Основные типы колонок
Основные типы колонок
Качество звучания колонок во многом зависит от их устройства и конструктивного оформления. Поэтому вначале рассмотрим основные типы колонок, широко применяемые в современных электроакустических устройствах. Прежде всего отметим, что колонки делятся по типу ящика на несколько типов:
- обычные, в ящике прямоугольной формы (в виде параллелепипеда);
- в ящике с сечением в виде трапеции или треугольника (в общем, с непараллельными стенками);
- в шарообразном или эллипсоидном корпусе.
Обычный ящик в виде параллелограмма с прямыми углами - самый распространенный и дешевый вид акустического оформления колонок. Главный его недостаток заключается в заметном проявлении собственных резонансных явлений, создающих неравномерность АЧХ и ФЧХ колонки в области низких частот и ухудшающих качество воспроизведения звуков в этой полосе. Для борьбы с резонансами применяются толстые стенки и специальные сорта дерева, что резко повышает стоимость колонок. Некоторые фирмы делают ящики из прессованной мраморной крошки, толстой фанеры с битумным покрытием и т. д. С этой же целью стенки колонки изнутри обклеиваются звукопоглощающими материалами - пористой резиной, поролоном, стекловатой и т. д. Места стыка досок обмазываются специальными материалами - неплохие результаты дает даже детский пластилин.
Весьма неприятным явлением оказывается возникновение в ящике стоячих волн, при которых максимумы и минимумы амплитуды колебаний как бы застывают в пространстве . Любой предмет в корпусе (вплоть до проводника, идущего к динамику), попадая в пучность волн, может испытывать сильные колебания и приводить к возникновению громких лишних звуков. Но, прежде всего, колеблется сам корпус колонки и его части - передняя и задняя панели, боковые крышки. Для подавления стоячих волн также полезно применение звукопоглощающих покрытий и выбор рациональной формы ящика. Обычные прямоугольные корпуса в этом смысле отнюдь не самые лучшие.
Стоячие волны могут образоваться не только в объеме ящика, но и в диффузоре динамика. Для их подавления приходится тщательно подбирать материалы для диффузора. К примеру, фирма B&W(Великобритания) использует для этого специальный волокнистый материал - кевлар, имеющий поперечные и продольные волокна, сплетенные подобно соломинкам корзинки. В диффузорах из кевлара стоячие волны не образуются, поскольку трение в волокнах эффективно их демпфирует.
Некоторые разработчики выпускают широкополосные звуковые агрегаты, у которых один-два высокочастотных динамика размещаются внутри массивного диффузора НЧ-динамика (коаксиальное расположение). Это исключает акустическое взаимодействие не соосных конусов излучения и при выравнивании начальных фаз колебаний излучателей существенно повышает пространственную чистоту звучания. Но такая конструкция может увеличить влияние модуляционных и интермодуляционных искажений. Часто такие колонки применяются для озвучивания салонов автомобилей, где Hi-Fiи даже High-Endкачеству звуковоспроизведения уделяют большое внимание.
Пластмассовые корпуса пока применяются лишь в дешевых колонках, не претендующих на класс Hi-Fi. Хотя нет никаких научных оснований считать, что специальные сорта пластмассы будут хуже дерева, меломаны утверждают, что только от деревянных колонок можно получить «живое» воспроизведение звуков скрипки Страдивари, мягкие и сочные басы контрабаса и резкие, но без каких-либо примесей звуки ударных инструментов. Возможно, это и верно - дерево веками использовалось для корпусов многих музыкальных инструментов. Упругость воздушной массы в корпусе малых размеров ведет к заметному увеличению резонансной частоты НЧ-динамиков, которую получить малой и без этого трудно. Заполнение ящика звукопоглощающими материалами (и шипами) эквивалентно увеличению его объема до 30 процентов. Важное значение имеет дно ящика или специальная Подставка под него. Ящик мощной акустической системы заметно колеблется, и передача этих колебаний полу может резкоизменить звучание низких частот. Еще хуже, если он создаст слышимое дребезжание — что не редкость. Поэтому дно ящика колонки должно быть массивным и иметь специальные звукопоглощающие стойки. Существует масса специальных подставок под акустические системы — в том числе и приподнимающие их до высоты человеческого роста - желательно расположение колонок на уровне ушей.
Разобравшись с формой ящика, отметим, что колонкиделятся еще на два типа:
- с закрытым наглухо корпусом;
- с корпусом, имеющим отверстия фазоинверторов.
Корпус закрытого типа полностью поглощает акустическое короткое замыкание. Но, увы, в нем проявляется другой фактор, ограничивающий воспроизведение низких частот, - упругость и резонанс внутреннегообъема воздуха. Из-за упругости внутреннего объема воздуха резонансная частота динамика в таком корпусе обычно заметно возрастает. Имеет значение и нагрев воздуха в моменты сжатия и изменение его акустических параметров, что создает дополнительные нелинейные искажения. Корпус должен быть прочным и иметь достаточно толстые стенки.
В итоге, как ни крутись, а для воспроизведения частот ниже 50-60 Гц все равно нужны корпус большого размера и динамики с низкой резонансной частотой (до 25-40 Гц). Для подавления резонанса внутреннего объема корпуса и не менее вредных отражений волн от стенок ящика используется заполнение корпуса звукопоглощающим материалом - нередко внутри таких корпусов можно встретить «подушки» со стекловатой или поролоном.
Оптимальной формой ящика является шар или эллипсоид. Однако изготовление деревянных ящиков такой формы слишком сложно и дорого. Дорого обходится и прессовка таких ящиков из волоконных материалов. Многие фирмы время от времени выпускают колонки шарообразной формы, но с литыми пластмассовыми ящиками. Скорее, это дань их необычному виду, чем улучшенному качеству звучания, — пока, помимо дерева, деревоплиты или прессованной под большим давлением фанеры, достойных и доступных материалов для ящика звуковых колонок нет.
Большое распространение получили колонки с акустическим фазоинвертором для улучшения воспроизведения басов (BassReflect). Он создается отверстием в корпусе и трубой определенного сечения и длины. Фазоинвертор выводит звуковые колебания низких частот, излучаемые задней стороной диффузора динамика, наружу с изменением их фазы на противоположную. В результате звуковые колебания от передней и задней стороны диффузора складываются и отдача колонки в области нижних частот заметно возрастает. Особенно хорошие результаты получаются, когда пик отдачи приходится на область частот несколько более низких, чем резонансная частота динамика - это ведет к заметному выравниванию АЧХ в области низких частот. Точная регулировка АЧХ в этой области достигается изменением длины трубки фазоинвертора - удвоенная длина трубы фазоинвертора равна длине волны резонансной частоты.
Фазоинвертор чаще всего бывает один, реже применяют два фазоинвертора. Отверстия фазоинвертора могут быть выведены как на переднюю, так и на заднюю сторону колонки. В трубе фазоинвертора цилиндрической или квадратной формы часто возникают отражения и стоячие волны, что ухудшает воспроизведение ударных звуков. Хорошие результаты дает выполнение трубы с плавным (например, гиперболическим) изменением сечения с его овальной формой. Это улучшает эстетический вид колонок и позволяет получить меньшую нижнюю граничную частоту, чем при обычном фазоинверторе. Впрочем, от самого вида отверстия фазоинвертора качество звучания на низких частотах зависит не слишком сильно - поэтому во многих даже высококачественных колонках отверстие фазоинвертора выглядит просто как круглая дыра. Для подавления отражений и резонансов трубы можно закрыть отверстие тканью. Но это делается редко - воздушный поток у выхода фазоинвертора настолько силен, что ткань может колыхаться, как парус на ветру, что может создать лишние призвуки. По этой причине многие фирмы делают трубу фазоинвертора с плавными обводами.
Примером колонок с корпусом открытого типа могут служить звуковые колонки SB-M20 японской фирмы Technics, показанные. Отверстие фазоинвертора у них находится сзади корпуса. Отличительная черта этих колонок — применение ВЧ-динамика со слюдяным диффузором, расширяющего частотный диапазон воспроизводимых частот до 45 кГц. Номинальная и максимальная мощности этих колонок 50 и 100 Вт, частота разделения фильтра 2,5 кГц, чувствительность 87 дБ/Вт/м, сопротивление 6 Ом, габариты 202x324x234 мм и масса 6 кг. В колонках использован НЧ-динамик с диаметром 14 см и ВЧ-динамик с диаметром диффузора 2,5 см. Специальная форма керна магнитной системы обеспечивает равномерность магнитного поля на всем пространстве движения катушки, что снижает нелинейные искажения на низких частотах, где амплитуда колебаний катушки велика.
Один из способов уменьшения размеров колонок - введение в них звукового лабиринта. Он создается с помощью многочисленных перегородок внутри корпуса. Хотя лабиринт может заметно повысить уровень воспроизведения нижних частот, он заметно усложняет сборку и настройку звуковых колонок. А потому применяется редко. Роль лабиринта иногда выполняют и шипы, заполняющие пространство внутри колонок, - впрочем, чаще они используются в качестве поглощающих звук материалов в колонках закрытого типа. Вообще говоря, споры о том, какие колонки (закрытые или открытые с фазоинвертором) лучше, не утихают уже много лет. Закрытые колонки с высококачественными звукопоглощающими материалами обеспечивают более равномерную АЧХ в области низких частот. Но при этом их отдача существенно падает и для раскачки таких колонок приходится использовать более мощные усилители. Колонки с фазоинвертором позволяют легче добиться высокой отдачи на низких частотах, но им нередко присуще некоторое бубнение на этих частотах. В конечном итоге качество звучания зависит прежде всего от размера ящика колонок и тщательности проработки их акустического оформления.