю и Смоллу, то есть частотная характеристика, определяемая параметрами Тиля-Смолла, вполне соответствует реальной частоте, то вероятно, что динамик имеет идеальное временное поведение, так что резонанирования в конструкции колонок были предотвращены, и что динамик не играет против внутренних частотно-зависимых пружин – таких, как воздушная подушка. Независимо от того, был ли динамик спроектирован с нарастающим или падающим частотной характеристикой в конце, не имеет никакого существенного влияния на эту тему.

Низкое искажение - это тема для High End. Для степени искажения/искажений существуют стандартные пределы, которые еще можно услышать. В вопросах тембра и подлинного восприятия, по сравнению с реальностью, можно легко воспринимать даже 20 дБ ниже нормативных пределов слуха (искажений). При этом, несомненно, в соответствии с кривыми слуха, существует частотно-зависимая чувствительность человеческого слуха. Таким образом, даже при очень высоких требованиях к качеству, искажения в диапазоне низких частот остаются в большей степени терпимыми, чем в диапазоне средних и высоких частот. Низкий уровень искажений также имеет важное значение для оценки уровня прочности, так как высокие пиковые уровни/импульсы, генерируемые ударными механизмами (перкуссия, ударные инструменты) должны воспроизводиться точно через динамик.

Нелинейное поведение - это тема, которая регулярно дисквалифицирует, казалось бы, хорошие динамики. Характерными для нелинейного поведения являются, в частности, механические свойства резиновых гофровых соединений. При этом эластичная деформация резины, а также ее демпфирование относительно амплитуды не является линейной. Практически можно выполнить серии измерений параметров Тиля-Смолла для полезного объема - то есть желаемого динамического диапазона - и определить, что они, тем не менее, значительно меняются. Это приводит к тому, что динамика электрического сигнала не соответствует динамике акустического сигнала. Это имеет едва заметное влияние на грубую динамику, но является важным фактором для детализации музыки. Неблагоприятным, но неизбежным является тот факт, что в дополнение к воспроизводимости внешних динамиков, характер демпфирования в корпусах способствует дополнительному нелинейному поведению. Здесь понятно, что конструктивная цель заключается в том, что поведение корпуса должно целенаправленно вести себя прямопротивоположно поведению динамика, чтобы снова получить приблизительно высокую линейность по отношению к импульсной характеристике.

Пригодный частотный диапазон это скорее довольно простая тема, здесь речь идет, в основном, о том, в каком диапазоне частот удовлетворяются критерии линейности частотной характеристики. Это обусловливает высокое совершенство мембран, так как они в значительной степени ограничивают верхние предельные частоты, то есть полезное пространство для высоких тонов. Слишком низкие частоты, по существу, искажение (искажения), являеются ограничивающей величиной, которая, другими словами, ограничивает уровень прочности динамика.

В настоящее время существуют субъективно обоснованные критерии отбора для динамиков, где картонная мембрана звучит лучше, чем металлическая или керамическая. Практически это вопрос искажений с одновременно «естественной», т.е. очень тонко-динамичной способностью к воспроизведению. С одной стороны, есть динамики, которые играют очень „живо“ и в которых обертоны (искажения) формируют звуковой образ, с другой стороны, заметна тенденция к более слабо играющим динамикам, здесь звук мембранного материала из-за отсутствия обертонов не слышен. Последние, однако, менее подходят, когда речь идет о поиске подлинного воспроизведения музыки. Поэтому необходимо прослушивать «звук» динамиков и выбирать подходящие для акустических систем типы. Поэтому для меня критерии выбора/измерительные приборы и т. д. не оказались полезными.

Частотные фильтры

Частотный фильтр в акустической системе окружен мифами, как ничто другое. Есть разнообразные постановки задач по отношению к дизайну, с одной стороны, очень крутые фильтры, с другой - очень плоские фильтры, особенно мало компонентов, также как коррекция всего возможного - например, идеальный линейный частотный ход на оси – цель всего этого  -  создание идеального звука.

Несомненно, компоненты частотных фильтров не ведут себя идеально. Такие отклонения от физически идеального поведения используются для создания всевозможных эффектов. В качестве примера можно взять ленточную катушку, однослойную катушку из тонкого медного листа. Электрическое поведение такой катушки приводит к уменьшению мельчайших деталей, последствием чего является то, что динамик, играющий с большой четкостью, но при этом и с широким спектром шумов,  воспроизводит звук  более грязно и, таким образом, искажения – даже описанные как жесткость – больше не воспринимаются как таковые. Это позволяет целенаправленно устранять ошибки проигрывателей и динамиков. Другими словами, чтобы точность HighEnd устройств не раздражала, нужны компоненты, которые округляют звуковое изображение, сравнимое с функцией сглаживания экрана. То же самое верно и для конденсаторов, даже с этими компонентами, нелинейное поведение измеримо и акустически слышно. Особенно конденсаторы с малыми потерями также вносят вклад в тонкую динамику  и делают возможной, однако только в очень проработанной акстике, желаемую цель воспроизведения естественного звука. Небольшой переизбыток деталей, и звук воспринимается только как «жесткий» и «трудный».

С одной стороны, в качестве оптимизирующих переменных для воспроизведения естественной, полной деталей и неискаженной музыки нужно стремиться к относительно линейной частотной характеристике, чтобы противодействовать маскирующим эффектам, которые скрывают детали, нацеливаться на улучшение акустической фазы в высоких частотах, чтобы стало возможным изображение естественной акустической сцены, а так же совершенствовать геометрическое расположение катушек в колонке, что необходимо для минимизации нежелательной индукции.

Например, при оптимизации разделительного фильтра были выявлены недостатки в работе катушек с сердечником, так как при высоком качестве воспроизведения всегда слышны эффекты гистерезиса. Кроме того, взаимодействие с усилителями, которые подходят для разделительного фильтра третьего порядка, приводит к увеличению шумов, что позволяет оптимизировать электрическое сопротивление акустической системы по отношению к проигрывателю. Эти факторы приводят к осознанию того, что несколько компонентов могут быть столь же малозначимыми, так же как плотная компоновка катушки на плате для исправления частотной характеристики.

Вывод:

Описанные выше аспекты являются незаменимыми особенностями конструкции акустических систем, но, в тоже время, недостаточными для поддержания сбалансированного эффекта присутствия, представленного во всем частотном спектре. Наличие полос частот акустической системы является решительно субъективной попыткой описать тот факт, что колонки, казалось бы, схожего  качества отражают разные детали одной и той же музыки. Речь идет об описании подлинности предложенного материала на различных уровнях тона.

Здесь также существенным критерием является энергетическая частотная характеристика акустической системы, которая образует диффузное звуковое поле в помещении для прослушивания и, следовательно, уровень фонового шума. Однако равномерная энергетическая частотная характеристика (которая, в сочетании с линейным частотным ходом на оси, приводит к равномерно увеличивающемуся сведению) не может гарантировать детального воспроизведения музыки, поскольку музыкальный материал был записан также не в идеальных условиях. Одним из источников ошибок являются мониторы, в которых сводится представленный материал. Студийные мониторы - не являются идеальными акустическими системами, но, как и помещения для сведения, указывают на недостатки, которые можно снова найти в анализе воспроизведения музыки. Таким образом, каждая акустическая система в очередной раз является лишь попыткой предложить хорошую возможность воспроизведения, но никогда не будет являться универсальным идеальным решением для обеспечения идеального воспроизведения любых  записей. В дополнение к этим темам, есть и другие, такие как - воспроизведение басов. Вопрос о взаимодействии между пространством и акустической системой также является отдельной темой для обсуждения. Некоторые важные темы овещены в книге и в докладе Флойда Тула - Sound reproduction – art and science/opinions and facts aufgeführt, на которые я всегда охотно ссылаюсь.

вк

Kontakt - Impressum