Акустические системы: альтернативные варианты излучателей звука (часть 4)

Магнитопланар (изодинамический излучатель)

Этот планарный (плоский, пленочный) излучатель звука работает по тому же принципу, что и динамик: проводник с током движется в магнитном поле. Но в отличие от традиционного динамика голосовая катушка здесь фактически равномерно распределена по всей площади излучения, и вся эта излучающая поверхность находится в магнитном поле.

В случае с магнитопланарным излучателем источником звука является синтетическая пленка с нанесенными на нее проводниками с током. Эта плёнка размещается в поле решетки, сделанной из магнитов. Таким образом, вся площадь плёнки оказывается в магнитном поле, и пленка излучает звук равномерно со всей поверхности.

В начале существования магнитопланарных систем проводники из фольги просто наклеивали на пленку. Проблемой такого варианта было отслоение проводника после интенсивной эксплуатации: он нагревался, и клей не выдерживал. Наглядным примером могут служить выпускавшиеся в СССР динамические пищалки 10ГИ-1, наушники ТДС-7, ТДС-17.

Затем технология совершенствовалась, для приклеивания проводника на пленку стали применять температурную адгезию, закрепляя, например, алюминий (реже — медь) на майлар (лавсан, тефлон). Это более дорогой вариант технологии планарного излучателя — чуть дешевле обходится прошивание пленки токопроводящей проволокой.

Преимущества технологии состоят в том, что масса планарной подвижной системы на несколько порядков меньше, чем у классического динамика. В результате резко уменьшаются искажения. С другой стороны, магнитопланары предполагают излучение с большой площади, что, как минимум, создает проблему стереосцены.

Особое развитие принцип получил в наушниках, где используются различные его варианты, например, ортодинамические излучатели.

АЧХ (Frequency Responce)

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) в общем случае представляет собой график, показывающий разницу величин амплитуд выходного и входного сигналов во всем диапазоне воспроизводимых частот. АЧХ измеряют подачей электрического синусоидального сигнала неизменной амплитуды при изменении его частоты. Причем в точке на графике, где частота равна 1000 Гц, принято откладывать на вертикальной оси уровень 0 дБ. Идеален вариант, при котором АЧХ представлена прямой линией, но таких характеристик в реальности у акустических систем просто не бывает

При рассмотрении графика нужно обратить особое внимание на величину неравномерности. Чем больше величина неравномерности, тем больше частотных искажений тембра в звучании

Западные производители предпочитают термин FR (frequency response) — диапазон воспроизводимых частот, который представляет собой «выжимку» информации из АЧХ: указываются лишь граничные частоты и неравномерность. Допустим, написано: 50 Гц – 16 кГц АЧХ(±3 дБ). Это значит, что у данной акустической системы в диапазоне 50 Гц – 16 кГц звучание достоверное, а ниже 50 Гц и выше 15 кГц неравномерность резко увеличивается, АЧХ имеет так называемый «завал» (резкий спад характеристики).

Чем это грозит? Уменьшение уровня низких частот подразумевает потерю сочности, насыщенности звучания басов. Подъем в области НЧ вызывает ощущения бубнения и гудева колонки. В завалах высоких частот звук будет тусклым, неясным. Подъемы ВЧ означают присутствие раздражающих, неприятных шипящих и свистящих призвуков. У мультимедийных колонок величина неравномерности АЧХ обычно выше, чем у так называемой Hi-Fi акустики. Ко всем рекламным заявлениям фирм-производителей об АЧХ колонки типа 20-20000 Гц (теоретический предел возможности) нужно относиться с изрядной долей скептицизма. При этом часто не указывается неравномерность АЧХ, которая может составлять при этом немыслимые величины.

Поскольку производители мультимедийной акустики часто «забывают» указать неравномерность АЧХ акустической системы, встречаясь с характеристикой колонки 20 Гц – 20000 Гц, надо держать ухо востро. Существует большая вероятность купить вещь, не обеспечивающую даже более или менее равномерную характеристику в полосе частот 100 Гц—10000 Гц. Сравнивать же диапазон воспроизводимых частот с разными неравномерностями нельзя вовсе.

Ионофон (электродуговой плазменный громкоговоритель)

Именно в диапазоне верхних частот важен минимальный вес подвижной системы и ее минимальная инерционность. Идеальным излучателем для верхних частот стало бы невесомое тело, механически никак не связанное с опорами и колеблющееся (изменяющее свой объем) под воздействием электрического сигнала.

И такой вариант, использовавший, по сути, принцип работы радиолампы, был найден в начале второй половины прошлого века. Он получил название ионофон. Принцип действия системы основан на пульсациях электродуговой плазмы в переменном электрическом поле. Первые образцы устройства, представленные на ВДНХ в начале 50-х, имели определенные побочные проблемы. В частности, легкий треск разряда, от которого затем смогли избавиться.

В семидесятых годах прошлого века были выпущены серийные образцы акустических систем с верхнечастотным звеном на базе плазменного излучателя. Сейчас такие излучатели доступны для установки в современную пользовательскую акустику и даже в мощные концертные системы.

Недостатком ионофона можно считать необходимость достаточно мощного электропитания и, как следствие, требования устройства к отводу тепла. В результате, устанавливая такой твитер в замкнутый объем обычной колонки, стоит задуматься о том, как бороться с его перегревом. Повышенное энергопотребление также не добавляет энтузиазма, к тому же внутри устройства — источник сверхвысокого напряжения.

С другой стороны, на базе плазменного излучателя можно получить поистине аудиофильскую систему, поскольку качество его звучания, по идее, приближается к абсолютному.

Примечания

Комментарии

1. В многополосных системах имеет принципиальное значение правильная фазировка динамических головок (производители динамических головок обычно маркируют их клеммы знаками «+» и «-», эти же знаки присутствуют на электрической принципиальной схеме АС). В большинстве случаев головки включаются синфазно, то есть в каждый момент времени диффузоры всех головок должны смещаться в одном (!) направлении (внутрь или наружу).
2. «Активный корпус» — решение проблемы с недостатком нижнего баса у щита; при этом за щитом напротив динамика устанавливается колонка/динамик или много маленьких колонок, которые в противофазе гасят звук, идущий от динамика назад. При этом отдача от осн. динамика немного падает
3. резонатор Гельмгольца настраивают на основную резонансную частоту акустической системы — он работает как заградительный фильтр, дабы убрать нежелательный пик на этой частоте. Конструктивно представляет собой отсеки определенных размеров в нижней части колонки, которые сообщаются с основным объемом колонки через отверстия в горизонтальной перегородке; от размеров резонаторов, диаметров и длины (толщины перегородки) этих отверстий зависит частота настройки резонатора, а, следовательно, и результирующая АЧХ акустической системы.
4. Клеммы и зажимные колодки как акустических систем, так и усилителей, маркируются (обычно цветом: красная клемма АС должна соединяться с красной клеммой усилителя, и т.д.), чтобы обеспечить синфазность подключения всех АС, образующих многоканальную звуковоспроизводящую систему, что необходимо для правильного воспроизведения стерео- и многоканальных записей.

Электростат

Неплохие результаты удалось получить с электростатическим вариантом планарного (пленочного) излучателя. Принцип действия следует из названия: речь идет о движении диэлектрической пленки в электрическом поле. До этого пленку натягивают между двумя токопроводящими сетками (статорами), на которые подается модулированное звуковым сигналом напряжение, а на саму пленку — потенциал приблизительно в 3 000 В.

Преимущество такого варианта излучения по сравнению с магнитопланарным — отсутствие проблем с нанесенными на пленку проводниками тока. Их просто нет. С другой стороны, такой излучатель нуждается в объемистой мощной электронике и, естественно, требует отдельного питания. В остальном электростат и магнитопланар схожи.

Стоит подробнее остановиться на вопросе воспроизведения низкочастотного диапазона с помощью планарных систем. Они по определению не готовы обеспечить серьезную амплитуду. И если в магнитопланарных громкоговорителях более распространена конфигурация в виде сочетания узкого высокочастотного излучателя и низкочастотной секции большей площади, то в электростатических системах, чаще всего, сам электростат занимается средне- и высокочастотным диапазоном, хотя бы потому, что модели большой площади достаточно дороги.

Поэтому за низкочастотный диапазон у них отвечает, как правило, интегрированный в систему сабвуфер, работающий с применением классического динамика. Такие системы называются гибридными. Изготовители магнитопланарных спикеров также иногда предлагают доукомплектование своих изделий сабвуферами на базе классических динамиков.

Кроме того, оба основных варианта с применением плёнки являются дипольными системами. То есть назад и вперед они излучают (звучат) практически одинаково. Это приводит к определенным проблемам с правильным размещением таких колонок в комнате прослушивания.

Нелинейные искажения, коэффициент гармоник (THD)

Аббревиатура THD дословно расшифровывается как суммарные гармонические искажения (Total Harmonic Distortion), но означает вполне определённый термин — коэффициент гармоник. Акустическая система представляет собой сложное электроакустическое устройство, которое имеет нелинейную характеристику усиления. Поэтому сигнал по прошествии всего звукового тракта на выходе обязательно будет иметь нелинейные искажения. Одними из самых явных и наиболее простых в измерении являются гармонические искажения.

Гармонические искажения происходят от добавления лишних гармоник к первоначальному сигналу вследствие нелинейности характеристики вход/выход. Эти паразитные гармоники придают звучанию новый тембр и ведут к невосполнимым потерям в звуке. Нелинейные искажения измеряются подачей синусоидального сигнала частотой 1000 Гц. С помощью специального фильтра в звуковом сигнале находят лишние гармоники и определяют их мощность. В советских стандартах наряду с коэффициентом гармоник измеряется также коэффициент нелинейных искажений, который более близок к термину THD+N. Эти коэффициенты в общем случае не совпадают. Коэффициент нелинейных искажений измеряется либо в процентах, либо в децибелах: = 20 log (/100). Чем больше величина коэффициента THD или THD+N, тем обычно хуже звучание. Среди аудиофилов бытует мнение, что определенные искажения, которые делают звучание «мягким» и «теплым», могут быть приятными на слух. Однако это не относится к компьютерной акустике и транзисторным усилителям из категории «ширпотреба».

THD колонок во многом зависит от мощности подаваемого на них сигнала. Поэтому глупо делать заочные выводы или сравнивать колонки только лишь по THD, не прибегая к прослушиванию аппаратуры (хотя по такому легкому пути иногда идут даже самые авторитетные издания). К тому же для рабочих положений регулятора громкости (обычно это 30…50%) значение THD производителями не указывается.

Чувствительность

Чувствительность — один из параметров, указываемых производителем в характеристике акустических систем. Величина характеризует интенсивность звукового давления, развиваемого колонкой на расстоянии 1 метра при подаче сигнала частотой 1000 Гц и мощностью 1 Вт. Измеряется чувствительность в децибелах (дБ) относительно порога слышимости (нулевой уровень звукового давления равен 2*10^-5 Па). Иногда используется обозначение уровень характеристической чувствительности (SPL, Sound Pressure Level). При этом для краткости в графе с единицами измерений указывается дБ/Вт*м либо дБ/Вт^1/2*м

При этом важно понимать, что чувствительность не является линейным коэффициентом пропорциональности между уровнем звукового давления, мощностью сигнала и расстоянием до источника. Многие фирмы указывают характеристики чувствительности динамических головок, измеренные при нестандартных условиях

Чувствительность — характеристика, более важная при проектировании собственных акустических систем. Если вы не осознаете до конца, что означает этот параметр, то при выборе мультимедийной акустики для PC можно не обращать на чувствительность особого внимания (благо указывается она не часто).

Что такое колонки для домашнего кинотеатра

Что такое колонки — компьютерные колонки относятся к виду периферийных устройств и служат для трансляции звука. Чтобы озвучить домашний кинотеатр для этого потребуются в обязательном порядке аудио колонки. Поскольку при их отсутствии практически нельзя нормально просматривать фильмы или слушать музыкальные композиции.

Что касается компьютерных колонок, то почти все они являются устройствами активного типа, то есть в их составе имеется усилитель мощности звука. Такой вариант акустической системы применяется ввиду того, что звуковой модуль компьютера не в состоянии предоставить необходимую мощность для трансляции звука на пассивных колонках.

Акустические устройства для использования в составе компьютера имеют конфигурационные отличия друг от друга, и каждой системе присваивается специальное обозначение в виде цифр:

Конфигурационные отличия

• Определение 2.0 – показывает наличие двух акустических колонок для трансляции стереофонического звука. Обычно пользователи, для которых звуковое сопровождение требуется только во время компьютерных игр, или же для комфортного просмотра фильмов, либо для создания музыкального фона, в таком случае аудиосистема в конфигурации 2.0 вам подойдет как самый оптимальный вариант. При этом вы еще существенно сэкономите денежные средства.
• Цифровое обозначение 2.1 указывает, что комплекс состоит из двух колонок и одного сабвуфера, который как отдельное устройство работает в басовом диапазоне частот. Данное конфигурационное оформление воспроизводит довольно качественную звуковую картину, однако и стоимость такой аудиосистемы значительно выше обычной 2.0.
• Системы обозначенные индексом 5.1 и 7.1 относятся к категории самых навороченных устройств, обладающих звучанием высокого качества. Именно эти конфигурации дают возможность максимально комфортно ощущать себя при прослушивании музыки, трансляции фильмов, во время игр и т.д. Объемное звучание данного комплекса, позволяет слушателю чувствовать себя участником музыкальной сцены, то есть при прослушивании создается эффект присутствия.
• Для организации такого эффективного прослушивания достаточно правильного расположения колонок 5.1, а именно: три колонки ставят с фронтальной стороны слушателя и по колонке с правой и левой стороны от него — сабвуфер располагают на полу, так же во фронт относительно слушателя. Акустическая система конфигурации 7.1 предполагает еще пару дополнительных аудио колонок, которые размещаются сзади и называются тыловыми.

Цифровые обозначения

Спецификация цифровых обозначений конфигурации акустических систем такова: номер «1» идущий после точки, означает, что в системе присутствует сабвуфер, служащий для воспроизведения низкой частоты. В то же время он выполняет функции усилителя мощности звука. К его выходному каскаду подключены все остальные аудио колонки, а сабвуфер, в свою очередь, получает звуковой сигнал непосредственно с выхода звукового модуля компьютера. Созданная таким образом акустическая система преобразовывает компьютер в стопроцентный мультимедийный комплекс.

Подключение компьютерных колонок

Чтобы правильно подключить акустику, нужно вначале обесточить компьютер. К самым не сложным подключениям относится коммутация системы 2.0. Для этого нужно взять штекер зеленого цвета, идущий от динамиков, определите где находится входное гнездо под этот штекер, имеющее такой же цвет. Оно может быть либо на тыльной стенке либо на фронтальной панели компьютерного корпуса, а затем вставьте в него коннектор. Подайте напряжение питания на сетевой фильтр колонок, после этого включите колонки.

Чтобы подключить акустическую систему конфигурации 2.1, следует соединить колонки с выходными разъемами установленными на тыльной панели активного сабвуфера. Эти разъемы имеют обозначения как «OUT» — «L» (левый динамик) и «R» (правый динамик). Штекер зеленого цвета от сабвуфера подключаем к выходному гнезду на звуковом модуле компьютера.

Если у вас в наличие имеется акустика типа 5.1 либо 7.1, тогда осуществление ее подключения будет немного усложненным, хотя если быть достаточно внимательным, то ничего сложного там не будет. Акустические системы таких конфигураций, как правило, укомплектованы тремя парами проводов, имеющие различные цветовую окраску. При этом компьютерная звуковая карта должна соответствовать подсоединяемому оборудованию, то есть 5.1 и 7.1.

Процедура подключения представляет собой следующее:

Все действия по подключению акустики, необходимо производить при отключенном питании компьютера, дабы избежать повреждения звукового модуля на компьютере.

Как подсоединить колонки кинотеатра 5.1 к компьютеру

Какие бывают колонки для компьютера

Практически все компьютерные колонки являются активными, т.е. они имеют внутренний усилитель звука из-за того, что выходной мощности звуковой карты недостаточно для воспроизведения звука на обыкновенных колонках (их еще называют пассивными).

Акустика для компьютера различается по конфигурации, каждое из которых имеет цифровое обозначение:

• 2.0 – это означает, что акустика имеет 2 колонки для воспроизведения стереозвука. Если вы не являетесь меломаном и звук вам нужен для просмотра фильмов, озвучки игр или, например, просто фонового музыкального сопровождения во время серфинга в интернете, то конфигурация 2.0 будет самым практичным и дешевым выбором.
• 2.1 – здесь в дополнении к 2 колонкам присутствует сабвуфер, который отдельно воспроизводит низкочастотный диапазон. Такое конфигурация обеспечивает достаточно хорошее качество звука, но и стоимость такой системы будет выше, чем 2.0
• 5.1 и 7.1 – самые дорогие и высококачественные конфигурации, позволяющие максимально погрузиться в игровой процесс, просмотр фильма и прослушивание музыки. Эффект присутствия обеспечивает многоканальный звук высокого качества и особое расположение колонок относительно человека. Колонки 5.1 расставляют следующим образом: 3 колонки напротив слушателя, по одной колонке слева и справа, сабвуфер обыкновенно на полу перед слушателем. В акустике 7.1 добавляются еще 2 колонки, располагаемые сзади (тыловые).

В обозначении конфигурации колонок цифра 1 после точки указывает на наличие сабвуфера, который обеспечивает низкие частоты и одновременно является усилителем, к которому подключаются остальные колонки, а сам сабвуфер подключается к звуковой карте компьютера. Колонки с сабвуфером превращают компьютер в полноценный мультимедийный центр.

Мощность

И раз упомянуты усилители — самое время перейти к мощности. Это тема также «усилительная», но и в приложении к колонкам в ней немало интересного. В параметрах колонки, чаще всего, указывается рекомендованная мощность усилителя в виде двух чисел — минимального и максимального значения. Например, читаем, что для некоей напольной пассивной акустики, указывается минимальная мощность усилителя 20 Вт, максимальная — 200. Это значит, что при мощности усилителя ниже 20 Ватт колонка не сможет обеспечить приемлемый диапазон звукового давления (громкости), ограниченный ее чувствительностью. А при мощности выше 200 Ватт изготовитель, очевидно, не гарантирует сохранность колонки.

При превышении максимальной мощности (часто используется термин «пиковая» мощность или другое, на усмотрение изготовителя) происходит лавинообразное нарастание искажений, затем динамик может перейти в режим клиппирования — когда части подвижной системы ударяются в ограничивающие их смещение детали динамика. Это отмечается характерными щелчками. Появление таких щелчков — верный признак того, что динамику осталось работать совсем недолго. Не стоит доводить до этого.

Окно программы для разработки акустики VituixCAD

Как ни странно, очень важно при выборе колонок обратить внимание не только на цифры технических характеристик, но и на типы излучателей, их особенности и размеры. Особенно стоит оценить совокупный размер диффузоров низкочастотных драйверов. Наличие единственного прямонаправленного низкочастотного динамика с диффузором диаметром 5 дюймов очень плохо сочетается с заявленной нижней граничной частотой 30 Гц, особенно при неравномерности 3 децибела — а такие надписи доводилось видеть у недобросовестных изготовителей

Наличие единственного прямонаправленного низкочастотного динамика с диффузором диаметром 5 дюймов очень плохо сочетается с заявленной нижней граничной частотой 30 Гц, особенно при неравномерности 3 децибела — а такие надписи доводилось видеть у недобросовестных изготовителей.

Все вышеупомянутые параметры акустики важны не только для понимания того, как она зазвучит, но и для того, чтобы правильно подобрать комплект «колонки-усилитель». Общие принципы достаточно просты. Максимальная мощность усилителя должно быть заведомо меньше, чем максимальная мощность акустики. А ее чувствительность, поведение импенданса, особенности схемы требуют серьезного анализа для понимания, какой усилитель станет оптимальным выбором. Но это — тема для другого рассказа.

Предыдущие материалы цикла «Акустические системы»:

Акустические системы с трансформаторным входом

Если расстояние между усилителем и пассивной акустической системой превышает несколько десятков метров, потери мощности в соединительных проводах достигают значительной величины. Поэтому для озвучивания больших площадей и объектов применяются специальные трансляционные усилители и акустические системы. На выходе трансляционного усилителя имеется трансформатор, повышающий в несколько раз выходное напряжение звукового сигнала, а трансляционные акустические системы содержат понижающий трансформатор с таким же соотношением витков, что и в усилителе.

Недопустимо подключать к трансляционному усилителю обычные акустические системы без трансформатора, это приведёт к выходу их из строя.

Активные и пассивные системы

Акустические системы подразделяются на пассивные (состоят только из излучателя и кроссовера) и активные (содержат также усилитель мощности).

Усилитель встраивают внутрь акустической системы по трем причинам:

• облегчается согласование усилителя и излучателей по мощности и другим параметрам, вопросами согласования занимается производитель акустической системы, а не конечный потребитель
• уменьшается стоимость системы, так как нет необходимости в отдельном корпусе для усилителя и мощность усилителя (определяющая его стоимость) не завышена
• нет необходимости в кабеле большого сечения (в случае, если усилитель находится в каждой акустической системе)

однако есть и недостатки:

• затрудняется обслуживание усилителя, так как акустическая система может быть установлена в труднодоступном месте (например, быть подвешена на некоторой высоте)
• в случае мощных акустических систем усилитель обычно устанавливается в каждую систему, что требует в сравнении с пассивной стереосистемой двух блоков питания вместо одного, что увеличивает стоимость
• в случае большого расстояния между акустической системой и источником звука требуется принимать специальные меры по защите сигнала (поднимать его уровень и использовать балансное подключение)

Таким образом, активные акустические системы обычно используются для персональных компьютеров, озвучивания небольших концертных площадок, дискотек, в студийных мониторах.
Пассивные чаще встречаются в домашних акустических системах, а также при озвучивании больших площадок.