Разработка акустики: что делают звукоинженеры и можно ли создать акустическую систему своими руками


Начало

Дорогие друзья, разрешите представиться. Зовут меня Юрий. Имя получил в честь Юрия Алексеевича Гагарина, как и многие мальчики в тот период. Настолько он был популярен, когда я родился. Видимо, энергетика того времени и имени первого космонавта, в какой-то степени передалась мне и стала частью души, требующей активности. В школьные годы активность была разнонаправленной, но не включала в себя учебу. В жизни это не стало помехой. Технический университет закончил с отличием. Профессию свою, выбранную по принципу максимальной сложности специальностей, предлагаемых ВУЗом, в который поступал, не сменил и зарабатываю ею по настоящее время. Учили меня на конструктора гидравлических машин и средств их автоматизации.

В свободное от работы время всяческие увлечения не отпускали и дальше. В очередном душевном порыве, случившимся совсем недавно, открыл для себя замечательный магазин Аудиомания, в частности, его раздел «Сделай сам». То, что там увидел при первом посещении, было мечтой молодости. Правда, в те времена такого представить было невозможно. Ассортимент этого магазина открыл для меня дверь в мир реализации задумок. Думаю, как и для многих других, одержимых идеями, людей.

Кроме увлечения аудиотехникой, сопровождающего меня по жизни, люблю фотографию, читаю фантастику (обязательно о космических путешествиях – отрабатывает та самая энергетика). И еще одно увлечение – почти дюжину лет мастерю мебель из дерева. Сейчас уже имеется серьезный опыт краснодеревщика, который позволяет изготавливать мебель профессионально.

Создание акустики, о которой пойдет речь — одно из давних моих увлечений. Но, накопленный опыт, сегодняшние возможности и новые желания позволили поставить перед собой сложную задачу – создать акустику для дома, передающую динамику, масштабность и эмоциональность концертного исполнения музыки.

Всем читателям – мое безмерное расположение и наилучшие пожелания.

Юрий Кобзарь

Я – любитель. Буду стараться писать только о конкретике. Поделюсь своим практическим опытом по созданию акустических систем высокого уровня. Адресую эту информацию таким же любителям, которым нравится качественный звук, получающим удовольствие не от фона, а от прослушивания музыки. Людям, которые в мире звуков, имеют предпочтения и любимые записи.

Весной 2020 со мной нечто произошло. Вечером на веранде до ушей донеслось птичье чириканье, повеяло настоящим теплом, где-то зазеленело, прилетел первый растительный аромат, захотелось пригубить вина и послушать музыку. Не анализируя (можно все списать на флуктуации души), я почувствовал потребность, и у меня возникла идея обзавестись хорошим звуком для дома. Причем, «музыка» то в доме есть. Но в тот момент термин хороший звук вдруг приобрел иной смысл. В голове встали воспоминания от случайного прослушивания музыки в магазине (в комнате хай-энда), великолепной возможности ощутить звук высочайшего качества у нескольких друзей. Все это случилось годы назад, но потребность в хорошем звуке оформилась именно весной семнадцатого. Несмотря на то, что трепетное отношение к «хорошей» музыке сопровождало меня всю жизнь, и практически всегда была возможность слушать звук приличного качества, вдруг стало ясно: звучащая из акустики музыка должна быть не просто чистой, детальной, мощной, глубокой, естественной, завораживающей или даже потрясающей (тело на большой громкости – шутка). Воспроизведенный акустикой звук должен передать эмоции: солистов и музыкантов, и всех тех, кто готовит запись для нас – слушателей.

По предварительным оценкам, возможно завышенным, купить такое оборудование – оказалось не по карману. Размениваться на хорошее доступное – не хотелось. Таким образом, встала задача построить самому акустику максимально высокого класса, доступного в домашних условиях. Без лабораторий, высокоточных измерений, но, чтобы порода, солидность и элитность звука была неоспорима. Чтобы от прослушивания создавалось именно такое впечатление.

В качестве небольшого отступления следует сказать, что задумка имела базу. Определенные навыки в моем распоряжении были: в юности построил акустику в «закрытом ящике». Был счастлив от ее звука. Были спаяны различные транзисторные усилители, одна модель чрезвычайно качественная. Сейчас, кроме прежних подзабытых знаний, навыков и опыта, добавилась любовь к изготовлению мебели из дерева и некоторый набор столярного инструмента. Дополнительно захотелось обзавестись и качественным ламповым усилителем. Дабы сократить реализацию задуманного предложил участие своему другу-энтузиасту и самоделкину, имеющего базу радиофака УПИ (Уральский государственный технический университет). Условились, что акустика (подборы, расчеты и воплощение) будет моей задачей, ламповик – его часть.

С вот такой позиции начали «трясти стариной».

Разработка акустики: что делают звукоинженеры и можно ли создать акустическую систему своими руками

Производство акустики: уникальные разработки или сотрудничество с подрядчиками

Акустические системы известных производителей часто собираются из компонентов, которые компания покупает у поставщиков, а не производит сама. Это может быть связано с различными условиями, в которых создаются системы, и существующими в рамках этих условий ограничениями.
Например, при производстве ODM-продуктов лаборатория Юрия Фомина F-lab (сейчас F-lab или «Лаборатория Фомина» – это, фактически, R&D-отдел Аудиомании, под руководством которого выпускается бренд Arslab) часто бывает ограничена возможностями субподрядчика: тем, какие он готов предоставить динамики, корпусы и комплектующие. Для того, чтобы обзавестись уникальными инженерными находками, компаниям приходится тратить годы – важно не только придумать конструкцию детали или компонента, но и производить его (купить оборудование, правильным образом его настроить и обслуживать).

Бренды, производящие технику в относительно скромных партиях и продающие ее по умеренным ценам, просто не могут разом начать собирать акустические системы полностью из своих комплектующих – иначе стоимость их разработки и производства придется полностью переложить на покупателей. Кроме того, далеко не всегда такое производство оправдано – компаниям нет необходимости «изобретать велосипед», если есть те, кто давно специализируется в той или иной области:

Ты можешь штамповать мембраны для твитеров с какими-то секретными добавками. Но лучше всего их делает Dr. Kurt Muller. […] Я это к тому, что есть компании, непререкаемые по качеству изготовления. Они специализируются на этом и делают вещи высочайшего качества для всего мира. Понятно, что кто-то будет делать все сам […]. Но так хорошо у них может и не получиться
– Юрий Фомин

Зачем нужны звукоинженеры

Казалось бы, если использовать «чужие» компоненты и полагаться на возможности субподрядчика, производить акустические системы можно, не привлекая к работе своих инженеров и отдел R&D (а можно и собрать акустику самостоятельно в домашних условиях – но об этом чуть ниже). Это не так – компаниям необходимо конкурировать, выделяться на рынке, формировать собственную лояльную аудиторию – а для этого нужно «свое» звучание, даже если техника производится из стандартных элементов или к работе приглашаются субподрядчики. И для этого к работе с брендом привлекают опытных инженеров.
Из некоторого заданного «набора» элементов инженерам необходимо сложить идеальную картинку, которая еще и должна соответствовать маркетинговой стратегии компании. Например, делать продукт лучше, чем у конкурентов, но по сопоставимой цене. Юрий Станиславович вспоминает, что в таких условиях при работе над акустикой для бренда Jetbalance приходилось использовать недорогие компоненты не самого высокого качества – и для получения хорошего звука дорабатывать саму конструкцию.

Рабочий процесс на заводе Arslab — фото из нашего «Мира Hi-Fi»

Более того, инженеры обеспечивают и обратную связь с поставщиками – последние при этом могут менять характеристики компонентов в соответствии с потребностями бренда (именно поэтому Юрий Фомин отмечает, что работа над звучанием системы начинается уже на заводах поставщиков – и инженеры брендов могут влиять и на этот процесс тоже):

Нам повезло с Wavecor [компания-поставщик динамиков для акустики Arslab], они всегда адекватно отвечают на наши запросы типа: «Индуктивность нас тут не очень устраивает, поменяйте». Меняют, дорабатывают
– Юрий Фомин

Более того, инженерам приходится учитывать еще и то, как и где оборудование будет использоваться, в какой среде будет происходить прослушивание музыки – и в соответствии с этим корректировать звучание системы.

Акустика как хобби

Разумеется, все это не значит, что достойно звучащий аппарат нельзя собрать своими руками из имеющихся в свободной продаже компонентов – и не будучи при этом инженером высокого класса. Однако и тут есть несколько важных нюансов.
Для начала нужно определиться с целями. Их может быть две: создание системы «ради процесса» или работа на результат. В первом случае мы имеем дело скорее с хобби, во втором – с попыткой переосмыслить накопленный опыт, получить желаемое звучание.

И та, и другая цель вполне может увенчаться успехом: в первом случае получится своего рода «игрушка» – техника может звучать неплохо, на уровне среднестатистических параметров. Юрий Фомин не исключает, что в рамках этого подхода и даже в отсутствие специальных музыкальных знаний и большого опыта работы в индустрии можно сделать что-то, близкое по характеристикам к «серьезному» Hi-Fi:

Надо брать готовые разработки, которыми инженеры делятся в сети, и повторять их. Это будет иметь 90% успеха. Я не говорю 100%, потому что возможны разногласия в параметрах громкоговорителей, которые могут отличаться по партиям. Но 90% успеха можно достичь
– Юрий Фомин

Похоже на конструктор Lego для взрослых – стоит начать с повторения имеющихся решений, не внося изменения в электротехническую часть продукта:

По поводу «лезть в создание»: если человеку хочется заниматься творчеством, он должен это делать. […] Если человек хочет тратить время, это его хобби, ему это нравится, тогда пусть занимается
– Юрий Фомин

Проектирование громкоговорителей

Если же речь идет о более «серьезном» подходе, когда целью работы становится звучание или характеристики, отличные от того, что имеется на рынке, без специальных знаний не обойтись.

Человек должен быть инженером, по крайней мере, советской высшей школы. Почему советской? Инженер должен многое изучить. Кроме электротехники необходимо еще и материаловедение, теория машин и механизмов, сопротивление материалов. Это все используется при конструировании акустических систем
– Юрий Фомин

Важно и знание метрологии – в ней, по словам Юрия, нужно разбираться на уровне 2-3 семестров ВУЗа. Кроме того, крайне желательно иметь и музыкальное образование или опыт музицирования – это позволит почувствовать, какой именно звук нужен «на выходе». Сам Юрий Фомин подчеркивает, что его музыкальный вкус сформировался под влиянием работы звукоинженером на студиях звукозаписи:

У нас было много студийной работы, мы понимаем, как все звучит вживую. Да, пожалуй, у нас […] есть определенный вкус, привитый студиями, который мы и пытаемся воссоздать
– Юрий Фомин

Музыкальное образование или работа в этой индустрии – то, что лежит в основе историй популярных брендов, когда «основателю не нравилось существующая на рынке техника, и он решил создать что-то свое». Именно этот вкус к музыке, своеобразное понимание ее звучания и помогает сформировать требования к конечному продукту. Но такие истории успеха часто умалчивают о том, как реализовывалась идея – а для этого как раз и необходимы все те инженерные знания, о которых шла речь выше.

Страница товаров из категории «Сделай сам» на сайте Аудиомании

Более того, акустическая система в данном случае может восприниматься как точная математическая модель – акустическое оформление проектируется по определенному математическому алгоритму:

Изменение любого параметра эту модель сразу разбалансирует. КПД колонок в лучшем случае 5%, поэтому потеря даже одного процента — очень много. И этот процент легко потерять, если какая-то мелочь работает неправильно
– Юрий Фомин

Для того, чтобы спроектировать модель, мало разбираться в материалах, иметь базовые инженерные знания – нужно уметь правильно использовать специализированный софт для соответствующих расчетов. Сами сотрудники «Лаборатории Фомина» используют в работе продукты Leap и Clio для расчета и оптимизации параметров будущих систем.
Важность профессионального ПО в проектировании отмечает и Сергей Бать, автор книги «Любительские громкоговорители». Сергей Бать – пример инженера-любителя, который добился не только успехов в конструировании акустических систем, но и признания от представителей индустрии.

Сделать самому – действительно дешевле?

Популярно мнение, что такая «домашняя» разработка может звучать не хуже «покупной» и при этом обойдется дешевле. Это не совсем так. Юрий отмечает: даже если удастся сэкономить деньги на покупке комплектующих (по сравнению с приобретением готового продукта) и создать прилично звучащую систему, получится «экономия денег на собственном времени».

Сэкономить невозможно. Если вы экономите деньги, то теряете личное время, а если готовы терять время, – это можно рассматривать только как удовольствие
– Юрий Фомин

В целом, даже для сборки акустики по готовым схемам, необходимо время, знания и определенный опыт. Если речь идет о создании некоего уникального звучания (изменении параметров по сравнению с «готовыми решениями») – времени, знаний и опыта требуется на порядки больше. Юрий подчеркивает: опытные инженеры и разработчики тем и отличаются от любителей и новичков, что могут решать поставленные задачи относительно быстро и быть уверенными в конечном результате:

Сам по себе проект [от разработки модели до ее воплощения] сделать недолго, примерно год, куда войдет макетирование, прослушивание и внесение правок. Нам не надо сидеть годами и морщить лоб. Однако эта быстрота производства и есть квинтэссенция многолетнего опыта. Если ты за 20 лет научился рассчитывать проект за два дня, а раньше тебе бы потребовалось пара месяцев, то лишь потому, что ты этим 20 лет занимался
– Юрий Фомин

Получается, что если для самостоятельного создания системы нет времени и знаний, а покупка дорогостоящего оборудования класса High-End – слишком затратное мероприятие, то у потребителя нет возможности радоваться качественному звуку? Не совсем так: сам Юрий Фомин предлагает взглянуть на процесс выстраивания вокруг себя качественной экосистемы звука как на постепенное движение вперед.
Иногда стоит задуматься о приобретении устройств, которые будут ненамного, но все же выше классом, чем то, что клиент использует сейчас – разница между обновленной и «старой» версиями будет достаточно велика для того, чтобы какое-то время задержаться на этом этапе.

Иногда такое качественное преобразование может дать включение в «цепочку» устройств, например, ЦАПа или усилителя более высокого класса, иногда – изучение различных форматов аудио и дополнение вашей музыкальной библиотеки. Что до тех, кто предпочитает создавать акустику своими руками – полезные материалы об этом мы публикуем здесь.

Выбор

Вопрос построения АС был начат с изучения теории и сопутствующих материалов. Передо мной, как и перед многими строителями собственных акустических систем, встал вопрос выбора акустического оформления. Знания, информация, мнения начали копиться и систематизироваться, но ответ на вопрос о типе акустического оформления АС оставался открытым. В это время моему напарнику стали доступными три широкополосные головки 75ГДШ3-1. В местном ДК задумали выбросить два сценических сабвуфера, проработавших на протяжении 30-ти с лишним лет. В каждом стояло по два динамика. В одном из них динамик вышел из строя, отсюда и решение выбросить. Прослушивание динамиков «на полу» подтвердило ожидание «отсутствующего звука». Прослушивание в родном сабвуферном корпусе – оценки не изменило. Практически без энтузиазма начал копать интернет на тему применения в АС динамиков имеющегося типа. Быстро нашлись материалы товарищей, уже построивших АС на основе этих динамиков. Приглянулся вариант с «тэкувэтэ» (tqwt) труба Войта – материал прикладываю, авторство не установлено см. ссылка). Понравился этот вариант, в том числе, из-за «открытого корпуса», к которому уже возникли некоторые симпатии. Почему: отсутствие демпфирования динамика или минимальное по необходимости. Другими словами динамической головке не создается препятствий при работе, а это, как я понимаю, означает минимум условий для создания внешнего сопротивления и, как следствие, искажений. Еще, резонансная частота динамика в корпусе с трубой не изменяется. Это, в свою очередь, должно обеспечить воспроизведение более богатой басовой составляющей, являющейся основой ритма, обеспечивающей объемность звука и усиливающей психоэмоциональное восприятие музыкальной программы. С внутренним сопротивлением (после прослушивания динамиков), опаской получить слабый результат и, все же, надеждой купил три листа строительной фанеры 12мм для повторения в материале предложенной конструкции. Доработка состояла в применении радиусных переходов в каждом углу (впервые гнул фанеру), установки ребра жесткости внутри (учитывая габариты и толщину материала) и устройство жесткой съемной задней стенки для удобства работ по последующему возможному демпфированию.

Технологию изготовления не даю. Раскрой тоже. Учитывая свой опыт работ с деревом – считаю, что у каждого мастера, берущегося за изготовление такой конструкции, будет своя специфика конструирования и работ по изготовлению. Специфика связана с условиями, навыками и набором инструмента. Я привык работать с клеем, отказавшись от металлического крепежа (кроме съемной задней стенки). Это обеспечивает отсутствие технологических реек, забирающих объем, дающих дополнительную геометрию в канале звука, что с моей точки зрения – дипломированного гидравлика – не есть хорошо для движения звуковой волны по каналу. А задача, между прочим, стоит в создании условий для ее плавного, ламинарного (есть такой термин, означающий отсутствие завихрений) движения по каналу. Это снижает вероятность возникновения призвуков, ненужных для высококлассного звука.

Звук построенной АС удивил сразу. Могучий, яркий, красивый и отличный от моих фирменных трехполосных фазонверторных (ФИ) колонок английского бренда. Значительно отличный. С ударением на слово «отличный». Удивление усиливалось тем, что там же – Англия, интеллект инженеров и масштабное производство, а здесь 35-летнее чудо в фанерном ящике. После того, как первый всплеск эмоций утих, стало понятно, что одного динамика для этой АС мало. Не хватает верхов и … низов. Бас низкий, красивый, с множеством оттенков (чего не слышно на ФИ) и, в то же время, слабый. Можно себя уговорить на такой звук, но недостаток заметный.

Посомневавшись в способности этого динамика играть басы в широкополосной АС, построил сужающийся лабиринт – трансмиссионную волновую линию (ТВЛ). По отзывам в сети – это как раз то, что необходимо. Описываю без подробностей и аргументов в пользу такого решения. Не привожу рекомендаций и зависимостей построения ТВЛ. Все есть в интернете. Эту конструкцию сделал более технологичной: с катетами, без скруглений. Следует отметить, АС получилась более компактных размеров. Вот ее разрез.

Многие авторы в сети упоминают о важности правильно сделанных расчётов трансмиссионно-волнового канала, отсутствия фундаментальных ошибок, сложности конструкции и необходимости точного ее повторения при изготовлении. При этом, кроме геометрии и правил выбора динамиков в их подходе собственно ничего и нет. При вычерчивании конструкции АС с ТВЛ меня сопровождало чувство глубокого понимания механики, но не акустики. Все делал на веру. Ведь много людей делилось уже практическим опытом, достигнутым результатом и фотографиями. Многих устраивал полученных звук. Это ведь весомый аргумент.

Снова взял строительную фанеру. На сей раз, два листа, с учетом остатков от предыдущего варианта. Изготовил быстро и точно. Следует подчеркнуть избыточную жесткость корпусов таких конструкций, даже при использовании фанеры 12мм.

Итак, ощущение от прослушивания – очень хорошо. Недостатки те же. Если нехватка верхов – это конструкция динамика, то нехватка басов – вопрос корпуса. Следует сказать, что бас стал более выразительным и подчеркнутым. Это было отмечено независимо всеми участниками прослушивания. Неожиданность состояла в следующем. Вначале прослушивание велось каждой колонки в отдельности. Хотелось услышать ее возможности, сравнить с другим вариантом. Тем более, первый эксперимент повторения конструкции дал только одну колонку. Потом их подключили вместе. Эффект оказался потрясающим. Возникла не только панорама звука, сцена. Прежде всего, преобразился сам звук. Его мощь, открытость, легкость ошеломили! Да, позднее, прослушивая неравноценную пару АС, пришлось поднять ВЧ и НЧ на усилителе. Но звук был не просто красивым. Он держал, притягивал к себе. Любимые треки звучали так, как будто слушал их впервые. На многих стали слышны оттенки басов и средних частот, о существовании которых раньше с английскими напольниками даже не подозревал. Подруга супруги, присутствующая с ней в доме в соседней комнате во время тестирования пары АС на различной громкости и стилях: камерная музыка, джаз, электроника, уходя, сказала, что побывала в филармонии или на концерте. Эта фраза была не деликатность по отношению к хозяевам, а похожа на правду. Распространение звука по сопредельным комнатам оказалось приятным сюрпризом. Это будет важным моментом при приеме гостей для создания легкого ненавязчивого музыкального сопровождения в нескольких зонах сразу. Аппаратуру стал включать при каждом проходе мимо. И, в конце концов, после трех дней, сдался окончательно и попросил будущего владельца забрать этот тестовый вариант акустики себе домой для прослушивания, пока не наступит время изготовления АС парадного вида.

Вывод был таким: если бы состоялся выбор АС в магазине – звук полученных АС (не фанерный вид конечно) меня бы устроил полностью. О полученном звуке сказано скромно. Звук грандиозный. Когда звучит пара колонок, высоких частот становится практически достаточно. Это не песок, динамик его не может воспроизвести. Но то, что он воспроизводит – уже удовлетворяло нашим требованиям. Полученное звучание потрясало, переворачивало что-то внутри, возникали комки в горле. Без преувеличений. Оставалась только одна «заноза» – НЧ на усилителе было выкручено на максимум. Тем не менее, звук понравился и хозяину АС. Позднее даже было решено окончательный вариант изготовить на основе ТВЛ: габариты и звучание баса взяли верх.

↑ 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.

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.

Мытарства

Тем временем актуальность приобрел вопрос создания АС для «собственного употребления». Высока вероятность, что после АС на динамиках 75ГДШ3-1, наступил бы конец поискам хорошего звука. Довольно быстро это случилось, да и попало почти в точку. К счастью или, к сожалению, но второй пары головок 75ГДШ3-1 или 3-3 не нашлось. Ползая во всемирной паутине, собирая и анализируя информацию, продолжая обучение, начал пристально рассматривать акустику английской фирмы Tannoy. Идеальная колонка – устройство, способное линейно воспроизвести весь спектр звука из одной точки. А жизнь состоит из компромиссов. Создание акустики – поиск оптимума среди множества компромиссов. Каждый вариант АС решает свои задачи, и становится инструментом в руках маркетинга: удачное сочетание динамиков в акустической системе, красивое (правильное) разделение частот, выпяченный бас, цокающая пищалка, уникальное оформление, использование ценных пород дерева в корпусе или просто – известный бренд. Все вместе или по-отдельности призвано убедить покупателя в правильности выбора. Старшая акустика Tannoy (Westminster и Canterbury) меня заинтересовали внешне, да и построена всего на одном динамике. Звук из одной точки! Старинная, известнейшая фирма, сохраняющая свое ведущее положение по сей день, имеет своих почитателей. Вскоре узнал, что акустика Tannoy все же двухполосная, но динамики НЧ/СЧ и ВЧ стоят соосно. В инженерном плане, такое решение оказалось сильно привлекательным. Великолепное решение. В той же сети прочел похвалу одних и разочарования других владельцев этой акустики после перемещения ее из салона себе домой. Вспомнил, что сам оценил звучание Tannoy несколько лет тому назад в комнате для прослушивания одного магазина. Тогда мне больше понравился вариант Cornwall американского Klipsch. И пришло еще одно понимание – хорошая акустика звучит не всегда хорошо (на различном музыкальном материале и в разных помещениях), и этот факт нужно было как-то учесть при конструировании собственной АС. К примеру, Tannoy оснащены двумя регуляторами для подстройки СЧ и ВЧ.

Учитывая необходимость в принятии компромиссов, возникло намерение создавать нечто подобное Tannoy Westminster или Canterbury. Оказалось, что по «доступным» ценам в Китае можно заказать полные копии АС Canterbury. Они даже предлагают свои динамики. Отзывов о качестве системы и звуке не нашлось. Решил не рисковать. Проанализировав накопленную информацию, приступил к поиску конструкции акустики Tannoy. Кое-что нашел для АС Westminster, а в одном польском чате – 150 фото процесса изготовления копии этой акустики. Решение повторить почти случилось. Остановило планирование места установки. Все-же, Westminster созданы для большого пространства. В комнату обычной квартиры их установить, конечно, можно, однако в глаза бросается несоответствие габаритов жилого помещения и двух огромных АС. У меня частный дом и доступно некоторое свободное пространство для размещения. Тем не менее, этот вариант (со скрипом) был отклонен от воплощения. Из-за габаритов и, из-за недоступности родных танноевских динамиков (а равно – их высокой стоимости). Кроме того, конструкция будет в большой степени наугад (точные чертежи отсутствуют). Ожидать высокого качества звука, в таком случае, не приходится. Хотелось иметь контролируемый процесс. Изучение вопроса продолжалось, а коаксиальный танноевский динамик не давал покоя. Не скрою, продолжал искать разумные возможности по приобретению танноевских головок пока не наткнулся на испанскую Beyma. Этот производитель предлагает заинтересовавшую меня конструкцию соосного двухполосного динамика. Вот фото соосно установленной пищалки в центре низкочастотника.

Характеристики по полосе воспроизводимых частот были не такими «шикарными» как у Tannoy. Но, помнится, когда еще в молодости с друзьями подключали к генератору звуковых частот разные головки, то было удивление от ограниченного участка слышимых частот. Особенно был интересен эффект по низкой частоте: визуально наблюдаются значительные перемещения диффузора динамика и при этом звук практически отсутствует. Поэтому, как следует посомневавшись, остановил выбор на динамике 15XA38Nd испанской Beyma с неодимовым магнитом. Конечно, смущало отсутствие в сети следов применения этого динамика для домашней акустики: и на российских, и на западных ресурсах. Смущал номинал мощности динамика: 350 Вт для НЧ и плюс 90 Вт для ВЧ. Успокаивал размер головки 15 дюймов. Остались в голове строки, прочитанные у кого-то в сети: «…передача грандиозного характера звука концертного масштаба достигается головками 12 дюймов и выше». С таким утверждением я был согласен в душе. Да и параметры Westminster и Canterbury подтверждали правильность этой фразы. Также было понятно – габариты акустики с этими головками будут значительными. Но характеристики динамиков, их заявленная чувствительность в -99 дБ последние сомнения потеснили. Решение рискнуть было принято. Характеристики головки, кому это интересно, найдете в сети или на сайте Аудиомании.

Динамики заказал, ждать доставки пришлось почти три месяца. В это время снова вернулся вопрос акустического оформления. Без отступлений скажу – серьезно помог утвердить свой выбор материал «Лабиринт Рогожина». Его можно легко найти в сети. Ссылку не привожу, так как автор просит предварительного согласования (хотя материал доступен бесплатно). Но там, спасибо Рогожину, приводятся и обоснования, и практические рекомендации. Рискну сделать заявление: это единственный материал без воды, по делу, с полным набором рекомендаций для практического выхода на результат. Отсюда его популярность.

После этого этапа, мытарства с принятием решения остались позади. Впереди были приятные тяготы ночных акустических расчетов и конструирования корпуса АС.

Немного «вокруг да около»

Все изложенное выше, условно кратко представляет пройденный путь. Описал его для тех, кому интересно создание высококлассной АС своими руками, кто сталкивается с подобными вопросами. Здесь описан процесс разработки АС с нуля, и путь был пройден полностью до создания прототипа. Кто пожелает, может тоже пройти всю дорогу, более осознано. Кому-то будет доступно срезать на ней углы.

Несколько слов о лабиринте Рогожина. Привлекательность этой конструкции состоит не только в возможности получить великолепные результаты звучания акустики (я то говорю об этом уже с пониманием), но еще открывает возможности конструирования внешнего вида и внутренней архитектуры в самом широком диапазоне. В конечном счете, эта технология позволяет создать АС «под себя». Такой себе индпошив. Это чрезвычайно удобно и привлекательно. Наверное, все понимают разницу между купленным готовым шкафом и встроенным или сформированным по конкретным требованиям. Функциональность, адаптивность у второго варианта выше. Если учесть возможность создания внешнего вида по своим требованиям, связать внешний вид АС, цвет с интерьером в зоне размещения, ценность варианта дополнительно возрастает.

Не скрою, понимание цели при акустических расчетах по рекомендациям Рогожина должно быть ясным. На первом этапе это достигается соблюдением данных в материале инструкций и, уже на втором этапе,.. обретенным опытом. Дабы достичь желаемого результата мне пришлось выполнить множество акустических расчетов для получения оптимумов и построить шесть опытных вариантов с тем, чтобы выйти на седьмой – окончательный. Сравнивая полученный результат в материале и звуке можно уточнить выполненные расчеты и сделать правильный выбор варианта, подогнав его под свои предпочтения, обеспечив великолепное звучание АС.

Тем, кто не устал

Совсем уж практическая сторона. Итак, выбор динамических головок позади, выбор конструктива (лабиринт-канал) тоже. По рекомендации Рогожина установил программу Hornresp австралийского разработчика. Выполнив пошаговые инструкции, получил первый результат. Скажу так, практически вслепую пришлось выполнить не менее сотни расчетов для обеспечения всех требований. К чему нужно стремиться – инструкции даны Рогожиным. Далее делюсь собственным опытом.

Первым делом – фото выполненных попыток найти желаемый звук:

Здесь представлено пять вариантов корпусов для одного типа динамика. Все варианты, кроме последнего (это шестой вариант, полученный переделкой пятого), выполнены в размере 1520 мм в высоту (высота фанерного листа). Ширина и глубина корпусов различная и зависит от расчетного сечения канала. Внутренняя архитектура – тоже различная. Первый вариант (правый корпус на первом фото) выполнен из фанеры 15 мм. Масса корпуса — около 70 кг (без отделки). Все последующие – фанера 12 мм и масса от 35 до 55 кг. Легкие вибрации незначительных участков поверхности на корпусах акустики толщиной 12 мм присутствуют при подаваемой мощности в 100 Вт. Если откровенно – развиваемое звуковое давление на такой мощности в ограниченном пространстве долго не выдержать. Хорошо, что соседей за стенкой нет.

Таким образом, при комфортном уровне громкости вибрации корпуса и призвуки не отмечены. Призвуков, кстати, не отмечено при любом уровне громкости.

    Особенности, выявленные в процессе набора опыта следующие:
  1. Сначала было непонятно объяснение в п.9 инструкции Рогожина о параметрах Con (1) и Con (2). Лишь позже понял, что это длины двух участков резонансного канала. Вместе они составляют общую длину канала, влияющую на частоту настройки. И выражаются они в сантиметрах.
  2. На больших динамиках обеспечить предложенный в инструкции вариант сворачивания канала приведет к росту высоты АС. Пришлось изобретать. Окончательный принципиальный вариант, принятый для работы такой:

    Конечно, за время строительства шести вариантов была отработана технология изготовления, детали конструкции АС, способы сворачивания большого канала. Вживую внутренности АС имеют такой вид:

    И так далее.

  3. Обратил внимание на некоторую некорректность работы программы. Например, при расчете удается обеспечить групповые временные задержки (ГВЗ) в пределах рекомендуемой нормы. При печати результата расчета, диаграмма ГВЗ имеет серьезные искажения, недопустимые выбросы, которые не соответствуют действительности.

    Т.е. расчетные выбросы ГВЗ не превышают 20мс (копия экрана — слева), а при печати они же выпадают до значения в 670мс (правое изображение). Внимание, изготовленная по приведенному расчету АС обеспечила ровную работу, без призвуков и неравномерности. Нужно верить левому изображению.

  4. Накопленный опыт позволяет предложить следующие рекомендации при выполнении расчетов:
  • Частота настройки канала АС лучше, если будет находиться рядом с резонансной частотой головки. Можно выше, но кому это нужно?
  • Обращайте внимание на обеспечение горизонтальности участка настройки АЧХ канала от резонанса и выше. Подтверждаю, незначительный подъем АЧХ в зоне резонанса (в приведенном рисунке соответствует частоте 38,36 Гц) хорошо ощущается «на слух» во время работы АС.
  • При установке зоны размещения 1пи – АС у стенки (параметр Ang), отдача для музыкальной АС не должна превышать 102-104 дБ (выше, набивает голову даже при низкой громкости и приходится выкручивать НЧ ниже нуля). Создается впечатление мятого баса, его становится реально много. Обратите внимание, оптимизированная отдача АС дана для чувствительного динамика (-99 дБ). Подозреваю, что при использовании динамика с меньшей чувствительностью отдачу АС нужно будет соответственно уменьшить.
  • При расчетах можно обеспечить настройку канала на частоту ниже резонанса динамика. Можно обеспечить суммарную отдачу АС заметно выше самого динамика. В первом случае (частота настройки ниже резонанса) – получаем размытость баса, сниженную артикуляцию. Чем ниже настройка от резонанса, тем заметнее эффект. Во втором случае (испытал вариант с давлением АС около 107,5 дБ) – бас становится как бы забитым, мощным, неразборчивым. Слушать тяжело. Быстро устаешь от такого звука.
  • Было замечено, что объем камеры гашения третьей моды (КГТМ – мой термин), которая находится в зоне канала S1-S2, напрямую влияет на качество гашения этой моды. Уменьшаем объем КГТМ при сохранении длинны участка канала, размах моды растет (на рисунке выше ее всплеск соответствует частоте чуть выше 100 Гц) и напротив, с ростом объема КГТМ всплеск моды уменьшается. Изменение объема КГТМ выполнял изменением площади сечения S1.

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.

Лист чертежи корпуса 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.

Отладка кроссовера

Выше были описаны подходы и особенности создания акустического оформления АС. Следует отметить, что габариты и масса АС внушительные, мощность используемого динамика высокая. Когда акустические системы задумывались, было убеждение, что слушать их нужно при подводимой мощности в 0,5 Ватта. Это обстоятельство и было одним из ограничений при выборе динамика. Было сомнение, что мощный динамик обеспечит эффективную работу при малой подводимой мощности. Несмотря на имеющийся запас мощности, построенные прототипы АС выполняют эту функцию, обеспечивая великолепное звучание при минимальной подводимой мощности. Причем, не умаляя грандиозности звука.

В настоящее время, полученные АС подключены к усилителю фирмы Sony, у которого градуировка уровня громкости выполнена в децибелах. Поздно вечером, когда уже нет посторонних звуков, акустика великолепно и ярко звучит при громкости минус 66 дБ. Еще отмечу, что запас мощности динамиков гарантирует работу АС с минимальными линейными искажениями при любой громкости комфортного уровня.

Итак, отладка звука в кроссовере.

Первоначально полученный комплект динамиков и заказанные у производителя (компания Beyma, Испания) кроссоверы FD-2XA для этих конкретных динамиков меня разочаровал. Первое включение на малой громкости привело в полное недоумение. Звук был просто ужасен. На малой громкости басы почти отсутствовали. При росте громкости – превращались во что-то совершенно несуразное, издавая невероятное бормотание. Музыки, как таковой, не было.

После 3-4-часового прогона на высокой громкости (70-90 Вт) динамики заработали (прогрелись). Однако неудовлетворенность звуком не исчезла. Ни душевности, ни грандиозности басов, ни желаемых эмоций. Только похвальная детальность звука.

Как я уже упоминал ранее, отработка звучания выполнялась по двум направлениям: поиск оптимальных параметров лабиринта и работа с кроссовером. Наработки по лабиринту даны выше. Кроссовер так же преподнёс свои уроки. Его схема найдена в интернете. Представлял он собой фильтры первого порядка с цепью согласования входного комплексного сопротивления НЧ громкоговорителя. Частота раздела полос, по данным сайта Beyma – 1800 Гц.

Конечно, я мог бы подробно изложить все поиски и повороты настройки полученных фильтров, но что-то подсказывает, такое изложение будет скучным и малоинформативным. Изложу в тезисах.

  1. Оказалось, после отключения емкости 15 мкф, воспроизведение басов стало приятнее.
  2. Тесты показали, что на некоторых музыкальных композициях акустика дает слышимые искажения. Удалось установить, что искажения вносит ВЧ часть динамика. Искажения исчезают при смещении частоты среза ВЧ фильтра до 2500 Гц и выше.
  3. Для уменьшения яркости, можно даже сказать, «крикливости» динамиков в СЧ диапазоне вместо емкости 2,2 мкф лучше использовать емкость 0,68 мкф.

После таких изменений звук стал очень даже неплохим, но все же, устраивал не совсем. Попытка оставить НЧ динамик без индуктивности L1, не способствовала дальнейшему улучшению звучания АС. Все же, неравномерность АЧХ динамика нужно компенсировать. Индуктивность производителя сохранил на своем месте. Ее влияние хорошо ощущается.

И вот, после длительного прослушивания различных жанров, после попыток варьировать номиналы оставшихся элементов фильтров прямо во время прослушивания, «на ходу» так сказать, отключил RC-цепочку согласования (8,2 Ом и 8,25 мкф – указаны на схеме). Произошел потрясающий эффект. Ощущение вздоха динамика, обретшего свободу, до этого удерживаемого некой удавкой. Удерживаемый ранее звук вырвался, полетел, стал легким и благородным. Нельзя передать словами обретенную легкость и виртуозность обновленного звучания. Появился именно тот звук, от которого возникает внутренний отклик, по телу идет озноб, а льющаяся музыка заполняет все клетки мозга.

Следует еще отметить тот факт, что катушки индуктивности кроссовера Beyma несерьезны. Они намотаны медным проводом 1мм. Для НЧ динамика параметры индуктивности 1Ом и 1,44 мГн. На больших мощностях потеря энергетики баса гарантирована. Учитывая параметры индуктивности НЧ фильтра, полученные измерением, я заказал индуктивности для НЧ и емкости для ВЧ звеньев более высокого класса.

Итого:

Выполненная работа позволила адаптировать параметры резонансного канала к выбранному динамику и обеспечила звучание АС не ниже ожиданий, нарисованных сознанием. О звуке напишу ниже. Все работы заняли около пяти месяцев (выходные и вечернее время, учитывая наличие запала, время на прослушивание и анализ, на следующие расчеты и т.д.) и потребовали определенных затрат. Уверенно скажу – уровень звучания соответствует акустике ценового диапазона от двух миллионов рублей. Фактические затраты, особенно с учетом имеющегося оборудования несоизмеримо ниже. Пройденный путь был непростым. Созданная АС зазвучала не только благодаря точному или удачному расчету резонансного канала, интуитивно, в какой-то степени, выбранному динамику, своему подходу к моделированию и изготовлению корпуса. Напомню, построенная акустическая система двухполосная, наличие кроссовера обязательно. Работа с кроссовером также позволила внести свою лепту в окончательный звук и получить полезный опыт. Демпфирование в конструкции АС не использовалось. Возможно, предприму попытку оценить влияние демпфирования в конкретном случае. Могу сказать, что наработанный опыт позволил оценить упомянутые в начале два варианта изготовленных АС для динамиков 75ГДШ3-1, увидеть недостатки настройки на басах и внести коррективы.

Сейчас еще нет готового лицевого варианта АС для динамика 15XA38Nd. Есть проект. Выполнен новый расчет АС с динамиком 75ГДШ3-1 с увеличенной отдачей на басах. Новый вариант будет оснащен твитером BC25SC06-04. Учитывая имеющуюся рабочую загрузку и доставку дополнительно заказанных комплектующих, эти проекты будут реализованы не ранее октября-ноября текущего года. Результаты будут представлены. Часть проекта кабинета АС для головки 15XA38Nd показана ниже:

Радиоэлектроника

Конструирование и расчет радиолюбительских акустических систем скачать

Satellite Antenna Alignment используют при расчете углов, которые необходимы при установке спутниковой тарелки. Можно расчитать азимут и угол места элевация для каждого спутника отдельно. Основное отличием от аналогичных программ. И тем самым опредилить, какие спутники можно поймать с места установки антенны, а каких придется забыть.

В книге предлагается системный подход к созданию оптимальных любительских акустических систем, предназначенных для использования в данных конкретных условиях.

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: