Контрапертурная акустическая система своими руками

Обновлено: 06.07.2024

Попытки улучшить акустические системы предпринимались со времён их возникновения. Новые технологии, инженерные решения, иные концепции создаются уже на протяжении 85 лет, но до сих пор фундаментальная наука, как таковая, мало касалась этой области. Возможно, это обусловлено отсутствием интереса у военных (раз не стреляет, значит не нужно) и больших корпораций (всё же изготовление колонок не самый прибыльный и объёмный бизнес), спонсирующих науку по крайней необходимости. Как бы то ни было, но принятые в своё время стандарты Hi-Fi были взяты производителями за основу, так как они полностью соответствуют представлениям о разрешающей способности человеческого слуха (воспроизводимый частотный диапазон и мера нелинейных искажений), и предпринимать какие-либо попытки дальнейшего улучшения - бессмысленно. Но, практическим следствием введения Hi-Fi стандартов, неожиданно оказалось появление категории Hi-End.

Не следует понимать звук как колебательные потоки воздуха, распространяющиеся по комнате. Звуковая волна – это волна изменения давления. Вспомните круги на воде после попадания в неё капли. Сама вода никуда не течёт, она остаётся на месте, но по ней распространяются волны, которые и есть последствия вымещения объёма той самой капли. Причём это движение возвратно поступательное. Так и в воздухе, сами молекулы никуда не движутся, а только слегка смещаются, то навстречу друг другу, то наоборот, волнообразно меняя плотность среды.

Когда вы стоите рядом с кругом, по которому летает модель, звук мотора постоянно преображается в зависимости от положения самолёта, но если вы стоите в центре, и сами крутите его, то звук для вас будет одинаков. А обостренную чувствительность человеческого уха к эффекту доплеровской интермодуляции можно объяснить реагированием на опасность в окружающей среде. Мы должны различать не только изменение громкости, тем более оно для расстояния в несколько метров будет не значительным (а вопрос жизни может решить и несколько сантиметров), но и что-то другое, ради моментальной реакции. Выходит, малейшее изменение звука источника моментально обрабатывается нашим мозгом. А теперь представьте себе динамик. Его мембрана очень быстро движется относительно вас. Взад и вперед. Следовательно, звук постоянно подвергается частотным и фазовым искажениям.

Между прочим, исход настолько нехорош, что происходит даже гармоническая расстройка ноты. Казалось бы, динамик движется на минимальные расстояния, и этот эффект должен быть незаметен. Но, к сожалению, человеческое ухо, как уже упоминалось выше, настолько чувствительно, что и малейшие изменения играют заметную роль.

Внимание, вопрос! Так каким же образом контрапертурная акустика может избавиться от этого эффекта, в ней же используются такие же двигающиеся динамики?

А теперь, немного дёгтя в сладкую бочку, впрочем, не только контрапертурной акустике. Она может иметь недостатки, присущие всем другим системам. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики динамиков, корпусные резонансы, несогласованность с усилителем и подобные. Но хотя бы несколько, и очень насущных проблем, решить с её помощью удастся. А дальше, уже дело за прогрессом, он на месте стоять не привык.

В довершение всего, немного практики заинтересовавшимся. Контрапертурную конструкцию можно создать и не прибегая к установке двух противоположно установленных динамиков (здесь требуется прецизионной точность инсталляции и полная идентичность оных). Менее эффективный, но всё же отражающий суть, способ, прост. Если вместо второго динамика, в середине контрапертурного промежутка поместить отражающую поверхность (достаточно жёсткую, не создающую дополнительных резонансов), то мы получим такой же эффект. Приведем пример испытанный автором этой статьи на обычных мультимедийных колонках, стоящих, как в большинстве домов и офисов, рядом с компьютером. Напольную систему для такого эксперимента брать не рекомендуем, габариты не позволят обойтись малыми силами.

Итак, колонки были поставлены на заднюю панель (их динамики смотрят в потолок), сверху на свободные места корпуса поставлены пачки сигарет, на которые аккуратно водружены пара книг. С тех самых пор, колонки так и стоят, производя на увидевших это сооружение людей неизгладимый эффект, и удивляет звуком, неожиданным для системы стоимостью в 30 долларов. Конечно, следует заметить, что в таком случае вам придётся подобрать расстояние от динамика до отражающей поверхности, наиболее соответствующее вашим условиям (размер динамика и т.п), а также, опыт не даст особых результатов если система будет иметь больше одного динамика, так как это уже подразумевает более сложную конструкцию.

И под занавес. Многие знают знаменитый коан из дзен: как звучит хлопок одной ладонью? Не правда ли, создаётся ощущение, что и классическая конструкция колонок реализует изначально логически невыполнимую задачу. И если тибетские философы таким образом тренируют разум, то мы, каждый в своём доме, просто слушаем хлопание одной ладони.

Данный материал посвящаю всем самодельщикам и желаю им удачи в работе.

Начало

Дорогие друзья, разрешите представиться. Зовут меня Юрий. Имя получил в честь Юрия Алексеевича Гагарина, как и многие мальчики в тот период. Настолько он был популярен, когда я родился. Видимо, энергетика того времени и имени первого космонавта, в какой-то степени передалась мне и стала частью души, требующей активности. В школьные годы активность была разнонаправленной, но не включала в себя учебу. В жизни это не стало помехой. Технический университет закончил с отличием. Профессию свою, выбранную по принципу максимальной сложности специальностей, предлагаемых ВУЗом, в который поступал, не сменил и зарабатываю ею по настоящее время. Учили меня на конструктора гидравлических машин и средств их автоматизации.

Кроме увлечения аудиотехникой, сопровождающего меня по жизни, люблю фотографию, читаю фантастику (обязательно о космических путешествиях – отрабатывает та самая энергетика). И еще одно увлечение – почти дюжину лет мастерю мебель из дерева. Сейчас уже имеется серьезный опыт краснодеревщика, который позволяет изготавливать мебель профессионально.

Создание акустики, о которой пойдет речь - одно из давних моих увлечений. Но, накопленный опыт, сегодняшние возможности и новые желания позволили поставить перед собой сложную задачу – создать акустику для дома, передающую динамику, масштабность и эмоциональность концертного исполнения музыки.

Всем читателям – мое безмерное расположение и наилучшие пожелания.

Я – любитель. Буду стараться писать только о конкретике. Поделюсь своим практическим опытом по созданию акустических систем высокого уровня. Адресую эту информацию таким же любителям, которым нравится качественный звук, получающим удовольствие не от фона, а от прослушивания музыки. Людям, которые в мире звуков, имеют предпочтения и любимые записи.

По предварительным оценкам, возможно завышенным, купить такое оборудование – оказалось не по карману. Размениваться на хорошее доступное – не хотелось. Таким образом, встала задача построить самому акустику максимально высокого класса, доступного в домашних условиях. Без лабораторий, высокоточных измерений, но, чтобы порода, солидность и элитность звука была неоспорима. Чтобы от прослушивания создавалось именно такое впечатление.

Выбор

Технологию изготовления не даю. Раскрой тоже. Учитывая свой опыт работ с деревом – считаю, что у каждого мастера, берущегося за изготовление такой конструкции, будет своя специфика конструирования и работ по изготовлению. Специфика связана с условиями, навыками и набором инструмента. Я привык работать с клеем, отказавшись от металлического крепежа (кроме съемной задней стенки). Это обеспечивает отсутствие технологических реек, забирающих объем, дающих дополнительную геометрию в канале звука, что с моей точки зрения – дипломированного гидравлика – не есть хорошо для движения звуковой волны по каналу. А задача, между прочим, стоит в создании условий для ее плавного, ламинарного (есть такой термин, означающий отсутствие завихрений) движения по каналу. Это снижает вероятность возникновения призвуков, ненужных для высококлассного звука.

Посомневавшись в способности этого динамика играть басы в широкополосной АС, построил сужающийся лабиринт – трансмиссионную волновую линию (ТВЛ). По отзывам в сети – это как раз то, что необходимо. Описываю без подробностей и аргументов в пользу такого решения. Не привожу рекомендаций и зависимостей построения ТВЛ. Все есть в интернете. Эту конструкцию сделал более технологичной: с катетами, без скруглений. Следует отметить, АС получилась более компактных размеров. Вот ее разрез.

Многие авторы в сети упоминают о важности правильно сделанных расчётов трансмиссионно-волнового канала, отсутствия фундаментальных ошибок, сложности конструкции и необходимости точного ее повторения при изготовлении. При этом, кроме геометрии и правил выбора динамиков в их подходе собственно ничего и нет. При вычерчивании конструкции АС с ТВЛ меня сопровождало чувство глубокого понимания механики, но не акустики. Все делал на веру. Ведь много людей делилось уже практическим опытом, достигнутым результатом и фотографиями. Многих устраивал полученных звук. Это ведь весомый аргумент.

Снова взял строительную фанеру. На сей раз, два листа, с учетом остатков от предыдущего варианта. Изготовил быстро и точно. Следует подчеркнуть избыточную жесткость корпусов таких конструкций, даже при использовании фанеры 12мм.

Итак, ощущение от прослушивания – очень хорошо. Недостатки те же. Если нехватка верхов – это конструкция динамика, то нехватка басов – вопрос корпуса. Следует сказать, что бас стал более выразительным и подчеркнутым. Это было отмечено независимо всеми участниками прослушивания. Неожиданность состояла в следующем. Вначале прослушивание велось каждой колонки в отдельности. Хотелось услышать ее возможности, сравнить с другим вариантом. Тем более, первый эксперимент повторения конструкции дал только одну колонку. Потом их подключили вместе. Эффект оказался потрясающим. Возникла не только панорама звука, сцена. Прежде всего, преобразился сам звук. Его мощь, открытость, легкость ошеломили! Да, позднее, прослушивая неравноценную пару АС, пришлось поднять ВЧ и НЧ на усилителе. Но звук был не просто красивым. Он держал, притягивал к себе. Любимые треки звучали так, как будто слушал их впервые. На многих стали слышны оттенки басов и средних частот, о существовании которых раньше с английскими напольниками даже не подозревал. Подруга супруги, присутствующая с ней в доме в соседней комнате во время тестирования пары АС на различной громкости и стилях: камерная музыка, джаз, электроника, уходя, сказала, что побывала в филармонии или на концерте. Эта фраза была не деликатность по отношению к хозяевам, а похожа на правду. Распространение звука по сопредельным комнатам оказалось приятным сюрпризом. Это будет важным моментом при приеме гостей для создания легкого ненавязчивого музыкального сопровождения в нескольких зонах сразу. Аппаратуру стал включать при каждом проходе мимо. И, в конце концов, после трех дней, сдался окончательно и попросил будущего владельца забрать этот тестовый вариант акустики себе домой для прослушивания, пока не наступит время изготовления АС парадного вида.

Мытарства

Все изложенное выше, условно кратко представляет пройденный путь. Описал его для тех, кому интересно создание высококлассной АС своими руками, кто сталкивается с подобными вопросами. Здесь описан процесс разработки АС с нуля, и путь был пройден полностью до создания прототипа. Кто пожелает, может тоже пройти всю дорогу, более осознано. Кому-то будет доступно срезать на ней углы.

Не скрою, понимание цели при акустических расчетах по рекомендациям Рогожина должно быть ясным. На первом этапе это достигается соблюдением данных в материале инструкций и, уже на втором этапе. обретенным опытом. Дабы достичь желаемого результата мне пришлось выполнить множество акустических расчетов для получения оптимумов и построить шесть опытных вариантов с тем, чтобы выйти на седьмой – окончательный. Сравнивая полученный результат в материале и звуке можно уточнить выполненные расчеты и сделать правильный выбор варианта, подогнав его под свои предпочтения, обеспечив великолепное звучание АС.

Тем, кто не устал

Совсем уж практическая сторона. Итак, выбор динамических головок позади, выбор конструктива (лабиринт-канал) тоже. По рекомендации Рогожина установил программу Hornresp австралийского разработчика. Выполнив пошаговые инструкции, получил первый результат. Скажу так, практически вслепую пришлось выполнить не менее сотни расчетов для обеспечения всех требований. К чему нужно стремиться – инструкции даны Рогожиным. Далее делюсь собственным опытом.

Первым делом – фото выполненных попыток найти желаемый звук:

Здесь представлено пять вариантов корпусов для одного типа динамика. Все варианты, кроме последнего (это шестой вариант, полученный переделкой пятого), выполнены в размере 1520 мм в высоту (высота фанерного листа). Ширина и глубина корпусов различная и зависит от расчетного сечения канала. Внутренняя архитектура – тоже различная. Первый вариант (правый корпус на первом фото) выполнен из фанеры 15 мм. Масса корпуса - около 70 кг (без отделки). Все последующие – фанера 12 мм и масса от 35 до 55 кг. Легкие вибрации незначительных участков поверхности на корпусах акустики толщиной 12 мм присутствуют при подаваемой мощности в 100 Вт. Если откровенно – развиваемое звуковое давление на такой мощности в ограниченном пространстве долго не выдержать. Хорошо, что соседей за стенкой нет.

Таким образом, при комфортном уровне громкости вибрации корпуса и призвуки не отмечены. Призвуков, кстати, не отмечено при любом уровне громкости.

Особенности, выявленные в процессе набора опыта следующие: Сначала было непонятно объяснение в п.9 инструкции Рогожина о параметрах Con (1) и Con (2). Лишь позже понял, что это длины двух участков резонансного канала. Вместе они составляют общую длину канала, влияющую на частоту настройки. И выражаются они в сантиметрах.

На больших динамиках обеспечить предложенный в инструкции вариант сворачивания канала приведет к росту высоты АС. Пришлось изобретать. Окончательный принципиальный вариант, принятый для работы такой:

Конечно, за время строительства шести вариантов была отработана технология изготовления, детали конструкции АС, способы сворачивания большого канала. Вживую внутренности АС имеют такой вид:

Обратил внимание на некоторую некорректность работы программы. Например, при расчете удается обеспечить групповые временные задержки (ГВЗ) в пределах рекомендуемой нормы. При печати результата расчета, диаграмма ГВЗ имеет серьезные искажения, недопустимые выбросы, которые не соответствуют действительности.

Т.е. расчетные выбросы ГВЗ не превышают 20мс (копия экрана - слева), а при печати они же выпадают до значения в 670мс (правое изображение). Внимание, изготовленная по приведенному расчету АС обеспечила ровную работу, без призвуков и неравномерности. Нужно верить левому изображению.

Отладка кроссовера

Выше были описаны подходы и особенности создания акустического оформления АС. Следует отметить, что габариты и масса АС внушительные, мощность используемого динамика высокая. Когда акустические системы задумывались, было убеждение, что слушать их нужно при подводимой мощности в 0,5 Ватта. Это обстоятельство и было одним из ограничений при выборе динамика. Было сомнение, что мощный динамик обеспечит эффективную работу при малой подводимой мощности. Несмотря на имеющийся запас мощности, построенные прототипы АС выполняют эту функцию, обеспечивая великолепное звучание при минимальной подводимой мощности. Причем, не умаляя грандиозности звука.

В настоящее время, полученные АС подключены к усилителю фирмы Sony, у которого градуировка уровня громкости выполнена в децибелах. Поздно вечером, когда уже нет посторонних звуков, акустика великолепно и ярко звучит при громкости минус 66 дБ. Еще отмечу, что запас мощности динамиков гарантирует работу АС с минимальными линейными искажениями при любой громкости комфортного уровня.

Итак, отладка звука в кроссовере.

Первоначально полученный комплект динамиков и заказанные у производителя (компания Beyma, Испания) кроссоверы FD-2XA для этих конкретных динамиков меня разочаровал. Первое включение на малой громкости привело в полное недоумение. Звук был просто ужасен. На малой громкости басы почти отсутствовали. При росте громкости – превращались во что-то совершенно несуразное, издавая невероятное бормотание. Музыки, как таковой, не было.

После 3-4-часового прогона на высокой громкости (70-90 Вт) динамики заработали (прогрелись). Однако неудовлетворенность звуком не исчезла. Ни душевности, ни грандиозности басов, ни желаемых эмоций. Только похвальная детальность звука.

Как я уже упоминал ранее, отработка звучания выполнялась по двум направлениям: поиск оптимальных параметров лабиринта и работа с кроссовером. Наработки по лабиринту даны выше. Кроссовер так же преподнёс свои уроки. Его схема найдена в интернете. Представлял он собой фильтры первого порядка с цепью согласования входного комплексного сопротивления НЧ громкоговорителя. Частота раздела полос, по данным сайта Beyma – 1800 Гц.

Конечно, я мог бы подробно изложить все поиски и повороты настройки полученных фильтров, но что-то подсказывает, такое изложение будет скучным и малоинформативным. Изложу в тезисах.

После таких изменений звук стал очень даже неплохим, но все же, устраивал не совсем. Попытка оставить НЧ динамик без индуктивности L1, не способствовала дальнейшему улучшению звучания АС. Все же, неравномерность АЧХ динамика нужно компенсировать. Индуктивность производителя сохранил на своем месте. Ее влияние хорошо ощущается.

Следует еще отметить тот факт, что катушки индуктивности кроссовера Beyma несерьезны. Они намотаны медным проводом 1мм. Для НЧ динамика параметры индуктивности 1Ом и 1,44 мГн. На больших мощностях потеря энергетики баса гарантирована. Учитывая параметры индуктивности НЧ фильтра, полученные измерением, я заказал индуктивности для НЧ и емкости для ВЧ звеньев более высокого класса.

Итого:

Выполненная работа позволила адаптировать параметры резонансного канала к выбранному динамику и обеспечила звучание АС не ниже ожиданий, нарисованных сознанием. О звуке напишу ниже. Все работы заняли около пяти месяцев (выходные и вечернее время, учитывая наличие запала, время на прослушивание и анализ, на следующие расчеты и т.д.) и потребовали определенных затрат. Уверенно скажу – уровень звучания соответствует акустике ценового диапазона от двух миллионов рублей. Фактические затраты, особенно с учетом имеющегося оборудования несоизмеримо ниже. Пройденный путь был непростым. Созданная АС зазвучала не только благодаря точному или удачному расчету резонансного канала, интуитивно, в какой-то степени, выбранному динамику, своему подходу к моделированию и изготовлению корпуса. Напомню, построенная акустическая система двухполосная, наличие кроссовера обязательно. Работа с кроссовером также позволила внести свою лепту в окончательный звук и получить полезный опыт. Демпфирование в конструкции АС не использовалось. Возможно, предприму попытку оценить влияние демпфирования в конкретном случае. Могу сказать, что наработанный опыт позволил оценить упомянутые в начале два варианта изготовленных АС для динамиков 75ГДШ3-1, увидеть недостатки настройки на басах и внести коррективы.

Сейчас еще нет готового лицевого варианта АС для динамика 15XA38Nd. Есть проект. Выполнен новый расчет АС с динамиком 75ГДШ3-1 с увеличенной отдачей на басах. Новый вариант будет оснащен твитером BC25SC06-04. Учитывая имеющуюся рабочую загрузку и доставку дополнительно заказанных комплектующих, эти проекты будут реализованы не ранее октября-ноября текущего года. Результаты будут представлены. Часть проекта кабинета АС для головки 15XA38Nd показана ниже:

Не исключено, что у меня развитая сентиментальность. Достигнутое звучание двух-полосных АС то на одном, то на другом треках привели к душевному и сердечному трепету, к запиранию дыхания, провоцировали к повторному прослушиванию понравившихся композиций. Правильный или неправильный звук – не обсуждаю. Если звучащая АС вызывает у слушателя убеждение реальности от слышимой музыки, вокала, звуков и призвуков – цель уже достигнута. Если отдельные повороты музыкальной программы могут высушить горло, сделать глаза влажными – задача выполнена по максимуму. Склонен считать, что построенные прототипы будущих АС близки к заветному максимуму.

Скажу откровенно, не получив такого результата, я бы не позволил себе открыто делиться своими наработками. Возможно, кто-то скажет, новичкам везет. Мне же досталось двойное везение. Две пары великолепных АС на базе динамиков 75ГДШ3-1, выпущенных в советское время, вытянувших на себе 35 лет сценической жизни и пары новых, на базе динамиков 15XA38Nd испанской Beyma. Пусть повезло, но тому, кто посчитает возможным сделать подобные АС, учитывая предоставленные в материале дополнительные рекомендации, результат гарантирован. Для таких людей и пишу.

Автор статьи Юрий Кобзарь.

В альтезза клубе люди знают меня как audiomaniac, но этот ник взялся не просто так. Все потому что раньше я увлекался музыкой и звукотехникой. Причем я не фанат автозвука, а предпочитаю слушать музыку в более подходящей обстановке — дома, где можно в полной мере воссоздать эффект присутствия, вслушиваться в детали и не отвлекаться на вождение.

Речь пойдет о сборке более или менее качественной двухполосной домашней акустики, способной передать самые мельчайшие нюансы аудиозаписей, и открыть для Вас мир качественного звука, не без (качественного усилителя разумеется).

Это не первая акустика которую мне довелось спроектировать и собрать, до этого был опыт как очень основательного апгрейда советской классики, так и сборки акустики с нуля. Супругу не устраивал форм-фактор моей советской классики, большие широкие гробы которые не вписывались в интерьер и занимали слишком много места

Но звучали они превосходно, на настройку кроссовера я потратил около года доводя звук до идеала.

Колонки получились довольно тяжелой нагрузкой для усилителей, но мой усилитель собранный по мотивам форума Vegalab без проблем с ними справлялся:

Однажды один знакомый американец сказал мне что самое крутое акустическое оформление которое он когда либо слышал это трансмиссионная линия (TL). Он же лабиринт или четвертьволновой резонатор или органная труба, не путать с резонатором Гельмгольца и с фазоинвертором. У нас в России большой опыт собрал по лабиринтам Рогожин Александр. С тех самых пор общения с американцем я и загорелся собрать что-то в данном оформлении.

Идейным вдохновением для меня стала акустика фирмы PMC Twenty 24 Можно погуглить обзоры на данную акустику, посмотреть замеры и сравнить их с замерами моей акустики ниже.

В качестве динамиков были выбраны привычные мне норвежские Seas CA18RLY и 27TDC. Их не сложно свести, они не имеют серьезных изъянов, в общем хорошие динамики за свои деньги.

После прогрева и обмера динамиков получил следующие параметры Тиля-Смолла:
Fs 49hz
Mms 10.7g
Rms 1.75 kg sec
Cms 0.0009 m N
BL 6.0
Vas 17 L
Qt 0.38
Qes 0.48
Qms 1,91

У пары динамиков параметры почти не отличаются, я привел параметры одного из них. Параметры указывают на повышенную жесткость подвеса, относительно паспорта. Я не знаю как их так надо размять чтоб подойти к паспортным параметрам, в реальной жизни они у меня скорее задубеют чем разомнутся. Поэтому взял за опору в расчетах эти параметры.

Проект корпуса:

После сборки и тестов корпус получился в итоге такой:

Внутри корпус выглядит так:

Этот корпус даёт плавный спад АЧХ, -5дб на 30 гц. Можно уменьшить высоту корпуса на 5-10 см, тогда спад АЧХ будет быстрее, но зато общая чувствительность до 100 гц будет выше — кому что ближе. Соотношение длин 1 к 2 соблюдается, поэтому если делать выхлоп в пол то динамик придется опускать ниже, мне же наоборот хотелось поднять его как можно выше, а порт вывести вперед и красиво оформить струевыпрямителем в стиле одной известной фирмы. Должен отметить, что когда давал синус 35 гц приличной мощностью, динамик едва колебался, а из порта в прямом смысле дуло в руку, а когда отходишь подальше слышно мощный бас Поток воздуха в этой колонне очень даже приличный. Маленький с виду динамик возбуждает большой резонанс в двухметровой колонне.

В качестве материала для корпусов была куплена 18мм березовая фанера. МДФ не нашёл.

Поскольку корпуса будут оклеиваться шпоном, то нет возможности сделать какую либо стенку съемной, охота получить цельную монолитную конструкцию, поэтому съёмным будет дно, которое будет по совместительству выполнять роль подставки с винтовыми ножками. Лазить туда придется только за фильтром, в процессе его точной настройки.

Для того чтобы отверстия под динамики выглядели красиво их нужно фрезеровать после наклейки шпона, а шпон на лицевую панель лучше клеить в последнюю очередь, чтобы был нахлест на боковые листы шпона. Короче дырки под динамики пришлось резать в последнюю очередь.

Отец у меня увлекается столярным делом, поэтому корпуса мы забацали вдвоем с ним:

Эту конструкцию я делал специально в дополнение предыдущих работ и они будут находиться в одном помещении.

Читайте также: