0

Сравнение

VIP Club

«Анатомия» акустических систем: материалы и акустическое оформление

Автор статьи: Лавров Владимир
28.02.2017 47765 5
Это новый цикл статей посвящён акустическим системам. В связи с тем, что тема крайне обширная, мы решили создать серию публикаций, отражающих критерии выбора при покупке АС. Эта статья посвящена акустическим свойствам материалов корпуса и акустическому оформлению. Пост будет особенно полезен для тех, кто стоит перед выбором АС, а также даст информацию для людей, которые хотят создать собственные АС в процессе своих DIY экспериментов.



Существует мнение, что одним из решающих факторов, влияющих на звук АС, является материал корпуса. Эксперты PULT считают, что значение этого фактора часто преувеличивают, однако, он является действительно важным, и списывать со счетов его нельзя. Не менее важным фактором (в ряду множества других), определяющим звучание АС, является акустическое оформление.

Материал: от пластмассы до гранита и стекла


Пластик – дешево, сердито, но резонирует


Пластик зачастую используется при производстве бюджетных АС. Пластмассовый корпус лёгок, существенно расширяет возможности дизайнеров, благодаря литью можно реализовать практически любые формы. Различные типы пластмасс очень серьёзно отличаются по своим акустическим свойствам. В производстве высококачественной домашней акустики большой популярностью пластик не пользуется, при этом востребован для профессиональных образцов, где важна низкая масса и мобильность устройства.

(для большинства пластмасс коэффициент звукопоглощения составляет от 0,02 – 0,03 при 125 Гц до 0,05 – 0,06 при 4 кГц)


С 90 %-ной вероятностью, если вы столкнулись с домашней акустикой из пластика – это либо бюджетный вариант для не слишком искушенных пользователей, либо образец, сравнимый по стоимости с аналогами из МДФ и ДСП. Пластиковый корпус устройства недостаточной толщины и плотности начнёт резонировать и дребезжать при увеличении громкости до 60 – 90 %. В качественных АС, с рассчитанной толщиной и подходящими акустическими свойствами материала, «паразитные» среднечастотные резонансы сводятся к минимуму, однако, стоимость подобных АС практически равна аналогам из других материалов. Выжать из бюджетной пластиковой АС глубокий и адекватный низ не поможет даже умопомрачительная эквализация.


Типичный представитель «пластикового братства» в домашней акустике с достойными характеристиками и привлекательной ценой: Полочная акустика JBL Jembe black

Дерево – от вырубки до золотых ушей


Благодаря хорошим поглощающим свойствам дерево считается одним из лучших материалов для изготовления колонок.
(коэффициент звукопоглощения древесины в зависимости от породы составляет от 0,15 – 0,17 при 125 Гц до 0,09 при 4 кГц)

Массив и шпон для производства АС применяются сравнительно редко и, как правило, востребованы в HI-End сегменте. Постепенно деревянные АС исчезают с рынка в связи с низкой технологичностью, нестабильностью материала и запредельно высокой стоимостью.


Интересно, что для создания действительно качественных АС такого типа, отвечающих требованиям самых искушенных слушателей, технологи должны отбирать материал ещё на этапе вырубки, как при производстве акустических музыкальных инструментов. Последнее связано со свойствами древесины, где важно всё, начиная от местности, где произрастало дерево, заканчивая уровнем влажности помещения, где оно хранилось, температурой и длительностью сушки et cetera. Последнее обстоятельство затрудняет DIY разработку, при отсутствии специальных знаний любитель, создающий деревянную АС, обречен действовать методом проб и ошибок.


Как обстоит дело на самом деле, и соблюдаются ли описанные условия, производители такой акустики не сообщают, а соответственно, любая деревянная система требует внимательного прослушивания перед покупкой. С высокой степенью вероятности, две АС одной модели из одной породы будут немного отличаться в звучании, что особенно важно для некоторых притязательных слушателей.


Доступны колонки из массива ценных пород единицам, стоимость их астрономическая. Всё, что вашему покорному слуге приходилось слышать, звучит превосходно. Однако, на мой субъективно-прагматичный взгляд, несоразмерно стоимости. Порой, хорошо рассчитанные корпуса из фанеры и MDF, обладают не меньшей музыкальностью, но для многих аудиофилов «не дерево»= «не true hi-end», а кому-то «не дерево» попросту статус не позволяет или дизайн интерьера портит.

Одна из лучших деревянных систем в нашем каталоге эта:
Напольная акустика Sonus Faber Stradivari Homage graphite (цена соответствующая)



ДСП – толщина, плотность, влажность


Древесно-стружечная плита по стоимости сравнима с пластиком, при этом не обладает рядом недостатков, которые присущи пластиковым корпусам. Наиболее существенной проблемой ДСП является низкая прочность, при достаточно высокой массе материала.


Звукопоглощение в ДСП неоднородное и в ряде случаев возможно возникновение низко- и среднечастотных резонансов, хотя вероятность их появления ниже, чем у пластика. Эффективно гасить резонансы могут плиты толщиной более 16 мм, которые достигают необходимой плотности. Следует отметить, что, как и в случае с пластиком, свойства конкретной плиты ДСП имеет большое значение. Важно учитывать плотность и влажность материала, так как разные ДСП плиты отличаются по этим параметрам. Не редко толстые, плотные ДСП плиты применяются при создании студийных мониторов, что говорит о востребованности материала в производстве профессиональной техники.

На заметку, товарищам из DIY-братии для создания АС хорошо подойдёт ДСП с плотностью не менее 650 — 820 кг/м³ (при толщине плиты 16 – 18 мм) и влажностью не более 6-7%. Не соблюдение этих условий существенно отразится на качестве звука и надёжности АС.


Среди достойных ДСП вариантов домашних АС наши эксперты выделяют: Cerwin-Vega SL-5M

MDF: от мебели к акустике


Сегодня МДФ (Medium Density Fiberboard, древесно-волокнистая плита средней плотности) используется повсеместно, в число прочего, МДФ — один из наиболее распространённых современных материалов для производства акустики.


Причиной популярности МДФ стали физические свойства материала, а именно:

  • Плотность 700 — 800 кг/м³
  • Коэффициент звукопоглощения 0,15 при 125 Гц – 0,09 при 4 кГц
  • Влажность 1-3 %
  • Механическая прочность и износоустойчивость

Материал дешев в производстве, обладает акустическими свойствами, сравнимыми с характеристиками древесины, при этом устойчивость плит к механическим повреждениям несколько выше. У МДФ достаточная акустическая жесткость корпуса АС, а звукопоглощение соответствует параметрам, необходимым для создания HI-FI акустики.


Визуальное отличие МДФ от ДСП

Magnat Tempus 33 mocca

Среди MDF акустики масса замечательных систем, оптимальными по соотношению цена/качество являются следующие:

Magnat Tempus 33 mocca — полочная
Focal Chorus 726 — напольная

Алюминиевые сплавы – дизайн и точные расчёты


Наиболее распространенным металлом при производстве АС является алюминий, а также сплавы на его основе. Некоторые авторы и эксперты полагают, что алюминиевый корпус позволяет снижать резонансы, а также улучшать передачу высоких частот. Коэффициент звукопоглощения алюминиевых сплавов не высок, и составляет около 0,05, что, впрочем, значительно лучше, чем у стали. Для снижения вибрации корпуса, повышения звукопоглощения и предотвращения вредных резонансов производители применяют сэндвич-панели, где между 2-мя алюминиевыми листами помещается прослойка из высокомолекулярных полиэтиленовых смол или других материалов низкой плотности, например, вискоэластика.


В случае с бюджетными АС из алюминия, производители, не редко, делают ставку на дизайн, в ущерб звучанию: в результате акустические характеристики оставляют желать лучшего. Иногда пользователи такой акустики жалуются на жесткое, искаженное звучание, вызванное недостаточным звукопоглощением корпуса. В связи с тем, что волны хорошо отражаются и плохо поглощаются, очень большое значение в металлической акустике приобретает точный расчет конструкции корпуса, подбор излучателей, используемые фильтры, а также качество соединений отдельных деталей.

Piega Tmicro 4 alu/black

Среди достойно звучащих алюминиевых колонок особенно впечатляет звук:

Piega Tmicro 4 alu/black (цена внушительная, но не запредельная)

Камень – гранитные плиты по цене золотых слитков


Камень один из самых дорогих материалов для производства акустических корпусов. Безупречное отражение и практическая невозможность появления вибрационных резонансов делают эти материалы востребованным в среде особо притязательных слушателей.



Большинство пород имеют стабильный коэффициент звукопоглощения, который, например для гранита, составляет 0,130 для всего спектра звуковых частот, а для известняка 0,264. Производителями особо ценятся пористые породы камня, в которых выше звукопоглощение.

Использование каменных плит для изготовления DIY- акустики почти невозможно, так как это требует не только недюжинных познаний в акустике и камнеобработке, но и крайне дорогостоящего оборудования (домашних 3-D фрезеров для камня пока никто не выпускает).


Для производства серийных АС применяются такие породы, как гранит, мрамор, сланец, известняк, базальт. Эти породы обладают схожими акустическими свойствами, а при соответствующей обработке становятся настоящими произведениями искусства. Не редко каменные корпуса применяются для создания ландшафтной акустики, в таких случаях в необработанном камне создаётся полость для размещения излучателя, в которой устанавливаются элементы крепления (как правило, производится под заказ).

У камня 2 основные проблемы: стоимость и масса. Цена каменной АС может быть выше любой другой, обладающей схожими характеристиками. Масса некоторых образцов напольных систем может достигать 40 и более кг.

Прозрачность стекла и качество звука


Оригинальным решением является создание АС из стекла. В этом деле пока серьезно преуспели только две компании Waterfall и SONY. Материал интересен с дизайнерской точки зрения, акустически стекло создаёт определённые проблемы, главным образом в виде резонансов, которые вышеназванные компании научились решать, существуют даже референсные варианты.


Цены на прозрачное чудо тоже сложно назвать демократичными, последнее связано с низкой технологичностью и высокой стоимостью производства.

Из впечатлявших звуком стеклянных образцов: Waterfall Victoria Evo

Акустическое оформление — ящики, трубки и рупоры


Не меньшую значимость для точной передачи звука в АС имеет акустическое оформление. Наиболее распространённые типы (закономерно, что, те или иные типы могут комбинироваться в зависимости от конкретной модели, например фазоинверторая часть колонки отвечает за низко-и среднечастотный диапазон, а для высоких сооружен рупор).

Фазоинвертор – главное длинна трубы


Фазоинвертор — один из наиболее распространённых типов акустического оформления. Такой способ позволяет, при правильном расчете длинны трубы, сечения отверстия и объема корпуса получить высокий КПД, оптимальное соотношение частот, усилить низкие. Суть фазоинвертерного принципа в том, что на тыльной части корпуса размещается отверстие с трубой, которая позволяет создать низкочастотные колебания синфазные волнам, создающимся фронтальной стороной диффузора. Чаще всего фазоинверторный тип применяется при создании 2.0 и 4.0 систем.


Для облегчения расчетов при создании собственной АС удобно использовать специальные калькуляторы, один из удобных привожу по ссылке.

В философии HI-END cуществуют крайне радикальные бескомпромиссные суждения о фазоинверторных системах, привожу одно из них без комментариев:

«Враг №1 это, конечно, нелинейные усилительные элементы в звуковом тракте (дальше уж каждый сам, в меру образования, понимает какие элемты более линейны, а какие менее). Враг №2 это фазоинвертор. фазоинвертор призван пустить пыль в глаза, должен позволить маленькой дешевой колоночке записать в паспорт 50… 40… 30, а что мелочится даже и 20 Гц по уровню -3дБ! Но к музыке нижний диапазон частот фазоинвертора перестает иметь отношение, точнее сказать сам фазоинвертор это дудочка, поющая свою собственную мелодию.»

Закрытый ящик – гроб для лишних низких


Классический вариант для многих производителей – обычный закрытый ящик, с выведенными на поверхность диффузорами динамиков. Такой тип акустики достаточно прост для расчетов, при этом КПД таких устройств не блещет. Также ящики не рекомендуют любителям характерно выраженных низких, так как в закрытой системе без дополнительных элементов, способных усилить низы (фазоинвертор, резонатор), спектр частот от 20 до 350 Гц выражен слабо.


Многие меломаны предпочитают закрытый тип, так как для него характерна относительно ровная АЧХ и реалистичная «честная» передача воспроизводимого музыкального материала. Большинство студийных мониторов создаются именно в этом акустическом оформлении.

Band-Pass (закрытый ящик-резонатор) – главное, чтобы не гудел


Band-Pass получил распространение при создании сабвуферов. В этом типе акустического оформления излучатель скрыт внутри корпуса, при этом внутренности ящика соединяются с внешней средой трубами фазоинверторов. Задача излучателя – возбуждение колебаний низкой частоты, амплитуда которых многократно возрастает благодаря трубам фазоинверторов.


При правильно рассчитанной конструкции такого типа, не должно возникать таких паразитных отзвуков как низкое гудение, гула и т.п., чем не редко грешат бюджетные системы этого типа.

Открытый корпус – без лишних стен


Сравнительно редкий сегодня тип акустического оформления, при котором задняя стенка корпуса многократно перфорирована, либо полностью отсутствует. Такой тип конструкции используется для того, чтобы снизить количество элементов корпуса, влияющих на частотную характеристику АС.


В открытом ящике наиболее существенное влияние на звук оказывает передняя стенка, что снижает вероятность искажений, вносимых остальными деталями корпуса. Вклад боковых стенок (если таковые присутствуют в конструкции), при их не большой ширине, минимален и составляет не более 1-2 Дб.

Legacy Audio Whisper XDS BE maple

Legacy Audio Whisper XDS BE maple

Рупорное оформление – проблемные чемпионы по громкости


Рупорное акустическое оформление чаще используется в комбинации с другими типами (в частности для оформления высокочастотных излучателей), однако, существуют и оригинальные на 100 % рупорные конструкции.


Главным достоинством рупорных АС является высокая громкость, при комбинации с чувствительными динамиками.


Большинство экспертов не без оснований скептически относятся к рупорной акустике, причин несколько:

  • Конструктивная и технологическая сложность, а соответственно, высокие требования к сборке
  • Почти невозможно создать рупорную АС с равномерной АЧХ (исключение – устройства стоимостью от 10 килобаксов и выше)
  • В связи с тем, что рупор не резонирующая система, исправить АЧХ нельзя (минус для DIY –щиков вознамерившихся скопировать Hi-end рупор)
  • В связи с особенностями формы волн рупорной акустики, объемность звучания достаточно низкая
  • В подавляющем большинстве сравнительно низкий динамический диапазон
  • Дает большое количество характерных призвуков (некоторыми аудиофилами считается достоинством).


Наиболее востребованными рупорные системы стали именно в среде аудиофилов, находящихся в поисках «божественного» звука. Тенденциозный подход позволил архаичному рупорному оформлению получить вторую жизнь, а современные производители смогли найти оригинальные решения (эффективные, но крайне дорогие) распространённых рупорных проблем.
Klipsch Reference R-28F black

Klipsch Reference R-28F black
Продолжение следует...
Артём, Герой Pult.ru 20.09.21
Добрый день. Зато можно докупить красивую стойку для полочной акустики.========
  • 2
  • 0
  • 0
Борис , Критик 3-го уровня 19.09.21
Вопрос - если я не ошибаюсь фазоинвертор - это "лёгкие" акустической системы, и их нельзя ставить вплотную к стенам (минимум 600 мм. от стен), почему сейчас многие полочники с тыловым фазоинвертором? их же на полку не поставить ...========
  • 0
  • 0
  • 0
Аноним, Критик 1-го уровня 01.03.17
В очередной статье по акустике от pult.ru опять, вроде бы все верно, но чего-то не хватает. Это что-то - четкое понимание физики явлений, которые определяют свойства АС. Вот, например, описывая свойства материала ящика, указывается, что на качество звука влияют толщина, плотность, коэффициент звукопоглощения, жесткость, влажность. Но почему? Ответ на этот вопрос должен был стать главным, но еще раньше следовало рассказать, чем отличаются разные ящики АС и зачем они вообще нужны. Ящик динамикам необходим, прежде всего для того, чтобы предотвратить акустическое короткое замыкание. Это явление вызывается сложением звуковых волн, излучаемых передней и задней поверхностью диффузора динамика. Эти волны излучаются в противофазе, так как при движении вперед диффузор создает фазу сжатия воздуха перед собой, но фазу разряжения сзади. На низких частотах с большой длиной волны (метры), для слушателя эти волны взаимно гасятся, что приводит к сильному ослаблению звукового давления на соответствующих частотах. Аналогичный звуковой эффект возникает при неправильной фазировке динамиков в стереосистеме. Самое простое акустическое оформление динамиков - акустический экран, т.е. щит с отверстием, в котором закреплялся динамик (в статье же эта разновидность появляется только в конце). При больших размерах щита дополнительный путь, который проходит волна от задней поверхности диффузора, приводит к ослаблению взаимного гашения волн на низких частотах, и чем большим будет экран, тем более низкие частоты будет воспроизводить динамик. Чтобы уменьшить размеры экрана, его края загнули назад под прямым углом. Так появился открытый ящик. Тут следует заметить, что бесконечное увеличение размеров щита или ящика не имеет смысла, поскольку эффект будет проявляться только для частот выше собственной резонансной частоты динамика, поскольку частоты ниже резонанса не могут эффективно излучаться уже в силу свойств самого динамика. Дальнейшее развитие конструкции привело к появлению закрытого ящика, в котором волна от задней поверхности диффузора гасилась полностью герметичной задней стенкой ящика. Однако, закрытый объем за диффузором сильно демпфировал его колебания, что с одной стороны приводило к выравниванию частотной характеристики динамика, но с другой, повышало резонансную частоту динамика и сильно снижало звуковую отдачу (к.п.д), что требовало повышения подводимой мощности. Дальше на пути эволюции появился фазоинвертор. Он представляет собой отверстие в одной из стенок (не обязательно в передней или задней) закрытого ящика со вставленной в него трубой, рассчитанной так, что она резонирует на собственной резонансной частоте динамика. При этом фаза колебания на входе и выходе трубы инвертируется (отсюда фазоинвертор), и колебания от передней и задней поверхностей диффузора складываются в фазе, что приводит к усилению отдачи на частотах, близких к резонансу динамика. К тому же, отверстие делает ящик открытым, что повышает звуковую отдачу на всех частотах по сравнению с закрытым ящиком. Недостаток такой конструкции в том, что помимо основной частоты резонанса, труба имеет резонансы и на ее гармониках, что немного ухудшает равномерность частотной характеристики на более высоких частотах. Теперь время перейти к конструктивным деталям и материалам. В процессе воспроизведения звука колебания давления внутри ящика передаются стенкам и те, в свою очередь, передают колебания в воздушную среду. Эти колебания, как от дополнительных мембран, передаются окружающему воздуху и накладываются на колебания, излучаемые динамиком и фазоинвертором. Поскольку стенки обладают упругостью, в них, на некоторых частотах могут возникать резонансы, увеличивая амплитуду колебаний на этих частотах. Если колебания стенок очень велики, они могут выйти за пределы линейной области деформации, что приведет к резким звонам и дребезжанию, порождающим нелинейные искажения. Понятно, что такие неконтролируемые колебания, искажают также и частотную характеристику динамика, увеличивая ее неравномерность. Каким же образом можно уменьшить это влияние? Нужно подавить колебания в стенках, и это уже вопрос конструкции и материалов. Прежде всего необходимо подавить резонанс стенок. Для этого их материал должен обладать значительным затуханием для звуковых волн. Для уменьшения амплитуды колебаний материал должен быть жестким и, кроме того, звуковая волна из воздушного пространства ящика должна, как можно меньше, проникать в стенки. С первыми двумя положениями все ясно. А далее нужно вспомнить, что звуковая волна на границе двух сред частично отражается, а частично проникает из одной среды в другую. При этом отражение тем сильнее, а проникновение тем меньше, чем больше отличается плотность сред. Конечно речь идет об акустической плотности, но она для различных материалов более или менее пропорциональна объемной плотности, поэтому стенки из плотных материалов (фанера, ДСП, МДФ, особенно камень) будут предпочтительны. Еще лучший результат будет у слоистых панелей, где перемежаются материалы с высокой и низкой плотностью. Ну и хотя бы часть слоев должна иметь высокое акустическое затухание. Хороший результат дает оклейка внутренних поверхностей ящика пробкой, пористой резиной или войлоком. А жесткость можно увеличить дополнительными механическими усилителями: уголками, ребрами, укосинами. В основном — это все. Вот теперь, после всего сказанного, читатель сможет понять и оценить качество технических решений, приведенных в статье Автора.========
  • 0
  • 0
  • 2
Александр, Критик 1-го уровня 28.02.17
А где фанера? Как она?========
  • 4
  • 0
  • 22
ВолОв, Критик 8-го уровня 28.02.17
Статья лёгкая для чтения, картинки прикольные. Не без весьма спорных заявлений, хотя оные больше похожи на умышленно расставленные крючочки для активизации форум дискуссии. Однако возбудить интерес к покупкам у заядлых хайфайщиков ну ни как не дотягивает, а привлечь внимание начинающих - явно не с той стороны заход. Для хайэндовских нуворишей же вообще, мягко говоря, не в кассу.  Абсолютное большинство меломанов нынче довольствуется предельно недорогой активной компьютерной акустикой а-ля "всё в одном", тем паче, потребительский  кризис на дворе. И заставить их раскошелиться - задача аховая. Не секрет, что главное в торговле/рекламе - правильное позиционирование товара. Говоря иными словами, каждый товар надо развернуть к лицу своего покупателя... Например: "Эта модель для ценителей хрустально-звонких высоких частот! И бац, АЧХ в подтверждение." Или: "Это шедевр дальнобойности! Кто слушает на расстоянии более 3 метров? Налетайте! И опять-таки пакет АЧХ как доказательство".========
Вступайте в закрытый клуб Pult.ru!
Подпишитесь на рассылку
и получите 500 бонусов 👋
Нажимая кнопку «Подписаться», я даю согласие на получение рассылок информационно-рекламного характера и обработку персональных данных.
Вы успешно подписаны!