Сколько полос должно быть в акустической системе?

Сколько полос должно быть в акустической системе? Давайте выяснять. Многие скажут, что их количество, по большому счету, является компромиссом между качеством и ценой. Однако не всё так просто. Вот давайте и попробуем в этой статье разобраться с этим вопросом. Отталкиваться, видимо, стоит от полярных вариантов: широкополосной акустики (вовсе с одной динамической головкой) и многополосной (давайте возьмем три полосы, поскольку больше этого начинаются уже редкие специальные разработки).

Итак, посмотрим плюсы и минусы. Исходить будем из особенностей восприятия звука человеком. Начнем с низких частот. Где-то Герц до 200 наше ухо не воспринимает местоположение источника звука. Именно поэтому диапазон до 150-200 Герц вполне может воспроизводить одна акустическая система — сабвуфер. Такие решения получили широкое распространение — 2+1 (два сателлита + сабвуфер).

Следующий диапазон важен как для определения локализации звука, так и для его детализации. Это основной диапазон. Простирается он от примерно 200 до 3000 Герц. Поскольку он формирует восприятие музыки, звучать она в нем должна из одного источника (одной динамической головки). Именно поэтому акустические системы, в которых граница раздела между основной и высокочастотной головками лежит в области 2 кГерц, по определению будут неудачными (а такая акустика встречается). А лучше отрезать ВЧ еще повыше (заодно это снижает требования в высокочастотной головке как в плане ее мощности, так и резонансной частоты).

На последнем факте стоит остановиться отдельно. Дело в том, что твитеры с собственной резонансной частотой ниже одного килогерца обычно стоят дороже, да и их большая мощность, конечно, цены головки не снижает. Очевидно, что резонанс головки, если его не «задавить» фильтром, вылезет на АЧХ акустической системы горбом. А задавить его можно в двух случаях: если ВЧ диапазон «отрезать» повыше фильтром первого порядка, или если «резать» ближе к собственному резонансу более круто (фильтрами более высоких порядков).

По моему глубокому убеждению, второй способ менее предпочтителен, так как неизбежно «крутит фазу». О сдвигах фазы в фильтрах акустических систем стоит говорить отдельно. Здесь же давайте этим резоном ограничимся, вспомнив при этом, что в целом при разработке канала для прохождения сигнала нам желательно придерживаться минимализма (правило HI-END, которое и в более бюджетных версиях АС всё равно актуально).

На практике же получается, что фильтры первого порядка используются либо в совсем бюджетной акустике, либо уже в HI-END. В первом случае экономят уже не только на головках, но и на фильтрах (дело доходит даже до применения электролитических конденсаторов, что, конечно, недопустимо в любом ценовом сегменте), во втором случае не экономят, но стараются максимально укоротить тракт, используя естественный спад динамика, озвучивающего низ, и применяя головку с низким резонансом сверху.

В большинстве же промышленных АС среднего ценового сегмента применяют как раз фильтры не ниже второго порядка. Так производители себе упрощают жизнь (потратив чуть больше на фильтры, они экономят на головках). Кстати, о том, как экономят производители, у нас есть отдельная статья.

Однако мы немного отошли от основной темы. А исходя из вышеизложенного, получается, что минимальным и обоснованно достаточным в акустической системе является наличие трех диапазонов (НЧ — до 150-200 гц, СЧ — до 3-4 кГц, ВЧ — все что выше). Насколько выше, тоже вопрос отдельной публикации, поскольку неоднозначным является существование стандарта Hi-Res. Если же мы на него не замахиваемся, то официальные 20 кГерц в реальности с запасом перекрывают возможности слухового аппарата большинства людей, а с возрастом этот порог, как правило, еще и снижается.

Трехполосные акустические системы

Итак, классическая «трехполоска» оптимальна? По большому счету, да, но, как обычно, есть и нюансы. Однако, прежде чем к ним перейти, давайте закроем вопрос с четырехполосными системами. Лично я убежден, что это излишество. Хотя разрабатывать подобные решения можно, главное определиться с вопросом — зачем. Если есть определенная цель, почему бы нет. Однако мы договорились о том, какой основной (центральный) диапазон должен воспроизводить один динамик. Давайте от этого и отталкиваться.

Двухполосные акустические системы

И перейдем к рассмотрению двухполосных (ставших в последнее время наиболее распространенными) акустических систем. Почему они захватили рынок? Опять экономия производителей? Отчасти да, но, кроме того, в ряде случаев и сам производитель изначально подразумевает, что, возможно, работать они будут совместно с сабвуфером.

Таким образом, пользователь может вначале приобретать двухполосную акустику (даже полочного формата, которая, как правило, глубокий бас и не способна воспроизвести). Затем, с целью расширения воспроизводимого диапазона, приобретается НЧ канал (либо активный сабвуфер, либо сабвуфер пассивный + НЧ усилитель. Так и пользователю удобнее — постепенно вкладывать деньги в музыкальную систему, — и производители расширяют ассортимент.

Однако какие проблемы в звучании акустической системы, возможно, возникают, когда одной динамической головке отводится слишком большой диапазон, и нельзя ли обойтись вообще одной головкой в АС? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить про поршневой и волновой (или зональный) режим работы динамической головки. Работать только в поршневом режиме, пожалуй, может лишь динамик сабвуфера. У основной, среднечастотной головки, каждая зона диффузора в большей или меньшей степени неизбежно колеблется в своем собственном зональном режиме.

Чревато это тем, что если обязать одну головку воспроизводить слишком широкий диапазон, на АЧХ АС мы получим горы (за счет дополнительных резонансов). Классическая АЧХ мидбаса (низко-среднечастотного динамика) — горизонтальная полочка в нижнем диапазоне (более-менее ровная) и некоторая горбатость в среднечастотном, ближе к к естественному спаду его АЧХ. Совершенно очевидно, что в трехполосном варианте эта проблема будет проявляться меньше.

И вот здесь-то конструктору приходится искать компромисс между менее равномерной АЧХ и применением фильтров высокого порядка, и вновь стоит вспомнить двухполоски с частотой раздела порядка 2 кГц. Ведь, по сути, это способ сделать двухполосную акустику с равномерной АЧХ (в том числе и студийные мониторы), что и делают. Остается только решить, взять ВЧ-головку с низкой резонансной частотой подороже, или сэкономить на ней за счет раскроя диапазона фильтрами высокого порядка (сделать крутые срезы). Вот и все! Остается отталкиваться от бюджета. Но, как правило, ставят фильтры высоких порядков.

Широкополосные акустические системы

Широкополосные системы стоят несколько особняком, поскольку любители таких акустических оформлений исходят из того, что именно фильтры высоких порядков в акустике и есть наибольшее зло, и особенно ратуют за правило максимально возможного короткого тракта (упомянутого выше). Эта категория любителей хорошего звука, скорее, согласна мириться с неравномерностью АЧХ. У широкополосных динамических головок есть и другие интересные свойства (например, чувствительность их, как правило, выше). Подробнее об этом в статье про поршневой и волновой режимы динамика. А поскольку при разработке любой акустики неизбежны компромиссы, то и получается, что в каждом случае жертвуют различными преимуществами.

Как правило, широкополосные излучатели делают с дополнительным диффузором (колокольчиком), что расширяет воспроизводимый диапазон, но приводит к достаточно выраженной «горбатости» в верхне-среднечастотном диапазоне. «Болеют» этим даже достаточно дорогие модели головок. В результате для искоренения «визгливости» АС с такими динамиками приходится дополнять корректирующими цепочками этого диапазона. Они, впрочем, включаются не последовательно а параллельно, что не удлиняет звуковой тракт.

И еще один важный фактор: большинство широкополосных головок не закрывают уверенно диапазон до 20 кГерц, и поэтому часто в такой акустике применяют так называемый супертвитер, добавляемый через фильтр первого порядка, но на достаточно высокой частоте. Это та причина, по которой я в подзаголовке не стал называть такие конструкции однополосными, предпочтя термин широкополосные.

Такие решения зачастую применяются в акустических оформлениях открытого типа (щиты и ящики), где используются широкополосные головки с высокой механической добротностью. Одно из таких оформлений описано в статье «Групповые излучатели в акустике». Применяемые в таких оформлениях головки с легкими диффузорами и относительно высокой механической добротностью способны воспроизводить очень мелкие детали звуковой картины на фоне более масштабных, что делает звучание детальным и создает глубокую локализацию отдельных музыкальных инструментов в пространстве.

Динамические головки с низкой механической добротностью (вязким подвесом), применяемые в закрытых ящиках и фазоинверторных оформлениях, на это не способны. Но у них есть другие преимущества. А сказанное выше подтверждает лишний раз, что любая акустическая система проектируется на компромиссах, а звучание подходящей именно вам акустики нужно выбирать исходя из ваших предпочтений и, к сожалению, бюджета. Ничего идеального в мире не существует. Кроме того, для различных музыкальных стилей могут быть рекомендованы различные акустические оформления (еще раз вспомним таблицу из статьи о поршневом режиме), но и имея эти рекомендации, всё же перед приобретением послушать акустику стоит.