Один из самых лучших видов звуковых систем – рупорная акустика Hi-End. Несмотря на высокую стоимость, системы такого вида обеспечивают высокое качество звучания, и позволяют удовлетворить запросы даже самых искушенных слушателей. Как сделать рупорную акустику своими руками, и по каким чертежам её можно изготовить самостоятельно?
Рупорная акустика Hi-End
История
Первые громкоговорители рупорного типа появились в 20-х годах прошлого века. Предназначалось оборудование для усиления человеческого голоса.
Спустя несколько лет появились системы, напоминающие современное оборудование для воспроизведения музыки. О технологии рупорной акустики не забыли, но считалось, что она не пригодна для дома, и использовали её только на открытых пространствах.
К 40-м годам прошлого столетия американский инженер Пол Клипш, создал абсолютно новую конструкцию рупорной акустики, и доказал, что она способна воспроизводить музыку с очень высоким качеством не только на открытой местности, но и в домашних условиях.
Пол Клипш
Система мгновенно получила популярность среди ценителей качественного звучания из-за своего уникального звука, и до сих пор является эталоном качества, среди акустических систем для дома и улицы.
Справка: после изобретения рупорной акустики инженер основал компанию по производству акустических систем, которая является мировым лидером и в современном мире. Название фирмы – Клипш, а колонки рупорного типа иногда называют «клипшами».
Колонки рупорного типа
Рупорная двухполоска своими руками
Ровно год назад, выкладывал описание деревянного рупорного звена для двухполосной акустики. И рассказывал про 50ГДН-37. Думал, что вот вот и все будет готово. Не тут то было. И вот, к новому старому… Новому году :)))) оно свершилось. А как это происходило можно посмотреть ниже. В итоге получилась двухполосная АС почти на российских динамиках — НЧ на базе широко известного в узких кругах самодельщиков динамика НОЭМА 50ГДН-37. И ВЧ звено рупорное на динамиках менее известного в Российских широких кругах… узких… ну самодельщики меня поняли, компании EVM.
За это время полностью сменился концепт ВЧ звена, полностью переработано НЧ звено. Начнем с ВЧ пожалуй. Зачем нужно рупорное звено дома? спросите вы, а рупорное ВЧ сохраняет звуковой образ (ну скажем исходную АЧХ) без изменения в области прослушивания. А любой точечный источник звука, будь то конусный или купольный вч распространят ВЧ сферическим фронтом излучая во все стороны в комнате. А в результате, к слушателю доходит и прямое излучение и всевозможные отражения, переотражения и резонансы комнаты. АЧХ кривейшая. Управление диаграммой направленности рупором и волноводом позволяют избежать этого эффекта. Почему от этого ушли? А дорого и громоздко. Рупора развивали в основном для профессионального звука. Там надо много мощности и дальности чтобы озвучить кинозал в результате туда все и стали и двигаться. Домашняя тема осталась дорогому хай-енду и не менее дешевым студийным мониторам. Но были рупора и для качества. Первым описал такой рупор Don Keele ссылка Чуть позднее, на основе работ Кееле, Clifford A. Henricksen and Mark S. Ureda of Altec представили миру рупор Mantaray. ссылка Основная задача была создать как можно более равномерное звуковое поле в широком угле дисперсии. Это принципиально отличалось от большинства профессиональных систем, где важна дальность, за которую платили лучевой направленностью.
Но практически на монтарэй почти все и остановилось. Не остановился только сам Дон Кииле, и уже работая на JBL, он создал целую серю рупоров constant directivity horn Biradial. Например JBL 2344 на веки запечатлев образ Долли Партон в железе… или в пластике тут как получалось))))). Попыткой создать примерно такой рупор но для себя, для дома был деревянный проект Yuichi. Формообразующая гиперболическая. По сути, это рупор постоянной направленности. Гиперболоид инженера Аючи))) A-290 FL Hyperbolic Wood Horn. Этот проект и был представлен тут год назад.
Однако и у этого рупора оказались в реальности проблемки с передачей звукового образа.
Все без фильтра. Сверху желтеньким это АЧХ динамика Радиан 465 в 10 см от среза рупора. Снизу желтый это в 3 метрах на диване по центру, зеленый это 30 градусов от оси, на том же диване с краю, то есть немного дальше, но постоянство диаграммы направленности работает – падения АЧХ на высоких нет, ну или почти нет. А вот область 1200-4000 так красива в близи и проваливается на отдалении. Это не приятно. Это проблема рупора, видимо согласования среза рупора и окружающего пространства – то есть перехода звуковой волны с края рупора в пространство комнаты. И приходилось АЧХ сильно корректировать для выравнивания в зоне прослушивания. Но уже было не плохо. В звучании нет гундосости экспоненциального рупора с тем же драйвером. Понимая, что это правильное направление движения, начинаем изучать матчасть. Исследованиями в этом направлении занимались не только в JBL и в TAD, но и группа энтузиастов на diyaudio.org ссылка там же есть программа, в которой можно спроектировать рупор постоянной направленности с заданными параметрами. Результатом стал STL с прототипом рупора Эллептикон. Но переделать точечный STL в твердое тело соливоркса оказалась задачка нетривиальная. Но терпение и труд всех перепрут. Кроме того, есть akabak это симулятор работы рупоров, очень полезная штука и получить можно для обучения бесплатно. ссылка В результате наш проект выглядит примерно так:
Эти красивые картинки говорят, что рупор будет ровным и главное диаграмма направленности равномерная в угле до 60 градусов по горизонтали. Вот смотрим на красивую форму рупора в солиде, дорисовываем фланец и делаем объект.
И из файла STL получился сначала твердотельный объект солидворкса, потом программа станка с ЧПУ и вжух. Матрица для рупора из МДФ высокой плотности. Найти однородной плотности МДФ тоже оказалось не просто.
Ну и приклеиваем фланец для крепления драйвера, сверлим отверстия для установки в рупор. Вуаля. Легким движением рук и ног… в течение года… идея превращается, превращается идея в почти готовую конструкцию в ящике. Однако, прекрасный Радиан в этом рупоре работать отказался – грузить его большим глубоким рупором нельзя. И тут опять начались наши терзания и метания. Вот пять достойных претендентов из десятка (а то и двух опробованных) профессиональных драйверов. 475 Radian имеет магнитище раза в два больше 465 и проталкивает этот рупор на ура. 18sound ND1090 очень хорош на пару с B&C DE500, но их сегодняшний ценник просто убивает. На удивление, прекрасным по звучанию оказался EVM5245E ссылка единственный нюанс – надо сильно подбирать в пары. И вот ЕВМ в нашем эллептиконе. Это без фильтров вообще.
Фиолетовый это замер в точке прослушивания 3 м от АС — в центре на диване, примерно 15 градусов от оси. Зеленый это смещение на край дивана, примерно 30 градусов от оси и чуть дальше от источника, метра 3.5 по прямой. АС стоит почти в горизонт со стеной, то есть 15 градусов от оси первое измерение (по оси не сделал). Но 1500-16000 передает один в один. Сверяемся с симуляцией поведения рупора в AKABAK 2 (в третьей версии несовместимость трансфера данных из АТХ 4.7, или наоборот)))) и удивляемся как все соответствует. Далее тоже все просто – используя превосходный бесплатный vituixcad kimmosaunisto.net/ моделируем фильтр для получившегося рупора. Вот на пример ровненько с разделом на 1100 примерно. Ну и доводка напильником уже в железе. Хотя, надо отметить в комнате, да и на слуховые предпочтения фильтр получается не ровненько. Но субъективное предпочтение это уже совсем другое.
А вот дальше начинается настройка на слух и частоты раздела и порядка фильтров и деталей в фильтре… это еще каких-то полгода. Но это уже совсем другая история, которая может длиться бесконечно. Ну и НЧ тут тоже спесьсфиський и о нем отдельно.
Это вариант сотоварища — соучастника в репетиционной точке 60кв.м.
Конечно, я тоже доделаю внешний вид, но пока важно было сделать звук и в процессе настройки фильтров с микрофонами и ДСП мой внешний вид кажется апокалиптическим. Если кто вдруг))) дочитал до этого места, счастья вам в новом году!!! А теперь про НЧ секцию. Долгие поиски привели к очень хорошему НОЭМА 50ГДН-37. Все это было установлено в ящик 140 литров с онкеноподобным ФИ. То есть ширина порта была примерно равна площади излучающей поверхности диффузора, а глубина настраивалась под частоту настройки. В результате был бас в пределах 40 герц, колоссального давления и классического ФИшного звучания. Что мне и не нравилось. ФИ накачивает мою 16кв.м. комнатку и все как в автомобиле гудит. А учитываю инерционность ФИ, бас был жирным и тяжелым. Я совсем не люблю такой бас. А у ЗЯ бас быстрый, хлесткий но компрессированный и легковесный при такой массе подвижной системы. Тут палка о двух концах – хочется хорошего мидбаса, давай легкий диффузор и высокую чувствительность (сильный мотор), а хочется низкого баса – давай низкую резонансную частоту и тяжелую подвижку… тогда прощай быстрый и детальный мидбас. Вообще, изучение в основном японского опыта построения высококачественных двухполосных студийных мониторов золотого века аудио привело к очень интересным динамикам: TAD 1102 и Coral 12L
ссылкассылка Именно на таких динамиках делали свои шедевры в Японии и позиционировали их как студийные мониторы. Все они имели примерно одинаковые параметры. Масса подвижной системы в районе 40грамм, резонансная частота в пределах 30 герц и мощная магнитная система и чувствительность в районе 95дб на ватт. У таких систем соотношение MMS/BL а это сила мотора на единицу массы подвижной системы будут очень хорошим. А полная добротность в районе 0.3 позволяет использовать половину эквивалентного объема и высокоэффективное НЧ оформление, будь то рупор или ФИ без опасения выхода за полную добротность системы выше 1. 50ГДН-37 оказался на редкость удачным динамиком. Отлично играет до 2500герц и магнитная система мощнее БИГа, но как всегда чего то не хватает. На слух играет все отлично. Очень близко по передаче к Телефункену, хотя телек может гораздо выше. Голос передается замечательно. А вот внизу не так все радужно. Нужен такой же… но с перламутровыми пуговицами… вернее с магнитной системой гораздо сильнее. И второе – не нравится центрирующая шайба 50ГДН-37. Для мягкого подвеса нужна мягкая тряпочка и мелкие волны ЦШ. А тут волны высокие и при сильной амплитуде растягиваются при смещении не равномерно, может вывернуть первую волну со щелчком. От времени и амплитуды тряпочка может размягчиться и центрирующая шайба просядет… катушка будет цокать о магнитную систему. Идеальным решением тут будет вернуться к текстолитовому пауку. Он очень мягкий при смещении по оси вверх-вниз как катушка двигается, но при этом очень жесткий и стабильный при попытке сместить катушку от оси в право или в лево. Более того, если коробчатую (ну тряпочную формованную гофрами как у НОЭМы) центрирующую шайбу растягивать – то при увеличении амплитуды, будет увеличиваться жесткость. Тоже ничего хорошего. У Корал и ТАД волны меленькие и тряпка не бязь скорее всего. Ну что, трепещи Григорий Трофимович!!! Мы идем. (это главный конструктор НОЭМы, если кто не знает))) После непродолжительных отнекиваний цеховых с НОЭМЫ, они сдались под мощным натиском самопальщиков при поддержке главного конструктора и после «да сделайте вы – эти не отстанут, я их знаю» от руководителя НОЭМЫ, вздохнув сделали.
Что было изменено: Целлюлоза сульфатная беленая, Ц1 заказали с ЦБК 3кг умоляя манагеров, которые хотели продать вагон. Центрирующая шайба = текстолитовый краб, ширину ушек удалось с третьего раза подобрать. Высота катушки увеличена, линейное смещение теперь +-6 = 12мм. Высота верхнего фланца увеличена на 1мм. Магнит 160мм, индукция в зазоре 1.3 теслы, железо МС в насыщении, дальше не гонится. Параметры тиля-смолла: Fs=31hz Qts=0.26 BL=14.4 Ve=241 l Spl = 96db/1wt/1m Mms= 40g Субъективно – динамик играет легче и детальнее мид и середину чем Coral 12L-44. Получился превосходный мидбас. Опытным путем фильтрация 2 порядок на 1400герц. Если вы думаете, что все закончилось – нееет, вот теперь самое интересное))) Как получить бас от динамика с Qts=0.26 не используя при этом рупора огромной длины. Дальнейшее описание может задеть религиозные чувства верующих из секты ЗЯ, адептов из клана оящеров, (ну экранистов и открытооформленцев) и обязательно ранит в сердце канонических резонаторов (ЧВ, TQWT и иже с ними). Да простят меня сии сподвижники и последователи. От всевозможных оформлений TL, TQWT, обрезанных до четверти волны рупоров свернутых и прочих гребенчатых резонаторов я открещусь сразу. Сам был приверженцем клана TQWT лет 15 назад, наигравшись и наслушавшись туда больше ни ногой. Экраны, Н фреймы и прочие 18 дюймовые эзотерики тоже в сторону. «ну это почти бас и меня так устраивает» мне не импонирует. Самый лучший бас от «экраноплана» я слушал от магнепанов. Но все равно самого нижнего баса там нет. Кажется, остается не так много, но именно с писания о Гельмгольце (в простонародье ФИ) и начиналось баловство с НОЭМой и BEAG. Два этаких самца ФИ по 160мм диаметром и огромной высотой наполняли комнату 34кв.м. просто заваливая ее размазанным и перекаченным басом. Это трудно описать технически, но ФИ если тихо – его мало, а как только превышается определенный уровень давления, и комната заводится – его становится невыносимо жирно и размазано-затянуто много. ГВЗ там не ГВЗ, но то, что с наплывом массы теряется прыткость басовой части не заметить трудно. Когда эти монстры попали в мою 16квадратную залу… я понял – ФИ в классическом понимании не мое. После нескольких экзотических экспериментов с H фреймом и ЗЯ, мы вспомнили и реализовали старую добрую идею ПАС или вариовента. Спереди крепится панель с динамиком, а сзади в отверстии под 15 дюймовый динамик))) панель ПАС из двух 8мм панелек фанеры с кучей отверстий (80% от площади 12 дюмового НЧ кажись) и между ними зажаты два слоя натянутых пластов ватина. Пик импеданса получается один, растянутый и сильно зажатый снизу. Фото импедаса ПАС не осталось.
Такое оформление требует очень мощной магнитной системы. Но характер звучания ПАС очень хороший. Нет расхлябанности НЧ, и нет зажатости ЗЯ. И появилось второе дыхание. ПАС действительно работает, немного не хватает в звучании НЧ, но направление правильное. Начинаем изучать матчасть и находим интересное решение. Первый макетный ящик «кольцевого ФИ» видно как подставку под ящик ПАС сверху – передняя пластина с нч динамиком крепится на 4 болтах к передней панели через набор шайб. Шайбами регулировалась толщина (высота) щели. Как только не назвали этот кольцевой фазоинвертор, что только не рассказывали о его физике и принципе работы. И ортогональные фифекты звука в газах и монополи… даже кое кто пытался изобрести велосипед, ну то есть патент сделать на себя на подобное решение. Но суть оказалась крайне интересной. За счет сильной взаимосвязи соколеблящегося (присоединённого) воздуха к подвижно системе и воздуха в ФИ, мы по сути имеем эффективное, частотозависящее пассивное акустическое сопротивление, «висящее» на подвижной системе на резонансной частоте (а настройку щели можно делать именно так увеличивая или уменьшая высоту), значительно повышая механическую добротность системы на этой частоте (вблизи резонансной частоты НЧ) и практически не влияющее на подвижную систему в остальном диапазоне. Щель очень узкая и за счет трения воздуха о стенки в щели, механическая добротность системы растет. (В классическом пас добротность растет за счет ватного заполнения отверстий). С одной стороны — за счет этих самых потерь ФИ почти ничего в комнату не закачивает. (ну малость, конечно, поддает). А с другой стороны, как и любой резонатор Гельмгольца демпфирует эту самую подвижную систему на своей резонансной частоте. Все это поддается настройке. Единственное – динамик должен обладать мощнейшей магнитной системой, чтобы суммарная добротность с динамиком 0.3 пришла к 0.707 или около того. И если брать динамик с полной добротностью 0.45 и половину эквивалентного объема, то такой вариант не прокатит – суммарная добротность будет под 1 а то и выше, на НЧ горб и бубнежка (что и было изначально с серийным 50ДН-37). Таким образом и получается теоретически что эта высокодобротная масса «привязанная» к подвижной системе оттягивает ее на резонансной частоте вниз, как и любой ФИ, но при этом, не затягивая ничего в звуке. Ну а практически все видно на измерениях. Если наш динамик с резонансной частотой 30гц, эквивалентным объемом 240л поместить в ЗЯ ящик 150 литров, то низов останется от 70-80 герц.
Если в ФИ, то будет 30-40 герц с избытком мясистых и жирных басов. В нашем случае, получается 35-40 герц по уровню -3дб, но без затяжек и избытка НЧ, продавливающих небольшие комнаты. А вот так выглядит АЧХ системы со стандартным 50ГДН-37. Это на против динамика 50ГДН-37 с места прослушивания – 3.5 метра от АС без фильтров.
Магнитная система 50ГДН-37 слабовата – горбец на нижней границе. Суммарная добротность зашкаливает. Поэтому и сделали магнитище на 160. Теперь горба нет. Вот новый в оформлении, на полу ковры в два слоя, измерение 2 метра с хвостиком, примерно 15 градусов от оси. Ширина корпуса АС около 45 см. Отлично чувствуется баффл стэп. Уже чувствуются отражения от стен, но не катастрофически. И после 2к направленность уже очевидна. За счет новой целлюлозы, диффузор стал жестче при той же массе и АЧХ немного подправилась.
Ну так, для сравнения, Telefunken Red nipple в полуметре.)))) реально красиво играет от 70гц до 8 килогерц.
Вот Акустика полностью собранная. Щелевые порты ПАС/ФИ можно заметить по демаскирующим выводам проводов сбоку от передней панели)))
Осталось за кадром про фильтр-шмильтр, но там ничего интересного почти нет, если не количество прослушиваний, перебранных деталей… и выбор частоты раздела… но это тоже своя история. А если бы было 600тысяч лишних, купил бы JBL M2 и не мучился и комнату прослушивания еще бы квадратов 50… Ой да ладно… что то я размечтался. А всем удачи в новом году. И пусть не засыхает ветка самодельщиков на муське)))
Конструкция
В устройстве колонок класса Hi-End лежит принцип рупорного усиления голоса, но в отличие от обычных усилителей голоса, рупорные системы обладают высоким качеством воспроизведения, а рупоры изготавливаются из специальных материалов, что позволяет достичь максимальных акустических эффектов.
Конструкция рупорной колонки
Предназначены аудиосистемы в основном для средних и высоких частот. Воспроизведение низких частот напрямую зависит от размера динамиков. Это означает, что чем ниже частоты – тем больше должны быть колонки. Существуют модели с установленным НЧ резонатором, но стоимость системы из-за дополнительных компонентов может серьёзно повышаться. Разрешается использовать отдельно подключенный сабвуфер для воспроизведения низких частот.
Внимание: при подключении дополнительных компонентов требуется помещать их в специальный корпус.
Лист «Корпус TQWP»
Здесь автор предлагает наиболее простой вариант чертежа TQWP. В конструкции предусмотрена возможность установки ВЧ головки. Так как размеры корпуса достаточно внушительные, желательно применять материал не менее 20–25 мм толщиной.
Передняя панель состоит из двух элементов: основной панели, на которую крепится широкополосный динамик и декоративной панели, которая приклеивается и притягивается саморезами к основной панели. Широкополосный динамик устанавливается в корпус снаружи, впотаи, ВЧ внахлест.
Дабы придать большую жесткость, нижняя панель тоже выполнена в виде бутерброда. Для придания респектабельного вида, предлагается два гриля, верхний прикрывающий динамики и нижний, закрывающий отверстие порта.
Рис. 3. Лист «Корпус TQWP»
Краткое описание вводимых данных.
Передняя панель: толщина материала основной передней панели.
Передняя декоративная панель: толщина материала декоративной передней панели.
Задняя панель: толщина материала задней панели.
Боковая панель: толщина материала боковых панелей.
Перегородка 1: толщина материала внутренней перегородки 1. Во избежание резонанса, желательно использовать материал, как можно толще. Перегородка также является элементом крепления боковых панелей и ребром жесткости.
Перегородка 2: толщина материала днища закрытого конца рупора.
Верхняя панель: толщина материала верхней панели.
Нижняя панель 1: толщина материала нижней фальшь панели. Желательно использовать материал, как можно толще, так, как панель является элементом крепления боковых и задней панелей.
Нижняя панель 2: толщина материала нижней панели.
Гриль верхний: толщина материала декоративной накладки на динамик.
Гриль нижний: Толщина материала декоративной панели прикрывающей отверстие порта. Ровна толщине декоративной передней панели.
Высота терминала: Если предполагается использование прямоугольного терминала. Если терминал другой формы или отсутствует, оставляйте ячейку пустой.
Ширина терминала: Если предполагается использование прямоугольного терминала. Если терминал другой формы или отсутствует, оставляйте ячейку пустой.
Диаметр терминала: Если предполагается использование круглого терминала. Если терминал другой формы или отсутствует, оставляйте ячейку пустой.
Расстояние между корпусами динамиков: Расстояние между корпусами динамиков. При использовании ВЧ динамика.
Нижний обвод верхнего гриля: Расстояние между отверстием под динамик и нижней кромкой гриля.
Площадка крепления нижнего гриля: Площадка на основной передней панели не прикрытая декоративной передней панелью, предназначенная для элементов крепления нижнего гриля.
Скос на передней декоративной панели: Параметр не обязательный.
Толщина ткани для гриля: Необходимо для корректного расчета нижнего гриля.
Виды
Существует огромное количество подвидов Hi-End акустики, предназначенной для самых различных условий:
- концертная;
- автомобильная;
- домашняя;
- для открытой местности;
- и др.
Рыночное предложение позволяет подобрать каждому человеку именно то, что ему требуется.
Ассортимент акустики очень широк
Сравнение
Выбирая, между традиционной и рупорной акустикой, у многих людей возникает вопрос – что лучше? На этот вопрос нет однозначного ответа, и споры будут продолжаться всегда. У каждой аудиосистемы есть свои плюсы и минусы.
В Hi-End системах положительные моменты следующие:
- высокое качество звучания;
- эффект присутствия при воспроизведении;
- «передача эмоций» исполнителя;
Но и минусы у рупорных систем тоже имеются:
- высокая стоимость;
- при установке занимают много места;
- сложная конструкция (собрать рупорную акустику Hi-End своими руками возможно, но требуется знание физических и геометрических законов).
Однозначно выбрать между Hi-End и Hi-Fi системами невозможно, поэтому каждый выбирает самостоятельно, что больше ему подходит.
Требуется помнить, что возможна установка дополнительных компонентов акустики, к которым относят точечные колонки, твитеры и другие подвиды оборудования, позволяющие улучшить звук при воспроизведении.
