Расчет колонок для дома. Домашняя акустическая система своими руками

Приветствую читателей «Датагора»! Хочу рассказать вам о создании акустической системы с применением технологии 3D-печати. С помощью 3D-принтера мне удалось построить необычную акустическую систему в форме шара, а также решить ряд дополнительных задач, возникающих при изготовлении акустики.
Хочу заметить, что я вовсе не пропагандирую применение пластмассы в качестве основного материала для построения АС.

Ещё со студенческих времён была у меня мечта - сделать колонки в форме шаров. Но доступные в те времена для меня методы создания корпуса нестандартной формы никак не вдохновляли меня. И вот, спустя много лет, я обзавелся 3D-принтером.

• Лайков:
  42

Теперь привожу мой перевод статьи Троэлса (Troels Gravesen) про «худшую в мире купольную пищалку Philips AD 0160». Думаю, советские, да и многие современные пищалки ему не попадались.
Скорее всего, мало у кого найдется именно эта пищалка (tweeter, не путать с Twitter-ом), но исследования Троэлса пригодятся самодельщикам для оценки качества и правильного использования пищалок.

С уважением, Сергей

• Лайков:
  56

К сожалению, не каждый из нас может позволить себе иметь качественную акустическую систему в доме. Сейчас даже самый дешевый вариант будет стоить не менее 10 тысяч рублей. Однако не покупать же некачественные колонки, издающие пищащий звук? Если вы так горите желанием иметь в доме свою можете сделать ее собственноручно.

Тем более что все подходящее детали и элементы можно приобрести практически в любом месте, и стоимость их уж никак не будет составлять 10 тысяч рублей. Как сделать своими руками? Об этом вы узнаете из нашей сегодняшней статьи.

Подготовка инструментов

Итак, в ходе работ нам понадобятся следующие материалы и инструменты:

• шуруповерт;
• лист ДСП или МДФ (для изготовления корпуса акустической системы);
• маркер;
• электролобзик;
• блок питания ПК на 400 Вт;
• магнитола;
• болгарка;
• пара акустических динамиков;
• мебельные винты и саморезы;
• герметик (лучше всего использовать на основе силикона);
• вольтметр и клей.

Перед тем как собрать первым делом проверьте работоспособность магнитолы и выясните, можно ли ее запитать или нет. Также необходимо протестировать и динамики на качество звучания. После этого можно смело приступать к изготовлению корпуса и прочих элементов акустической системы.

Изготовление корпуса

В качестве стенок для колонки можно использовать обычный лист МДФ или ДСП. При этом недопустимо использовать фанеру, так как по своим характеристикам она очень гибкая и издает сильный резонанс. В ходе выполнения корпуса для акустической системы также учтите тот факт, то чем больше воздуха будет оставаться внутри ящика, тем мягче будут басы. Поэтому оставляйте как можно больше свободного места, однако все должно быть в меру (иначе такие колонки попросту невозможно будет транспортировать).

Полку разместите так, чтобы на колонки попадало максимальное количество воздуха. Дальше пометьте маркером места для распила. Теперь можно смело резать лист ДСП электролобзиком. Отметим также, что края обрезанных частей дерева следует тщательно выровнять. Для этого примените маленькую строительную болгарку. Учтите, что она может работать с несколькими дисками - по металлу и по дереву. Нам нужен последний вариант, так как при обработке подобных материалов режущий элемент первого типа попросту стирается и даже дымит. Специалисты рекомендуют использовать лепестковый круг.

Теперь дело осталось за малым. На корпусе обозначьте места для вкручивания мебельных саморезов и при помощи шуруповерта закрутите их до конца. В случае с винтами предварительно сделайте разметку под них и просверлите сквозные отверстия. Все, корпус для акустической системы успешно изготовлен.

Крепеж стенок

Следует сделать акцент на прочности крепежа стенок. Не стоит экономить на винтах и саморезах. Конструкция корпуса для динамиков должна быть максимально прочной и крепкой. Если количество винтов будет недостаточным, при сильной нагрузке стенки системы будут сильно дребезжать, тем самым лишь ухудшая качество звука.

Основательная сборка

Как дальше изготовляется трехполосная своими руками? После того как вы изготовили корпус (так называемый «моноблок»), можно приступать к основательной сборке конструкции. Здесь лучше всего применить аккумуляторный шуруповерт с 4-милиметровым шестигранником для закручивания винтов. Помните, что внутри колонки распределяется своя звуковая нагрузка от минимума до максимума - нижняя стенка, верхняя, передняя и боковая.

Как далее делается своими руками? На следующем этапе места соединений следует обработать силиконовым герметиком. Это необходимо для того, чтобы предотвратить проникновение лишних из корпуса наружу через щели. Таким образом, уровень воспроизведения музыки станет еще более качественным. Как далее делается акустическая система своими руками? После смазки всех щелей герметиком вам необходимо будет установить динамики и магнитолу. Последнюю лучше приобрести в собранном виде. Динамики вместе с магнитолой устанавливаются через проделанные отверстия в нижнюю стенку моноблока.

Когда все будет готово, финальный вид конструкции должен иметь следующий облик: на тыльной стороне моноблока размещен блок питания, по бокам два динамика (при этом каждый из них располагается в отдельной колонке) и посередине автомобильная магнитола. Изготовление акустических систем своими руками происходит в определенном порядке действий - сначала монтируется блок питания, а потом магнитола. Так вам будет гораздо удобнее прикручивать крепежные элементы. Но на данном этапе и ПК еще окончательно не собрана. Далее вам необходимо будет произвести усиление жесткости углов. Об этом мы расскажем вам в следующем разделе.

Как делается акустическая система своими руками? Усиление жесткости углов

Вся суть работы заключается в оклеивании определенных частей моноблока с последующей установкой на них квадратных или треугольных штапиков. В качестве клеящего средства не обязательно использовать «Момент». С этим делом вполне справится обычный «ПВА». Перед нанесением клея на поверхность материала убедитесь в том, что он находится в сухом состоянии, а его поверхность не имеет трещин и изгибов.

Что нужно сделать для того, чтобы заработал блок питания?

Для этого вам нужно будет поставить перемычку на широком, большом коннекторе (иными словами, замкнуть его). Здесь достаточно применить обычную канцелярскую скрепку. Ею соединяете два провода (зеленый с черным) и проверяете работоспособность устройства вольтметром.

Чтобы данные элементы обладали большей проводимостью, после установки контакта хорошенько пропаяйте их места соединения. Теперь засуньте корпус блока внутрь моноблока и прикрепите его саморезами. Все образовавшиеся щели также обработайте герметиком.

О звукопроницаемом материале

На следующем этапе акустическая система, своими руками сделанная, заполняется специальным звукопроницаемым материалом (здесь можно использовать обычный синтепон). Им нужно заполнить весь объем колонок.

При этом нельзя наносить его на диафрагму. Данный звукопроницаемый материал существенно уменьшает нагрузку на стенки системы и снижает скорость звуковых волн. Так, при воспроизведении мелодии конструкция колонки практически не будет вибрировать. Однако не стоит следовать принципу «чем больше, тем лучше». Если вы чрезмерно заполните колонку синтепоном, она может потерять басы, а соответственно, качество звука существенно ухудшится.

Вентилятор

Если ваша акустическая система для телевизора или компьютера рассчитана на большую мощность воспроизведения, подумайте о дополнительных элементах охлаждения.

Ведь при высокой нагрузке элементы колонок сильно нагреваются, что может вызвать их преждевременный выход из строя. А устанавливать вентилятор нужно таким образом, чтобы он дул изнутри наружу, то есть горячий воздух выводил на улицу (или комнату). Если тепло от магнитолы будет отведено, перегрев деталей системы будет исключен, и ваши колонки прослужат очень длительное время. На данном этапе вопрос, как делается трехполосная акустическая система своими руками, можно считать закрытым.

Под акустическим оформлением понимается не украшение АС резьбой в античном стиле, хотя это и придаст АС неповторимость, а решение проблем акустического короткого замыкания.
Дело в том, что при движении диффузора с одной стороны образуется избыточное давление воздуха, а с другой воздух разряжен. Для возникновения звука необходимо, чтобы колебания воздуха распространялись в пространство и достигли слушателя, а в данном случае воздух колебается вокруг корзины динамической головки и создаваемое им звуковое давление весьма не велико, особенно в области низких частот:

Более подробно о принципе работы динамической головки .
Способы разрыва акустического замыкания и называют акустическим оформлением и каждый из них призван затруднить проникновения воздуха с одной стороны дифузора на другую.
Основных вариантов разрыва акустического короткого замыкания несколько. Самый простой - использование листового материала в середине которого вырезано отверстие под динамическую головку. Называется это акустическим экраном:

Немного более сложный способ - открытый ящик, т.е. ящик без задней стенки:

Оба приведенных выше способа имеют слишком маленькую эффективность, поэтому практически не используются лишь в тех случаях, когда "на безрыбье и рак - рыба".
Гораздо эффективней использование закрытого ящика, причем в таких АС особое внимание уделяется герметичности ящика - любая щель в ящике будет давать призвуки, поскольку в ящике возникает и достаточно большое давление (когда дифузор идет внутрть ящика), и достаточно большая разряженность (когда дифузор перемещается наружу):

Следующим вариантом акустического оформления служит ящик с фазоинвертором:

В данном случае это прямоугольное отверстие расположенное в строго вычисленном месте передней панели акустической системы. Однако этот вариант может быть выполнен и с использованием трубы:

К плюсам данных вариантов относится повышенная отдача на частоте, на которую расчитывается фазоинвертор, основное назначение которого инвертировать, т.е. изменить фазу на противоположную. В результате в пространство звук излучается не только передней частью дифузора, но и задней, фаза которого изменена фазоинвертором.
Более сложный вариант акустического оформления - акустический лабиринт. Суть этого варианта заключается в том, что хода внутри АС распологаются таким образом, чтобы на определенной частоте возникает резонанс и как следствие - большое увеличение отдачи на этой частоте. К расчету и точности изготовления подобных систем следует относится ОЧЕНЬ серьезно, поскольку велика вероятность возникновения "стоячих" волн в лабиринте. В этом случае качество звучания будет даже хуже, чем у варианта с акустическим экраном:

Еще большую отдачу на резонансной частоте позволяет получить рупорный вариант:

Отличие рупорной АС от АС с лабиринтом заключается в том, что направляющая звуковых волн у них изменяется по разным законам - рупорная либо расширяется конусно по всей длине, либо по экспоненте. Лабиринт же может иметь одинаковое окно по всей длине, может расширяться или наоброт сужаться, но всегда линейно. Кроме этого у АС с лабиринтом в работе принимают участие и фронтальная и тыловая часть диффузора, а у рупорных может излучать как одна, так и обе стороны.
Следующим вариантом исполнения акустического оформления служит бандпасс или полосовой резонатор:

Этот вариант отличается от всех предыдущих прежде всего тем, что он излучает только на частоте резонанса и требует строжайшего соблюдения расчетных размеров.
Последние три варинта в основном расчитаны на использования низкочастотной динамической головки, а предудущие вполне пригодны и для широкополосной АС. Поэтому, если акустическая система имеет кроме НЧ динамиков другие, например СЧ и ВЧ, то врезать их в корпус с НЧ динамиком не рекомендуется.
В любом случае для расчета размеров АС потребуются характеристики динамической головки, в частности параметры Тиля-Смолла. Если этих данных нет, но прежде чем взятся за расчет размеров корпуса АС их необходимо получить. Описание методик получения этих параметров довольно много - достаточно воспользоваться любой поисковой машиной.
Разумеется, что это далеко не все виды акустического оформления - это самые популярные.
Размеры корпуса расчитываются с использованием специальных программ для расчета корпусов АС. Найти их в интернете, а так же инструкций как ими пользоваться тоже не проблематично.
При пректировании АС следует учесть некоторые технологические особенности - если лицевая панель, на которой установлен динамик, будет утапливаться внуть корпуса, то потребуется изготовить дополнительные ребра, в которые собственно и будет упираться лицевая панель:

Если с ребрами не хочется возится, то можно сделать лицевую панель таким образом, чтобы она упиралась в боковины корпуса, что так же усиливает связь лицевой панели и боковин:

Все это даст лицевой панели дополнительную, более жесткую связку с корпусом.
Так же на стоит забывать о способах крепления динамической головки к лицевой панели и подводных камнях, с которыми можно столкнуться. Крепление динамика снаружи наиболее предпочтительно, покольку механически не прослабляет конструктив, однако этот способ подразумевает снятие фаски по диаметру динамической головки и притопление динамика внутрь корпуса, чтобы ВСЕ излучатели, и НЧ, и СЧ, и ВЧ находились на одно линии. снятие фаски уменьшает механическую прочность лицевой панели и для ее восстановление потребуется дополнительное кольцо, закрепляемое изнутри. Актуальность этого кольца тем выше, чем большая мощность предпологается получить от изготавливаемой АС и при мощностях выше 150 Вт оно уже необходимо на 100%:

На кольце, при необходимости, потребуется снять боковые фаски, чтобы оно не мешало лицевой панели установки в сам корпус.
При установки динамической головки необходимо обеспечить отсутствие каких либо щелей. Если фаска снимается станком, то поверхность получается сравнительно ровной, ее остается лишь зашкурить. Однако в домашних условиях получить ровную поверхность довольно затруднительно. Тут не совсем понятно дейстивие производителей - настоятельно рекомендуется установка динамика снаружи, а вот уплотнительная резина практически на всех динамических головках расположена для установки изнутри:

Для решения проблем гермитизации можно воспользоваться уплотнителем для дверей - самоклеящиеся полоски пористой резины, продающейся во всех хозяйственных магазинах. Уплотнитель наклеивается по периметру фаски и при монтаже динамика полностью заполняет все щели:

Если динамическая головка устанавливается изнутри, то на отверстии потребуется снять конусообразную фаску, чтобы исключить появление стоячих волн. Однако такая фаска существо прослабляет жесткость в точке крепления динамика к панели (материал получается слишком тонким) и такой способ крепления не приемлем для мощностей выше 50 Вт без дополнительного усиления конструктива:

Материал для изготовления корпусов АС желательно использовать натуральный, оптимально - фанера, но уж больно дорогой этот материал. Поэтому лучше использовать фанеру для постройки АС средней и высокой ценовой категории, использующие динамические головки ОЧЕНЬ хорошего качества и мощностью выше 100 Вт.
Для средней ценовой категории и небольших мощностей (до 50Вт) можно использовать ДВП или МДФ (тоже, что и ДВП, только толщина и плотность больше), но его необходимо обработать и доработать, или же ДСП.
Для мощностей до 10 Вт вполне годится и пластмасса, но тоже с использованием технологических хитростей.
Первая проблема, при изготовлении АС из пластмассы, возникает при ликвидации дребезга самой пластмассы, особенно проявляющегося в центрах боковин. Избавится от этой неприятной подзвучки можно используя более толстую пластмассу, а можно и приклеить дополнительные ребра жесткости. Если пластмасса растворяется дихлоританом, то для крепления ребер можно использовать дихлоритан, с растворенной в нем пластмассовой крошкой. Если пластмасса не растворяется дихлоретаном, то лучше использовать эпоксидный клей, желательно Дзержинского производства. Перед склеиваением места контекта тщательно обработать крупоной наждачной бумагой и не боятся того, что клей образует валики в точке соприкосновения склеиваемых деталей:

Для большей эффективности подавления призвуков корпуса можно "прокрасить" в 2-3 слоя получившиеся "ванночки" антигравием - покрытием используемым для покрытия днища автомобилей для защиты от мелкого гравия.

После высыхания антигравий приобретает свойства резины и довольно не плохо поглощает звук.
При использовании в качестве материала для изготовления АС ДВП требуется определится с необходимой толщиной. Если мощность АС не будет превышать 5 Вт, то ДВП можно использовать в один слой. Перед нарезкой ДВП его, с одной стороны покрывают эпоксидным клеем и прогревают феном. Под действием температуры клей становится более жидким и пропитывает ДВП практически до половины толщины. Полсе затвердения клея получается довольно крепий материал, по сути гетинакс, но с одной стороны сохраняющий звукопоглощающие свойства ДВП. Резать ДПВ можно электролобзиком, склеить заготовки можно эпоксидным клеем, армированным материалом. Для этого заготовки складываются в нужную конструкцию, и прихватывают любым СУПЕРКЛЕЕМ. Затем нарезаются полоски крепкой ткани, в нашем случае это красный шелк. Ширина полосок должна быть примерно 3...4 см. Полоски укладываются в местах соединения заготовок, сверху покрываются эпоксидкой, а затем "приутюживаются" паяльником на 40...60 Вт. Высокая температура позволяет клею полностью пропитатьткать, а так же существенно ускоряет полимеризацию клея. Правда во время работы выделяется некоторое количество дыма, поэтому работу необходимо производить либо на улице, либо под вытяжкой:

Если АС мощностью выше 10 Вт, но меньше 20, то ДВП лучше склеить вдвое - сначала склеиваются листы между собой, а потом уже собирается готовый корпус:

Для мощностей до 30...35 Вт уже потребуется сложить ДВП втрое или же использовать ДСП толщиной 18 мм (к сожалению ДСП толщиной 22 мм можно найти только у старых бабушек в виде старых, до 80-х годов выпуска, шифоньеров). Для придания жесткости боковинам можно использовать распорки типа "КРЕСТ":

Для мощностей до 50 Вт актуальность использования ДВП уже спорна - гораздо проще работать с ДСП, МДФ или фанерой, чем складывать ДВП с 4-5 слоев. Для этого подойдет материал толщиной 18 мм, однако придется использовать дополнительные брусья, обеспечивающие бОльшую связку деталей АС между собой:

АС можно собрать при помощи саморезов, но поскольку мощности не больше, то можно и склеить эпоксидным клеем, либо ПВА, только покупать его лучше не в магазине канцтоваров, а в хозяйственном или строительном. Данный ПВА будет именоваться МОМЕНТ-СТОЛЯР, клей водно-дисперсионный. Покупать на рынке рекомендуется только летом - после замерзания клей серьезно теряет свои качества. Однако, для успокоения совести, хотя бы по паре саморезов в каждый брусок лучше закрутить.
При изготовлении АС иногда допускают грубейшую ошибку - СЧ-ВЧ звено ни чем акустически не защищают от воздействия тыльной стороны дифузора НЧ динамика, что приводит к снижению эффективности самой АС, а зачастую и выходу из строя СЧ звена - слишком сильные воздушные удары тыльной стороны НЧ диффузора приводят к выталкиванию катушки СЧ динамика из магнитного зазора и заклиниванию катушка заклинивает.
Гораздо чаще забывают вычесть из общего объема АС объем защитного кожуха СЧ-ВЧ динамиков, в результате внутренний объем АС получается меньше необходимого и финальные характеристики сильно смазываются - резонансная частота фазоинтерторов заметно повышается, что выдет к нежелательным призвукам.
При сборке АС мощностью до 100 Вт так же можно использовать либо ДСП, либо фанеру толщиной 18 мм, хотя конечно же лучше поискать материал толщиной 22 мм. Для исключения возникновения резонансов боковин корпуса АС так же используются допонитетельные брусья, через которые крепляются части АС. Будет не лишним установка "креста" и дополнительной шайбы для крепления НЧ динамической головки, а так же обработка АС изнутри звукопоглощающими материалами, например оклейка паралоном или пенопластом толщиной 5-10 мм, только не стоит забывать, что оклейка "съест" часть внутреннего объема и на нее нужно обязательно дать поправку при расчете размеров корпуса.

Наилучшие результаты дает монтажная пена, поскольку толщину наносимого слоя можно регулировать скоростью выпускания пены из балончика. Если пену выпускать ОЧЕНЬ медленно, то она получается очень плотной и увеличение объема не очень большое. Если пену выпускать ОЧЕНЬ быстро, то она получается гораздо рыхлее, и при застывании сильно увеличивается в объеме. Если на боковины корпуса наносить пену от лицевой панели, увеличивая выход пены при приблежении к задней стенке, а у лицевой панели обеспечивая минимальную скорость выхода пены, внутренний объем АС приобретет форму лежащей на боку пирамиды. Подобные хитрости позволяют полностью решить проблемы стоячих волн, поскольку внутри АС отсутствуют параллельные плоскости, а неровности застывшей пены лишь усиливают эффект пирамиды. При использовании подобной технологии следует более тщательно подойти с расчетам размеров заготовок - внутренний объем уменьшается ОЧЕНЬ сильно и это требует серьезного увеличения корпуса АС.

Ребра для крепления боковин, кроме стяжки саморезами, рекомендуется, как и в предыдущем варианте проклеить, но вариантов клеевых масс несколько больше:
- эпоксидный клей, смешанный с мелкими опилками, или, что лучше, древесной пылью;
- МОМЕНТ-СТОЛЯР, но перед стяжкой нанесенному клею нужно дать немного подсохнуть, до получения консистенции сливочного масла комнатной температуры. Это позволит более полно заполнить клеем все неровностимежду деталями АС;
- полиуритановый клей, например МОМЕНТ-КРИСТАЛ, которому тоже нужно дать немного подсохнуть. После сборки места проклейки необходимо хорошенько прогреть феном, что приведет к образованию в клеевой массе мелких пузырьков, а сама масса более плотно заполнит неровности между соприкасающимися деталями корпуса;
- автомобильный герметик отечественного производства, именно отечественного, поскольку после застывания он гораздо жестче, чем импортные герметики;
- монтажная, полиуритановая пена. Перед нанесением на склеиваемые детали пену "выпускают" на не нужный кусок фанеры или ДПС, а затем тщательно перемешивают металлическим шпатылем до ее "усадки", т.е. до получения массы по густоте схожей с густой сметаной. После наненсения и стяжки пена все равно немного расширится и полностью заполнит все неровности в точке соприкосновения деталей АС.
После склеивания деталям нужно дать хорошенько высохнуть в течении 20...26 часов.
Для увеличения громкости при одной и той же выходной мощности можно использовать "двойные" динамические головки - используется параллельное, либо последовательное соединений двух одинаковых динамиков для НЧ звена. В этом случае суммарная площадь дифузоров увеличивается, следотавтельно АС может взаимодействовать с гораздо бОльшим количеством воздуха, т.е. создавать бОльшее звуковое давление и от этого субъективная громкость получается значительно выше:

Тут уже следует отметить, что использование большого коичества динамиков, в том числе и для деления звукового диапазона начинает вносить некоторые неприятности - довольно трудно добится фазировки сигнала в тех местах, где АЧХ соседних по диапазону динамиков пересекается. Поэтому гнаться за большим количеством полос для самодельной АС не следует - эту кашу таким маслом можно очень сильно испортить.
АС мощностью от 100 до 300 Вт изготавливать лучше из фанеры, причем поискать придется фанеру толщиной 22 мм. АС так же собирается при помощи брусьев жесткости, которые проклеиваются. Брусьям лучше придать форму равносторонних треугольников, где катеты будут крепится к боковинам, а гипотенуза будет направлена внутрь корпуса.
Если найти фанеру такой толщины не удается, то можно использовать фанеру толщиной 8 мм склеенную втрое - финальная толщина материала получается 24...25 мм. Клеевые массы перечислены выше.
В качестве технологического совета можно лишь порекомендовать сначала нарезать необходимые заготовки и лишь потом их склеивать, причем сразу же стягивать саморезами.
При установке внутрь АС "креста", что будет не лишним, углы стагивающих брусьев лучше закруглить - перемещаются уже довольно большие объемы воздуха и вокруг прямых углов стяжек возможно возникновение турбулетности. Так же рекомендуется "скруглить" все внутренние углы, воспользовавшись пластилином или наненся несколько слоев густого антигравия.
Еще одной разновидностью акустического оформления является раздельное исполнение корпусов для каждого динамика. В таких АС не использутся пассивные фильтры, а сигнал делится на диапазоны сразу после регулятора громкости усилителя. Затем разделенный сигнал подается на три отдельные усилители мощности, которые собственно и работают каждый на свой динамик:

Было бы не справедливо не упомянуть о часто используемых в АС "наполнителях" - небольших катках звукопоглощающего материала, лежащего внутри АС. Подобные катки позволяют несколько увеличить расчетный внутренний объем корпуса, однако для того, чтобы правильно изготовить подобный "наполнитель" необходимо знать его акустические свойства. Получить характеристики "наполнителя" в домашник условиях довольно проблематично, поэтому остается либо отказаться от использования "наполнителя", либо опытным путем выяснить необходимый объем и используемый материал (обычно это распушенная вата, ватин, сентипон).
При мощностях от 100 Вт так же становится актуальным обеспечение устойчивости корпуса АС, поскольку уже производится довольно большая работа для перемещения дифузора и воздух активно "сопротивляется". Так же желательно разорвать механическую связь дна АС и пола, на которм устновлена АС. Для этих целей обычно используют либо штативы, которые в домашних условия изготовить проблематично, либо используют стальные шипы, вкручиваемые в дно АС:

При мощностях выше 200 Вт желательно усиление лицевой панели АС и желательно использование разноструктурных материалов, например если лицевая панель изготавливается из фанеры, то с внутренней стороны приклеивается лист ДСП, толщина которого в 1,5-2 раза меньше толщины панели. Подобная комбинация материалов обеспечивает поглощение колебаний в большем звуковом диапазоне как раз за счет разнородности материалов.
Для большей усточивости АС ее массу можно увеличить промазав дно полиуритановой монтажной пеной и уложить в нее пару-тройку кирпичей, покрыв их сверху той же пеной. После застывания пены неровности лучше обрезать канцелярским резаком. "Украденный" внутренний объем необходимо учитывать при расчете размеров будующей АС.
Для мощностей свыше 200 Вт лучше использовать комбинационные материалы - все детали АС склеиваются из 18 мм ДСП и 18 мм фанеры. Фанера используется как наружный слой, а ДСП - внутренний. Подобная хитрость позволяет немного съэкономить - ДСП гораздо дешевле фанеры. Внутри АС желательно проклеить звукопоглощающим материалом, например сшитым втрое ватином, простроченным вдвое счетверенным сентпоном (сентипон бывает двойным и счетверенным), 5...10 мм пенопластом. Разная структура плотно склеенных разноструктурных материалов избавляет от проблемы резонанса самого корпуса.
Углы лучше дополнительно стянуть металлическими уголками - это придат жесткости конструкции и защитит углы АС от повреждений - АС получаются уже достаточно тяжелыми и при транспортировке возможны различные удары от которых чаще всего страдают именно углы.

Для мощностей ближе к 1000 Вт толщина материала должна быть уже довольно большой, например два слоя фанеры 18 мм плюс слой 18 мм ДПС итого уже 54 мм, причем ДПС вклеивается между слоями фанеры, однако подобыне АС уже переходят в категорию "для озвучивания", следовательно качесвом можно пожертвовать в пользу мобильности. На основании этого можно использовать двойную 18 мм фанеру, внутрь установив "крест".
Не трудно заметить, что с увеличением мощности толщина стенок АС увеличивается. Связанно это прежде всего с тем, что необходимо изолировать перемещаемый внутри АС воздух от слушателя. Однако не следует забывать, что корпус АС тоже может резонировать. Именно для исключения этой неприятности лучше использовать внутренню оклейку корпусов и сведению к минимуму получаемых от резонанса призвуков. Проверить резонансную частоту корпуса не трудно самостоятельно. Для этого необходимо наклонить АС на 20...25 градусов и бросить на нее сверху резиновую киянку из котрой предварительно вытащить ручку. Наклон АС необходим для того, чтобы удар был единичным и киянка отскочила далеко в сторону.
Закрепленный на АС микрофон (отверстие мембраны к корпусу) и подключенный к любому линейному усилителю на экране осцилографа нарисует и момент удара, и послезвучие, которое дает сам корпус. Тест конечно довольно грубый, поскольку в реальности "ударная волна" идет изнутри, а во время опыта снаружи, тем не менее на основе результатов этого теста можно судить о том на какой частоте резонирует сам корпус и как бысро происходит затухание:

Идеальная АС не резанирует и момент удара затухает сразу, практически мгновенно, но стенки идеальной АС состоят из бетона толщиной 1 см на каждый Вт мощности и такая АС годится больше для насмешек, чем для эксплуатации:

Отделка АС может самой разной, здесь каких то жестких требований нет. Если корпус из фанеры и рисунок довольно симпотичен, то корпус можно зашливовать, а затем несколько раз покрыть безцветным лаком:

Можно купить шпон ценных пород деревьев и оклеить АС шпоном под цвет мебели в комнате:

В салонах автозвука продается так называемая акустическая ткань, представляющая из себя синтетический войлок. Материал хорошо клеится и тянется, что позволит отделать АС на довольно высоком уровне:

Зашкурив корпус его можно покарсить автомобильной краской, только давайте поправку на то, что автоэмали сушаться при высокой температуре. Поэтому придется воспользоваться специальным отвердителем "ИЗУР", пропорции смешивания написанны на упаковке отвердителя, хотя лучше его добавить на 10-15% больше предлагаемой пропорции:

Если корпус тщательно зашкурить и зашлифовать, то его можно оклеить самоклеющеся пленкой, продаваемой в магазинах "ОБОИ", но материал этот довольно нежный и пользоваться им стоит, если есть увереность, что АС простоят на своем месте десяток лет:

Если планируется частая транспортировка АС, то будет весьма полезно предусмотреть соответсвующие ручки. Это особенно актуально для маленькох АС, которых хочется взять сразу две и для больших, которые попросту имеют большой вес.

Как самостоятельно собрать активную АС с повышенным КПД на низких частотах описано .

Полочная акустика своими руками

DIY или Сделай Сам

Однажды я задумал собрать себе качественную акустику для озвучивания небольшой комнаты, а также для использования в качестве мониторов ближнего поля при работе со звуком на компе (хобби). Главное требование - адекватное звучание по отношению к источнику. Не чтобы «низы колбасило» или «тарелочки звенели», а именно адекватное естественное звучание. Итак, собираем качественные «полочники».

Количество полос

В теории идеальная система – однополосная. Но, как и все идеальное, такой системы не существует в природе. Да, есть очень качественные широкополосные динамики у того же «Визатона», но почему-то все известные производители делают двухполосные полочные системы. А когда речь идет о напольном варианте, то и 3 полосы - не редкость. Тут вопрос особо не стоял – классический двухполосный вариант: НЧ и ВЧ.

Выбор динамиков

Основное требование, предъявляемое к динамикам – оптимальное соотношение цена / качество. Т.е. это не должны быть «дешевки» по 500р., но и не умопомрачительный «хай-енд» за $1000. К тому же я не торопился. Мысль собрать собственными руками «полочники» пришла достаточно давно, и я заблаговременно закинул удочку моему хорошему знакомому, «больному» звуком, с которым мы на эту тему давно постоянно и плодотворно общаемся.

Первыми появились ВЧ - Vifa XT19SD-00/04 ring-rad. Это высококачественные 4-омные «пищали», достаточно популярные среди аудиофилов. Планировались для одного комплекта, но по каким-то причинам не пошли и в оказались в моем комплекте.

Вторыми подоспели НЧ. Ими оказались очень приличные мидбасы из комплекта Soundstream Exact 5.3. Вот здесь про них можно немного почитать. Случилось так, что «пищалки» при монтаже сгорели, а одинокие вуферы оказались сами по себе не нужны. 4-омные 5,5" мидбасы, закрепленные в литой корзине из алюминия, были незамедлительно приобретены.

Теперь, когда динамики есть, можно приступить к созданию акустики.

Активные / пассивные?

У каждого варианта свои плюсы и минусы. Во-первых, нужно учитывать компактность самих колонок и связанные с этим сложности в компоновке в условиях ограниченного пространства. А монтировать снаружи нет смысла. Во-вторых, отдельные модули как самостоятельные компоненты можно комбинировать в дальнейшем, а также проще ремонтировать в случае чего. Ну и в-третьих, активные колонки – это достаточно дорого. Т.к. если делать приличный усилитель (а бывает и по одному в каждый корпус), то он получится дороже самой акустики. К тому же у меня уже был усилитель. Но в любом случая я за схему – пассивная акустика + усилитель, она более универсальна.

Расчет размеров корпуса

С динамиками определились, теперь необходимо понять, какой корпус для них оптимален. Размеры считаются исходя из характеристик звучания НЧ-динамика. На сайте производителя рекомендации отсутствуют, т.к. динамик предназначался прежде всего для автозвука. Держать специальную аппаратуру для этих целей нет никакого смысла, если только это не ваша работа. Поэтому на помощь приходит толковый чувак со специальным стендом. В результате лабораторных испытаний получаем расчетный размер корпуса 310 х 210 х 270 мм. В процессе замеров также были посчитаны параметры фазоинвертора.

Кстати, многие производители на своих сайтах публикуют рекомендуемые размеры корпуса для динамиков. Когда такая информация есть, логично воспользоваться ей, но в данном случае такими данными я не располагал, поэтому пришлось заняться лабораторными исследованиями.

Материал корпуса

На мой взгляд, наиболее оптимальным материалом для корпуса является МДФ. Он акустически нейтрален, а также чуть лучше по эксплуатационным характеристикам, чем ДСП. Фанера также хороша, но найти качественную фанеру непросто, и она дороже и сложнее в обработке. В качестве исходного материала для корпуса был выбран 22мм лист МДФ. В принципе стандартных 18-20мм вполне достаточно, но я решил сделать немного с запасом. Жесткость лишней не бывает.

Конструкция и дизайн корпуса

Один из самых важных этапов. Прежде чем ехать за МДФ, советую определиться с конструкцией, чтобы сразу попросить продавца распилить лист по частям, а на нормальной точке продаж всегда есть хорошие станки с точным и ровным распилом. В домашних условиях такой рез получить сложно.

Итак, дизайн. Колонки должны смотреться как минимум не хуже «промышленных», чтобы не было ощущения клуба очумелых ручек. Мы ведь делаем не только качественную, но и красивую акустику. Вообще красивых, интересных и при этом конструктивно несложных акустических систем практически нет. Красивую акустику делает итальянская Sonus Faber, потрясающие по красоте – Magico Mini. Но все они сделаны с применением точных станков, которых дома по определению нет. Как вариант, можно заказать корпуса хорошему «краснодеревщику» с руками и ЧПУ. Такая работа обойдется в зависимости от того, где и что вы заказываете, от 10 000р. до 30 000р. вместе с материалами. Если специалист хороший, то колонки будут выглядеть не хуже, а то и лучше «магазинных». В данном случае я решил, что все полностью буду делать сам. Поэтому смотрим на вещи реально и делаем конструкцию безо всяких скосов, фигурных выпиливаний и т.д. Т.е. это будет параллелепипед. Расчетные размеры дают достаточно приятную пропорцию, а пропорция в дизайне – это уже полдела.

В чем проектировать? Я хоть и связан с дизайном по роду деятельности, но 3D-пакеты знаю, мягко говоря, поверхностно. При этом программа должна быть в большей степени инженерной, чем рендерной. Специализированные «Кады» для этой цели тяжеловаты и излишни. Выход был достаточно быстро найден – фриварный SketchUp более чем подходит для этой цели. Он настолько прост и интуитивно понятен, что был полностью освоен примерно за час. Он может главное: быстро создавать любые фигуры, проставлять размеры, использовать простые текстуры. Считаю, что такая программа идеально подходит для «домашних» целей. В ней легко можно, например, спроектировать кухню или даже небольшой дом.

Вот конструкция корпуса:

Исходя из чертежа, вырисовывается схема распила листа:

В целом варианты - неплохие по внешнему виду, но чисто конструктивно вызывают сложности. В результате было решено боковые стенки отделать шпоном ясеня, а остальные 4 стенки обтянуть по окружности кожей, точнее качественным автомобильным кожзамом. Пищаль красива сама по себе, а вот НЧ-динамик имеет на фронтальной стороне корпуса конструктивную накладку, которая будет смотреться не очень красиво. Поэтому было решено изготовить для него дополнительную декоративную накладку (кольцо), которое будет прижимать его к корпусу, а заодно придаст красоты самой колонке. С конструкцией и дизайном определились.

Инструменты

Прежде чем перейти к следующему этапу, обозначу, какие основные инструменты нужны для работы:

Циркулярка.

Электролобзик.

Шлиф-машина.

Прямые руки.

Без этого набора лучше заказать корпуса хорошему мастеру.

Распил

Итак, распиливаем бюджет лист МДФ. Я уже писал, что лучше распиливать на специальных станках – это недорого, а получается точно. Но т.к. я решил корпус делать сам от и до, то для чистоты эксперимента распиливал сам ручной циркуляркой, а небольшие куски лобзиком с направляющей. Как и предполагалось идеального реза не получилось. После реза, пары стенок (левая-правая, передняя-задняя и т.д.) устанавливаются парой, подгоняются шлиф-машиной и/или электрорубанком и проверяются на перпендикулярность угольником. А в дальнейшем при сборке финально подгоняются после склейки. Потеря 2-3 мм несущественна. Но все-таки рекомендую распиливать сразу «на базе», сэкономите кучу времени.

Сборка корпуса

Стенки склеиваются ПВА и стягиваются шурупами. Вначале склеиваем корпус без передней стенки.

Теперь отверстие для клемника, а также фаску для того, чтобы его «утопить». Изначально по проекту клемник предполагалось разместить внизу. Но в процессе стало понятно, что монтировать кроссовер в центре через отверстие для вуфера будет не очень удобно, поэтому переместил дырку под клемник выше, а место под кроссовер – ниже.

Можно закрывать коробку.

Теперь один из очень ответственных этапов – вырез отверстий под динамики на фронтальной панели. Я уже говорил, что идеальная акустическая система – это однополосная. Почему? Потому что распространение звука идет из одного источника до слушателя без рассогласования по времени из-за разницы (мизерной) в расстоянии, которая есть при использовании многополосной системы. Поэтому динамики лучше всего располагать как можно ближе друг к другу. Так звуковая картинка получается «плотнее». Рассчитываем отверстия так, что расстояние между краями динамиков будет примерно 1 см. Отверстия пилятся лобзиком с круговой направляющей.

После того, как фаски сняты, прикладываем клеммник и динамики, после чего просверливаем тоненьким сверлышком отверстия под будущие саморезы. Без них, во-первых, может «распереть» сам МДФ при вкручивании шурупов, во-вторых, при финальном монтаже динамики сложнее будет ровно поставить. Очень долго думал, каким образом выставлять относительно друг друга динамики, пришел к такой схеме:

Дырки от шурупов на внешних поверхностях необходимо заделать перед финальной отделкой. Я использовал эпоксидку. Чтобы не ждать, пока одна поверхность затвердеет, заклеивал каждую поверхность скотчем и принимался за следующую. Когда эпоксидка высохла, прошелся шлиф-машиной.

Шпон нужно защитить. Я покрыл его прозрачным яхтным лаком.

Теперь нужно обтянуть корпус кожзамом. Вариантов как это сделать – много. Я решил сделать следующим образом. Отрезается полоса на 20 мм больше ширины корпуса и немного длиннее окружности корпуса. С каждой стороны подгибается на 10 мм, подгиб приклеивается на «спецклей 88». Потом на этот же клей полоса клеится по окружности на корпус. Сначала низ (частично), потом задняя стенка, потом верхняя, потом передняя и снова нижняя. На последнем этапе перед клейкой полоса подрезается по месту и наклеивается встык. Я клеил все стороны за раз, т.е. не ждал, пока каждая сторона высохнет. После каждой стороны я делал небольшую паузу (клей прихватывает достаточно быстро), и принимался за следующую.

Если очень хочется, потом фазик можно как-то облагородить.

Потом прорезаются отверстия на клеммнике, «вуфере» и «пищалке». Кожа на клеммнике и ВЧ будет утапливаться вниз, поэтому диаметр выреза можно оставить меньше на 5-10 мм. Кожа на НЧ будет прижиматься декоративным кольцом, поэтому нужно подрезать так, чтобы ее не было видно.

Финальный монтаж

Первым делом монтируем кроссовер. Кросс – самопальный, на хорошей элементной базе. Используются катушки с воздушным сердечником, пленочные конденсаторы на пищалку и МОХ-резисторы. Сам я его не паял, а заказал толковым ребятам.

Теперь припаиваем нужную пару проводочков к клеммнику и фиксируем его на корпусе. Клеммник и динамики прикручиваются декоративными черными саморезами с головкой под «звездочку». Подобными саморезами прикручена накладка на «пищали», поэтому логично было бы использовать такие же и для остального. Задняя стенка готова.

Мидбасс необходимо как бы подсунуть под кожу, а сверху придавить декоративным кольцом. Припаиваем оставшуюся пару проводочков и монтируем динамик.

Все? Все. Прикручиваем к клеммнику акустический кабель и начинаем испытания.

Испытания

Тест системы производился в следующих конфигурациях:

1. Ресивер Sherwood VR-758R + акустика.

2. Компьютер + Unicorn (USB-ЦАП) + Самопальный стерео-усилитель + акустика.

3. Компьютер + E-mu 0204 (USB-ЦАП) + Sherwood VR-758R + акустика.

Немного о самих конфигурациях. Я лично считаю, что на данный момент идеальный вариант домашнего муз-центра это: комп + USB-ЦАП + усилитель + акустика. Звук в цифре без искажений снимается через USB и поступает на качественный ЦАП, с которого передается на качественный усилитель и после на акустику. В такой цепочке количество искажений минимально. Кроме того, вы можете использовать совершенно разные фонограммы: 44000/16, 48000/24, 96000/24 и т.д. Все ограничено возможностями драйвера и ЦАПа. Ресиверы в этом плане менее гибкий и заранее морально устаревший вариант. Размер современных винчестеров позволяет хранить на них практически всю медиатеку. А тенденции к подписке на Интернет-контент могут и этот вариант упразднить, хотя это не ближайшее время и далеко не для всех подойдет.

Скажу сразу, что во всех трех конфигурациях акустика звучала прекрасно. Я, честно говоря, даже не ожидал. Вот некоторые субъективные аспекты.

1. Адекватный и естественный звук. Что записано, то и воспроизводится. Нет перекосов ни в какую сторону. Как я и хотел.

2. Большая чувствительность к исходному материалу. Все огрехи звукозаписи, если они есть, хорошо слышно. Качественно смикшированные треки слушаются отлично.

3. Хорошо читаемые для таких размеров басы. Конечно, органную музыку на полочниках в полной мере не оценишь (ее вообще на акустике сложно оценить), но большинство материала «переваривает» без проблем. Большего от таких малышек ожидать трудно.

4. Очень хорошая проработка деталей. Слышно каждый инструмент. Даже при насыщенной звуковой картинке и приличной громкости звук не съезжает в кашу (усилитель здесь играет не последнюю роль).

5. Хочется сделать погромче;) Т.е. акустика не орет, а ровно играет. Хотя тут тоже не малая заслуга самого усилителя, т.к. при увеличении нагрузки хороший усилитель сохраняет линейность.

6. От долгого прослушивания не болит голова. У меня лично это частенько случается, а тут целый день играет и хоть бы что.

7. Опасения на счет некорректной панорамы и сильной зависимости звучания от положения слушателя не подтвердились. Насколько мне известно, у автомобильной акустики специфическая фазировка звука из-за особенностей расположения динамиков в салоне. А именно про этот комплект я читал, что мидбасы у него в этом плане более универсальные. Что собственно и подтвердилось. Можно сидеть в центре перед колонками, можно встать рядом боком к ним - звук отличный. Зависимость есть, но очень небольшая.

Что касается самих конфигураций, то наиболее качественного звука удалось добиться при второй конфигурации.

Во-первых, использовался очень качественный ЦАП Unicorn.

Во-вторых, «самопальный усилитель» - это ноу-хау одного толкового тольяттинского «звукаря». Вот он в красивом небольшом алюминиевом корпусе:

В двух словах, удалось найти схемотехническое решение, при котором усилитель при изменении громкости сохраняет свои характеристики, т.е. не искажает звучание при любой (конструктивно допустимой) громкости. Очень многие усилители (даже очень дорогие) страдают этим. Было удивительно слушать, как такой усилитель оживлял многие акустические системы, т.е. заставлял их звучать так они должны звучать. К слову по такой схеме переделывались и некоторые промышленные усилители (в частности довольно неплохой и сам по себе Xindak), и у них открывалось «второе дыхание».

Сравнивали акустику с чем-то другим, спросите вы? Да, например с ProAC Studio 110 – это достаточно качественная полочная акустика, вот немного про них. Сравнили, поняли, что звучат точно не хуже. У «проаков» возможно чуть меньшая зависимость звука от положения слушателя из-за специфического размещения инвертора и «пищалки», там как-то они хитро все это рассчитывали. А в остальном абсолютно ничуть не хуже, даже мне лично мои самоделки больше понравились, но это спишем на субъективизм;) Еще одевал наушники (достаточно неплохие Koss) и сравнивал по панораме, верхам и низам. Абсолютно идентичное звучание. Даже по низам. В общем, восторг полный.

Калькуляция по материалам

СЧ/НЧ динамики (пара): 3 000р.

ВЧ динамики (пара): 3 000р.

Кроссовер (пара): 3 000р.

Синтепон: 160р.

Терминал (клеммник): 700р.

Шурупы: 80р.

Лист МДФ, 22мм: 2 750р.

Скотч: 30р.

ПВА: 120р.

Спецклей 88: 120р.

Виброизоляция: 200р.

Фигурное кольцо-накладка: 500р.

Кабель:500р.

Итого: 14 160р.

Некоторые материалы были или достались безвоздмездно, здесь соответственно не учтены.

В заключении

В любом более-менее сложном устройстве или законченной функциональной системе важно абсолютно все. Когда речь идет о музыкальной системе, то на конечный результат влияет большое количество факторов:

Качество фонограммы.

Устройство для воспроизведения фонограммы.

Цифро-аналоговый преобразователь.

Усилитель сигнала.

Провода.

Динамики, установленные в корпусе акустической системы.

Правильно рассчитанные под динамики и качественно собранные корпуса.

Схема и комплектуха для кроссовера.

Это основной, но не полный список.

Неверно считать, что главное - усилитель или главное - провода, или главное - динамики. Домашняя музыкальная система - это как оркестр. И если в этом оркестре кто-то будет плохо, а кто-то блестящее играть, то в целом получится - средне. Или, как говорилось в очень точном примере: если смешать бочку говна с бочкой повидла, то получится две бочки говна.

Есть и другая крайность. Хорошая система стоит баснословных денег. Значит каждый компонент должен стоить по полмиллиона. А фонограммы должны быть исключительно в Super Audio CD или на фирменных пластинках. Типа закрытое общество элитных аудиофилов. Фигня это все.

Я пришел к выводу, что собрать собственную относительно бюджетную систему, которая описывается одним словом «Звучит», вполне возможно. И если в качестве ЦАП или усилителя в силу особенностей лучше использовать реально существующие решения, которых сейчас очень много. То правильно сделанная (самостоятельно или под заказ) акустическая система, будет звучать лучше, чем за те же деньги приобретенная «фирменная». Сейчас практически все компоненты можно заказать в Интернете. Более того многие производители публикуют схемы корпусов для соответствующих динамиков. Существует масса программного обеспечения для расчета параметров корпусов. В сети множество специализированных форумов, а в офлайне есть люди с руками. Во всем быть специалистом конечно невозможно. Как и в любой области главное – знать общие принципы.

Статья не претендует на истину в последней инстанции, но, надеюсь, что мои мысли и мой опыт кому-нибудь еще пригодится.
Адрес администрации сайта:

НЕ НАШЕЛ, ЧТО ИСКАЛ? ПОГУГЛИ:

Посвященном акустике помещения мы выяснили, что любая комната - своего рода резонатор, драматически влияющий на характер звучания системы. Теперь пришла пора поговорить непосредственно об источниках этого самого звучания, то есть об акустических системах.

Чтобы как следует разобраться в процессах, происходящих в ящике, на стенке которого смонтирован один или несколько динамиков, нужно вдумчиво прочитать пару-тройку книжек, в каждой из которых формул больше, чем во всем школьном курсе физики. Я забираться в такие дебри не буду, так что не стоит данный материал как исчерпывающий анализ или руководство по постройке аудиофильских колонок. Однако очень надеюсь, что он поможет начинающим меломанам (да и некоторым хроническим тоже) как следует сориентироваться в разнообразии акустических решений, каждое из которых его разработчики, разумеется, называют единственно правильным.

Некоторое время после изобретения в 1924 году электродинамического излучателя с коническим диффузором (окей, просто динамика), его деревянное обрамление исполняло в первую очередь декоративные и защитные функции. Оно и понятно - после долгих лет прослушивания пластинок через слюдяные мембраны и раструбы граммофонов, саунд нового устройства и безо всякой акустической доработки казался просто апофеозом благозвучия.

Однако технологии записи быстро совершенствовались и стало понятно, что более-менее правдоподобно воспроизвести слышимый диапазон динамиком, просто закрепленном на некой подставке, крайне проблематично. Дело в том, что предоставленная сама себе динамическая головка находится в состоянии акустического короткого замыкания. То есть волны от фронтальной и тыловой поверхностей диффузора, излучаемые, понятное дело, в противофазе, беспрепятственно накладываются друг на друга, что самым печальным образом отражается на эффективности работы, и в первую очередь на передаче басов.

Кстати, в процессе данного рассказа я буду чаще всего рассуждать именно о низких частотах, так как их воспроизведение - ключевой момент в работе любого корпуса АС. ВЧ-драйверы в силу малой длины излучаемых волн во взаимодействии с внутренним объемом колонки вообще не нуждаются, и чаще всего полностью от него изолированы.

Душа нараспашку

Самый простой способ отделить фронтальное излучения динамика от тылового - смонтировать его на щите как можно большего размера. Из этой простой идеи и родились, собственно, первые акустические системы, представлявшие собой ящик с открытой задней стенкой, поскольку для компактности края щита просто взяли, да и загнули под прямым углом. Однако в плане воспроизведения басов успехи подобных конструкций впечатляли не слишком. Помимо несовершенства корпуса проблема была еще и в очень небольшом по современным понятиям ходе подвески диффузоров. Чтобы хоть как-то выйти из положения, использовались динамики как можно большего размера, способные развивать приемлемое звуковое давление при небольшой амплитуде колебаний.

Несмотря на кажущуюся примитивность подобных конструкций, у них имелись и кое-какие достоинства, причем настолько специфические и интересные, что адепты открытых АС не перевелись до сих пор.

Начать с того, что отсутствие каких-либо препятствий на пути звуковых волн – лучший путь к повышению чувствительности. Момент этот особенно ценен для аудиофильских ламповых усилителей, в особенности однотактных или лишенных обратной связи. Бумажные диффузоры большого диаметра даже на мощности порядка четырех-пяти ватт способны создать довольно-таки внушительный, и при этом на удивление открытый и свободный саунд.

Что же касается тылового излучения, то чтобы не вносить искажений в прямой звук, оно должно приходить к слушателю с заметной задержкой (свыше 12-15 мс) - в таком случае его влияние ощущается как легкая реверберация, лишь добавляющая в саунд воздуха и расширяющая музыкальное пространство. Тонкость в том, что для создания этой самой «заметной задержки» колонки, разумеется, должны быть расположены на изрядном расстоянии от стен. К тому же большая площадь передней панели и внушительные размеры НЧ-драйверов соответствующим образом сказываются на общих габаритах АС. Одним словом, обладателей небольших и даже средних жилых комнат просьба не беспокоиться.

Кстати, частный случай открытых систем - акустика, построенная на электростатических излучателях. Только за счет почти невесомой диафрагмы большой площади, ко всем вышеописанным преимуществам, у электростатов добавляется способность филигранно передавать даже самые резкие динамические контрасты, а благодаря отсутствию разделения сигнала в зонах СЧ и ВЧ, еще и завидная тембральная точность.

Открытое оформление

Плюсы: Высококлассные открытые колонки - отличный способ получить реальный кайф от прослушивания пуристских ламповых однотактников.

Минусы: Про жирные компрессионные басы лучше забыть сразу. Весь звуковой тракт должен быть подчинен идее открытой акустики, а сами колонки придется выбирать из крайне ограниченного числа предложений.

Запертый в ящике

С ростом мощности и улучшением параметров усилителей сверхвысокая чувствительность акустики перестала быть главным камнем преткновения, а вот проблемы неравномерности АЧХ, и в особенности правильного воспроизведения басов, стали еще более актуальными.

Гигантский шаг к прогрессу в данном направлении сделал в 1954 году американский инженер Эдгар Вильчур. Он запатентовал акустическую систему закрытого типа, и это был отнюдь не трюк в стиле нынешних патентных троллей.

К тому моменту уже был изобретен фазоинвертор и, понятное дело, к ящику с дном динамик тоже примеряли неоднократно, только вот ничего хорошего из этого не получалось. Из-за упругости замкнутого объема воздуха приходилось или терять существенную часть энергии диффузора, или делать корпус непомерно большим, чтобы снизить градиент давления. Вильчур же решил обратить зло во благо. Он сильно понизил упругость подвеса, переложив таким образом контроль за движением диффузора на объем воздуха - пружину куда более линейную и стабильную, чем гофр или резиновое кольцо.

Так удалось не только полностью избавиться от акустического короткого замыкания и поднять отдачу на низких частотах, но и ощутимо сгладить АЧХ на всем ее протяжении. Однако обнаружился и минорный момент. Выяснилось, что демпфирование замкнутым объемом воздуха приводит к повышению резонансной частоты подвижной системы и резкому ухудшению воспроизведения частот ниже данного порога. Для борьбы с такой неприятностью пришлось увеличивать массу диффузора, что логичным образом привело к снижению чувствительности. Плюс поглощение внутри «черного ящика» чуть ли не половины акустической энергии, не могло не внести вклада в снижение звукового давления. Одним словом, новому типу колонок потребовались усилители довольно серьезной мощности. К счастью, на тот момент они уже существовали.

Сегодня закрытое оформление применяется по большей части в сабвуферах, особенно в тех, что претендуют на серьезное музыкальное исполнительство. Дело в том, что для домашних кинотеатров энергичная отработка самых низких басов часто оказывается важнее динамической и фазовой точности на всем протяжении НЧ-диапазона. А вот объединив относительно компактный закрытый саб с приличными сателлитами, можно добиться куда более правильного звука - пускай и не наполненного сверхглубокими басами, зато крайне быстрого, собранного и четкого. Всё вышесказанное можно отнести и на счет полнодиапазонных колонок, «закрытые» модели которых изредка появляются на рынке.

Закрытый ящик

Плюсы: Образцовая скорость атаки и разрешение в низкочастотном диапазоне. Относительная компактность конструкции.

Минусы: Требуется достаточно мощный усилитель. Сверхглубоких басов на грани инфразвука добиться весьма затруднительно.

Дело - труба

Еще одним способом обуздания противофазного тылового излучения стал фазоинвертор, по-русски буквально «разворачиватель фазы». Чаще всего он представляет собой полую трубку, смонтированную на передней или задней поверхности корпуса. Принцип работы понятен из названия и незамысловат: раз избавляться от излучения обратной стороны диффузора трудно и нерационально, значит нужно синхронизировать его по фазе с фронтальными волнами и использовать на благо слушателей.

По сути труба с воздухом является самостоятельной колебательной системой, получающей импульс от движения воздуха внутри корпуса. Обладая совершенно определенной частотой резонанса, фазоинвертор работает тем эффективнее, чем ближе колебания диффузора к частоте его настройки. Звуковые волны более высоких частот сдвинуть с места воздух в трубе просто не успевают, а более низкие хотя и успевают, но чем они ниже, тем сильнее смещается фаза излучения фазоинвертора, и, соответственно, его эффективность. Когда поворот фазы достигает 180 градусов, тоннель начинает откровенно и весьма эффективно глушить звук басового драйвера. Именно этим объясняется очень крутое падение звукового давления АС ниже частоты настройки фазоинвертора - 24 дБ/окт.

У закрытого ящика, между прочим, на частотах ниже резонансной спад АЧХ куда более плавный - 12 дБ/окт. Однако в отличие от глухой коробки, коробка с трубой в боковой стенке не заставляет конструкторов идти на любые хитрости ради максимального снижения резонансной частоты самого динамика, что довольно хлопотно и дорого. Тоннель фазоинвертора настроить куда проще - достаточно подобрать ее внутренний объем. Это, правда, в теории. На практике, как всегда, начинаются непредвиденные сложности, например, на больших уровнях громкости воздух на выходе из отверстия может шуметь почти как ветер в печном дымоходе. К тому же инертность системы частенько становится причиной падения скорости атаки и ухудшения артикуляции на басах. Одним словом, простор для экспериментов и оптимизации перед конструкторами фазоинверторных систем открывается просто невероятный.

Фазоинвертор

Плюсы: Энергичная отдача на НЧ, возможность воспроизведения самых глубоких басов, относительная простота и дешевизна изготовления (при изрядной сложности расчета).

Минусы: В большинстве реализаций проигрывает закрытому ящику в скорости атаки и четкости артикуляции.

Обойдемся без катушки

Попытки избавиться от генетических проблем фазоинвертора, а заодно и сэкономить на объеме корпуса без ущерба для глубины баса, натолкнули разработчиков на идею заменить полую трубу на мембрану, приводимую в движение колебаниями все того же рабочего объема воздуха. Проще говоря, в закрытом ящике установили еще один низкочастотный драйвер, только без магнита и звуковой катушки.

Конструкция получила название «пассивный излучатель» (Passive radiator), которое сплошь и рядом не слишком грамотно переводят с английского как «пассивный радиатор». В отличие от трубы сабвуфера, пассивный диффузор занимает куда меньше пространства в корпусе, не так критичен к расположению, и к тому же он, как и воздух внутри закрытого ящика, демпфирует ведущий драйвер, сглаживая его АЧХ.

Еще один плюс - с увеличением площади излучающей поверхности для достижения нужного звукового давления требуется меньшая амплитуда колебаний, а значит, снижаются последствия нелинейной работы подвеса. Колеблются оба диффузора синфазно, а резонансная частота свободной мембраны настраивается точной регулировкой массы - к ней попросту подклеивают грузик.

Пассивный излучатель

Плюсы: Компактность корпуса при впечатляющей глубине басов. Отсутствие фазоинверторных призвуков.

Минусы: Увеличение массы излучающих элементов приводит к росту переходных искажений и замедлению импульсного отклика.

Выход из лабиринта

Акустика, вооруженная фазоинверторами и пассивными излучателями, воспроизводит глубокие басы благодаря резонаторам, работающим при посредничестве воздуха внутри АС. Однако кто сказал, что объем колонки не может играть роль низкочастотного излучателя сам по себе? Конечно может, и соответствующая конструкция называется акустический лабиринт. По сути, она представляет собой волновод, протяженностью в половину или четверть длины волны, на которой планируется добиться резонанса системы. Иными словами конструкция настраивается по нижней границе частотного диапазона АС. Конечно использовать волновод полной длины волны было бы еще эффективнее, но тогда для частоты, скажем, 30 Гц, его пришлось бы делать 11-метровым.

Чтобы в колонке разумных размеров уместить даже вдвое более компактную конструкцию, в корпусе устанавливают перегородки, формирующие максимально компактный изогнутый волновод, поперечным сечением примерно равным площади диффузора.

От фазоинвертора лабиринт отличается в первую очередь менее «резонансным» (то есть не акцентированным на определенной частоте) звучанием. Относительно низкая скорость и ламинарность движения воздуха в широком волноводе препятствует возникновению турбулентности, порождающей, как мы помним, нежелательные призвуки. Кроме того, в данном случае драйвер свободен от компрессии, повышающей резонансную частоту, ведь его тыловое излучение не встречает практически никаких препятствий.

Бытует мнение, что акустические лабиринты создают меньше проблем со стоячими волнами в комнате. Однако при малейших просчетах в разработке или изготовлении, стоячие волны могут возникнуть в самом волноводе, который, в отличие от фазоинвертора, имеет куда более сложную структуру резонансов.

Вообще надо сказать, что грамотный расчет и точная настройка акустического лабиринта - процессы весьма непростые и трудоемкие. Именно по этой причине данный тип корпуса встречается нечасто, и только в АС очень серьезного ценового уровня.

Акустический лабиринт

Плюсы: Не только хорошая отдача, но и высокая тональная точность басов.

Минусы: Нешуточные размеры, очень высокая сложность (читай - стоимость) создания правильно работающей конструкции.

Эй, на пароме!

Рупор - самый древний и, пожалуй, самый провокационный тип акустического оформления. Выглядит круто, если не сказать эпатажно, звучит ярко, а временами… В старых фильмах герои иногда кричат друг другу что-то в рупор, и характерная окраска такого звука давно стала мемом и в музыкальном, и в киношном мире.

Конечно от жестяной воронки с ручкой теперешняя акустика ушла очень далеко, но принцип работы все тот же - рупор повышает сопротивление воздушной среды для лучшего согласования с относительно высоким механическим сопротивлением подвижной системы динамика. Таким образом, повышается его КПД, а заодно и формируется четкая направленность излучения. В отличие от всех описанных ранее конструкций, рупор чаще всего используется в высокочастотных звеньях АС. Причина проста - его сечение увеличивается по экспоненте, и чем ниже воспроизводимая частота, тем большим должен быть размер выходного отверстия - уже на 60 Гц потребуется раструб диаметром 1,8 м. Понятно, что такие монструозные конструкции больше подходят для стадионных концертов, где их действительно периодически можно встретить.

Главный козырь адептов рупорного воспроизведения заключается в том, что акустическое усиление позволяет при заданной звуковой отдаче уменьшить ход мембраны, а значит, поднять чувствительность и улучшить музыкальное разрешение. Да-да, снова кивок обладателям ламповых однотактников. К тому же при грамотном расчете раструбы могут играть роль акустических фильтров, круто отсекая звук за пределами своей полосы и позволяя ограничиться самыми простыми, а потому вносящими минимальные искажения электрическими кросоверами, а иногда и вообще обойтись без них.

Скептики же не устают напоминать о характерной рупорной окраске, особенно заметной на вокале, и придающей ему характерную гнусавость. Побороть данную неприятность действительно нелегко, хотя судя по тому, как играют лучшие образцы High-End-рупоров, вполне реально.

Рупор

Плюсы: Высокий акустический КПД, а значит, отличная чувствительность и неплохое музыкальное разрешение системы.

Минусы: Характерная трудноустранимая окраска звука, недетские размеры средне- и тем более низкочастотных конструкций.

Круги на воде

Именно такой аналогией проще всего описать характер излучения контрапертурных акустических систем, впервые разработанных в Советском Союзе в 80-х годах прошлого века. Принцип работы нетривиален: пара одинаковых динамиков смонтирована так, что их диффузоры расположены друг напротив друга в горизонтальной плоскости и двигаются симметрично, то сжимая, то разжимая воздушную прослойку. В результате создаются кольцевые воздушные волны, равномерно расходящиеся во все стороны. Причем характеристики этих волн в процессе их распространения искажаются минимально, а их энергия затухает медленно - пропорционально расстоянию, а не его квадрату, как в случае обычных АС.

Помимо дальнобойности и круговой направленности, контрапертурные системы интересны на удивление широкой вертикальной дисперсией (порядка 30 градусов против стандартных 4-8 гр.), а также отсутствием доплеровского эффекта. Для динамиков он проявляется в биениях сигнала, вызванных постоянным изменением расстояния от источника звука до слушателя из-за колебаний диффузора. Правда, реальная слышимость данных искажений до сих пор вызывает много споров.

Взаимное проникновение концентрических звуковых полей правой и левой колонок создают весьма обширную и равномерную зону объемного восприятия, то есть по сути вопрос точного позиционирования АС относительно слушателя становится не актуален.

Характерная особенность контрапертуры в том, что звук, приходящий к слушателю фактически со всех сторон, хотя и создает впечатляющий эффект присутствия, не может в полной мере передать информацию о звуковой сцене. Отсюда рассказы слушателей об ощущении летающего по комнате рояля и прочих чудесах виртуальных пространств.

Контрапертура

Плюсы: Широкая зона эффектного объемного восприятия, натуралистичность тембров благодаря нетривиальному использованию волновых акустических эффектов.

Минусы: Акустическое пространство заметно отличается от звуковой сцены, задуманной при записи фонограммы.

И другие...

Если вы думаете, что на этом список вариантов оформления колонок исчерпывается, значит вы сильно недооцениваете конструкторский энтузиазм электроакустиков. Я описал только наиболее ходовые решения, оставив за кадром близкую родственницу лабиринта - трансмиссионную линию, полосовой резонатор, корпус с панелью акустического сопротивления, нагрузочные трубы...

Подобная экзотика встречается довольно редко, но иногда она материализуется в конструкции с действительно уникальным звучанием. А иногда и нет. Главное не забывать, что шедевры, как и посредственности, встречаются во всех оформлениях, что бы ни говорили идеологи того или иного бренда.

Подготовлено по материалам журнала "Stereo & Video", июнь 2016 г.