lightanddesign.ru
You might also like
Проектирование колонок с помощью Ready -Made Designs, конечно, увлекательно, но в нем нет творческого элемента, кроме простого взгляда. Но было бы здорово, если бы вы смогли покорить основные принципы изготовления колонок, а затем сделать свои собственные, рассчитав все с тем, что у вас есть в распоряжении! Вы сможете это сделать, если возьмете несколько уроков у опытного преподавателя. Сегодня первый урок.
Уроки труда, или методика создания акустических систем
Все любители и профессионалы, заинтересованные в достоверном воспроизведении звука, знают, что без хороших колонок этого не сделать. Поэтому особенно загадочно видеть противоречия между различными взглядами на критерии хорошего оратора. Еще менее ясно, какие методы проектирования динамиков приводят к более надежным и приемлемым результатам.
Даже первого прослушивания достаточно, чтобы заметить очень существенные различия между звучанием одной и той же музыки в разных моделях. Однако, как утверждает производитель, главный параметр — отклик по ширине (AFR) — почти всегда близок к идеалу.
Большинство зрителей не делают выводов из собственных измерений АЧХ; проблема АЧХ в основном решена. Качество воспроизведения звука зависит от конструкции и материалов динамика, салона и перекрестка. Например: катушка без сердечника — хорошо, катушка с сердечником — еще хуже. Или: камера весом 40 кг лучше, чем камера весом 20 кг, при тех же габаритах и т.д.
Конечно, было бы неправильно ставить под сомнение влияние динамиков, толчков, кроссоверов, внутренней проводки, звуковых демпферов и других аксессуаров, но все ли в порядке с АЧХ? Независимые измерения в хорошо оборудованных лабораториях престижных зарубежных и отечественных звуковых журналов, например, не подтверждают оптимистичных параметров, заявленных производителями.
Фактически, каждая модель колонок имеет свою собственную кривую "ширина-отклик", которая значительно отличается от других моделей колонок во всех ценовых категориях. Наблюдаемые различия часто превышают порог восприятия, известный из психоакустики, и услышать их просто невозможно. А слушатели, конечно же, замечают его как разницу в балансе звучания при воспроизведении одного и того же произведения на разных колонках. Выявить тональные деформации в балансе тунца не так-то просто, ведь показатели простого производителя находятся прямо перед вами.
Это не значит, что эти замечательные графики — фарс. Ради рекламы снимаются мерки, чтобы изгибы выглядели "красиво". Например, увеличение скорости сканирования рабочего диапазона в сочетании с высокой инерционностью, т.е. в сочетании со средними пиками и поглощениями при регистрации зависимости звукового давления от частоты.
В конце концов, все мы хотим выглядеть немного лучше, чем на самом деле, поэтому расчешите волосы и умойте лицо. Перед важной встречей.
Более интересным является другое. Почему динамик с "плохой" АЧХ звучит лучше, а другой динамик, возможно, с менее уродливой характеристикой, звучит намного хуже? Независимые и более "честные" измерения показывают несовершенную передачу звукового баланса из-за функции АЧХ, но помогают интерпретировать и расшифровать важность "поворота" и дисбаланса характеристик и раскрывают их взаимосвязь. рабочие кривые и особые характеристики звучания динамика. Уместно привести следующее сравнение. Диаграмма сердца ничего не говорит обычному человеку, но специалист может прочитать в ней состояние пациента.
Наша задача сегодня — научиться анализировать АФК. Давайте начнем с самого распространенного вопроса. Потому что, имея все необходимое, дизайнеры не создают идеальных, одинаково хороших колонок. В конце концов, существует только один идеал — точка отсчета! Очевидно, что все колонки, которые к нему подходят, очень похожи. Существует несколько признанных методов достижения "равномерной" АЧХ, одним из основных является настройка динамиков анекдотической комнаты, представляющей собой вакуум. Существуют и другие, казалось бы, логичные и подходящие методы, например, пульсирующие сигналы. Однако, работая с одним и тем же алгоритмом, эксперт каждый раз получает разные результаты. Помните откровение одного заслуженного зарубежного учителя, опубликованное в "Аудиопрессе": "… Обеспечив идеальную АЧХ в звуковой камере, "испортите" эту характеристику для достижения приемлемого звучания в нормальных условиях…". Что касается известных методов измерения, не пора ли перестать молиться на единообразие в АФК?
Кроме того, все методы измерения в науке и технике неизбежно порождают различные наборы ошибок. В нашем случае самой пагубной ошибкой является методология. То есть, это относится к недостаткам самого подхода. Например, где вы разместите микрофоны по отношению к динамикам в звуковой камере? На акустической оси? И где находится эта ось? Перед твитом? А если он воспроизводится через 8 кГц? Тогда было бы дороже полагаться на ось сабвуфера, не так ли? Что произойдет, если поднять микрофон на 5 см выше? Вы получите совершенно разные ответы. Что я должен использовать в качестве ориентира? И почему вы думаете, что уши слушателя будут находиться именно там, где находится микрофон?
Кроме того, динамики положительно взаимодействуют с НЧ-динамиком и полом в нижней центральной части, их влияние не распространяется на анекдотическую комнату.
Не говорите до этого момента об интеграции излучения колонок с комнатой прослушивания. Это взаимодействие оказывает значительное влияние на звук, но конкретный способ его воспроизведения бесконечно изменчив и не может уложиться в прокрустово ложе математической модели с достаточной точностью для получения действительно качественного воспроизведения.
Еще одно интересное событие: в реальном помещении общая АЧХ пары колонок, даже если среднее значение узкое, сильно отличается от одиночной колонки. Обычные методы настройки динамиков не учитывают это важное событие. Это недопустимо, поскольку музыка, главное лицо солиста, в большинстве случаев находится в центре звуковой сцены, т.е. воспроизводится обеими колонками.
Из этого можно сделать вывод. Из-за этих многочисленных методических ошибок обычные регуляторы АЧХ обеспечивают неправильную функциональность для очень гладких колонок (Audio Note, Magnepan и т.д.). С другой стороны, очень ровные AFR, полученные ненадежным способом, выглядят очень подозрительно. В этом случае погрешности измерений компенсируются специально разработанными функциями. Это обеспечивает слепой надежный метод измерения, чего разработчики фактически не сделали.
Последнее, чего я хочу, это заменить веру в одни несовершенные принципы верой в другие, в себя. И они не идеальны — в них есть удивительные методологические ошибки, а грубых ошибок и того меньше.
Ключом к прогрессу является понимание краткосрочной роли приобретенных знаний и навыков, а также готовность воспринимать новые открытия в ходе практической работы и исследований. Ключевым фактором прогресса является понимание хрупкой роли приобретенных знаний и навыков, а также готовность к новым открытиям в ходе практической работы и исследований.
Результаты зависят от личности говорящего и его развития. Хорошо известно, что традиционные подходы могут привести к созданию превосходных продуктов, поскольку разработчики обладают высоким качеством и опытом.
Моя цель — предоставить всем желающим достаточно эффективную методику создания приемлемых аудиоколонок. Потребовалось длинное вступление, чтобы привлечь внимание к факторам, препятствующим развитию искусства настройки акустических систем.
Я хотел бы поделиться своим опытом, не тратя слишком много времени на "писанину". Поэтому я буду рассказывать только о событиях и приемах, полученных на практике, без рациональных или теоретических объяснений. Мой принцип — если у вас есть звуковая система, которая подтверждает рекомендации автора в хорошем звучании, вы можете уверенно высказывать свое мнение. В целях доступности методы расчета и корректировки упрощены настолько, насколько это возможно без существенного влияния на результаты.
Урок первый. Корпус
Прежде всего, ограничьте масштабность проблемы. Рассмотрим конструкцию и настройку двухсторонней акустической системы с использованием фазовращателя (ФИ). Этот человек проще для начинающих. Допустим, гостиная площадью 10-20 м2 загромождена. Это определяет выбор диаметра НЧ/СЧ-динамика. В этом случае оптимальный диаметр конуса составляет 10-20 см (приблизительно). Номинальная мощность (100 часов работы с одним шумом, не повреждающим динамик) составляет 20-60 Вт. Чувствительность 86-90 дБ/Вт/м. Частота настройки (кроме жилых помещений) — ниже 60 Гц. Если вас устраивает более низкая окружающая частота 100 Гц (из строящихся MSS), вы можете приобрести колонки с резонансом от 80 Гц до 100 Гц.
Кстати, если динамик воспроизводит без затухания хотя бы 100 Гц, звук будет очень основным и "тяжелым" и может даже стереть ненужные и весьма желательные элементы звуковой картины. Их можно восстановить с помощью сабвуфера, но чтобы не испортить звук, впечатления должны быть подобраны в соответствии с сателлитом.
Не обманывайтесь деталями дешевых паспортов динамиков, в которых сообщается о частотах от 30 до 40 Гц. Реалистично воспроизводятся только басовые звуки без погружения в формирование звукового образа. Большинство колонок начинают с 50-80 Гц, потому что все, что имеет затухание не менее 4-5 дБ, покрывается "верхней границей" (80-160 Гц). Мы привыкли думать, что это 30-40 Гц из-за ссылок на спецификации от -8 до -16 дБ. Внимательно изучите фактическую частотную характеристику динамика того или иного типа аудиосистемы. Отсчитывая -3 дБ от среднего уровня, мы видим, что даже очень большие напольные колонки могут эффективно работать примерно с 50 Гц.
Если диаметр диффузора 10-12 см, чувствительность 86-88 дБ/Вт/м, а мощность 20-30 Вт (типичные параметры для недорогих колонок), забудьте о "домашней дискотеке". С другой стороны, динамики наименьшего диаметра часто имеют более равномерную частотную характеристику, чем динамики большего диаметра.
‘Диапазон отклика и равномерность звучания у небольших колонок лучше. Интересно, что одна из самых качественных акустических систем, System Audio, использует только среднечастотные динамики.0.5.
Не полагайтесь на расчеты низкочастотных конструкций, поскольку практические результаты не отвечают им в точности. Опыт показывает, что целесообразно выбирать динамики с коэффициентом качества более 0,3-0,4. В противном случае трудно обеспечить приемлемый бас, даже при использовании фазовращателей. Для таких колонок целесообразно изготовить корпус, примерно равный эквивалентному объему колонки.
Сам тестовый эквивалентный объем рекомендуемых параметров колонок соответствует диаметру: 10 см — ? 18 литров — 16 см — ? 26 литров — 20 см — ? 50 литров.
В качестве основного примера рассмотрим корпус ФИ динамика диаметром 16 см. Объем составляет 26 литров. Площадь участка пересечения g равна 44 см2. Длина трубки Fi -20 см. Частота распространения составляет приблизительно 40 Гц. Поверхность поперечного сечения FI должна составлять 20-25% от поверхности диффузора SD.
Sd = ? x (d/2)2, где d — диаметр диффузора, прилегающего к центру зависания (рис. 1).
Если необходимо пересчитать размер приборной трубы для разных "литров" (разных диаметров динамика) при сохранении частоты настройки, действуйте, как показано в следующем примере.
1. динамик d = 9 см, эквивалентный объем (ve) ? 8 л. 8 литров — это 3,25 раза по 26 литров. Разница должна быть компенсирована за счет изменения длины (L) и поверхности (SFI) трубки FI. В противном случае частота настройки ФИ будет быстро увеличиваться.
Резонансная частота FFI может быть уменьшена путем увеличения LFI и уменьшения SFI. Стандартный SFI для динамиков с площадью: SD = ? (9 см /2)2 = 3,14 x (4,57 см)2 ? 63,6 см 2 находится на площади: SFI ? 63,6 см 2 /5 … 63,6 см 2 /4 ? 13 см 2 … 16 см 2. В этом случае сокращение SFI составляет 44 см2 /(13 см2 …) FFI. 16 см2) ? 2, 75 … Снижение FFI в 3,38 раза. Это полностью компенсирует изменение в опухолях АК на 3,25 фюри.
Кстати, в небольших домах (V = 8 литров) невозможно компенсировать уменьшение объема за счет увеличения длины трубы FI. Кроме того, от внутреннего конца трубки до ближайшего барьера (стены колонки) должно быть свободное расстояние не менее 8 см (максимум 5 см). Другими словами, один из размеров корпуса (параллельно оси трубки FI) должен быть равен LFI (20 см) + 8 см (свободное пространство) + около 3 см (толщина двух стенок корпуса). ) = 31 см.
Для 8-литровых корпусов такой большой размер — это только высота. Возможная конструкция щелевого ФИ с прямоугольным сечением трубы показана на рис. 2a.
Это очень непрактичный план. Это связано с тем, что ИП должен быть установлен на специальное основание, которое не препятствует выходу ИП. Перемещение дверцы упрощает установку колонки, но при этом ухудшается обзор сверху, и колонка становится отличной ловушкой для пыли, мусора и мелких предметов.
Конструкция, показанная на рисунке 2b, очень полезна. Однако требуется увеличение высоты до 31 см + 8 см = 39 см. Это не всегда приемлемо.
Можно сделать корпус в виде глубокой "буханки" — без глубины (рис. 2С).
Если требуемая длина трубы не может быть обеспечена, можно поступить следующим образом.
Сначала выберите минимальное значение SFI = SD / 6. SFI = 63,6 см 2 /6 ? 10,6 см 2, где
Во-вторых, жертвуйте увеличением FFI до ? 50-60 Гц, с небольшим снижением SFI (около 30%).
Уменьшение SFI до 10,6 см 2 снижает эффективность FFI, что приводит к увеличению "замирания" в области 40-60 Гц.
Увеличение FFI при уменьшении LFI допустимо, поскольку частота 10-сантиметровых динамиков выше, чем 16-сантиметровых. Это означает, что ФИ 55 Гц добавляет усиление баса и настраивает динамик на ящик (в данном случае 70-90 Гц), а пагубное увеличение баса происходит на 50-100 Гц. Это происходит, например, при замыкании ФИ корпуса динамика диаметром 16 см.
Поэтому совершенно нормально выбрать LFI ? 14 см и SFI ? 13 см 2 для колонки с редуктором объемом 8 литров и диаметром 10 см.
2. динамик d = 18 см, эквивалентный объем (ve) ? 50 л. 50 литров в 1,92 раза больше, чем 26 литров.
Оптимальный SFI для области динамика:.
sd ? 3,14 x (18 см / 6)2 ? 254,3 см 2
Диапазон.
SFI ? 254,3 см 2 /5 … 254,3 см 2 /4 ? 51 см 2 … 64 см 2.
Увеличение VE на 1,92 имеет больший эффект, чем увеличение SFI на 1,45. Как правило, частота FFI снижается примерно до 35 Гц. Снижение FFI является положительным, так как координационная частота (КЧ) динамика 20 см ниже, чем КЧ динамика 16 см. Не компенсируйте это уменьшением LFI.
Опытные специалисты могут подробно описать фазовую конфигурацию колонки для достижения наиболее ровной характеристики мощности в области от нижней границы частот колонки до 125-200 Гц. Для любителя или начинающего пользователя это не то, к чему нужно прилагать много усилий.
В следующем разделе объясняется, как проверить AFR, достигнутый в НЧ, и как устранить недопустимые отклонения. Влияние на звук нежелательных реакций на область низких частот также сильно зависит от соотношения уровней низких частот и центральной области. Следует помнить, что отклик на низких частотах в любом случае будет очень неравномерным из-за взаимодействия между динамиком и реальным помещением.
Основные усилия должны быть направлены на получение желаемого отклика на средние частоты и балансировку НЧ, СЧ и ВЧ динамиков. На первом этапе проектирования колонки необходимо учесть следующие советы
Дома должно быть тихо. В идеале звук издают только динамики, но в реальной жизни на них реагируют дома. Переклассификация звука от стенок корпуса приводит к деформации.
Один из самых простых способов улучшить защиту корпуса от вибрации — увеличить толщину стенок. Здесь необходимо знать границы. Прослушивание показывает, что, начиная с определенного значения, эта мера немного улучшает звук. Для колонок, размещенных на полках, достаточно 16-8 мм дипа или волокна. Это полезно для внутреннего укрепления кабинета путем укрепления реберных костей.
Конечно, существует множество способов защитить кабины динамиков. Например, они показаны в книге "Высококачественные акустические системы и излучатели" (Алдошина И.А., Войшвилло А.Г. — М.: Радио и связь, 1985). Практика показывает, что 16-миллиметровые стены, усиленные жесткими реберными костями, обеспечивают достаточную защиту от вибрации.
Абсолютной истины не существует. Существуют альтернативные варианты использования шкафов из массива дерева, каждый из которых имеет свое собственное звучание. Это трудный путь с техническими и творческими проблемами. Она не для новичков и требует высокого уровня столярного мастерства, сильного восприятия музыки и терпения, чтобы найти приемлемый план кабинета. Иногда таким образом можно получить отличные колонки.
Урок второй. Фильтры
Если вы думаете, что фильтр — это просто схема, которая разделяет сигнал на несколько частотных зон для нужной колонки, то я должен вас разочаровать. Все гораздо сложнее. Простой кроссовер необходим для идеального динамика с равномерной АЧХ по звуковому давлению, но, к сожалению, это не так. В лучшем случае некоторые приводные устройства могут предложить метод балансировки кроссовера типа AFH.
Ситуация усложняется сложным взаимодействием динамиков в полосе пропускания басов и деревьев. Например, СЧ и ВЧ устройства идеально ровные на зоне, имеют приличный откат от зоны, но плохо откатываются при совместной работе. Для начинающих особенно проблематично подобрать НЧ-динамики к среднечастотным колонкам. Техника создания таких бесшовных соединений — тема другой статьи. Прежде всего, необходимо приобрести опыт в настройке двухсторонних колонок.
Даже самый простой фильтр является мощным инструментом в умелых руках и приближает отклик реального динамика к желаемому идеалу. Фильтры первого класса (индукционные катушки динамиков) почти всегда не подходят для НЧ/СЧ-динамиков. Они не останавливают АЧХ в поперечной зоне, напрягают поясницу и превращают звук в тусклый, незамутненный, монотонный гул. В некоторых случаях такие фильтры могут слегка корректировать ВЧХ в верхней части воспроизводимой области вплоть до НЧ/СЧ-динамика. Частота среза близка к верхней частоте динамика.
Редкие головки будут увеличиваться в зависимости от частотной характеристики для некоторых октав. В этих случаях для балансировки отклика можно использовать индукционный фильтр первого порядка, в то время как чаще всего используется фильтр второго порядка. Это исключает сильную деформацию частотной характеристики относительно транспортной зоны.
Объединяя емкость и самогенерацию фильтра второго класса, схема может использоваться как балансир, усиливая или погружая отклик в зоне вокруг частоты среза. Это один из методов оптимизации AFC.
Форма. 3 показан фильтр второго класса. Емкость подключается параллельно динамику.
Рассчитайте значения L1 и C1 фильтра без увеличения или уменьшения частоты среза. Проверьте значения комплексных резисторов, указанные производителем. Если бумаги нет, измерьте резистор постоянного тока и умножьте полученное значение на 1,25. Просто используйте R, чтобы показать результат
где FC — частота отключения, и
C1 = 1 / ((2P x FC) 2 L1).
Пример: r = 4 ?, fc = 1,6 кГц.
L1 = 4 / (6,28 x 1,6 x 10 3) = 3,98 x 10 -4 h = 0,398 mH = 398 m h,.
C1 = 1 / (6,28 x 1,6 x 10 3) 2 x 3,98 x 10 -4 = 2,49 x 10 -5 f = 24,9 м f.
В этом случае коэффициент (величина без фазы) резисторов L1 и C1 на частоте FC равен R т.е. 4 ?. Другими словами, на частоте падения коэффициенты резисторов L1 и C1 равны. всегда равны.
Если требуется выравнивание частотной характеристики, например, 1 дБ на FC, т.е. примерно 10%, то резистор L1 (| zL1|) и c1 (| zC1|) r = 4 ? по сравнению с r = 4 ?, т.е. около 10%, т.е. 4 ? x 0,9 = 3,6 ?.
L1 = 3,6 / (6,28 x 1,6 x 10 3) = 3,58 10 -4 ч = 0,358 мН = 358 м Н.
C1 = 1 / (6,28 x 1,6 x 10 3) 2 x 3,58 x 10 -4 = 2,77 x 10 -5 f = 27,7 м f.
Частота среза остается прежней, но при FC головка получает примерно 110% сигнала из-за повышенного потребления мощности усилителем и преобразования от "звукового" фильтра с коэффициентом качества, превышающим усиленный сигнал головки.
Если вы хотите "опустить" область вокруг Fc на 1 дБ, вам нужно пересчитать фильтр так, как если бы фильтр был нагружен импедансом динамика приблизительно 1,1×4 Ом = 4,4 Ом.
Увеличение L1 и уменьшение C1 можно легко использовать для получения желаемого значения. В этом случае Fc остается неизменным и | Zl| и |ZC|Z составит 4,4 ?.
L1 = 398 мГн x 1,1 = 438 мГн.
C1 = 24,9 мкФ x 1,1 = 22,64 мкФ.
Zl1| = 2? x F x L1, | ZC1| = 1 / (2? x F x C).
Обратите внимание, что если вы хотите увеличить выходную мощность вокруг FC, вы должны принять падение импеданса динамика в той же области.
Необходимо проверить падение импеданса. Попробуйте следующий простой метод.
Подключите цепь, показанную на рис. 4a.
На этой схеме символ "+" соответствует красной клемме, а символ "-" — черной клемме. На результаты измерений не влияет смена полярности.
Синусоидальный сигнал 1 кГц от генератора подается на вход усилителя. Используя регулятор громкости усилителя и регулятор выходного уровня генератора, установите на выходных клеммах усилителя фактическое напряжение около 1 В. Для этого необходим вольтметр, способный измерять фактическое значение напряжения в слышимом диапазоне частот.
Откройте вольтметр и измерьте напряжение на выходе резистора R2. Измеритель показывает примерно 38,5 мВ. Отрегулируйте уровень сигнала так, чтобы показания вольтметра составляли примерно 40 мВ.
Подключите динамик вместо R2. Медленно изменяйте частоту сигнала на выходе генератора. Вы увидите, как изменится показание вольтметра. Эти изменения пропорциональны величине импеданса динамика в зависимости от частоты. Измерительные характеристики можно построить график. Горизонтальная ось — шкала частоты, вертикальная ось — уровень напряжения. Оба показателя находятся в логарифмической шкале. (Пример в чистом виде будет опубликован в следующем номере AV Practice). Плавно изменяя частоту, минимальный уровень напряжения ищется особенно тщательно. Эти характерные точки соответствуют минимальным значениям импеданса переменного тока.
С достаточной точностью можно принять значение импеданса|ZAC|. Она равна показанию вольтметра, деленному на 10.
Например, 40 мВ соответствует 4 Ом, а 30 мВ — 3 Ом. Если высокочувствительный вольтметр недоступен, может помочь хороший тестер. В режиме переменного напряжения тестер представляет собой вольтметр. Показания прибора точны до 2-5 кГц, за пределами которых возможны значительные погрешности. Проверьте паспорт контроллера. Кроме того, не все модели контроллеров способны с высокой точностью измерять сигналы в десятки милливольт. В этом случае выходной сигнал на клеммах усилителя может быть установлен на 10 В вместо 1 В. В режиме измерения усилитель нагружается сопротивлением 100 Ом или более. При таком высоком сопротивлении нагрузки даже большинство маломощных усилителей могут генерировать реальное напряжение в 10 вольт без перегрева.
К сожалению, при выходном напряжении 10 В существует риск перегорания резисторов стабилизирующей цепи, присутствующих в схеме многих усилителей. Поэтому не рекомендуется проводить измерения на частотах выше 3 кГц.
В режиме ’10 Вольт’ очевидно, что тестовый резистор R2 должен быть установлен на 400 мВ вместо 40 мВ. В результате шкала напряжения изменяется с шагом от 125 мВ до 6000 мВ (6 В). Это позволит разделить показания вольтметра на 100, чтобы получить величину импеданса переменного тока. Например, 400 мВ соответствует 4 ?.
