Проектирование многополосной акустической системы – это комплексная инженерная задача, требующая системного подхода, а также профильных знаний в области электроакустики и практических навыков. Создание двух- или трехполосной системы подразумевает согласованную работу всех компонентов: динамиков, фильтров и усилителя.
Поэтому далее рассмотрен практический опыт конструирования таких систем на динамиках производства ЗАО НОЭМА, а также даны рекомендации по программному обеспечению для расчета фильтров.
На первом этапе проектирования нужно определить конфигурацию системы, которая зависит от целей ее использования. Это решение определяет сложность выполнения задачи, а также стоимость разработки.
Обычно рассматривается два варианта:
Двухполосная система. Это оптимальный вариант для начинающих конструкторов. Она требует меньшего количества компонентов, проще в расчете фильтров, но позволяет получить достойный результат, если правильно подобрать динамики. Типичная конфигурация: низкочастотный или мидбасовый динамик и высокочастотный твитер.
Трехполосная система. Обеспечивает гибкое разделение частотных диапазонов, позволяя каждому динамику работать в оптимальном для него режиме. Это снижает искажения, что повышает детальность звучания. При этом данный вариант требует более тщательного расчета фильтров и согласования динамиков по чувствительности.
Перед началом проектирования важно определить цели: будет ли данная система использоваться в стереорежиме, планируется ли ее подключение к домашнему кинотеатру или планируется фоновое озвучивание.
Одно из решений от специалистов компании НОЭМА – двухполосная система на базе динамиков 35ГДН62 и 15ГДВ92. Первый – низкочастотный/мидбасовый, второй – высокочастотный.
Для высокочастотного динамика в такой конфигурации допустимо использование простого фильтра первого порядка, то есть потребуется только один конденсатор, если низкочастотный динамик обладает достаточно ровной амплитудно-частотной характеристикой в области раздела. Такой подход упрощает конструкцию, а также значительно снижает стоимость проекта.
Высокочастотный динамик 15ГДВ92 с шелковым куполом хорошо зарекомендовал себя в проектах на динамиках НОЭМА. Он неоднократно использовался в связке с широкополосными и низкочастотными динамиками.
Альтернатива предыдущего варианта – трехполосная акустическая система на базе следующих динамиков:
100ГДН45 – низкочастотное звено;
50ГДШ74 – среднечастотное звено;
15ГДВ92 – высокочастотное звено.
Это наиболее сбалансированное решение, подходящее для восстановления винтажной акустики или для самостоятельного проекта с нуля.
Данная комбинация динамиков встречается в проектах по восстановлению Советских колонок, в частности Орбита 100АС-004 и S-90, где штатные головки заменяются на современные аналоги НОЭМА. Для лучшего понимания конфигурации далее подробнее рассмотрен каждый ее элемент.
Динамик 100ГДН45-8 – это 10-дюймовая (260 мм) низкочастотная головка с номинальным сопротивлением 8 Ом и характеристической чувствительностью 90 дБ/Вт/м. Эффективно воспроизводимый диапазон частот составляет 30-2000 Гц, что позволяет использовать его в трехполосной системе с частотой раздела в районе 300-500 Гц.
Резонансная частота (Fs) находится в пределах 31-36 Гц, в зависимости от экземпляра, полная добротность (Qts) – около 0,52-0,53, эквивалентный объем (Vas) – 73-93 литра. Предельная шумовая мощность – 100 Вт.
Диффузор изготовлен из композитной целлюлозы, подвес – пенополиуретановый (ППУ) тороидальной формы, диффузородержатель – из литого алюминия. Для акустического оформления рекомендуются следующие варианты:
закрытый ящик объемом 30-60 литров;
фазоинвертор объемом 80 литров с настройкой на 32 Гц (площадь отверстия 50 см², длина трубы 100 мм).
При использовании закрытого ящика объемом 50 литров расчетная нижняя граница по уровню -3 дБ составит около 52 Гц.
Динамик 50ГДШ74 – это 5-дюймовая (125 мм) широкополосная головка с номинальным сопротивлением 4 Ом. Эффективно воспроизводимый диапазон частот составляет 100-15000 Гц, что делает его пригодным для работы в качестве среднечастотного звена в трехполосной системе, с разделом на нижней границе диапазона. Чувствительность динамика – порядка 86 дБ/Вт/м. Максимальная мощность – 50 Вт.
Важно учитывать, что сопротивление 50ГДШ74 составляет 4 Ом, тогда как у низкочастотного и высокочастотного динамиков – 8 Ом. Это создает определенные особенности при расчете фильтров и согласовании звеньев.
При последовательном или параллельном включении с другими динамиками суммарный импеданс будет отличаться от штатного, что потребует корректировки фильтра. В проектах по замене штатных среднечастотных головок, например, 20ГДС-70 в S-90 отмечается, что чувствительность 50ГДШ74 ниже, а сопротивление меньше, чем у оригинала, поэтому для достижения равномерной АЧХ может потребоваться корректировка фильтра.
Для среднечастотного звена отдельный корпус обычно выполняется в виде закрытого ящика объемом 5-12 литров. Объем не является критичным параметром, поскольку динамик работает в ограниченном частотном диапазоне.
Динамик 15ГДВ92-8 – это высокочастотная головка с шелковым куполом, номинальным сопротивлением 8 Ом и чувствительностью 90 дБ/Вт/м. Эффективно воспроизводимый диапазон частот составляет 3000-20000 Гц.
Максимальная мощность – 15 Вт. Этот динамик хорошо зарекомендовал себя в проектах от НОЭМА. Он неоднократно использовался в связке с широкополосными и низкочастотными головками.
Для высокочастотного звена отдельный корпус обычно не требуется – динамик устанавливается в общем корпусе, изолированном от низкочастотного объема.
При построении трехполосной системы на указанных динамиках необходимо учитывать следующие факторы:
Чувствительность. Низкочастотный и высокочастотный динамики имеют схожие показатели – 90 дБ/Вт/м. Среднечастотный компонент 50ГДШ74 отличается от них достаточно значительно – 86 дБ/Вт/м. Разница составляет 4 дБ, что превышает допустимые 2-3 дБ. Для выравнивания уровней применяются резистивные делители, в том числе L-pad, в цепи среднечастотного звена.
Сопротивление. У низкочастотных и высокочастотных динамиков сопротивление 8 Ом, а у среднечастотных – 4 Ом. Это важно учитывать, если проводится расчет фильтров, ведь номиналы компонентов для среднечастотного звена будут отличаться от тех, что использовались бы для 8-омной головки. Важно также понимать, что, когда компоненты подключаются параллельно, показатель суммарного сопротивления снижается.
Частоты раздела. Для данной конфигурации рекомендуется раздел низкочастотного и среднечастотного звеньев в районе 300-500 Гц, а среднечастотного и высокочастотного – в районе 3000-5000 Гц. Это позволяет оставаться в нормальных значениях, поэтому 100ГДН45 без искажений воспроизводит низкие частоты, 50ГДШ74 работает в области средней чувствительности, а 15ГДВ92 предоставляет высокие частоты с отличной чистотой.
Поэтому при проектировании трехполосной системы важно учитывать различия в чувствительности, сопротивлении и частотах – это в первую очередь влияет на качество конфигурации.
Подробнее об отдельных компонентах:
Корпус. Для низкочастотного звена нужен закрытый ящик объемом 30-60 литров или фазоинвертор на 80 литров (32 Гц). Динамики со средней частотой устанавливаются в отдельном закрытом ящике около 5-12 литров. Высокочастотный динамик устанавливается в общем корпусе, изолированном от низкочастотного объема.
Материал. В строительстве корпуса чаще всего используется фанера с толщиной 15 мм или МДФ на 19 мм. Все стыки обрабатываются клеем-герметиком, что критически важно для корректной работы конфигурации.
Внутренняя оклейка. Для гашения стоячих волн нужен полусинтетический термопрессованный войлок или стеганый ватин на 5 мм. Набивка синтепоном из расчета 16 грамм на литр существенно изменит характер баса и добавит объем.
Когда сборка будет закончена, система должна поработать около 10-20 часов. Громкость должна быть умеренной в течение всего времени. Только после этого можно сделать выводы о звучании.
Пример реальной трехполосной системы может быть реализован с помощью следующих динамиков:
150ГДН32 – низкочастотный;
50ГДС67 – среднечастотный;
15ГДВ92 – высокочастотный.
Данная конфигурация требует установки процессора для настройки. Это наиболее современный и достаточно гибкий вариант, позволяющий не использовать сложные пассивные фильтры, а также точно настраивать срезы под конкретные динамики или комнату.
Динамик 150ГДН32 – 12-дюймовая низкочастотная головка на 92 дБ/Вт/м с резонансной частотой 28 Гц. Для нее актуально применение четырехслойной звуковой катушки. Данное решение позволило снизить нижнюю граничную частоту, повысить эффективность работы в низкочастотном диапазоне, а также требуемый объем акустического оформления.
Область применения – низкочастотное звено в многополосных системах с частотой раздела до 800 Гц. Рекомендуемые объемы оформления: закрытый ящик 40-60 л, фазоинвертор 110 л с настройкой на 32 Гц.
Динамик 15ГДВ92-8 – это высокочастотная головка с шелковым куполом, номинальным сопротивлением 8 Ом и чувствительностью 90 дБ/Вт/м. Эффективно воспроизводимый диапазон частот составляет 3000-20000 Гц. Максимальная мощность – 15 Вт.
Низкочастотное звено при этом размещается в закрытом ящике или фазоинверторе в соответствии с рекомендациями для данной модели, среднечастотное – в отдельном закрытом ящике объемом около 12 литров, причем для среднечастотного звена объем корпуса не является критичным параметром. Высокочастотный динамик может быть установлен в общем корпусе, изолированном от низкочастотного объема.
Оформление – это отдельная большая тема, в которой существуют важные правила:
Для низкочастотного звена в двух- и трехполосных системах чаще всего используются закрытый ящик или фазоинвертор. Первый обеспечивает более точный и контролируемый бас, фазоинвертор – более глубокий.
Для среднечастотного звена в трехполосной системе объем корпуса не столь критичен.
Для высокочастотного звена отдельный корпус обычно не требуется – динамик может быть установлен в общем корпусе, изолированном от низкочастотного объема.
При расчете корпуса важно учитывать, что параметры Тиля-Смола у разных экземпляров динамиков могут незначительно отличаться. НОЭМА предоставляет услугу подбора динамиков с минимальным разбросом параметров.
Для этих целей на предприятии используется профессиональный измерительный комплекс CLIO. Чтобы оформить заказ на подбор, оставьте комментарий к заказу динамиков через корзину на сайте или отправьте форму обратной связи.
Расчет пассивных фильтров для многополосной системы требует наличия специальных знаний. Еще один вариант – использование специализированного программного обеспечения. Подробнее о популярных в России онлайн-калькуляторах и программах:
VituixCAD. Бесплатное программное обеспечение. Доступный и постоянно обновляющийся инструмент, позволяющий использовать результаты измерений динамиков от CLIO, ARTA, REW. В данном решении реализованы возможности моделирования фильтров и корпусов. Данное ПО подходит для серьезных проектов, в том числе в среде DIY-конструкторов.
XSim. Бесплатная программа для расчета фильтров, в которой пользователь может моделировать пассивные кроссоверы с использованием файлов FRD и ZMA, содержащих измеренные АЧХ и импеданс динамиков. XSim похожа на VituixCAD по моделированию фильтров, при этом она имеет более простой интерфейс, понятный начинающим.
LspCAD. Программный комплекс, предназначенный для проектирования акустических систем. Включает модуль Box utility для расчета и анализа различных вариантов корпусов с динамиками (закрытых, фазоинверторных, полосовых и других). Программа также содержит утилиты для расчета пассивных и активных кроссоверов.
Расчет фильтров акустических систем. Бесплатный онлайн-калькулятор для быстрых расчетов. Позволяет найти пассивные кроссоверы акустических систем с подбором фильтров, цепей Цобеля и аттенюаторов с описанием типов аппроксимации. Решение для предварительных расчетов, которое не нужно устанавливать на ПК.
При выборе ПО важно понимать, что для достоверных результатов нужно иметь измеренные параметры динамиков (АЧХ и импеданс). Программы, работающие с файлами FRD и ZMA, как раз позволяют использовать реальные данные.
Расчет пассивных фильтров для многополосной системы – это задача, требующая либо специальных знаний, либо использования программного обеспечения. Подробнее:
Порядок фильтров. Для высокочастотного звена в двухполосной системе нужен фильтр первого порядка с одним конденсатором. Это актуально, если у низкочастотного элемента ровная АЧХ в области раздела.
Учет импеданса. Когда динамики в многополосной системе включены параллельно, то суммарное сопротивление будет ниже. Так, два 8-омных элемента параллельно дадут только 4 Ома.
Согласование по чувствительности. При совместной работе отличающихся по характеристикам динамиков нужно выровнять их вклад в общий сигнал. Поэтому более громкое звено ослабляют резистивным делителем L-pad либо подбирают головки с близкими характеристиками.
Настройка на слух. Даже специализированное оборудование не подходит для окончательного определения параметров фильтрующих компонентов. Это связано с тем, что субъективное восприятие считается наиболее важным фактором.
Параметры фильтра определяют с учетом характеристик всей акустической системы, а также проверяют уже после сборки.
Качество сборки корпуса так же влияет на звук, как и другие компоненты, рассмотренные ранее. Что важно знать:
Материал. Для корпусов используется фанера, МДФ или ЛДСП. Распространенный вариант – фанера толщиной 15 мм или МДФ толщиной 19 мм.
Герметичность. Все стыки необходимо обрабатывать клеем-герметиком, чтобы звук соответствовал ожиданиям.
Внутренняя оклейка. Для гашения стоячих волн внутри корпуса применяются различные материалы: полусентитический термопресованный войлок, стеганый ватин толщиной около 5 мм. Набивка синтепоном из расчета 16 грамм на литр дает прирост объема и изменение характера баса.
Крепеж. Перед скручиванием деталей рекомендуется засверливать места крепления и углубления под головки шурупов. Это предотвращает растрескивание материала.
Отдельный аспект, о котором часто забывают – любые динамики требуют разминки для выхода на заявленные параметры. Поэтому не стоит делать окончательных выводов о звучании системы в первые часы работы.
Сборка многополосной акустической системы своими руками – это проект, требующий времени, знаний и терпения, но результат того стоит. Начните с определения концепции, выберите динамики под задачи, тщательно рассчитайте корпус и фильтры, уделите внимание качеству сборки – только так можно создать систему, которая будет радовать звуком долгие годы.
Если в процессе возникнут вопросы по подбору динамиков, расчету корпуса или настройке фильтров – обратитесь к нам через форму обратной связи на сайте. Специалисты НОЭМА помогут подобрать оптимальные компоненты и дать рекомендации по конструированию. Мы также предоставляем услугу подбора динамиков с минимальным разбросом параметров.