Акустические системы

При разработке АС приходится сталкиваться с проблемами паразитных излучений корпуса и изгибных колебаний, нарушающих синфазность движений диффузоров динамических головок. При чрезмерной вибрации корпуса снижается звуковое давление от системы и увеличивается суммарный коэффициент гармоник в области низких частот. Кроме того, вибрации корпуса порождают призвуки, искажающие основной сигнал. Для борьбы с вибрациями рекомендуется устанавливать НЧ-головку на мягкую кольцевую прокладку (например, из автомобильной камеры). При этом крепящие болты не должны соприкасаться с диффузородержателем, под их головки необходимо подложить резиновые шайбы. Это позволяет снизить уровень вибрации корпуса в области низких частот на 15…20 дБ.

Одним из основных способов борьбы с вибрацией корпусов является увеличение толщины их стенок. При увеличении толщины стенок с 4 до 8 мм средний уровень ускорений на низких частотах уменьшается на 40…45 дБ, а при увеличении с 14 до 20 мм это уменьшение составляет всего 5 дБ. Оптимальная толщина стенок зависит как от мощности НЧ-головки, так и от размеров корпуса. Увеличение толщины стенок оказывает наибольшее влияние на вибрации верхней и задней стенок.

Внешняя форма корпуса существенно влияет на акустические характеристики. Наиболее оптимальная форма корпуса – шар. Такая форма обладает хорошей жесткостью способствует наименьшей неравномерности АЧХ вследствие дифракционных эффектов. Наибольшую неравномерность имеют наиболее распространённые АС прямоугольной формы. Поэтому сегодня всё чаще в АС класса Hi-End корпуса средне- и высокочастотных громкоговорителей делают в виде отдельных блоков обтекаемой формы. Такое построение позволяет экспериментально подобрать смещение головок относительно друг друга по глубине. Для этого на АС подают сигнал типа «меандр» частотой 0.7∙f_Р (где f_Р – частота раздела) и наблюдая переходной процесс сигнала, снимаемого с измерительного микрофона, установленного на акустической оси головок, смещением громкоговорителей добиваются наилучшей формы сигнала. При проектировании АС, с целью расширения диаграммы направленности и уменьшения дифракционных пиков-провалов АЧХ, переднюю панель делают как можно более узкой (по размеру НЧ-головки). В отдельных моделях с этой целью переднюю панель выполняют скошенной с боков и кверху, т.е. в сторону СЧ- и ВЧ-головок.

Корпус каплевидной формы в горизонтальном сечении запатентованный под названием Hornflex, изготавливается из листов МДФ, Склеенных вибропоглощающим компаундом. На направленные свойства головок АС влияют линейные размеры диффузоров динамических головок. Условием точечности источника звука является:

(24)

Расстояние между ВЧ- и СЧ-головками также существенно влияет на направленные свойства АС, т.к. вблизи частоты раздела, где одновременно излучают обе головки, размеры эквивалентной головки увеличиваются, и характеристика направленности в вертикальной плоскости резко сужается. Для уменьшения этого эффекта головки располагают вплотную. Кроме того, во избежание искажений характеристики направленности в горизонтальной  плоскости, головки необходимо располагать одну над другой в вертикальной плоскости. В реальных АС ширина главного лепестка характеристики направленности составляет примерно ±50˚ до частоты 1 кГц, а на высоких частотах – менее ±20˚.

Характер передаточной функции АС, даже в случае идеальности головок (АЧХ = const, ФЧХ = 0), зависти от передаточных функций фильтров, характеристик направленности головок и линейно зависящих от частоты фазовых набегов, обусловленных соизмеримым с длиной излучаемых волн расстоянием между головками в корпуса АС.

Критерием оптимальности пространственного выравнивания «акустических центров» головок является не только совпадение абсолютных значений ФЧХ разделяемых каналов,  но и крутизны (скорости измерения) ФЧХ (т.е. группового времени запаздывания – ГВЗ) в области частот разделения. При этом вовсе необязательно, чтобы пространственно катушки головок находились в одной плоскости.

Таким образом,  сложная внешняя конфигурация современных АС категории Hi-End, наряду с эстетическими соображениями, функционально обусловлена техническими требованиями к параметрам и качеству звучания АС.

Уменьшению дополнительных призвуков от воздействия АС на пол способствуют шипы. Для сравнения представим себе, что мы ударяем по полу просто молотком или через острый гвоздь. Хорошими вибропоглощающими свойствами обладает песок. Поэтому его часто используют в подставках под АС, а также засыпают в многослойные (ДВУХСЛОЙНЫЕ) СТЕНКИ КОРПУСА.

Наиболее доступным и подходящим материалом для изготовления корпуса АС в домашних условиях являются древесно-стружечные плиты (ДСП или MDF) толщиной не менее 16 мм. Прекрасным материалом для стационарных  АС является мрамор. Из древесины для корпуса АС подходят лиственные породы дерева: дуб, бук, ясень, орех. Иногда используют клён, но он более капризен. Толщина стенок должна быть 25 мм и более. Причём древесина должна быть зимней рубки (гарантирует отсутствие вредителей) и высушена до распиловки под навесом в течение 6….8 лет для снятия внутренних напряжений.

Другой способ борьбы с вибрациями заключается в нанесении вибропоглощающих покрытий на внутреннюю поверхность корпуса громкоговорителя. В качестве таких покрытий применяют автомобильные противошумные мастики (толщиной 3…6 мм, которые наносят слоями в несколько приёмов, чтобы каждый слой успел отвердеть), синтетический линолеум (наклеивают клеем 88, линолеум с тканевой основой приклеивают гладкой стороной), рубероид (наклеивают клеем 88 или растворенным керосином битумом), гидростеклоизол – стеклоткань с нанесённым с двух сторон битумом (наносят, предварительно размягчив керосином).

Хорошие результаты дает предварительное оклеивание стенок достаточно жёстким пористым пенопластом толщиной 6…12 мм. Хорошо демпфируют резонансы и многослойные свинцовые прокладки.

Практическое представление о декременте затухания стенок корпуса даёт звонкость и длительность их звучания после того, как по ним ударяют суставом пальца. Короткий и глухой звук говорит о хорошем демпфировании.

Для лучшего демпфирования панели динамические головки необходимо крепить на резиновые кольца (например, из автомобильной камеры), под головки винтов также необходимо подкладывать мягкие резиновые шайбы.