Мало ИСТОРИИ

Современный громкоговоритель (динамик, звуковая головка, динамическая головка) достаточно сложное устройство. На рисунке вверху показаны его составные части. Он не намного поменялся с того времени, как был придуман.

Разработанный в 1925 году в BELL Laboratories (США) электродинамический принцип возбуждения механических колебаний звуковой катушки с смешивателем в громкоговорителе предугадывал внедрение в нем электромагнита, питаемого от сети неизменного тока. 2-мя годами позднее, в 1927 году, в Великобритании инженер Г. Хартлей (Harold A.Hartley) из компании ENGLISH ELECTRIC Co предложил установить в динамической головке взамен устройства подмагничивания неизменный магнит. Создание массивных магнитов для нужд электропромышленности к тому времени уже было налажено, и было понятно о размеренном сохранении вначале данных характеристик. Г. Хартлей считал, что для передачи всего спектра звуковых частот довольно 1-го неплохого громкоговорителя. Разработанный им громкоговоритель отвечал требованиям высочайшей верности проигрывания звуков, и потому применительно к нему был запущен в воззвание термин "Хай-Фай" (Hi-Fi, High Fidelity) - высочайшая верность. Термин закрепился, и его применение распространилось на другие разновидности бытовой высококачественной звуковой аппаратуры. В следующем требования, также способы и средства измерений черт Hi-Fi-радиоаппаратуры были изложены в европейском эталоне DIN 45500. По заветам Г. Хартлея до сего времени выпускаются динамические головки британской конторы LOWTHER, отвечающие требованиям широкополосности.

БОРЬБА ЗА КАЧЕСТВО ЗВУКА

В разработках и производстве современных электродинамических громкоговорителей до сего времени повторяются нововведения, известные еще с 1920-х годов. Совместно с тем в протяжении многих лет фактически все конструктивные элементы акустических преобразователей дорабатывались. В процессе их совершенствования больше всего внимания уделялось возмущающим мембранам, устройствам их подвеса и центрирующим шайбам. Так, к примеру, у многих сегодняшних динамических головок материалом для воздушных возбудителей служит не только лишь апробированная упрессованная пропитанная бумага с добавками, да и предложенный британской компанией B&W (Bowers & Wilkins) полипропиленовый материал, армированный кевларовыми нитями. В других случаях для диффузоров низкочастотных (НЧ), среднечастотных (СЧ), высокочас тотных (ВЧ) громкоговорителей подходит стеклоткань, керамика, также металлы - титан, алюминий, сплав алюминия с магнием; всераспространены мембраны двух- и трехслойные из металла, синтетики в купе с бумагой. В последние годы мембраны большинства высокочастотных головок преобразовались в излучатели купольного (выгнутого наружу) типа. Для уменьшения веса и наилучшей маневренности делаются они почаще из железной фольги либо шелка. Совершенствовались и неизменные магниты: для их производства стали использовать редкоземельные элементы с высочайшей способностью к намагничиванию, к примеру легкосплавный металл неодим.

В громкоговорителе мембрана совершает поршневые (колебательные) перемещения вперед-назад. Звуковая волна идет на слушателя. Понятно, что смещение диффузора в направлении слушателя является рабочим (полезным). Движение его тыльной части в обратную сторону не замечалось бы на слух, если б излучатель находился в открытом пространстве (к примеру, в чистом поле). В реальных критериях оборотные воздушные волны, будучи отраженными от стенок помещений с неким опозданием во времени, также действуют на слушателя и несколько искажают звуковой образ. Все же в 1920-1930-х годах и много лет позже для радиоприемников и радиол применялись открытые с 2-ух сторон акустические конструкции. Это оправдывалось возможностью воплотить полностью в то время еще недостаточные мощностные данные громкоговорителей.

Показавшееся позже акустическое оформление в виде закрытых ящиков предусматривало в звуковой колонке (ЗК) глухую заднюю стену, благодаря которой исключается взаимодействие переднего и тылового излучений громкоговорителей. Снутри корпуса колонки оборотные воздушные волны гасятся непараллельными стенами и всасывающими материалами.

Достигнуть высококачественной передачи звука очень трудно. Получившее сейчас повсеместное признание конструктивное решение, поименованное как "закрытый ящик", оказалось очень действенным для неискаженной передачи звука в данной полосе частот. Но в согласовании с азбучными законами радиотехники при использовании динамической головки с высочайшей добротностью тут очень звучно звучат басы. При установке в ЗК звучного ворителя с пониженной добротностью выходит более широкая и ровненькая амплитудно-частотная характерис тика (АЧХ). Но вкупе с тем миниатюризируется громкость воспроизводимых низких частот (НЧ).

Потому было предложено ввести в звуковую колонку акустический усилитель низких частот - фазоинвертор (за рубежом - Bassreflex, Vented box, Ported box). По существу фазоинвертор (ФИ) представляет собою достаточно ординарную конструкцию, повторяющую разработанный практически 150 годов назад традиционный резонатор Г. Гельмгольца - величавого ученого и первопроходчика акустики (фото вверху). В первый раз использовать Bassreflex для роста громкости звучания низкочастотной составляющей музыкального сигнала предложил инженер A.Typac (Albert L. Thuras) из лаборатории BELL Labs (США). Свое видение акустического устройства он выложил в заявке на патент от 15 августа 1930 года. Вокруг базисного громкогово рителя предусматривался установка 13-ти резонаторов. В следующем эмпирически было установлено, что для подъема басов при проигрывании музыки легкого жанра довольно одного-двух резонаторов.

Нововведение понравилось разработчикам и производителям звуковых систем. Подавляющее большая часть выпускаемых сейчас звуковых колонок имеют просто исполняемую в производстве, а поэтому недорогую пристройку в виде фазоинвертора. Даже очень дорогие акустические преобразователи динамического типа ценой несколько тыщ и поболее 10 тыщ баксов США содержат обычной интегрированный фазоинвертор. Отверстие порта дополнительного излучателя просто находится сзади, снизу, с боковой стороны, но в большинстве случаев впереди прямоугольных корпусов; достаточно нередко оно имеет вид входа в скворечник.

Нелишне объяснить, что современный потребитель бытовой стационарной и мобильной радиоаппаратуры в главном слушает пользующуюся популярностью музыку с упором на низкие частоты. Отдельным любителям охото, чтоб от уханья басов содрогался даже корпус легкового автомобиля во время движения. Изготовители аппаратуры обязаны идти по пути меньшего сопротивления и потворствуют потребителю. Конкретно этим обстоятельством разъясняется расположенность разработчиков и поставщиков к фазоинверторам и "басовитости" вообщем домашних акустических колонок.

Акустики в течение многих лет усовершенствовали систему ЗК с фазоинверторами: разработаны методики расчетов, рекомендованы новые материалы, уникальные формы резонирующих "горловин" (тоннельные, щелевые, конусные, экспоненциальные, "песочных часов" и др.). Однако не удалось справиться с основным недостатком акустического резонатора - фазовыми искажениями.

Фазовые искажения формы несинусоидальных сигналов не оказывают влияния на передачу основных тонов музыкального ряда, но приводят к нежелательной окраске звучания натуральных инструментов, искажениям в естественности их передачи. Порождаемые фазоинвертором фазовые сдвиги гармоник в сложных сигналах популярной музыки также приводят к отличиям, возникающим при воспроизведении оригинала, но они менее заметны, поскольку и так в достаточных объемах содержатся в исходных записях используемых исполнителями электроинструментов. Еще менее заметны фазовые искажения в акустических системах, передающих звуковые эффекты в аппаратуре домашних кинотеатров.

Любителям классической музыки и джаза, слушающим концерты в домашних условиях, известно, насколько достовернее и красочнее звучат натуральные ударные, духовые, струнные (контрабас) инструменты оркестров в звуковых колонках без фазоинверторов. Однако по ряду уважительных причин у многих владельцев домашней аппаратуры в пользовании находятся именно ФИ колонки, и не наступила пора их заменять. Специалисты по акустике и радиолюбители для повышения качества воспроизведения оригинала предлагают отверстия фазоинверторов закрывать самодеятельными поролоновыми, пенопластовыми или матерчатыми заглушками. И действительно, качество звучания музыки всех направлений улучшается. Попутно следует заметить, что такими заглушками отдельные фирмы даже комплектуют свои акустические изделия.

Многие любители отмечают недостаток громкости звучания низкочастотных составляющих у серийно выпускаемых DVD/CD дисков и других носителей, причем не только лишь у популярных композиций, да и у произведений классичес кого жанра (например, оперы). Казалось бы, легко повысить громкость звучания инструментов "басовой" части оркестра (ансамбля) при помощи регулятора "громкость НЧ" усилителя. Но известно, что для качественного воспроизведения музыкального шедевра не следует нарушать балансировку усилителя, лучше держать в нейтральном положении регуляторы уровня НЧ и ВЧ. Получить независимое усиление низкочастотной части спектра музыкального сигнала помогают сабвуферы.

Активный сабвуфер представляет собой отдельное и самодостаточное устройство с мощным усилителем низкой частоты (УНЧ), динамической головкой и фильтром. Позволяет независимо регулировать уровень громкости по НЧ. Предложен был в свое время как дополнение к акустике домашнего театра для поддержки спецэффектов. Любители музыки поначалу восприняли сабвуфер недоверчиво. Сейчас же он является необходимой принадлежностью домашнего музыкального театра (ДМТ). В журнале впервые статья о сабвуфере применительно к ДМТ была помещена четыре года назад (см. "Наука и жизнь" № 7, г.). Там же предложены простые способы подключения его к домашней радиоаппаратуре; сейчас подобные схемы можно найти уже в эксплуата ционной документации. О том, что сабвуфер "не боится дифракции" и размещать его в помещении можно произвольно, журнал писал совсем недавно (см. "Наука и жизнь" № 3, г.). Согласование активного громкоговорителя НЧ со звуковыми колонками хорошо отлажено. Возникающие при всем этом фазовые искажения минимальны и не превышают имеющих место в ЗК без фазоинвертора. У сабвуфера легко получается взаимодей ствие по громкости с базовым УНЧ, который он не нагружает. Благодаря ему можно покупать менее габаритные полочные звуковые колонки, легко размещаемые в помещении и менее дорогие по сравнению с напольными. Выбирать сабвуфер следует также без фазоинвертора. Для нужд ДМТ достаточно одного прибора. Прослушивая разноплановые музыкальные композиции, приходится часто пользоваться его регулятором громкости, поэтому желателен аппарат с пультом дистанционного управления.

Совокупное объединение двух звуковых колонок с сабвуфером в музыкальной стереофонии получило наименование "трифоник". Сабвуфер имеет очередное важное эксплуатационное достоинство - его всегда можно выключить, если кажется, что без него возможно обойтись. При всем этом не нарушается способность аппаратуры к воспроизведению музыкального ряда и не нужно производить переключений (перекоммутации) соединительных подводящих проводов.

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

HI-END - надуманный, рекламный слоган дорогостоящей бытовой техники, никогда не получавший нормативной поддержки. Под аппаратурой "класса Hi-End" обычно подразумеваются комплекты или составные элементы эквивалентной стоимостью одна-две тысячи долларов США и поболее. Далеко не всегда декларируемые качественные характеристики компонентов соответствуют их высокой продажной цене. По прошествии времени и по мере снижения цен применение аббревиатуры исчерпывается в отношении серийной продукции, ранее ею помечаемой.

Импеданс, номинальный импеданс (полное сопротивление) - термины, характеризующие индуктивно-емкостные контуры и цепи электрорадиоаппаратуры. Считается: чем оно меньше, тем лучше. В какой-то степени термин рекламный. Например, у звуковой колонки с популярным "номинальным импедансом 8 Ом" можно ожидать оговоренной величины сопротивления только на отдельных участках АЧХ. Очень ярко использование термина иллюстрируется на примере зарплаты: она у всех номинальная и довольно редко совпадает с реальной.

Подписи к иллюстрациям

Илл. 1. 1945 год; радиоприемник "Рекорд" производства Александровского радиозавода. В радиоприемниках применялся открытый корпус с большим количеством отверстий на задней панели, предназначенных не только лишь для защитных и теплоотводящих целей, да и для улучшения акустики.

Илл. 2. Представленные А. Турасом чертеж и график к заявке на патентование фазоинвертора. Фазоинвертор поднимает низкие частоты, выравнивая амплитудно-частотную характеристику. На графике: 1 - расчетная АЧХ звуковой колонки без ФИ; 2 - расчетная АЧХ с ФИ; 3 - экспериментальная АЧХ с ФИ.

Илл. 3. Звуковая колонка производства английской фирмы REFERENZ, реализующая идею д'Апполито. Для повышения громкости звучания НЧ ленточный твиттер ВЧ расположен посреди между двумя парами СЧ и НЧ динамических головок и двумя портами фазоинверторов; габариты - 204x26x42 см, масса - 95 кг.

Илл. 4. Пластинки "легкой музыки" с такими этикетками, выпущенные на отечественных фабриках в тридцатые годы, можно было приобрести исключительно в Торгсине (были такие магазины "для торговли с иностранцами") в обмен на лом драгоценных металлов. Ниже - этикетка грампластинки с записью выступления популярного в те годы джаз-оркестра Якова Скоморовского.