Виды акустического оформления колонок: закрытый ящик, фазоинвертор и трансмиссионная линия

Акустическое оформление — это конструкция корпуса, которая решает, что произойдёт со звуковой волной от тыльной стороны диффузора, и именно она задаёт характер баса: его глубину, собранность, громкость и размеры самой колонки. Три основных типа — закрытое оформление, фазоинвертор и трансмиссионная линия — это три разных ответа на одну задачу.

Динамик и усилитель в двух колонках могут быть одинаковыми, а звук — заметно разным, если корпуса устроены по-разному. Разберём, зачем динамику корпус вообще, как работает каждый из трёх типов оформления, какие у них сильные стороны и компромиссы и в каких условиях разница между ними слышна.

Зачем колонке корпус

Корпус нужен, чтобы низкочастотный динамик мог воспроизводить бас. Диффузор излучает звук с обеих сторон: спереди он создаёт область повышенного давления, а сзади — одновременно область разрежения, и эти две волны находятся в противофазе. На высоких частотах это неважно, но на низких длина волны велика, тыльная волна огибает динамик и встречается с фронтальной. Возникает акустическое короткое замыкание — взаимное гашение, при котором бас у динамика без корпуса почти пропадает.

Акустическое короткое замыкание — это подавление излучения с лицевой стороны диффузора противофазным излучением с тыльной стороны, из-за чего открытый динамик теряет низкие частоты. Чтобы этого не происходило, нужно как-то развести фронтальную и тыльную волны. Именно это и делает корпус, и три способа справиться с тыльной волной дают три типа оформления: запереть её внутри (закрытый корпус), развернуть по фазе и выпустить в помощь фронту (фазоинвертор) или провести через длинный поглощающий канал (трансмиссионная линия). Сам динамик при этом остаётся прежним — подробнее о его устройстве в материале как устроен динамик.

Закрытое оформление (закрытый ящик)

Закрытое оформление — это герметичный корпус без отверстий, в котором запертый объём воздуха работает пружиной для диффузора, а тыльная волна полностью гасится внутри. Это самая простая по конструкции схема: динамик ставится в глухой ящик рассчитанного объёма, и наружу выходит только излучение с передней стороны.

Частный и самый известный случай закрытого ящика — акустическая подвеска (acoustic suspension). Её предложил Эдгар Вилчур (Edgar Villchur) в 1954 году и вывел на рынок вместе с Генри Клоссом (Henry Kloss), основав компанию Acoustic Research. Идея в том, чтобы сделать механический подвес динамика очень мягким и поручить возврат диффузора в исходное положение упругости запертого воздуха. Воздушная пружина линейнее механической, поэтому искажения на басах падают. Первая модель AR-1 уместила 30-сантиметровый НЧ-динамик в корпус объёмом около 42 литров и доставала примерно до 30 Гц — для середины 1950-х это был прорыв в компактности.

У закрытого корпуса спад на низких частотах пологий — около 12 дБ на октаву ниже частоты среза (второй порядок). Практические следствия: бас получается собранным и быстрым, с малой групповой задержкой, а пологий спад помогает в реальной комнате, где стены сами добавляют низов. Расплата — чувствительность: по данным Stereophile, закрытая акустика отдаёт примерно на 3 дБ меньше звукового давления на ватт, чем сопоставимый фазоинвертор, то есть требует более мощного усилителя для той же громкости. Характер баса во многом задаётся добротностью системы (Qtc): около 0,7 даёт наиболее ровную характеристику.

Закрытого оформления придерживаются производители, для которых приоритет — точность. Вся акустика Magico построена по принципу акустической подвески в жёстких алюминиевых корпусах. Основатель компании Алон Вольф в интервью Stereophile объяснял выбор так: в закрытом корпусе групповая задержка падает почти до нуля, и чище становится не только бас, но и середина. По его словам, у фазоинвертора есть своя привлекательность — большой, напористый бас, — но за неё приходится платить шумом порта и неровной отдачей на отдельных нотах.

Частая ситуация на прослушивании в нашем зале: закрытая колонка поначалу кажется менее басовитой, чем фазоинверторная того же размера, потому что слух привык к тёплой добавке порта. Разница в восприятии уходит на сложном материале с быстрыми басовыми атаками — там собранность закрытого корпуса слышна сразу.

Фазоинвертор

Фазоинвертор — это корпус с отверстием (портом), настроенным так, что на низких частотах тыльная волна разворачивается по фазе и через порт усиливает основное излучение. Название точно описывает суть: устройство инвертирует фазу тыльной волны, чтобы та помогала фронту, а не гасила его. Это самый распространённый тип оформления в домашней акустике.

Работает порт как резонатор Гельмгольца: масса воздуха в тоннеле колеблется на упругости воздуха внутри корпуса — так же, как гудит воздух в горлышке бутылки, если подуть поперёк. Принцип запатентовал Альберт Турас (Albert Thuras) из Bell Labs ещё в 1932 году. Частота настройки порта (Fb) зависит от его сечения и длины, объёма корпуса и скорости звука. На этой частоте воздух в порту движется в фазе с диффузором и добавляет звуковое давление, поэтому фазоинвертор играет ниже и громче, чем закрытый корпус того же объёма с тем же динамиком.

За преимущества приходится платить. Ниже частоты настройки отдача падает резче — около 24 дБ на октаву (четвёртый порядок) против 12 дБ у закрытого корпуса. Фазоинвертор объединяет два резонанса (динамик с корпусом и корпус с портом), и это увеличивает групповую задержку — бас чуть позже стартует и чуть позже останавливается. Ещё ниже Fb диффузор почти теряет воздушную нагрузку, и ход конуса резко растёт, что опасно для динамика на большой громкости. Наконец, на высокой отдаче в порту появляется турбулентность — тот самый «пыхтящий» призвук.

С турбулентностью борются конструкцией порта. Технология Flowport у Bowers & Wilkins — это порт с ямочками на поверхности, как у мяча для гольфа: они поднимают скорость потока, при которой начинается турбулентность, и порт прокачивает больше воздуха тихо, отдавая более чистый и собранный бас. Предсказуемым проектирование фазоинвертора стало благодаря работам Невилла Тиле (1961) и Ричарда Смолла (1970-е): их параметры Тиля — Смолла позволяют рассчитать связку «динамик — корпус — порт» заранее, и именно поэтому рынок наполнен качественными фазоинверторами.

Трансмиссионная линия (ТЛ)

Трансмиссионная линия — это корпус с длинным каналом-лабиринтом за динамиком, который поглощает средние и верхние частоты тыльной волны, а самые низкие выпускает через открытый торец в фазе с фронтом. Канал заполняется рыхлым звукопоглотителем (раньше — шерстью, кошмой), и чем ниже частота, тем хуже он поглощается, поэтому низы доходят до выхода и работают на усиление баса.

Корни схемы — в «акустическом лабиринте» Бенджамина Олни конца 1930-х, который применяли в ламповых радиолах. Современную трансмиссионную линию описал инженер Артур Бэйли (A. R. Bailey) в статье 1965 года в журнале Wireless World под названием «нерезонансное оформление». В серию её вывели Джон Райт и партнёры под марками IMF и позже TDL, а в США такие колонки продвигал аудиофил Ирвинг «Бад» Фрид. Длина канала привязана к четверти длины волны целевой частоты: для настройки на 30 Гц это около 3 метров, поэтому линию складывают внутри корпуса, а сам корпус выходит крупным.

Грамотная трансмиссионная линия даёт глубокий и при этом собранный бас с малой окраской от корпуса. Расплата — сложность и цена. Длину, сечение, профиль сужения и параметры наполнителя приходится согласовывать друг с другом, и ошибка в одном звене ломает результат. Серийно с этим справляются немногие: например, PMC строит свои колонки на фирменной линии ATL (Advanced Transmission Line) из панелей HDF толщиной местами до 40 мм. Именно из-за стоимости и трудоёмкости трансмиссионная линия остаётся редкой по сравнению с фазоинвертором.

Какой тип оформления выбрать под задачу

На умеренной громкости в обычной комнате грамотно сделанный образец любого из трёх типов звучит уверенно. Разница между оформлениями становится отчётливой на краях диапазона — на самом глубоком басе, на высокой громкости и на материале с быстрыми басовыми атаками. Поэтому отталкиваться стоит от того, что именно и как громко вы слушаете.

Для музыки, где важны точность и скорость атаки, чаще предпочитают закрытое оформление. Для домашнего кинотеатра, где нужен максимальный удар и глубокий бас на высокой громкости, преимущество у фазоинвертора. Нагляднее всего это видно на сабвуферах: по данным SVS, фазоинверторный сабвуфер в октаве 18–36 Гц выдаёт в 2–4 раза больше пикового давления, чем закрытый той же серии, зато закрытый точнее на музыкальном материале и компактнее. Как свести эти свойства с размером комнаты и жанрами — в гиде как выбрать сабвуфер.

Помимо трёх основных схем существуют и другие — пассивный излучатель (близок по работе к фазоинвертору, но без тоннеля), рупорное оформление и открытый экран (диполь). При выборе колонок стоит помнить, что тип оформления — лишь один из факторов: расстановка в комнате и расстояние до стен часто влияют на бас сильнее, чем сама схема корпуса.

Материал подготовлен экспертами pult.by. Данные основаны на официальной технической документации производителей и нашем практическом опыте работы с техникой в шоуруме.

© pult.by. Все права защищены.
Копирование, распространение и использование материалов допускается только при размещении активной индексируемой гиперссылки на источник.