MorePC - Главная страница


О сайте

Регистрация

Обратная связь

Реклама на сайте

Публикации на сайте

Карикатуры

  Категории СВТ     Тесты и методики испытаний     Новости СВТ     Проблемы информатизации     Форум     Опросы     Словарь     Поиск  

     Звуковые карты : Теория  

Предлагаем Вашему вниманию статьи по информационной безопасности.
 

11.06.2003. В поисках хорошего звука

версия для печати

Персональный компьютер занимает все большее место в нашей жизни, вытесняя традиционные средства развлечения и досуга, такие как телевизор, музыкальный центр, видеомагнитофон и DVD-плеер. А под выражением «домашний кинотеатр» все чаще имеется в виду компьютер с устройством для чтения DVD-дисков и многоканальной акустической системой.

Несомненно, потенциал этого хитрого устройства, скрывающегося за кожухом кремового цвета, огромен, но добиться от него качественного звука невероятно сложно. Если отказаться от мысли о построении акустической системы для компьютера с нуля, то остается либо истратить сумму, сопоставимую с ценой всего ПК, либо постараться улучшить звучание уже имеющейся аппаратуры.

Условия современного рынка заставляют производителей постоянно уменьшать себестоимость выпускаемой продукции, экономя на качестве. Такая экономия обычно сопровождается приданием товару привлекательного внешнего вида и активной рекламой. Возьму на себя смелость утверждать, что развитие аудиотехники остановилось еще в далеких 80-х годах XX в. Если не рассмат­ривать появление цифровых носителей и нестандартных источников звука, то дальше шло только упрощение и удешевление. Поэтому я предлагаю минимизировать последствия подобной экономии и убрать некоторые огрехи производителя, благодаря чему компьютерная акустическая система начнет звучать значительно лучше.

А нам оно надо?

Попытаемся сформулировать общие требования к качеству звукового сопровождения в персональном компьютере. Как минимум, звук не должен раздражать, вызывая желание выключить колонки. Если ПК используется для просмотра фильмов, то основное требование к акустической системе заключается в четкой передаче голосов, когда речь воспринимается без усилий и внятна даже в том случае, если несколько героев говорят одновременно. Остальные звуки должны ассоциироваться с их источниками, а не напоминать шумы.

Что касается прослушивания музыки, то, перефразируя расхожую поговорку, можно сказать: звук не бывает слишком качественным. В идеальном случае колонки должны иметь минимальные коэффициенты искажений, развивать достаточное акустическое давление (имеется в виду работа на большой громкости без роста искажений) и воспроизводить частоты от 30 до 20'000 Гц. В то же время построение (как индивидуальное, так и серийное) более-менее приличной акустической системы является весьма наукоемкой, трудоемкой и требующей значительных материальных затрат задачей.

К сожалению, подавляющее большинство компьютерных акустических систем не соответствуют таким требованиям. Качество звучания средних (как по цене, так и по распространенности) компьютерных колонок можно описать очень просто. Воспроизводимые частоты обычно находятся в диапазоне 100–12'000 Гц (для однополосных устройств). При этом звучание испорчено сильнейшими искажениями и «призвуками» корпуса. Если присутствует высокочастотный динамик, то либо его отдача из-за низкой чувствительности намного меньше, чем у среднечастотного, либо игра высоких частот больше похожа на лязг. Еще хуже обстоит дело с низкими частотами. Их недостаток обычно компенсируется комплектацией колонок (которые в данном случае принято называть сателлитами) сабвуфером. Но последний вместо мощного усиления низких частот бубнит на одной. В общем, картина ужасающая. Однако сделать звук приятнее и качественнее можно (и нужно).

Конструкция компьютерных АС

Основной принцип построения компьютерных стереоколонок является общим практически для всех выпускаемых сегодня моделей. Отличия наблюдаются только в качестве используемых комплектующих и дизайне (и цене, конечно).


Фото 1. Внутренности типичных компьютерных колонок. «Мочалка» слева выполняет роль звукопоглотителя

Давайте посмотрим, что представляет компьютерная акустическая система, на примере дешевых пластиковых колонок компании A4-Tech (фото 1). Несмотря на абсолютно «несерьезный» вид, устройства подобного класса все еще довольно популярны. Правда, если на рынке стереосистем можно наблюдать некий прогресс в виде перехода на более мощные модели, то многоканальные наборы (4.1, 5.1) до сих пор комплектуются подобными колонками в качестве сателлитов. Поэтому доработка таких продуктов по-прежнему актуальна.

По акустическим и музыкальным достоинствам данные колонки практически не отличаются от подобных им стереофонических собратьев в ценовом диапазоне до 10–15 долл. и сателлитов от 5.1-канальных наборов ценой до 100–130 (!) долл. Подопытные колонки были подключены к звуковой плате Sound Blaster Live! 5.1, возможностей которой в данном случае более чем достаточно.

Мне не сразу удалось догадаться, что издаваемые колонками стоны и хрипы и есть воспроизводимый звуковой сигнал. После существенного уменьшения уровня громкости ситуация заметно улучшилась. Отсюда можно сделать первый вывод: номинальная мощность данных колонок слишком низкая. Развиваемого акустического давления едва хватает на то, чтобы «озвучить» место непосредственно у монитора. Как и следовало ожидать, низких частот не оказалось вообще, но приятно удивило наличие высоких почти до самой верхней границы диапазона, правда, качество их оставляет желать лучшего. При воспроизведении музыки огромное количество порождаемых искажений очень сильно портит звучание, лишая его естественности. Ни о какой детальности и речи быть не может. А пики АЧХ (амплитудно-частотной характеристики) и «призвуки» пластикового корпуса, которые сильно раздражают слух, делают данную (как, впрочем, и многие другие) акустическую систему для прослушивания музыки непригодной. С другой стороны, для озвучивания системных событий, некоторых игр и мультимедийных приложений при нетребовательности уха к хорошему звуку эти колонки вполне подойдут.

Мощность

Большинство компьютерных акустических систем пестрят красочными наклейками с фантастическими цифрами, обозначающими их мощность. Причем с уменьшением цены колонок значение этой характеристики начинает стремиться к бесконечности. А вся хитрость заключается в наличии нескольких стандартов измерения этой самой мощности, чем и пользуются производители.

PMPO (Peak Music Power Output)
Пиковая кратковременная музыкальная мощность, более известная как «китайские ватты». Она обозначает максимально достижимое пиковое значение сигнала за минимальный промежуток времени (обычно за 10 мс), при подаче которого устройство не сгорит. То есть этот параметр абсолютно ничего не говорит ни о реальной мощности, ни о максимальной громкости колонок. Поэтому его используют только производители дешевых пластиковых «погремушек» с единственной целью — привлечь покупателя. Если вам не безразлично качество приобретаемой акустической системы, то тех колонок, мощность которых указана в PMPO, лучше избегать.
RMS (Root Mean Square)
Среднеквадратичное значение электрической мощности, ограниченной заданными нелинейными искажениями. Мощность измеряется синусоидальным сигналом на частоте 1 кГц до достижения уровня гармонических искажений (THD, Total Harmonic Distortion), равного 10 %. Это уже более информативный параметр, хотя для характеристики звука все равно непригоден (как все параметры, измеряющие мощность). Помимо того что значение THD, равное 10 %, огромно, это всего лишь попытка описать акустическую систему как потребителя энергии. Но за неимением других параметров можно пользоваться и этим.
SPL (Sound Pressure Level)
Уровень звукового давления, развиваемого акустической системой. Значение SPL есть произведение относительной чувствительности акустической системы на подводимую электрическую мощность (по логарифмической зависимости). Это самый информативный показатель. Дело в том, что акустическая система с чувствительностью 100 дБ при подведении сигнала мощностью в 1 Вт будет играть с такой же громкостью, что и акустическая система с чувствительностью 86 дБ (большинство современных акустических систем среднего уровня имеют чувствительность 86–88 дБ) при подведении 50 (!) Вт.

С точки зрения конструкции рассматриваемый образец представляет собой канонический вид активных однополосных стереоколонок. Усилитель, выполненный на одной микросхеме, физически расположен в корпусе правой колонки. Оттуда же идет сигнальный межблочный кабель на звуковую плату, кабель питания и силовой акустический кабель к другой колонке. Сами корпуса выполнены из достаточно толстой пластмассы, поэтому характерных «призвуков» у данного экземпляра несколько меньше, чем у более хлипких собратьев. Наверху расположен порт фазоинвертора, который играет скорее декоративную роль, нежели осуществляет реальный подъем низких частот. При его закрывании звук практически не меняется. Хочется еще раз отметить, что именно так (редко иначе) устроено большинство однополосных активных стереоколонок (назвать их акустическими системами язык не поворачивается).

Фазоинвертор

Фазоинвертор представляет собой трубу или отверстие, выполненное в ящике. Звук, излучаемый тыльной стороной диффузора, не гасится звукопоглотителем, а двигает массу воздуха в трубе фазоинвертора. На частотах, близких к частоте настройки, фаза волны разворачивается на 180°. Тем самым обеспечивается подъем низких частот. Фазоинвертор работает в очень узкой полосе частот, а при достаточно широком спектре сигналов низких частот происходит затягивание переходных процессов в виде «окрашивания» звуков басового регистра. Вследствие этого различные по тембру музыкальные инструменты звучат весьма сходно.

В более дорогой ценовой категории широко распространены деревянные двухполосные акустические стереосистемы. Помимо материала корпуса их главное отличие заключается в присутствии и в той и в другой колонке двух динамиков вместо одного; каждый из них отыгрывает только определенный диапазон частот. Обычно качество таких систем намного выше, чем однополосных. С конструктивной точки зрения двухполосные системы отличаются только наличием разделительных фильтров между динамиками, которые обычно находятся непосредственно в самих колонках.

Самыми дорогими и «престижными» на сегодняшний день являются многоканальные акустические системы (2.1, 4.1, 5.1). Но и здесь отличия минимальны. Главное из них заключается в присутствии сабвуфера, где и располагается усилительный блок. В качестве фронтальных, тыловых и центрального (когда он есть) сателлитов используются те же дешевые однополосные колонки, похожие на рассмотренные выше. Поэтому музыкальные возможности таких наборов весьма скудны (исключение составляют лишь очень дорогие системы).

Искажения

Всего существует два вида искажений, возникающих при работе как усилителей, так и динамиков.

Интермодуляционные искажения — нелинейные искажения, присутствующие в частотном спектре двухтонального (и более) сигнала. Они заключаются в наличии составляющих, являющихся суммой и разностью основных и гармонических частот входных сигналов. Например, при подаче смеси сигналов 1 кГц и 5 кГц возникают интермодуляционные искажения: 6 кГц (сумма 1 кГц и 5 кГц) и 4 кГц (разность между 1 кГц и 5 кГц). Эти продукты интермодуляционных искажений взаимодействуют друг с другом, создавая практически бесконечный ряд частотных составляющих.

Гармонические искажения (THD, Total Harmonic Distortion) — появление в частотном спектре сигнала дополнительных составляющих, кратных основной частоте. Например, при подаче синусоиды частотой 1 кГц, создаются составляющие с частотой 2 кГц (вторая гармоника), 3 кГц (третья гармоника) и т. д. (рис. 1).


Рис. 1. Пример возникновения гармонических искажений. При подаче сигнала частотой 1 кГц через каждый килогерц вплоть до 20 кГц возникают пики сигнала. Для наглядности эффект получен и усилен искусственно

Неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) заключается в неспособности современных динамиков (исключение составляет лишь плазменный ионофон) воспроизводить все частоты (даже в пределах рабочего диапазона) с одинаковой громкостью при подведении равной мощности. В любом случае будут возникать пики и провалы АЧХ, изменяющие тембр звучания акустической системы.

Доработка

Опираясь на личный опыт, с уверенностью могу сказать, что чем дороже акустическая система, тем выше ее потенциал с точки зрения доработки. Ведь с ростом цены системы влияние любой ее детали на звук усиливается многократно. Независимо от ценовой категории слабых звеньев в устройствах предостаточно из-за желания производителя сэкономить. Если в дешевых колонках качество звука ограничено низкими возможностями динамиков, то в более дорогих системах слабым местом становится практически все остальное. Но радикально улучшить звук можно всегда. Рассмотрим все по порядку.

Корпус

В акустической системе он оказывает очень большое влияние на качество звучания, поэтому и доработать его следует в первую очередь. Для того чтобы грамотно за это взяться, необходимо иметь хотя бы поверхностное представление о природе связанных с ним процессов.

Основное назначение корпуса — формирование характеристик акустической системы в области низких частот. От него же зависит и качество воспроизведения нижнего диапазона средних частот. Например, при использовании хлипких корпусов из-за колебаний стенок уменьшается уровень звукового давления на низах и увеличивается число пиков и провалов АЧХ в середине. Многократно возрастает также уровень нелинейных искажений. А длительность переходных процессов может достигать 100–120 мс из-за большого времени спада колебаний стенок. С ростом их толщины влияние корпуса уменьшается. Все эти факторы значительно ухудшают качество звучания акустических систем, вызывая появление «ящичных призвуков», увеличивают неравномерность АЧХ и приводят к возникновению задержанных резонансов. При этом изменяется тембр звучания и ухудшается передача стереопанорамы. Кстати, акустические системы с деревянным корпусом гораздо предпочтительнее пластиковых именно из-за неоспоримых преимуществ дерева с точки зрения вышеперечисленных факторов.

Типы корпусов

Среди множества типов корпусов (иногда называемых «акустическим оформлением») в компьютерных колонках используют всего несколько.

Закрытый ящик
Динамик заключен в герметичный ящик. Волны, излучаемые тыльной стороной диффузора, должны полностью гаситься звукопоглотителем и стенками корпуса. Такая конструкция полностью оправдана для среднечастотных динамиков и обеспечивает очень высокое качество передачи низких частот (но при маленьком КПД).
Фазоинверторный ящик
Самая распространенная конструкция двухполосных компьютерных акустических систем. Позволяет получить подъем низких частот, но при некотором ухудшении качества.
Band-pass
Практически все сабвуферы компьютерных акустических систем имеют данный тип корпуса. Band-pass представляет собой двухкамерный ящик (добавлена резонансная камера 2), звук выходит через один или несколько фазоинверторов (рис. 2). Существует несколько разновидностей Band-pass, все они позволяют существенно повысить КПД, но сильно «размывают» басы, превращая их в монотонное гудение. Методы доработки корпуса — общие с другими типами корпусов (доработке подлежит только камера 1).

Рис. 2. Схема корпуса типа Band-pass

Думаю, теперь вы осознали необходимость улучшения характеристик корпуса. Давайте посмотрим, как это можно сделать.

Существует два пути передачи звука по корпусу: возбуждение колебаний в результате излучения тыльной стороной диффузора динамика и прямая передача колебаний от динамика на стенки корпуса. Рассмотрим методы борьбы во втором случае.

Попробуйте включить колонки на полную громкость. Скорее всего стенки корпуса начнут сильно вибрировать, а сама колонка — подпрыгивать на столе, что влечет за собой и растрату полезной энергии, и появление всех вышеперечисленных последствий. Поэтому первым делом требуется укрепить стенки — поставить распорки или установить ребра жесткости. Выбор метода определяется в каждом случае отдельно, но чаще всего небольшим пластиковым и деревянным колонкам вполне хватит ребер жесткости. А при объеме корпуса более 20 л (в компьютерных акустических системах такие размеры бывают только у некоторых сабвуферов) лучше применить оба.

Теперь о технической реализации. Ребра жесткости представляют собой относительно толстые деревянные рейки, которыми надо укрепить самые большие стенки (чаще всего боковые и заднюю). Фиксировать их надо по всей диагонали стенки, можно клеем (например, ПВА), обеспечив максимальную площадь соприкосновения. Чем толще, массивнее и тяжелее рейки, тем лучше. Ограничение лишь одно: они не должны сильно уменьшать внутренний объем колонки. Помимо многократного увеличения жесткости корпуса, для маленьких и «воздушных» пластиковых колонок возрастание массы предотвратит их подпрыгивание на большой громкости, что существенно уменьшит искажения (фото 2).


Фото 2. Приклеивание этого некрасивого, но зато толстого и тяжелого куска ДСП дало потрясающий результат. Повторение опыта обязательно для всех сабвуферов

Установка распорок может существенно повысить качество и количество басов в акустических системах закрытого типа (при объеме колонок более 20 л). В открытых (фазоинверторных) корпусах распорки скорее всего будут лишними, а для маленьких сателлитов они вообще бесполезны. Устанавливать их нужно между боковыми, передней и задней стенками (примерно по центру), а места соприкосновения распорок со стенками промазать клеем.

Хочу заметить, что установка распорок и ребер жесткости не всем колонкам на пользу. Например, у рассмотренной в начале статьи модели корпус такой толстый, что перегрузка динамика возникает гораздо раньше, чем корпус начинает вибрировать и подпрыгивать. Поэтому такая доработка корпуса им не нужна.

Все, с вибрацией стенок разобрались. Теперь нужно погасить волны, идущие с тыльной стороны диффузора; отражаясь от стенок корпуса, они выходят вперед через прозрачный для них динамик (для звука это всего лишь кусочек тоненького картона), вызывая акустическое «короткое замыкание» на некоторых частотах и значительное усиление нелинейных искажений. В идеальном случае такие волны должны полностью гаситься внутри корпуса. К сожалению, это возможно только при использовании специальных конструкций корпусов. Но в компьютерных акустических системах применяются гораздо более примитивные варианты оформления. Поэтому придется использовать звукопоглощающий материал. С его помощью можно практически полностью заглушить частоты выше 300–600 Гц, но с понижением частоты его эффективность начинает заметно падать. В качестве звукопоглощающего материала лучше всего подходит обычная вата (натуральная несколько предпочтительней синтетической), которая продается в аптеках. Она позволит убрать резкие пики и провалы АЧХ в диапазоне 500–5000 Гц.


Фото 3. Вот так должен быть заполнен любой корпус среднечастотных динамиков, а также акустических систем и сабвуферов закрытого типа

Для корпусов среднечастотных динамиков трехполосных акустических систем и дешевых однополосных, где задача получения баса не стоит, вопрос звукопоглощения решается очень просто. Скорее всего там уже расположен некий звукопоглощающий материал, но со своими функциями он не справляется. Его необходимо заменить ватой, хорошо распушив ее и равномерно заполнив весь объем колонки (фото 3). Эта простейшая процедура сделает звук маленьких пластиковых колонок несколько приятнее. А после заполнения ватой корпусов среднечастотных динамиков моей самодельной системы разница оказалась очень заметной, что подтверждает предположение о том, что с ростом класса акустической системы растет и потенциал для доработки.

Помимо способности преобразовывать звуковую энергию в тепло, вата обладает еще одним очень полезным свойством. При правильном заполнении корпуса можно как бы «обмануть» динамик — заставить его «думать», что он находится в большем по объему ящике, чем в действительности. Благодаря этому получается гораздо более убедительный бас. Дело в том, что в процессе работы воздух внутри корпуса нагревается и происходит его тепловое расширение. А когда внутреннее пространство ящика заполнено ватой, то шевелящиеся волокна рассеивают это тепло. Теоретически заполнение корпуса может дать «виртуальную» прибавку объема до 40 % от истинных размеров. Как вы, наверно, уже поняли, данный абзац скорее обращен к владельцам тех акустических систем, где присутствует низкочастотный динамик.

Для корпусов закрытого типа все очень просто. Если объем ящика не превышает 80 л (практически все компьютерные акустические системы удовлетворяют этому условию), то его следует заполнять из расчета 24 г ваты на литр объема. При этом можно получить примерно 30 % «виртуального» пространства. Естественно, предварительно нужно измерить объем корпуса. В распушенном состоянии вата должна занять все внутреннее пространство. Такая нехитрая операция существенно увеличивает отдачу на низких частотах. Возможно, с целью достижения лучшего результата количество ваты придется изменить.

С фазоинверторными корпусами дело обстоит несколько сложнее. Для сохранения нормальной работы фазоинвертора необходимо, чтобы пространство между ним и тыльной стороной диффузора было открытым. В противном случае значительная часть звуковой энергии не попадет в фазоинвертор, а попросту превратится в тепло. Для фазоинверторных корпусов оптимальная плотность заполнения находится в пределах 20–22 г на литр объема. Но в таком случае вата займет собой все пространство колонки, что недопустимо. Проблема решается просто. Распушенную вату нужно слегка утрамбовать и упаковать в несколько марлевых мешочков, которые можно подвесить к верхней и боковым стенкам. Главное — не закрыть ватой пространство от диффузора до входа в фазоинвертор (если после размещения ваты басы вдруг пропадут, то с вероят­ностью 99 % именно это вы и сделали).

Если для глушения средних частот ваты вполне достаточно, то на частотах ниже 300 Гц начинаются серьезные проблемы. Для них вата почти прозрачна. И многократное отражение звука от стенок корпуса с возникновением стоячих волн и последующим их выходом через прозрачный для них диффузор приводит к тому, что практически все компьютерные колонки сильно бубнят и гудят на басах. В результате бас-гитара, басовый барабан и прочие басовые инструменты звучат практически одинаково. Поэтому всем колонкам с низкочастотными динамиками — сабвуферам и сателлитам от дорогих многоканальных наборов (где обычно стоят достаточно хорошие динамики) — строго показана дополнительная отделка стенок корпуса (с внутренней стороны, естественно) специальным звукопоглощающим материалом. Пожалуй, единственным качественным и доступным материалом является войлок (его применяют и в дорогих Hi-Fi-акустических системах, и для шумоизоляции в старших моделях «Мерседесов»). Одного слоя толщиной в 1 см будет достаточно, чтобы заметно повысить качество (но не количество!) низких частот. Если найти войлок проблематично, пригодятся и старые валенки.

Динамики

Магнитное экранирование

Магнитная система динамиков фронтальных и центральных колонок должна быть экранирована, поскольку сильное магнитное поле может привести к деформации изображения и появлению цветных разводов на мониторе. Поэтому владельцы акустических систем с неэкранированными динамиками вынуждены решать проблему расположения колонок относительно него. Это прежде всего касается тех пользователей, которые применяют в качестве компьютерных колонки от музыкального центра, старую советскую аппаратуру и другие некомпьютерные акустические системы, хотя и некоторые компьютерные экземпляры не имеют магнитной экранировки (например, первые партии популярных Microlab Solo 2). Выход из подобной ситуации очень простой. Экраном может служить любой магнитопроводящий материал (железо, сталь), которым нужно закрыть магнит через зазор в 5-10 мм. Для этой цели лучше всего подойдет почти любая жестяная консервная банка (пригодность можно проверить обычным магнитом). Зазор легко сделать с помощью изоленты, намотав ее в несколько слоев на вырезанную из консервной банки полоску. Чтобы полученная конструкция не дребезжала, не забудьте хорошенько ее закрепить. Теперь колонки можно ставить вплотную к монитору без каких-либо последствий для последнего.

Внешнее магнитное поле устранимо и другим способом. Если соединить магнитную систему динамика и еще один магнит (такой же или близкий по габаритам и магнитной индукции) одинаковыми полюсами (а не разными, что очень важно!), тем самым создав силы отталкивания, то поля скомпенсируются. Подойдет магнит из любого нерабочего динамика. А примерно оценить индукцию магнитов можно, например, измерив усилие отрыва железного предмета пружинными весами (безменом). Для достижения лучшего результата магниты желательно дополнительно экранировать первым способом. В этом случае разницей в индукциях магнитов позволительно пренебречь.

Я бы не стал описывать такой сложный и менее результативный способ, если бы не один маленький нюанс. Дело в том, что помимо ослабления магнитного поля метод магнитной компенсации положительно влияет на звук. У средне- и высокочастотных динамиков на 1–2 дБ повышается чувствительность, т. е. при той же мощности сигнала они начинают играть громче (соседи будут довольны). А у низкочастотных динамиков магнитная компенсация вызывает небольшое (на пару герц) повышение основного резонанса подвижной системы (Fs) и незначительное уменьшение эквивалентного объема (Vas).

Но в этой бочке меда не обошлось без ложки дегтя. Чувствительность у высокочастотных динамиков повышается обычно сильнее, чем у низкочастотных. Для многополосных акустических систем это чревато изменением тембральной окраски звучания. Решается проблема на удивление легко: АЧХ можно выровнять обычным эквалайзером, который присутствует почти во всех программах воспроизведения звука. У однополосных колонок такой проблемы не существует в принципе, и они будут радовать вас чистым звуком на более высокой громкости.

Высокочастотные динамики

Очень часто роль высокочастотного звена выполняют «пищалки» пьезокерамического типа (имеют вид плоской монетки с проводками), подключенные без каких-либо фильтров. Практика показывает, что чувствительность такого вида динамиков катастрофически низка, как, впрочем, и качество. Поскольку ничего, кроме окрашивания звука слабым звоном, они делать не способны, попробуйте их вообще отключить.

аб
Рис. 1. Нормальный купольный динамик и динамик с расширенной диаграммой направленности

Обычные электродинамические высокочастотные динамики часто страдают таким недостатком, как искусственно расширенная диаграмма направленности. Это относится прежде всего к конусным «пищалкам», обладающим довольно узкой направленностью из-за конструкции диффузора, реже — к купольным. К подобным устройствам относится большинство «пищалок» в популярных ныне акустических системах марки Sven, включая топ-модель линейки Ihoo 5.1. Для расширения диаграммы направленности производители устанавливают специальные рассекатели (рис. 1а), вследствие чего появляются сипение, цыканье, шепелявость и резкость на высоких частотах. Очень рекомендую избавиться от этих рассекателей в первую очередь (рис. 1б).

Среднечастотные и широкополосные динамики

Сразу скажу, что их либо не дорабатывают вообще, либо переделывают полностью, оставляя от первоначальной конфигурации только магнитную цепь и корзину. И нужно испортить не одну пару динамиков, прежде чем это начнет получаться. Но сделать средние частоты более приятными на слух все же можно.

Динамики с тяжелыми литыми корзинами звучат значительно лучше аналогов с хлипкими штампованными корзинами (в этом можно убедиться на примере старых широкополосных моделей 4а28 и 4а32 производства объединения КИНАП), поэтому последние необходимо укреплять. Для этого нужно залить клеем (лучше всего подходит БФ, разбавленный 96 %-ным спиртом) все щели, места стыков и спайки железа магнитной системы. Предвижу ваши сомнения в способности подобной процедуры повысить качество звучания. Но согласитесь, что даже достаточно крепкие стыки теряют жесткость с ростом частоты. А к чему ведут паразитные вибрации, хорошо известно.

Для любого динамика характерен основной резонанс подвижной системы в районе нижней границы воспроизводимого диапазона частот. Самое неприятное, что там же у большинства устройств наблюдается резкий пик АЧХ, достигающий 6–7 дБ. Для динамиков, у которых частоты резонанса располагаются в районе 30–60 Гц, ничего страшного в этом нет (просто будет больше басов). А вот в среднечастотном звене трехполосных акустических систем и у широкополосных динамиков небольших компьютерных колонок с частотой основного резонанса в районе 120–200 Гц это может вызвать негативные эффекты, например неестественно низкий и гудящий голос. Для лечения подобной болезни достаточно использовать панель акустического сопротивления (ПАС), что приведет к акустическому демпфированию основного резонанса подвижной системы и понижению уровня звукового давления на резонансной частоте. Просто заклейте окна диффузодержателя кусочками войлока или поролона (без единой щелочки!).

Как всегда, метод не без недостатка. Он проявляется у однополосных акустических систем: если раньше они воспроизводили хоть какие-то басы, то после описанной процедуры их не будет вовсе. Но сателлитам многоканальных наборов, где басы воспроизводятся сабвуфером, ПАС поможет наверняка.

Не могу не упомянуть еще один очень эффективный способ радикального улучшения звучания среднечастотных динамиков. Если подвес (то, что соединяет диффузор с железной корзиной) выполнен из картона, то его можно смазать незасыхающей вязкой массой, например герленом, эпоксидной шпатлевкой (без отвердителя) или оконной замазкой, разведенной в касторовом масле. Этим убираются множество пиков АЧХ и специфическая «картонность» звука. Пропитать можно и сам диффузор, что повысит его жесткость и отодвинет частоту выхода динамика из поршневого режима, на которой материал диффузора утрачивает свою жесткость. Это тоже избавляет от пиков и провалов АЧХ.

Теперь о минусах. При приготовлении пропитки из герлена, дающей наилучший результат, требуется добавление бензина, который еще долго будет «радовать» вас и окружающих своим «ароматом». Через пару лет, когда бензин высохнет, динамик придет в негодность. Эпоксидная шпатлевка разъест подвес примерно за то же время и с теми же последствиями. Тем не менее армия любителей пропитывать подвесы и диффузоры постоянно увеличивается. Если вы заинтересовались, то подробную информацию о приготовлении пропиток и способах их нанесения без труда можно найти в Сети (только о негативных последствиях пишут, к сожалению, далеко не все).

Разделительные фильтры

Эти фильтры применяются в многополосных акустических системах для разделения частотного диапазона на части, каждая из которых подается на свой динамик (низкие частоты — на бас-динамик, высокие — на пищаль). Простейший фильтр первого порядка состоит из одного элемента и обеспечивает затухание, равное 6 дБ на октаву (октава — изменение частоты в 2 раза). Если нужно срезать высокие частоты, то последовательно ставится катушка индуктивности, если низкие — конденсатор. Фильтр второго порядка позволяет получить затухание в 12 дБ на октаву. После элемента, включенного последовательно, в нем устанавливается противоположный элемент (для конденсатора это катушка индуктивности), но параллельно. Существуют фильтры и более высоких порядков с более резким затуханием, однако каждый пассивный элемент вносит дополнительные искажения.

Разделительные фильтры


Рис. 2. То, что слева, нужно заменить на то, что справа

Очень часто разделительный фильтр двухполосных акустических систем представляет собой подключенный последовательно с высокочастотной головкой конденсатор, причем в большинстве случаев полярный электролитический. Вероятно, разработчиков привлекает чрезвычайно низкая цена данных элементов (20–30 коп. за штуку), хотя для звуковой техники они совершенно непригодны. При их применении в разделительных фильтрах высокочастотного звена неминуемы такие последствия, как резкость и неестественность верхов и полное отсутствие детальности звучания. Естественно, эти конденсаторы следует немедленно вырвать (а лучше аккуратно выпаять) и выбросить, а вместо них установить более качественные такого же или близкого номинала (рис. 2).

После этого все емкости шунтируют конденсаторами более качественного типа (если замена электролитических конденсаторов по каким-либо причинам невозможна, то ставить шунтирующие нужно обязательно). Как показывает практика, включение в параллель конденсаторов типа ФТ3, СГМ или к71 емкостью порядка 0,05–0,1 мкФ значительно уменьшает негативное влияние разделительных фильтров, что существенно улучшает качество и детальность звучания.

Конденсаторы

Типов конденсаторов — великое множество, но для звуковой аппаратуры подходят всего несколько. Все они характеризуются такими параметрами, как ток утечки, тангенс угла потерь и количество заряда, выдаваемого в единицу времени.

Электролитические
Имеют форму цилиндров с усиками с одной стороны. Единственное преимущество таких конденсаторов — огромная по сравнению с другими типами емкость и чрезвычайно низкая стоимость. По остальным параметрам они не выдерживают критики, и применять их можно только в выпрямителе питания. Хотя производители уверяют, что электролитические конденсаторы можно использовать и на пути сигнала, позволю себе в этом усомниться.
Необходимо заметить, что электролитические конденсаторы — полярные. И если вы не хотите стать свидетелем того, как они летят через всю комнату, разбрызгивая электролит, внимательно проверяйте полярность до, во время и после установки. Если при пробном десятисекундном включении конденсаторы нагрелись, значит, полярность не соблюдена. До взрыва еще двадцать секунд, но лучше выключить питание до того, как он произойдет.
МБГО, МБГЧ, к73
Данные конденсаторы обладают достаточно хорошими параметрами: емкостью до 20–40 мкФ при небольших размерах и невысокой цене. Идеальное решение для применения в разделительных фильтрах и усилителях (когда требуется емкость более 0,5 мкФ). Данные конденсаторы обеспечивают немного разное звучание. Так, пленочные к73 дают яркое и резковатое звучание, а масляно-бумажные МБГО и МБГЧ, наоборот, смягчают высокие частоты.
К78 и импортные МКР
Это весьма качественные пленочные конденсаторы, передающие звук очень достоверно, но и цена их соответственно высокая. Применять их в компьютерных акустических системах нецелесообразно.
ФТ3, СГМ, к71
Фторопластовые, слюдяные и еще один вид пленочных конденсаторов. Имеют существенно лучшие характеристики, но очень маленькие номиналы: первые два — до 0,01 мкФ, а последний — 0,2 мкФ (во всяком случае те, что были мной протестированы). Идеальны для шунтирования (включения в параллель) других видов конденсаторов.

Следует обратить внимание на то, что каждый конденсатор выдерживает свое максимальное напряжение. При замене нужно ставить устройства, рассчитанные на равное или большее напряжение. В разделительных фильтрах лучше применять 250–600-Вт конденсаторы. А вот в выпрямитель имеет смысл устанавливать электролитические конденсаторы с таким же (но не меньшим) напряжением, потому что с повышением напряжения, на которое они рассчитаны, их цена растет в геометрической прогрессии.

Иногда чувствительность динамиков, примененных в многополосных акустических системах, неодинакова. Наиболее частый случай — пищаль чувствительнее бас-динамика. То есть она будет играть громче, что нарушит тембральную окраску звучания. Исправить ситуацию можно двумя путями.

Во-первых, установить резистор, включенный последовательно с динамиком. Но затухание звуковых колебаний напрямую зависит от сопротивления динамика, которое, в свою очередь, может варьироваться в широких пределах (например, от 1 до 8 Ом при импедансе 4 Ом) на разных частотах. А это ведет к усилению неравномерности АЧХ.

Поэтому несколько предпочтительнее второй способ: применение Г-образных аттенюаторов (L-pad), которые представляют собой два резистора. Один подключается параллельно динамику и таким образом делит с ним нагрузку. Второй резистор подсоединяется последовательно и компенсирует падение сопротивления при параллельном подключении нагрузок (в данном случае — динамика и резистора). Но скорее всего в любых компьютерных акустических системах разница между одним резистором и аттенюатором заметна не будет.

Самое ужасное, что может сделать производитель, — установить резистор после фильтра (аттенюаторов этот абзац не касается, они всегда так располагаются). Этим пытаются убить сразу двух зайцев. Получается, что сопротивление нагрузки после фильтра возрастает на величину сопротивления этого резистора. При этом падает требуемая емкость конденсатора, что позволяет сэкономить еще несколько копеек. При моделировании фильтров для своих динамиков я дважды ставил резистор после конденсатора (для ВЧ- и СЧ-звена) и оба раза получал очень невнятное звучание с потерей всех деталей. Поэтому такой просчет нужно ликвидировать, просто поменяв местами резистор и конденсатор, а для сохранения частоты среза емкость последнего увеличив примерно (допустима погрешность в 15–20 %) во столько раз, во сколько упадет сопротивление нагрузки.

Провода

Качество и длина проводов, соединяющих усилитель с колонками, оказывают заметное влияние на звучание акустической системы. Какие-то три-четыре метра могут настолько ухудшить его, что разница будет заметна невооруженным гла… ухом. Измерения, проведенные с помощью осциллографа, показали: сигналы на выходе усилителя и после прохождения нескольких метров стандартного колоночного провода сечением 0,75 мм² (более толстые в компьютерных акустических системах встречаются редко) начинают различаться уже при мощности выше 5 Вт. Отсюда можно сделать два вывода. Во-первых, если ваша акустическая система рассчитана на мощность больше 5–10 Вт, то кабели нужно менять, ведь очень часто производители используют тонюсенькие проводки вроде тех, что предназначены для наушников. Во-вторых, сечение 0,75 мм² является достаточным минимумом для любых колонок мощностью до 5 Вт на канал.

Еще раз о мощности

Чтобы фантастические цифры, обозначающие мощность акустической системы, не вводили в заблуждение, предлагаю следующее. На всех электрических приборах (а компьютерные колонки к ним относятся) в паспорте или на задней стенке должно быть указано значение потребляемой от сети мощности. Вспомнив закон сохранения энергии и то, что КПД усилителей составляет 40–50 %, можно получить реальную цифру.

В стереоколонках оценить влияние проводов очень просто. Как я уже говорилось выше, усилитель в акустических системах такого класса расположен в корпусе одной из колонок. Там влияние проводов минимально из-за их малой длины. А вот вторая колонка подсоединена через длинный и тонкий провод. И если попереключать баланс вправо-влево (предварительно поставив колонки рядом), то можно услышать разницу в звучании. Она ощущается даже на самых дешевых компьютерных моделях уже на половине громкости. Колонка, подключенная через провод, играет чуть тише, с менее внятным и более «грязным» звучанием. Нетрудно представить, что происходит с более дорогими и качественными акустическими системами.

Прежде всего нужно оценить, какой длины провода потребуются. Чем они короче, тем меньше их воздействие на звук (для акустических систем с импедансом 4 Ом максимальная длина проводов, при которой оно не столь существенно, равна примерно 2 м). Лучше всего использовать специальные акустические провода из бескислородной меди (OFC), которые продаются на радиорынках. Для небольших колонок и сателлитов вполне хватит проводов с сечением 0,75 мм², а для акустических систем среднего класса — 1,5–2,5 мм². Несколько проще дело обстоит с сабвуферами. Поскольку усилитель находится в том же корпусе, штатные провода можно заменить на такие же, как в сателлитах, но по два-три на «плюс» и «минус» (чтобы в сумме получить сечение 2,5–3 мм²). Эту «лапшу» все равно никто не увидит.

Межблочный кабель

Провод, соединяющий звуковую плату и усилитель, является не силовым, а сигнальным. Проходящий по нему ток примерно в десятки тысяч раз слабее, чем по кабелю, идущему от усилителя к колонкам. Поэтому к межблочным кабелям предъявляются совсем другие требования, самые главные из которых — хорошая защищенность от внешних помех и высокочастотных наводок. И если с первым большинство кабелей справляется нормально (шипение и гудение чаще происходит по вине усилителя и звуковой платы, но это поправимо), то высокочастотные наводки остаются. Хотя они лежат намного выше слышимого диапазона частот, но буквально «убивают» звук. Дело в том, что любой усилитель имеет свою верхнюю граничную частоту, которую способен обработать. Образно говоря, при подаче сигнала более высокой частоты усилителю очень сильно «плохеет», что крайне негативно отражается на слышимом диапазоне.

Все стандартные межблочные кабели компьютерных акустических систем — коаксиальные (сигнальный провод располагается по центру, а «земляной» — вокруг в виде оплетки). Цена «нормального» образца составляет порядка 70–100 долл. (что может превысить стоимость колонок), поэтому имеет смысл сделать его своими руками.

Можно просто заменить стандартный коаксиальный кабель на более качественный. Очень хорошо для данной цели подходят те, что применяются в системах приема спутникового телевидения (желательно использовать кабель с двойным экранированием). Простота изготовления, низкая цена и очень неплохое качество делают такой вариант просто идеальным.

При желании можно смастерить изделие, которое по своим характеристикам не будет уступать дорогому импортному аналогу за 100 долл. Для этого понадобится витая пара пятой категории (по четыре пары одножильных проводков в оплетке), причем в 5 раз длиннее, чем требуется для будущего межблочного кабеля. Для начала нужно освободить жилки от изоляции, разрезать на три равные части и разделить по цветам (должно получиться по три пары каждого цвета). Белые проводки от цветных отделять не следует — они будут играть роль экрана. Далее пары одинакового цвета свиваются косичкой, а четыре получившиеся косички сплетаются методом «цепь». Качество межблочного кабеля почти полностью зависит от качества плетения. То, что должно получиться, показано на рис. 3.


Рис. 3. Так должен выглядеть хороший межблочный кабель

Осталось только все правильно подключить. Белые проводки необходимо обрезать за 3–5 см до разъемов, чтобы они не мешали. Далее припаяйте три одинаковых проводка к плюсовой клемме разъемов с обеих сторон. То же проделайте и для второго канала, только с тройкой другого цвета. «Земля» припаивается аналогично. Последние три проводка нужно припаять к «земляной» тройке со стороны усилителя (!), а со стороны звуковой платы оставить неподключенными (!).

Несмотря на все преимущества косички из витой пары, отпугивает сложность ее изготовления. У меня на плетение полуметрового межблочного кабеля ушло шесть часов. Представьте, какого огромного труда и времени стоит изготовление двухметровых косичек для набора 5.1. Поэтому для акустических систем среднего уровня вполне можно обойтись и хорошим коаксиальным кабелем.

Усилитель

Применив несколько нехитрых приемов, можно заставить не слишком качественный усилитель компьютерных акустических систем петь совсем по-другому. Итак, приступим.


Рис. 4. Усилитель колонок A4-Tech

Немаловажную роль играет питание усилителя. Помимо огромного количества внешних сетевых помех, ситуацию усугубляют некачественные выпрямители. Рассмотрим усилитель колонок A4-Tech (рис. 4).

После трансформатора, который понижает напряжение питания, стоит диодный мост, обозначенный на рисунке цифрой 1 (на печатных платах диоды обычно помечаются латинской буквой D). Его задача — направить все синусоидальные колебания напряжения в одну сторону (или в две противоположные относительно средней точки, если усилитель требует двухполярного питания). Проблема заключается в том, что когда направление тока начинает меняться в сторону, противоположную проводимости диодов, им нужно некоторое время, чтобы закрыться. За данный период успевает «проскочить» достаточно мощная высокочастотная помеха. Бороться с ней можно путем шунтирования диода «быстрым» конденсатором емкостью порядка 0,01 мкФ, который будет выступать в роли фильтра первого порядка для этой помехи.

После диодного моста размещается большой электролитический конденсатор емкостью 1000 мкФ (цифра 2 на рис. 4). Его задача сводится к сглаживанию импульсного напряжения и быстрой выдаче накопленного заряда на пиках сигнала в случае надобности. Но его емкости недостаточно: как показывает практика, необходимым минимумом являются 500 мкФ на каждый ватт реальной мощности. То есть в описываемой модели емкость конденсатора должна быть не менее 3000 мкФ (при мощности 2 х 3 Вт). В результате при подаче сигнала большой мощности появляются хрипы. Поэтому емкость нужно увеличить, но не более чем в 1,5–2 раза (очень большие конденсаторы могут спалить хилый трансформатор и пробить маломощные диоды при включении). Осталось только зашунтировать электролитические конденсаторы (емкости в 0,1–0,5 мкФ будет достаточно). В результате звучание акустической системы станет намного приятнее, а басы перестанут «просаживаться» на большой громкости.

На схеме усилителя (рис. 4) видно, что сигнал от звуковой платы попадает на проходной конденсатор пленочного типа (цифра 3), хотя обычно на его месте стоит электролитический. Как вы, наверно, уже догадались, если в вашей системе применяется электролитический конденсатор, то его нужно заменить на пленочный, а последний зашунтировать емкостью 0,1–0,2 мкФ. На выходе имеются два электролитических конденсатора по 470 мкФ, включенные последовательно усиленному сигналу (которые по совместительству выполняют роль фильтра с частотой среза 80–85 Гц). Здесь ничего, кроме установки шунта, я порекомендовать не могу, поскольку использование «нормальных» конденсаторов невозможно из-за очень большой требуемой емкости.

Если в акустической системе присутствуют регуляторы тембров, то желательно отключить их и пустить сигнал в обход тембр-блока. Поверьте, после этой операции разницу не заметит разве что глухой, а возможностей любой звуковой платы с лихвой хватит, чтобы компенсировать потерю. Правда, такая модернизация требует определенных навыков, тем более что она зависит от устройства усилителя и тембр-блока.

Звуковая плата


Рис. 5. Вот так выглядит плата Sound Blaster Live! после экранирования

Остался последний штрих — экранирование звуковой платы. Для начала ее нужно поставить подальше от других, а потом обернуть полиэтиленовым пакетом, закрепив его изолентой. Пакет лучше взять потолще, чтобы он не порвался об острые выступающие части устройства. Сверху следует проложить слой пищевой алюминиевой фольги, затем опять полиэтилен. Фольга должна иметь контакт с корпусом компьютера, иначе толку от такого экрана не будет (рис. 5).

Внимание! Ни в коем случае нельзя допускать, чтобы фольга касалась системной и / или звуковой платы (роль диэлектрика играет полиэтилен). Внимательно проверьте пакет на отсутствие повреждений (уже после установки), иначе экран может послужить причиной безвременной кончины какого-либо из устройств.

Результат такой операции — существенное уменьшение количества шумов и улучшение некоторых характеристик платы (в чем вы можете убедиться с помощью известной программы для тестирования звуковых плат RightMark Audio Analyzer). Помимо прочего моя Sound Blaster Live! перестала время от времени противно щелкать.

Вместо заключения

Надеюсь, описанные способы улучшения компьютерных акустических систем помогут вам добиться такого звука, который будет доставлять наслаждение, а не вызывать головную боль. Несмотря на то что у аудиофилов эти мероприятия называются «доработкой начального уровня», результат их с лихвой окупает затраченные усилия. Однако хочу предупредить о возможных негативных последствиях. Помимо потери права на гарантийное обслуживание неаккуратное вмешательство может испортить тот или иной узел акустической системы. Хотя неисправимых ситуаций практически не бывает, подобные казусы всегда неприятны. Поэтому, если у вас есть желание доработать колонки, но нет уверенности в своих силах, лучше начать с самого простого. А за усилитель браться в последнюю очередь, когда в процессе замены проводов и конденсаторов приобретутся навыки паяния. И хорошего вам звука!


Полезные ссылки

www.ussrhi-fi.ru
Сайт, посвященный отечественной акустике. Помимо прочего там очень много информации по доработке, которую можно применить и к компьютерным колонкам. Имеются также многочисленные ссылки на Web-узлы родственной тематики.
dev.azz.ru
На этом сайте опубликована «библия аудиофила» — книга И. А. Алдошиной и А. Г. Войшвилло «Высококачественные акустические системы и излучатели» (М.: Радио и связь, 1985), прочитав которую вы ощутите себя настоящим спецом в области звука.
www.ixbt.ru
Думаю, этот сайт в представлении не нуждается. Нас же интересует раздел «Мультимедиа» и его форум.
carfax.ru/my/other/hikaif
Очень интересная и поучительная статья о пути к хорошему Звуку одного человека.

Игорь Шакуров (shoker@xakep.ru или shok@club.ussrhifi.ru)
11.06.2003, 09.07.2003
«Мир ПК», № 6/2003, № 7/2003,

Статью "11.06.2003. В поисках хорошего звука" Вы можете обсудить на форуме.



Спонсоры страницы:
купить плоттер в Астане в интернет-магазине ; купить экран для проектора с электроприводом, цена в Астане


вверх
  Copyright by MorePC - обзоры, характеристики, рейтинги мониторов, принтеров, ноутбуков, сканеров и др. info@morepc.ru  
разработка, поддержка сайта -Global Arts