Практическое занятие №17 Тема: «Изучение акустической системы»

1. Цель занятия:

• закрепить теоретические знания по устройству и параметрам акустических систем;

• получить практические навыки в использовании и настройке акустических систем.

2. Перечень используемого оборудования:

- ПК;

- Акустическая система;

- RightMark Audio Analyzer 6.2.3.

3. Краткие теоретические сведения:

Акусти́ческая систе́ма — устройство для воспроизведения звука.

Акустическая система бывает однополосной (один широкополосный излучатель, например, динамическая головка) и многополосной (две и более головок, каждая из которых создаёт звуковое давление в своей частотной полосе). Акустическая система состоит 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.

В многополосных акустических системах спектр слышимых человеком звуковых частот разбивается на несколько перекрываемых между собой диапазонов посредством фильтров (комбинации резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, 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).

Активные и пассивные системы

Акустические системы подразделяются на пассивные (состоят только из излучателя и кроссовера) и активные (содержат также усилитель мощности).

Усилитель встраивают внутрь акустической системы по трем причинам:

облегчается согласование усилителя и излучателей по мощности и другим параметрам, вопросами согласования занимается производитель акустической системы, а не конечный потребитель уменьшается стоимость системы, так как нет необходимости в отдельном корпусе для усилителя и мощность усилителя (определяющая его стоимость) не завышена нет необходимости в кабеле большого сечения (в случае, если усилитель находится в каждой акустической системе)однако, есть и недостатки:

затрудняется обслуживание усилителя, так как акустическая система может быть установлена в труднодоступном месте (например, быть подвешена на некоторой высоте) в случае мощных акустических систем усилитель обычно устанавливается в каждую систему, что требует в сравнении с пассивной стереосистемой двух блоков питания вместо одного, что увеличивает стоимость в случае большого расстояния между акустической системой и источником звука требуется принимать специальные меры по защите сигнала (поднимать его уровень и использовать балансное подключение)

Таким образом, активные акустические системы обычно используются для персональных компьютеров, озвучивания небольших концертных площадок, дискотек, в студийных мониторах. Пассивные чаще встречаются в домашних акустических системах, а также при озвучивании больших площадок.

Подключение

Д ля подключения пассивной акустической системы к усилителю обычно используют следующие типы соединений:

К леммы — в основном домашние акустические системы и системы небольшой мощности

Разъемы типа Speakon — профессиональные системы большой мощности активные акустические системы обычно подключаются к источнику звука с помощью:

Р азъемов типа Jack 3.5 мм, RCA — компьютерные акустические системы

Разъемов типа Jack 6.3 мм, XLR — профессиональные акустические системы

Сабву́фер (англ. subwoofer) — акустическая система, воспроизводящая звуки очень низких частот (примерно от 5 до 200 Гц). Сабвуфер является самым мощным громкоговорителем в комплекте акустики. Считается, что его мощность в идеале должна быть равна общей мощности сателлитов.

Низкие звуковые частоты плохо локализуются, т. е. человеку сложнее определить, откуда идёт звук. Получается, что в многополосной аудиосистеме можно сделать одну большую низкочастотную колонку на всю систему, а в остальных колонках держать лишь средне- и высокочастотные динамики. Это делает акустическую систему более компактной, уменьшает стоимость и позволяет поместить громоздкий и вибрирующий сабвуфер в место, где он не будет мешать (например, под стол). Кроме того, подбирая подходящее место для сабвуфера, можно попытаться погасить низкочастотные стоячие волны, неизбежно возникающие в небольшом замкнутом помещении.

Сабвуфер обычно применяется в системах, рассчитанных на просмотр современных насыщенных спецэффектами фильмов и прослушивание современной музыки (особенно электронной) — в них важна убедительная передача низких частот.

Частая проблема сабвуферных систем — плохая стыковка амплитудно-частотных характеристик сателлитов и сабвуфера. На стыке АЧХ может быть как провал, так и завышение уровня. Поэтому на некоторых сабвуферах существует возможность подстройки его верхней граничной частоты.

Виды сабвуферов

По отношению к усилителю мощности сабвуферы разделяют на активные и пассивные.

Активный сабвуфер имеет встроенный усилитель мощности (который позволяет снять низкочастотную нагрузку с усилителя) и активный кроссовер, что позволяет отфильтровывать высокие частоты, упрощает согласование сабвуфера с широкополосными акустическими системами. Может получать сигнал линейного уровня (с уже удаленными ВЧ) с отдельного канала источника. Может быть подключен между широкополосной АС и источником сигнала (сквозное подключение). Часто имеет дополнительные возможности для подстройки к конкретным условиям применения (поворот фазы, регулировка АЧХ, положения точек среза кроссовера, крутизны среза).

Пассивный сабвуфер не оснащён усилителем мощности, поэтому он подключается «параллельно» с основными стереоколонками, или к отдельному каналу усилителя мощности. Основной недостаток сквозного подключения пассивного сабвуфера состоит в том, что он дополнительно «нагружает» выходные усилители стереоканалов. Это иногда снижает общую громкость и динамичность звучания аудиосистемы. Кроме того, наличие пассивного кроссовера на пути сигнала от усилителя мощности до акустической системы не может оказывать положительного влияния на качество звука. Из-за отсутствия средств настройки на борту пассивный сабвуфер очень требователен к размещению в помещении, для настройки его требуется передвигать пока не «найдётся» хороший бас.

Виды конструкций

Рупорный сабвуфер (Horn loaded). Рупор чаще всего свернут (folded horn).

Закрытый ящик (closed box). Вид акустического оформления без дополнительных излучателей. Низкочастотный динамик установлен на одной из стенок герметичного ящика.

Фазоинвертор (vented box). Вид акустического оформления с выводами в виде настроенных труб, из которых выходит воздух, тем самым излучая звук от задней части диффузора. Выбор размеров фазоинвертора зависят от параметров динамика, объёма корпуса и частоты, на которую он настраивается. Выше частоты настройки фазоинвертор препятствует чрезмерному раскачиванию диффузора динамика, причём звуковые волны, исходящие с тыльной стороны динамика, проходя через фазоинвертор меняют фазу и складываются с волнами фронтальной стороны. На частоте настройки колебания диффузора минимальны, а большая часть звуковой энергии излучается фазоинвертором. Использование фазоинвертора позволяет повысить КПД по сравнению с аналогичным закрытым корпусом, что значительно повышает отдачу на низких звуковых частотах, и в некоторых случаях позволяет расширить частотный диапазон.

Пассивный излучатель (пассивный радиатор, passive radiator). Этот вид акустического оформления сродни фазоинвертору. В корпус устанавливается ещё один диффузор без звуковой катушки и магнитной системы. Звуковая волна, исходящая от мембраны пассивного излучателя складывается с волной низкочастотного динамика. Изменяя массу и размеры диффузора пассивного излучателя можно изменить нижнюю рабочую частоту Сабвуфера.

Бандпасс (бэндпасс, bandpass) Фазоинверторный ящик, разделенный в середине дополнительной стенкой на разные по объёму камеры. Динамик помещен на перегородку между камерами. КПД конструкции выше, чем у фазоинвертора. Название bandpass (полоса пропускания, полосовой фильтр) происходит от способности корпуса ограничивать частотную характеристику сабвуфера.

Есть 3 вида бандпассов: 4-ой категории, 6-ой категории тип-А, 6-ой категории тип-Б. 4-я категория: ящик с двумя камерами и с одним фазоинвертором на верхней камере. 6-я категория, тип-А: ящик с двумя камерами и с двумя фазоинверторами, каждый на свою камеру и по-своему настроенные. Достаточно сложен в проектировании и настройке. 6-я категория, тип-Б: ящик с двумя камерами и с двумя фазоинверторами, каждый на свою камеру, но с нижней камеры фазоинвертор направлен в верхнюю камеру, получается верхний фазоинвертор становится общим для двух камер.

Обозначение для многоколоночных систем

Многоколоночные системы принято обозначать как «количество сателлитов.количество сабвуферов», то есть:

2.0 — две колонки;

2.1 — две колонки и сабвуфер;

4.0 — четыре колонки;

4.1 — четыре колонки и сабвуфер;

5.1 — пять колонок и сабвуфер;

7.1 — семь колонок и один сабвуфер;

7.2 — семь колонок и два сабвуфера;

7.4 — семь колонок и четыре сабвуфера;

Параметры акустических систем

Frequency response - диапазон, в пределах которого уровень звукового давления, развиваемого акустической системой, не ниже некоторой заданной величины, по отношению к уровню, усредненному в определенной полосе частот.

Эффективный рабочий (эффективно воспроизводимый) диапазон частот (Frequency response) - под уровнем звукового давления понимается отношение измеренного значения модуля звукового давления к величине 2 х 10-5 Па, выраженное в децибелах.

Неравномерность амплитудно-частотной характеристики (неравномерность характеристики звукового давления) - идеальной для воспроизведения звука была бы акустика, имеющая АЧХ в виде прямой линии. К сожалению, АЧХ реальных АС представляют собой кривые имеющие множество пиков и провалов. Появление этой неравномерности, при воспроизведении звуков различной частоты, вызвано не идеальностью, как компонентов, так и акустической системы в целом, наличием различного рода паразитных резонансов, вибрации стенок корпуса и т. п. Чем равномернее АЧХ, тем более естественным будет воспроизведение.

Характеристика направленности - позволяет оценить пространственное распределение излучаемых акустической системой звуковых колебаний, и оптимально расположить акустические системы в различных помещениях. Об этом параметре позволяет судить диаграмма направленности АС, представляющая собой зависимость уровня звукового давления от угла поворота АС относительно его рабочей оси в полярных координатах, измеренная на одной или нескольких фиксированных частотах.

Характеристическая чувствительность (Sensitivity, Efficiency) - отношение среднего звукового давления, развиваемого акустической системой в заданном диапазоне частот (обычно 100 - 8000 Гц) на рабочей оси, приведенное к расстоянию 1 м и подводимой электрической мощности 1 Вт.

Коэффициент нелинейных искажений (Distortion, Total Harmonic, THD) - характеризует появление в процессе преобразования, отсутствовавших в исходном сигнале спектральных составляющих искажающих его структуру, то есть, в конечном счете, точность воспроизведения.

Электрическая (акустическая) мощность (Power Handling) - мощность определяет уровень звукового давления и динамический диапазон (с учетом характеристической чувствительности), который потенциально может обеспечить АС в определенном помещении.

Характеристическая - при которой АС обеспечивает заданный уровень среднего звукового давления. В рекомендациях МЭК значение этого уровня установлено 94 дБ на расстоянии 1 метр.

Максимальная (предельная) шумовая или паспортная (Power Handling Capacity) - при которой акустическая система может длительное время работать без механических и тепловых повреждений при испытаниях специальным шумовым сигналом, близким по спектру реальным музыкальным программам (розовый шум). По методике измерений она совпадает с паспортной мощностью, определяемой в отечественных стандартах.

Максимальная (предельная) синусоидальная (Maximum Sinusoidal Testing Power, Rated Maximum Sinusoidal Power) - мощность непрерывного синусоидального сигнала в заданном диапазоне частот, при которой АС может длительно работать без механических и тепловых повреждений.

Максимальная (предельная) долговременная (Long Term Maximum Input Power) - мощность, которую акустика выдерживает без механических и тепловых повреждений в течение одной минуты, при таком же испытательном сигнале, как и для паспортной мощности. Испытания повторяются 10 раз с интервалом в 1 минуту.

Максимальная (предельная) кратковременная (Short Term Maximum Input Power) - мощность, которую выдерживает АС при испытании шумовым сигналом с таким же распределением, как и для паспортной мощности, в течение 1 секунды. Испытания повторяются 60 раз с интервалом в 1 минуту.

Пиковая (максимальная) музыкальная мощность или «музыкальная» (Peak Music Power Output – PMPO) - излюбленный параметр производителей, озабоченных сбытом своей, часто не очень качественной, аппаратуры. Методика измерения, определяемая немецким стандартом DIN 45500, следующая: на АС подается кратковременный (менее 2 секунд) сигнал частотой ниже 250 Гц. Акустика считается прошедшей испытания, если при этом нет заметных на слух(!) искажений.

Электрическое (входное) сопротивление (импеданс) - наиболее распространенные значения: 4, 8 или 16 Ом. Этот параметр важен при выборе усилителя, с которым будет работать АС.