В поисках эзотерики. Добываем «живой звук».

 

 Часть 1

История одного эксперимента.

Данное событие произошло в конце 2004 года и оказало сильное влияние на мое отношение к Hi-Fi вообще и к колонко-строению в частности. А началось все с того, что я приобрел себе вторую пару акустики – JBL LX800 (большой трехполосный напольник). Брал, в общем-то, для переделок, попробовать свои силы на заводской конструкции. Досталась она мне за недорого, и в удовлетворительном состоянии. Осмотр перед покупкой показал, что одна колонка имеет незначительные дефекты корпуса, и следы замятия металлической купольной пищалки. Ну, может, кто пальцем ткнул – такое часто бывает. Послушали – дефектов пищалки не слышно, играют достаточно прилично. Слушали более часа. Ну и купил. Слушал дома больше недели, пришлось потаскать по комнате, чтобы не гудели. Очень они хорошо Вивальди играли – аж спина потела от скрипочек, в остальном же, весьма средне. Плоско и неинтересно, небольшая «резь» на ВЧ.

Ревизия потрошков показала, что предыдущий хозяин произвел классический апгрейд типа провода – синтепон – пайка клемм. Провода оказались аж с серебрением, а синтепона раза в три больше, чем надо было по акустическим «показаниям». Нашел и «главный недостаток». СЧ динамик – приличного вполне качества – посаженный в отдельный корпус – картонную трубу, вплоть до задней стенки колонки. Проблема в том, что диаметр этой трубы практически равнялся посадочному диаметру СЧ динамика. То есть, зазора между окнами корзины СЧ и стенок корпуса практически не было. Площадь воздушного сообщения тыловой части мембраны с основным объемом составляла 9см2, при площади динамика 80см2. Фактически в основной объем (полностью забитый синтепоном) звуковые волны почти не попадали. Это, собственно, была почти единственная переделка. Оттащил колонки на балкон и напильником, по максимуму возможного, срезал фаски на отверстиях под СЧ и НЧ динамики. Для СЧ площадь сообщения с основным объемом увеличился до 15см2. Тоже не много, но разница ощутимая. Чего я хотел этим добиться? Чтобы середина живей отыгрывала, а то очень все мертво было. Собрал, подключил колонки, начал слушать.

И челюсть непроизвольно отвисла до самого пола. Не то, что большие перемены в звуке. Колонки слушать было просто нельзя. Все забивала жутко хрипящая пищалка. Хрипела она и раньше, только слышно ее не было, за задушенной серединой. Вот такой получился апгрейд.

Естественно, пришлось лезть смотреть пищалку. Взору предстала печальная картина. Купол был оторван от катушки и приклеен (с перекосом) клеем «момент». Равномерность зазора магнитной системы нарушена, из-за чего катушка соприкасалась с железом. Где был и за что пострадал этот твитер, осталось неизвестным. На ремонт ушло трое суток, и примерно четыре часа аккуратной работы. Спиртом снял лохмотья «момента». Место стыка катушки с куполом упрочнил каплей эпоксидной смолы, саму катушку выпрямил, как мог. Отцентровал магнитную систему в сборе с катушкой. После ремонта хрип ушел, можно было теперь оценить изменения на средних частотах. К сожалению, разница между пищалками осталась. При внимательном прослушивании поврежденная колонка определялась достаточно легко. И это после того, что я 10 часов без подозрений слушал неисправный вариант! Что касается звучания середины, то изменений в ней произошло на удивление не много. При «мгновенном» сравнении разницы не ощущалось вообще. Только после часа примерно понимаешь, что музыка стала глубже, интересней. В голосах появились второстепенные нюансы и эмоции. И это все – по минимуму.

Данные результаты плохо укладывался в моей голове. Как же так – рост объективных параметров (в данном случае – улучшение режима работы СЧ драйвера) привел не к повышению качества звука, а к обнажению врожденных недостатков. Позже, пораскинув мозгами, понял, что такая особенность неплохо согласуется с особенностями восприятия звуков человеком. С этого эксперимента я и начал пристально интересоваться процессами, происходящими за стенками акустических систем.

Выводов, которые можно сделать из этого случайного опыта, два:

1.КОРПУС ЯВЛЯЕТСЯ РАВНПРАВНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ СИСТЕМЫ. В нем можно легко накосячить. И этого нельзя будет определить, так как «портиться» будут плохо измеряемые параметры – вовлеченность, прозрачность, эмоциональность, утомляемость, и т.д. Понятно, что любой серьезный промах в аудио системе также способен испортить все, но особенность здесь именно в само-маскирующем эффекте. 

2.В «чистой» системе все должно быть прекрасно. Любой отстающий компонент должен достаточно легко и четко выявляться. И здесь появляется заколдованный круг, через который проходили многие. Повышаем достоверность, боремся с  помехами и искажениями, а звуку не лучшеет. Сначала начинает «звучать» каждый отдельный компонент. Подбираем другие ящики. Начинают звучать конденсаторы. Меняем их. Слышим все нюансы соединительных проводов. Меняем и их. Доходим до влияния каждой пайки и типа припоя. До расстановки колонок и аппаратуры с точностью до сантиметра (конуса под кабели, картины на стенах, направления проводов, количества включенных сотовых телефонов), каждых добавит в меру своей «продвинутости». А прорыва по качеству нет. Звук становится «измерительным», «обнажающим», но не «волшебным». В этот момент люди часто и соскакивают на лампу+ШП (или рупора). Измерительности там нет, а волшебство ЕСТЬ. Почему? Я сколько раз замечал, что муз. центры звучат не так уж и плохо, если не придираться, голова иногда болит, но формально-то все не ужас-ужас-ужас. А на неплохом хай-фае часто  вылезают все недостатки, вплоть до рвотного эффекта…

Первым делом необходимо разобраться с механизмом действия корпусных эффектов, а затем попытаться их устранить, или хотя бы обойти. И уж наверняка исключить попадания на свободно лежащие грабли при строгании очередного буратины.

Хочу сразу сказать, что на научность я не претендую, равно как и на истину в последней инстанции. Поэтому формулировки и терминология выбираются, исходя из моего опыта и словарного запаса. Согласно классическим устоям корпус предназначен для предотвращения акустического короткого замыкания между передней и тыльной частью диффузора. Для повышения отдачи по НЧ в корпус вводят дополнительный низкочастотный резонатор – фазоинвертор. Таким образом, получается, что изначальная идея «отсечения» акустических волн от передней и тыльной поверхности диффузора реализована  изоляцией излучения тыльной стороны (на частотах выше 100Гц, при этом обычно добиваются, чтобы фазоинвертор «не ловил» посторонних ему высокочастотных продуктов). Реализация работает сама по себе, но приводит к появлению побочных эффектов. В закрытом ящике появляются стоячие волны (это раз) и множественные переотражения звука от стенок (два). При всей элементарности, влияние этих процессов на конечное качество звука совсем не очевидно. Впрочем, переотражениями можно пренебречь, поскольку они происходят на частотах выше 3кГц (зависит от габаритов корпуса), где заканчивается диапазон работы типичного СЧ драйвера. А ниже влияет только картина распределения корпусных мод.

Вместе с диффузором колеблется некоторая присоединенная масса воздуха. Это своеобразная согласующая подушка, между диффузором и воздушным объемом колонки, колебания воздуха в котором вторичны по отношению к динамику. Естественно, происходит активное взаимодействие (и обмен энергиями) между объемом колонки и динамиком, через эту присоединенную массу воздуха. Получается, что этот присоединенный воздух непосредственно влияет на излучение диффузора, и создает дополнительную нелинейную (и некогерентную, отстающую во времени) нагрузку и на диффузор, и на звуковую катушку динамика. Нагрузка эта тем выше, чем выше уровень внутренних отражений и стоячих волн.

Проблема временных отражений прямо связана с особенностями слуха. Такой эффект, как эхо, человеческим мозгам хорошо известен. Возникает он при весьма значительных задержках. Если задержка времени будет меньше, то через ухо, в слуховую зону мозга, пройдет все равно два сигнала, но мозг обработает их как один. Вот только этот один уже не будет ни одним из исходных звуков, а некой их усредненной проекцией. Это очень важно, поскольку на этот звуковой «процессинг» уходят существенные вычислительные ресурсы, что может приводить к утомляемости. В добавок, в голове постоянно происходит сравнение поступающих звуков с эталонными «банками», и чем более ненатуральный, не похожий на эталон, звук мы слышим, тем труднее мозгам его идентифицировать. Здесь же можно сделать тот вывод, что в процессе звукообработки, в зависимости от характера и задержки поступающих сигналов, может происходить эффективное маскирование ряда звуков, присутствующих в оригиналах, а также появление фантомных, не существующих в оригинале звуков (то есть глюки J). Может, и вам казалось, что иногда, на некоторой музыке, как будто начинает звонить телефон в соседней комнате, или в голове возникают некие далекие синтетические тоны. Причем этот эффект имеет четкую привязку к дискам и трекам на них и повторяется весьма стабильно. Стабильно для меня, так как основная причина этих звуков именно в мозгах, и при замене этих мозгов, конкретный эффект не обязан стопроцентно повторяться.

Путь колебаний внутри колонки мне представляется таким. Присоединенный объем воздуха мембраны огибает спицы корзины динамика (или продирается сквозь узкие отверстия с ней). Происходит взаимодействие с железом магнитной системы. События под пылезащитным колпачком не рассматриваю. Примерное расстояния до магнитной системы – 1-3см. Что соответствует длине волны 10кГц. Но неидеальным это препятствие становится уже на 2.5кГц. Четверть длины волны, как учит нас волновая теория. В принципе, это не плохо, так как к такой частоте режим излучения диффузора зоновый, и целенаправленно добиваться каких-либо эффектов в этом месте мне кажется затруднительным. Далее воздух проходит зазор между магнитом и торцом передней панели. Если в этом месте передняя панель имеет форму цилиндра, могут возникнуть (и возникают!) два неприятных эффекта. Сама цилиндрическая поверхность может рождать серию коротких объемных «стояков» между своими кромками на частотах 3-10кГц. А недостаточная площадь свободного сечения для отвода воздуха (недостаточна любая площадь, если она меньше площади диффузора) создает паразитную нагрузку на динамик. В узком горлышке воздуху приходится разгоняться, создается локальное повышение давления. На разгон и торможения воздуха тратится энергия, а это равносильно увеличению инерции диффузора (или увеличению его подвижной массы). Для полной ликвидации этих эффектов необходимо оформлять отверстие под динамик в виде конусного раскрыва, по типу короткого рупора. Это обеспечит отсутствие паразитных резонансов и эффекта «присоединенного сопла». Рисунок здесь. Здесь нового ничего нет, но внимания этому эффекту уделяется подозрительно мало. Чехол на магнитную систему является дополнительной мерой. В таких условиях нельзя пренебрегать мелочами, каждая мера в отдельности дает эффект порядка 0.1-1.5дБ подавления максимум, что совершенно недостаточно для обеспечения оптимального режима работы громкоговорителя (в первую очередь на средних частотах).

Начиная с этого момента, можно считать, что звуковая волна «оторвалась» от своего источника и начинает независимо путешествовать в пределах внутреннего объема колонки. Это временная зона «средних отражений». Вот все говорят и пишут – стоячие волны (они же моды) это вред. А какой вред, никто не говорит. Попробуйте на досуге построить корпус с гарантированными стояками и посмотрите на результирующую АЧХ. А потом корпус с подавленными модами. Будут отличия? Будут. Порядка 1-2дБ выбросы на частоте основной моды (измерения в ближнем поле). На слух «резонансный» корпус будет окрашивать. В районе резонанса слышна как бы тень. В остальном отличия минимальны. Значит, бороться с ними все же нужно. Единственная «опубликованная» рекомендация на эту тему – уход от параллельных стенок. Верна она лишь отчасти. Врага надо знать в лицо, и сначала надо попробовать определить понятие моды, применительно к колонкам. Мода – некое независимое (от других таких же) колебание (воздушных масс и потоков), возбуждаемое сторонним (в нашем случае динамиком) источником, и существующее в некоем резонаторе. Свойства резонатора определяют добротность, амплитуду и частоту моды. Моды могут быть как «возбуждающие», так и «подавляющие». То есть резонатор может действовать по типу режекторного фильтра. Строго говоря, в резонаторе возбуждается не одна, а семейство мод. Основной (первого порядка) считается та, что имеет самую низкую частоту. Сам резонатор может быть реализован и в плоскости и в пространстве, и в нескольких объемах (как в автомобильном глушителе). Соответственно мода может быть плоскостной и объемной. Представить себе объемный резонанс достаточно сложно. Он отдаленно похож он на намотку трансформатора на Ш сердечнике (в самом простом случае). У каждой моды есть своя колебательная скорость и реакция давления на стенку резонатора – корпуса. Это как кинетическая и потенциальная энергии (это они и есть). Потери в процессе перетекания из одного состояния в другое определяют качество шумоизоляции и степень нейтральности стенок корпуса. Если мы уберем жесткую опору (отражение от толстых прочных стенок), добротность резонансов резко снизится. Только вместе с резонансами исчезнет и весь нижний регистр, перестанет работать фазоинвертор. Делать этого нельзя. Если только в трехполоске.

На первый взгляд, проблема мод легко решается шумоизоляцией. Но только на первый. Попробуйте с наружной стороны прислонить к колонке подушку. Это очень эффективный поглотитель, но музыка как играла так и будет играть, лишь немного деформируясь на средних. И это практически в свободном пространстве, а внутри ящика обстановка гораздо напряженней. На 400Гц сантиметровый слой войлока на стенках обеспечивает поглощение всего в 2дБ, на 800Гц – в 4-6дБ. Такая картина не может не сказываться отрицательно на звучании. При этом шумка активно поглощает именно моды высших порядков, поэтому полностью отказываться от нее нельзя.

Поскольку корпус является только резонатором, а источником, питающим моды, является динамик, то первое что необходимо сделать, борясь с корпусными резонансами – расположить динамик там, где он будет по минимуму возбуждать резонансы. Сразу вспоминаем про установку сабвуфера и колонок в комнате. Здесь все точно также. Располагаем по середине между стенками, и автоматически ослабляем соответствующую моду. Приближаем к какой-либо стенке, начинаем активно «кормить» моду энергией. Таким образом можно эффективно бороться с резонансами между боковыми стенками и верх-низ. Поскольку динамик расположен на передней панели, то мода перед – тыл будет возбуждаться максимально эффективно всегда. На этот случай и предлагается скашивать переднюю панель, дабы «разбить» ее на множество более «спокойных» резонансов (а заодно подправить диаграмму направленности колонок и обозвать это фазокогерентностью). Также видно, что симметрично- непараллельные боковые стенки, ставшие «модными» в последнее время, рисовались менеджерами, а не инженерами. Толк от них минимален.

С оставшимся резонансом бороться можно несколькими способами. Вспомним нашу конечную цель – обеспечить оптимальный режим работы динамической головки. Разбивание моды на несколько меньших работает, однако сумма мощностей их останется неизменной. Следующим шагом будет установка активного «приемника» мод. Таким приемником является фазоинвертор. В зависимости от расположения его горла, на нем «отражаются» соответствующие моды. Если мы расположим горло ФИ симметрично диффузору головки (относительно общей оси симметрии внутреннего оформления колонки), то через него выведем наружу часть энергии резонансов, непосредственно воздействующих на мембрану динамика. Какая это часть, зависит от сопротивления излучению на данной частоте ФИ. Чем оно меньше и чем широкополоснее порт, тем эффективней порт «проводит» паразитные моды. Бояться того, что они окажутся в комнате прослушивания не надо. Это зона «дальних отражений», не оказывающая существенного влияния на субъективные параметры звучания (и зависящая уже от параметров помещения). Надо просто направлять порт ФИ в пол, или туда, где это дополнительное излучение не окажет влияния на прямое, от передней части диффузора. В рупорах с ним вообще не борются. Именно из-за описанного эффекта, мне кажется бесперспективным и анти-аудиофильским применение оформления «закрытый ящик» при воспроизведении средних частот.

Осталось определиться с общим эффектом от применения данных мер. При постройке очередных боксов была проведена оптимизация «ранних отражений» и частичная оптимизация внутренних мод (без использования ФИ как нагрузки, эта идея родилась позже). Прослушивание показало, что принципиальных различий, по сравнению с «обычным стиральным порошком» нет. Более того, изменение корпуса привело к нарушению общего баланса. Вылезли некоторые огрехи настройки фильтров. Стал заметен «туман» на средних частотах. Однако, после доработки кроссоверов, в звуке появилась живость, мягкость, пресловутая вовлеченность. Улучшения произошли на уровне субъективного восприятия музыки. Пример корпуса с оптимизацией внутренних мод здесь. Вариант упрощенный, так как полный учет в разы более трудоемок в расчете (особенно) и изготовлении. Новый корпус, наиболее полно реализующий описанные выше принципы лежит готовый в чертежах. Примерное время его спуска на воду – июль-август 2007 года. Поскольку часть необходимых комплектующих приедет не раньше середины лета. О результатах будет доложено. Продолжение во второй части. Все.

 

\Dxx573k\ Май 2007 года.