Колонки по способу управления

Компьютерные колонки: характеристики и выбор

Компьютерные колонки — акустическая система для ПК, относится к периферийным устройствам вывода. В данной статье, рассмотрим основные характеристики колонок для ПК, знание которых, поможет вам осуществить правильный выбор при покупке данного аудиоустройства.

Характеристики компьютерной акустики

При выборе компьютерных колонок, необходимо оценить их по ряду параметров:

• акустические характеристики (звук),
• функциональные особенности,
• разъёмы и интерфейсы.

Акустические характеристики

Первое, на что стоит обратить внимание при выборе колонок для ПК: суммарная мощность, диапазон воспроизводимых частот, количество полос, звуковая схема и материал корпуса.

Суммарная мощность

Общая мощность акустической системы с учётом всех колонок в составе комплекта.

Например, акустическая система состоит из 2-х колонок по 80Вт, таким образом получаем суммарную мощность 160Вт (2х80Вт).

Диапазон частот

Важный показатель качества звука акустической системы. Минимальное значение диапазона указывает на способность воспроизведения низких частот (НЧ), а максимальное на качество звучания высоких частот (ВЧ). Несмотря на то, что человеческое ухо способно воспринимать звуки в диапазоне от 20 до 20000 Гц., при выборе колонок для компьютера, стоит рассматривать акустические системы с более широким частотным диапазоном. Чем шире диапазон, тем насыщенней басы и чище звук в верхах.

Количество полос

Чтобы добиться более высокого качества звука, при производстве акустических систем, применяют одновременно несколько динамиков в одной колонке. Это необходимо для того, чтобы разделить диапазон и отдать каждому из динамиков свою частоту (НЧ/СЧ/ВЧ). Таким образом, компьютерные колонки делятся на однополосные, двухполосные и трёхполосные. Кроме того, для усиления низких частот применяются специальные конструктивные решения в самом корпусе — фазоинвертор.

Звуковая схема (формат системы)

Параметр указывает на то, какой формат многоканального звука способны воспроизводить колонки для ПК. Чем больше каналов, тем более пространственный звук можно получить, что напрямую влияет на эффект присутствия в компьютерных играх, при просмотре фильмов или прослушивании музыки.

Важно! Источник звука должен поддерживать многоканальный формат.

В продаже наиболее распространены звуковые схемы: 2.0, 2.1, 3.1, 4.0, 4.1, 5.0, 5.1, 6.1 и 7.1.

2.0 — стереорежим.

2.1 — сабвуфер (НЧ до 100Гц) и 2 стереоколонки.

3.1 — сабвуфер, центр, 2 фронтальные колонки.

4.0 — система объёмного звука: 2 тыловые и 2 фронтальные колонки.

4.1 — система объёмного звука: сабвуфер, 2 тыловые и 2 фронтальные колонки.

5.1 — система окружающего звука: сабвуфер, 1 центральная, 2 тыловые и 2 фронтальные колонки.

5.0 — аналог 5.1 без сабвуфера.

6.1 — система окружающего звука: сабвуфер, 1 центральная, 2 тыловые, 2 фронтальные и 1 центральная тыловая колонки.

7.1 — система окружающего звука: сабвуфер, 1 центральная, 2 фронтальные, 2 тыловые, 2 центральные тыловые колонки.

Материал корпуса

На качество звука компьютерных колонок влияют не только мощность, многоканальность и частотный диапазон. Корпус имеет не последнее значение, а точнее, материал из которого он выполнен. На данный момент, при производстве колонок для ПК, применяются: пластик, дерево и MDF.

Пластик

Дешёвый материал, не позволяющий добиться качественного звука: у низких частот нет глубины и насыщенности, средние и высокие частоты — «плоские», при увеличении громкости появляется дребезжание. Из плюсов: простота применения, большой выбор дизайнерских решений и расцветок.

Дерево

Надёжный материал, обеспечивающий высокое качество звука: глубокие басы, хорошо выраженные средние частоты. Дело в том, что дерево обладает хорошими поглощающими и резонансными свойствами, которые позволяют усиливать звук без искажений. Из недостатков: акустические системы получаются громоздкими, внешне классическими и дорогими.

MDF

MDF (Medium Density Fiberboard) — древесноволокнистый композитный материал. Качество звука практически такое же, как и у колонок из дерева. Плюс — материал дешевле. Часто производители компьютерных колонок указывают, что они изготовлены из дерева, но на самом деле применяется MDF.

Функциональные особенности

Любая акустическая система, в том числе и компьютерные колонки, имеет ряд функциональных особенностей:

• управление тембром (НЧ/ВЧ) — регулирования низких и высоких частот позволяет улучшать звук, в зависимости от музыкального направления;
• наличие тюнера — позволяет прослушивать радиостанции без подключения дополнительных устройств;
• встроенные декодеры — делают звук чистым и объёмным (Dolby Digital), могут преобразовывать звук 2.0 в 5.1 (Dolby Pro Logic) или 5.1 в 6.1 или 7.1 (Dolby Pro Logic II);
• пульт управления — вы можете управлять настройками акустической системы дистанционно, включая управление тембром и звуковыми схемами (при наличии соответствующих декодеров);
• дополнительное питание — от батареек, электросети или от компьютера при помощи USB-разъёма.

Разъёмы и интерфейсы

Компьютерные колонки, в зависимости от модели, могут быть оснащены не только аналоговыми, но и цифровыми интерфейсными разъёмами.

Аналоговые разъёмы

Jack 3.5 — используется для подключения наушников или в специальных переходниках для передачи аудиосигнала от компьютера к колонкам.

Jack 6.3 — применяется, в основном, в студийных наушниках и звуковой аппаратуре.

RCA (тюльпаны) — служит для передачи аналогового сигнала в бытовой аппаратуре или в специальных кабелях.

Винтовая клемма — используется для подключения колонок к центральному устройству акустической системы.

Пружинная клемма — имеет то же назначение что и винтовая.

Цифровые интерфейсы

S/PDIF (coaxial) — разъём для передачи цифрового сигнала от аудиокарты компьютера (звуковой аппаратуры) к акустической системе. Для этого применяется специальный коаксиальный кабель.

S/PDIF (optical) — назначение разъёма аналогично S/PDIF (coaxial), за одним исключением — цифровой сигнал передается через специальный оптический кабель.

Источник

Звуковые колонки – что это: как они работают и их функции

Всем привет! Звуковые колонки это уже периферическое устройство из разряда необязательных – многие пользователи прекрасно обходятся только наушниками. Для рабочего же компа, установленного где-нибудь в офисе, в аудиосистеме нет совершенно никакой необходимости, так как ее наличие вообще не влияет на рабочие процессы.

В этом посте мы обсудим, что такое акустические колонки, функции колонок, их достоинства и недостатки, и выясним, это устройство вывода или ввода, а также это часть компьютера или отдельное устройство. О том, какие бывают колонки, вы можете узнать здесь(уже на блоге).

Обозначение термина

Акустическая колонка – группа излучателей, расположенных линейно (чаще всего вертикально). Как правило, динамики однотипны, включены синфазно и помещены в общем корпусе. Подключаются они через общий согласующий трансформатор к акустическому усилителю или трансляционной сети.

Число динамиков, как правило, от 1 до 8, а общая мощность от 2 до 100 Вт. Так как размеры устройства по вертикали превосходят горизонтальные размеры, иногда в несколько раз, в вертикальной плоскости диаграмма направленности острее, чем у одиночного громкоговорителя.

Это эффективно для озвучивания больших площадей и помещений – стадионов, концертных и конференц-залов, кинотеатров. При недостаточной направленности, применяются составные акустические устройства или комплекты из нескольких штук, покрывающих всю площадь.

Принцип работы

На любой лекции по информатике могут рассказать, что акустическая колонка – устройство вывода звуковой информации. Любая состоит из:

• динамиков, отвечающих за диапазонную вариацию звука;
• корпуса, в котором помещается один или несколько динамиков;
• фильтрующе-коррекционных цепей, снижающих уровень помех;
• (опционально) дополнительных контрольных элементов – например, индикаторов громкости.

В активных акустических системах, дополнительно в корпусе устанавливается усилитель сигнала. Детальнее о схеме строения компьютерных колонок можно почитать здесь.

Как работает такое устройство: сигнал, который подается от внешнего источника, усиливается до необходимой мощности и затем подается на динамики. Звук образуется благодаря резонансу, возникающему во время их работы. Упрощенная схема динамика – электромагнит, размещенный на мягком подвесе.

Важная особенность современных колонок для компьютера или для ноутбука – конструкция, называемая «деревянным ящиком», запатентованная еще в середине прошлого столетия.

Основной принцип в том, что динамик помещен в закрытом корпусе, воздушная подушка в котором выполняет роль дополнительного демпфера. Это позволяет при минимальной стоимости из динамика «выжать» максимальный диапазон звуковых частот.

Хотя технически, это вертикально расположенный ряд динамиков, современными колонками по привычке называют любое звуковоспроизводящее устройство типа «деревянный ящик» с динамиком внутри, которое предназначено для воспроизведения звука.В эту категорию попадает целый ряд девайсов – от миниатюрных портативных «пищалок», подключаемых к смартфону, до огромных порталов, используемых во время концертов на больших стадионах.

Преимущества и недостатки

Главное преимущество колонок – то, что они могут звучать довольно громко. Однако это является и их главным недостатком – слушая музыку на приличной громкости, пользователь может мешать своим домашним или соседям по дому.

Вероятно, у многих читателей есть соседи, устраивающие шумные концерты в самое неподходящее время, во время праздников и по ночам. Одев же наушники, пользователь никому не мешает.

Использование наушников не требует никаких познаний в акустике – звук уже surround. Например, играя в какую-нибудь игру, в правом наушнике вы будете слышать то, что происходит по правую руку от персонажа.

Колонки же нужно не только правильно выставить, но и правильно подобрать, исходя из размеров помещения и установленной в ней мебели. Ситуация усложняется, если вы используете не пару колонок, а акустическую систему формата 5.1. для домашнего кинотеатра.

К преимуществам современных компьютерных колонок можно отнести их универсальность. Джек 3,5 мм – сегодня один из самых распространенных типов подключения к источнику звука.

Одни и те же модели колонок подойдут для подключения к компу, ноутбуку, планшету, смартфону, радиоприемнику или телевизору. Как правило, компьютерные экземпляры оборудованы усилителем, поэтому проблем с воспроизведением звука не возникает.

Цена устройства

На стоимость акустических колонок влияет ряд факторов:

• Наличие сабвуфера и количество сателлитов;
• Размер и количество излучателей в каждой колонке;
• Качество динамиков;
• Из какого материала изготовлен корпус;
• Габариты устройства;
• Бренд.

Да, марка, как ни удивительно, в этой сфере играет важную роль. Часто акустика от именитого бренда стоит дороже, чем аналогичные по звучанию от производителя «попроще». Разброс моделей и цен весьма существенен: в зависимости от перечисленных факторов, покупка обойдется от пары долларов до пары тысяч.

Про основные характеристики можно узнать в будущей статье. Буду признателен всем, кто поделится этой публикацией в социальных сетях. До завтра!

Источник

Акустика. Типы акустических систем

ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ И АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Прежде всего, давайте разберемся с терминами, поскольку понятия «громкоговоритель», «колонка», «динамик», «акустическая система» часто используют наугад, создавая изрядную путаницу.

Громкоговоритель – это устройство, предназначенное для эффективного излучения звука в окружающее пространство в воздушной среде, содержащее одну или несколько головок громкоговорителей при наличии акустического оформления и электрических устройств (фильтры, регуляторы и т.д.).

В отечественной технической литературе сложилась ошибочная практика, в соответствии с которой термин «громкоговоритель» (ГГ) применяется в основном для одиночного громкоговорителя (в зарубежных каталогах он определяется как loudspeaker units или loudspeaker drive element, или driver). В соответствии с требованиями ГОСТ 16122-87 одиночный громкоговоритель должен обозначаться как головка громкоговорителя.

К набору громкоговорителей классов Hi-Fi и Hi-End часто применяют термин акустическая система (AC) (acoustical system или loudspeaker system). Акустическая система включает в себя акустические колонки.

В зависимости от назначения АС существенно различаются по параметрам, конструктивному исполнению и дизайну. Основные виды акустических систем, представленных на современном рынке, условно можно разделить на несколько категорий в зависимости от области их применения:

• АС для домашнего применения, которые в свою очередь можно подразделить на системы:
  • массовые;
  • категории Hi-Fi и High-End;
  • АС для домашних аудио видео комплексов типа «Домашний кинотеатр» (Home-Theatre);
  • для современных компьютерных систем (AC Multi-Media) и др.;
• АС для систем озвучивания и звукоусиления, в том числе для конференц-систем и систем перевода речей (к ним, в частности, относятся потолочные акустические системы);
• концертно-театральные АС;
• студийные АС;
• автомобильные (и вообще транспортные) АС;
• АС для индивидуального прослушивания (головные стерео телефоны).

АС могут быть однополосными и многополосными. Однополосные АС используются, как правило, в массовой аппаратуре бюджетного сектора. В высококачественных АС (рис. 1) используется многополосный принцип построения, поскольку применение одной широкополосной головки громкоговорителя не позволяет обеспечить высокое качество звучания.

АС состоит, как правило, из:

• головок громкоговорителей, каждая из которых (или несколько одновременно) работают в своем частотном диапазоне;
• корпуса;
• фильтрующе-корректирующих цепей, а также других электронных устройств (например, для защиты от перегрузок, индикации уровня и т.д.);
• звуковых кабелей и входных клемм;
• усилителей для активных акустических систем и кроссоверов (активных фильтров).

Рис. 1. Акустическая система Defender

Головки громкоговорителей классифицируются по принципу действия, по способу излучения, по полосе передаваемых частот, по области применения и т.д.

По принципу действия, т.е. по способу преобразования электрической энергии в акустическую, громкоговорители делят на электродинамические, электростатические, пьезокерамические (пьезопленочные), плазменные и др.

Подавляющее большинство головок громкоговорителей электродинамические («динамические» или просто «динамики»). Их принцип действия основан на движении в постоянном магнитном поле проводника или катушки, питаемых переменным током (рис. 2).

Рис. 2. Электродинамический катушечный громкоговоритель

Головка электродинамического громкоговорителя состоит из подвижной системы, магнитной цепи и диффузородержателя (1).

Подвижная система включает в себя подвес (2), диафрагму (3), центрирующую шайбу (4), пылезащитный колпачок (5), звуковую катушку (6) и гибкие выводы.

При пропускании переменного тока по звуковой катушке, помещенной в радиальный зазор магнитной цепи, на нее будет действовать механическая сила. Под действием этой силы возникают осевые колебания катушки и скрепленной с ней диафрагмы. Конструкция электродинамического громкоговорителя очень похожа на конструкцию динамического микрофона, поэтому, в принципе, из динамического микрофона можно получить слабенькую головку громкоговорителя, а из головки громкоговорителя – микрофон. Понятно, что работать все это будет отвратительно, но работать будет.

Ленточные громкоговорители (рис. 3) используют тонкую металлическую ленточку, которая помещается в магнитное поле между полюсами магнита и служит одновременно и проводником тока и колеблющимся излучающим элементом.

Ленточные головки гораздо эффективнее динамических, пьезоэлектрических и других, поскольку если площадь конического или купольного диффузора – это площадь видимого круга, то активная площадь ленточного излучателя – это полная развертка сложенной мембраны (эффективная площадь в 2,5 раз больше площади проекции сложенной ленты). Таким образом, для получения необходимого уровня звукового давления требуется меньшее перемещение диффузора.

Электростатические громкоговорители (рис. 4) используют излучающий элемент в виде тонкой металлизированной пленки (1) толщиной порядка 6. 10 мкм, помещенной между перфорированными электродами (2) (т.е. это конденсатор переменной емкости, где одной из обкладок служит тонкая металлизированная подвижная мембрана). Между мембраной и электродами приложено высокое поляризующее напряжение порядка 8. 10 кВ. Переменное звуковое напряжение, под действием которого мембрана колеблется и излучает звук, подводится к неподвижным электродам. Громкоговорители такого типа обеспечивают чистоту и прозрачность звучания за счет малых уровней переходных искажений.

Рис. 5. Модельный ряд электростатических громкоговорителей Final

Рис. 6. Центральный громкоговоритель электростатической АС. Model 200

На рис. 5 показан модельный ряд электростатических громкоговорителей Final, а на рис. 6 – крупным планом центральный громкоговоритель АС.

Пьезокерамические (пьезопленочные) громкоговорители (рис. 7) используются в основном в качестве высокочастотного звена в акустических системах. В качестве возбуждающего элемента в них применяется биморфный элемент, полученный путем соединения двух пластин (1), (3) из пьезокерамики (цирконата титана, титаната бария и др.). Биморфный элемент закрепляется с двух сторон, при подведении электрического сигнала в нем происходят изгибные деформации, которые передаются соединенной с ним диафрагме (2). Разновидностью такого типа громкоговорителей являются пьезопленочные излучатели, в них используются высокополимерные пленки, которым при помощи специально отработанной технологии придаются пьезоэлектрические свойства (при их поляризации в сильном магнитном поле). Если такой пленке придать форму купола или цилиндра, то под действием приложенного к ней переменного напряжения она начинает вибрировать и излучать звук, для таких громкоговорителей не требуется применение магнитной цепи.

По способу излучения акустической энергии головки громкоговорителей делятся на головки прямого излучения, у которых диафрагма излучает звук непосредственно в окружающую среду, и рупорные (рис. 8), у которых диафрагма излучает звук через рупор. Если рупорный громкоговоритель имеет предрупорную камеру, то он называется узкогорлым рупорным громкоговорителем, а если используется только рупор, то это широкогорлый рупорный громкоговоритель.

Рис. 8. Рупорный громкоговоритель

Рупорные громкоговорители широко используют при создании систем озвучивания улиц, стадионов, площадей, систем звукоусиления в различных помещениях, бытовых высококачественных систем, систем оповещения и др.

Причины распространения рупорных громкоговорителей обусловлены, прежде всего, тем, что они обладают большей эффективностью, их КПД составляет 10-20 % и более (в обычных громкоговорителях КПД меньше 1. 2 %); кроме того, применение жестких рупоров позволяет формировать заданную характеристику направленности, что очень важно при проектировании систем звукоусиления. Однако при использовании рупорных громкоговорителей возникают проблемы, связанные с тем, что для излучения низких частот необходимо значительно увеличивать размеры рупора, а большие уровни звукового давления в предрупорной камере создают дополнительные нелинейные искажения.

Конструкция головок громкоговорителей зависит от того, в какой полосе частот они должны работать. По этому признаку громкоговорители разделяются на:

• широкополосные ( OO «full-range»);
• низкочастотные (воспроизводимый диапазон примерно 20-40. 500-1000 Гц) («woofer», «subwoofer»);
• среднечастотные (диапазон 0,3-0,5. 5-8 кГц) («mid-range»);
• высокочастотные (1-2..16-30 кГц) («tweeter») и др.

Большая часть мощности аудиосигналов обычно приходится на низкочастотные ГГ, поэтому они должны воспринимать нагрузки до 200 Вт и более, сохраняя тепловую и механическую прочность. Эти ГГ имеют низкую резонансную частоту (16. 30 Гц) и должны быть рассчитаны на большой ход подвижной системы вплоть до ±12. 15 мм.

Внешний вид современного низкочастотного ГГ для высококачественных АС показан на рис. 9.

Основным излучающим элементом громкоговорителя является диафрагма. Диафрагмы современных низкочастотных ГГ изготавливаются из сложных композиций на основе натуральной длинноволокнистой целлюлозы с различными добавками. Иногда в состав такой композиции входит до 10-15 составляющих. Все шире используют синтетические пленочные композиции на основе полиолефинов (полипропилена и полиэтилена) и композиционные материалы на основе ткани «кевлар».

АС для домашних кинотеатров, (особенно центрального и фронтальных каналов, а также сабвуфера) требует применения тщательно экранированных НЧ ГГ.

Среднечастотные громкоговорители (СЧ ГГ) используются в диапазоне ча- стот от 200. 800 Гц до 5. 8 кГц, где чувствительность слуха ко всем видам ис- кажений максимальна, поэтому требования к их качеству наиболее жесткие.

Высокочастотные громкоговорители (ВЧ ГГ). (рис. 10). Требования к ним за последние годы резко возросли в связи с увеличением спектральной плотности мощности в высокочастотной части спектра в современной электронной музыке, расширением частотного и динамического диапазона программ, воспроизводимых цифровой звуковоспроизводящей аппаратурой и др.

В современных АС высокочастотные ГГ используются, как правило, в диапазоне частот от 2. 5 до 30. 40 кГц. Обеспечить равноценное качественное воспроизведение звука в таком широком диапазоне при помощи одного ГГ чрезвычайно трудно. Поэтому большая часть выпускаемых в настоящее время ВЧ ГГ применяются в диапазоне от 2. 5 до 16. 18 кГц, а в некоторых АС устанавливаются дополнительные малогабаритные ВЧ ГГ (воспроизводящие частоты от 8. 10 до 30. 40 кГц).

Рис. 10. ВЧ ГГ

Потолочные громкоговорители – это, как правило, электродинамические диффузорные громкоговорители, заключенные в пластиковые или металлические корпуса. Их используют для озвучивания помещений и в системах аварийного оповещения зданий. Благодаря большому углу раскрытия диаграммы направленности звука и широкому диапазону воспроизводимых частот потолочные громкоговорители способны довольно качественно воспроизводить звук, кроме того, они гармонично вписываются практически в любой интерьер.

Потолочные громкоговорители обеспечивают более равномерное по сравнению с другими громкоговорителями распределение звука по объему помещения и не требуют при этом установки мощных усилителей. Их применение особенно эффективно для озвучивания больших помещений с высотой потолка до 5 м.

Для удобства монтажа корпус потолочного громкоговорителя снабжается специальными приспособлениями: подпружиненными упорами, полозьями или кронштейнами. Многие громкоговорители крепятся к потолочным плитам с помощью шурупов. В отличие от «обычных» систем озвучивания, системы на основе потолочных громкоговорителей высоковольтные, типичное значение напряжения в линии составляет 100 В, поэтому потолочные громкоговорители имеют встроенные трансформаторы.

При проектировании системы оповещения расчет необходимого количества потолочных громкоговорителей и схемы их размещения (рис. 11) производится исходя из требуемого уровня звукового давления на уровне ушей слушателей (обычно берется среднее значение 1,5 м). Для помещений с высотой потолка менее 5 метров такой расчет не представляет трудностей и производится по приближенным формулам. В таблице 1 для определенной высоты потолков и площади помещения указано количество потолочных громкоговорителей, которое дает наилучшее качество звука и наиболее равномерное распределение звуковых волн.

Рис. 11. Схема размещения потолочных громкоговорителей

Параметр S в таблице – это приблизительная площадь, которую озвучивает один потолочный громкоговоритель:

S = <2х(H – 1,5 м)>2, где Н – высота потолка.

Таблица 1. К расчету системы оповещения

P	103,5	101	99	97,5	96
P/2	100,5	98	96	94,5	93
H/S	3	3,5	4	4,5	5
25	2	1	1	1	1
35	3	2	1	1	1
50	4	2	1	1	1
80	6	3	2	2	1
100	7	4	3	2	2
150	10	6	4	3	2
200	13	8	5	4	3
300	20	11	7	5	4
400	26	15	10	7	5
500	33	19	12	8	6
600	40	22	14	10	8
700	46	26	17	12	9
800	53	30	19	13	10
900	59	33	22	15	11
1000	66	37	24	17	12

В таблице:
P – звуковое давление на уровне 1,5 м, когда потолочный громкоговоритель работает на полную мощность;
P/2 – звуковое давление на уровне 1,5 м, когда потолочный громкоговоритель работает на половину максимальной мощности;
H – высота потолка;
S – площадь помещения.

Если высота потолков больше 5 метров, устанавливать потолочные громкоговорители не рекомендуется. Однако если необходимо использовать именно потолочные громкоговорители, следует принять меры для повышения равномерности распределения звука и снижения эффекта реверберации (эха). Если потолочные громкоговорители размещены слишком близко друг к другу, то на уровне ушей слушателей звук будет распределяться неравномерно. Если увеличить расстояние между соседними громкоговорителями, то уровень звукового давления может оказаться недостаточным для хорошей слышимости. Повышение уровня звука громкоговорителей в этом случае влечет за собой увеличение реверберации, особенно в помещениях, отделанных стеклом, мрамором и т.д. Реверберацию можно снизить с помощью звукопоглощающих материалов: ковров, гобеленов, портьер и др.

На рис. 12 и 13 показаны примеры врезных и навесных потолочных громкоговорителей компании Kramer Electronics.

Рис. 12. Врезные потолочные громкоговорители (круглый и прямоугольный)

Рис. 13. Навесные громкоговорители

Корпус акустической системы. Основные виды корпусов и их назначение

Корпус АС выполняет многообразные функции. В области НЧ он блокирует эффект «акустического короткого замыкания», возникающий за счет сложения излучаемого звука от передней и тыловой поверхности диафрагмы в противофазе, что приводит к подавлению низкочастотного излучения.

Применение корпуса позволяет увеличить интенсивность излучения на низких частотах, а также увеличить механическое демпфирование громкоговорителей, что позволяет «сгладить» резонансы и уменьшить неравномерность амплитудно-частотной характеристики. Корпус оказывает существенное влияние не только в области низких, но и в области средних и высоких частот. Правильно спроектированный и изготовленный корпус оказывает огромное влияние на качество звука.

При проектировании корпусов АС чаще всего используют такие варианты конструктивного оформления, как бесконечный экран, закрытый корпус, корпус с фазоинвертором, лабиринт, трансмиссионная линия и др.

Бесконечный экран возникает, когда громкоговорители устанавливаются в стене комнаты с достаточно большим объемом за ним. Для такой установки громкоговорителей характерен эффект «бубнения» на низких частотах, поскольку отсутствует демпфирование.

Закрытый корпус. В современных АС применяют в основном закрытые корпуса компрессионного типа. Принцип работы компрессионного оформления состоит в том, что в них используются громкоговорители с очень гибким подвесом и большой массой, т.е. низкой резонансной частотой. В этом случае упругость воздуха в корпусе становится определяющим фактором, именно она начинает вносить основной вклад в возвращающую силу, приложенную к диафрагме.

Корпус с фазоинвертором – корпус, в котором сделано отверстие, что позволяет использовать излучение тыльной поверхности диффузора. Максимальный эффект достигается в области частоты резонанса колебательной системы, образуемой массой воздуха в отверстии или трубе и массой воздуха в корпусе.

Корпуса с фазоинвертором (рис. 14 а) имеют много разновидностей. Корпус, использующий специальную трубу, вставленную в отверстие, позволяет уменьшить размеры корпуса и при помощи регулировки размеров трубы настраивать фазоинвертор (рис. 14 б).

Если в отверстие корпуса устанавливается пассивный (т.е. без магнитной цепи) громкоговоритель, колебания которого возбуждаются за счет колебаний объема воздуха, заключенного в корпус, то такой корпус называется корпусом с пассивным излучателем (рис. 14 в).

Рис. 14. Корпус АС с различными вариантами фазоинверторов: а – фазоинвертор; б – фазоинвертор с трубой; в – пассивный излучатель

Лабиринт представляет собой вариант корпуса с фазоинвертором, в котором устанавливаются специальные перегородки. Когда длина лабиринта достигает 1/4 длины волны на частоте резонанса низкочастотного громкоговорителя, он действует аналогично фазоинвертору. Применение лабиринта расширяет возможности для настройки на более низкие частоты. Резонансы на гармониках от основной резонансной частоты трубы демпфируются звукопоглощающими материалами на стенках корпуса (рис. 15 а).

Рис. 15. Корпус АС типа лабиринта (а) и типа трансмиссионной линии (б)

Трансмиссионная линия – это разновидность лабиринта. Она отличается от лабиринта тем, что звукопоглощающим материалом забивается весь объем корпуса, и поперечное сечение линии делается переменным – больше у конуса, меньше у отверстия (рис. 15 б). Корпуса такого типа очень сложны в настройке.

Если в корпусе установлены две одинаковых ГГ на один фазоинвертор, то это называется «низкочастотное оформление с симметричной нагрузкой». Такое оформление часто используют в сабвуферах.

Лучше звучат АС со сглаженными углами, обтекаемой формы, с несимметричным расположением ГГ, однако изготавливать корпуса таких АС сложно и дорого, поэтому подавляющее большинство АС выпускается в корпусах прямоугольной формы. Для уменьшения дифракционных эффектов на углах передней панели применяются специальные меры, в том числе размещение звукопоглощающих материалов («акустическое одеяло»), оптимизация соотношения размеров передней панели и глубины корпуса, подбор несимметричного расположения громкоговорителей и др.

Стремление сдвинуть дифракционные пики-провалы на АЧХ в более высокочастотную область и тем самым снизить их влияние заставляет использовать максимально узкие передние панели. Сложные внешние конфигурации многих современных АС обусловлены не только эстетическими соображениями, но и стремлением уменьшить дифракционные эффекты. Чтобы снизить излучение звука от стенок АС, обычно стараются увеличить их жесткость и массу.

В современных АС корпус представляет собой довольно сложную и дорогостоящую конструкцию (рис. 16). В качестве критерия эффективности принятых мер по звукоизоляции корпуса принято считать разницу между уровнем звукового давления, излучаемого стенками корпуса и уровнем звукового давления от акустической системы в целом, она должна составлять не менее 20 дБ.

Рис. 16. Разрез АС

Кроме объективных измерений, при проектировании проводится прослушивание АС в корпусах различной конструкции.

Обеспечить качественное воспроизведение звука с помощью однополосной АС практически невозможно или сложно, поэтому они применяются только в бюджетных решениях, например, в дешевых колонках для компьютеров. Высококачественные АС за редкими исключениями являются многополосными. Для того, чтобы подать на каждую ГГ сигналы своего частотного поддиапазона, используют электрические разделительные фильтры («кроссоверы»).

В большинстве АС для домашнего применения используются т.н. пассивные фильтры, которые включают между усилителем и громкоговорителем (рис. 17).

Рис. 17. Пассивные фильтры («пассивные кроссоверы») в АС

Пассивные фильтры обычно размещаются внутри АС, увеличивая их массу и габариты. Пассивные фильтры в АС бывают первого, второго, третьего и четвертого порядка. Крутизна спада фильтров первого порядка – 6 дБ/октаву, второго – 12 дБ/октаву, третьего – 18 дБ/октаву и четвертого – 24 дБ/октаву.

Простейшие фильтры – это фильтры первого порядка, они занимают мало места и недороги, но имеют недостаточную крутизну спада полос пропускания. Положительная черта этих фильтров – отсутствие фазового сдвига между твиттером (ВЧ-головкой) и другим динамиком.

Фильтры второго порядка (или фильтры Баттерворта, по имени создателя математической модели этих фильтров) обладают более высокой чувствительностью, но дают фазовый сдвиг в 180 градусов, что означает несинхронный ход мембран ВЧ-головки и другого динамика. Для устранения этой проблемы необходимо поменять полярность подключения проводов на твиттере.

Фильтры третьего порядка имеют хорошие фазовые характеристики при любой полярности подключения. На рис. 18 показана АЧХ фильтра третьего порядка, а на рис. 19 – его электрическая схема.

Рис. 18. АЧХ фильтра третьего порядка

Рис. 19. Электрическая схема фильтра третьего порядка

В трехполосных АС АЧХ фильтра выглядит так, как показано на рис. 20.

Фильтры Баттерворта четвертого порядка имеют высокую крутизну спада полосы пропускания, что резко уменьшает взаимовлияние динамиков в области разделения частот. Сдвиг по фазе составляет 360 градусов, то есть на практике он отсутствует. Однако проблема состоит в том, что у таких фильтров величина фазового сдвига непостоянна, что может вызвать неустойчивую работу АС. Оптимизировать схему фильтра четвертого порядка применительно к АС удалось Линквицу и Рили. Их фильтр состоит из двух последовательно соединенных фильтров Баттерворта второго порядка для ВЧ ГГ и для НЧ ГГ. Такой фильтр не имеет фазовых сдвигов и позволяет проводить временную коррекцию для динамиков, не излучающих звук в одной плоскости. Эти фильтры обеспечивают самые лучшие акустические характеристики.

В «активных» АС со встроенными многополосными усилителями применяются активные фильтры, включенные до усилителя и также называемые кроссоверами (рис. 21).

Рис. 21. Использование кроссоверов

По сравнению с пассивными, активные фильтры имеют ряд преимуществ: меньшие габариты, лучшую перестраиваемость частот раздела, большую стабильность характеристик и т.д. Однако пассивные фильтры обеспечивают больший динамический диапазон, меньший уровень шумов и нелинейных искажений. К числу их недостатков можно отнести температурную нестабильность, что приводит к изменению формы АЧХ при повышении уровня подводимого сигнала (так называемая «компрессия мощности»), а также необходимость тщательного выбора высокоточных элементов (резисторов, конденсаторов и т.д.), к разбросу параметров которых характеристики фильтров могут быть очень чувствительны. В последние годы ряд зарубежных фирм начали применять в акустических системах цифровые фильтры, обеспечивающие в реальном времени функции фильтрации, коррекции и адаптации к реальным условиям прослушивания.

Кроме фильтров, в современных акустических системах достаточно часто используются электронные устройства для защиты громкоговорителей от тепловых и механических перегрузок. Защита как от длительных, так и от кратковременных (пиковых) перегрузок осуществляется с применением различных вариантов пороговых схем, пороги срабатывания которых должны быть меньше, чем тепловые постоянные головок громкоговорителей (Т = 10. 20 мс). Кроме того, во многих бытовых системах используются различные варианты индикации перегрузок.

Основные характеристики АС

Характеристик АС существует довольно много, одни из них имеют большее значение для пользователя, другие меньшее, отечественные и зарубежные характеристики АС и методики их измерения не всегда совпадают. Мы кратко рассмотрим только основные характеристики АС.

Эффективный рабочий (эффективно воспроизводимый) диапазон частот – диапазон, в пределах которого уровень звукового давления, развиваемого АС, не ниже заданного, по отношению к уровню, усредненному в определенной полосе частот. В рекомендациях МЭК 581–7 минимальные требования к этому параметру составляют 50 – 12500 Гц при спаде 8 дБ по отношению к уровню, усредненному в полосе частот 100 – 8000 Гц.

Значение этой характеристики сильно влияет на естественность звучания акустики. Чем ближе рабочий диапазон АС к максимальному диапазону, воспринимаемому органами слуха человека (16 – 20000 Гц), тем лучше, естественнее звучит АС. Эффективный рабочий диапазон зависит от характеристик головок громкоговорителей, от акустического оформления АС и от параметров разделительного фильтра (кроссовера).

На низких частотах решающую роль играет объем корпуса АС. Чем он больше, тем более эффективно воспроизводятся низкие частоты, поэтому, в частности, сабвуферы всегда довольно громоздки. С воспроизведением высоких частот проблем обычно не возникает, поскольку современные твиттеры позволяют воспроизводить даже ультразвук. Нередко диапазон воспроизводимых частот АС превышает верхнюю границу слышимости человека. Считается, что в этом случае более точно передается тембр сложной фонограммы, например, симфонической музыки. Типичные значения: 100 – 18000 Гц для полочной акустики и 60 – 20000 Гц для напольной.

Серьезные производители АС обычно приводят график звукового давления, развиваемого АС в зависимости от частоты (график амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), по которому можно определить эффективный рабочий диапазон частот АС и неравномерность АЧХ.

Неравномерность амплитудно-частотной характеристики (неравномерность характеристики звукового давления). Идеальной для воспроизведения звука была бы акустика, имеющая АЧХ в виде прямой линии, но получить такую АЧХ невозможно. АЧХ реальных АС представляют собой причудливо изломанные кривые, имеющие множество пиков и провалов, появление которых вызвано наличием паразитных резонансов, вибрации стенок корпуса и т.п. Чем равномернее АЧХ, тем более естественным будет воспроизведение.

Степень неравномерности АЧХ характеризуется отношением максимального значения звукового давления к минимальному, или по другой методике, отношением максимального (минимального) значения к среднему, в заданном диапазоне частот, выраженное в децибелах. В рекомендациях МЭК 581-7, определяющих минимальные требования к аппаратуре Hi-Fi, указывается, что неравномерность АЧХ не должна превышать ±4 дБ в диапазоне 100 – 8000 Гц.

Характеристика направленности позволяет оценить пространственное распределение излучаемых акустической системой звуковых колебаний, и оптимально расположить акустические системы в различных помещениях. Об этом параметре позволяет судить диаграмма направленности АС, представляющая собой зависимость уровня звукового давления от угла поворота АС относительно его рабочей оси в полярных координатах, измеренная на одной или нескольких фиксированных частотах. Иногда спад амплитудно частотной характеристики при повороте АС на некоторый фиксированный угол, отображается на основном графике, в виде дополнительных ответвлений АЧХ.

Характеристическая чувствительность – это отношение среднего звукового давления, развиваемого АС в заданном диапазоне частот (обычно 100 – 8000 Гц) на рабочей оси, приведенное к расстоянию 1 м и подводимой электрической мощности 1 Вт. В большинстве моделей АС категории Hi-Fi уровень характеристической чувствительности составляет 86-90 дБ (в технической литературе вместо дБ часто указывается дБ/м/Вт). Существуют высококачественные широкополосные АС с чувствительностью 93 – 95 дБ/м/Вт и более.

Характеристическая чувствительность определяет, какой динамический диапазон способна обеспечить АС. Широкий динамический диапазон позволяет с большой достоверностью воспроизводить сложные музыкальные произведения, особенно джазовую, симфоническую, камерную музыку.

Коэффициент нелинейных искажений характеризует появление в процессе преобразования отсутствовавших в исходном сигнале спектральных составляющих, искажающих его структуру, то есть, в конечном счете, точность воспроизведения. Это очень важный параметр, поскольку вклад АС в общий коэффициент нелинейных искажений всего звукового тракта, как правило, является максимальным. Например, коэффициент нелинейных искажений современного усилителя составляет сотые доли процента, в то время как типичное значение этого параметра для АС – единицы процентов. При увеличении мощности сигнала коэффициент нелинейных искажений возрастает.

Электрическая (акустическая) мощность – определяет уровень звукового давления и динамический диапазон (с учетом характеристической чувствительности), который потенциально может обеспечить АС в определенном помещении.

Используется несколько определяемых разными стандартами видов мощностей:

Характеристическая мощность, при которой АС обеспечивает заданный уровень среднего звукового давления. В рекомендациях МЭК значение этого уровня установлено 94 дБ на расстоянии 1 метр.

Максимальная (предельная) шумовая или паспортная мощность, при которой АС может длите

Источник