Акустическая система

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Акустическая система - устройство, предназначенное для эффективного излучения звука в воздушной среде, включающее один или несколько звуковых излучателей в акустическом оформлении. Характер звучания определяют не только параметры установленных излучателей, но и их взаимное расположение, конструкция корпуса, встроенные пассивные фильтры и многие другие элементы акустических систем. Акустическая система -- 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). магнитола звук колонка

Количество полос, на которое разбит частотный диапазон колонки.

Для разных звуковых частот используются разные по конструкции динамики, которые способны качественно воспроизводить звук в определенном диапазоне частот, но звуки с другой частотой они воспроизводят с искажениями.

В продаже можно встретить 2.5-полосные колонки. В них устанавливаются один высоко частотный динамик (для высоких частот-диапазона) и сразу два низкочастотных динамика, один воспроизводит только Низкие Частоты-диапазона , а второй - сразу два: Средних Частот и Низких Частот.

Акустическая система состоит из акустического оформления (например, фазоинверторного типа, закрытого типа, открытого типа, с пассивным излучателем) Корпус у акустики закрытого типа представляет собой герметично закрытый ящик с выведенным на фронтальную панель диффузором (излучателем звука) динамика. Недостатки такой акустики - низкая чувствительность, не очень глубокий бас, преимущества - простота конструкции и хорошие переходные характеристики, которые гарантируют низкий уровень искажений и точное воспроизведение звука.

Разновидность колонок фазоинверторного типа - колонки с пассивным излучателем, или "пассивным радиатором". По конструкции они напоминают колонки с фазоинвертором, но вместо него в дополнительное отверстие устанавливается пассивный излучатель. Он представляет собой часть низкочастотного громкоговорителя без катушки и магнитной системы и выполняет ту же роль, что и фазоинвертор. Пассивный излучатель подбирается таким образом, чтобы его резонансная частота была равна нижней рабочей частоте громкоговорителя. Это позволяет улучшить воспроизведение низких частот. Такая конструкция часто используется в сабвуферах. Одно из преимуществ пассивного радиатора перед колонками с обычным фазонвертором - это отсутствие шума воздушного потока в трубе резонатора.

Акустические системы открытого типа встречаются очень редко, в них корпус представляет собой толстую панель, в которую установлены динамики. Такие громкоговорители обеспечивают акустическое излучение дипольного типа, то есть звуковые колебания от колонки распространяются как с фронта, так и с тыла.

Благодаря тому, что в таких колонках практически отсутствует корпус, сведены к минимуму все негативные вибрации, которые возникают при резонансе в колонках с "обычным" корпусом.

В колонках открытого типа ослаблено воспроизведение низких частот, поэтому производителям приходится устанавливать низко частотные динамики очень большого размера. В большинстве современных акустических систем используется конструкция с фазоинвертором.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Назначение акустических систем является воспроизведение звука и мелодий, например, в автомобиле Это позволило слушать в поездках музыку, радио или, что стало модным сейчас, аудиокниги.

Аудиосистема строится из двух основных компонентов: головного устройства (магнитолы) и устройства воспроизведения звука -- акустических систем (АС, или колонок). Сегодня в качестве основного компонента АС используются динамические громкоговорители («динамики», или головки громкоговорителей), которые отличаются надежностью, простотой конструкции и приемлемыми техническими характеристиками.

Технические характеристики АС, на которые следует обращать наиболее пристальное внимание при покупке.

- Мощность (RMS)

Многие фирмы в технических характеристиках своих продуктов указывают так называемую «музыкальную» мощность. При измерениях на акустическую систему подается кратковременный (менее 2 с) сигнал частотой ниже 250 Гц. Если отсутствуют заметные на слух искажения, то считается, что АС выдержала испытание. При этом не учитываются нелинейные искажения сигнала. Естественно, что данный метод позволяет указывать очень высокие значения «мощности», зачастую в 10-100 раз превышающие максимальную синусоидальную. Этот параметр очень слабо характеризует реальное качество воспроизведения звука. Поэтому основным значением мощности, на которое следует обращать внимание при покупке акустической системы является мощность RMS. Она измеряется подачей синусоидального сигнала частотой 1000 Гц до достижения определенного уровня нелинейных искажений. Например, в техпаспорте изделия написано: 25 Вт (RMS). Это значит, что акустическая система при подведении к ней сигнала мощностью 25 Вт может работать длительное время без механических повреждений громкоговорителей.

Нелинейные искажения - искажения, проявляющиеся в появлении в частотном спектре выходного сигнала составляющих шумы и призвуки, отсутствующих во входном сигнале.

Какая же мощность необходима для качественного звучания? Это определяется параметрами помещения, в котором планируется установка данной аппаратуры, характеристиками самой АС, а также потребностями самого слушателя. Для среднестатистической квартиры хватит мощности от 20 до 50 ватт. - Частотный диапазон

Это полоса воспроизводимых акустической системой частот. В колонках с сабвуфером весь частотный диапазон разбивается на две части - низкие частоты воспроизводит сабвуфер, а средние и высокие - сателлиты.

Идеальным диапазоном воспроизводимых частот был бы интервал примерно от 20 до 20000 Гц.

На ровность АЧХ также оказывает влияние и количество полос воспроизведения акустических систем. Идеальным выбором являются 3-полосные АС с активным разделением сигнала на ВЧ (высокочастотный), СЧ (среднечастотный) и НЧ (низкочастотный) диапазоны с помощью так называемых кроссоверов, с последующей подачей 3 различных сигналов на 3 динамика акустической системы. Это дает возможность осуществлять независимое усиление в различных полосах спектра, что в свою очередь позволяет обеспечить оптимальный режим работы для каждого динамика в акустической системе. Чаще всего трёхполосные колонки можно распознать по наличию 3 различных громкоговорителей в корпусе акустической системы.

Для игр и фильмов подойдут и двухполосные системы. Стоит сказать, что, в принципе такие системы подойдут и для музыки, если вы не предъявляете к качеству воспроизведения сверхтребований или у вас недостаточно денег на элитную аудиосистему.

Кроссовер - устройство для разделения звукового сигнала на несколько составляющих. - Отношение сигнал/шум

Отношение сигнал/шум - безразмерная величина, для дискретного сигнала равная отношению энергии сигнала на бит или символ к спектральной плотности шума. Обычно выражается в децибелах. Чем больше значение, тем менее заметен посторонний шум при воспроизведении звука.

1.1 Классификация акустических систем

При современных темпах развития радиовещания, телевидения, звукозаписи, озвучивания, оповещения и т.д. и переходе на принципиально новые цифровые технологии работы со звуком, потребность в многообразии акустических систем и требования к их качеству все время возрастают. В зависимости от назначения, они имеют существенные различия в параметрах и отличаются большим разнообразием конструкций и дизайна. Объемы выпуска акустических систем и громкоговорителей различного применения достигают десятков миллионов штук в год, их производством занимаются сотни фирм. Появляются новые классы акустических систем, предназначенных для Multi-Media, Home-Theatre и др., внедряются компьютерные методы их проектирования и измерений, используются новые материалы и технологии и т.д. Все виды акустических систем, представленных на современном рынке, условно можно разделить на несколько категорий в зависимости от области их применения:

· акустические системы для домашнего применения, которые в свою очередь можно подразделить на системы: массовые; высококачественные - категории HI-FI и HIGH-END; акустические системы для домашних аудио-видеокомплексов - Home-Theatre; для современных компьютерных систем -Multi-Media и др.;

· акустические системы для систем озвучивания и звукоусиления, в т.ч. для конференц-систем и систем перевода речей (к ним, в частности, относятся звуковые колонки);

· концертно-театральные акустические системы, в т.ч. мощные блочные портальные системы, системы подзвучки зала и сцены и т.п.;

· студийные акустические системы - акустические мониторы (агрегаты), предназначенные для контроля качества звука в различных студиях видео-звукозаписи, радио-телестудиях и т.д.;

· автомобильные акустические системы, а также - акустические системы для озвучивания других видов транспорта (самолетов, поездов и т.д.);

· акустические системы для переговорных устройств, систем оповещения, абонентских систем и для другого служебного применения.

1.2 Принцип работы акустических систем

В любом домашнем кинотеатре конечное качество воспроизведения звука определяется акустическими системами. Лучшие записи, закодированные по самым современным технологиям, считанные высококлассным Blu Ray-проигрывателем, обработанные и усиленные высококачественным AV-ресивером или AV-процессором с усилителями могут быть бесповоротно испорчены плохими акустическими системами.

Основы звука

Любой источник создает звук благодаря колебательным движениям, подобно обычному колокольчику (струна гитары, голосовые связки человека и т.д.). При вибрации метала колокольчика, смежные с ним слои молекул воздуха тоже начинают вибрировать и эти колебательные движения распространяются в воздухе волнообразно, в итоге достигая барабанной перепонки в ухе человека. Вибрация барабанной перепонки интерпретируется мозгом, как звук и в зависимости от специфики колебательных движений идентифицируется по источнику звуковой волны.

Воспринимаемый звук кажется разным благодаря частоте звуковой волны - более быстрым или медленным колебаниям молекул воздуха и барабанной перепонки, и амплитуде волны - более сильные/слабые колебания, смещающие эластичную перепонку на большее/меньшее расстояние. Изменение амплитуды звуковой волны воспринимается человеком, как изменение громкости слышимого звука.

Записывающий микрофон работает по принципу барабанной перепонки уха человека - эластичная мембрана воспринимает звуковые колебательные волны, которые потом кодируются в виде электрических сигналов на магнитной ленте или цифровом диске. DVD или Blu Ray-проигрыватель домашнего кинотеатра считывает записанный сигнал с диска, декодер AV-ресивера или AV-процессора раскодирует его и раскладывает по различным каналам, затем сигналы усиливаются и передаются в виде электрических импульсов на громкоговорители (динамики) акустических систем, которые преобразуют электрические сигналы в колебательные движения диффузора, собственно создающего воспринимаемые человеком звуковые волны.

1.3 Структурная схема и основные элементы акустических систем

Классическая звуковая система, как показано на рис 1, содержит: модуль записи и воспроизведения звука; модуль синтезатора; модуль интерфейсов; модуль микшера; акустическую систему.

Первые четыре модуля, как правило, устанавливаются на звуковой карте. Причем существуют звуковые карты без модуля синтезатора или модуля записи/воспроизведения цифрового звука. Каждый из модулей может быть выполнен либо в виде отдельной микросхемы, либо входить в состав многофункциональной микросхемы. Таким образом, Chipset звуковой системы может содержать как несколько, так и одну микросхему. Конструктивные исполнения звуковой системы ПК претерпевают существенные изменения; встречаются материнские платы с установленным на них Chipset для обработки звука. Однако назначение и функции модулей современной звуковой системы (независимо от ее конструктивного исполнения) не меняются. При рассмотрении функциональных модулей звуковой карты принято пользоваться терминами «звуковая система ПК» или «звуковая карта»

Рисунок 1. Структурная схема акустических систем

Акустическая система состоит из следующих основных элементов:

излучателей (низко-, средне-, высокочастотные ГГ), число которых в каждой из полос зависит от типа АС;

Излучатели, используемые в подавляющем большинстве АС, представляют собой электродинамические головки громкоговорителей ГГ. В ряде АС применяются также электростатические, изодинамические и др. Такие АС в отечественной терминологии принято называть «АС с нетрадиционными излучателями».

В выносных АС, как правило, используется многополосный принцип построения, т.е. весь воспроизводимый диапазон частот подразделяется на несколько частотных поддиапазонов, каждый из которых воспроизводится своим ГГ, который в зависимости от этого называется низко-, средне- или высокочастотным. В АС высшей категории обычно используется три или четыре частотных поддиапазона; в массовых АС часто применяют одно- или двухполосный принцип построения. Это связано с тем, что применение одного широкополосного громкоговорителя не позволяет обеспечить равномерность АЧХ акустической мощности в полном диапазоне частот и снизить уровень интермодуляционных искажений. Требования к ГГ, работающим в различных частотных диапазонах, существенно отличаются.

Корпус АС является основным конструктивным элементом, формирующим ее электроакустические характеристики в области низких частот за счет регулирования нагрузки на тыловую поверхность диффузора и использования или подавления излучения этой поверхности. Он оказывает существенное влияние на электроакустические параметры АС как в области низких частот (такие как амплитудно-частотная характеристика -- АЧХ, фазочастотная -- ФЧХ, характеристика направленности -- ХН, коэффициент нелинейных искажений), так и в области средних и высоких частот за счет колебаний стенок корпуса на его внутреннего объема, а также за счет влияния формы корпуса на характер дифракционных эффектов.

Наиболее распространенными типами корпусов в современных АС являются закрытый корпус, фазоинверсного типа и корпус с пассивным излучателем. Существуют также и другие виды реже используемых корпусов: «свернутый рупор, «лабиринт», трансмиссионная линиям и т.д.

Закрытый корпус служит для подавления излучения тыловой поверхности диффузора ГГ.

Корпус фазоинверсного типа отличается наличия в нем отверстия или отверстия с трубкой, что увеличивает уровень звукового давления в определенной области низких частот благодаря излучению тыловой поверхности диффузора.

Довольно широко применяется корпус, в котором вместо отверстия или трубки используется пассивный излучатель, представляющий собой громкоговоритель с подвижной системой без магнитной цепи и звуковой катушки. Пассивный излучатель позволяет также увеличить уровень звукового давления за счет использования тылового излучения, особенно в области частоты резонанса системы, образуемой за счет массы подвижной системы излучателя, гибкости его подвеса и содержащегося в корпусе воздуха.

Электронные устройства АС включают в себя, прежде всего, электрические разделительные фильтры. Практически все современные АС являются многополосными по причинам, указанным выше, поэтому распределение энергии звукового сигнала между ГГ является основной задачей фильтров. Развитие техники проектирования АС заставило изменить функции фильтров и методы их проектирования. Разделительные фильтры выполняют теперь одновременно задачи фильтрации и коррекции. В подавляющем большинстве современных выпускаемых АС используются так называемые «пассивные» фильтры, которые включаются после усилителя мощности. Однако в ряде моделей АС применяются и «активные» разделительные фильтры. В этом случае в каждом частотном канале используется свой усилитель мощности, включенный после фильтров. По сравнению с пассивными активные фильтры имеют ряд преимуществ: лучшую перестраиваемость в процессе настройки, отсутствие потерь мощности, меньшие габариты и т.д., однако они проигрывают по таким параметрам, как динамический диапазон, шумы, нелинейные искажения, требуют применения отдельных усилителей в каждом канале, что экономически невыгодно.

Клеммы в АС высшего класса обычно применяются типа пружинного типа специальной конструкции.

1.4 Электронная схема акустческих систем

Простая схема, позволяющая автоматизировать включение колонок для персонального компьютера (ПК) электронным способом. Исследованием ПК с разными звуковыми платами от допотопных SB-1868 до современных (Creative Labs SB 0092) установлено, что выход звуковой платы (разъем для колонок) имеет особенности. При включении ПК осциллограф, подключенный к этому разъему, регистрирует всплески импульсов.

2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

2.1 Настройка и регулировка акустических систем

Для установки и настройки акустической системы лучше всего подходит прямоугольное помещение. Систему надо располагать вдоль длинной стены комнаты. Чтобы получить ровное и четкое звучание, нужно правильно расположить мебель и текстиль в помещении. Тогда получится четкий и упругий, качественный звук. Иногда достаточно всего на несколько сантиметров переместить тот или иной крупный предмет в помещении, чтобы резко изменилось качество звука. В комнате, где настраивается акустическая система, пол обязательно должен быть застелен мягким ковром.

Чтобы локализация звука была четкой, динамики располагают на одном уровне с ушами слушателя. Акустическая система настраивается так, чтобы точки установки колонок и точка, где находится слушатель, являлись вершиной равностороннего треугольника. Регулировка и настройка локализации звука осуществляется путем изменения угла направления динамиков к слушателю.

По возможности акустическая система должна быть расположена подальше от углов, а расстояние до задней стены отличаться от расстояния до боковых стен, иначе может получиться эффект взаимного уничтожения звуковых волн. Между слушателем и динамиками не должно располагаться никаких предметов, тумбочек, стоек и т. п.

2.2 Диагностика и тестирование акустических систем

Цель тестирования.Основной целью тестирования качества акустических систем является определение качества продукта по выработанным критериям по абсолютной шкале и по сравнению с конкурентами. Успех акустических систем, как удачного продукта, зависит от совокупности многих факторов. Из них можно выделить следующие, наиболее важные для пользователя: внешний вид, эргономика, функциональность и качество звучания. Стоимость изделия также является важным фактором при покупке, однако наиболее актуален показатель цена/качество для своей ценовой категории, в сравнении с ближайшими конкурентами.

Для сравнения колонок друг с другом, а также более четкого представления о каждом изделии целесообразно исследовать и провести сравнение продуктов по всем основным признакам, определяющим интегральную оценку качества.

Наиболее полезно прямое сравнение с конкурирующими продуктами при наличии референсного тракта в качестве абсолютного эталона.

Объективные тесты.Для большей точности при анализе используются объективные параметры -- основные существующие показатели, которые можно получить в результате измерений. Это неравномерность амлитудно-частотной характеристики (АЧХ), осевые и внеосевые показатели, гармонические искажения в рабочей полосе частот, анализ отдельно 2-й и 3-й гармоники, скриншоты спектра на контрольных частотах.

АЧХ характеризует рабочий диапазон частот устройства и неравномерность передачи тембра. Внеосевые АЧХ характеризуют направленность на ВЧ. Для активной акустики АЧХ в крайних положениях регуляторов тембра показывает соответствующие возможности продукта. Уровень гармоник показывает слышимую составляющую гармонических искажений. Данный весьма полезный параметр не регистрируется большинством измерительных лабораторий. При измерении коэффициента гармоник (2+3 гармоники) используется собственная уникальная методика плавно нарастающих некратных логарифмических синусоид фиксированной частоты с музыкальным интервалом.

Измерения производятся специально разработанным программно-аппаратным комплексом. При измерениях АЧХ используется логарифмически нарастающий синусоидальный сигнал большой продолжительности, с автоподстройкой фазы при анализе. Это позволяет получить более приближенные к реальности измерения, так как энергетически подобный тестовый сигнал более близок к музыкальному. Также исключается искусственная пристыковка теоретически полученного НЧ диапазона по приближенным результатам моделирования.

Большую трудность представляет передача слуховых ощущений от прослушивания в виде словесных описаний. В литературе и СМИ можно встретить несколько подходов к описанию звучания звуковой аппаратуры. Наиболее частый подход: применение эмоциональных эпитетов из областей, никак не связанных с общепринятой музыкальной терминологией, а также не связанной с техническим описанием физических процессов. Так, например, можно встретить выражения «вкусный бас», «взрослый звук», «степень интимного вовлечения». Другой подход может заключаться в выставлении и последующих манипуляциях с численными оценками по таким пунктам, как «глубина сцены», «стабильность образа». Подобные словосочетания не имеют никакого четкого определения или стандартизованной научно-обоснованной базы, а их трактовка предполагается на личное усмотрение слушателя. Здесь не обходится без привлечения изотерической антинаучной субъективной эмоциональной (аудиофильской) системы оценок, индивидуальной для каждого такого слушателя. При этом ценность подобной оценки крайне сомнительна, даже при попытках выявить какую-то закономерность. Полезных выводов о соотношении цены/качества или удачности конструкции колонок сделать не удается.

Основой применяемой в нашей методике системы оценки являются:

1. Научная база, с представлением о происходящих физических процессах (спектральный анализ, временной анализ, и т.п.). Акустическая система (колонка) представляет собой сложное нелинейное электроакустическое устройство, с комплексом присущих ему свойств. Поэтому при оценке применимы физические термины из области Физики, раздел Акустика.

2. Музыкальный подход. Воспроизводимый сигнал представляет собой музыку, поэтому его можно рассматривать по музыкальным критериям. Это позволяет характеризовать качество без изобретения и стандартизации новой терминологии.

Преимуществом является комплексный подход. Например, фраза: «хорошая атака акустической системы позволяет более точно передавать штрихи исполнения», сочетает научно-технический и музыкальный лексикон. В то время как фраза «интимно-мистический звук колонок взбудоражил и накрыл волной эмоций» не несет полезной информации, кроме как о повышенной эмоциональной возбудимости слушателя.

У данного подхода тоже имеются недостатки. Например, предполагается некоторая минимальная подготовленность читателя. С другой стороны, результаты тестирования подразумевают ориентацию на интересующегося человека, который готов узнавать что-то новое, если это способно реально помочь в его задачах выбора или расширения кругозора.

2.3 Характерные неисправности акустических систем

Независимо оттого, что внешне акустические системы выглядят достаточно надежными устройствами, им тоже свойственно ломаться. Причиной поломок может стать не только заводской брак, но также неправильное использование. Акустика, как любая другая техника, не любит, когда ее эксплуатируют на предельной мощности. Если ручка громкости будет вывернута на максимум, соответственно блоком питания будет вырабатываться наибольшая мощность. В акустических системах встроенный БП рассчитан на использование в режиме номинальной мощности, поэтому при ее повышении до максимума, он будет греться, а элементы его схемы работать с сильной нагрузкой. Кроме того, БП может выходить из строя при перепадах напряжения. Вышедшие блоки питания могут поддаваться ремонту, выполнять который следует в специализированных сервисных центрах. Поломка блока питания в акустических системах достаточно распространена, при этом не является единственным дефектом.

Из строя может выйти микросхема усилителя, тогда ремонт акустических систем будет состоять в ее замене. При этом стоит определиться, будет ли экономически оправдана такая замена. Если колонки недорогие, их проще и дешевле заменить. Реже подвержены поломкам громкоговорители - динамики. Динамик, с нарушенным звучанием, можно заменить. Причиной того, что громкоговоритель хрипит, может стать длительная его работа на максимальной мощности, если произошел обрыв динамика, или когда его нечаянно проткнули острым предметом. Если в акустической системе сломан регулятор громкости или частот, пользователь, регулируя нужные параметры, услышит треск из колонок. В данном случае, ремонт будет состоять в замене новых регуляторов (переменных резисторов) или их перепайке. Львиная доля дефектов связана с некорректным подключением, поломкой соединительных кабелей, проблемами со звуковой картой или неправильными настройками в ПК. Как правило, кабель обрывается по причине небрежного подключения, а также отключения штекера к источнику звука, поэтому все соединения должны быть с хорошим контактом и максимально надежными. Используя акустическую систему необходимо располагать ее подальше от отопительных приборов, во время грозы выключать из розетки. Это позволит избежать скорого ремонта акустических систем. Поломкам подвержены также микрофоны и наушники, если их неправильно, небрежно, неосторожно использовать. Неисправность может возникать по причине нарушения контактов или их обрыва. При использовании акустической системы необходимо соблюдать меры предосторожности. Во-первых, не стоит подключать колонки к усилителю, который включен. Подключая акустику, нельзя допускать, чтобы происходило замыкание между проводниками. Не желательно, чтобы на поверхность аппаратуры попадали прямые солнечные лучи. Кроме того, нельзя накрывать ребра радиаторов, находящиеся на поверхности сабвуферов или усилителей.

2.4 Техническое обслуживание акустических систем

Произведите коммутацию оборудования до включения электрического питания, и установите все основные регуляторы уровня сигнала на минимум.

1. Подключите один конец сигнального кабеля левого и правого каналов (с помощью разъёма 1/4” TRS Jack или XLR) к основным выходам микшерного пульта, а другой конец кабеля к основным входам активных акустических систем левого и правого каналов.

2. Подключите пассивные акустические системы к выходам усилителей мощности с помощью акустических кабелей с разъёмами Speakon.

3. Подключите кабели питания к электрической сети.

4. Включите питание микшерного пульта до включения питания усилителей акустических систем.

5. С помощью регуляторов, установите необходимый уровень громкости активных акустических систем.

6. Используя функцию PFL, настройте уровень входных сигналов на микшерном пульте, и отрегулируйте уровень выходного сигнала основной шины микширования.

7. По окончании работы, выключите питание активных акустических систем до выключения питания микшерного пульта.

Размещено на Allbest.ru