Статьи

Акустическая система (Общие понятия и наиболее часто задаваемые вопросы)

1. Что такое акустическая система (АС)?

 Это устройство для эффективного излучения звука в окружающее пространство в воздушной среде, содержащее одну или несколько головок громкоговорителей (ГГ), необходимые акустическое оформление (АО) и электрические устройства, как то переходные фильтры (ПФ), регуляторы, фазовращатели и т.п.

 2. Что такое головка громкоговорителя (ГГ)?

 Это пассивный электро акустический преобразователь, предназначенный для преобразования сигналов звуковой частоты из электрической формы в акустическую.

 3. Что такое пассивный преобразователь?

 Это такой преобразователь, который НЕ увеличивает энергию электрического сигнала, поступающего на его вход.

 4. Что такое акустическое оформление (АО)?

 Это конструктивный элемент, обеспечивающий эффективное излучение звука ГГ. Иными словами, в большинстве случаев АО – это корпус АС, который может иметь вид акустического экрана, ящика, рупора и т.д.

 5. Что такое однополосная АС?

 Фактически то же самое, что и широкополосная. Это АС, все ГГ которой (обычно одна) работают в одном и том же диапазоне частот (т.е.фильтрация входного напряжения при помощи ПФ, равно как и сами фильтры отсутствуют).

  6. Что такое многополосная АС?

 Это АС, ГГ которой (в зависимости от их числа) работают в двух или более разных диапазонах частот. Однако непосредственный подсчет количества ГГ в АС (особенно выпуска прошлых лет) может ничего не сказать о реальном числе полос, поскольку на одну и ту же полосу может выделяться несколько ГГ.

 7. Что такое АС открытого типа?

 Это такая АС, в которой влияние упругости воздуха в объеме АО пренебрежимо мало, а излучения передней и тыльной сторон подвижной системы ГГ не изолированы друг от друга в области НЧ. Представляет собой плоский экран или ящик, у которого задняя стенка или полностью отсутствует, или же имеет ряд сквозных отверстий. Наибольшее влияние на частотную характеристику АС с АО открытого типа оказывают передняя стенка (в которой смонтированы ГГ) и ее размеры. Вопреки распространенному мнению, боковые стенки АО открытого типа влияют на характеристики АС крайне мало. Таким образом важен не внутренний объем, а площадь передней стенки. Даже при сравнительно небольших ее размерах воспроизведение НЧ значительно улучшается. Вместе с тем в области СЧ и, особенно, ВЧ экран уже не оказывает существенного влияния. Существенным недостатком таких систем является их подверженность акустическому «короткому замыканию», которое приводит к резкому ухудшению воспроизведения НЧ.

  8. Что такое АС закрытого типа?

 Это такая АС, в которой упругость воздуха в объеме АО соизмерима с упругостью подвижной системы ГГ, а излучения передней и тыльной сторон подвижной системы ГГ изолированы друг от друга во всем диапазоне частот. Иными словами, это АС, корпус которой выполнен герметично закрытым. Преимущество таких АС в том, что задняя поверхность диффузора не излучает и, таким образом, акустическое «короткое замыкание» полностью отсутствует. Но закрытые системы имеют другой недостаток – при колебаниях диффузора он должен превозмогать дополнительную упругость воздуха в АО. Наличие этой дополнительной упругости приводит к тому, что повышается резонансная частота подвижной системы ГГ, в результате чего ухудшается воспроизведение частот,  лежащих ниже этой частоты.

 9. Что такое АС с фазоинвертором (ФИ)?

 Стремление получить достаточно хорошее воспроизведение НЧ при умеренном объеме АО довольно хорошо достигается в так называемых фазоинверсных системах. В АО таких систем делается щель или отверстие, в которое может быть вставлена трубка. Упругость объема воздуха в АО резонирует на какой-то частоте с массой воздуха в отверстии или трубке. Эта частота называется резонансной частотой ФИ. Таким образом, АС в целом становится состоящей как бы из двух резонансных систем – подвижной системы ГГ и АО с отверстием. При правильно выбранном соотношении резонансных частот этих систем воспроизведение НЧ значительно улучшается по сравнению с АО закрытого типа с таким же объемом АО. Несмотря на очевидные преимущества АС с ФИ, очень часто такие системы, изготовленные даже опытными людьми, не дают ожидаемых от них результатов. Причина этого в том, что для получения необходимого эффекта ФИ должен быть правильно рассчитан и настроен.

  10. Что такое bass-reflex?

 То же самое, что ФИ.

 11. Что такое кроссовер?

  То же самое, что переходной или разделительный фильтр.

  12. Что такое переходной фильтр?

 Это пассивная электрическая схема (обычно состоящая из катушек индуктивности и емкостей), которая включается перед входным сигналом и обеспечивает то, чтобы на каждую ГГ в АС поступало напряжение только тех частот, которые они должны воспроизводить.

 13. Что такое «порядки» переходных фильтров?

 Поскольку никакой фильтр не может обеспечить абсолютного обрезания напряжения на заданной частоте, ПФ рассчитывают на определенную частоту разделения, за пределами которой фильтр обеспечивает выбранную величину затухания, выражаемую в децибелах на октаву. Величина затухания называется крутизной и зависит от схемы построения ПФ. Не углубляясь особо в подробности, можно сказать, что простейший фильтр – так называемый ПФ первого порядка – состоит всего из одного реактивного элемента – емкости (при необходимости обрезать НЧ) или индуктивности (при необходимости обрезать ВЧ) и обеспечивает крутизну в 6дБ/окт. Вдвое большую крутизну – 12дБ/окт. – обеспечивает ПФ второго порядка, содержащий по два реактивных элемента в цепи. Затухание в18дБ/окт. обеспечивает ПФ третьего порядка, содержащий по три реактивных элемента и т.д.

 14. Что такое октава?

 В общем случае - это удвоение или ополовинивание частоты.

 15. Что такое рабочая плоскость АС?

 Это плоскость, в которой расположены излучающие отверстия ГГ АС. Если ГГ многополосной АС расположены в разных плоскостях, то за рабочую принимается та, в которой расположены излучающие отверстия ГГ ВЧ.

16. Что такое рабочий центр АС?

Это точка, лежащая на рабочей плоскости, от которой производится отсчет расстояния до АС. В случае однополосных АС за него принимают геометрический центр симметрии излучающего отверстия. В случае многополосных АС за него принимается геометрический центр симметрии излучающих отверстий ГГ ВЧ или проекций этих отверстий на рабочую плоскость.

 17. Что такое рабочая ось АС?

Это прямая, проходящая через рабочий центр АС, и перпендикулярная рабочей плоскости.

 18. Что такое номинальное сопротивление АС?

 Это заданное в технической документации активное сопротивление, которым замещают модуль импеданса АС при определении подводимой к нему электрической мощности. Согласно стандарту DINминимальное значение модуля импеданса АС в заданном диапазоне частот не должно быть менее 80% от номинального.

19. Что такое импеданс АС?

Без углубления в основы электротехники можно сказать, что импедансом называется ПОЛНОЕ электрическое сопротивление АС (включая и кроссоверы, и ГГ), в состав которого в виде довольно сложной зависимости входит не только привычное всем активное сопротивление R (которое можно измерить обычным омметром), но также и реактивные компоненты в лице емкости C (емкостное сопротивление, зависящее от частоты) и индуктивности L (индуктивное сопротивление, также зависящее от частоты). Известно, что импеданс является комплексной величиной (в смысле комплексных чисел) и, вообще говоря, предствляет собой трехмерный график (в случае АС он часто похож на «поросячий хвост») в координатах «амплитуда-фаза-частота». Именно по причине его комплексности, когда говорят об импедансе как о численной величине, говорят о его МОДУЛЕ. Наибольший интерес с точки зрения исследований представляют проекции «поросячьего хвоста» на две плоскости: «амплитуда-от-частоты» и «фаза-от-частоты». Обе этих проекции, представленные на одном графике, носят название «графика Боде». Третья проекция «амплитуда-от-фазы» носит название «графика Найквиста».

 С появлением и распространением полупроводников усилители звуковой частоты стали вести себя более менее как источники «постоянного» напряжения, т.е. они, в идеале, должны поддерживать на выходе одно и то же напряжение вне зависимости от того, какая нагрузка на него повешена, и какова потребность в токе. Поэтому если предположить, что усилитель, приводящий ГГ АС в движение, представляет собой источник напряжения, то импеданс АС четко покажет, каков будет потребляемый ток. Как уже было сказано, импеданс не только реактивен (т.е. характеризуется ненулевым углом сдвига фаз), но еще и изменяется с частотой. Отрицательный угол сдвига фаз, т.е. когда ток опережает напряжение, обусловлен емкостными свойствами нагрузки. Положительный угол сдвига фаз, т.е когда ток отстает от напряжения, обусловлен индуктивными свойствами нагрузки.

 Каков же импеданс типичных АС? Стандарт DIN требует, чтобы величина импеданса АС не отклонялась от указываемого номинала более чем на 20%.Однако на практике все обстоит гораздо хуже – отклонение импеданса от номинала составляет в среднем +/-43%! До тех пор, пока усилитель характеризуется низким выходным сопротивлением, даже такие отклонения не привнесут каких либо слышимых эффектов. Однако как только в игру вводится ЛАМПОВЫЙ усилитель с выходным сопротивлением порядка нескольких Ом(!), результат может быть весьма плачевным– окраска звучания неизбежна.

 Измерение импеданса АС является одним их наиболее важных и мощных диагностических средств. По графику импеданса можно очень много сказать о том, что представляют собой данные АС, даже не видя их в глаза и не слыша. Имея перед глазами график импеданса, можно сходу сказать, какого типа данные АС– закрытого (один горб в области баса), фазоинверторного или трансмиссионного (два горба в области баса) или же какой либо разновидности рупорных (последовательность равномерно разнесенных пиков). Судить о том, насколько хорошо будет воспроизводиться бас (40-80Гц) и самый нижний бас (20-40 Гц) теми или иными АС можно по форме импеданса в этих областях, равно как и по добротности горбов. «Седло», образованное двумя пиками в низкочастотной области, типичными для фазоинверторной конструкции, указывает на частоту, на которую «настроен» фазоинвертор, каковая обычно является частотой, на которой отдача НЧ ГГ падает на 6дБ, т.е. приблизительно в 2 раза. Из графика импеданса можно также понять, есть ли в системе резонансы, и каков их характер. К примеру, если проводить измерения с достаточным разрешением по частоте, то, возможно, на графике появятся своего рода «зарубки», свидетельствующие о наличии резонансов в акустическом оформлении.

 Ну и, пожалуй, самое важное, что можно вынести из графика импеданса, это то, насколько тяжела будет эта нагрузка для усилителя. Поскольку импеданс АС реактивен, ток будет либо отставать от напряжения сигнала, либо опережать его на фазовый угол. В худшем случае, когда фазовый угол составляет 90 градусов, от усилителя требуется выдать максимальный ток в то время как напряжение сигнала стремится к нулю. Поэтому знание «паспортных» 8 (или 4) Ом в качестве номинального сопротивления НЕ дает ровным счетом ничего. В зависимости от фазового угла импеданса, который будет на каждой частоте разным, те или иные АС могут оказаться тому или иному усилителю «не по зубам». Также очень важно отметить, что БОЛЬШИНСТВО усилителей НЕ кажутся нам не справляющимися с АС лишь потому, что на ТИПИЧНЫХ уровнях громкости, допустимых в ТИПИЧНЫХ домашних условиях, ТИПИЧНЫЕ АС НЕ требуют от ТИПИЧНОГО усилителя «пропитания» более чем всего несколько Ватт.

 20. Что такое номинальная мощность ГГ?

 Это заданная электрическая мощность, при которой нелинейные искажения ГГ не должны превышать требуемые.

  21. Что такое максимальная шумовая мощность ГГ?

 Это электрическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую ГГ длительно выдерживает без тепловых и механических повреждений.

 22. Что такое максимальная синусоидальная мощность ГГ?

 Это электрическая мощность непрерывного синусоидального сигнала в заданном диапазоне частот, которую ГГ длительно выдерживает без тепловых и механических повреждений.

 23. Что такое максимальная кратковременная мощность ГГ?

 Это электрическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую ГГ выдерживает без необратимых механических повреждений в течение 1с (испытания повторяют 60 раз с интервалом в 1 мин.)

 24. Что такое максимальная долговременная мощность ГГ?

 Это электрическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую ГГ выдерживает без необратимых механических повреждений в течение 1 мин. (испытания повторяют 10 раз с интервалом в 2 мин.)

 25. При прочих равных, АС с каким номинальным сопротивлением является более предпочтительной -4, 6 или 8Ом?

 Более предпочтительной в общем случае является АС с более высоким номинальным сопротивлением, поскольку такая АС представляет собой более легкую нагрузку для усилителя и, следовательно, гораздо менее критична к выбору последнего.

 26. Что такое импульсная характеристика АС?

 Это ее отклик на «идеальный» импульс.

27. Что такое «идеальный» импульс?

 Это мгновенный (время нарастания равно 0) рост напряжения до некоторого значения, «застревание» на этом постоянном уровне на короткий промежуток времени (скажем, доли миллисекунды) и затем мгновенный же спад обратно до 0В. Ширина такого импульса обратно пропорциональна ширине полосы частот сигнала. Если бы нам захотелось сделать импульс бесконечно коротким, то для того, чтобы передать его форму в полной неизменности, нам потребовалась бы система с бесконечной полосой пропускания.

 28. Что такое переходная характеристика АС?

 Это ее отклик на сигнал типа «ступенька». Переходная характеристика дает наглядное представление о поведении всех ГГ АС во времени и позволяет судить о степени когерентности излучения АС.

 29. Что такое сигнал типа «ступенька»?

 Это когда напряжение на входе в АС мгновенно нарастает от 0В до некоторого положительного значения и остается таким продолжительное время.