Как выбрать колонки – часть 2

Что такое колонка? Традиционное представление – это «ящик, в который вставлены динамики». Подобная картина не так уж далека от истины, но чтобы получить действительно хорошую колонку, одного ящика и динамиков недостаточно. Впрочем, это та основа, от которой попробуем оттолкнуться и мы.

---

Устройство и принцип работы динамика

Устройство динамика

Традиционному динамическому излучателю вот уже лет сто, но на покой он даже не собирается. Конструкция его в целом незатейлива, но имеет массу нюансов. В корзине динамика закреплены магнитная система и диффузор (звукоизлучающая мембрана) со звуковой катушкой, центрирующей шайбой и подвесом. Ток от усилителя проходит через катушку, та заставляет колебаться магнитную систему и прикреплённый к ней диффузор. А тот, в свою очередь передаёт колебания воздуху. Долетая до наших ушей (и не только) эти воздушные колебания (звуковые волны) становятся для нас музыкой, человеческой речью, громовыми раскатами и так далее.

Жёстче и легче

Усилия разработчиков мембран динамиков направлены на достижение одной цели: увеличение жёсткости диффузора и одновременно – снижение его массы. Если диффузор оказывается слишком тяжёл и слишком мягок, он не способен точно следовать за перемещением магнитной катушки. Он просто не успевает полностью отклониться и вернуться, а изгибные колебания порождают призвуки и дополнительное окрашивание звука. При этом крайне желательно, чтобы собственные резонансы были малы либо находились за пределами рабочего диапазона частот.

Классическими материалами для изготовления диффузора считаются целлюлоза для низкочастотных динамиков и шёлк для высокочастотных. Однако сейчас, кроме них, активно применяются и пластик, и металл, и прочая экзотика.

Конструкция диффузора, изготовленного по технологии RDT II

Отдельно стоит отметить гибридные конструкции: например, когда на основу из привычного бумажного конуса крепится алюминиевый полигональный (ELAC Concentro AS-XR). Ещё один вариант «сэндвича» – сотовый арамид с внутренним слоем из углеволокна и внешним из сплава алюминия и магния с керамическим покрытием (Monitor Audio Platinum RDT II). По сравнению с традиционными «однородными» решениями, такая «комбинированная» диафрагма легка, прочна и способна быстрее реагировать на сигнал, не деформируясь.

Классическая конструкция – многополосные колонки

В первой части мы уже говорили о широком частотном диапазоне, который обеспечивает более полное и естественное звучание акустической системы. Воспроизвести его одним динамиком практически невозможно, отсюда и появляются самые различные многополосные конструкции, состоящие из нескольких динамиков, каждый из которых отвечает за свою частотную полосу общей звуковой картины. Однако в таких системах используются разделительные фильтры (кроссоверы), в процессе работы которых вероятно возникновение нежелательного эффекта: динамики разных полос могут начать работать несинхронно, один будет запаздывать относительно другого.

Акустическая система классической многополосной конструкции

Разработки же широкополосного динамика, в которых не нужен кроссовер, пока не дают приемлемых результатов: фактически, ни один из подобных образцов не лишён ограничений как по краям АЧХ (что приводит к искажениям сигнала самых низких и самых высоких частот), так и по перегрузочной способности (возможности колонки адекватно воспроизводить музыкальный сигнал на высокой громкости).

Другой проблемой многополосной конструкции, порождаемой разнесением в пространстве динамиков, воспроизводящих звуковые волны разных диапазонов, могут стать интерференционные волновые искажения (усиление звуковых колебаний в одних точках пространства и ослабление их в других точках в результате наложения двух или нескольких звуковых волн), знакомые нам ещё по школьному курсу физики.

С этой проблемой помогает справиться коаксиальная конструкция динамика, которая подразумевает расположение твитера на акустической оси вуфера. Её можно назвать неким промежуточным вариантом между обычной многополосной системой и широкополосным излучателем: кроссовер в составе колонки по-прежнему присутствует, а вот источник излучения можно считать точечным.

С учётом возраста концепции динамического излучателя и, как следствие, накопленных в отношении него опыта и знаний, сегодня он – нечто вроде кинескопного телевизора на пороге появления плазмы (ну или как двигатель внутреннего сгорания накануне прихода «Теслы»). Понятно, что новые технологии рано или поздно победят (об этом – ниже), но сейчас они ещё в начале пути, а динамик – на пике формы. Так что если вам нужна громкость и не нужны искажения, вдобавок желательны широкий частотный и динамический диапазоны (разница между самым тихим и самым громким звуками, которые способна воспроизвести система) – то ответ может быть только один: многополосная диффузорная классика.

Что же обычно противопоставляется диффузорному динамику?

Чаще всего – различные плёночные излучатели, в первую очередь – ленточные и электростатические. Металлическая или металлизированная лента имеет крайне низкое сопротивление, поэтому для работы с усилителем ей требуется согласующий трансформатор с широкой АЧХ и малыми потерями, а большая площадь поверхности излучения подразумевает большое количество мощных стержневых магнитов, что существенно увеличивает стоимость готового изделия.

Ленточный твитер в разрезе

Изодинамический излучатель – это вариант ленточного, в нём на пленку нанесена токопроводящая дорожка в форме меандра, за счет длины которой сопротивление вырастает до приемлемых значений. Если же плёнку сложить гармошкой, получится излучатель Хейла, в числе преимуществ которого – большая прочность (за счёт ребер жёсткости) и громкость (по причине большей площади излучающей поверхности). Именно такие ВЧ-излучатели используются в некоторых колонках ELAC: мы в своё время уже писали о твитерах этой компании.

В электростатических излучателях плёнка закреплена между перфорированными статорами, на них подаётся высокое напряжение и возникающее электростатическое поле двигает мембрану.

Акустические системы с электростатическими излучателями

Преимуществом плёночных излучателей является относительно низкая величина нелинейных искажений, а недостатки – сложный характер нагрузки для усилителя, узкая и одновременно дипольная диаграмма направленности, но самое главное – очевидный недостаток НЧ-составляющей. Попытки решить эту проблему гибридными схемами с использованием диффузорного НЧ-звена выявляют ещё одну особенность плёнки: она является линейным источником звука с плоским фронтом волны. Динамик же – точечный источник со сферическим фронтом. В первом случае имеем падение уровня звукового давления при удвоении расстояния на 3 дБ, во втором – на 6 дБ.

В природе существуют и гораздо более экзотические излучатели – например, роторный сабвуфер или ионофон. Но их специализация – узкие диапазоны АЧХ. Да и используются в серийных продуктах они крайне редко.

Поэтому мы переходим к акустическому оформлению.

Звуковая волна, которую мы слышим, возникает благодаря колебанию диффузора динамика. Для правильного воспроизведения требуется, чтобы для всех слышимых частот звуковое давление было одинаково. Однако принципиальная проблема всех динамиков заключается в том, что они излучают звук как вперёд, так и назад с одинаковой интенсивностью. Чтобы устранить эту проблему, динамической головке создают акустическое оформление, то есть помещают в корпус.

Пожалуй, самый старый и самый известный тип акустического оформления – это рупор.

Рупор (постоянно расширяющаяся труба) с древних времён был естественным средством усиления звука, обладающим очень высоким КПД. Однако его сечение увеличивается по экспоненте, и чем ниже воспроизводимая частота, тем большим должен быть размер выходного отверстия: уже на 60 Гц потребуется раструб диаметром 1.8 м!

Рупорные акустические системы способны поразить своими габаритами

К тому же, имеет место характерная рупорная окраска звучания, особенно заметная в вокальных партиях. Побороть эти недостатки удаётся только в очень дорогих и громоздких конструкциях.

Так какой же корпус самый правильный?

В идеале – тот, которого нет. Такой вариант называется бесконечным экраном. Он подразумевает, что воздух с тыльной стороны диффузора не препятствует его движению и, в то же время, излучение этой тыльной стороны никак не влияет на излучение фронтальной, находящейся с ним в противофазе. Другими словами, в практической реализации – это закрытый ящик такого объёма, влиянием воздуха в котором при движении диффузора можно пренебречь. А для какого-нибудь солидного вуфера это, поверьте мне, очень и очень немало.

Бесконечный экран и изобарическая схема

Решить эту задачу можно путём установки внутрь корпуса второго НЧ-динамика, аналогичного первому, то есть наружному.

При их параллельном подключении к усилителю нагрузка на тыльную сторону диффузора внешнего динамика будет компенсироваться аналогичными колебаниями внешней стороны диффузора динамика внутреннего. Этот вариант акустического оформления называется изобарическим. Минусы? Динамиков для колонки нужно вдвое больше, и усилителю работать с двумя динамиками вдвое сложнее.

Можно попытаться рассеять излучение тыльной стороны динамика с помощью так называемой трансмиссионной линии –

лабиринта, отделанного звукопоглощающим материалом. Это акустическое оформление также называют четвертьволновым резонатором (вспомните колонки Cambridge Audio R50), по той простой причине, что для эффективной работы до определенной частоты его длина должна составлять не менее четверти длины волны этой частоты, например для заветных 20 Гц это больше 4 м. В этом случае банальный корпус превращается в самое настоящее произведение столярного мастерства с вытекающей из него стоимостью.

В итоге, наиболее доступным оказывается использование порта фазоинвертора,

принцип работы которого отражается в его названии. Установленная в корпус колонки трубка строго рассчитанной длины и диаметра обеспечивает поворот фазы излучения тыльной стороны динамика до его совпадения с фазой излучения фронтальной стороны.

Наиболее распространённые варианты акустического оформления: закрытое (1), фазоинвертор с простым отверстием (2), фазоинвертор в виде трубы (3), лабиринт (4)

Иногда, чтобы минимизировать возможные призвуки воздушного потока через порт, его закрывают пассивным радиатором, то есть фактически – ещё одним динамиком, но без магнитной системы.

Обобщим.

Главный критерий выбора колонок – это качество их звучания, воспринимаемого лично вами. В процессе выбора не должно превалировать мнение продавца или восторженные пассажи журнальных статей.

Все остальные нюансы, изложенные нами выше, важны в том случае, если вы уверены в их правильной для себя интерпретации. Другими словами, можно выбирать колонки исходя, например, из материалов диффузоров или конструкции разделительных фильтров, но только тогда, когда вам однозначно ясно их влияние на то звучание, которое вы ищете.

Естественно, для оценки звучания необходим личный опыт прослушивания той или иной модели. И если ставить перед собой реальные цели, я бы отводил на подготовительный этап две-три недели и закладывал бы в roadmap посещения салонов не более пяти наиболее привлекательных лично вам образцов. Выбор из десятков различных моделей колонок рискует превратиться в бесконечный аттракцион, поэтому имеет смысл изначально задать себе строгие ценовые и функциональные рамки и действовать исключительно в их пределах.

Качество звучания – безусловно, главный, но не единственный критерий оценки. Обязательно обращайте внимание на внешность колонок: ведь эстетическая составляющая также играет важную роль. И гармонично вписывающиеся в интерьер помещения акустические системы с хорошим звуком доставят своему владельцу больше удовольствия, чем отлично звучащие, но нелепо выглядящие образцы.

Ну и очевидно, что колонки сами по себе играть не могут: им необходим подходящий усилитель. Поэтому в ближайшее время мы опубликуем материал, который поможет вам определиться и с его выбором.

Часть первая
про бюджет и производителей

---

Подготовлено по материалам портала "Barnsly Blog", февраль 2018 г. blog.barnsly.ru