«Анатомия» домашних акустических систем: материалы и акустическое оформление
Это новый цикл постов посвящён акустическим системам. В связи с тем, что тема крайне обширная, мы решили создать серию статей, отражающих критерии выбора при покупке АС. Это пост посвящен 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.
Предупреждаю, в материале есть ссылки на товары не в качестве откровенной джинсы, но в качестве примеров (надеюсь никого не заденет), всё строго в рамках темы.
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 setera. 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 с золотыми ушами с большими деньгами.
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.
Полагаю, что одна из лучших деревянных систем в нашем каталоге эта:
Напольная акустика Sonus Faber Stradivari Homage graphite (цена соответствующая)
Фанера — почти дерево, если не пролетела над Пекином
Фанера, применяющаяся для производства акустических корпусов, имеет от 10 до 14 слоёв и почти не уступает дереву по акустическим свойствам, в частности по звукопоглощению, при этом несколько дешевле древесины, более технологична при обработке, легче ДСП и MDF. Многослойная фанера хорошо гасит нежелательные вибрации, благодаря структуре материала.
(коэффициент звукопоглощения 12-ти слойной фанеры составляет от 0,1– 0,2 при 125 Гц до 0,07 при 4 кГц)
Как и древесина — фанера применяется в достаточно дорогостоящих, а иногда и в элитных штучных продуктах. Стоимость фанерных АС не на много ниже тех, что произведены из массива, и вполне сопоставимы с ними по качеству.
В ряде случаев корпуса, заявленные производителем как «фанерные», изготовлены из ДСП и MDF. Поэтому низкие цены на АС с фанерным или деревянным корпусом должны насторожить. Ряд небольших азиатских производителей, регулярно меняющих названия и торгующих в основном в сети, создают комбинированные корпуса, включая несколько небольших, но заметных фанерных (деревянных) элементов, а основную часть изготавливают из ДСП.
Среди АС, созданных из фанеры, могу особо выделить эту (стоимость достаточно демократична для фанерных полочных вариантов): полочная акустика Yamaha NS-5000
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
Среди MDF акустики масса замечательных систем, по моему мнению, оптимальными по соотношению цена/качество являются следующие:
Yamaha NS-BP182 piano black — 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.
Среди достойно звучащих алюминиевых колонок меня особенно впечатлил звук:
Canton CD 310 white high gloss (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 могу порекомендовать: Waterfall Victoria Evo
Акустическое оформление — ящики, трубки и рупоры
Не меньшую значимость для точной передачи звука в АС имеет акустическое оформление. Я расскажу о наиболее распространённых типах (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 www.aie.sp.ru/Calculator_faz.html
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.
Рупорное оформление — проблемные чемпионы по чувствительности
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 чувствительность.
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.
На этом пока всё. Продолжение, как водится, следует, а «вскрытие» обязательно покажет…НА будущее анонсирую: излучатели, мощность/чувствительность/объём помещения.
