Акустические системы с круговой диаграммой направленности излучения (АС пространственного поля). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Аудиотехника

 Комментарии к статье

Основная задача электроакустического звуковоспроизведения (в самом идеализированном варианте) - обеспечить соответствие вторичного звукового поля в месте прослушивания первичному в месте, где происходит само действие. Находясь на улице, в лесу, в поле или в любом другом месте, прислушавшись, мы совершенно свободно можем локализовать источники этих звуков со всех сторон. Большинство источников звуков в окружающем нас мире близки к точечным (в сравнении с длиной волн звуковых колебаний). От этих источников исходит динамически меняющийся спектр частот и, в зависимости от местоположения источника звука над уровнем пола или земли, формируется полусферическая или сферическая волна. Возможно, мне возразят, приведя пример колеблющейся струны, но давайте возьмем электрогитару, на которой звукосниматель размещен ближе к концу струн. Вроде должны быть только высокие частоты, но звукосниматель передает широкий спектр частот. С каждого участка струны можно снять практически весь спектр частот колебаний.

Мысленно представим себе следующий эксперимент: в стене комнаты без окон на расстоянии, например, 2 м вырезаны два выходящих на улицу отверстия диаметром, равным диффузору громкоговорителя. Таким образом, мы получим эквивалент акустической системы, обладающей разной диаграммой направленности для различных частот, причем для высоких частот диаграмма будет уже. Мы сидим в комнате и стараемся понять, что происходит на улице. А теперь выйдем на улицу - звуки будут окружать нас.

Именно к воссозданию пространственного звукового поля и направлены усилия разработчиков акустических систем пространственного поля (АСПП). Большинство существующих систем - векторные, т. е. направленного излучения хотя бы в части полосы звуковых частот.

Задача озвучивания помещения состоит в том, чтобы наполнить его равномерным звуковым полем (давлением) во всех его точках без максимумов и провалов. Представим такой эксперимент - зеркальная комната, и ее надо равномерно осветить. Если мы возьмем фонари направленного света (векторные излучатели), то получим отдельные лучи света, отраженные от зеркальных стен, будут максимумы и провалы. Если мы возьмем ненаправленную матовую лампу (или две разнесенные лампы), то получим заполненное более равномерно светом помещение. Из этого эксперимента мы получим вывод: менее направленное излучение звука от АС создает более равномерное звуковое поле.

Применяемые динамические головки, как источники звука, не позволяют воспроизвести весь слышимый диапазон частот без заметных искажений. Для решения этой проблемы выпускают полосовые головки, оптимизированные для своей полосы частот. Таким образом, АС состоят из нескольких головок, разнесенных на передней панели громкоговорителей, и на каждую из полосовых головок подается только часть спектра звукового сигнала, причем каждая из этих головок имеет свою диаграмму направленности.

В многополосных АС с разнесенными динамическими головками существуют некоторые проблемы: разное время задержки сигналов в полосах из-за задержки в фильтрах кроссовера, неточечность излучения спектра звука, что приводит к смещению диаграммы направленности в области разделения полос. Различная диаграмма направленности полосовых излучателей, в зависимости от места размещения слушателей, приводит к тембральной окраске звучания музыкальных инструментов.

Вывод: вторичное звуковое поле принципиально не может соответствовать первичному - рис. 1. Возникает неизбежный вопрос - что делать?

Рис. 1. Вторичное звуковое поле принципиально не может соответствовать первичному

Сначала немного истории. В 1898 г. Оливером Лоджем изобретен динамический громкоговоритель, конструкция которого в основном сохранилась до сих пор. В 1948 г. на Лондонском "Радио-шоу" был представлен первый громкоговоритель "DualConcentric" фирмы Tannoy, это первый двухполосный коаксиальный излучатель, эквивалентный точечному.

Это действительно был прорыв, который сохраняет свои преимущества до настоящего времени, однако у коаксиального громкоговорителя с рупорным высокочастотным излучателем очень невелика область комфортного прослушивания из-за обострения направленности с ростом частоты сигнала. В коаксиальной конструкции высокочастотный излучатель находится в вершине конуса низкочастотного излучателя, который выполняет функцию подвижного(!) рупора, влияя на тембральную окраску в зависимости от положения слушателя.

Следующий шаг к созданию АСПП сделал инженер В. И. Шоров. Разработанная им акустическая система 30АС103П выпускалась заводом "Янтарь" и была описана в [1]. Это двухполосная АС, где две динамические головки установлены в горизонтальной плоскости и направлены каждая на свой рассеивающий конус, переводя векторное излучение в скалярное (ненаправленное). Так как высокочастотный излучатель (головка) установлен над низкочастотным, то абсолютно точечного источника мы не получаем, но в горизонтальной плоскости получается источник с круговой диаграммой направленности.

Еще одним шагом к созданию точечного всенаправленного (точнее, с диаграммой излучения) источника звука явилась конструкция (рис. 2), предложенная Ю. Грибановым и А. Клячиным.

Рис. 2. Конструкция АС Ю. Грибанова и А. Клячина

В ней на шести гранях корпуса АС установлены шесть пар головок. Эту АС нельзя назвать АСПП, так как присутствует векторная составляющая излучения. Но она является точечным всенаправленным источником звука. Есть еще один недостаток: одинаковый сигнал излучается несколькими головками и невозможно добиться их синхронной работы и идентичности параметров. Это может приводить к потере тончайших нюансов звучания фонограммы.

Более полно идеологии АСПП соответствует так называемая контрапертурная АС (рис. 3), предложенная А. Виноградовым и А. Гайдаровым.

Рис. 3. Контрапертурная АС, предложенная А. Виноградовым и А. Гайдаровым

Создается виртуальный точечный всенаправленный источник звукового давления в полной полосе ЗЧ. Вертикальная составляющая звуковой волны несколько подавлена. Но мы опять возвращаемся к той же проблеме, что и в предыдущем случае, - не получается абсолютно симметричной структуры. На высоких частотах звуковые волны, излучаемые двумя головками, могут не совпадать по фазе, и возникшая интерференция приведет к искажению исходного тембра. Искажения, конечно, меньше, чем в предыдущем способе (меньше головок), но проблема остается. Есть еще одна проблема, связанная с подобной конструкцией. Использование двух широкополосных головок не всегда позволяет воспроизвести необходимый диапазон частот, даже если использовать коаксиальные (двухполосные). Необходимую трехполосность в такой структуре реализовать не представляется возможным.

Принцип работы третьего типа АСПП легко понять из конструкции, условно изображенной на рис. 4. Исключение половины комплекта громкоговорителей контрапертурной АС позволяет избежать свойственных ей недостатков. Здесь также излучаются звуковые волны с круговой диаграммой направленности во всем диапазоне частот.

Рис. 4. Принцип работы третьего типа АСПП

В настоящее время наша фирма, имеющая ряд патентов на подобные АС, выпускает АСПП по двум структурам. Двухполосные, изготовленные по рис. 5, выпускаются в трех объемах: 5, 10 и 40 л для бытового использования в жилых комнатах. Для небольших кинозалов выпускается специальная АСПП мощностью 1000 Вт, обеспечивающая высокое звуковое давление. Структура АСПП, изображенная на рис. 6, реализует трехполосный принцип разделения спектра, что существенно упрощает проблему подбора головок. Среди изделий фирмы есть и АСПП с объемом корпуса 70 л, она рассчитана на высококачественное воспроизведение стереофонических фонограмм.

Рис. 5. Двухполосная АСПП

Рис. 6. Трехполосная АСПП

Если говорить об особенностях АСПП, то в сравнении с АС прямого излучения можно предположить некоторое ослабление атаки в звучании инструментов, так как звук излучается во все стороны, а не направленно на слушателей.

Но что дает использование подобных АС в реальных помещениях? Создается ровное пространственное звуковое поле - где бы вы ни находились, везде звук тембрально одинаков. Стоите вы перед АС или сбоку - звук не меняется, вас окружает однородное звуковое поле. Получается очень комфортное озвучивание больших площадей: необыкновенное ощущение комфортности и эмоциональной вовлеченности создают среду, недостижимую с обычными АС. Показанные здесь три типа АСПП не исчерпывают всего многообразия различных вариантов.

Утверждать однозначно, что какой-то звук лучше или хуже другого при превышении некоего порога качества, в значительной степени бессмысленно: восприятие - это область эмоций, а они разные, поэтому есть множество усилителей и акустических систем. Но что однозначно - этот звук ближе к окружающему нас естественному.

В качестве примера рассмотрим выпускаемую нашей фирмой акустическую систему АС200. Эта система изготавливается в настольном и подвесном варианте с применением динамических головок, выпускаемых ООО "Лаборатория АСА" [2]. Мы используем в качестве НЧ-головки модель В1602.8, а в качестве ВЧ-головки - Т252.4. На рис. 7 приведен упрощенный чертеж АС.

Рис. 7. Упрощенный чертеж АС

Подобная вертикальная конструкция АС позволяет использовать в качестве корпуса трубу, что выгодно отличает ее от стандартных кубических корпусов. В качестве корпуса 11 (рис. 8) выбрана пластиковая труба ПВХ 200x4,9x2000, используемая, в частности, в канализационных системах. Одной трубы длиной 2 м достаточно для двух АС. Кольца 1, 2, 6, 10 изготавливают из МДФ толщиной 16 мм. На рис. 9 приведен чертеж деталей 2, 6. Детали крепят к корпусу потайными саморезами 3x19 мм (3-4 шт.).

На деталь 2, установленную в нижней части корпуса, крепится фильтр 9, она имеет отверстие для вывода сигнального провода. Деталь 6, на которой установлены динамические головки, крепится в корпусе 11 с условием, что верхняя плоскость кольца установлена заподлицо с нижним краем окон корпуса 11. Для прокладки провода, идущего к ВЧ-головке 4, в одно из крепежных отверстий НЧ-головки 5 не устанавливают саморез, а пропускают провод на ВЧ-головку, которую закрепляют любым способом (на бонках, на конструкции, спаянной из медной проволоки диаметром 1...1,5 мм) и фиксируют саморезами, которые крепят НЧ-головку. Основное требование - это обеспечение необходимого зазора между диффузором ВЧ-головки и рассеивающим конусом 3. Конус, показанный на рис. 10, можно изготовить из МДФ или толстого пластика. Для придания жесткости пластиковый конус можно запенить.

Рис. 8. Корпус АС - пластиковая труба ПВХ 200x4,9x2000

Рис. 9. Чертеж деталей 2, 6

Рис. 10. Пластиковый конус

Желательна глянцевая, лакированная поверхность конуса для уменьшения потерь на высоких частотах. Конус фиксируется на детали 2 с помощью клея.

В качестве звукопоглотителя используется тонкий синтепон, который набивают плотно; критерием плотности набивки является отсутствие бубнения в низкочастотном регистре. Можно попробовать насыпать слой толщиной 5...10 см мелкого активированного угля, который обязательно сверху закрыть синтепоном.

Детали 1 и 10 определяют внешний вид, их можно покрасить или фанеровать. Деталь 1 крепится к детали 2 на шкантах или мелкими саморезами, а деталь 10 - саморезами, с выпуском соединительного кабеля.

Для придания АС товарного вида можно пошить "чулок" из тонкой синтетической ткани и прикрепить ее степлером к верхней и нижней детали 2.

Схема разделительного фильтра показана на рис. 11.

Рис. 11. Схема разделительного фильтра

Катушку индуктивности L1 наматывают эмалированным проводом диаметром 0,5...0,8 мм на пластиковую трубу диаметром 25 мм, ширина намотки - 20 мм. 120 витков провода длиной 10,2 м создают индуктивность 0,3 мГн. Конденсатор С1 - К73-17 или К78-2 (лучше). Резистор R1 сопротивлением 0,2 Ом изготавливают из высокоомной проволоки: берут кусок длиной несколько метров, измеряют его сопротивление и откусывают соответствующую нужному сопротивлению часть. Диаметр проволоки должен быть не менее 0,2 мм. Фазу (полярность) включения головок определяют опытным путем. Здесь на схеме показана полярность, оптимизированная при измерении на "розовом" шуме.

Литература

1. Шоров В., Янков В. Акустическая система для самостоятельного изготовления. - Радио, 1997, № 4, с. 12-14.
2. Лаборатория АСА. - asalab.net.

Автор: В. Костин

Смотрите другие статьи раздела Аудиотехника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Плавание улучшает словарный запас детей 21.07.2021 Исследование, проведенное учеными из Делаверского университета, предполагает, что упражнения могут увеличить словарный запас детей. Детей в возрасте от шести до 12 лет учили новым словам, после чего они занимались плаванием, кроссфитом или раскрашивали рисунки. Дети, занимавшиеся плаванием, на 13% лучше выполнили последующие тесты на уровень словарного запаса. Ведущий исследователь Мэдди Прюитт, занимавшаяся в колледже плаванием, не удивлена результатами. "Движения, связанные с моторикой, помогают запоминать новые слова. Упражнения повышают уровень нейротрофического фактора мозга, белка важного для когнитивных функций", - отмечает Прюитт. Почему же подобного эффекта не были при занятиях кроссфитом? Ученый объясняет это количеством энергии, которое требуется мозгу при каждом упражнении. Плавание - это занятие, которое дети могут выполнить без особых раздумий или инструкций. Оно более автоматизировано. А упражнения из кроссфита были для детей в новинку. Сначала им требовалось выучить движения, на что тратилась умственная энергия.

Другие интересные новости:

▪ Гоночная версия электромобиля Hyundai Ioniq 5

▪ Мумии помнят о стрессе

▪ Сердечный имплантат с радиоволновым питанием

▪ Память в 1000 раз быстрее и долговечнее флэш

▪ Высокопроизводительное семейство PIC32 с большим объемом памяти

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Дозиметры. Подборка статей

▪ статья Микаэл Налбандян. Знаменитые афоризмы

▪ статья Какие ящерицы и в какой период временно перестают быть холоднокровными? Подробный ответ

▪ статья Ярутка пронзенная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Стробоскопическая светодинамическая установка. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья УКВ ЧМ приемник на 145 МГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026