В последнее время у части радиолюбителей получили признание акустические системы с открытым акустическим оформлением — щиты или неглубокие открытые ящики. Выпущена даже промышленная акустика по такой схеме, получившая высокую оценку специалистов. На фото показана известная система Jamo R909
. Некоторые проблемы такого решения изложены в статье, мой перевод которой приведен ниже.
↑ Предисловие
В начале своей эволюции акустические системы (АС) были только открытого типа. Затем, постепенно, но практически полностью произошел переход на закрытое оформление. Закрытыми АС будем считать фазоинверторы, бандпасы и другие варианты, т. е. оформления при которых лицевая сторона диффузора динамика прямо излучает в помещение, а тыльная в закрытый объём ящика или в помещение, но через резонаторы или другие конструкции, затрудняющие движение воздуха.
Закрытые оформления позволили резко уменьшить объем АС, кардинально расширить частотный диапазон вниз. Промышленность практически полностью перешла на выпуск динамиков именно для закрытых оформлений. Выросли целые поколения, которые ничего кроме ЗЯ и не слышали. Однако немало людей думает, что «вместе с водой выплеснули ребенка» т. к. считает, что звучание средних, главных для восприятия частот, ухудшилось.
Поэтому среди радиолюбителей и некоторых производителей акустики снова появился интерес к открытым акустическим оформлениям (далее для простоты будем называть их ОЯ). Проблема еще и в том, что специальных динамиков для ОЯ сегодня практически не выпускают т. к. они пользуются малым спросом, мелкие фирмы могут их производить для любителей, но из-за малого тиража они будут дорогими.
Хочу предложить вашему вниманию мой вольный перевод статьи Martin J. King «Designing a Passive Two Way Open Baffle Speaker System». Думаю, поднимаемые проблемы и их решения будут интересны.
Наушники открытого и закрытого типа
Специалисты так трактуют открытость — это небольшая изоляция с обеих сторон при прослушивании музыкальных треков, мелодия слышна окружающим, а пользователь улавливает все посторонние звуки. У таких наушников нет эффективной защиты от внешних звуков, а внешняя часть их конструкции выполнена в виде перфораций или сетки, через которые наружные звуки свободно проникают внутрь, а музыка слышна окружающим.
Открытые наушники более всего подходят для прослушивания произведений с обилием высоких и средних частот, т. е. для любителей классики. Устройства с закрытой конструкцией — это изделия с хорошей звукоизоляцией, не пропускающие звук ни снаружи, ни изнутри.
Поэтому наушники закрытого типа имеют такие особенности:
- Оснащаются плотными амбушюрами, чтобы обеспечить полное прилегание к ушным раковинам.
- У полноразмерных аналогов амбушюры полностью закрывают ушную раковину, создавая внутри определенное акустическое пространство для более комфортного восприятия звуковых эффектов.
- Наружная часть устройств не имеет щелей и перфораций, поэтому звук не проникает наружу и не слышен посторонним.
Эти устройства привлекательны для любителей рока или металла, потому что басы прослушиваются наиболее ощутимо и четко.
Какая разница между ними
Разницу между закрытыми и открытыми наушниками можно представить при помощи таких ключевых моментов:
- У открытых нет компонентов, которые могут обеспечить полную изоляцию от наружного шума, а закрытый вариант, наоборот, оборудован надежной изоляцией от проникновения звуков в любую сторону. Первый вариант идеально подходит любителям классической музыки, а второй — для металлистов и любителей рока.
- Открытые изделия хороши для использования в домашней обстановке, а также в местах, где прослушивание любимых треков не будет мешать окружающим. Закрытые устройства, наоборот, подходят для общественных мест и офисов.
Только высокотехнологичные наушники могут обеспечить качественную и полную изоляцию, бюджетные модели обеспечивают нормальное прослушивание только в закрытых помещениях с низким и средним уровнями шума.
Выпускаются комбинированные модели — полуоткрытого или полузакрытого типа, так что можно найти для себя любой вариант.
Характеристики
Все основные параметры указываются в паспорте на изделие, перечислять их мы не будем, они будут описаны конкретно для каждой модели в специальном разделе ниже. Стоит только отметить, что некоторые изделия идут с шумоизоляцией, выполненной различными способами — это могут быть, например, плотные амбушюры из натуральной кожи, которые плотно охватывают ухо, не пропуская наружные шумы и не давая возможности звукам просочиться наружу.
Оформление может быть разным, но суть одна — надежная защита от посторонних шумов. Кроме этого, некоторые модели выпускаются с шумоподавлением искажений и других звуков, появляющихся во время воспроизведения установленной аппаратурой.
↑ Самоделки в Сети
Поиск в Интернете самодельных конструкций ОЯ дает широкое разнообразие размеров, форм, количества и типов динамиков, используются пассивные или активные фильтры.
Одни используют метод проб и ошибок на практике, другие занимаются компьютерным моделированием с предсказанием АЧХ по звуковому давлению. Оба метода работают, и могут создавать готовые проекты АС. Для экспериментирующих самодельщиков очень привлекательно то, что макеты АС ОЯ можно легко, дешево и просто делать макеты из фанерок или картонок, прослушивать и делать акустические измерения, вносить изменения в конструкцию, отрезая куски или наращивая их кусками фанеры или картона.
АС ОЯ прощает большие ошибки в оформлении, но слабым местом является бас. Исправить недостаток баса можно с помощью дополнительного сабвуфера. При этом результаты воспроизведения басов будут достаточно предсказуемыми, особенно если измерить параметры T-S конкретной головки и воспользоваться компьютерными программами для изготовления корпуса сабвуфера. АС ОЯ имеют свойство плавного спада низких частот, частота начала спада обычно определяется размерами лицевой панели и достаточно предсказуема.
Компромиссом между полностью экспериментальным методом и компьютерным моделированием являются такие программы, как EDGE. Программа EDGE помогает определить влияние размеров лицевой панели на формирование частотной характеристики на низких частотах. Но это только одна часть головоломки. Обычно другими частями головоломки пренебрегают, и акцентирует внимание исключительно на расчетах. На мой взгляд, иногда слишком много внимания уделяют кривым, которые выдают программы и забывают о факторах, которые программа не учитывает.
Мне очень нравятся широкополосные динамики и отсутствие фильтров в диапазоне средних частот, поэтому я собираюсь отдать им возможно более широкую полосу частот, добавив самые края диапазона пищалке и басовому звену. К сожалению, динамиков способных воспроизвести полный диапазон частот, да еще в открытом оформлении не существует (или они недоступны). В то же время один хороший динамик может с высоким качеством полностью воспроизвести весь диапазон СЧ.
В данном проекте самые низкие частоты обеспечит низкочастотный динамик, частота раздела будет 100…200 Гц для широкополосной головки.
«Анатомия» домашних акустических систем: материалы и акустическое оформление
Это новый цикл постов посвящён акустическим системам. В связи с тем, что тема крайне обширная, мы решили создать серию статей, отражающих критерии выбора при покупке АС. Это пост посвящен акустическим свойствам материалов корпуса и акустическому оформлению. Пост будет особенно полезен для тех, кто стоит перед выбором АС, а также даст информацию для людей, которые хотят создать собственные АС в процессе своих DIY экспериментов.
Существует мнение, что одним из решающих факторов, влияющих на звук АС, является материал корпуса. Эксперты PULT считают, что значение этого фактора часто преувеличивают, однако, он является действительно важным, и списывать со счетов его нельзя. Не менее важным фактором (в ряду множества других), определяющим звучание АС, является акустическое оформление.
Предупреждаю, в материале есть ссылки на товары не в качестве откровенной джинсы, но в качестве примеров (надеюсь никого не заденет), всё строго в рамках темы.
Дерево – от вырубки до золотых ушей
Благодаря хорошим поглощающим свойствам дерево считается одним из лучших материалов для изготовления колонок.
(коэффициент звукопоглощения древесины в зависимости от породы составляет от 0,15 – 0,17 при 125 Гц до 0,09 при 4 кГц)
Массив и шпон для производства АС применяются сравнительно редко и, как правило, востребованы в HI-End сегменте. Постепенно деревянные АС исчезают с рынка в связи с низкой технологичностью, нестабильностью материала и запредельно высокой стоимостью.
Интересно, что для создания действительно качественных АС такого типа, отвечающих требованиям самых искушенных слушателей, технологи должны отбирать материал ещё на этапе вырубки, как при производстве акустических музыкальных инструментов. Последнее связано со свойствами древесины, где важно всё, начиная от местности, где произрастало дерево, заканчивая уровнем влажности помещения, где оно хранилось, температурой и длительностью сушки et setera. Последнее обстоятельство затрудняет DIY разработку, при отсутствии специальных знаний любитель, создающий деревянную АС, обречен действовать методом проб и ошибок.
Как обстоит дело на самом деле, и соблюдаются ли описанные условия, производители такой акустики не сообщают, а соответственно, любая деревянная система требует внимательного прослушивания перед покупкой. С высокой степенью вероятности, две АС одной модели из одной породы будут немного отличаться в звучании, что особенно важно для некоторых притязательных слушателей с золотыми ушами с большими деньгами.
Доступны колонки из массива ценных пород единицам, стоимость их астрономическая. Всё, что вашему покорному слуге приходилось слышать, звучит превосходно. Однако, на мой субъективно-прагматичный взгляд, несоразмерно стоимости. Порой, хорошо рассчитанные корпуса из фанеры и MDF, обладают не меньшей музыкальностью, но для многих аудиофилов «не дерево»= «не true hi-end», а кому-то «не дерево» попросту статус не позволяет или дизайн интерьера портит.
Полагаю, что одна из лучших деревянных систем в нашем каталоге эта: Напольная акустика (цена соответствующая)
Фанера – почти дерево, если не пролетела над Пекином
Фанера, применяющаяся для производства акустических корпусов, имеет от 10 до 14 слоёв и почти не уступает дереву по акустическим свойствам, в частности по звукопоглощению, при этом несколько дешевле древесины, более технологична при обработке, легче ДСП и MDF. Многослойная фанера хорошо гасит нежелательные вибрации, благодаря структуре материала.
(коэффициент звукопоглощения 12-ти слойной фанеры составляет от 0,1– 0,2 при 125 Гц до 0,07 при 4 кГц)
Как и древесина – фанера применяется в достаточно дорогостоящих, а иногда и в элитных штучных продуктах. Стоимость фанерных АС не на много ниже тех, что произведены из массива, и вполне сопоставимы с ними по качеству.
В ряде случаев корпуса, заявленные , изготовлены из ДСП и MDF. Поэтому низкие цены на АС с фанерным или деревянным корпусом должны насторожить. Ряд небольших азиатских производителей, регулярно меняющих названия и торгующих в основном в сети, создают комбинированные корпуса, включая несколько небольших, но заметных фанерных (деревянных) элементов, а основную часть изготавливают из ДСП.
Среди АС, созданных из фанеры, могу особо выделить эту(стоимость достаточно демократична для фанерных полочных вариантов):
ДСП – толщина, плотность, влажность
Древесно-стружечная плита по стоимости сравнима с пластиком, при этом не обладает рядом недостатков, которые присущи пластиковым корпусам. Наиболее существенной проблемой ДСП является низкая прочность, при достаточно высокой массе материала.
Звукопоглощение в ДСП неоднородное и в ряде случаев возможно возникновение низко- и среднечастотных резонансов, хотя вероятность их появления ниже, чем у пластика. Эффективно гасить резонансы могут плиты толщиной более 16 мм, которые достигают необходимой плотности. Следует отметить, что, как и в случае с пластиком, свойства конкретной плиты ДСП имеет большое значение. Важно учитывать плотность и влажность материала, так как разные ДСП плиты отличаются по этим параметрам. Не редко толстые, плотные ДСП плиты применяются при создании студийных мониторов, что говорит о востребованности материала в производстве профессиональной техники.
На заметку, товарищам из DIY-братии для создания АС хорошо подойдёт ДСП с плотностью не менее 650 — 820 кг/м³ (при толщине плиты 16 – 18 мм) и влажностью не более 6-7%. Не соблюдение этих условий существенно отразится на качестве звука и надёжности АС.
Среди достойных ДСП вариантов домашних АС наши эксперты выделяют:
MDF: от мебели к акустике
Сегодня МДФ (Medium Density Fiberboard, древесно-волокнистая плита средней плотности) используется повсеместно, в число прочего, МДФ — один из наиболее распространённых современных материалов для производства акустики.
Причиной популярности МДФ стали физические свойства материала, а именно:
- Плотность 700 — 800 кг/м³
- Коэффициент звукопоглощения 0,15 при 125 Гц – 0,09 при 4 кГц
- Влажность 1-3 %
- Механическая прочность и износоустойчивость
Материал дешев в производстве, обладает акустическими свойствами, сравнимыми с характеристиками древесины, при этом устойчивость плит к механическим повреждениям несколько выше. У МДФ достаточная акустическая жесткость корпуса АС, а звукопоглощение соответствует параметрам, необходимым для создания HI-FI акустики.
Визуальное отличие МДФ от ДСП
Среди MDF акустики масса замечательных систем, по моему мнению, оптимальными по соотношению цена/качество являются следующие: — полочная — напольная
Алюминиевые сплавы – дизайн и точные расчёты
Наиболее распространенным металлом при производстве АС является алюминий, а также сплавы на его основе. Некоторые авторы и эксперты полагают, что алюминиевый корпус позволяет снижать резонансы, а также улучшать передачу высоких частот. Коэффициент звукопоглощения алюминиевых сплавов не высок, и составляет около 0,05, что, впрочем, значительно лучше, чем у стали. Для снижения вибрации корпуса, повышения звукопоглощения и предотвращения вредных резонансов производители применяют сэндвич-панели, где между 2-мя алюминиевыми листами помещается прослойка из высокомолекулярных полиэтиленовых смол или других материалов низкой плотности, например, вискоэластика.
В случае с бюджетными АС из алюминия, производители, не редко, делают ставку на дизайн, в ущерб звучанию: в результате акустические характеристики оставляют желать лучшего. Иногда пользователи такой акустики жалуются на жесткое, искаженное звучание, вызванное недостаточным звукопоглощением корпуса. В связи с тем, что волны хорошо отражаются и плохо поглощаются, очень большое значение в металлической акустике приобретает точный расчет конструкции корпуса, подбор излучателей, используемые фильтры, а также качество соединений отдельных деталей.
Среди достойно звучащих алюминиевых колонок меня особенно впечатлил звук: (цена внушительная, но не запредельная )
Камень – гранитные плиты по цене золотых слитков
Камень один из самых дорогих материалов для производства акустических корпусов. Безупречное отражение и практическая невозможность появления вибрационных резонансов делают эти материалы востребованным в среде особо притязательных слушателей.
Большинство пород имеют стабильный коэффициент звукопоглощения, который, например для гранита, составляет 0,130 для всего спектра звуковых частот, а для известняка 0,264. Производителями особо ценятся пористые породы камня, в которых выше звукопоглощение. Использование каменных плит для изготовления DIY- акустики почти невозможно, так как это требует не только недюжинных познаний в акустике и камнеобработке, но и крайне дорогостоящего оборудования (домашних 3-D фрезеров для камня пока никто не выпускает).
Для производства серийных АС применяются такие породы, как гранит, мрамор, сланец, известняк, базальт. Эти породы обладают схожими акустическими свойствами, а при соответствующей обработке становятся настоящими произведениями искусства. Не редко каменные корпуса применяются для создания ландшафтной акустики, в таких случаях в необработанном камне создаётся полость для размещения излучателя, в которой устанавливаются элементы крепления (как правило, производится под заказ).
У камня 2 основные проблемы: стоимость и масса. Цена каменной АС может быть выше любой другой, обладающей схожими характеристиками. Масса некоторых образцов напольных систем может достигать 40 и более кг.
Прозрачность стекла и качество звука
Оригинальным решением является создание АС из стекла. В этом деле пока серьезно преуспели только две компании Waterfall и SONY. Материал интересен с дизайнерской точки зрения, акустически стекло создаёт определённые проблемы, главным образом в виде резонансов, которые вышеназванные компании научились решать, существуют даже референсные варианты.
Цены на прозрачное чудо тоже сложно назвать демократичными, последнее связано с низкой технологичностью и высокой стоимостью производства.
Из впечатлявших звуком стеклянных образцов могу порекомендовать:
Акустическое оформление — ящики, трубки и рупоры
Не меньшую значимость для точной передачи звука в АС имеет акустическое оформление. Я расскажу о наиболее распространённых типах (закономерно, что, те или иные типы могут комбинироваться в зависимости от конкретной модели, например фазоинверторая часть колонки отвечает за низко-и среднечастотный диапазон, а для высоких сооружен рупор).
Фазоинвертор – главное длинна трубы
Фазоинвертор — один из наиболее распространённых типов акустического оформления. Такой способ позволяет, при правильном расчете длинны трубы, сечения отверстия и объема корпуса получить высокий КПД, оптимальное соотношение частот, усилить низкие. Суть фазоинвертерного принципа в том, что на тыльной части корпуса размещается отверстие с трубой, которая позволяет создать низкочастотные колебания синфазные волнам, создающимся фронтальной стороной диффузора. Чаще всего фазоинверторный тип применяется при создании 2.0 и 4.0 систем.
Для облегчения расчетов при создании собственной АС удобно использовать специальные калькуляторы, один из удобных привожу по ссылке
В философии HI-END cуществуют крайне радикальные бескомпромиссные суждения о фазоинверторных системах, привожу одно из них без комментариев:
«Враг №1 это, конечно, нелинейные усилительные элементы в звуковом тракте (дальше уж каждый сам, в меру образования, понимает какие элемты более линейны, а какие менее). Враг №2 это фазоинвертор. фазоинвертор призван пустить пыль в глаза, должен позволить маленькой дешевой колоночке записать в паспорт 50… 40… 30, а что мелочится даже и 20 Гц по уровню -3дБ! Но к музыке нижний диапазон частот фазоинвертора перестает иметь отношение, точнее сказать сам фазоинвертор это дудочка, поющая свою собственную мелодию.»
Закрытый ящик – гроб для лишних низких
Классический вариант для многих производителей – обычный закрытый ящик, с выведенными на поверхность диффузорами динамиков. Такой тип акустики достаточно прост для расчетов, при этом КПД таких устройств не блещет. Также ящики не рекомендуют любителям характерно выраженных низких, так как в закрытой системе без дополнительных элементов, способных усилить низы (фазоинвертор, резонатор), спектр частот от 20 до 350 Гц выражен слабо.
Многие меломаны предпочитают закрытый тип, так как для него характерна относительно ровная АЧХ и реалистичная «честная» передача воспроизводимого музыкального материала. Большинство студийных мониторов создаются именно в этом акустическом оформлении.
Band-Pass (закрытый ящик-резонатор) – главное, чтобы не гудел
Band-Pass получил распространение при создании сабвуферов. В этом типе акустического оформления излучатель скрыт внутри корпуса, при этом внутренности ящика соединяются с внешней средой трубами фазоинверторов. Задача излучателя – возбуждение колебаний низкой частоты, амплитуда которых многократно возрастает благодаря трубам фазоинверторов.
При правильно рассчитанной конструкции такого типа, не должно возникать таких паразитных отзвуков как низкое гудение, гула и т.п., чем не редко грешат бюджетные системы этого типа.
Открытый корпус – без лишних стен
Сравнительно редкий сегодня тип акустического оформления, при котором задняя стенка корпуса многократно перфорирована, либо полностью отсутствует. Такой тип конструкции используется для того, чтобы снизить количество элементов корпуса, влияющих на частотную характеристику АС.
В открытом ящике наиболее существенное влияние на звук оказывает передняя стенка, что снижает вероятность искажений, вносимых остальными деталями корпуса. Вклад боковых стенок (если таковые присутствуют в конструкции), при их не большой ширине, минимален и составляет не более 1-2 Дб.
Рупорное оформление – проблемные чемпионы по чувствительности
Рупорное акустическое оформление чаще используется в комбинации с другими типами (в частности для оформления высокочастотных излучателей), однако, существуют и оригинальные на 100 % рупорные конструкции.
Главным достоинством рупорных АС является высокая чувствительность.
Большинство экспертов не без оснований скептически относятся к рупорной акустике, причин несколько:
- Конструктивная и технологическая сложность, а соответственно, высокие требования к сборке
- Почти невозможно создать рупорную АС с равномерной АЧХ (исключение – устройства стоимостью от 10 килобаксов и выше)
- В связи с тем, что рупор не резонирующая система, исправить АЧХ нельзя (минус для DIY –щиков вознамерившихся скопировать Hi-end рупор)
- В связи с особенностями формы волн рупорной акустики, объемность звучания достаточно низкая
- В подавляющем большинстве сравнительно низкий динамический диапазон
- Дает большое количество характерных призвуков (некоторыми аудиофилами считается достоинством).
Наиболее востребованными рупорные системы стали именно в среде аудиофилов, находящихся в поисках «божественного» звука. Тенденциозный подход позволил архаичному рупорному оформлению получить вторую жизнь, а современные производители смогли найти оригинальные решения (эффективные, но крайне дорогие) распространённых рупорных проблем.
На этом пока всё. Продолжение, как водится, следует, а «вскрытие» обязательно покажет…НА будущее анонсирую: излучатели, мощность/чувствительность/объём помещения.
↑ Выбор динамиков
При проектировании многополосных АС ОЯ, с пассивными фильтрами, особое внимание должно уделяться максимально гладкой АЧХ по звуковому давлению. Выбор басового динамика зависит от размеров и формы лицевой панели, уровень звукового давления должен быть согласован с отдачей на средних частотах. Главным звеном является широкополосная головка, воспроизводящая самый важный диапазон — средних частот, остальные звенья подстраивают под неё.
Чтобы приступить к проектированию, надо сначала определить желаемый конечный результат. Для АС ОЯ спад баса будет с крутизной 18 дБ/октава. Он складывается из 12 дБ/октава для динамика и 6 дБ/октава для открытого оформления.
На рис. 1 показана АЧХ головки с отдачей 90 дБ/Вт/м, нижняя воспроизводимая частота которой 45 Гц по уровню -3 дБ. Широкополосная головка (ШП) в ОЯ должна обеспечить те же 90 дБ/Вт/м вдоль своей оси. ШП будет расположена примерно на уровне ушей сидящего слушателя. Задача состоит в том, чтобы разработать корпус, обеспечивающий ровный переход АЧХ от НЧ к ШП головке. Отдача ШП должна лежать в диапазоне 88…92 дБ, многие головки с размерами 3″, 4″ и 5“ являются превосходными кандидатами для данной конструкции. В табл. 1 представлены некоторые подходящие головки фирмы Fostex.
Рассмотрев динамики, перечисленные в табл. 1, и учитывая, что будет отдельное басовое звено, чтобы исключить необходимость воспроизведения ШП головками самых низких частот, делаем вывод, что параметры T-S (Thiele/Small) ШП головок нас мало интересуют. Существуют три динамика из табл. 1, которые имеют отдачу 90 дБ/Вт/м. Поскольку стоимость также играла роль, для данного проекта я выбрал FE103E.
После выбора ШП и определения звукового давления, могут быть рассмотрены требования к басовому звену. Если бы басовый динамик был установлен в бесконечный щит, эффективности 90 дБ/Вт/м было бы достаточно. Но поскольку размер лицевой панели конечен и невелик, поддержка басовых частот приводит к требованию, чтобы отдача сабвуфера была выше 90 дБ/Вт/м. Для АС ОЯ с пассивными фильтрами это требование может быть удовлетворено применением нескольких НЧ динамиков или одного профессионального большого диаметра. Я выбрал второй вариант, большой диаметр обеспечит требуемую эффективность, снижение стоимости, и в конце концов, я полагаю, упрощение конструкции.
Для этого исследования я сосредоточился на трех динамиках Eminence, нередко использующихся в самодельных АС ОЯ. Все они имеют значительно большую чувствительность, чем 90 дБ/Вт/м. Их Thiele/Small параметры от производителя приведены в таблице 2.
Основное различие между ними в используемом магните. Его размеры прямо влияют на полную добротность Qts и цену головки. Минимальный магнит, цена и максимальная полная добротность у Eminence Alpha 15А.
Работа всех трех динамиков Eminence НЧ была смоделирована в сочетании с Fostex FE103E и пассивным разделительным фильтром. После многократного моделирования каждой конструкции, лучшей оказалась связка Fostex FE103E и Eminence Alpha 15А. При исследовании пришло понимание того, почему это получилось так. На рис. 2 показан окончательный макет лицевой панели для пары Fostex FE103E и Eminence Alpha 15А. Получилась панель размерами 20“ ширины и 38“ высоты. Центр НЧ находится в 10“ от пола. Правую и левую АС лучше сделать зеркальными.
На рис. 3 показано вычисленная АЧХ системы на расстоянии 1 м по оси. Красная кривая — результат расчетов, черная — целевая функция. Для расчетов взяты идеальные фильтры 2-го порядка, результат с реальными фильтрами будет показан позже. Другой интересной особенностью рис. 3 является отдача 92 дБ/Вт/м динамика Fostex FE103E. Результаты моделирования показывают, что совпадение с требуемым результатом весьма хорошее.
Пример расчета экрана
Пусть требуется рассчитать размеры экрана для головки 0,5ГД-37 со следующими параметрами: f0=315 Гц; в=0,08 м; Q = 2,3; m0=1,2•10-3 Кг если допустимый спад частотной характеристики на frp.н равен 6 дБ. (Величина m0, будет использована в следующем примере.)
1. Из (27) находим: frp.н = 1,4•343/3,14•0,08=1920 Гц;
2. По Рис. 32 определяем: frp.н = 315 Гц;
3. φ(Q)≈Q=2,3;
4. Площадь экрана по (28): S=0,15•3432/3152•2,32=0,034 м2;
5. При допустимом спаде частотной характеристики на нижней граничной частоте, равном 6 дБ, из () находим : S’=0,017 м2;
6. Выбираем размеры экрана равными (0,17×0,1) м2.
↑ Как получить бас
Чтобы понять из чего и как складывается результирующий бас динамика в акустическом оформлении, надо найти составляющие влияющие на него, разделить их и исследовать каждую. Это поможет в достижении результата.
На рис. 4 показана АЧХ Eminence Alpha 15А в бесконечном экране (пунктирная синяя), в бесконечном экране с отражением пола (сплошная красная) и идеальная (сплошная черная), к которой мы стремимся. По сравнению с идеальной, рассчитанная для бесконечного экрана с отражением от пола, имеет подъём до +10 дБ на самых низких частотах. Другой интересной особенностью двух расчетных кривых является небольшая волнистость, которая начинается выше 100 Гц, это происходит из-за направленности излучения головки диаметром 15» и отражений от пола, напоминаем, что измерения делаются на высоте и в точке прослушивания. При изменении точки прослушивания (измерения), изменении установки высоты динамика от пола, АЧХ будет меняться. Не надо забывать, что параметры фабричных АС приводятся обычно в безэховой камере, где «нет пола».
На рис. 5 показано влияние идеальных фильтров низких частот (ФНЧ) 2-го порядка. Показаны рассчитанные АЧХ: головки в бесконечном экране с отражением пола из рис. 4 (пунктирная красная), ФНЧ 200 Гц (пунктирная синяя), результирующая (сплошная красная), и целевая (сплошная черная).
Графики, приведенные на рис. 6 имеют ряд интересных особенностей. Начнем с красной пунктирной линии, это АЧХ в бесконечном экране, как на рис. 5 с ФНЧ второго порядка на 200 Гц. Пунктирная синяя линия с учетом размеров реальной лицевой панели и расположения динамика на ней, аналогично программе EDGE. Сочетание этих двух кривых с учетом фазы, которое не показано, изображено сплошной красной линией. Окончательный вывод: АЧХ низкочастотного звена с хорошей точностью соответствует заданным требованиям. На рис. 6, обратите внимание на пересечение двух штриховых линий на 165 Гц. Ниже 165 Гц, именно ограниченная ширина лицевой панели препятствует «горбу» и позволяет достичь требуемой АЧХ. Это влияние позволяет увеличить эффективную частоту раздела примерно до 400 Гц. Основываясь на результате, показанном сплошной красной линией, ФВЧ частота для ШП может быть установлена (подобрана) выше, чем частота 200 Гц, используемая для ФНЧ.
Мы рассмотрели проект, оптимизированный для низкочастотного динамика Eminence Alpha 15А. Но в табл. 2 есть еще два подобных динамика с меньшим значением Qts.
Я часто слышал упреки в отношении относительно высоких значений Qts НЧ-динамиков в оформлении ОЯ — на басу переходные характеристики якобы будут «звонить“ и гудеть на одной басовой ноте.
На рис. 8 показаны импульсные характеристики всех трех Eminence в ОЯ. Видно, что в форме трех импульсов большой разницы нет. Единственная заметная разница в увеличении времени переходной характеристики с увеличением Qts, но так как диапазон частот Альфа 15А простирается ниже, он и должен иметь чуть более длительную переходную характеристику. Нет никаких доказательств чрезмерного звона басов от любого из этих трех динамиков. Подчеркиваю еще раз, для ОЯ лучшее воспроизведение низких частот достигается при более высокой Qts Альфа15A.Лучшие модели наушников
Открытого типа
Koss Porta Pro
Плюсы
- малый вес;
- оригинальность дизайна;
- качество звучания;
- регулируемый угол расположения динамика;
- складывающаяся конструкция;
- мешочек для хранения.
Минусы
- оголовье дергает за волосы;
- слабая звукоизоляция.
От 2000 ₽
Регулятор давления амбушюр, складываются для транспортировки, провод 1,2 м, штекер мини Джек 3,5 мм.
AKG K 612 Pro
Плюсы
- чистый звук с детализацией;
- широкая стереопанорама;
- довольно легкие;
- имеется механизм автоматической подстройки по размеру головы;
- качественные материалы.
Минусы
- нет запасного кабеля.
От 12358 ₽
Beyerdynamic DT 990 PRO
Плюсы
- высокое качество звука;
- отличная сборка;
- качество материалов;
- стильный дизайн;
- удобство использования.
Минусы
- требовательность к источнику звучания.
От 11580 ₽
Высокого качества полноразмерные открытые наушники от немецкой компании по средней цене 11,58 тыс. ₽.
Shure SRH1840
Плюсы
- лучшее соотношение стоимость-качество;
- отличный звук по всему диапазону;
- хорошая комплектация;
- жесткий кейс для переноски.
Минусы
- короткий шнур.
От 43490 ₽
Динамический вариант, открытый тип, в комплекте сменный шнур и две пары амбушюр. Сделано в КНР.
Sony MDR-ZX660AP
Плюсы
- качество звука;
- высокое качество материалов;
- динамики поворачиваются на 90 градусов;
- удобный шнур, довольно прочный;
- общая конструкция весьма надежная;
- оголовье удобное.
Минусы
- не выявлено
От 3075 ₽
Открытый тип, mini Jack 3,5 мм, сделано в Японии.
Закрытого типа
Audio-Technica ATH-M40x
Плюсы
- уникальный дизайн;
- четкая гармония звуковой передачи;
- сбалансированная модель;
- надежность не вызывает сомнения;
- мягкие и приятные на ощупь амбушюры;
- требуют бережного отношения.
Минусы
- только мелкие и чисто субъективные замечания, не влияющие на общее впечатление.
От 7134 ₽
Полноразмерные, закрытого типа, в комплекте имеется два запасных: витой и прямой. Производство Япония.
Shure SRH440
Плюсы
- убедительное качество сборки;
- прочность конструкции (несколько раз роняли, но работают);
- отличный звук на всех диапазонах;
- кабель витой и съемный.
Минусы
- после долгого использования потеет голова.
От 6990 ₽
Полноразмерный вариант закрытого типа, в комплекте идет переходник на 6,3 мм, кабель 3 м, сделано в Китае.
Axelvox HD272
Плюсы
- отличное соотношение качества сборки и стоимости;
- широкий диапазон частот;
- качество звучания впечатляет;
- высокая надежность конструкции.
Минусы
- амбушюры из кожзаменителя.
От 2820 ₽
Sennheiser HD 180
Плюсы
- полностью гасят все посторонние звуки снаружи;
- отлично сидят, не давят на голову;
- оригинальный дизайн;
- крепкая конструкция;
- качественный пластик.
Минусы
- тонкий материал амбушюр.
От 1349 ₽
Подключение кабеля 3 м двустороннее, переходник с мини Джека 3,5 на разъем 6,3 мм в комплекте. Немецкое качество в исполнении китайских специалистов.
AKG K 52
Плюсы
- качественная сборка;
- отличное звучание;
- удобное оголовье;
- амбушюры не давят на уши;
- оптимальная длина кабеля.
Минусы
- не выявлено.
От 3235 ₽
Полуоткрытого типа
Beyerdynamic DT 880 Pro
Плюсы
- комфорт при прослушивании музыки в течение всего дня;
- отличная детализация, замечательные басы;
- продуманная конструкция;
- качество материалов и сборки.
Минусы
- не выявлено.
От 20790 ₽
Полноразмерный вариант наушников из Германии по средней цене 20 790 ₽, за время длительного использования больших претензий не возникло.
AKG K 240 MK II
Плюсы
- легкость конструкции;
- сменные амбушюры, разъем и кабель;
- довольно качественный звук;
- удобство использования.
Минусы
- не выявлено.
От 8211 ₽
Средняя цена сегодня 8 211 рублей, полноразмерные полуоткрытый вариант, в комплекте идут запасные амбушюры — две пары и два шнура: прямой 3 м, витой 5 м. Австрийская разработка, сделаны в КНР.
Samsung EO-HS1303
Плюсы
- нормальное качество звука для бюджетного варианта;
- высокое качество сборки;
- оптимальная длина кабеля.
Минусы
- не выявлено
От 699 ₽
Вкладыши с микрофоном от специалистов из Южной Кореи по средней цене 699 ₽. Многие пользователи пишут негативные отзывы, но надо смотреть на цену, а корейцы молодцы: выпустили бюджетник для мобильных девайсов.
AKG K 121 Studio
Плюсы
- качество материалов;
- удобное оголовье;
- амбушюры не натирают уши;
- отличные параметры позволяют подключаться к любому источнику звука;
- используются в профессиональной работе.
Минусы
- не выявлено.
От 6552 ₽
Полуоткрытые наушники со средней стоимостью 6 552 рубля, в комплектации имеется переходник на 6,3 мм. Сделано в КНР по лицензии Австрийской компании. За долгие годы использования существенных минусов не выявлено.
AKG K 141 MKII
Плюсы
- сбалансированный и детализированный звук;
- отличная комплектация;
- запасные амбушюры и шнур;
- качественные материалы;
- удобное оголовье.
Минусы
- не выявлено.
От 9870 ₽
Накладная модель полуоткрытого типа по средней цене 9 870 ₽, позолоченные разъемы 3,5 мм, имеется в наличии переходник 6,3 мм. Сделано в Австрии. За 5 лет активной эксплуатации никакого негатива, только положительные эмоции и чувства.
↑ Работа во всём диапазоне частот
Рассмотрим работу во всем частотном диапазоне. Вне басового участка она определяется ШП головкой. ФВЧ используется, чтобы отфильтровать низкие частоты и связанные с ними большие колебания диффузора ШП. Чтобы понять влияние разных условий на АЧХ, рассмотрим разные варианты акустического оформления.
На рис. 9 показана, рассчитанная АЧХ ШП в бесконечном экране (синий пунктир), в бесконечном экране с отражение от пола (сплошная красная линия), и целевая АЧХ (черная линия). Рябь в сплошной красной линии — результат отражений от пола.
Рис. 10 добавляет влияние идеального ФВЧ 2-го порядка. Показаны: рассчитанная АЧХ в бесконечном экране с отражением от пола из рис. 9 (пунктирная красная линия), ФВЧ 500 Гц (синий пунктир), комбинированная АЧХ (сплошная красная линия), и целевая АЧХ (черная линия).
Рис. 11 добавляет влияние конечных размеров и формы лицевой панели. При суммировании АЧХ рис. 10 (красный пунктир), графика отклика лицевой панели (синий пунктир), получим результат (сплошная красная линия).
Еще раз обратите внимание на рис. 11 — горб от влияния лицевой панели (синий пунктир) используется для расширения полного спектра головки по частоте вниз. В результате горб снижает эффективную частоту фильтра около 400 Гц. Установив фактическую частоту разделения выше горба от лицевой панели, можно подогнать суммарную АЧХ ближе к требуемой.
↑ Схема пассивного фильтра
Как было написано выше, оптимальными при симулировании оказались ФНЧ 2-го порядка с частотой перегиба 200 Гц и ФВЧ 2-го порядка с частотой 500 Гц. В связи с влиянием лицевой панели, фильтры второго порядка фактически работают на частоте приблизительно 400 Гц. Фильтры и список компонентов для него приведены ниже в табл. 3 и схемах, на рис. 12.
Подставив в симулятор фактические номиналы компонентов фильтра, с учетом сопротивления катушек индуктивности постоянному току, получим окончательный результат, показанный на рис. 13.
Фактическая отдача увеличена до 91 дБ, синие пунктирные линии показывают отклонение + / — 2 дБ от этого уровня. Красной линией показан окончательный результат проекта. Примерная стоимость компонентов проекта показана в табл. 4.
↑ Выводы
Самой большой проблемой для АС ОЯ, с пассивными фильтрами является достижение адекватного баса при разумных размерах лицевой панели. Для решения этой проблемы надо учесть, что динамические головки, корпус и фильтры представляют собой единую систему, которая должна быть оптимизирована для достижения поставленной цели. Я считаю, что низкая частота раздела поможет оптимизировать систему и избежать потенциальных проблем в области средних частот, очень важных для слухового восприятия. Поскольку оптимизация — комплексная проблема, зависящая от ряда факторов, при простой замене низкочастотных динамиков АС ОЯ нельзя делать окончательные выводы о пригодности того или иного динамика для АС.
Излучатель звука, корпус, и фильтр должны быть так подобраны, чтобы их комбинация обеспечила максимально гладкую АЧХ. Я считаю, что основной причиной слабого баса в открытых акустических системах с пассивными фильтрами является низкая полная добротность динамика Qts и/или неудачный подбор комплекта динамиков. Низкочастотный динамик должен иметь значительно более высокую отдачу, чем общая отдача всей АС, значительно выше, чем у среднечастотной головки, чтобы компенсировать спад низких частот.
Низкая добротность Qts усугубляет эту проблему. При низкой Qts требуется значительное увеличение ширины лицевой панели и/или изменение настройки фильтров. Динамик с высокой добротностью Qts будет иметь плоскую АЧХ на низких частот и будет совместим с лицевой панелью разумной ширины. Моя рекомендация заключается в использовании низкочастотных динамиков, отдача которых, по крайней мере, на 6…10 дБ выше, чем у остальных динамиков акустической системы и должна иметь Qts приблизительно 1,0…1,2.
Анализ открытой акустической системы Lowther подтверждает выводы сделанные выше. Lowther звучат отлично, но они огромны. Лицевая панель с крыльями имеет ширину 40“, высоту 60». Такая конструкция потребует двух НЧ-динамиков Eminence Alpha 15А и активного фильтра. Большие размеры ящика АС, несколько НЧ-динамиков и усилителей позволят достигнуть чувствительности примерно 98 дБ/Вт/м в системе Lowther PM2A. Под впечатлением от их звучания, я решил построить такую же АС в огромном корпусе с несколькими НЧ-динамиками, активным фильтром и несколькими усилителями. В процессе постройки я приобрел определенный опыт и пришел к выводу, что такое построение системы с позиции «грубой силы», не лучшее решение.
↑ Мой комментарий к статье
Конечно, мнение автора статьи не является непреложной истиной и не претендует на окончательное и полное решение проблемы, однако, она представляет интерес для любителей, интересующихся акустикой. Я не гарантирую полную точность перевода, но надеюсь, что основные положения изложил правильно.
Вызывает скептицизм отсутствие измерений с помощью микрофона и именно в домашних условиях. Интересно было бы узнать впечатления независимых слушателей-экспертов не «обработанных» автором конструкции. Но это только мои мечтания.
