Идеология создания Резонансной Акустики

Это тем более актуально, потому что сабвуфер является сегодня почти непременным атрибутом любой достаточно хорошей системы "домашнего театра", так как только с его помощью можно передать истинный драматизм происходящих на экране событий. Поэтому для любителей домашнего кинотеатра реальной альтернативы сабвуферу практически нет.

Итак, "настоящая" сабвуферно-сателлитная   акустическая система состоит из одного большого (часто - очень большого) низкочастотного блока (сабвуфера) и двух отдельных относительно малогабаритных акустических систем (сателлитов). Такой комплект часто называют "трифоник". Большие размеры сабвуфера необходимы для создания достаточного объема акустической камеры для нормальной работы сверхнизкочастотного громкоговорителя, тогда как средние и высокие частоты вполне удовлетворительно воспроизводят акустические системы-сателлиты даже весьма скромных размеров. Современные сабвуферы, как это следует из их названия, предназначены для эффективного воспроизведения очень низкочастотных звуковых сигналов в полосе частот 20-120 Гц. При этом верхняя граничная частота сабвуфера (частота среза встроенного фильтра высоких частот), как правило, допускает возможность плавного изменения в пределах 80-200 Гц для лучшего согласования с сателлитами. Разница между настоящим трифоником и дуэтом "полочников" с отдельно купленным "сабом" состоит только в том, что первый проектируется для совместной работы и имеет максимально согласованные характеристики. При этом сателлиты имеют высокую нижнюю рабочую частоту (порядка 100-150 Гц) и поэтому самостоятельно, без сабвуфера, не используются. В отличие от трифонического комплекта, хорошие "полочные" акустические системы в принципе неплохо могут работать и сами, однако если к ним в дальнейшем докупить сабвуфер, их звучание много выиграет от такого взаимовыгодного партнерства. Что касается конструкции сателлитов, то они, по сути дела, являются обычными малогабаритными АС, особенностью их конструкции является, пожалуй, лишь специальная конструкция для компенсации магнитных полей рассеяния громкоговорителей, что является чрезвычайно важным для использования их в системе домашнего театра. Вот, собственно, и все различия.

Активный лучше?

Однако продолжим наше знакомство собственно с сабвуферами. Сабвуферы  бывают пассивными и активными. Активный сабвуфер - это "обычный" сабвуфер (называемый также "пассивным"), в корпус которого дополнительно встроен собственный мощный усилитель низкой частоты. Преимуществом активного сабвуфера является меньшая нагрузка на основной усилитель низкой частоты, недостатком - большая стоимость (существенно большая).

В блоке типичного сабвуфера, как  правило, используется либо один общий  для двух каналов низкочастотный громкоговоритель, либо, что чаще встречается, два отдельных низкочастотных громкоговорителя, работающих от правого и левого каналов  усилителя низкой частоты и нагруженных на общий акустический объем. В первом случае хотя и экономится один громкоговоритель, зато появляется необходимость ввести довольно сложную схему суммирования низкочастотных звуковых сигналов от обоих каналов усилителя. Справедливости ради надо указать, что существуют громкоговорители с двумя звуковыми катушками. В некоторых сабвуферах (например, Bose, Jamo и др.) два низкочастотных громкоговорителя устанавливаются диффузорами навстречу друг другу, при этом полезное излучение звука происходит от тыльных сторон их диффузоров. Так как электрически эти низкочастотные громкоговорители включены в противофазе друг к другу, то каждый из них обеспечивает эффективную акустическую нагрузку другому громкоговорителю (низкочастотные сигналы обоих стереоканалов практически всегда синфазны), в результате чего облегчается достижение низкой рабочей частоты сабвуфера. В хороших сабвуферах имеется также дополнительная возможность механической подстройки в некоторых пределах частоты настройки фазоинвертора. Это обеспечивается специальной конструкцией фазоинвертора и осуществляется путем вращения порта фазоинвертора, благодаря чему изменяется глубина "захода" трубы фазоинвертора внутрь корпуса сабвуфера и, следовательно, изменяется частота настройки фазоинвертора. Благодаря этому, у вас всегда имеется возможность осуществить дополнительную точную настройку фазоинвертора в процессе его эксплуатации. В корпусе сабвуфера, кроме НЧ-громкоговорителей, также располагается схема разделительного фильтра, которая делит входной звуковой сигнал на две частотные полосы. Низкочастотный сигнал, как легко можно догадаться, подается на громкоговоритель (громкоговорители) сабвуфера, а другая часть сигнала с нижней граничной частотой от 80-200 Гц - поступает на зажимы для подключения внешних СЧ/ВЧ акустических систем-сателитов.

Итак, предположим, приняв к сведению приведенные выше аргументы и  факты, вы купили сабвуфер и сателлиты. Теперь вам предстоит решить другую важную задачу: правильно подключить друг к другу и грамотно расставить в комнате. Прежде чем подключаться, изучим номенклатуру имеющихся на корпусе сабвуфера разъемов. Как правило, в хороших сабвуферах используются высококачественные позолоченные винтовые зажимы для подключения сабвуфера к усилителям низкой частоты, которые позволяют подключить к ним высококачественные акустические кабели с сечением проводов до 4 кв. мм, а также разъемы типа "банан", "вилочка" и "лопаточка". Ко входу сабвуфера подключаются оба канала усилителя. В случае использования активного сабвуфера с собственным усилителем низкой частоты он подключается к линейному выходу усилителя или к специальному выходу для активного сабвуфера с уже отфильтрованным низкочастотным сигналом. В свою очередь, акустические кабели для подключения сателлитов присоединяются к винтовым зажимам выхода разделительного фильтра низких частот сабвуфера. Теперь вам остается грамотно разместить всю эту трехкорпусную систему в комнате. Сделать это легко, так как ввиду отсутствия направленности самых низких звуковых частот сабвуфер может быть помещен практически в любом месте вашей комнаты, его даже можно задвинуть под диван. Размещение малогабаритных акустических систем-сателлитов из-за их малых размеров также особых трудностей не вызывает: вы можете разместить их и в мебельной стенке, можете повесить их на стену при помощи специальных кронштейнов. Но наилучшим решением проблемы будет установка сателлитов на дополнительно купленные специальные напольные подставки-стойки.

Звучание хорошей трифонической  системы отличается необыкновенной глубиной и естественностью передачи басов. Музыка заполняет все пространство в комнате, и кажется, что она рождается прямо из воздуха. По качеству звучания, особенно глубине баса, при размещении в небольших помещениях площадью 9-14 квадратных метров, трифонические системы, пожалуй, не имеют конкурентов. Хотя и в большом помещении они способны на многое. По крайней мере до принятия окончательного решения о покупке новых высококачественных акустических систем для вашей HI-FI стереосистемы (или системы домашнего театра) обязательно "примерьте" для себя и вариант с сабвуфером. Наконец сабвуфер ведь можно приобрести и отдельно, в помощь к уже имеющимся у вас акустическим системам. Если мощности вашего усилителя не хватает для того, чтобы "на всю катушку" раскачать еще и сабвуфер, купите одну из моделей активного сабвуфера со встроенным усилителем низкой частоты. Уж он-то точно сможет научить вашу стереосистему "метать громы и молнии"! Хорошие модели пассивных и активных сабвуферов выпускаются сегодня целым рядом известных фирм B&W, Jamo, JBL, KEF, Mirage, Polk Audio, Yamaha и другие. 

Акустические резонаторы

Явление резонанса оказывает влияние  на все колебательные процессы - механические, электрические, звуковые. Акустика - одна из таких прикладных дисциплин, где влияние резонанса особенно ощутимо. С нежелательными резонансами приходиться бороться, полезные нужно использовать. Динамические головки, используемые в системах воспроизведения звука - пример механической колебательной системы, работающей с заходом в область резонанса.

Кроме механических колебательных  систем, в электроакустических преобразователях широко используются акустические колебательные  системы, в которых отдельные  элементы представляют собой газообразную среду. Акустические колебательные  системы используются в виде полостей, каналов, объемных резонаторов, которые в сочетании могут образовывать сложные устройства, по своему действию аналогичные резонансным контурам, фильтрам и т.д. С их помощью можно выделять или подавлять определенные участки звукового диапазона частот.

Поведение механических колебательных  систем обычно рассматривают на примере  грузика на пружинке. Эту же модель часто используют и при анализе  работы акустических систем - удобно и  наглядно.

Примером простейшей акустической колебательной системы является резонатор Гельмгольца. Он представляет собой сосуд сферической формы с открытой горловиной. Воздух в горловине является колеблющейся массой, а объем воздуха в сосуде играет роль упругого элемента. Разумеется, такое разделение справедливо лишь приближенно, так как некоторая часть воздуха в полости обладает инерционным сопротивлением. Однако при достаточно большой величине отношения площади отверстия к площади сечения полости точность такого приближения вполне удовлетворительна. Основная часть кинетической энергии колебаний оказывается сосредоточенной в горле резонатора, где колебательная скорость частиц воздуха имеет наибольшую величину. 

Строго говоря, резонатор представляет собой систему с распределенными параметрами. Однако если размеры резонатора малы по сравнению с длиной волны действующих на резонатор колебаний, то практически можно рассматривать такую систему, как систему с сосредоточенными параметрами. Собственная частота резонатора Гельмгольца равна:

где:

• F - частота, Гц;
• C₀ - скорость звука в воздухе (340 м/с); 
• S - сечение отверстия, м²;
• L - длина отверстия, м;
• V - объем резонатора, м3.

Мощность - один из основных параметров, используемых при сопоставлении  головок громкоговорителей и  акустических систем (далее просто громкоговорителей). Однако, если сравнение  отечественных акустических аппаратов по этому параметру вполне правомерно и позволяет сделать правильные и однозначные выводы, то сопоставление нашей и зарубежной аппаратуры невозможно из-за различий в определении мощностей в соответствующих стандартах.

У нас в стране до настоящего времени использовались (ГОСТ 16122-78 и ГОСТ 9010-78) два вида мощности: номинальная и паспортная. Причем первая указывается в наименовании громкоговорителя: например, у 35АС-015 номинальная мощность 35 Вт, у 100АС-004 - 100 Вт и т. д.

В зарубежных каталогах и рекламных проспектах на акустическую аппаратуру приводятся другие виды мощности: музыкальная, кратковременная, максимальная, синусоидальная, рекомендуемая мощность усилителя 3Ч и др. Величины этих мощностей обычно выше указываемых в наименовании отечественной аппаратуры. В результате создается мнение, что отечественные громкоговорители значительно уступают зарубежным по этому параметру. На самом же деле различия в значениях мощностей вызваны главным образом иным их определением.

В соответствии с ГОСТ 16122-78 "Громкоговорители. Методы электроакустических испытаний" номинальная мощность определяется как "электрическая мощность, ограниченная возникновением искажений, превышающих заданное значение". Иными словами, при напряжении синусоидального сигнала, соответствующем этой мощности, измеренные значения коэффициентов нелинейных искажений не должны превышать оговоренных для данного громкоговорителя. Поскольку номинальная мощность определяется уровнем искажений, то ее величина обычно существенно ниже других видов мощности. В зарубежной практике понятия номинальной мощности нет, поэтому сравнивать акустическую аппаратуру по этому параметру не представляется возможным.

Паспортная мощность по ГОСТ 16122-78 определяется как наибольшая электрическая мощность, при которой громкоговоритель может длительное время удовлетворительно работать на реальном звуковом сигнале без тепловых и механических повреждений. Ее измеряют при подведении к громкоговорителю в течение 100 ч взвешенного корректирующей цепью сигнала стационарного розового шума. Характер распределения спектра такого сигнала отражает среднестатические распределения спектральной плотности речевых и музыкальных программ. Поскольку эта мощность не ограничивается заданным уровнем искажений, а зависит только от механической и тепловой прочности громкоговорителя, ее величина обычно в 1,5. ..2 раза выше номинальной мощности.

Для ликвидации путаницы в определении  различных видов мощности громкоговорителей  Международный электротехнический комитет (МЭК) опубликовал рекомендации 268-5 "Элементы электроакустических систем. Громкоговорители" и 581-7 "Минимальные требования к аппаратуре Hi-Fi. Громкоговорители", в которых предложены к использованию согласованные со всеми странами-участницами следующие виды мощности для громкоговорителей: характеристическая, шумовая, максимальная, синусоидальная, долговременная и кратковременная.

Под характеристической понимается мощность, при которой громкоговоритель создает характеристический уровень звукового давления 94 дБ на расстоянии 1 м в диапазоне частот 100...8000 Гц. Ее величина зависит от чувствительности - уровня среднего звукового давления, создаваемого громкоговорителем в указанном диапазоне частот при подведении электрической мощности 1 Вт. Например, громкоговоритель с чувствительностью 87 дБ создает уровень звукового давления 94 дБ при мощности 6,3 Вт, а с чувствительностью 93 дБ - при мощности 1,25 Вт. Иными словами, чем выше чувствительность громкоговорителя, тем ниже его характеристическая мощность.

Значение шумовой мощности (max noise power) устанавливают по результатам испытаний громкоговорителя на специальном шумовом сигнале в течение 100 ч. Для испытаний используется такой же сигнал, как при определении по ГОСТ 16122-78 паспортной мощности, поэтому значения этих видов мощностей совпадают.

Максимальная синусоидальная мощность (max sinusoidal testing power) - это мощность непрерывного синусоидального сигнала в заданном диапазоне частот, которую громкоговоритель может выдержать без тепловых и механических повреждений (у многополосных громкоговорителей может быть свое значение этой мощности в каждой полосе частот). Продолжительность испытаний (не менее 1ч) указывают в технической документации.

Аналогичного  понятия мощности в наших стандартах нет. Однако, поскольку величина этой мощности не ограничивается заданным уровнем нелинейных искажений, она должна быть выше номинальной мощности отечественных АС.