Интернет журныл о промышленности в Украине

У пошуках гарного звуку

  1. Персональний комп'ютер займає все більше місце в нашому житті, витісняючи традиційні засоби розваги...
  2. Конструкція комп'ютерних АС
  3. доопрацювання
  4. корпус
  5. Потужність
  6. спотворення
  7. фазоинвертор
  8. типи корпусів
Персональний комп'ютер займає все більше місце в нашому житті, витісняючи традиційні засоби розваги і дозвілля, такі як телевізор, музичний центр, відеомагнітофон і DVD-плеєр. А під виразом «домашній кінотеатр» все частіше мається на увазі комп'ютер з пристроєм для читання DVD-дисків і багатоканальної акустичної системою.

Безсумнівно, потенціал цього хитрого пристрою, який переховується за кожухом кремового кольору, величезний, але добитися від нього якісного звуку неймовірно складно. Якщо відмовитися від думки про побудову акустичної системи для комп'ютера з нуля, то залишається або витратити суму, яку можна порівняти з ціною всього ПК, або постаратися поліпшити звучання вже наявної апаратури.

Умови сучасного ринку змушують виробників постійно зменшувати собівартість продукції, що випускається, економлячи на якості. Така економія зазвичай супроводжується наданням товару привабливого зовнішнього вигляду і активною рекламою. Візьму на себе сміливість стверджувати, що розвиток аудіотехніки зупинилося ще в далеких 80-х роках XX ст. Якщо не розглядати поява цифрових носіїв і нестандартних джерел звуку, то далі йшло тільки спрощення і здешевлення. Тому я пропоную мінімізувати наслідки подібної економії і прибрати деякі огріхи виробника, завдяки чому комп'ютерна акустична система почне звучати значно краще.

А нам воно треба?

Спробуємо сформулювати загальні вимоги до якості звукового супроводу в персональному комп'ютері. Як мінімум, звук не повинен дратувати, викликаючи бажання вимкнути колонки. Якщо ПК використовується для перегляду фільмів, то основна вимога до акустичної системи полягає в чіткій передачі голосів, коли мова сприймається без зусиль і виразна навіть в тому випадку, якщо кілька героїв говорять одночасно. Решта звуки повинні асоціюватися з їх джерелами, а не нагадувати шуми.

Що стосується прослуховування музики, то, перефразовуючи поширену приказку, можна сказати: звук не буває занадто якісним. В ідеальному випадку колонки повинні мати мінімальні коефіцієнти спотворень, розвивати достатню акустичний тиск (мається на увазі робота на високому рівні гучності, без зростання спотворень) і відтворювати частоти від 30 до 20 000 Гц. У той же час побудова (як індивідуальне, так і серійне) більш-менш пристойної акустичної системи є вельми наукомісткої, трудомісткою і вимагає значних матеріальних витрат завданням.

На жаль, переважна більшість комп'ютерних акустичних систем не відповідають таким вимогам. Якість звучання середніх (як за ціною, так і за поширеністю) комп'ютерних колонок можна описати дуже просто. Відтворення частоти зазвичай знаходяться в діапазоні 100-12 000 Гц (для односмугових пристроїв). При цьому звучання зіпсовано найсильнішими спотвореннями і «призвуками» корпусу. Якщо присутній високочастотний динамік, то або його віддача через низьку чутливості набагато менше, ніж у среднечастотного, або гра високих частот більше схожа на брязкіт. Ще гірші справи з низькими частотами. Їх недолік зазвичай компенсується комплектацією колонок (які в даному випадку прийнято називати сателітами) сабвуфером. Але останній замість потужного посилення низьких частот бубонить на одній. Загалом, картина жахлива. Однак зробити звук приємніше і якісніше можна (і потрібно).

Конструкція комп'ютерних АС

Основний принцип побудови комп'ютерних стереоколонок є загальним практично для всіх випущених сьогодні моделей. Відмінності спостерігаються лише в якості використовуваних комплектуючих і дизайні (і ціною, звичайно).

Давайте подивимося, що являє комп'ютерна акустична система, на прикладі дешевих пластикових колонок компанії A4-Tech (фото 1). Незважаючи на абсолютно «несерйозний» вид, пристрої подібного класу все ще досить популярні. Правда, якщо на ринку стереосистем можна спостерігати якийсь прогрес у вигляді переходу на більш потужні моделі, то багатоканальні набори (4.1, 5.1) до сих пір комплектуються подібними колонками в якості сателітів. Тому доопрацювання таких продуктів як і раніше актуальна.

За акустичним і музичним достоїнств дані колонки практично не відрізняються від подібних їм стереофонических побратимів в ціновому діапазоні до 10-15 дол. І сателітів від 5.1-канальних наборів ціною до 100-130 (!) Дол. Піддослідні колонки були підключені до звукової плати Sound Blaster Live! 5.1, можливостей якої в даному випадку більш ніж достатньо.

Мені не відразу вдалося здогадатися, що видаються колонками стогони і хрипи і є відтворений звуковий сигнал. Після суттєвого зменшення рівня гучності ситуація помітно покращилася. Звідси можна зробити перший висновок: номінальна потужність даних колонок занадто низька. Що розвивається акустичного тиску ледь вистачає на те, щоб «озвучити» місце безпосередньо перед монітором. Як і слід було очікувати, низьких частот не виявилося взагалі, але приємно здивувала наявність високих майже до самої верхньої межі діапазону, правда, якість їх залишає бажати кращого. При відтворенні музики величезна кількість породжуваних спотворень дуже сильно псує звучання, позбавляючи його природності. Ні про яку детальності і мови бути не може. А піки АЧХ 1 і «призвуки» пластикового корпусу, які сильно дратують слух, роблять дану (як, втім, і багато інших) акустичну систему для прослуховування музики непридатною. З іншого боку, для озвучування системних подій, деяких ігор і мультимедійних додатків при невимогливість вуха до хорошого звуку ці колонки цілком підійдуть.

З точки зору конструкції розглянутий зразок являє собою канонічний вид активних односмугових стереоколонок. Підсилювач, виконаний на одній мікросхемі, фізично розташований в корпусі правої колонки. Звідти ж іде сигнальний міжблочний кабель на звукову плату, кабель живлення і силовий акустичний кабель до іншого колонці. Самі корпусу виконані з досить товстою пластмаси, тому характерних «призвуків» у даного екземпляра дещо менше, ніж у більш кволих побратимів. Нагорі розташований порт фазоінвертора, який грає швидше декоративну роль, ніж здійснює реальний підйом низьких частот. При його закриванні звук практично не змінюється. Хочеться ще раз відзначити, що саме так (рідко інакше) влаштовано більшість односмугових активних стереоколонок (назвати їх акустичними системами язик не повертається).

У дорожчій ціновій категорії широко поширені дерев'яні двосмугові акустичні стереосистеми. Крім матеріалу корпусу їх головна відмінність полягає в присутності і в тій і в іншій колонці двох динаміків замість одного; кожен з них відіграє лише певний діапазон частот. Зазвичай якість таких систем набагато вище, ніж односмугових. З конструктивної точки зору двохсмугові системи відрізняються тільки наявністю розділових фільтрів між динаміками, які зазвичай знаходяться безпосередньо в самих колонках.

Найдорожчими і «престижними» на сьогоднішній день є багатоканальні акустичні системи (2.1, 4.1, 5.1). Але і тут відмінності мінімальні. Головне з них полягає в присутності сабвуфера, де і розташовується підсилювальний блок. Як фронтальних, тилових і центрального (коли він є) сателітів використовуються ті ж дешеві односмугові колонки, схожі на розглянуті вище. Тому музичні можливості таких наборів дуже мізерні (виняток становлять лише дуже дорогі системи).

доопрацювання

Спираючись на особистий досвід, з упевненістю можу сказати, що чим дорожче акустична система, тим вище її потенціал з точки зору доопрацювання. Адже зі зростанням ціни системи вплив будь-якої її деталі на звук посилюється багаторазово. Незалежно від цінової категорії слабких ланок в пристроях предостатньо через бажання виробника заощадити. Якщо в дешевих колонках якість звуку обмежена низькими можливостями динаміків, то в більш дорогих системах слабким місцем стає практично все інше. Але радикально поліпшити звук можна завжди. Розглянемо все по порядку.

корпус

У акустичної системі він робить дуже великий вплив на якість звучання, тому і доопрацювати його слід в першу чергу. Для того щоб грамотно за це взятися, необхідно мати хоча б поверхневе уявлення про природу пов'язаних з ним процесів.

Основне призначення корпусу - формування характеристик акустичної системи в області низьких частот. Від нього ж залежить і якість відтворення нижнього діапазону середніх частот. Наприклад, при використанні кволих корпусів через коливання стінок зменшується рівень звукового тиску на низах і збільшується число піків і провалів АЧХ в середині. Багаторазово зростає також рівень нелінійних спотворень. А тривалість перехідних процесів може досягати 100-120 мс через велику часу спаду коливань стінок. З ростом їх товщини вплив корпусу зменшується. Всі ці чинники значно погіршують якість звучання акустичних систем, викликаючи появу «ящикових призвуків», збільшують нерівномірність АЧХ і призводять до виникнення затриманих резонансів. При цьому змінюється тембр звучання і погіршується передача стереопанорами. До речі, акустичні системи з дерев'яним корпусом набагато краще пластикових саме через незаперечних переваг дерева з точки зору перерахованих вище факторів. Думаю, тепер ви усвідомили необхідність поліпшення характеристик корпусу. Давайте подивимося, як це можна зробити.

Існує два шляхи передачі звуку по корпусу: збудження коливань в результаті випромінювання тильною стороною дифузора динаміка і пряма передача коливань від динаміка на стінки корпусу. Розглянемо методи боротьби у другому випадку.

Спробуйте включити колонки на повну гучність. Швидше за все стінки корпусу почнуть сильно вібрувати, а сама колонка - підстрибувати на столі, що тягне за собою і розтрату корисної енергії, і поява всіх вищеперелічених наслідків. Тому перш за все потрібно зміцнити стінки - поставити розпірки або встановити ребра жорсткості. Вибір методу визначається в кожному випадку окремо, але частіше за все невеликим пластиковим і дерев'яним колонкам цілком вистачить ребер жорсткості. А при обсязі корпусу понад 20 л (в комп'ютерних акустичних системах такі розміри бувають тільки у деяких сабвуферів) краще застосувати обидва.

Тепер про технічну реалізації. Ребра жорсткості являють собою відносно товсті дерев'яні рейки, якими треба зміцнити найбільші стінки (найчастіше бічні і задню). Фіксувати їх треба по всій діагоналі стінки, можна клеєм (наприклад, ПВА), забезпечивши максимальну площу зіткнення. Чим товщі, масивніше і важче рейки, тим краще. Обмеження лише одне: вони не повинні сильно зменшувати внутрішній обсяг колонки. Крім багаторазового збільшення жорсткості корпусу, для маленьких і «повітряних» пластикових колонок зростання маси запобіжить їх підстрибування на високому рівні гучності,, що істотно зменшить спотворення (фото 2).

Установка розпірок може істотно підвищити якість і кількість басів в акустичних системах закритого типу (при обсязі колонок більше 20 л). У відкритих (фазоінверторний) корпусах розпірки швидше за все будуть зайвими, а для маленьких сателітів вони взагалі не приносять користі. Встановлювати їх потрібно між бічними, передній і задньою стінками (приблизно по центру), а місця зіткнення розпірок зі стінками промазати клеєм.

Хочу зауважити, що установка розпірок і ребер жорсткості не всім колонкам на користь. Наприклад, у розглянутій на початку статті моделі корпус такий товстий, що перевантаження динаміка виникає набагато раніше, ніж корпус починає вібрувати і підстрибувати. Тому така доробка корпусу їм не потрібна.

Все, з вібрацією стінок розібралися. Тепер потрібно погасити хвилі, що йдуть з тильного боку дифузора; відбиваючись від стінок корпусу, вони виходять вперед через прозорий для них динамік (для звуку це всього лише шматочок тоненького картону), викликаючи акустичне «коротке замикання» на деяких частотах і значне посилення нелінійних спотворень. В ідеальному випадку такі хвилі повинні повністю гаситися всередині корпусу. На жаль, це можливо тільки при використанні спеціальних конструкцій корпусів. Але в комп'ютерних акустичних системах застосовуються набагато більш примітивні варіанти оформлення. Тому доведеться використовувати звуковбирний матеріал. З його допомогою можна практично повністю заглушити частоти вище 300-600 Гц, але з пониженням частоти його ефективність починає помітно падати. Як звукопоглинального матеріалу найкраще підходить звичайна вата (натуральна кілька краще синтетичної), яка продається в аптеках. Вона дозволить прибрати різкі піки і провали АЧХ в діапазоні 500-5000 Гц.

Для корпусів среднечастотних динаміків трьохполосних акустичних систем і дешевих односмугових, де завдання отримання баса не варто, питання звукопоглинання вирішується дуже просто. Швидше за все там вже розташований якийсь звуковбирний матеріал, але зі своїми функціями він не справляється. Його необхідно замінити ватою, добре розпушивши її і рівномірно заповнивши весь обсяг колонки (фото 3). Ця найпростіша процедура зробить звук маленьких пластикових колонок кілька приємніше. А після заповнення ватою корпусів среднечастотних динаміків моєї саморобної системи різниця виявилася дуже помітною, що підтверджує припущення про те, що з ростом класу акустичної системи зростає і потенціал для доопрацювання.

Крім здатності перетворювати звукову енергію в тепло, вата володіє ще одним дуже корисним властивістю. При правильному заповненні корпусу можна як би «обдурити» динамік - змусити його «думати», що він знаходиться в більшій за обсягом ящику, ніж насправді. Завдяки цьому виходить набагато більш переконливий бас. Справа в тому, що в процесі роботи повітря всередині корпусу нагрівається і відбувається його теплове розширення. А коли внутрішній простір ящика заповнене ватою, то ворушаться волокна розсіюють це тепло. Теоретично заповнення корпусу може дати «віртуальну» надбавку обсягу до 40% від справжніх розмірів. Як ви, напевно, вже зрозуміли, даний абзац швидше звернений до власників тих акустичних систем, де присутній низькочастотний динамік.

Для корпусів закритого типу все дуже просто. Якщо обсяг ящика не перевищує 80 л (практично всі комп'ютерні акустичні системи задовольняють цій умові), то його слід заповнювати з розрахунку 24 г вати на літр об'єму. При цьому можна отримати приблизно 30% «віртуального» простору. Природно, попередньо потрібно виміряти обсяг корпусу. У розпушеним стані вата повинна зайняти весь внутрішній простір. Така нехитра операція істотно збільшує віддачу на низьких частотах. Можливо, з метою досягнення кращого результату кількість вати доведеться змінити.

З фазоінверторний корпусі справа дещо складніша. Для збереження нормальної роботи фазоінвертора необхідно, щоб простір між ним і тильною стороною дифузора було відкритим. В іншому випадку значна частина звукової енергії не потрапить в фазоинвертор, а просто перетвориться в тепло. Для фазоінверторний корпусів оптимальна щільність заповнення знаходиться в межах 20-22 г на літр об'єму. Але в такому випадку вата займе собою весь простір колонки, що неприпустимо. Проблема вирішується просто. Розпушений вату потрібно злегка утрамбувати і упакувати в кілька марлевих мішечків, які можна підвісити до верхньої і бічних стінок. Головне - не закрити ватою простір від дифузора до входу в фазоинвертор (якщо після розміщення вати баси раптом пропадуть, то з імовірністю 99% саме це ви і зробили).

Если для глушіння Середніх частот вати Цілком достаточно, то на частотах нижчих 300 Гц почінаються серйозні проблеми. Для них вата почти прозора. І багаторазове відображення звуку від стінок корпусу з ВИНИКНЕННЯ стоячих хвилях и подалі їх виходом через прозорий для них дифузор виробляти до того, что практично всі комп'ютерні колонки сильно бубонять и гудуть на басах. В результате бас-гітара, басовий барабан та інші басові інструменти звучати практично однаково. Тому всех колонках з нізькочастотнімі дінамікамі - сабвуферам и сателітам від дорогих багатоканальних наборів (де зазвічай стояти Досить хороші динаміки) - строго показана додаткова обробка стін корпусу (з внутрішньої боку, природно) спеціальнім звукопоглінальнім матеріалом. Мабуть, Єдиним якісним и доступним матеріалом є повсть (его застосовують и в дорогих Hi-Fi-акустичних системах, и для шумоізоляції в старших моделях «Мерседесів»). Одного шару завтовшки в 1 см буде достаточно, щоб помітно підвіщіті якість (но НЕ Кількість!) Низька частот. Если найти повсть проблематично, станут в нагоді и старі валянки. Ось і все, що можна зробити з корпусом акустичної системи з метою підвищення якості звучання. На жаль, обсяг журналу не дозволяє розглянути відразу всі інші методи поліпшення звучання. Тому про доопрацювання динаміків, фільтрів, підсилювачів, екранування звукових плат та інших «смакоти» я розповім в наступному номері.

Успіху і якісного звуку!

Далі буде.

З автором можна зв'язатися по e-mail: [email protected] .

Потужність

Більшість комп'ютерних акустичних систем рясніють барвистими наклейками з фантастичними цифрами, які позначають їх потужність. Причому із зменшенням ціни колонок значення цієї характеристики починає прагнути до нескінченності. А вся хитрість полягає в наявності кількох стандартів вимірювання цієї самої потужності, чим і користуються виробники.

PMPO (Peak Music Power Output) - пікова короткочасна музична потужність, більш відома як «китайські вати». Вона позначає максимально досяжне пікове значення сигналу за мінімальний проміжок часу (зазвичай за 10 мс), при подачі якого пристрій не згорить. Тобто цей параметр абсолютно нічого не говорить ні про реальну потужності, ні про максимальній гучності колонок. Тому його використовують тільки виробники дешевих пластикових «брязкалець» з єдиною метою - привернути покупця. Якщо вам не байдуже якість придбаної акустичної системи, то тих колонок, потужність яких вказана в PMPO, краще уникати.

RMS (Root Mean Squared) - середньоквадратичне значення електричної потужності, обмеженої заданими нелінійними спотвореннями. Потужність вимірюється синусоїдальним сигналом на частоті 1 кГц до досягнення рівня гармонійних спотворень (THD, Total Harmonic Distortion), рівного 10%. Це вже більш інформативний параметр, хоча для характеристики звуку все одно непридатний (як всі параметри, що вимірюють потужність). Крім того що значення THD, що дорівнює 10%, величезна, це всього лише спроба описати акустичну систему як споживача енергії. Але через брак інших параметрів можна користуватися і цим.

SPL (Sound Pressure Level) - рівень звукового тиску, що розвивається акустичною системою. Значення SPL є твір відносної чутливості акустичної системи на подводимую електричну потужність (за логарифмічною залежності). Це самий інформативний показник. Справа в тому, що акустична система з чутливістю 100 дБ при підведенні сигналу потужністю в 1 Вт буде грати з такою ж гучністю, що і акустична система з чутливістю 86 дБ (більшість сучасних акустичних систем середнього рівня мають чутливість 86-88 дБ) при підведенні 50 (!) Вт.

1АЧХ - амплітудно-частотна характеристика.

спотворення

Всього існує два види спотворень, що виникають при роботі як підсилювачів, так і динаміків.

Інтермодуляційні спотворення - нелінійні спотворення, присутні в частотному спектрі двотонального (і більше) сигналу. Вони полягають в наявності складових, які є сумою і різницею основних і гармонійних частот вхідних сигналів. Наприклад, при подачі суміші сигналів 1 кГц і 5 кГц виникають інтермодуляційні спотворення: 6 кГц (сума 1 кГц і 5 кГц) і 4 кГц (різниця між 1 кГц і 5 кГц). Ці продукти інтермодуляционних спотворень взаємодіють один з одним, створюючи практично нескінченний ряд частотних складових.

Гармонійні спотворення (THD, Total Harmonic Distortion) - поява в частотному спектрі сигналу додаткових складових, кратних основній частоті. Наприклад, при подачі синусоїди частотою 1 кГц, створюються складові з частотою 2 кГц (друга гармоніка), 3 кГц (третя гармоніка) і т. Д. (Рис. 1).

Нерівномірність амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) полягає в нездатності сучасних динаміків (виняток становить лише плазмовий іонофон) відтворювати всі частоти (навіть в межах робочого діапазону) з однаковою гучністю при підведенні рівній потужності. У будь-якому випадку будуть виникати піки і провали АЧХ, що змінюють тембр звучання акустичної системи.

фазоинвертор

Фазоинвертор є трубою або отвір, виконаний в ящику. Звук, що випромінюється тильною стороною дифузора, що не гаситься звукопоглотітелем, а рухає масу повітря в трубі фазоінвертора. На частотах, близьких до частоти настройки, фаза хвилі розгортається на 180о. Тим самим забезпечується підйом низьких частот. Фазоинвертор працює в дуже вузькій смузі частот, а при досить широкому спектрі сигналів низьких частот відбувається затягування перехідних процесів у вигляді «фарбування» звуків басового регістра. Внаслідок цього різні за тембром музичні інструменти звучать дуже схоже.

типи корпусів

Серед безлічі типів корпусів (іноді званих «акустичним оформленням») в комп'ютерних колонках використовують лише кілька.

  1. Закритий ящик. Динамік укладений в герметичний ящик. Хвилі, що випромінюються тильною стороною дифузора, повинні повністю гаситися звукопоглотітелем і стінками корпусу. Така конструкція повністю виправдана для середньо частотних динаміків і забезпечує дуже високу якість передачі низьких частот (але при маленькому ККД).
  2. Фазоінверторний ящик. Найпоширеніша конструкція двосмугових комп'ютерних акустичних систем. Дозволяє отримати підйом низьких частот, але при деякому погіршенні якості
  3. Band-pass. Практично всі сабвуфери комп'ютерних акустичних систем мають даний тип корпусу. Band-pass є двокамерний ящик (додана резонансна камера 2), звук виходить через один або кілька фазоінверторів (рис. 2). Існує кілька різновидів Band-pass, всі вони дозволяють істотно підвищити ККД, але сильно "розмивають" баси, перетворюючи їх в монотонне гудіння. Методи доопрацювання корпусу - спільні з іншими типами корпусів (доопрацюванні підлягає тільки камера 1)
А нам воно треба?