Как проектируют акустику опытные конструкторы

Хорошо звучащая колонка рождается из метода, а не из случайности. Опытные конструкторы различаются вкусами и любимыми решениями, но их подход удивительно похож. Разберём его шаг за шагом, а заодно посмотрим, чем известны некоторые авторы, чьи конструкции вы найдёте в библиотеке проектов Loudsmith.

1. Задание прежде динамиков

Новичок начинает с любимого динамика. Опытный конструктор начинает с вопросов: какого размера может быть колонка, где она будет стоять, насколько громко и насколько низко должна играть. Между размером корпуса, глубиной баса и чувствительностью действует компромисс, известный как закон Хоффмана: из трёх свойств можно получить максимум два. Поэтому задание решает больше, чем марка динамика.

В Loudsmith: мастер из шести вопросов и задание на первом шаге, из которого приложение выводит и целевые параметры, и подбор динамиков.

2. Выбор динамиков по данным, а не по цене

НЧ-динамик выбирают по параметрам Тиля–Смолла: резонансной частоте Fs, полной добротности Qts, эквивалентному объёму Vas и ходу Xmax. Именно они определяют, в какой корпус он подойдёт и сколько баса сможет выдать. У ВЧ-динамика решает то, насколько низко его можно отрезать, а у НЧ-динамика — где он начинает сужать диаграмму направленности и где начинается разбиение диффузора. У хороших пар есть зона перекрытия, в которой оба динамика звучат чисто и с похожей направленностью.

В Loudsmith: каталог из 1 604 динамиков с полными параметрами, рейтинг НЧ-динамиков по результатам моделирования корпуса и ВЧ-динамики, упорядоченные по совместимости с выбранным НЧ-динамиком.

3. Моделирование корпуса

Прежде чем отпилить первую панель, корпус моделируют: закрытый ящик или фазоинвертор, какой объём и какая настройка порта. Помимо АЧХ контролируют ход диффузора, скорость воздуха в порту и групповую задержку. Колонка, которая на графике играет низко, но на обычной громкости упирается в Xmax или свистит портом, — плохой проект.

В Loudsmith: семь типов акустического оформления одновременно, со сравнением и рекомендацией.

4. Измерять, измерять и ещё раз измерять

Именно здесь пути любителей и опытных конструкторов расходятся сильнее всего. Данные производителя измерены на бесконечном экране. У реального динамика в реальном корпусе есть неравномерность из-за дифракции на краях, резонансы корпуса и разброс от экземпляра к экземпляру. Поэтому динамики измеряют в готовом корпусе микрофоном (АЧХ, файл FRD) и приспособлением для измерения импеданса (файл ZMA). И только по этим данным рассчитывают кроссовер.

В Loudsmith: файлы FRD и ZMA для каждого динамика заменяют модель, и кроссовер пересчитывается по ним. Без измерений приложение оценивает дифракцию по размерам передней панели.

5. Кроссовер на реальную нагрузку

Цель — не «фильтр 2-го порядка на 2 kHz», а акустический результат: чтобы отдача динамика вместе с его собственной АЧХ следовала целевой кривой, например Linkwitz-Riley 4-го порядка. Электрический фильтр — лишь средство. Поэтому номиналы компонентов оптимизируют по измерениям, а в пассивном кроссовере учитывают и потери в катушках.

В Loudsmith: автоматический расчёт на акустическую цель, ручной режим, свободный редактор схемы и активное разделение с DSP.

6. Прослушивание и итерации

Последние десятые доли децибела в уровне ВЧ-динамика или форма перехода между полосами доводятся на слух, в той комнате, где колонка будет играть. Опытные конструкторы делают несколько версий кроссовера и сравнивают их. Отсюда вывод: даже лучшая модель не заменит измерений и прослушивания.

Чем известны некоторые авторы

John Krutke – Zaph Audio

На сайте Zaph Audio он опубликовал десятки конструкций и сравнительных измерений динамиков. Его проекты, например ZD5 или ZA-SR71, основаны на тщательных измерениях и пассивных кроссоверах, рассчитанных по измеренным данным. Для каждой конструкции он публиковал графики, по которым видно, как проверялся результат. Для многих самостоятельных конструкторов это до сих пор образец того, как должен выглядеть хорошо задокументированный проект.

Siegfried Linkwitz – Linkwitz Lab

Линквиц — соавтор фильтра Linkwitz-Riley, который сегодня используется в большинстве кроссоверов. В своих конструкциях, например ORION или PLUTO, он продвигал активное разделение с эквализацией и открытые экраны (диполи), которые меньше возбуждают комнату. Он много писал о том, как комната меняет восприятие звука, и рекомендовал равносторонний стереотреугольник и достаточное расстояние от стен. На его работах основана и модель комнаты в Loudsmith.

Martin J. King – quarter-wave.com

Кинг занимался математическими моделями четвертьволновых конструкций: линий передачи (TL), TQWT и ML-TL. Его расчёты показали, что эти «загадочные» корпуса можно точно моделировать, если учитывать распределение демпфирующего материала и положение динамика на линии.

Needle – Acoustic Design Magazin

Needle — узкая стройная напольная колонка с широкополосным динамиком в корпусе TQWT. Она показывает, что простая конструкция без кроссовера может звучать удивительно хорошо, если динамик и линия хорошо согласованы. Loudsmith использует её как эталон и для сравнения, и для прослушивания.

Что из этого вынести

• Сначала задание, потом динамики.
• Моделируйте корпус с учётом хода диффузора и скорости воздуха в порту, а не только АЧХ.
• Рассчитывайте кроссовер на акустическую цель и в идеале по измерениям в готовом корпусе.
• Учитывайте комнату, в которой колонка будет играть.
• Начните с проверенной конструкции и учитесь на ней. В библиотеке проектов они открываются одним щелчком.