#5/2006 • ПОЛЕЗНО ЗНАТЬ

Николай ЕФРЕМОВ

КОНТРАТАКА

ЭЛЕКТРОАКУСТИКА, ПОЖАЛУЙ, САМАЯ КОНСЕРВАТИВНАЯ ИЗ ВСЕХ ОБЛАСТЕЙ ПРИЛОЖЕНИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ МЫСЛИ. И САМА ТЕОРИЯ, ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ КОТОРОЙ БЫЛИ СФОРМУЛИРОВАНЫ ЕЩЕ ОМОМ И ГЕЛЬМГОЛЬЦЕМ, И САМИ АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ МАЛО ИЗМЕНИЛИСЬ С 20-Х ГОДОВ ПРОШЛОГО ВЕКА. НЕУЖЕЛИ НЕВОЗМОЖНО ПРЕДЛОЖИТЬ ЧТО-НИБУДЬ ДРУГОЕ? ОКАЗАЛОСЬ - ВОЗМОЖНО.

Разумеется, для этого пришлось радикально пересмотреть базовые научные принципы, но результат того стоил. Российским специалистам удалось создать АС, работающие по совершенно иному, контрапертурному принципу. Он заключается в том, что два идентичных громкоговорителя устанавливаются соосно «лицом» друг к другу, при этом их диффузоры располагаются в горизонтальной плоскости. Такие колонки внешне напоминают песочные часы и обладают совершенно иными свойствами, нежели обычные ящики или планары.

Кстати, история разработки не менее интересна, чем результат. Вот как это было. В далеком 1979-м на всемирной выставке в Осаке впервые продемонстрировали акустические системы, работающие в поршневом режиме во всем диапазоне частот. В их создании участвовали Sanyo, Sony, Yamaha и несколько американских фирм, а на рынке они появились под маркой Fisher STE 1200. Это была первая попытка создать суперидеальные колонки, основываясь на представлении, что поршневой режим решает все основные проблемы звуковоспроизведения*. В Совмине СССР решили, что наши специалисты тоже не лыком шиты и смогут сделать колонки не хуже. Уже в 1980-м Министерство электронной промышленности в своих КБ создает первые образцы, через два года пошедшие в серию под названием «Электроника 100 АС-060». Затем появились ещё семь моделей, из которых наиболее популярной стала 75 АС-065. Это был первый в стране комплексный проект такого рода: головки разрабатывались специально под конкретную модель АС с учетом взаимовлияния всех частей конструкции. Например, звуковые катушки и магнитные системы головок проектировались с учётом сопротивления соответствующих звеньев фильтров и их влияния на параметры Тиля - Смолла. C затратами не считались - басовые диффузоры имели элементы жёсткости из пористого никеля; купол СЧ-головки наращивался внешними слоями сапфира(!) на алюминиевой подложке; катушка твитера впервые в отечественной практике была намотана алюминиевым проводом, благодаря чему удалось получить чувствительность до 98 дБ/Вт. Для вибродемпфирования пятислойных стенок корпуса в опытных образцах использовались те же материалы, что и в атомных подводных лодках. Самые совершенные в стране многозвенные фильтры с линейной фазой не только фильтровали сигнал, но и компенсировали реактивное сопротивление головок и их частотно-временные отклонения. Колонки работали в поршневом режиме до 35 кГц (где тогда были создатели SA-CD?), а нелинейные искажения были столь малы, что анализатор спектра Bruel&Kjаer в динамическом диапазоне 105 дБ на средних частотах не показывал ни 2-й, ни 3-й гармоник.

Между тем корифеи акустики считали (и прописали в стандартах), что при ровной АЧХ и нелинейных искажениях ниже психофизиологических порогов заметности высокое качество воспроизведения гарантировано. Здесь же КНИ был ниже этого порога в 1000 раз, а отклонения АЧХ не превышали ±1,5 дБ вплоть до 35 кГц. И несмотря на такие характеристики, эти системы не понравились ни звукорежиссерам, ни самим разработчикам. Даже при ламповом усилении звуку недоставало достоверности, мужские голоса искажались до неузнаваемости, теряя при этом артикуляцию. Самое обидное, что дряхлые мониторы BEAG в студии, где проводилось прослушивание, звучали заметно лучше. Стали думать, в чем дело. В конце концов поняли: у испытуемых АС слишком мала излучающая поверхность (диаметр диффузоров - 6,5 см), в то время как у студийных она была в 50 раз больше. Кроме того, у них СЧ-головки стояли на ломаной панели и смотрели в разные стороны, а у наших - были направлены непосредственно на слушателя. Искажения на голосе появлялись из-за эффекта Доплера, который вызывает биения основного тона из-за движений, вызванных НЧ-компонентами сигнала в этой же головке.

Заодно стало понятно, что поршневой режим - отнюдь не панацея. Более того, процесс передачи возбуждения от диффузоров в воздушную среду совсем не похож на мгновенные акты взаимодействий шаров в бильярде. На самом деле диффузор должен возбудить именно давление, причём так, чтобы его фронт, распространяясь, «раздувая масштаб», не деформировался и чтобы одни части диффузора своим излучением не портили, а усиливали то, что уже успели создать другие. Концентрические возбуждения диффузоров, представляющие собой изгибные волны, не должны сильно отражаться от краёв, образуя резонансы и стоячие волны в самом диффузоре. Иначе появятся составляющие, которых не было в исходном сигнале. Ещё один вывод: все переходные процессы запускают все собственные резонансы преобразователя. Резюме: для снижения эффекта Доплера нужна либо огромная излучающая поверхность, чтобы она при реальных громкостях смещалась на очень малые расстояния и с малыми скоростями, либо она может состоять из двух равных, но симметрично движущихся в противоположные стороны частей, расположенных так, чтобы при их движении дистанция до слушателя не менялась.

Примечательно, что среди исследователей были не только инженеры и ученые (А. Гайдаров, М. Жагирновский, В. Шоров), но и дирижер симфонического оркестра А. Виноградов. Система же, на которой окончательно сформировался новый подход, была собрана в 92-м на простеньких отечественных головках, с контрапертурным СЧ-звеном и басовой секцией на 15ГД17. Результат оказался парадоксальным - даже в монофоническом варианте, правда с ламповым усилителем, запись скрипки звучала на удивление живо, отчётливо ощущался эффект реального присутствия исполнителей. Копеечный макет легко переигрывал супермониторы с беспримерными параметрами. При осмыслении парадокса конструкторам пришлось глубоко и критично ревизовать фундаментальные основы теории, в результате чего были сформулированы три основополагающих принципа, позволивших оптимизировать идею и сконструировать системы принципиально иного типа.

1. Маленькие диффузоры на низких частотах преимущественно двигают воздух. Процесс характеризуется векторной величиной - объёмной колебательной скоростью, но звуковое давление отнюдь не векторная величина, а скалярная, как температура или атмосферное давление. Считать, что давление строго пропорционально колебательной скорости и в фазе с ним, как это делает фундаментальная теория - принципиально неверно. Хотя бы потому, что из закона Бернулли следует: чем выше скорость движения воздуха или жидкости относительно соседних слоёв, тем меньше давление, и наоборот. Вывод: В связи с малой инерцией воздуха его нужно не столько двигать, сколько деформировать - компрессировать и разжимать. А как это проще сделать? Да так, как мы хлопаем в ладоши.

2. В контрапертурных системах встречное движение воздуха приводит к изменению концентрации молекул и энергии броуновского движения. А это и есть звуковое давление. Деформировать нужно не моментально, а распределять воздействие по всему пути распространения самого возбуждения в диффузоре, т.е. использовать принцип бегущей волны. Кстати, за подобную идею при исследовании слуха венгерский естествоиспытатель Бекеши получил Нобелевскую премию. Диффузор должен работать не как поршень, а как крыло, упругий веер или опахало, т.е. грести воздух. Акустика должна работать не как пушка, выбрасывающая ядро одиночным импульсом, а как реактивный снаряд с собственным двигателем. От одного импульса динамик будет давать целый букет возбуждений, образованных отражениями изгибных волн.

3. Результаты измерений в акустической камере - лишь косвенное свидетельство качества воспроизведения, а не его гарантия. Анализ Фурье, которым принято пользоваться при оценке сигнала, не может исчерпывающе представить качество воспроизведения информационных сигналов, поскольку оперирует сигналами периодическими. Во-вторых, реально мы слушаем в акустическом окружении, где обязательно присутствуют отраженные сигналы, несущие примерно 85% звуковой информации. При этом самое главное с информационной точки зрения - атака - остается неизменной. Именно по ней ухо определяет тип  и направление на источник звука. Прямой и отраженные сигналы можно сравнить с множеством прозрачных калек, на каждой из которых содержатся нечётко пропечатанные элементы изображения, а наиболее полная общая картина получается только при их совмещении и рассмотрении на просвет. Что как раз и делает наш мозг, обрабатывая всю совокупность информации за 45 - 90 мс. Такое временное окно, кстати, используется и в архитектурной акустике. Случайные сигналы при этом создают фон, а систематизированные - саму картину в наиболее полном виде. Контрапертурная акустика благодаря ненаправленности звукового давления более корректно формирует соотношение прямых и отраженных звуков.

Еще один плюс контрапертурной акустики - однородность звукового поля с удалением от источника звука. Для домашних систем, особенно театральных, это дает дополнительный комфорт - не нужно искать оптимальную точку прослушивания, поскольку в любом месте комнаты звук не теряет естественности. Известные звукорежиссеры отмечали объемность образов даже вне звукового поля - просто они слышны как бы со стороны. Но главное, что при горизонтальном и встречном размещении головок компенсируется эффект Доплера, минимизируются интермодуляционные искажения. Еще плюс - однородность излучения по вертикали, поэтому слушатель получит полноценную картину независимо от того, стоит он, сидит или лежит. Поэтому в коттеджах с атриумами проблем со звуком не возникает даже на внутренних балконах. Обязательно нужно учитывать, что в построении звуковой картины всегда участвуют не только стены помещения, но и в определяющей степени - пол и потолок.

У обычной же акустики принято мерить довольно широкие горизонтальные углы (мы в своей лаборатории снимаем АЧХ при отклонениях от оси на 30 и 50 градусов), а по вертикали международные стандарты оговаривают (в это трудно поверить!) всего от 4 до 7 градусов. Контрапертурные АС хорошо работают и в заглушенных помещениях, например, в кинотеатре с мягкими креслами и драпировкой. Единственное ограничение - колонки не рекомендуется ставить вплотную к стене, атака первого отраженного сигнала обязательно должна запаздывать на 5 - 10 мс по отношению к атаке прямого.

Есть, конечно, и побочный эффект, вызванный круговой направленностью. Дело в том, что звукорежиссеры используют обычные мониторы направленного действия с расчетом, что запись будет воспроизводиться через подобную же акустику. Стало быть, на контрапертурной мы получим не ту картину, которая формировалась в студии. Конечно, если профессионалы возьмут на вооружение «песочные часы», тогда запись будет адекватно звучать на любых колонках. Режиссеру при сведении не  придется компенсировать все минусы звучания, возникающие по вине традиционных колонок.

Но до этого еще далеко, поэтому в контрапертурную акустику начали вводиться дополнительные усовершенствования, чтобы адаптировать ее для привычного звучания хард-рока и поп-музыки, не теряя основных преимуществ.

Недавно к проекту присоединилась итальянская фирма Bolzano Villetri, взяв на себя разработку дизайна, качественное ручное изготовление (в чем итальянцы непревзойденные мастера) и продвижение акустики на мировом рынке. Российская сторона обеспечивает техническую поддержку. Действующий эталонный образец колонок с заданными характеристиками находится в Москве, он объективно и субъективно сравнивается с серийными изделиями, приходящими из Италии. Альянс удачно сочетает оригинальную российскую концепцию звуковоспроизведения и тщательно выполненный конструктив с великолепным итальянским дизайном.

Сейчас в ассортименте Bolzano Villetri несколько линеек разного класса, в которых есть и напольные модели, и мониторы, и громкоговорители центрального канала, и даже сабвуфер. Размер влияет лишь на динамический диапазон и нижнюю граничную частоту воспроизведения. Ничто не мешает добавить супертвитер и добиться некоторой направленности излучения, но разрешающая способность, прозрачность звучания - останутся. Если нужно получить повышенную направленность для привязки диалогов к экрану, лучше поставить позади АС центрального канала отражающую поверхность. У некоторых новых моделей предусматриваются С-образные корпуса, являющиеся таким отражателем.

Как звучат «песочные часы», я слышал и прежде, а на недавней выставке «HDI Show» мне продемонстрировали напольную пару Piazetta из серии Campanile. Звук абсолютно не был привязан к колонкам, а буквально наполнял комнату. Пространственное разделение источников ощущалось не только по ширине, но и по высоте, хотя их положение было совершенно не таким, как у традиционных АС. В небольшом, не приспособленном для демонстрации гостиничном номере с голыми стенами отражений было слишком много, но и при этом звуковые образы не размывались. Звучание было комфортным, его характер не зависел от того, сколько человек находилось в комнате. На что же способны Bolzano Villetri в более подходящих условиях? Впечатлениями поделимся в одном из следующих номеров. l

* В поршневом режиме скорость распространения радиальных изгибных волн так велика, что диффузор движется как единое целое во всем диапазоне частот. АЧХ становится линейной, а искажения минимизируются.

Принцип работы контрапертурной акустики

1, 2 - среднечастотные излучатели

3 - твитеры

4 - волна, излучаемая в горизонтальной плоскости

5 - волна, формирующая отражения от потолка

Диаграммы направленности контрапертурной акустики

01 Шумовой сигнал, частоты 8 (красная кривая) и 10 кГц

02 То же, при подаче синусоидального сигнала.

Провалы по осям 90, 180 и 270 град. обусловлены наличием трех вертикальных стоек в конструкции АС

03 На частотах 500 (красная кривая) и 250 Гц стойки уже не влияют, и диаграмма имеет форму идеального круга

 

   
ListenListen
ListenListen

Яндекс цитирования

Яндекс.Метрика

 
           

н а в е р х

ГЛАВНАЯ | РУБРИКИ | АРХИВ | КОНТАКТЫ | АВТОЗВУК
Copyright © "Салон Аудио Видео"