0

Сравнение

VIP Club

Анатомия акустических систем контрапертурные АС — преимущества экзотики против серийного рационализма

Автор статьи: Горшенин Яков
12.02.2018 6325 1

В нашем блоге ещё не поднималась тема архиредкого, экзотического типа акустических систем — известных как контрапертурные. Говоря откровенно, мы смутно себе представляем, что это такое, зачем оно нужно и с чем его “едят”. Поэтому пришлось изрядно погуглить. Среди источников нашлись пара форумов, две научные статьи и один патент. Между тем, у нас есть желание охватить в этом цикле все существующие типы АС, и поэтому мы решили не обходить эту бесспорно интересную тему стороной.

Анатомия акустических систем

В Википедии и других источниках контрапертурные АС представляются как пример экономически и серийно необоснованных решений для пресловутого High End. Приверженцы контрапертурных АС считают их несправедливо забытой эволюционной ветвью звуковоспроизводящих устройств, позволяющих получить всенаправленное излучение и массу других замечательных эффектов невозможных при использовании другой архитектуры. Под катом подробно о контрапертурной акустике.

Как работает?

Сам термин “контрапертура” чаще используется в оптике, где обозначает соосно расположенные излучающие свет отверстия. В акустике смысл немного меняется, и вместо отверстий следует понимать громкоговорители.

Акустическое оформление в таких АС предполагает размещение двух идентичных динамиков (и тут величины, которыми можно пренебречь, становятся очень малы) строго друг напротив друга и их синфазное включение. Важно, чтобы излучатели не имели фазовых задержек и частотных отличий (это в разы увеличивает стоимость компонента). При соблюдении этих условий волны от противонаправленных динамических головок контрапертурной АС излучают результирующую волну со сферическим фронтом (т.е, фактически, представляют собой всенаправленный излучатель).

Анатомия акустических систем

Эти принципы контрапертурного излучения были описаны в работе Л.В. Головкиной “Creation speakers in all sides direction in acoustics”. Там отмечалось, что можно определить оптимальное расстояние между соосно расположенными динамиками для появления эффекта всенаправленного излучения.

“Это расстояние определяется углом раскрыва диаграммы направленности головки и суммарным звуковым давлением, создаваемым на некотором расстоянии от головки при подведении определенной мощности.“ (Головкина)

Анатомия акустических систем
Контрапертурная и полуапертурная АС

1, 2 – корпуса для широкополосных головок (3), отражающая пластина — 4.

Также известны т.н. полуапертурные АС, где вместо второго излучателя применяется специальная пластина. Принцип остаётся близким, с той лишь разницей, что эффект достигается с использованием отраженных волн.

Эксперты отмечают незначительные различия в результирующих волнах при использовании контрапертурного и полуапертурного излучения.

Анатомия акустических систем

Результаты измерения АЧХ полного контрапертурного излучателя (сплошная линия – 1) и полуапертурного (пунктирная линия – 2)

Анатомия акустических систем

Зависимость усредненного уровня звукового давления излучателей от расстояния 1 – два контрапертурных излучателя; 2 – две обычные системы (стереопара);3 – одна обычная акустическая система; 4 – один полуапертурный излучатель; 5 – два полуапертурных излучателя; 6 – один контрапертурный излучатель.

Сходство было подтверждено в работе Головкиной Л.В., Умярова Р.Я. “Исследование контрапертурных излучателей в акустике”, которые были проведены в Харьковском национальном университете радиоэлектроники.

Зачем и как это используют?

В отличии от многих нерациональных, бессмысленных, коммерчески спекулятивных решений в High End, применение контрапертурного излучения имеет как физическое, так и психоакустическое обоснование. Описаны эффекты, сказывающиеся на верности воспроизведения.

Диаграмма направленности
При взаимодействии волн соосно расположенных динамиков звуковое давление создаётся в воздушном “столбе” между ними. Возникает т.н. “монополь давления” или точка всенаправленного излучения. Таким образом расширяются вертикальная и горизонтальная диаграммы направленности.

Анатомия акустических систем

Логично, что при использовании всенаправленного излучения зона комфортного прослушивания увеличивается. Соответственно, нет необходимости в поиске “вершины треугольника” для создания корректной стереопанорамы и правильного расположения КИЗ (кажущихся источников звука). Таким же образом решается проблема “дальней зоны”, в которой прослушивание становится более комфортным.

На форумах доводилось встречать аргументы из серии:

“Таким образом увеличится количество отражений, звук станет кашей и диаграмма направленности будет не нужна!”

Хочу отметить, что отражения бесспорно будут, как и при использовании АС с классической архитектурой. Соответственно, без акустической обработки помещения обойтись будет нельзя. При этом у классических АС отражений никак не меньше, просто они неравномерны и точно также требуют соответствующих решений в отделке стен и т.п.

Анатомия акустических систем

Немного о доплеровской интермодуляции

Практически все, кому доводится писать о контрапертурной акустике, упоминают о допплеровской интермодуляции. На сайте “Основы акустики” этому термину дано следующее определение: “Фазовые и частотные смещения или колебания звуковой волны из-за движения источника звука”.

Если упрощенно, то причиной этих искажений является изменение расстояния от мембраны громкоговорителя до слушателя. Любой драйвер с электромеханическим принципом излучения (динамик, изо (орто)динамик, электростат и т.п.) не избавлен от этого недостатка при классической архитектуре системы.

Считается, что высокая чувствительность слуха к доплеровской интермодуляции обусловлена нейропсихологически. На ней основан механизм определения расстояния до тех или иных объектов с помощью слуха. Такая способность слуха развивалась эволюционно как индикатор вероятной опасности (движущегося объекта). По этой причине даже незначительные изменения расстояния от мембраны динамика до уха могут восприниматься на слух, создавая эффект естественного фленжера (приближающийся/удаляющийся поезд).

В случае с контрапертурными излучателями источник излучения (“монополь давления”) является статичным, и не перемещается, соответственно, и эффект флэнжера доплеровской интермодуляции не возникает.

Гипотеза психоакустического комфорта
Ряд авторов отмечают “высокую естественность” и “субъективный психологический комфорт” от музыки, воспроизведенной через контрапертурную акустику. Утверждается, что причиной этих эффектов является отсутствие описанного выше изменения расстояния.

Иными словами, постоянно движущийся взад-вперед объект воспринимается мозгом как более опасный (на уровне базовых рефлекторных реакций), а неподвижный — как менее опасный. Такие суждения остаются гипотетическими и пока не нашли экспериментального подтверждения, но популярны как среди меломанов, так и среди исследователей психоакустики.

Сухой остаток: достоинства и недостатки

Итак, достоинства:

  • Всенаправленность излучения.
  • Круговая горизонтальная и широкая вертикальная диаграммы направленности.
  • Отсутствие доплеровской интермодуляции.
  • Гипотетический рефлекторный комфорт (не подтвержден).

Специфическими недостатками контрапертурных АС считают:

  • Сложности с точным соосным размещением динамиков.
  • Отсутствие экспериментальных данных по базовым характеристикам многополосных контрапертурных АС.
  • Усложнение конструкции АС, особенно в случае использования многополосной схемы и, соответственно, снижение технологичности.
  • Подбор пар громкоговорителей со строго идентичными частотными характеристиками.
  • Снижение допустимой технологической погрешности при монтаже излучателей и отражателей.
  • Увеличение себестоимости (необходимость в использовании дополнительных громкоговорителей и отражателей).

И как следствие всего перечисленного выше — астрономическая цена.

Анатомия акустических систем

Эти недостатки сделали контапертурную акустику, пожалуй, самым непопулярным типом АС для массового производителя. Кроме того, как и для любой другой акустической системы, для контрапертурных моделей характерны такие распространенные проблемы, как резонансы корпуса, кривая АЧХ, THD, IMD, проблемные фильтры, которые “крутят фазу” и пр.

Итог

Самым заметным и наиболее ценным эффектом контрапертурных АС является расширение “зоны комфорта” при прослушивании, за счет круговой диаграммы направленности. Доплеровская интермодуляция и гипотетический психоакустический комфорт — это очень красивые, но мало убедительные аргументы в пользу таких АС.

Как нам представляется — это одни из наименее заметных проблем, которые могут существовать в акустических системах. По нашему опыту, эффект фленджера становится по-настоящему существенным при расстояниях от нескольких метров (приближающийся поезд), что вряд ли сравнимо с колебаниями мембраны динамического громкоговорителя. А гипотетическая опасность движущихся объектов, полагаем, спорный теоретический аргумент.

Справедливости ради хотим отметить, что немало людей не разделяют нашу точку зрения и утверждают, что доплеровская интермодуляция серьезно портит звук. Слепых тестов, ввиду редкости такой акустики, проводить и наблюдать не приходилось. Если у читателей есть сведения по поводу заметности этих эффектов и “уникальном комфорте“ при прослушивании контрапертурных колонок — будем признательны за Комменты.

При всей первоначальной привлекательности идеи, всё портит конечная стоимость продукта, которая увеличивается ещё и в связи с тем, что сам продукт — экзотическая редкость. На современном рынке аудио нам известно 2 серийных производителя.




  • 0
  • 0
  • 0
Аноним, Критик 1-го уровня 14.02.18
Доплеровские интермодуляционные искажения (для краткости будем называть их ДИИ) теоретически могут существовать, но в реальных условиях это, как правило не случается. Для понимания этого нужно вспомнить психофизические особенности слуха. Определить высоту звука человек способен, если звук воспринимается как тон. Это возможно, если звук длится, как минимум 0.1 — 0.2 с. При меньших длительностях мы воспринимаем звук как удар или щелчок. Чтобы почувствовать доплеровский сдвиг частоты, все это время диффузор должен двигаться в одном направлении. Таким образом, для возникновения ДИИ необходимо наличие одновременных колебаний диффузора минимум двух частот, и движение диффузора в одном направлении на низшей из этих частот в течении минимум 0.1 с. В одном направлении диффузор движется половину периода колебания, то есть восприятие ДИИ возможно, если низшая из частот не выше 5 Гц. Такие низкочастотные колебания обычные акустические системы не воспроизводят, следовательно и условий для возникновения доплеровских интермодуляционных искажений не возникает.========
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!