Акустические системы и искажения звука

Акустические системы (АС) предназначены для преобразования электрических колебаний в звуковые. Но процесс конвертации одного вида энергии в другой не происходит без акустических и электрических искажений.
К основным видам акустических искажений относятся: амплитудно - частотные (АЧИ), фазочастотные (ФЧИ), нелинейные (НИ), переходные (ПИ), интермодуляционные (ИИ). Все виды искажений в определённой мере присутствуют в акустической системе, по этой причине каждая АС обладает индивидуальным характером звучания.

Амплитудно - частотные акустические искажения (АЧИ) возникают в результате неравномерности звукового давления в акустических системах и их прямой зависимости от частоты входящего сигнала - неравномерность амплитудно частотной характеристики (АЧХ). Основными причинами этого вида искажений являются: явно выраженная частотная зависимость сопротивления излучения динамических головок, а также общее сопротивление механических элементов принимающих участие в преобразовании энергии и их электрическое сопротивление (неравномерность входного импеданса акустической системы).

Переходные искажения (ПИ). Если акустическая система не способна точно преобразовать электрический импульс в звуковой сигнал, сохранить его форму и продолжительность, то возникают переходные искажения звука.
Мгновенный звуковой сигнал развивает звуковое давление с задержкой. Это обусловлено инерцией и упругостью механических элементов динамической головки, что порождает призвук. От видимости этого призвука зависит его продолжительность, которая связана с добротностью головки и с частотой механического резонанса. Высокая добротность подвижной системы придаёт звучанию металлический оттенок и лишает его прозрачности.

Фазочастотные акустические искажения (ФЧИ) проявляются в сдвиге фазы между подводимым напряжением и развиваемым динамической головкой звуковым давлением. Фазовый сдвиг имеет наибольшую чувствительность на частотах с максимальной направленностью звука 200-2000Гц.
Основными причинами возникновения этих искажений являются: сложный характер колебательных процессов в подвижных системах (запаздывание и опережение по фазе на разных частотах у одной и той же головки неодинаковое), частотно - зависимые фазовые сдвиги в кроссоверах, фазовые сдвиги из-за пространственного расположение динамических головок в корпусе АС.
Как известно кроссовер АС состоит из "реактивных" элементов (конденсаторы, индуктивности) и вносит фазовые искажения ещё до прихода звукового сигнала. Поэтому важно иметь ровную АЧХ и линейную ФЧХ фильтра - кроссовера, что предъявляет определённые требования к последнему (лучший вариант - фильтр первого порядка построенный на аудиофильных плёночных конденсаторах и индуктивностях с воздушным сердечником).
Обычно фазочастотные характеристики кроссовера рассчитываются при нулевом сопротивлении усилителя мощности, что приводит к частичной зависимости фазовых характеристик от конструкции усилителя мощности (наличие ООС, ламповый или транзисторный выходной каскад, двух или однотактный и.т.д.).
Но более серьёзные искажения сигнала обусловлены нелинейностью АС в целом и её связью с акустикой помещения.

Нелинейные (НИ) возникают в результате образования кратных частот (гармоники) или в несколько раз меньше частот (субгармоники) основной частоте звукового сигнала.
Основная причина возникновения - смещение, скорость и ускорение диффузора не пропорциональны приложенным силам. Видимость этих гармонических составляющих зависит от их порядка.
Гармоники низких порядков менее заметны на слух, чем высоких. Но все гармонические составляющие играют огромную роль в звуковом спектре и определяют особенности звучания музыкальных инструментов и человеческого голоса.

Нелинейные гармонические низких порядков зависят от технологии изготовления и конструкции гофрированных подвесов и шайб.
Нелинейные субгармонические искажения возникают из-за потери динамической устойчивости диафрагмы - "дребезг". Демпфирование в подвесах и диффузорах, повышение жёсткости диафрагмы, сдвигает спектр паразитных излучений в ультразвуковую область и в какой-то степени ликвидирует гармонические и субгармонические искажения.

Нелинейные интермодуляционные и частотно - модулированные (ЧМ) возникают а результате взаимной модуляции частот, спецификой которых является: возникновение в спектре звукового сигнала дополнительного компонента, с частотой отличной от частоты модулирующего колебания (перемножения и деления частот на нелинейных компонентах).
Причина возникновения ЧМ - нелинейность упругих характеристик подвижных систем динамической головки и формы корпуса АС.
Рекомендации по устранению конструктивных особенностей следующие: использование динамиков в узком диапазоне частот (для каждой полосы частот свой динамик) и снижение амплитуд смещения на частоте основных резонансов - основные меры борьбы с ЧМ искажениями.

Акустические системы "Heliumacoustics" коаксиального типа, в рупорном исполнении

Мощный и особо музыкальный характер звучания выдают акустические системы "Heliumacoustics" изготовленные в ручную, c применением коаксиальной конструкции динамиков в рупоре.
Вся излучаемая энергия (полного звукового диапазона) исходит из одной точки, поэтому фазочастотные и нелинейные искажения полностью отсутствуют.

Собственное производство коаксиальных динамиков даёт возможность разработать и применять магнитную систему с большим магнитом (длинный зазор, кобальтовый сплав), что положительно сказывается на микро - макродинамике (динамическом диапазоне).

Наличие в акустической системе одной большой триаксиальной (три динамика - НЧ/СЧ/ВЧ) динамической головки "Heliumacoustics" способствует достоверному восприятию тембральных и пространственных характеристик.

Акустическое оформление "вариовент" частично ограничивает добротность АС, что уменьшает переходные искажения и сохраняет форму импульса. Корпус АС сложной конструкции имеет не параллельные стороны и почти полностью поглощает негативные резонансы и призвуки.

Акустический фильтр первого порядка собран на аудиофильных плёночных конденсаторах MultiCap РРFXS, MultiCap RTX, Solen и обеспечивает высокую стабильность входного импеданса, что даёт возможность без провалов согласовать: линейный усилитель "Grimmi", с линейной конструкцией акустических систем и достигнуть повышенной линейности в звуковом диапазоне.

Демпфирования подвижной системы

Переходные процессы происходящие в АС сильно влияют на степень электромеханического демпфирования подвижной системы. Демпфирование подразделяют: электрическое, механическое, акустическое.

Трение в подвижной системе - механическое демпфирование.
Заполнение АС звукопоглощающим материалом - акустическое демпфирование.
Но самый значительный вклад вносит электрическое демпфирование, которое определяется выходным сопротивлением усилителя мощности.

Чем меньше выходное сопротивление усилителя, тем больше наведённый на катушку динамика ток. Но из-за наложения на звуковой сигнал собственных колебаний диффузора, в звуковой катушке образуется ЭДС, что даёт обратный отклик на усилитель. Обратная связь усилителя улавливает отклик и способствует его усилению, в результате этого явления получаем дополнительные интерфейсные искажения звука. Как выход из положения - отказ от обратной связи с выхода усилителя мощности.

Качество звуковоспроизведения АС определяется следующими основными параметрами (выстроенных в порядке значимости): тембральные и пространственные характеристики, резонансы и призвуки, динамический диапазон, стабильность входного импеданса. Все акустические искажения звука тесно взаимосвязаны между собой и имеют, как электронную так и механическую природу.

Лучшее сочетание вакуумных и          полупроводниковых характеристик - однотактный гибридный усилитель звука.

          Мы не создаём иллюзий,
          Мы делаем звук живым!

*** Акустические системы "Heliumacoustics"
*** Как выбрать наушники | реально полезные советы
*** Рекомендации по выбору автомобильной акустики