Rinktis vienos, dviejų ar su daug dažnių juostų kolonėles?

Audiofilas Forums Akustikos inžinerija Akustika ir kolonėlės Rinktis vienos, dviejų ar su daug dažnių juostų kolonėles?

Viewing 9 posts - 1 through 9 (of 9 total)
  • Author
    Posts
  • #8963
    Belas
    Keymaster

      Pradėkime nuo paprasčiausios konstrukcijos plačiajuosčių FR (Full Range) sistemų su vienu garsiakalbiu. Tokioms sistemoms nereikalingi dažnių dalytuvai, o tai didžiausias privalumas. Kolonėlių dalytuvai dažnai vadinami filtrais, filtrai įneša iškraipymų ir bloginana AS kokybę. Kokybiškose FR kolonėlėse taip pat naudojami filtrai, jie gali būti sudėtingi, bet čia paskirtis yra dažninės ch-kos išlyginimas, o ne dažnių atskyrimas. FR turi trūkumą – vienas garsiakalbis negali dirbti visame muzikos dažnių ruože. Plačiajuosčių garsiakalbių dažninė nėra glotni, tačiau šį trūkumą konstruktoriai bando įveikti sudėtingomis korpusų konstrukcijomis ir korekciniais filtrais.

      Trumpai pažvelkime į FR realizacijas.
      Šiuolaikinės technologijos leido ištobulinti FR sistemas, todėl AS su plačiajuosčiais labai skiriasi nuo stacionariuose radijo imtuvuose pokario laikmečiu plačiai naudotas FR su vienu ar keliais plačiajuosčiais atviruose korpusuose. N. Pass projektas KLEINHORN tipo rupore būtų šiuolaikinių kolonėlių su plačiajuosčiais garsiakalbiais realizacija platesniam dažnių ruožui atkurti. Plačiau apie projektą čia.Kleinhorn                       Plačiajuosčiai KLEINHORN tipo ruporuose dažninei praplėsti.
      Nedaugeliui priimtina tokia FR gerinimo „kaina“: ruporo „burnos“ dydis 1,5×2 m, o visos sistemos gabaritai 3×1,7 m. Sistemai reikalinga speciali patalpa, norint pervežti viską reikėtų išardyti.

      • This topic was modified 4 months, 1 week ago by Belas.
      #8980
      Belas
      Keymaster

        Tokio ruporo efektyvumas VD ir AD srityje liko toks, kokį turi sumontuotas plačiajuostis garsiakalbis. Iškraipymų lygis nepasikeitė. Dažninė prasiplėtė ŽD kryptimi, tačiau ŽD srityje dažninė palyginti netolygi. Ilgame 3 m rupore atsirado garso užvėlinimas. Nors pasirinktas palyginti aukštas (40 Hz)ruporo žemiausias darbo dažnis, gavosi didelės kolonėlės. Iš dalies konstrukciją galima sumažinti išnaudojant patalpos kampo “ruporą”, kurį sudaro kolonėlės ruporas, sienos ir grindys. Garso tembro išlyginimui buvo panaudoti korekciniai filtrai. Tokiai sistemai reikia didelio kambario, garso kokybė taip pat priklausys nuo pastatymo vietos. Kitame kambaryje sistema išsiderintų ir ją reikėtų iš naujo suderinti arba perkonstruoti.

        Kokių rezultatų pavyko pasiekti sistemos konstruktoriams?
        Sistema leido praplėsti žemųjų dažnių atkūrimą maždaug viena oktava. Kadangi tokiose sistemose naudojami garsiakalbiai su labai lengvomis membranomis ir stangriomis pakabomis, net nedidelių gabaritų plačiajuosčių garsiakalbių jautris būna palyginti didelis (apie 94 dB/W/m). Praplėtus ŽD atkūrimą ruporu, tokia FR sistema gali sužavėti daugelį muzikos mylėtojui.

        Ar sistema turi rezervų?
        Jautrį galima padidinti papildomai sukonstravus priekinį ruporą. Tokių teko matyti, tačiau jautrio padidinimas nebus ženklus.  Dar padidės sistemos dažninės netolygumas, o palyginti gležnas plačiajuostis negalės atlaikyti padidėjusį akustinį apkrovimą. Plačiajuostės sistemos maksimalus SPL gali siekti maždaug 107 dB – toks šiuolaikinių poreikių pilnai patenkinti negali. Kartais konstruktoriai FR sistemose sumontuoja papildomą aukštųjų dažnių garsiakalbį, naudoja subvuferį, bet tai bus nebe plačiajuostė, o daugiajuostė sistema.

        Matome, kad pagerinti galima tik tam tikrus FR sistemos parametrus, o kiti trūkumai – ribotas dinaminis diapazonas, palyginti prasta garso sklaida, dideli iškraipymai, apribota dažninė ch-ka išlieka. Inžineriškai minimalistinis  tipas su atbuliniu ruporu gali patikti garso atkūrimo sistemų (GAS) naudotojams, tačiau įrašų studijose tokio tipo kolonėlių nepamatysite.

        Išvados:
        – plačiajuostėms sistemoms nereikalingi dažnių dalytuvai;
        – sistemos su ruporais yra sudėtingos, gremėzdiškos ir brangios;
        – plačiajuostės AS negali užtikrinti šiuolaikinių muzikos įrašų atkūrimo reikalavimų.

        • This reply was modified 4 months ago by Belas.
        #8998
        Belas
        Keymaster

          Pratęsiant temą apie pasyvines AS, trumpai sustokime prie daugiajuosčių.

          Teoriškai kolonėlių dažninė charakteristika gali būti pagerinta (išlyginta), panaudojus kuo daugiau atitinkamoje dažnių juostoje dirbančių garsiakalbių. Tarkime, kiekvienas garsiakalbis skirtas vienai oktavai atkurti. Visam garso diapazonui atkurti kolonėlės būtų 10-juostės. Netgi panaudojus garsiakalbius su dideliu dažninės ch-kos netolygumu, 10-juostės sistemos bendroji dažninė galėtų būti glotni. Intermoduliaciniai iškraipymai irgi būtų nedideli, o AS modulių garso sklaida mažiau kintanti nei kolonėlių su mažai juostų. Deja, tik teoriškai. Praktiškai tektų spręsti neįveikiamas problemas; nepavyktų garsiakalbius išdėstyti arti viens kito, o daug dažnių dalytuvų nepataisomai išdarkytų garsą. Mažas skirtumas būtų, jei kalbėtume ir apie 5-juostes AS.

          Paminėsiu daugiajuosčių sistemų trūkumus.
          1. Maksimalus daugiajuostės sistemos jautris yra toks, kokį turi tos sistemos mažiausio jautrio garsiakalbis. Paprastai tai žemadažnė grandis. Kalbant apie kokybiškas sistemas, daugiajuostės sistemos jautris turėtų būti didesnis už 93 dB/W/m arba didesnis. Tuomet su praktiško galingumo stiprintuvais galime užtikrinti šiuolaikinių įrašų dinaminio diapazono atkūrimą. Reiškia, pirmosios oktavos (20 – 40 Hz) atkūrimui reikėtų naudoti labai didelį žemadažnį, turintį didelę ritę ir stangrią difuzoriaus pakabą. Preliminariai pasakysiu, kad būtų reikalingas ~100 cm. diametro garsiakalbis su 6“ (15 cm) dydžio rite. Arba keturi 15-18“ didelio jautrio žemadažniai.

          2. Dalytuvai būtų praktiškai nerealizuojami.
          Problema ta, kad daugiajuostėms sistemoms būtini selektyvūs (24 dB/okt) dažnių dalytuvai.  Pasyvinius 4-os eilės filtrus 40 Hz dažniui praktiškai neįmanoma pagaminti. Nesunku suskaičiuoti, kad dalytuvuose  būtų 72 reaktyviniai elementai (C ir L). Dar reikalingi rezistoriai (18 vnt) atskirų juostų jautriams suderinti. Vėl galite įvertinti, kokio sudėtingumo problema būtų pagaminti rites ir sumontuoti kondensatorius, kai filtro dažnis yra 40 ar 80 Hz. Dalytuvams būtų reikalingi tam tikrų nominalų tikslūs ir labai brangūs komponentai. Gaminant pasyvinius dalytuvus, 50 ar 500 Hz darbo dažnis turi didelę įtaką, nes žemų dažnių filtrų komponentų nominalai būna labai dideli. Aktyviniai dalytuvai (krosoveriai) būtų paprasčiau, bet aktyvinei daugiajuostei reikia atitinkamo kiekio galios stiprintuvų, projektas iš kitos pusės tampa gremėzdiškas ir labai brangus.

          3. Daugiajuostėse sistemose fiziškai sunku sutalpinti VD ir AD garsiakalbius taip, kad nenukentėtų fazinė ch-ka, kad moduliai dirbtų sinfaziškai ir būtų gera sistemos skiriamoji geba.

          4. Sistemos tūris su tokio dydžio ŽD garsiakalbiais būtų labai didelis, 40 Hz pasyvinis dalytuvas labai brangus, AS kainą nederėtų su garso kokybe.

          Štai kodėl teoriškai patraukli daugiajuostė sistema praktiškai tampa beprasmė. Yra vienas pateisinimas – daugiajuostėms tinka prastesnės kokybės garsiakalbiai ir būna lengviau rasti kuo pakeisti nebegaminamus. Įtakos taip pat turi rinkodara – daugelis mėgsta matyti daugiau garsiakalbių.
          Turiu progos pasakyti, kad Lietuvos garso mėgėjai tuos dalykus neblogai suvokia ir daugiajuosčių sistemų nekonstruoja.

          Kai sistemos jautris nedidelis, daugiajuostes sukonstruoti paprasčiau. Tik tas kelias prie kokybiško muzikos atkūrimo taip pat nenuveda.
          Nuotraukoje serijinė daugiajuostė sistema LINN Klimax-350.

          Klimax350A_Oak

          • This reply was modified 2 months, 3 weeks ago by Belas.
          #9168
          Belas
          Keymaster

            Tai kokias akustines sistemas reikia rinktis arba konstruoti, kad tiesiausiu keliu nuvestų į sėkmę?

            Prieš pratęsdamas temą, leiskite pasakyti/pakartoti išsakytą mintį – kokybiškoms GAS OB (atvirosios) arba elektrostatinės dipolinės AS nėra tinkamiausias pasirinkimas. Susiaurinus apžvalgos lauką, pabandykime apžvelgti dvijuostes ir trijuostes sistemas.
            Pradžioje nedidelis istorinis rakursas.

            Altec Lansing mums parodė minimalistišką kelią – didelio jautrio dvijuostės AS korpusuose su FA. Tai buvo visa serija sistemų, tinkančių kinui, salėms ir koncertams įgarsinti. Netgi buitinėse sistemose buvo naudojami didelio jautrio 15“ žemadažniai ir ruporinis aukštadažnis. Sistemos puikiai atkurdavo muziką, AS kokybė pralenkdavo tuometinius garso šaltinius iš AM radijo, šelako plokštelių ar buitinių magnetofonų. Nepamirškime, jog kalbame apie tikrai seną laikotarpį, matuojamą keliais dešimtmečiais! Aš pats ilgai džiaugiausi Altec Lansing Model-19 kolonėlėmis, kurios akustikos inžinerijos enciklopedijoje minimos kaip pati geriausia buitinė dvijuostė sistema.
            Handbook for Sound Engineers apie Altec 19:

            Handbook for Sound Engineers_apie Altec 19

            Model 19 yra 1976-ųjų projektas, gavęs Elektronikos Pramonės Asociacijos (EIA) apdovanojimą monitorių klasėje. Tos pačios struktūros dvijuostės kinui turėdavo priekio ruporą kino ekrano slopinimui sumažinti ir multisektorinius ruporus tolygiam įgarsinimui gauti:page1

            Dvijuostės tiko didelių erdvių – stadionų ir sporto arenų įgarsinimui.
            Nuotraukoje Altec Big Bertha, apie kurią plačiau čia.Big Bertha

             

            • This reply was modified 2 months, 3 weeks ago by Belas.
            #9177
            Belas
            Keymaster

              Kuo dar galima patvirtinti dvijuosčių sistemų sėkmę?

              Kai inž. J.B. Lansing‘as atsiskyrė nuo Altec Lansing ir įkūrė savo kompaniją, komercinės sėkmės sulaukė dvijuostė sistema JBL L200. Vėliau JBL pasirinko kitą kelią ir pradėjo gaminti didelės sėkmės sulaukusius daugiajuosčius monitorius. Galima paminėti JBL aukso amžiaus studijinius monitorius 4343 (4 juostų fazoinvertorius su 15“ žemadažniu), 4350 (4 juostų fazoinvertorius su dviem 15“ draiveriais). Dar po kurio laiko JBL sugrįžo ir liko prie dvijuosčių monitorių.

              Paaiškinti, kodėl JBL žengė tokį žingsnį daugiajuosčių kryptimi galima tuo, jog radosi aukštos kokybės įrašų skaitmeniniai šaltiniai ir JBL kūrė naujos kartos garsiakalbius viršutinės oktavos atkūrimui pagerinti. Kalbu apie ultra-aukštųjų dažnių kompresinius draiverius 2405 (105 dB/W, 7–21,5 kHz). Dvijuostėse AS tokių nepanaudosi, tačiau su tokiais galima sukonstruoti itin glotnią dažninę turinčias daugiajuostes GAS. Garso degradacijos dėl daugiajuosčių filtrų ir garso koherentiškumo problema liko nuošalėje, nes pirkėjas pirmiausia laukė neiškraipyto tembro. Trijuostė struktūra JBL gamoje buvo minimalus reikalavimas ir toks „standartas“ išsilaikė iki buvo sukurti garsiakalbiai su difuzoriais iš naujų medžiagų. Kalbu apie berilio, deimanto, titano ir kitokius AD garsiakalbių difuzorius.

              #9180
              Belas
              Keymaster

                Manote suku vėl prie dvijuosčių sistemų?

                To daryti neleis Glenas Feniksas (Glenn Phoenix), sukonstravęs visą seriją didžiųjų daugiajuosčių studijinių monitorių. Reiktų paminėti Westlake Audio didžiuosius monitorius HR-1 (2×15“ ŽD draiveriai, 4-juosčiai), o  pati didžiausia sistema SM-1 (2×18“ ŽD draiveriai) yra 5-juostė. Tai rodo, jog daugiajuostės sistemos gali atkurti garsą labai kokybiškai. Žinoma, paminėtose AS naudojami sudėtingi filtrai. Žinoma, didžiosios sistemos turi aktyvinius arba pusiau aktyvinius krosoverius, jos didelės, sunkios (170 ir 204 kg) ir brangios (2005 metais SM-1 Bi-Amp išpildyme kainavo 130000, o pilnai aktyvinė sistema su 5 stiprintuvais – 179000 USD. Dabar kainos dar didesnės). Reiktų paminėti, kad Westlake taip pat gaminta ekstra-klasės dvijuostes ruporines sistemas Tower-12 (2×12“ su fazoinvertoriumi, 1“ ruporu, 160 kg.) parodo, jog dvijuostės išlaiko tvirtas pozicijas. Didžiuosiuose Westlake monitoriuose naudojami ne pačios naujausios kartos garsiakalbiai, todėl galime sulaukti naujų 2-juosčių projektų.

                Kokios yra dvijuosčių sistemų dabartinės pozicijos, kai kalbame apie aukščiausios kokybės atkūrimą?

                Leiskite paminėti vienų geriausių didžiųjų monitorių gamintojo KINOSHITA nomenklatūrą, kurioje yra tik dvijuosčiai monitoriai su TAD žemadažniais ir gryno berilio kompresiniais aukštadažniais.Kinoshita monitoriai studijoje

                Iš buitinių kokybiškų AS galima paminėti du Prancūzijos gamintojus – Focal Grande Utopia daugiajuostes ir JMF-Audio dvijuostes. Plačiau pristatomos ir gausiai parduodamos yra Focal daugiajuostės, bet  aš rinkčiausi bet kurią dvijuostę JMF-Audio sistemą.
                Nuotraukoje JMF-Audio Hi-Fi+ studija Londone su HPM500 kolonėlėmis:Londono Hi-Fi+ salone

                (b.d.)

                • This reply was modified 2 months, 3 weeks ago by Belas.
                #9187
                Belas
                Keymaster

                  Žingsnis link aktyvinių GAS.

                  Bičiuliai klausia, ar neverta turimas pasyvines sistemas perkonstruoti į aktyvines? Sako parduotuvėse yra nebrangių analoginių krosoverių arba galima naudoti skaitmeninius garso procesorius pasyvines AS paversti aktyvinėmis.

                  Ar tinkami tie nebrangūs serijiniai krosoveriai?
                  Jokie su reguliuojamais skyrimo dažniais kokybės užtikrinti negali, todėl kokybiškoms GAS reikalingi fiksuoto dažnio krosoveriai. Tie reguliuojami taip pat neužtikrina parametrų stabilumą. Dalykas paprastas – geresnės topologijos filtrams reikalingi 4-gubi potenciometrai, o kuomet kiekvieno potenciometro tikslumas 10-20%, tikslaus filtro padaryti nebeįmanoma. Kartais bandoma naudoti įtampa reguliuojamus elektroninius reguliatorius, tačiau atsiranda kitų trūkumų. Visi reguliuojamo skyrimo dažnio įrenginiai negali būti realizuoti tokia topologiją, kokią naudojame geriausiuose fiksuoto dažnio krosoveriuose – dar vienas trūkumas.  Štai kodėl kokybiškai sistemai tinkami siūlyčiau rinktis fiksuoto dažnio krosoverius. Pigūs įrenginiai bus prasti (netikslūs dažniai, nevienodi slopinimų šlaitai, dideli triukšmai, nevienodi kanalų parametrai ir pan.).
                  Skaitmeniniai garso procesoriai turi tam tikrų privalumų; galima reguliuoti kanalų užlaikymą, didelės korekcijų galimybės, bet atsiranda dar vienas analogas-kodas-analogas keitiklis ir triukšmų problema.

                  Kokybiški analoginiai yra brangūs, jų rinkoje praktiškai nebeliko. Iš PRO-krosoverių buvo John Meyer iš Meyer Sound, bet naujausiame kataloge analoginių įgarsinimo įrenginių nebelikę. Amerikoje yra krosoverius gaminanti Marchand Electronics Inc., bet visi jų įrenginiai man daugiau primena manufaktūrą. Atlikti Marchand XM44 krosoverio matavimai patvirtina tai.
                  Priartėjome prie varianto nupirkti analoginį Accuphase F-25 krosoverį ir reikalingus modulius. Tai  aukščiausios klasės įrenginys, kažkada kainavęs 15000 USD. Moduliai taip pat buvo brangūs, bet šiais laikais e-bay pasitaiko už 2000 -3000 $, o moduliai kainuoja ~500.

                  Keli aktyvinių kolonėlių gamintojai analoginius krosoverius gaminasi komplektuoti savo sistemas. Paminėčiau Westlake Audio, bet kaži ar pavyktų nusipirkti tik krosoverį. Dvijuostis Westlake krosoveris MRX-2, pritaikytas Tower-12 kolonėlėms šiuo metu kainuoja ~25000 USD.

                  Žinome, jog daugelis aktyvinių AS gamintojų naudoja skaitmeninius garso procesorius (Genelec, JMF-Audio…), bet kokybiški skaitmeniniai filtrai irgi brangūs – Accuphase DF-65 kainuoja ~13000 €.

                  Analoginis krosoveris Accuphase F-25 su fiksuotais skyrimo dažniais:f-25(1)

                  • This reply was modified 2 months, 3 weeks ago by Belas.
                  #9216
                  Belas
                  Keymaster

                    Vienas netinkamos daugiajuostės pavyzdys.

                    Plačiai nuskambėjo brangi ir sudėtinga MAGICO Ultimate sistema. Plačiau rasite The Absolute Sound, tik skaitykite atidžiai – straipsnio autorius priraitė klaidų.
                    Tai 240 cm aukščio, 400 kg svorio, 600 tūkstančių $ (2013 m.) kainuojanti 5-juostė , kurioje 4 kompresiniai draiveriai su savos konstrukcijos ruporais. Vienas vidutiniųjų dažnių TAD TD-4003 su gryno berilio membrana, kiti trys ALE kompresiniai draiveriai. Sunku pateisinti keturių ruporų naudojimą, kai darbą galėtų atlikti vienas. Dar sunkiau pateisinti ruporinėje sistemoje naudoti mažo jautrio ŽD modulį su AURA NS15-992-4A garsiakalbiais; kolonėlės bendras jautris nusileis nuo maždaug 110 dB/W/m iki 86 dB/W/m ir net su 500 vatų galingumo McIntosh MC501 monoblokais sistemos dinamika bus nedidelė (pikinis SPL 4 m. atstume bus ~110 dB). Tokiai sistemai reikalingi du arba keturi didelio jautrio 15“ žemadažniai, bet tai būtų visiškai kitoks projektas. Ultimate III                Magico Ultimate III.
                    Kokia sistema tinkamiausia kokybiškai muzikai atkurti?
                    Turime gerų didelio jautrio specializuotų plačiajuosčių, todėl rekomenduočiau pradėti nuo dvijuostės sistemos. Jei GAS skirta labai didelei patalpai, reiktų dairytis į 3-juostes ar 4-juostes AS.

                    • This reply was modified 2 months, 2 weeks ago by Belas.
                    #9236
                    Belas
                    Keymaster

                      Išvados:
                      1.  Akustinių sistemų žemųjų dažnių atkūrimo efektyvumas priklauso nuo AS dydžio. Galioja AS dydžio, svorio ir jautrio priklausomybė, kurios įveikti jokiomis priemonėmis neįmanoma. Kokybiška yra tokia AS, kurios konstrukcijoje suderinta tolygiausia dažninė charakteristika, didžiausias jautris ir mažiausi iškraipymai [2,3]. Jei kolonėlėse 6,5“ dydžio garsiakalbiai, optimalus žemiausias atkūrimo dažnis yra apie 60 Hz. Žemiau šio dažnio ir esant didesniam galingumui, 6,5“ membranos virpėjimo amplitudė neproporcingai didėja, ir garsiakalbis nepajėgus sukurti proporcingą SPL. Studijinių artimojo lauko monitorių techniniai duomenys parodo, kad sistemos su 6,5“ dydžio ŽD garsiakalbiais kokybiškai atkurti žemiausios muzikos oktavos negali. [2,3]
                      2. Jei mažais garsiakalbiais atkuriama žemiausioji muzikos oktava, konstruktoriai priversti didinti garsiakalbio ritės eigą ir naudoti galingesnes magnetines sistemas. Tokio sprendimo kaina yra AS impulsinių charakteristikų degradacija, padidėję iškraipymai dėl membranų pakabos nelinijiškumo, Doplerio (dažnių moduliaciniai) iškraipymai, termo iškraipymai dėl slėgių AS viduje ir išorėje skirtumo, iškraipymai dėl magnetinės indukcijos didesnių pulsacijų, padidėję oro turbulencijos triukšmai.
                      3. Pigesnėse buitinėse AS naudojami ŽD garsiakalbiai su silpnais motorais. Tuomet gamintojai pasirenka „psicho-akustinį“ kompensavimo kelią, kuomet konstruojamos AS su „kupra“ ŽD srityje. Tokia AS nepilnai atkuria pačius žemiausius dažnius, tačiau truputį aukštesnius dažnius membranos eiga jau leidžia atkurti padidintu SPL. Šis psichoakustikos panaudojimas neretai nuveda prie vadinamų – vienos natos kolonėlių, bet yra mėgėjų tokias klausyti. “Kupros” problema išryškėja prastai įrengtuose muzikos klausymosi kambariuose, nes ryškūs rezonansai spiečiasi 40 – 100 Hz diapazone.
                      4. Gerai sukonstruotos didelės akustinės sistemos kokybiško muzikos atkūrimo prasme nugali mažesniasias, todėl renkantis pirmenybę reikėtų teikti didesnėms akustinėms sistemoms.

                      Literatūra:
                      1. „Handbook for Sound Engineers“. The New Audio Cyclopedia, editor Glen Ballou. Howard W.Sams&Company, 1991
                      2. Philip Newell, Keith Holland „Loudspeakers for music recording and reproduction“, ISBN: 978-0-240-52014-8
                      3. Joseph D‘Appolito „Testing loudspeakers“, ISBN: 1-882580-17-6
                      4. „Westlake audio“ Hi-Fi serijos sistemos
                      5. Genelec monitoriai 8040A
                      6. Accuton ŽD garsiakalbiai

                      • This reply was modified 2 months, 2 weeks ago by Belas.
                    Viewing 9 posts - 1 through 9 (of 9 total)
                    • You must be logged in to reply to this topic.