Звук наизнанку

Сегодня мы продолжим изучать теоретические аспекты, связанные с компьютерной (и не только) акустикой (начало см. в «МБ» №35'2006).

Чувствительность
Чувствительность – наверное, самый важный из параметров, указываемых производителями в характеристике акустических систем. Эта величина характеризует интенсивность звукового давления, развиваемого колонкой на расстоянии 1 м при подаче сигнала частотой 1 кГц и мощностью 1 Вт. Измеряется чувствительность в децибелах (дБ) относительно порога слышимости (нулевой уровень звукового давления равен 2*10-5 Па). Иногда используется термин «уровень характеристической чувствительности» (SPL, Sound Pressure Level). При этом для краткости в графе единиц измерений указывается: дБ/Вт*м.
Для простоты понимания приведем небольшой пример: возьмем две динамические головки: первая – диаметром с одно-копеечную монетку и чувствительностью, например, 93 дБ/Вт*м, вторая – диаметром 15'' (38 см), но с чувствительностью 90 дБ/Вт*м. В итоге при подведении 1 Вт мощности на расстоянии 1 м первая динамическая головка будет создавать звуковое давление 93 дБ, а вторая, соответственно – 90 дБ. Следовательно, первая динамическая головка, несмотря на свой миниатюрный размер, будет играть примерно в два раза громче.

Акустическое оформление
Тип акустического оформления заслуженно можно назвать вторым по своей значимости при построении акустической системы (первое место при проектировании акустики, как мы уже отмечали в первой части статьи), принадлежит непосредственно источнику звука – динамической головке. Существует огромное количество различных типов акустического оформления, но все они опираются на принцип разделения волн, издаваемых лицевой и тыльной сторонами диффузора.

Рис. 1. Акустический экран

Рис. 1. Акустический экран

Акустический экран. Наиболее простым типом акустического оформления является акустический экран (рис. 1) – плоскость с врезанной в неё динамической головкой. Акустический экран хорош своей простотой, но у него есть большой недостаток – он работает только до того момента, когда половина длины волны излучаемой частоты меньше габаритных размеров экрана. Так что для достижения глубокого баса (хотя бы 40 Гц) необходим щит достаточно больших габаритов. Если вспомнить школьный (и не только) курс физики, то по формуле v=c/L (где v — частота, с – скорость звука, L — длина волны), можно с лёгкостью вычислить точный размер экрана.

Рис. 2. Закрытый ящик

Рис. 2. Закрытый ящик

Закрытый ящик. Следующим по сложности исполнения является закрытый ящик (рис. 2) – название говорит само за себя: если в случае с акустическим экраном тыльная сторона диффузора отделена от лицевой «бесконечной» плоскостью, то в закрытом ящике – плоскость ограничивает тыльную (или лицевую – при установке динамиков магнитом наружу) сторону диффузора со всех сторон, образуя ящик. Таким образом, колонка будет выглядеть как ящик из которого выглядывает только диффузор динамической головки. Данный вид акустического оформления является самым простым в расчете и реализации.
Закрытый ящик снискал славу самого аудиофильского акустического оформления. Причиной служит то, что при использовании закрытого ящика в качестве акустического оформления можно легко добиться почти горизонтальной амплитудно-частотной характеристики и самых лучших импульсных характеристик. Кроме того, закрытый ящик – самое компактное акустическое оформление. Но за всё в этой жизни надо платить: в случае с закрытым ящиком платить приходится низким КПД, а следовательно – и низким уровнем звукового давления.
Рассматриваемый тип акустического оформления у производителей мультимедийной акустики не в почёте и большей частью применяется только для оформления среднечастотных динамических головок – обзоры акустики форматов 2.1 и 5.1 являются тому подтверждением (см. «МБ» №№12'2006, 16'2006, 18'2006 и 23'2006), хотя было и одно исключение – Sven HT-480.

Рис. 3. Фозоинвертор

Рис. 3. Фозоинвертор

Фазоинвертор. Компромиссом между качеством звука и звуковым давлением является акустическое оформление фазоинвертор (рис. 3). Его же иногда называют «открытый ящик». Внешне оформление фазоинвертор очень похоже на закрытый ящик, единственное различие заключается в том, что фазоинвертор имеет порт — отверстие в стенке ящика, которое позволяет частично задействовать энергию задней стороны диффузора динамической головки. Это даёт небольшую прибавку к звуковому давлению. Взамен приходится немого жертвовать ровностью амплитудно-частотной характеристики – появляются небольшие «горбы». Также следует отметить то, что фазоинвертор требует более громоздких и точных расчетов по сравнению с закрытым ящиком: каждый промах инженера в расчетах прибавляет акустической системе дополнительные «неровности» в АЧХ.
Акустическое оформление фазоинвертор нашло широкое применение в мультимедийной акустике. Доказательством этому служит тот факт, что примерно в 80% протестированных нами мультимедийных акустических систем использовалось именно оно. Причина этому – деньги: каждый производитель стремится максимально снизить себестоимость своей продукции, экономя на всем. И динамические головки – не исключение. А при использовании акустического оформления фазоинвертор из неказистой динамической головки можно «выжать» вполне достойные децибелы при более или менее вменяемом качестве звука.

Рис. 4. Банд-пасс

Рис. 4. Банд-пасс

Полосовой громкоговоритель. Он же – банд-пас. Данный тип акустического оформления разработан, чтобы полностью задействовать обе стороны диффузора динамической головки и получить максимальные КПД и уровень звукового давления. Также это акустическое оформление применяется для изготовления сабвуферов. Основное отличие полосового громкоговорителя в том, что это акустическое оформление является одновременно фильтром низких и высоких частот. То есть, при таком акустическом оформлении динамическая головка будет работать в строго рассчитанном/заданном диапазоне частот. Расчёт этого диапазона – достаточно трудоёмкая работа (чем больше камер и портов, тем сложнее расчёт). Банд-пас не прощает промахов: ошибки в расчётах полосового громкоговорителя дадут такой «частокол» в амплитудно-частотной характеристике, который будет тяжело исправить даже многополосным эквалайзером.
Существует великое множество видов полосовых громкоговорителей – меняется количество используемых динамических головок, количество и расположение портов... Наиболее простой и чаще всего встречающийся банд-пас, ординарный четвёртого порядка (рис. 4), состоит из закрытой и открытой (есть порт) камер. То есть налицо симбиоз акустических оформлений «закрытый ящик» и «фазоинвертор». В мультимедийной акустике чаще всего применяется (вследствие высокой эффективности) как раз этот тип полосового громкоговорителя. С его помощью можно даже из 5'' динамической головки «выжать» неплохой уровень звукового давления.

Материал корпуса
Теперь подробнее рассмотрим такой немаловажный аспект как материал, из которого изготовлен корпус акустической системы. Конечно, самым лучшим материалом для корпусов акустики является дерево. Все нормальные музыкальные инструменты изготавливают исключительно из него. Но дерево, пригодное для изготовления акустических систем и музыкальных инструментов (резонансная ель) – материал дорогой и дефицитный. На данный момент основными материалами для изготовления относительно дешевых мультимедийных акустических систем являются пластмасса и МДФ. С пластмассой всё ясно – это материал максимально дешевый материал, легко поддающийся обработке, дающий наименее качественный звук из-за широкой гаммы собственных резонансов корпуса акустической системы. Обычно из неё изготавливаются колонки подвида «пищалки» семейства «китайские».
Что же касается МДФ (Аббревиатура МДФ представляет собой кальку с английского «MDF» — Medium Density Fiberboard, что переводится на русский язык как «волокнистая плита средней плотности». — Прим. ред.), то это материал относительно новый для наших широт. Мы более привычны к таким аббревиатурам, как ДСП (древесно-стружечная плита) и ДВП (древесно-волокнистая плита). МДФ возник как, дальнейшее развитие сухого способа производства ДВП с учётом совершенствовавшихся технологий и соединил лучшие свойства ДВП и ДСП. Он прочнее ДСП, а его механические свойства одинаковы по длине и ширине материала, как в ДВП (в ДСП они в определенных пределах меняются – в зависимости от того, как стружка ляжет). Да и поверхность у МДФ гладкая, почти не требует дополнительной обработки, в отличие от ДСП. Воды МДФ боится, но намного меньше, чем ДСП. Края листа МДФ после резки (или другой обработки, например, фрезой) держат форму, а не осыпаются местами, как у ДСП.
По сути МДФ – это спрессованная мелкодисперсная фракция дерева. Это плитный материал, изготовленный из высушенных древесных волокон, обработанных синтетическими связующими веществами и сформированных в виде ковра с последующим горячим прессованием (плотностью 700-870 кг/м. куб.). Основным связующим элементом волокон является лигнин, который выделяется при нагревании древесины.
Применительно к акустике МДФ явных преимуществ по сравнению с ДВП и ДСП не имеет.

Заключение
Теорию можно излагать очень долго, ибо она очень обширна. Мы же рассмотрели лишь самые основные аспекты изготовления хорошей акустики. Надеемся, всё это поможет вам при выборе очередной акустической системы.

При написании статьи были использованы материалы сайтов www.avtozvuk.com, su.hardw.audio.

Рекомендуем почитать: