Материалы для корпусов акустических систем. Доработка качества звучания мультимедиа акустики

8087

Низкочастотные поглотители Щит Бекеши и Басклинер для коррекции акустики комнаты прослушивания

Один из вариантов конструкции щита бекеши размером 4х2 м

Рама низкочастотного звукопоглотителя "Щит бекеши"

Зависимость резонансной частоты низкочастотного поглотителя "Басклинер" от длины и диаметра трубы
Установка низкочастотных поглотителей "Басклинер" в углах студии звукозаписи
Устройство "Басклинера" и ступенчатый резонансный потолок
Угловые низкочастотные поглотители "басклинер"

Звукопоглощающие конструкции "басклинер" для разных частот

Студия звукозаписи акустически обработана низкочастотными поглотителями "Басклинер"

Проблемы низких частот

Одна из основных акустических проблем при создании залов домашнего кинотеатра или комнат прослушивания - резонансы низких частот, не устраняемые никакими звукопоглощающими материалами. Помещения для музыки и просмотра фильмов в большинстве своем имеют прямоугольную форму с тремя парами параллельных поверхностей (4 стены, пол и потолок). В итоге в большинстве прямоугольных помещений имеются три явно выраженные резонанса как раз на низких частотах. Их частоты связаны с расстоянием между стенами, и они тем ниже, чем больше размеры помещения. К основным резонансам добавляются кратные их частотам - высшие гармоники. Вот такой низкочастотный «букет» получается в комнате прямоугольной формы, гордо именуемой «залом домашнего кинотеатра». Выражается этот «букет» в резком усилении отдельных частот при ходьбе по залу, наличие в определенных местах «гудения» и провалов на НЧ, не выправляемые даже мощным сабвуфером. Избавиться от этих явлений можно несколькими способами, и это не традиционно практикуемая шумоизоляция стен:

• Способ кардинальный - уход от прямоугольной формы помещения и плоского потолка, по примеру комнат прослушивания студии звукозаписи. Редко реализуем т.к. залы домашних кинотеатров строятся в квартирах и коттеджах, где большинство помещений имеют плоский пол, потолок и расположенные под 90 град. стены. Если под зал домашнего кинотеатра выделяется мансарда с двускатной или односкатной крышей, для акустики - уже лучше;
• Способ «4 сабвуфера» основанный на том, что у задней стены устанавливаются 2 дополнительных сабвуфера, включенные в противофазе к двум основным, стоящим около экрана. В результате низкие частоты, достигающие этих двух сабвуферов - поглощаются и возникает эффект отсутствия задней стены (эффект дырки);
• Способ компромиссный по стоимости в сравнении с двумя предыдущими - применение звукопоглощающих материалов и конструкций именно для низких частот. Известно несколько таких способов, применяемых в критичных местах комнат прослушивания и залов, где гладкая АЧХ на низких частотах особенно важна. Эти способы основаны на резонансе.

Про резонансные способы поглощения и поговорим. Про непрямоугольную форму помещения и «4 сабвуфера» есть отдельные статьи, которые можно найти по ссылкам в конце страницы.

Резонансный способ поглощения низких частот коренным образом отличается от шумоизоляции стен звукопоглощающими материалами. Он достаточно прост в реализации, недорог и часто применяем при создании студий звукозаписи или аналогичных по назначению помещений.

При возбуждении звуковыми волнами резонанса в какой-либо плоской поверхности (мембране), эта поверхность начинает колебаться и отбирать энергию звуковых волн как раз на частоте резонанса. Если механические колебания мембраны превратить в тепло, то звуковое давление на частоте резонанса - снизится. Плоская поверхность вместе с рамой представляет собой колебательную систему, а в качества преобразователя энергии механических колебаний в тепло выступает слой звукопоглощающего материала.

Уровень гашения энергии звуковых волн зависит не от толщины слоя звукопоглощающего материала, а от добротности колебательной системы. Чем она выше, тем амплитуда колебаний мембраны больше и отбор энергии звуковых волн на резонансной частоте - сильнее. Правда при высокой добротности страдает ширина поглощаемого диапазона частот. Высокодобротные системы узкополосны, хоть и обеспечивают максимальное поглощение какой-то определенной частоты.

Щиты Бекеши

Впервые тандемные конструкции из мембраны и слоя звукопоглощающего материала применил Г. Бекеши, и соответственно все резонансные системы, предназначенные для поглощения низких частот, традиционно называют его именем.

Так называемые «Щиты Бекеши» представляют собой деревянные рамы достаточно внушительных габаритов закрытые с одной стороны мембраной из туго натянутого авиационного полотна, клеенкой или тонким ДВП, оргалитом и т.д. Рама крепится на стене в месте пучности низких частот. Между стеной и мембраной должно быть расстояние порядка 10-20 см. В этот промежуток устанавливается звукопоглощающий материал в виде плиты из минеральной ваты толщиной 50-100 мм. Еще раз повторюсь - звукопоглощающий материал, это не шумоизоляция стен, а преобразователь механической энергии колебания мембраны в тепло.

Щит бекеши имеет явно выраженные резонансные свойства. Частота его резонанса зависит от физического размера, толщины мембраны, примененного для месмбраны материала и силы натяжения. Частота резонанса колебательной системы также зависит от веса мембраны (отношением массы к единице площади) и упругостью объема воздуха между мембраной и стеной. Если частота падающего на мембрану звуковой волны близка (или кратна ей) к резонансной частоте мембраны в ней возбуждаются колебания. Энергия звуковых волн преобразуется в механические колебания мембраны, которые в свою очередь переводятся в тепло слоем звукопоглощающего материала.

Резонансная частота, на которой поглощение энергии звуковых волн максимально, может быть сделана достаточно низкой. Щиты бекеши хорошо работают как раз на низких частотах.

Значительное поглощение энергии колебаний низких частот, наблюдаемое в больших залах, отделанных деревянными панелями, объясняется именно их резонансными свойствами. Роль активного сопротивления здесь играет не слой звукопоглощающего материала между стеной и панелями, а внутреннее трение, возникающее при деформации панелей.

Практическое применения щитов Бекеши

Для улучшения акустики помещения и «дозирования» первых отражений применяют именно «Щиты Бекеши». Эти довольно большие по площади деревянные конструкции, хорошо поглощают энергию звуковых волн не только низких частот (на одной - резонансной частоте), но и к счастью - средних и высоких частот.

Как правило «Щит Бекеши» - это деревянная рама из досок шириной 100-120 мм, висящая на стене, либо встроенная в нее заподлицо. Внутри рамы находится звукопоглощающий материал: плотное базальтовое волокно, минеральная вата, поролон и другие похожие по свойствам материалы не очень высокой (50-100 кг/куб.м.) плотности.

Лицевая поверхность «Щита Бекеши» закрыта натянутой PVC мембраной плотностью 270-450 г/м.кв. Мембрана имеет собственную резонансную частоту, зависящую от ее физических размеров, толщины материала и силы натяжения. Обычно частота собственного резонанса мембраны (при габаритах конструкции 1200х2500 мм) находится в районе 27-42 Гц и имеет среднюю добротность. На резонансной частоте и кратных ей частотах, мембраны у «Щита Бекеши» имеется ярко выраженный пик поглощения звуковой энергии.

В дополнение к низким, также неплохо гасятся средние частоты расположенным под мембраной слоем звукопоглощающего материала. Коэффициент ослабления средних частот задается глубиной щита бекеши, и плотностью звукопоглощающего материала.

Для поглощения высоких частот на мембрану можно наклеить мягкий наружный слой. Применяя разные покрытия мембраны можно влиять на коэффициент поглощения высоких частот.

Таким образом «Щит Бекеши» представляет собой комбинированный акустический элемент для поглощения первых отражений в довольно широком диапазоне частот, а по сути является трех-диапазонным звукопоглотителем. Кроме преимущественного поглощения низких частот, панель бекеши влияет на уровень реверберации в помещении и скорость затухания «порхающего эха». В меньшей степени он устраняет подгуживание помещения на низких частотах.

Планировка помещения по низким частотам

Важнейшее место в борьбе за качественный звук занимает проблема баса, которая проявляется в резкой неравномерности уровня низких частот в комнате прослушивания. Неравномерность басового диапазона слышна выпиранием отдельных частот, неистовым «гудежом» сабвуфера, либо провалами, когда явно ощущается «глотание» отдельных нот и НЧ звуков.

Стандартные методы коррекции недостатков акустики помещения эквалайзерами, входящими в состав современных ресиверов домашнего кинотеатра, настраиваемых автоматически - помогают мало. Убирать выпячивание и провалы определенных частот эквалайзером сродни лечению симптомов таблетками, вместо поиска причин заболевания в медицине.

Второй традиционный способ НЧ коррекции - таскать сабвуфер по помещению в поисках лучшего места и наиболее ровной результирующей АЧХ системы сабвуфер/комната, тоже - полумера. Тут скорее всего придется искать место не только сабвуферу, а и двум фронтальным колонкам и соответственно - дивану и экрану…

Можно применять резонаторы Гельмгольца, имеющие от природы - низкую добротность и как следствие - недостаточную эффективность при высокой цене.

Резюмируя можно сказать, что методов коррекции НЧ в комнате прослушивания существует масса, но подходить к ним желательно не в конце ремонта, когда «шторы», а при строительстве, чтобы получить заведомо прогнозируемый, качественный и недорогой результат. Планировка помещения прослушивания обычно преследует цели:

• Избавиться от влияния на неравномерность низких частот элементов «коробки» стен и потолков, которые изготовляются из не предназначенных для акустических целей гипсокартона и натяжных поверхностей. Замена гипсокартоных стен на массивный кирпич, а гипсокартонного потолка на акустический с перфорацией, ситуацию по НЧ и СЧ меняет кардинально;
• Создать условия для формирования максимально равномерного поля в низкочастотном диапазоне, для чего уходить от параллельных стен и ровных потолков;
• Для устранения «звона» на высоких частотах и «порхающего эха» применять мягкие материалы для шумоизоляции стен, пола и потолка.

Сильное увлечение подобными методами акустической коррекции (в комплексе) может привести к обеднению отдельных частот и в особенности - баса. Есть приемы, позволяющие не подавлять пучности в помещении щитами Бекеши, звукопоглощающими материалами и другими акустическими конструкциями, а обогатить бас и выровнять АЧХ на низких частотах - архитектурно.

Ступенчатый потолок

Если у помещения есть достаточный запас по высоте, можно создать ступенчатый потолок со специально просчитанным перепадом высот и площадью «ступеней». Ступени на потолке можно строить с таким шагом, чтобы резонансная частота между каждой ступенью и полом отличалась от соседней на 5-8 Гц. Таким образом получаем «гребенку» резонансных пучностей, разбивая одну резонансную частоту большой амплитуды (в случае единого потолка) на 8-14 равномерно распределенных по диапазону. В результате выравниваем АЧХ комнаты и обогащаем звучание низких частот равномерным рядом локальных резонансов.

Метод - действенный, но требует правильного расчета и приличных архитектурных работ. Кстати, ступени можно скрыть акустически прозрачным натяжным потолком, и примерно такой же эффект получается при устройстве ступеней не на потолке, а на стенах. «Высший пилотаж» это откорректировать параллельные плоскости в соответствии с кривыми равной громкости. Тогда в помещении без применения звукопоглощающих материалов можно получить ровный по отдаче и мощнейший бас.

Один из важнейших компонентов акустической системы – колонки. Причем большое значение имеют не только их технические характеристики, но и материал, из которого они изготовлены. Дело в том, что материал оказывает влияние на качество звучания. Кроме того, от того, из чего сделаны колонки, напрямую зависит их стоимость, а значит, и стоимость всей акустической системы. В этой статье мы рассмотрим преимущества и недостатки различных видов материала, из которого могут быть изготовлены колонки.
Акустические системы - какие они бывают
Акустическая система - важнейший компонент в любой аудиотехнике. Без нее немыслимо звучание вообще, поскольку она отвечает за преобразование электрического импульса непосредственно в звуковой сигнал. Существуют различные классификации акустических систем:

• По способу соединения с усилителем акустику делят на активную (усилитель встроен в систему) и пассивную (усилитель внешний).
• По габаритам акустические системы бывают полочные и напольные.
• По стоимости акустика подразделяется на категории: бюджетные, Hi-Fi и Hi-End классов.

Отдельно отметим всепогодные системы, которые отличаются способностью работать даже в самых экстремальных условиях: на улице, под дождем, при повышенных и пониженных температурах.
Еще одна особая категория – акустика категории Lifestyle, которая отличается сочетанием эксклюзивного дизайна и качественного звука.
Основные требования к качественной акустической системе
Требования к акустической системе во многом зависят от того, для каких целей Вы планируете ее использовать. В частности, если колонки предназначены для просмотра видео, их главная задача - достоверная передача голосов героев, музыки и аудиоэффектов. Но самые жесткие требования предъявляются к системам, предназначенным для прослушивания музыки. В любом случае, действует одно правило: чем меньше искажений - тем лучше.
В идеале акустическая система должна обладать следующими характеристиками:

• Обладать достаточной мощностью – это будет одной из гарантий минимальных звуковых погрешностей.
• Воспроизводить полосу звуковых частот, доступную человеческому уху – от 20 Гц до 20 000 Гц.
• Точно передавать звуковую сцену - как при прослушивании стерео, так и многоканального звука, которым сегодня уже традиционно оснащаются большинство домашних кинотеатров.
• Соответствовать размерам помещения по акустическому давлению, чаще называемого громкостью.

Еще одно важное требование: акустика должна удовлетворять эмоциональные и эстетические запросы покупателя не только своим звуком, но и видом.
Почему важен корпус акустики?
Звук в колонках преобразуется из электрического импульса в звуковой. При этом основная нагрузка ложится на динамики и фильтры. Но без качественного корпуса вся сложная работа, производимая этими элементами, может просто сойти на нет. Вот основные требования, которые предъявляются к качественному корпусу акустики:

• Он должен быть изготовлен из высококачественного материала
• При изготовлении корпуса должны быть соблюдены все технологические нормы и параметры.
• Корпус должен быть достаточно жестким, чтобы обеспечивать хорошее сочетание поглощения/отражения звуковых волн определенной частоты и мощности.

Современные производители колонок используют самые разнообразные материалы для их создания. Например, существуют колонки с корпусом из стекла, которые создают визуальный эффект водопада. У некоторых акустических систем открытого типа корпуса нет вообще.
Основными материалами для производства корпусов акустических систем сегодня являются пластик, дерево, а также металл. Рассмотрим их подробнее.
Пластик

Пластиковые колонки, как правило, самые доступные по цене. Использовать этот материал стали довольно давно, а его особенности позволяют изготовлять колонки различных форм. Низкая себестоимость – одна из причин, почему акустика бюджетной категории, как правило, оснащена пластиковыми колонками.
Из недостатков отметим:

• многочисленные недочеты в звучании,
• дребезжание на средней и высокой громкости,
• среднечастотные резонансы.

Но это вовсе не означает, что все пластиковые колонки передают звук с низким качеством. Многие производители изготовляют из пластика высококачественную акустику. Для этого применяются особые технологии и фирменные разработки, которые, естественно, не входят в категорию с самыми демократичными ценами. Например, немецкая фирма Bell-Audio запатентовала технологию изготовления корпусов из двухслойного монолитного пластика, по своим свойствам не уступающего двадцати слоям карельской березы.
Таким образом, при выборе акустической системы лучше обращать внимание на качество пластика, из которого изготовлен корпус.
Дерево

Этот материал считается лучшим для производства акустических систем.
Но здесь есть свои тонкости. Лучшие колонки получаются из цельного дерева, а оно применяется довольно редко и только в элитных сегментах, поскольку оно требует довольно сложной обработки. В идеале сырье должно отбираться еще на стадии вырубки, выдерживаться длительный срок, сохнуть естественным путем, без искусственного ускорения. Практически все операции должны производиться вручную. Поэтому вполне объяснима элитарность и дороговизна настоящих деревянных колонок.
Сегодня при производстве деревянных корпусов чаше всего применяется фанера, ДСП (древесно-стружечная плита) и МДФ (древесно-волокнистая плита средней плотности).
Фанера.
Высококачественная фанера, как правило, имеет множество слоев – от 12 более. Из плюсов: хорошие поглощающие свойства, легче ДСП и МДФ, мало подвержена расслоению. Но качественная фанера - дорогостоящий материал, поэтому в массовом производстве его применение ограниченно.
ДСП.
Значительно дешевле цельного дерева и фанеры. При этом имеет определенные преимущества. В частности, плиты толщиной более 16 мм обладают высокой плотностью, а эта характеристика способствует уменьшению резонансов корпуса. Кроме того, благодаря своей структуре ДСП не привносит собственных призвуков.
Из недостатков: проблема расслаивания и впитывания влаги, которым подвержена древесноволокнистая плита. Решить ее можно помощью специальной окраски или облицовки различными материалами.
Учитывая доступность и хорошие акустические характеристики, ДСП используется многими производителями.
МДФ.
Наиболее распространенный материал. Он появился в результате улучшения технологий, изпользуемых при производстве ДСП. МДФ изготавливается из высушенных древесных волокон, обработанных синтетическими связующими веществами и сформированных в виде ковра с последующим горячим прессованием, облицовывается натуральным или синтетическим шпоном.
Несмотря на простую технологию получения и обработки, плиты даже средней плотности могут превосходить дерево по устойчивости к механическим повреждениям и влагостойкости.
Главными достоинствами МДФ являются хорошее поглощение звуковых колебаний и обеспечение механической жесткости корпуса колонки. Этим объясняется частота применения в производстве колонок различной ценовой категории.
Металл

Обычно для изготовления корпусов колонок используют алюминий, а точнее его сплавы. Эти материалы обладают хорошими механическими качествами: жесткость, плотность и легкость. По мнению многих специалистов, алюминий позволяет уменьшить резонанс и улучшить передачу высоких частот звукового спектра. Кроме того, на воздухе этот метал покрывается тонкой бесцветной пленкой, которая защищает его от окисления. Поэтому его часто используют для изготовления всепогодных систем.
Благодаря гибкости из алюминия и его сплавов часто изготовляют колонки категории Lifestyle. Но есть и недостаток, который отмечают бывалые «аудиофилы»: звучание таких систем имеет в себе что-то «металлическое».
Какой материал предпочесть?
Важное замечание: ни один материалов, используемых при изготовлении акустических систем, сам по себе не обеспечивает высококлассного звучания.
Важно не то, из чего сделана акустика, а то, как именно это происходило. Только при соблюдении всех технологических параметров при производстве и сборке корпуса, а затем при точной настройке и доводке электронных компонентов можно получить идеальное звучание акустической системы.
Кроме того, идеальное звучание, во многом, - индивидуальная характеристика. Поэтому, выбирая колонки, обязательно ориентируйтесь на свое личное эмоциональное восприятие. Ведь даже самые дорогие колонки могут передавать звук не так, как Вам хотелось бы это слышать.
Желаем удачных покупок!

Акустические системы — устройства для воспроизведения звука.

Акустические системы бывает однополосными (один широкополосный излучатель, например, динамическая головка) и многополосными (две и более головок, каждая из которых создаёт звуковое давление в своей частотной полосе).

При установки акустики помещения должны удовлетворять ряду требований: пожарным, гигиеническим, акустическим, и т.д. Только выполнение всех требований способно сделать помещение безопасным и функциональным. В данном разделе остановимся на системах для создания акустического комфорта.В настоящее время значительно расширился перечень помещений, в которых акустические требования чрезвычайно важны. Помимо концертных залов, кинотеатров, лекционных помещений, акустика применяется в бассейнах и ресторанах, дискотеках и офисах, в помещениях "домашних кинотеатров" и т.д.

Акустические системы состоят из акустического оформления (например, "закрытый ящик" или "система с фазоинвертором" и др.) и вмонтированных в него излучающих головок (обычно динамических).

Однополосные системы не получили широкого распространения ввиду трудностей создания излучателя, одинаково хорошо воспроизводящего сигналы разных частот. Высокие интермодуляционные искажения при значительном ходе одного излучателя вызваны эффектом Доплера.

Многополосные акустические системы - спектр слышимых человеком звуковых частот разбивается на несколько перекрываемых между собой диапазонов посредством фильтров (комбинации резисторов, конденсаторов и индуктивностей, или с помощью цифрового кроссовера). Каждый диапазон подаётся на свою динамическую головку, которая имеет наилучшие характеристики в этом диапазоне. Таким образом, достигается наиболее высококачественное воспроизведение слышимых человеком звуковых частот (20—20 000 Гц).

Для персональных компьютеров акустичка обычно выполняется совместно с усилителем звуковых частот (т. н. «активные системы акустические ») и подключаются к звуковой карте на системном блоке компьютера.

Виды акустических систем.

По типу излучателей

Большинство акустических систем для воспроизведения звука используют динамические головки, но существуют ещё другие, менее распространённые излучатели, например:

1. Изодинамические (ортодинамические, излучатели Хейла)
2. Ленточные
3. Плазменные
4. Электростатические.
5. Пьезокерамические

По типу усиления

1. Пассивные: в корпус многополосной колонки смонтированы группы излучателей, подключенные через пассивный кроссовер частот одной общей парой проводов к отдельному усилителю.
2. Пассивные Bi/Tri-wired: в корпус многополосной колонки смонтированы группы излучателей, каждая из которых подключена через пассивный кроссовер своей парой проводов к собственному усилителю.
3. Активные: в корпус многополосной колонки смонтированы усилитель и группы излучателей, подключенные к нему через пассивный кроссовер.
4. Активные Bi/Tri-amped: в корпус многополосной колонки смонтированы активный фильтр и группы усилителей по числу полос пропускания, подключенные к соответствующим группам излучателей.

Акустические материалы

Подразделяются на звукопоглощающие материалы и звукоизоляционные прокладочные материалы. Звукопоглощающие материалы применяются в основном в звукопоглощающих облицовках производственных помещений и технических устройств, требующих снижения уровня шумов (промышленные цехи, машинописные бюро, установки вентиляции и кондиционирования воздуха и др.), а также для создания оптимальных условий слышимости и улучшения акустических свойств помещений общественных зданий (зрительные залы, аудитории, радиостудии и пр.).

Звукопоглощающая способность материалов обусловлена их пористой структурой и наличием большого числа открытых сообщающихся между собой пор, максимальный диаметр которых обычно не превышает 2 мм (общая пористость должна составлять не менее 75% по объёму). Большая удельная поверхность материалов, создаваемая стенками открытых пор, способствует активному преобразованию энергии звуковых колебаний в тепловую энергию вследствие потерь на трение. Эффективность звукопоглощающих материалов оценивается коэффициентом звукопоглощения a, равным отношению количества поглощённой энергии к общему количеству падающей на материал энергии звуковых волн.

Звукопоглощающие материалы

Звукопоглощающие материалы имеют волокнистое, зернистое или ячеистое строение и могут обладать различной степенью жёсткости (мягкие, полужёсткие, твёрдые). Мягкие звукопоглощающие материалы изготовляются на основе минеральной ваты или стекловолокна с минимальным расходом синтетического связующего (до 3% по массе) или без него. К ним относятся маты или рулоны с объёмной массой до 70 кг/м3, которые обычно применяются в сочетании с перфорированным листовым экраном (из алюминия, асбестоцемента, жёсткого поливинилхлорида) или с покрытием пористой плёнкой. Коэффициент звукопоглощения этих материалов на средних частотах (250—1000 Гц) от 0,7 до 0,85.

Раньше колонки представляли собой обыкновенные рупорные громкоговорители и не имели корпуса как такового. Все изменилось, когда в 20-х годах XX века появились динамики с бумажными диффузорами.

Производители начали изготавливать крупные корпуса, которые вмещали в себя всю электронику. Однако вплоть до 50-х годов многие производители аудиоаппаратуры не закрывали корпуса колонок полностью – задняя часть оставалось открытой. Это было связано с необходимостью охлаждения электронных компонентов того времени (ламповое оборудование).

Задача корпуса колонок – контроль акустической среды и удержание динамиков и других компонентов системы. Уже тогда было замечено, что корпус способен оказывать серьезное влияние на звучание громкоговорителя. Поскольку передняя и задняя части динамика излучают звук с разными фазами, то возникала усиливающая или ослабляющая интерференция, что приводило к ухудшению звука и появлению эффекта гребенчатой фильтрации.

В связи с этим начались поиски способов улучшения качества звучания. Для этого многие стали исследовать естественные акустические свойства различных материалов, пригодных для изготовления корпусов.

Волны, отраженные от внутренней поверхности стенок корпуса колонок, накладываются на основной сигнал и создают искажения, интенсивность которых зависит от плотности используемых материалов. В связи с этим часто оказывается, что корпус стоит гораздо дороже компонентов, заключенных в нем.

При производстве корпусов на крупных фабриках, все решения касательно выбора формы и толщины материалов принимаются на основании расчетов и тестов, однако Юрий Фомин, звукоинженер и инженер-конструктор акустических систем, чьи разработки лежат в основе мультимедийных систем под брендами Defender, Jetbalance и Arslab, не исключает, что даже в отсутствие специальных музыкальных знаний и большого опыта работы в аудиоиндустрии можно сделать что-то, близкое по характеристикам к «серьезному» Hi-Fi.

«Надо брать готовые разработки, которыми инженеры делятся в сети, и повторять их. Это 90% успеха», – отмечает Юрий Фомин.

При создании корпуса акустической системы следует помнить, что, в идеале, звук должен поступать только из динамиков и специальных технологических отверстий в корпусе (фазоинвертор, трансмиссионная линия) – нужно позаботиться, чтобы он не проникал через стенки колонок. Для этого рекомендуется выполнять их из плотных материалов с высоким уровнем внутреннего звукопоглощения. Вот несколько примеров того, из чего можно собрать корпус для динамиков.

Древесно-стружечная плита (ДСП)

Это доски, сделанные из спрессованной древесной стружки и клея. Материал обладает гладкой поверхностью и неплотной рыхлой сердцевиной. ДСП хорошо гасит вибрации, однако пропускает через себя звук. Плиты легко скрепляются клеем для дерева или монтажным клеем, однако их края имеют тенденцию крошиться, что немного усложняет работу с материалом. Также он боится влаги – при нарушении производственных процессов легко её впитывает и разбухает.

В магазинах продают доски разной толщины: 10, 12, 16, 19, 22 мм и так далее. Для небольших корпусов (объемом меньше 10 литров) подойдет ДСП толщиной 16 мм, а для корпусов большего размера следует выбрать доски толщиной 19 мм. ДСП можно облицовывать: обклеивать пленкой или тканью, шпаклевать и красить.

Древесно-стружечная плита используется при создании акустической системы Denon DN-304S (на фото выше). Производитель выбрал ДСП потому, что этот материал является акустически инертным: колонки не резонируют и не окрашивают звук даже при высокой громкости.

Облицованная ДСП

Это ДСП, облицованная декоративными пластиками или шпоном с одной или с двух сторон. Плиты с деревянной облицовкой скрепляются обычным клеем для дерева, однако для ДСП, облицованной пластиком, придется покупать специальный клей. Для обработки срезов доски можно воспользоваться кромочной лентой.

Столярная плита

Популярный строительный материал из реек, брусков или других наполнителей, которые оклеены с двух сторон шпоном или фанерой. Плюсы столярной плиты: относительно малый вес и простота обработки краев.

Ориентированно-стружечная плита (ОСП)

ОСП – это доски, спрессованные из нескольких слоев тонкой фанеры и клея, узор на поверхности которых напоминает мозаику желтого и коричневого цветов. Сама поверхность материала неровная, но ее можно отшлифовать и покрыть лаком, поскольку текстура дерева придает этому материалу необычный вид. Такая плита обладает высоким коэффициентом звукопоглощения и устойчива к вибрациям.

Также стоит отметить, что благодаря своим свойствам ОСП используется для формирования акустических экранов. Экраны необходимы для создания комнат прослушивания, где пользователи могут оценить звучание акустических систем в практически идеальных условиях. Полосы из ОСП крепятся на определенном расстоянии друг от друга, образуя тем самым панель Шредера. Суть решения заключается в том, что закрепленная в определенных точках полоса под воздействием акустической волны расчетной длины начинает излучать в противофазе и гасит ее.

Древесноволокнистая плита средней плотности (МДФ)

Сделанный из древесной стружки и клея, этот материал более гладкий, чем ОСП. Благодаря своей структуре МДФ хорошо подходит для изготовления дизайнерских корпусов, поскольку легко поддается распилу, – это упрощает стыковку деталей, скрепляемых между собой при помощи монтажного клея.

МДФ можно облицовывать, шпаклевать и красить. Толщина плит варьируется от 10 до 22 мм: для корпусов колонок объемом до 3 литров будет достаточно доски толщиной 10 мм, до 10 литров – 16 мм. Для больших корпусов лучше выбрать 19 мм.

Если при выборе материала для изготовления корпусов акустических систем отбросить в сторону звуковые аспекты, то останутся три определяющих параметра: низкая стоимость, простота обработки, простота склеивания. МДФ как раз обладает всеми тремя. Именно невысокая стоимость и «податливость» МДФ делают его одним из самых популярных материалов для изготовления колонок.

Фанера

Этот материал сделан из спрессованного и склеенного тонкого шпона (около 1 мм). Для повышения прочности фанеры слои шпона накладываются так, чтобы волокна древесины были направлены перпендикулярно волокнам предыдущего листа. Фанера – лучший материал для подавления вибраций и удержания звука внутри корпуса. Склеить фанерные доски между собой можно обычным клеем по дереву.

Шлифовать фанеру сложнее, чем МДФ, поэтому выпиливать детали нужно как можно точнее. Среди достоинств фанеры стоит выделить её легкость. По этой причине из неё часто делают кейсы для музыкальных инструментов, ведь достаточно обидно отменять концерт из-за того, что музыкант надорвал спину.

Именно этот материал применяется компанией Penaudio для производства напольной акустики – она использует латвийскую фанеру, которая изготавливается из березы. Многим нравится то, как выглядит обработанная березовая фанера, особенно после покрытия лаком, – это придает корпусу уникальности. Этим и пользуется компания: поперечные слои фанеры стали своеобразной «визитной карточкой» Penaudio.

Камень

Чаще всего используются мрамор, гранит и сланец. Сланец – самый подходящий материал для изготовления корпусов: с ним достаточно просто работать из-за его структуры, и он эффективно поглощает вибрации. Главный недостаток – необходимы специальные инструменты и навыки обработки камня. Чтобы как-то упростить работу, возможно, имеет смысл изготовить из камня только переднюю панель.

Стоит отметить, что для установки колонок из камня на полку, вам может понадобиться мини-кран, да и сами полки должны быть достаточно прочными: вес каменной аудиоколонки достигает 54 кг (для сравнения, колонка из ОСП весит около 6 килограмм). Такие корпусы серьезно улучшают качество звука, но их стоимость может оказаться «неподъемной».

Колонки из цельного куска камня делают ребята из компании Audiomasons. Корпусы вырезаются из известняка и весят порядка 18 килограмм. По заявлениям разработчиков, звучание их продукта придется по вкусу даже самым искушенным меломанам.

Оргстекло/стекло

Можно сделать корпус для динамиков из прозрачного материала – это действительно круто, когда видно «внутренности» колонки. Только здесь важно помнить, что без должной изоляции звук будет ужасным. С другой стороны, если вы добавите слой звукопоглощающего материала, прозрачный корпус перестанет быть прозрачным.

Неплохим примером акустической hi-end-аппаратуры из стекла может служить Crystal Cable Arabesque. Корпуса техники Crystal Cable изготавливаются в Германии из полос стекла толщиной 19 мм со шлифованными гранями. Детали скрепляются между собой невидимым клеем в вакуумной установке, дабы избежать появления пузырьков воздуха.

На выставке CES-2010, проходившей в Лас-Вегасе, обновлённые Arabesque завоевали все три награды в области Инноваций. «До сих пор ни одному производителю техники не удавалось добиться настоящего hi-end-звучания от акустики, изготовленной из такого сложного материала. – писали критики. – Компания Crystal Cable доказала, что это возможно».

Клееная древесина/дерево

Из дерева получаются хорошие корпуса, однако здесь нужно учитывать важный момент: дерево имеет свойство «дышать», то есть оно расширяется, если воздух влажный, и сжимается, если воздух сухой.

Так как деревянный брусок проклеивается со всех сторон, в нем создается напряжение, что может привести к растрескиванию древесины. В этом случае корпус потеряет свои акустические свойства.

Металл

Чаще всего для этих целей используется алюминий, точнее – его сплавы. Они легкие и жесткие. По мнению ряда специалистов, алюминий позволяет уменьшить резонанс и улучшить передачу высоких частот звукового спектра. Все эти качества способствуют росту интереса к алюминию со стороны фирм-производителей аудиоаппаратуры, и его используют для изготовления всепогодных акустических систем.

Существует мнение, что изготовление цельнометаллического корпуса – не самая хорошая идея. Однако стоит попробовать сделать из алюминия верхние и нижние панели, а также перегородки жесткости.

По материалам: geektimes.ru

Заметки

по построению акустических систем с использованием современных материалов

Если расчет АС достаточно полно освещен в литературе (Эфрусси, Виноградова, Алдошина), то описанные там материалы устарели и малоэффективны в сравнении с имеющимися на сегодняшний день. Анализируя современное состояние рынка материалов, в основном автомобильного и строительного назначения, я обобщил имеющиеся данные и сделал следующие выводы:

1. Виброизоляция стенок ящика АС.

Единственным пригодным для использования в домашней акустике из автомобильных материалов является BIMAST, лучше марки SUPER. Листы 0,6х0,9 м (упаковка 5 штук) выпускаются группой компаний «Стандартпласт»: http://www. *****

Этот материал толщиной 3-4 мм позволяет уменьшить толщину стенок в 2 раза. Однако это справедливо для тонких стенок (8-10 мм), где это особенно актуально.

Естественно, что для стенки из МДФ толщиной 32 мм уменьшение вибраций будет несущественным. К тому же, вибропоглощение МДФ выше, чем ДСП, и не сравнимо выше фанеры, дерева (до 4-х раз) и иных материалов.

Потому нецелесообразно делать толстый деревянный корпус с дополнительной виброизоляцией вместо корпуса из МДФ обычной толщины (для полочной АС обычной я считаю 16 мм).

Нанесение анахронизмов вроде герлена представляется сомнительным ввиду нетехнологичности нанесения его необходимой толщины (4-6 мм) и меньшей эффективности ввиду однослойной структуры.

Корпуса из мрамора вообще не имеют виброизолирующих свойств, так как мрамор не имеет упругих свойств, позволяющих превращать акустическую энергию в тепловую.

Все виброизолирующие материалы эффективны от вибраций, в первую очередь от ударных шумов. Т. е. в первую очередь на НЧ, где мощность их существенна.

Но на НЧ слух не может локализовать источник звука, поэтому и важность виброизоляции не велика: нет особой разницы, излучает звук диффузор или задняя стенка корпуса.

В проектируемых корпусах гасить вибрации лучше всего построением переборок. Теоретически, поставленная посередине панели переборка увеличивает прочность в 4 раза. Удобным способом укрепления, особенно готовых АС, являются распорки. Лучшим способом укрепления ящика АС является сотовая ячеистая система переборок, так как она еще дополнительно позволяет корпусные резонансы ослабить путем увода их вверх, где они легко гасятся звукопоглощающими материалами.

Встречающиеся в описаниях АС способы виброизоляции стенок ленолиумом идут со времен книги Эфрусси (1971 год). Однако линолеум тогда был совершенно иным и всего одного сорта; простая рекомендация виброизоляции современным линолеумом по крайней мере некорректна по отношению к желающим повторить конструкцию. Покупка ленилеума поставит их в тупик: какой брать? – коммерческий, полукоммерческий, домашний? – толщиной от 1 до 4 мм? - гомогенный или гетерогенный? –может вообще взять натуральный линолеум, или лучше токопроводящий, или антисептический ? К тому же укладка на пол его производится на специальный виброгасящий рулонный материал (подложку) - вспененный полиэтилен или полиуретан, пробковое покрытие). Так же нельзя использовать в качестве виброгасящего материала резину, в том числе пористую.

2. Звукопоглощающие материалы.

Это высокопористые, иначе говоря - материалы с открытой и как можно более мелкой структурой. Типичные размеры волокон стекловатных и минераловатных (базальтовых) звукопоглощающих плит имеют размеры 2-6 мкм. Диапазон их наибольшей эффективности начинается с 500 герц, на 50-100 герц поглощение совсем низкое. Однако в АС поглощение на столь низких частотах нас не интересует (а в случае построения, к примеру, помещения с заданными акустическими свойствами – студии, например, пришлось бы применять панели-сэндвичи). А не интересует потому, что звукопоглощение на НЧ портит качество баса, делает его затянутым. Происходит это вследствие снижения добротности АС на НЧ. Частицы материала с окружающим их воздухом следуют за диффузором, виртуально увеличивая его массу. Звукоизолирующие (и близкие к ним утеплительные материалы) непригодны для использования в АС по причине низкого коэффициента звукопоглощения. К непригодным для использования относятся все виды полиуретанов – от пенопласта до поролона. Предлагаемые в некоторых публикациях разминания поролона для открытия пор различными способами несостоятельны, для этой цели есть другие материалы.

Лучшими являются:

Тонкошерстный войлок. Эффективность 8-10 мм войлока сравнима с 2-3 см ваты. В корпусе через некоторое время заведется моль. Ту же участь ждет тонкорунную овечью шерсть, обладающую так же хорошими свойствами, часто используемую и предлагаемую, к примеру фирмой Visaton: http://sound. *****/

Альтернативой является стекловолоконный войлок.

Специальные звукопоглощающие современные материалы используются преимущественно в потолочных плитах, реже – стенных панелях (маты и сэндвичи из фанеры или гипрока и минваты):

фирма «PAROC» выпускает акустические декоративные негорючие панели на основе минеральной ваты со средней плотностью 80 кг/куб (панели Parmitex, Poyal, Akusteri, Аku).

Фирма «ISOVER» выпускает окрашенные стекловолокнистые акустические плиты группы AKUSTO, имеющие стеклотканевое покрытие. Это плиты из стекловолокна толщиной 30 и 50 мм.
Фирма ECOPHON выпускает акустические потолочные и настенные панели, изготовленные из стекловаты повышенной плотности (средняя плотность - более 80 кг/куб. м), толщиной 12, 20, 40 мм.
Фирма «KARHULA», фирма «AHLSTROM». Плиты имеют среднюю плотность 150 кг/куб. м, а плиты в 30 мм - 75 кг/куб. м.
Можно использовать минеральную вату, обернутую в стеклоткань (маты). Она является акустически прозрачной и позволит избежать дополнительных локальных провалов и выбросов на кривой коэффициента поглощения.

Вата. Эффективный вид – более плотный и мелкий – то есть синтетическая хирургическая вата. Также должна укладываться в матах. Чтобы избежать дополнительных экстремумов поглощения матов, материал для их шитья нужно брать звукопрозрачный: стеклоткань, укрывные материалы для почвы, подкладочные материалы для одежды – все они имеют крупную ячеистую структуру.

Теоретически, звукопоглощение в районе НЧ от 250 герц и ниже можно увеличить, относя звукопоглощающие панели на четверть волны от стенки АС. Однако, посчитав длину волны хотя бы 100 герц (332/100=3,32 метра), нетрудно прийти к выводу о необдуманности встречающихся в сети советов по отнесению материала от стенки.

При том, что увеличение эффективности поглощения требуется на НЧ, а на ВЧ с 2-3 кГц уже и не требуется, так как перед НЧ динамиком стоит фильтр.

3. Стоячие волны, связанные с ними резонансные пики на АЧХ.

Они возникают на частоте 168/L (длина стенки в метрах). Если две стенки имеют равную длину – еще хуже, так как энергия резонансов двух плоскостей сложится. Потому не следует делать стенки, кратные друг другу по размерам. Например соотношение длины стенок 1: 1,5: 2,4 будет удачным. Если возникает стоячая волна, то у крайних стенок будут максимумы, а посередине – минимум.

Вывод: поставив переборку или расположив мешок звукопоглотителя не по центру ящика, можно дополнительно получить подавление стоячей волны (резонанса), а не только звукопоглощения.