Кажется очевидным то, что аудиофилы-самодельщики понимают, что без хороших акустических систем (АС) им не обойтись. Тем более удивительно, что до сих пор взгляды большинства из них на критерии качества АС  существенно различаются. И более того – до сих пор не ясно, какие методы проектирования АС приводят к гарантировано хорошим результатам.

“Теория относительности” АЧХ

Даже небольшого опыта прослушивания достаточно, чтобы заметить  разницу между воспроизведением одной и той же музыки разными АС. При этом, если верить данным производителей, основной параметр – амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) этих разных АС почти всегда близки к идеалу и очень похожи.

Поэтому многие самодельщики приходят к тому выводу, что проблема “ровной” АЧХ уже практически решена, а качество воспроизведения зависит только от конструкции и материалов динамиков, корпусов и разделительных фильтров.

Но действительно ли все в порядке с АЧХ? Независимые измерения не подтверждают оптимистических параметров, заявленных производителями. Каждая модель АС имеет реально свою “кривую” АЧХ, разительно отличающуюся от “аналогично- кривых” характеристик других АС и мой скромный опыт показывает, что это характерно для всех ценовых групп. Разница в звучании при воспроизведении одной и той же музыки разными АС – очевидна. Но при этом АЧХ от “производителей” всегда одинаково-ровные. 🙂

Удивительно, но эти “одинаково-ровные” АЧХ – в общем-то правдивы. Для рекламных проспектов измерения обычно производятся по методикам, обеспечивающим “правильный” вид характеристик. Например, можно провести измерения при повышенной скорости сканирования рабочего диапазона частот что усреднит и сгладит пики и провалы  АЧХ в процессе снятия характеристик.

Но гораздо интереснее другое – почему же одна “кривая” (по АЧХ) модель АС звучит хорошо, а другая вроде как более “ровная” – воспроизводит музыку гораздо хуже?

Получается, что даже независимые,”честные” 🙂 измерения хоть и позволяют представить реальную АЧХ акустики в реальной комнате, но не раскрывают ее связь с конкретными особенностями звучания.

Почему, обладая всем необходимым, разработчики не создают идеальных АС? Ведь по идее – “идеал”, эталон – только один! И вроде как очевидно, что все АС, близкие к эталону, должны звучать примерно одинаково (хорошо).

Некоторые проблемы метрологии и их влияние на конечный результат.

Я считаю, что основная проблема в том, что любой способ проведения измерений неизбежно дает целый комплекс разнообразных ошибок. Самые “вредные” ошибки – методические, то есть связанные с несовершенством самого метода измерений.

Существует ряд общепринятых методик измерения АЧХ. Одна из основных – настройка АС в заглушенной, безэховой камере.

При проведении таких измерений принципиально важны методические особенности. Например – где располагать микрофон относительно АС. Обычная рекомендация – на “акустической оси”, на расстоянии 1 метр от акустической системы. А где точно проходит эта “ось” в случае трехполосной АС? Вряд ли перед ВЧ динамиком. Тогда, видимо, правильнее разместить микрофон на “оси” СЧ динамика. А если сместить микрофон немного выше или ниже, то для одной и той же АС получим множество различных АЧХ. На какую из них ориентироваться? Почему-то в этом методе проведения измерений принято считать, что слушатель обязательно услышит “измеренную” АЧХ, то есть поместит ухо именно туда, где при измерении располагался микрофон 🙂

Но ведь – в обычном помещении на НЧ и “нижних” СЧ АС активно взаимодействуют с полом и потолком, влияние которых в безэховой камере отсутствует. Взаимодействие АС с помещением влияет на звучание принципиально – но его конкретные проявления настолько разнообразны, что даже не могут быть представлены посредством точной математической модели.

Более того, суммарная АЧХ стереопары существенно отличается от АЧХ одной АС, а общепринятые методики настройки АС не учитывают этого обстоятельства. Например – при стереовоспроизведении голоса вокалистов обычно локализуются в центре звуковой сцены, то есть воспроизводятся обеими АС стереопары. Я считаю очевидным и методически верным то, что даже для настройки уровня и тем более для получения разборчивой и “ровной” передачи голосового диапазона необходимо контролировать итоговую АЧХ обеих АС.

Есть и другие, вроде бы логичные и методически адекватные методы – например настройка АЧХ и ФЧХ по импульсным сигналам. Но и при этом – работая казалось бы по одинаковым алгоритмам, специалисты почему-то получают разные звуковые результаты. 

Даже учитывая только эти “нестыковки” можно сделать вполне уверенные выводы:

• Во-первых, методика проведения акустических измерений – “волюнтаристична” – то есть произвольно не точна. При упомянутых мной методических допусках даже  “индивидуально-тонально-ровные АС” в обычном акустически неподготовленном помещении всегда дадут неровную итоговую АЧХ.
• Во-вторых – получается совершенно очивидно, что результат работы зависит не только от метода измерений, но и от личного опыта конструктора АС. Мне известно множество превосходных АС, разработанных “традиционными” способами и во всех этих случаях общее было то, что разработчики этих АС были (и есть 🙂 ) выдающиеся профессионалы, любящие музыку и обладающие развитым музыкальным вкусом.

Примечание по поводу румкоррекции

Действительно высококачественное звуковоспроизведение в произвольном акустически неподготовленном помещении требует или подготовки помещения – то есть коррекции архитектурных особенностей и проведения акустической обработки соответствующими материалами и (или) обязательного наличия в составе звуковоспроизводящей аппаратуры некоторого модуля аппаратно-программной интерактивной румкоррекции. На всякий случай уточню – именно интерактивной румкоррекции.

Сейчас широко применяется адаптивная румкоррекция – то есть звуковоспроизводящая система оснащается небольшим измерительным комплексом, который обычно состоит из микрофона и сигнального процессора. На этапе калибровки системы микрофон размещается на месте слушателя и (иногда) поочередно в различных местах комнаты, сигнальный процессор генерирует некие сложные сигналы и фиксирует “отклик” от микрофона. Таким образом присходит создание матрицы данных для необходимой коррекции АЧХ и ФЧХ системы в заданных частотных и амплитудных диапазонах и воспроизведение происходит с учетом калибровочных данных. При изменении акустической обстановки в комнате необходимо проведение перекалибровки.

Интерактивная румкоррекция предполагает постоянную подстройку системы под имеющиеся акустические условия. В идеале – изменение акустических условий в помещении не должно быть заметно для слушателя. Проще говоря, если в процессе прослушивания музыки в комнату кто-то занес например шкаф или вынес из нее кресло – то слушатель может заметить изменение обстановки, но не должен заметить изменений в звучании системы 🙂

Октябрь 2022 г.Владивосток

Акустика была анонсирована в октябре 2021 года. Здесь и сейчас – более подробный рассказ и (уже осознанные) 🙂 впечатления.

Итак, на начало 2021 года практически вся моя личная акустика, включая замечательные полочники на 8″ Eminence и 6.5″ ШП Tang Band уехали к новым счастливым владельцам. В итоге я остался один на один с вот таким набором динамиков: 12″ Woofer Eton Orchestra, 8″ Full Range Tang Band 2145 и парой ленточных твиттеров NeoX 2.0 от Fountek. Большие “тестово-отладочные” корпуса тоже остались у меня. (Как оказалось – ненадолго). Я довольно быстро собрал трехполосную акустику с “широкой” серединой и неторопливо проводил опыты с разделительными фильтрами, внимательно отслушивая разные варианты, а примерно в октябре 2021 года мой набор динамиков переселился в новые, специально изготовленные для них корпуса. Эти корпуса изначально разрабатывались так, чтобы можно было легко и (сравнительно) быстро изменить оформление НЧ звена между ЗЯ, ФИ и ПАС. В качестве ПАС я в очередной раз применил “знаменитый” Flow Resistor от ScanSpeak. Такой же Flow Resistor я применил и в оформлении СЧ звена.

В процессе “переселения динамиков” неожиданно открылась “страшная тайна” ленточных твиттеров Fountеk – а именно то, что они примерно через месяц интесивной эксплуатации заметно (до -6db) и, к сожалению, в разной степени теряют свою отдачу. Эта неприятная особенность вызвана растяжением ленты и снижение отдачи можно скорректировать, немного “подтянув” ленту. Иструкцию о том, как это делается можно легко найти на просторах интернета, но сразу скажу – если у вас нет необходимой сноровки и терпения, а так же измерительного оборудования – я настоятельно не рекомендую пытаться выполнить эту процедуру самостоятельно. В итоге, эта открывшаяся “страшная тайна” сильно подпортила репутацию Fountek и дальнейшее применение их ленточных твиттеров в моих конструкциях не планируется 🙂 .

Итерация № 1. Фильтр – традиционный параллельный.

Схема “традиционного” варианта фильтра выглядит так –

В общем – ничего особенного, первый порядок с цепью Зобеля на НЧ, второй порядок на СЧ, третий порядок с аттеньюатором – на ВЧ. Такая конфигурация практически гарантирует “правильную”, гладкую АЧХ и умеренно-неравномерную Z-ЧХ.

Расчеты:

Измерения:

В общем, практически с первого раза все (вроде бы) получилось “хорошо и правильно”. Звучание акустики с такими фильтрами – ровное, в меру выразительное, в меру строгое с хорошо локализуемыми КИЗ и довольно ограниченной областью “sweet spot” – то есть пришлось подвигать акустику (и диван) по комнате и внимательно выбрать точку для сосредоточенного прослушивания. И еще одна особенность – динамики не очень чувствительные, поэтому возникли особые требования к требуемой подводимой мощности. И да, конечно это ловушка – после примерно третьей доработки усилителя я начал подозревать что проблема не в нем и пожалуй уже точно пора дорабатывать акустику, а не усилитель. Первая мысль – снизить порядок фильтров и таким образом улучшить отдачу. Но, как я уже упоминал ранее – на практике это решение почти всегда ошибочно. Дело в том, что при низкой частоте раздела между НЧ и СЧ из-за параллельного соединения звеньев фильтра происходит наложение пиков импедансов НЧ динамика и ШП динамика в СЧ звене, что заметно снижает итоговую добротность НЧ звена, то есть пик итогового НЧ резонанса становится ниже и шире. На графике зависимости импеданса от частоты это проявляется как некоторая “полочка” на “седле” 🙂 между резонансными НЧ пиками. Это могло бы быть хорошо и “полезно”, если бы не вполне отчетливо слышимая модуляция СЧ диапазона в зависимости от уровня НЧ составляющей сигнала на средней и высокой громкости звучания – КИЗ размываются, локализация источников звука теряется. Поэтому параллельные фильтры первого порядка при низкой частоте раздела НЧ и СЧ (ВЧ) – это не самое лучшее решение. И тут я вспомнил о таком интересном варианте, как последовательный фильтр.

Итерация №2. Последовательный фильтр.

Этот тип фильтров стал широко известен в начале 70-х годов благодаря докладу Richard Н. Small на одной из сессий Audio Engineering Society. В материалах доклада в частности была такая интересная таблица.

Приведенная выше часть таблицы относится к расчету номиналов последовательного фильтра первого и квази-второго порядков.

(Почти) окончательный вариант схемы последовательного разделительного фильтра

Измерения:

Импеданс последовательного фильтра без нагрузки, импедансы НЧ и ВЧ звеньев

Импеданс НЧ звена – оформление ФИ и ПАС

Итоговый импеданс

Первоначальная АЧХ. Отчетливо видна “яма” на нижних СЧ, то есть полярность СЧ ВЧ динамика нужно поменять. В свою очередь это означает, что порядок фильтра скорее второй, чем первый

Коэффициент гармоник @1V@1000Hz

Я применил квази-второй порядок НЧ-СЧ фильтра. Это несколько ухудшило равномерность АЧХ и Z-ЧХ, но позволило сохранить сфокусированность КИЗ в широком диапазоне подводимой мощности. Уже при первом включении я заметил, что акустика “дышит”, музыка свободно льется и при небольшом уровне громкости. Идея о доработке и “подборе” требуемой мощности усилителя потеряла актуальность.

Несколько интересных фото.

Параллельный фильтр –

Последовательный фильтр –

“Лишние” детали 🙂

Фото готовой акустики.

P.S. (Апрель 2022)

Немного подкорректировал номиналы элементов разделительного фильтра. По-прежнему, обошелся без пассивной аттеньюации – то есть резисторов в фильтре нет. АЧХ акустики в моей системе, снятая в месте прослушивания (на диване), НЧ оформление – ФИ, ШП СЧ динамик – без виззера. Обратите внимание на то, что в диапазоне 50 Hz…20 kHz отклонение АЧХ укладывается в 5dB. Интересен и ход АЧХ на частотах ниже 40 Hz – это к вопросам об итоговой АЧХ всей системы и акустической подготовке комнаты для прослушивания. 🙂

Январь…Март 2022 г. Владивосток

В ожидании нового (красивого) корпуса:

АЧХ до и после, микрофон по центру. Видно, что whizzer улучшает равномерность АЧХ и компенсирует провал в области 10К. Но, если микрофон отклонить на 40…60 градусов, то АЧХ становится примерно-аналогичной АЧХ без whizzer’а. 🙂

В итоге – удаление whizzer’а и добавление “правильного” ВЧ динамика дает более гладкую АЧХ и более широкую и равномерную диаграмму направленности на ВЧ.

Июнь 2021 г.Владивосток