Как достичь совершенства в домашнем звучании музыки, или сказка о том, как лёжа на любимом диване у себя дома присутствовать на живом концерте симфонического оркестра.
Часть 1
======
Давным-давно, когда деревья были большими, воздух был чище, солнце светило ярче, небо было синим, продукты были натуральными, УНЧ были на радиолампах, а транзисторы ещё не изобрели, тогда в радиоприёмники, радиолы, проигрыватели грампластинок и им подобные звукоиздающие устройства ставили обычно 1 динамик – поменьше (меньшей мощности) или побольше (большей мощности). Эти звукоиздающие устройства через свой единственный динамик издавали звуки, и слушатели этому очень радовались, получая истинное удовольствие. Это звучание напоминало звук из динамика радиоточки (до сих пор радиотрансляция имеет мощные УНЧ на многокиловаттных радиолампах). Но чего-то не хватало в этом звучании. Оказалось, что не хватало высоких частот в больших радиолах, в которых стоял динамик большого диаметра, то есть большой мощности. Конструкторы попробовали подключить параллельно этому большому динамику динамик меньшего размера, который в маленьких радиолах лучше воспроизводил высокие частоты. Стало гораздо лучше! Звучание значительно улучшилось. Люди радовали-радовались, но заметили, что всё равно чего-то не хватает. Как оказалось, не хватало низких частот. Не долго думая конструкторы делают для радиоприёмника или радиолы ящик ещё большего размера, и в него ставят очень большой динамик. После этого появились низкие частоты. Народ возрадовался. Но через некоторое время обнаружилось, что всё-таки в звучании этих большущих радиоприёмников и радиол что-то не так: звук какой-то мутный, невыразительный и вообще грязноватый. При внимательном изучении оказалось, что все 3 динамика подключены параллельно к вторичной обмотке выходного трансформатора УНЧ, и поступающий на них сигнал они воспроизводят во всём том диапазоне частот, в котором они способны откликаться (вибрировать и трепыхаться) на сигнал переменного тока. То есть с УНЧ на каждый динамик поступал весь спектр сигнала равной мощности, а эти динамики разного размера (НЧ, СЧ и ВЧ) трепыхались (вибрировали) от этого сигнала, как могли (типа «Не стреляйте в пианиста: он играет так, как танцует и поёт»). И многие радиослушатели обратили внимание, что один динамик орёт громче (маленький), а второй – тише (средний), а третьего почти что совсем не слышно (большой). Конструкторы поняли, что разная громкость орания разными динамиками вызвана их различной чувствительностью. Конструкторы также поняли, что, подавая на 3 совершенно разных динамика один и тот же сигнал, одной и той же мощности, они в результате получают то, что эти разношёрстные динамики не способны качественно воспроизвести всю ту полосу частот, которая на них сваливается с вторичной обмотки выходного трансформатора УНЧ. И что для преодоления этой проблемы придумали конструкторы? Они придумали между вторичной обмоткой катушки выходного трансформатора УНЧ и каждым из динамиков ставить свой отдельный полосовой фильтр (кроссовер), который бы вырезал из спектра частот только ту полосу, которую желательно было бы подавать на динамик, и который был бы способен эту полосу частот воспроизвести лучше, чем его собратья по ящику радиоприёмника или радиолы. Низкие частоты было решено отфильтровывать из общего сигнала и подавать их на большой динамик, средние частоты – на динамик среднего размера, а высокие – на самый маленький (типа «Каждому медведю – тарелка своего размера в соответствии с его размером»). И тут случилось чудо! Звук стал гораздо лучше и чище, чем до этого эпохального изобретения. Народ ликовал, производители звукоиздающей радиоаппаратуры массово стали выпускать эту новинку, сконструированную в соответствии с самыми передовыми представлениями и достижениями того времени. Так родились полосовые фильтры (кроссоверы) между вторичной обмоткой выходного трансформатора УНЧ и динамиками разного размера. И это техническое новшество размножилось так, как тараканы на помойке – только ленивый производитель не ставил кроссоверы в свои «прекрасно звучащие звукоиздающие радиоустройства». Шло время, техническая мысль не стояла на месте. Кто-то придумал вынуть из огромного размера ящика радиолы динамики и разместить их в отдельном корпусе (колонке), потому что в этом случае можно было бы эту колонку с динамиками подключать к другому звукоиздающему радиоустройству, у которого от рождения был всего 1 свой динамик, но который можно было отключить (варварским методом – паяльником или тумблером) и вместо него подключить ящик-колонку с 3-я динамиками. Это было очень удобно, и это действительно давало значительное улучшение качества звучания музыки.
Затем придумали стереофонию. Вот тут начался настоящий расцвет ящиков с кроссоверами и динамиками. 2-канальный (он же стереофонический) УНЧ собирался в едином корпусе с радиоприёмником или радиолой. Через длинные медные провода 2 ящика с динамиками и кроссоверами внутри подключались к этому усилителю. Народ возликовал, стереофония всем очень понравилась, что и неудивительно – вещь действительно хорошая и революционная. Производители стали массово клепать звукоиздающие устройства со встроенным стереоусилителем внутри и отдельно звукоиздающие устройства и отдельно стереоусилители и отдельно ящики с динамиками и кроссоверами внутри. Весь этот процесс происходит и до сих пор, и ещё очень долго будет продолжаться (есть спрос – есть и предложение).
Большинству покупателей подобная техника очень нравится, и они о чём-то лучшем и не мечтают: техника звук издаёт, бум-бумкает большим динамиком и тыць-тыцькает маленьким – и хорошо, главное, чтобы бум-бумкало и тыць-тыцькало громко, чтобы соседи от чёрной зависти по ночам не спали, думая над тем, где бы взять деньги, чтобы купить себе ещё большее, ещё красившее, и ещё более громко бум-бумкающее и тыць-тыцькающее. Зависть, к сожалению, это такой стимул, который, постоянно давя на могзи, приводит к тому, что у изведённого чёрной зависть человека всё-таки откуда-то находятся деньги, и он идёт в магазин, и покупает там самое большое и самое громко бум-бумкающе и тыць-тыцькающее звукоиздающее устройство. Вечером соседи – хозяева того звукоиздающего устройства, которое не давало спокойно от зависти спать по ночам нашему завистнику, с горечью и разочарованием поняли, что их верховенство в бум-букании и тыць-тыцькании кончилось после покупки их соседом ещё более крутого, чем у них, звукоиздающего устройства. И эта конфронтация между соседями («меряние пиписьками») переходит на новый виток по-восходящей. Производители звукоиздающих устройств это просекли и стали предлагать ещё большего размера ящики с динамиками и кроссоверами, которые бы своей громкостью заглушили бы громкость менее мощных ящиков с динамиками и кроссоверами. А для запитывания этих больших и всё более мощных ящиков требовались всё более мощные усилители. Когда-то давно (это когда продукты ещё были натуральными...) УНЧ с мощностью 0,5 Вт на 1 небольшой динамик радиолы мог оглушить сидевших рядом с ним заворожённых музыкой радиослушателей, но времена изменились, и теперь надо иметь в УНЧ «мощУ» ватт 100 на канал как минимум, чтобы тряхонуть этой «мощёй» свои звукоиздающие ящики с динамиками и кроссоверами так, чтобы от этого соседи хорошо взбодрились, не расслаблялись, и чтобы они по ночам не спали от гложущей их зависти, и чтобы голова у них болела от мыслей, где бы взять деньги, чтобы купить УНЧ на 150 Вт на канал, и новые ящики с динамиками и кроссвоверами, чтобы тряхонуть в отместку зажравшегося соседа своей «мощёй» так, чтобы ему мало не показалось... И конфронтация идёт по нарастающей: покупаются усилители на 200 Вт, на 500 Вт, на 1000 Вт, ну и, конечно же, новые большие ящики с более мощными динамиками и кроссоверами. «Меряние пиписьками» продолжается, и конца-края этому бессмысленному соревнованию нет.
А какой звук издают эти большие и огромные ящики с динамиками и кроссоверами внутри? Громкий, очень громкий! Его громкость такая, что на всю округу его слышно, стая ополоумевших ворон с перепугу с диким карканьем роем срывается с веток деревьев и стремглав уносит свои когтистые ноги куда глаза глядят подальше от греха, и весь 17-этажный панельный дом по всей своей высоте и ширине ходуном ходит, как припадочный в конвульсиях, от мощных трепыханий больших динамиков в этих звукоиздающих ящиках. Да, от такого мощного грохота, особенно ночью, невольно захочется и самому включиться в процесс «меряния пиписьмками», купив стереоусилитель киловатта так на полтора-два на канал, супербольшие ящики с динамиками и кроссоверами внутри, вес этих ящиков килограмм так по 300-400 каждый, чтобы поставить всё это к себе на балкон и, предварительно тщательно заткнув свои уши ватой, и залепив их воском, врубить на полную «мощУ» свои свежекупленные колоночки так, чтобы соседям мало не показалось, и с невинным взглядом обозревать со своего балкона в конец ошалевших соседей, нервно пьющих валерьянку и обмотавших голову мокрым полотенцем.
Ну, а вот эти все ящики с динамиками и с кроссоверами внутри, кроме того, что они могут громко орать, что они ещё умеют? Оказывается, что больше ничего.
Орут громко, но совсем не так, как это звучало бы в концертном зале. А почему так? А хрен его знает! Наверное, кабели между усилителем и колонками неправильные или усилитель не такой, как надо, или между проигрывателем CD и стереоусилителем мощности сигнальный кабель сжирает все частоты или ещё что-то неведомое... Загадка природы, одним словом.
И вот тут аудиофил начинает менять всё то, что, по его мнению, «сжирает» и «портит» звук. Он вступает в игру «меняю шило на мыло», выкладывая за участие в этой игре очень много своих денег, которые можно было бы (ах, если знать кто же всё-таки «портит» звук!) потратить на покупку панацеи, с помощью которой звук из ящиков с динамиками и кроссоверами стал бы таким, как и в концертном зале филармонии. Как говорится «знал бы, где упаду – соломочку подстелил бы».
А теперь об этой «соломочке». Блиц-вопросы и блиц-ответы:
Вопрос: Зачем нужны кроссоверы?
— Чтобы из всего спектра частот, выдаваемого усилителем на колонку, вырезать полосы частот, которые затем подаются на соответствующие им динамики, чтобы улучшить качество звучания колонки.
Вопрос: Откуда взялись кроссоверы в колонках?
— Их переставили из ящиков радиол и радиоприёмников поближе к динамикам, так как внутри было много свободного ничем не занятого места, и поэтому кроссоверы сюда и поместили.
Вопрос: Без кроссоверов в колонках можно обойтись?
— Нельзя, потому что динамики будут очень плохо звучать, звук будет грязным и некачественным.
Вопрос: Кроссоверы улучшают качество звучания колонок?
— Да, улучшают, так как они разделяют сигнал с усилителя мощности на полосы и подают соответствующие полосы частот на динамики, каждый из которых способен более качественно воспроизвести свою полосу частот, чем соседнюю.
Вопрос: Кроссоверы ухудшают качество звучания колонок?
— Да, очень сильно ухудшают, так как они вносят свои искажения, которые ничем исправить уже невозможно. В кроссоверах есть катушки индуктивности (медный провод), на которых при большой длине медного провода из-за большого активного сопротивления происходят потери полезного сигнала, также из-за реактивного сопротивления катушек сигнал тоже существенно ослабляется. В катушках возникают искажения полезного сигнала. Конденсаторы большой ёмкости также вносят свои искажения в полезный сигнал, и также его ослабляют.
Обратная ЭДС (обратная электродвижущая сила – ответный удар на поступивший из усилителя через кроссовер сигнал на динамик) возвращается от динамика в кроссовер и поступает на катушки соседних динамиков и на выход усилителя. Все (динамики, кроссовер, УНЧ) от таких постоянных ответных ударов-тумаков похожи на 4-х мужиков, которые в салоне автобуса, мчащегося по ухабам и колдобинам на дикой скорости, друг друга толкают и пихают (руками, ногами, задницами), уцепившись при этом одной рукой за что-то под потолком автобуса, и при этом неутихающем тумако-пихании друг друга они ещё умудряются горланить пьяные «пестни» с выражением и расстановкой акцентов.
Усилитель от этого тумако-пихания (обратной ЭДС от динамиков и катушек кроссовера) отбивается своим низким (у транзисторных усилителей) выходным сопротивлением, то есть он своим демпфирующим фактором отправляет наглые «наезды» в null, а у динамиков и кроссоверов демпфирующий фактор настолько мелкий, что его даже незаметно, поэтому кроссоверы и динамики от всего своего чистого сердца и широкой душИ постоянно колбасят друг друга так, что хоть святые образа (иконы) из колонки выноси.
Для выравнивания чувствительности динамиков разных полос приходится в кроссоверы ставить балластные (гасящие, выравнивающие) резисторы (очень желательно плёночные большой мощности, так как проволочные вносят реактивные искажения в сигнал, так как работают они в этом случае ещё и как катушки индуктивности). Балластные резисторы при работе колонок сильно греются на большой мощности сигнала, рассеивая на себе полезный сигнал, поступающий из усилителя мощности на колонку. От нагрева внутри колонки катушек индуктивности, резисторов, конденсаторов (именно там установлен кроссовер; он же разделительный или полосовой фильтр) ухудшается температурный режим работы динамиков, которые сами при работе сильно и очень сильно греются от своей катушки, на которую от кроссовера подаётся сигнал. Из-за нагрева деталей кроссовера происходит изменение его параметров (уходит частота настройки, изменяется ширина полосы пропускания и крутизна скатов фильтра).
Вопрос: Можно ли хотя бы частично ослабить проблемы, которые возникают с кроссовером и динамиками внутри колонки?
— Можно. Для этого нужно вынуть из корпуса колонки кроссовер и разместить его в отдельном корпусе, специально для него предназначенного. Кроссовер также можно разместить под колонкой в специальном отсеке (акустически изолированном от внутреннего объёма колонки), при этом очень желательно, чтобы отсек мог естественным образом вентилироваться (охлаждаться), чтобы излучаемое кроссовером тепло не грело колонку снизу.
Вопрос: А можно ли сделать так, чтобы в кроссовере не возникали потери полезного сигнала?
— Можно и даже нужно. Для этого нужно вынуть кроссовер из колонки, разместить его в экранированном корпусе (вентиляционные отверстия не нужны, так как кроссовер греться не будет), и сигнальным (экранированным) кабелем подать на него сигнал от источника звука, и также сигнальным экранированным кабелем с выходов кроссовера (их столько, сколько и фильтров в кроссовере, то есть по количеству полос колонки) подать эти, уже разделённые на полосы, сигналы на входы соответствующих усилителей мощности. Греться кроссовер уже не будет, так как он работает на малом уровне сигнала (0,5-1 В), и поэтому он будет очень стабилен по свом настройками, так как он будет находиться в условиях стабильной постоянной температуры.
Вопрос: А как подключить колонку в моему усилителю, если в колонке нет кроссовера?
— Подключить напрямую, то есть парой медных проводов (желательно большого сечения, 2-4 кв. мм; чем больше расстояние от усилителя до колонки, тем большего сечения должен быть кабель). Напрямую – это когда «+» УНЧ подключается к «+» динамика, а «-» УНЧ к «-» динамика. В этом случае выходной каскад будет нагружен на 1 динамик, между выходным каскадом УНЧ и динамиком будет только акустический медный двухпроводный многожильный кабель большого сечения. Никакие искажения сигнала происходить не будут, если не считать незначительных потерь сигнала из-за активного (омического) сопротивления акустического кабеля, но эти потери легко компенсируются регулятором уровня громкости на УНЧ.
НЧ и СЧ динамики подключаются к усилителям в соответствии с той полярностью, которая указана выше, а ВЧ динамик – в противоположной полярности.
В некоторых колонках «+» НЧ и СЧ динамиков подсоединяются или к «+» или к «-» кабеля, идущего к усилителю мощности. Это неправильное подключение нужно исправить, чтобы «+» этих динамиков был подключён к «+» усилителей.
В некоторых колонках «+» НЧ динамика подключается к «-» усилителя мощности, а «+» СЧ и ВЧ динамика – к «+» усилителя мощности. Попробуйте поэкспериментировать с полярностью подключения динамиков к усилителям исходя из таких правил:
• НЧ и ВЧ динамики должны быть подключены в противофазе, то есть в противоположной полярности;
• при подаче сигнала на НЧ динамик он должен вначале выдвигаться наружу, а затем втягиваться назад;
• СЧ динамик нужно попробовать подключить так же, как и НЧ динамик, то есть «+» динамика к «+» усилителя мощности. Если при таком подключении Вас не будет коробить от звука, то так и оставьте, а если Вы почувствуете, что что-то в звуке не так, то сделайте подключение СЧ динамика противоположным подключению НЧ динамика, то есть таким же, как и ВЧ динамика.
Очень хорошо, когда при подаче сигнала на НЧ динамик он начинает выдвигаться вперёд и своим большим диффузором-лопухом толкает на Вас волну воздуха (гонит волну), что очень похоже на дуновение ветра в Вашу сторону. Этот целебный и освежающий бриз с моря, идущий от НЧ динамика – ориентир для того, чтобы правильно скоммутировать динамики разных полос к своим усилителям. Лучше бриз в лицо, чем ветер в спину (а будет ли он от стены?).
Если на динамике нет маркировки полярности, то есть отсутствует «+», «-» или жирная точка «•» вместо «+», то полярность легко определить с помощью батарейки АА или ААА на 1,5 В. Подключите через проводки «+» батарейки к одному контакту динамика, и «-» – к другому. Вы услышите щелчок. Если при этом диффузор динамика выдвигается наружу из динамика, то «+» динамика там, куда подключён «+» батарейки, а если диффузор втягивается внутрь динамика, то «+» динамика там, куда подключён «-» батарейки. Замаркируйте фломастером или маркером для CD «+» динамика. По этой методике можно проверить НЧ и СЧ динамик, а на ВЧ динамике движение диффузора заметить трудно. Если на его корпусе нет маркировки, то можно будет экспериментально определить полярность ВЧ динамика, для чего нужно будет его подключить к своему усилителю мощности и при прослушивании музыки на небольшой громкости попробовать переключить полярность акустического кабеля, подключающего ВЧ динамик к усилителю. При этом есть риск случайно закоротить выход УНЧ контактами на акустическом кабеле, что может привести к выходу из строя выходного каскада усилителя. Очень желательно выключить усилитель (отключить его от сети) и через 30-60 секунд (чтобы электролиты в блоке питания разрядились) нужно поменять полярность подключения акустического кабеля ВЧ динамика к усилителю. После этого включаете усилитель и слушаете музыку (должны звучать НЧ, СЧ и ВЧ динамик одновременно). Если звучание ВЧ стало лучше – оставьте такое подключение, если хуже – выключайте усилители, ждите 1 минуту, меняйте полярность подключения кабеля ВЧ динамика к усилителю на предыдущий вариант.
Не верьте маркировке полярности на отечественных динамиках. На самом деле она может оказаться неправильной (в конце месяца гнали план или спьяну не туда припаяли выводы катушки...). Не поленитесь перепроверить полярность динамиков батарейкой на 1,5 В по описанной выше методике.
Красный цвет стандартных разъёмов на усилителях и на колонках – это «+», чёрный – «-».
Вопрос: Мне говорили, что нужно покупать акустический кабель из серебра или из меди, но с посеребренными жилками. Что лучше: медный кабель, серебряный кабель, медный кабель с посеребренными жилками при условии, что сечение этих кабелей одинаковое?
— Серебро, как проводник электричества, имеет чуть лучшую электропроводность, чем медь, но при тех длинах кабеля, которые могут быть между усилителем и колонкой с динамиками (допустим, 20 м, то есть 2 * 10 м, так как кабель двухпроводный), выигрыш не очень значительный, хотя он и есть. Вместо покупки очень дорогого кабеля из чистого серебра сечением 0,75 кв. мм (таким же был медный многожильный кабель на колонке с момента её выпуска с завода) гораздо лучше (меньше будет активное, то есть омическое сопротивление кабеля) купить медный многожильный кабель сечением 4 или даже 6 кв. мм. Более толстый медный кабель будет иметь гораздо меньшее активное сопротивление, чем серебряный кабель сечением меньше или существенно меньше, чем медный. Посеребренный кабель лучше паяется, чем просто медный. На высоких частотах из-за скин-эффекта (это актуально начиная с частот от 1 Мгц) серебрение медного кабеля снижает потери полезного сигнала, так как электроны вытесняются из толщи провода ближе к его поверхности, что эквивалентно уменьшению диаметра провода и повышению его активного сопротивления.
Вопрос: Мне говорили, что на рынках продают акустические кабели из бескислородной меди, которая намного лучше, чем просто кабель из обычной меди?
— Кабель из такой меди лучше паяется, так как на поверхности жилок кабеля чуть медленнее возникает окисление. Активное сопротивление этого кабеля слегка меньше, чем кабеля из обычной меди. Так как сейчас уже трудно купить медные многожильные кабели другие, чем сделанные из бескислородной меди, поэтому берите кабели из этой самой продающейся на каждом углу бескислородной меди, но не потому, что они обладают «сверхпроводимостью» по сравнению с обычными медными кабелями, а потому, что их легче паять, они более гибкие (жилки меньшего диаметра), а также они имеют достаточное сечение провода при хорошей гибкости кабеля, чтобы без существенных потерь передать через них сигнал от усилителя до колонки, и чтобы жёсткостью кабеля не сломать разъёмы на усилителе и на колонке.
Вопрос: На рынках продают акустические кабели из серебра или медные из бескислородной меди, но с посеребренными жилками. Они будут лучше, чем просто кабель из бескислородной меди?
— На рынках продают медный лужёный оловом (чтобы был белым и блестел) акустический кабель китайского производства, выдаваемый за чистый серебряный или за медный из бескислородной меди, но с посеребренными жилками. Не покупайте такой кабель, так как сопротивление олова существенно выше, чем меди и тем более серебра. Этот лужёный кабель только лучше паяется (ведь он уже залужен), но сопротивление у него существенно выше, чем у обычного медного кабеля.
Вопрос: У меня в колонке динамик на 4 Ом (на наклейке на динамике я это увидел). А мне говорили, что динамики на 8 Ом лучше, чем на 4 Ом.
— Говорили правильно. Динамики на 8 Ом менее требовательный к сечению акустического кабеля, подключающего этот динамик к усилителю мощности. Для динамика на 4 Ом желательно или в 2 раза уменьшить длину кабеля (поставить колонки поближе к усилителю мощности, но из-за этого может разрушиться стереокартина или в комнате для колонок нет другого места, чем то, на котором они сейчас установлены) или в 2 раза увеличить сечение акустического кабеля (с 2-х до 4-х кв. мм или с 4-х до 8-10-ти кв. мм).
Вопрос: У меня в колонке 3 динамика: 1 большой на низкие частоты, среднечастотный и пищалка ещё вверху. Как мне эти 3 динамика подключить к усилителю?
— Подключить нужно медным акустическим кабелем. Кабели между левым и правым каналом должны быть одинаковой длины. Кабели между полосами колонок (от каждого динамика – к усилителю) также желательно сделать одинаковой длины. Если в колонке 3 динамика, расстояние от колонки до усилителя 3 м, то нужно иметь 6 кабелей длиной по 4 м (чтобы они не были натянуты, как струна в случае, если их сделать длиной по 3 м), сечение кабелей должно быть достаточным (с учётом длины кабеля и сопротивления катушки динамика). Для такой длины достаточно сечения 2 кв. мм (кабель 2 * 2 кв. мм), но будет только лучше, если сечение кабеля взять 4 кв. мм – такой запас не помешает.
Каждый динамик нужно подключить к своему усилителю мощности, то есть нужно на стереопару 3-полосных колонок (по 3 динамика в каждой) иметь 3 стереоусилителя или 3 2-канальных усилителя или 6 монофонических усилителей мощности.
Продолжение следует...
[small]Отредактировано: 18-09-2005, 11:50[/small]
