Задача неискажённой трансляции звуковой программы от исполнителя к слушателю стара как мир. Как мир электроакустики…

Раймонд Скурулс - радиоинженер и звукорежиссёр, основатель и владелец компании Acoustic Power Lab. В 2005 году, после трёх лет работы он получает латвийский патент (LV1334213) на новую технологию коррекции частотных характеристик громкоговорителей. Журнал «Pro Sound News Europe» называет технологию коррекции AJFL в числе трёх лучших инноваций в данной сфере в Европе. По итогам выставки AES в Нью-Йорке новой разработке присуждён приз Excellence 2007 года. В 2010-м автор разрабатывает вариант технологии для применения в автомобиле.

Одно из необходимых условий для этого - отсутствие линейных искажений. С беглого академического взгляда всё кажется очень простым: померили частотную характеристику, создали корректирующий фильтр, и дело сделано. Очень много таких попыток было предпринято, но результата так и нет. Конечно, по мнению авторов этих попыток и их поддерживающего маркетинга, результат есть. Но бесстрастный мир профессионалов остаётся при другом мнении.

Проблема в том, что технические средства оценки звуковых систем принимают и оценивают звук иначе, чем человеческий слух. Они «видят» больше «проблем», чем наше слуховое восприятие (как бы парадоксально это ни звучало). Эти проблемы берут своё начало в физической интерференции звуковых волн в месте измерения звукового давления. Но интерференция наступает только тогда, когда пришли, в простейшем случае, два сигнала - прямой и отраженный (установившийся случай). Но на какой-то короткий миг есть только прямой сигнал и отсутствует интерференция. Нашему слуху этого короткого мига хватает, чтобы сделать оценку.

Попытаюсь доказать временную избирательность слуха и его способность игнорировать интерференцию двумя простыми для повторения экспериментами. Опыт первый. Тестовый сигнал «чирп» (синусоидальный сигнал с быстро меняющейся частотой), короткий, 150 - 300 мс, логарифмический, субъективно звучит абсолютно по-разному, когда воспроизводится, начиная с низких частот к верхним и наоборот. Играя «вверх», сигнал кажется тусклым, с потерянными верхами. Играя вниз - звучит красиво, музыкально, с ярко выраженными верхами. А для спектроанализатора оба случая одинаковы и неразличимы.

Опыт второй. Сядем перед классической стереосистемой. Подадим моносигнал. Если в системе всё в порядке, услышим узкий воображаемый источник звука ровно посередине между громкоговорителями. Теперь сами подвигаемся из стороны в сторону. При этом мы услышим лишь, что воображаемый источник будет слегка перемещаться в ту же сторону, что и мы. Теперь поставим на наше место микрофон. Будем слушать сигнал с этого микрофона и подвигаем его. Услышим красивый эффект фленджера, созданный меняюшимся гребенчатым фильтром. Попробуйте.

Итак. По моему мнению (которое я превращаю в реальную технологию уже почти десять лет), надо измерять и оценивать звуковую систему наподобие того, как это делает наш слух. Это оказалось возможным, если вместо попыток что-то понять по результатам измерения звукового давления в одной точке мерить частотную характеристику излучённой звуковой мощности громкоговорителя. Это и есть основа моих работ и решений.

Хочу взять на себя смелость пересмотреть подход к неискаженной трансляции звуковой программы. Вот классический принцип. В комнате (студии, открытой площадке) перед исполнителем установлен микрофон, который преобразует звуковое давление в пропорциональный электрический сигнал независимо от частоты. За ним тракт передачи (предусилитель, радиоканал, устройство задержки во времени и.т.д., и.т.п.), заканчивающийся усилителем и громкоговорителем в комнате прослушивания. Тракт должен передавать сигнал одинаково, независимо от частоты, а громкоговоритель - пропорционально преобразовывать электрический сигнал в звуковое давление. И опять - независимо от частоты. О том, соответствует ли громкоговоритель этому требованию, мы удостоверились в заглушенной камере на его «акустической оси» и теперь ждём успеха. Часто это ожидание оказывается напрасным и наивным.

Подход, который я развиваю - другой. Громкоговоритель в месте прослушивания для получения неискажённого звукового образа должен излучать такую же или пропорциональную по спектральному составу и временным характеристикам звуковую мощность, какую излучает музыкант в месте исполнения.

Правильность этого подхода уже неоднократно была проверена на практике и с большим успехом демонстрировалось на выставке AES в мае 2007 года, когда запись аккордеонного дуэта проигрывалась через откорректированный тракт, завершающийся хорошо знакомыми россиянам колонками Radiotehnika S90, и сравнивалась с живым выступлением того же дуэта, согласившегося поучаствовать в эксперименте.

Кстати: вот ещё эпизод из жизни S90. Небольшой компании, оставшейся от флагмана советской электроакустики - Рижского радиозавода, хватило смелости принять участие в тесте ведущего российского аудиожурнала со своими громкоговорителями бюджетного класса. Результаты были впечатляющими, без единого упрёка по поводу звучания и с комментарием: «Непонятно, почему хорошо звучит», притом что кривые АЧХ никак на это не указывали. Разгадка проста: при отстройке этого громкоговорителя использовалась программа и методика измерения AJFL.

Точность метода позволяет использовать его в студиях с самыми качественными мониторами, в то же время возможности глубины коррекции настолько велики, что зазвучит даже ведро. Мы и такой опыт ставили…

Как на практике реализуется метод коррекции по излучаемой акустической мощности? Измерение акустического давления происходит во многих (примерно 200) точках пространства, расположенных на некой воображаемой поверхности или её сегменте. Проще говоря: измеритель чертит микрофоном в воздухе воображаемую решётку из вертикальных линий, на это уходит около минуты. Специально разработанная программа самостоятельно фиксирует величину звукового давления в отдельных точках, а потом вычисляет частотную характеристику акустической мощности (AJFL), где оказываются учтены факторы интерференции и фазовых сдвигов. На основе этой характеристики синтезируется корректирующая кривая. Она создаётся как зеркальная по отношению к кривой по АЧХ излучаемой мощности, при этом есть возможность следовать этой кривой с точностью, недоступной традиционным эквалайзерам. Дело в том, что в роли эквалайзера в технологии AJFL применён фильтр с конечной импульсной характеристикой - FIR. Для радиотехники он не нов, но в звуковой аппаратуре до сих пор использовался крайне редко. Можно даже сказать, не использовался вообще (мне известен только один прибор с FIR-фильтром, сами его создатели толком не знают, как с ним работать). Происходит это по трём причинам: высокие требования к вычислительной мощности, несущественная практическая выгода от полученной точности и сложность управления, отсюда - возврат к понятным и привычным параметрическим и графическим эквалайзерам.

И ещё одно: коррекция фазы. В технологии AJFL она происходит автоматически. Дело в том, что если проблему (неравномерность) вызвала минимально фазовая система (а таковой является большинство электрических цепей и фильтров с одним путём сигнала с входа на выход), то, создав минимально фазовый корректор, проблема корректируется идеально - как по амплитуде, так и по фазе. Корректирующий фильтр-эквалайзер, применённый в системе AJFL - именно такой, минимально фазовый.

В 2010 году появилось и решение для автомобиля. Здесь пришлось несколько доработать как технику измерений, так и приборный блок, ответственный за последующую коррекцию. С учётом более сложной, нежели в обычном помещении, акустики АЧХ излучаемой мощности в салоне снимается в несколько приёмов и в трёх (а не в двух) координатах. Результаты измерения интерпретируются специальной версией программы на ноутбуке и загружаются в блок, который остаётся на борту между источником сигнала и усилителями. В ходе измерения и настройки (это важно) есть возможность, помимо автоматической коррекции по «зеркальной» кривой, вносить и ручную подстройку, для этого предусмотрена подсистема высокоточного параметрического эквалайзера.

Размеры блока с аналоговыми и цифровыми входами/выходами - 18 x 15 x 5 см, напряжение питания - от 7 до 16 В. Есть вход Remote и выход задержанного Remote для управления включением усилителей. Сейчас в работе упрощённая модификация прибора, вдвое меньше по габаритам и только с аналоговыми входами/выходами. А через пару месяцев будет готова «быстрая» загрузка фильтров через USB-интерфейс. Так что, я думаю, у нас ещё найдётся повод здесь встретиться. А не захотите дожидаться - отыскать меня нетрудно, адрес есть в этом номере журнала.

По методу AJFL замеры проводятся не в одной, а во множестве точек, образующих сегмент поверхности

Демонстрация метода на выставке AES в Вене в 2007 году

По синтезированной из множества точечных замеров АЧХ излучаемой мощности программа строит «зеркальную» корректирующую кривую

Итог коррекции: шаг по частоте в единицы герц недоступен для традиционных эквалайзеров

Один из тяжёлых случаев (в салоне автомобиля). Результат - аналогичный

Первая автомобильная модель блока коррекции

Так как операционный усилитель представляет собой многокаскадный усилитель с очень большим коэффициентом усиления, то вероятность его самовозбуждения при введении отрицательной обратной связи весьма велика. Поэтому для обеспечения устойчивости ОУ необходимо принимать специальные меры. Устойчивость ОУ оценивают с помощью логарифмических амплитудно-частотной (АЧХ) и фазочастотной (ФЧХ) характеристик.

При построении АЧХ обычно используют логарифмический асштаб по обеим осям координат, т. е. коэффициент усиления Ыражается в децибелах. Используя формулы (4.42), (4.46) и полагая, что 2, легко построить АЧХ и ФЧХ для одного каскада. Для удобства анализа характеристики аппроксимируют в виде прямых (рис. 6.15).

АЧХ представляет собой горизонтальную линию на уровне . На частоте среза излом и при АЧХ представляет собой прямую с наклоном 20 дБ при изменении частоты в 10 раз, т. е. 20 дБ на декаду. Таким образом, скорость спада АЧХ, построенная для одного каскада при , равна .

Если оценивать скорость спада АЧХ с помощью октавы (из-менения частоты в два раза), то можно считать, что скорость спада АЧХ однокаскадного усилителя составляет (рис. 6.15, а).

Частота среза, соответствующая излому аппроксимированной АЧХ, приблизительно равна граничной частоте усиления в реальной АЧХ. Максимальная погрешность их равенства при аппроксимации АЧХ составляет 3 дБ.

Построенную с помощью выражения (4.46) ФЧХ (рис. ) также можно аппроксимировать в виде прямой, проведенной от точки до точки , в которой 90°. На частотах ФЧХ представляется горизонтальной прямой на уровне . При такой идеализации отклонение от реальной ФЧХ составляет не больше 5,7°.

Амплитудно-частотная характеристика многокаскадного усилителя строится путем суммирования АЧХ отдельных его каскадов и имеет несколько изломов, число которых соответствует количеству каскадов.

На рис. 6.16, а приведена АЧХ трехкаскадного усилителя, построенная путем суммирования АЧХ каскадов с частотами среза и коэффициентами усиления в области низких частот .

Фазочастотная характеристика многокаскадного усилителя (рис. 6.16, б) строится путем суммирования фазовых характеристик отдельных каскадов с построенной выше АЧХ.

Из рис. 6.16, а видно, что в диапазоне частот от до скорость спада АЧХ составляет , от до , а на участке от до сот - 60 дБ ( - частота единичного усиления).

Таким образом, каждый каскад увеличивает скорость спада АЧХ на .

Фазовый сдвиг на частоте составляет -45°, на частоте - 135° и на частоте - 225° (рис. 6.16, б).

При введении отрицательной обратной связи угол сдвига между выходным и входным напряжениями усилителя должен составлять 180°, если четырехполюсник обратной связи не имеет реактивных элементов, т. е. [см. формулу (2.34)].

При положительной обратной связи с учетом имеем .

Таким образом, чтобы за счет реактивных элементов усилителя отрицательная обратная связь стала положительной, дополнительный фазовый сдвиг должен составлять 180°.

Для обеспечения запаса устойчивости усилителя по фазе принимаем, что сдвиг нйне должен превышать 135°. Тогда можно считать, что область устойчивости работы многокаскадного усилителя, в частности ОУ, при введении отрицательной обратной связи определяется участком АЧХ со спадом , так как на частоте фазовый сдвиг составляет 135°.

При глубокой отрицательной обратной связи .

На рис. 6.16, а , выраженный в децибелах, может быть представлен прямыми 2 и 3, отражающими различную глубину обратной связи. В точках пересечения этих прямых с АЧХ усилителя без обратной связи А и Б имеем , т. е. именно в этих точках выполняется другое условие самовозбуждения усилителя

Таким образом, на частотах усилитель не самовозбуждается, так как, несмотря на выполнение условия (6.22), обеспечивается достаточный запас устойчивости по фазе. На частотах усилитель работает неустойчиво, так как могут выполняться оба условия самовозбуждения усилителя (6.22) и (2.34).

Для повышения устойчивости ОУ при введении глубокой отрицательной обратной связи проводится частотная коррекция АЧХ с помощью пассивных -цепей, включаемых в схему операционного усилителя. Корректирующие цепи изменяют АЧХ таким образом, что ее спад на всех частотах составляет (рис. 6.16, а). Наиболее просто осуществить коррекцию АЧХ, включив в схему ОУ конденсатор достаточно большой емкости так, чтобы постоянная времени корректирующей цепи превышала . Тогда АЧХ усилителя сдвинется влево, и точка, соответствующая ее частоте среза , будет определяться уже величиной емкости , а спад АЧХ составляет в диапазоне частот . Если частота больше частоты единичного усиления сот кор скорректированной АЧХ, то усилитель будет устойчив при любой глубине обратной связи во всем диапазоне рабочих частот от 0 до . Недостаток такого способа коррекции состоит в том, что, обеспечив устойчивость усилителя, мы ограничим его полосу пропускания.

В настоящее время нашей промышленностью выпускаются ОУ общего применения, при разработке принципиальных схем которых учтено использование корректирующего конденсатора . ОУ, называемые усилителями с внутренней коррекцией, не требуют дополнительных корректирующих элементов и устойчивы любой глубине обратной связи во всем диапазоне рабочих Однако узкая полоса пропускания ограничивает применение с внутренней коррекцией.

Если необходимо усиливать сигналы высокой частоты, то используют ОУ с внешней коррекцией, когда усилитель имеет дополнительные внешние выводы для подключения корректирующих цепей.

Эти выводы позволяют выбрать оптимальную коррекцию АЧХ усилителя путем подключения к выводам коррекции навесных конденсаторов или -цепей. В спецификациях изготовителей ОУ обычно приводятся инструкции по применению цепей внешней коррекции.

Мы научились рассчитывать акустическое оформление с фазоинвертором и начали экспериментально определять зависимость полного электрического сопротивления динамических головок от частоты. Сегодня мы попробуем осмыслить результаты измерений, после чего рассмотрим способы амплитудной и частотной коррекции излучателей.

Если вы обнаружите минимумы импеданса около 3 Ом, не расстраивайтесь. Некоторые модели АС известных фирм имеют провалы до 2,6 Ом, а иногда даже до 2 Ом! Ничего хорошего в этом, конечно, нет - усилители перегреваются, работая на такую нагрузку, особенно на большой громкости, растут искажения.

Для ламповых триодных усилителей особенно опасны минимумы в области низких частот и нижней середины. Если импеданс здесь падает ниже 3 Ом, возможен выход из строя оконечных ламп, а вот пентоды этого не боятся.

Важно помнить, что выходное сопротивление усилителя участвует в настройке фильтра АС. Например, если сделать подъем на 1 дБ области Fc, подключив АС к транзисторному усилителю почти с нулевым выходным сопротивлением, то при работе с ламповым (типовое значение Rвых = 2 Ом) от форсажа не останется и следа. Да и вся АЧХ будет другой. Чтобы получить те же результаты, придётся создать другой фильтр.

Слушатель, не останавливающийся в развитии, со временем приходит к пониманию ценности хороших ламповых усилителей. По этой причине я обычно настраиваю акустику с ламповым оконечником, а при подключении к транзисторному ставлю последовательно с АС 10-ваттный безындукционный (не более 4 - 8 mН) резистор сопротивлением 2 Ом.

Если имея транзисторный усилитель, вы не исключаете возможность приобретения в будущем лампового, то при настройке и последующей эксплуатации подключайте ваши АС через такие резисторы. При переходе на лампы не потребуется настраивать АС заново, достаточно лишь удалить резисторы.

При отсутствии генератора подойдет тестовый CD с записью испытательных сигналов для оценки АЧХ. При этом вы не сможете плавно менять частоту и, скорее всего, пропустите самый минимум импеданса. Тем не менее, даже приблизительная оценка модуля Z будет полезна, причем для этого псевдошумовые сигналы в третьоктавных полосах даже удобнее, чем синусоидальные. Такие сигналы есть на тестовом CD журнала «Салон AV» (№7/2002). В крайнем случае, можно обойтись без измерений импеданса, если ограничить форсаж отдачи на частоте среза фильтра величиной 1 дБ. При этом импеданс вряд ли упадёт более чем на 20%. Например, для 4-омной АС это соответствует минимуму в 3,2 Ом, что допустимо.

Учтите, что «поймать» параметры элементов фильтра, необходимые для коррекции АЧХ, вам придётся самостоятельно. Предварительный расчёт нужен, чтобы изначально не промахнуться «на километр». В простой фильтр НЧ/СЧ-головки добавляются резисторы для некоторых манипуляций с АЧХ, которые могут потребоваться при настройке ваших АС. Если средний уровень звукового давления этого динамика выше соответствующего параметра ВЧ-головки, необходимо включить последовательно с динамиком резистор.

Варианты включения - на рис. 6 а) и б).

Величину необходимого снижения отдачи НЧ/СЧ-головки, выраженную в дБ, обозначим N. Тогда:

где Rд - среднее значение импеданса динамика.

Вместо расчётов можно воспользоваться таблицей 1.

Таблица 1

1 дБ - = 10%, или изменение уровня в 1,1 раза.

2 дБ - = 25% - » - в 1,25 раза.

3 дБ - = 40% - » - 1,4 раза.

4 дБ - = 60% - » - 1,6 раза.

5 дБ - = 80% - » - 1,8 раза.

6 дБ - = 100% - » - 2 раза.

где Vус - действующее значение напряжения на выходе усилителя. Vд - то же, на динамике. Vд меньше, чем Vс, благодаря ослаблению сигнала резистором R1. Кроме того, N = Nвч — Nнч, где Nнч и Nвч - уровень звукового давления, развиваемый, соответственно, НЧ и ВЧ-головками.

Эти уровни - усреднённые по полосам, воспроизводимым НЧ и ВЧ-головками. Естественно, Nнч и Nвч измеряются в дБ.

Пример быстрой оценки необходимой величины R1:

Для N = 1 дБ; R1 = Rд (1,1 — 1) = 0,1 Rд.

Для N = 2 дБ; R1 = Rд (1,25 — 1) = 0,25 Rд.

Для N = 6 дБ; R1 = Rд (2 — 1) = Rд.

Более конкретный пример:

Rд = 8 Ом, N = 4 дБ.

R1 = 8 Ом (1,6 — 1) = 4,8 Ом.

Пусть Рд - паспортная мощность НЧ/СЧ-громкоговорителя, PR1 - допустимая мощность, рассеиваемая R1.

Не следует затруднять отвод тепла от R1, то есть не надо обматывать его изолентой, заливать термоклеем и т.п.

Особенности предварительного расчёта фильтра с R1.

Для схемы на рис. 6 б) значения L1 и C1 рассчитываются на воображаемый динамик, суммарное сопротивление которого: RS= R1 + Rд.

При этом L1 получается больше, а C1 - меньше, чем у фильтра без R1.

Для схемы на рис. 6 а) - всё наоборот: введение в схему R1 требует уменьшения L1 и увеличения С1. Проще рассчитывать фильтр по схеме на рис. 6 б). Пользуйтесь именно этой схемой.

Дополнительная коррекция АЧХ при помощи резистора.

Если для улучшения равномерности АЧХ необходимо уменьшить подавление фильтром сигналов выше частоты среза, можно применить схему, приведённую на рис. 7

R2 в этом случае дает уменьшение отдачи в Fс. Выше Fc отдача, напротив, растёт по сравнению с фильтром без R2. Если необходимо восстановить близкую к исходной АЧХ (измеренной без R2), следует уменьшить L1 и увеличить C1 в одинаковой пропорции. На практике диапазон R2 находится в пределах:

R2 = (0,1Е1) і Rд.

Коррекция АЧХ

Простейший случай. На достаточно равномерной характеристике имеется зона завышенной отдачи («презенс») в области средних частот. Можно применить корректор в виде резонансного контура (рис. 8).

На частоте резонанса

Контур имеет некоторое значение импеданса, в соответствии с величиной которого сигнал на динамике ослабляется.

Вне частоты резонанса ослабление уменьшается, таким образом, контур может избирательно подавлять «презенс».

Удобно воспользоваться таблицей 1a:

Изм. уровня в дБ	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Относит. изм. уровня (D )	1,1	1,25	1,4	1,6	1,8	2	2,2	2,5	2,8	3,16	3,55	4

Пример: необходимо подавить «презенс» с центральной частотой 1600 Гц. Импеданс громкоговорителя - 8 Ом. Степень подавления: 4 дБ.

Конкретная форма АЧХ громкоговорителя может потребовать более сложной коррекции.

Примеры - на рис. 9.

Случай на рис. 9 а) - самый простой. Легко подобрать параметры корректирующего контура, так как «презенс» имеет форму «зеркальную» возможной характеристике фильтра.

На рис. 9 б) показан другой возможный вариант. Видно, что простейший контур позволяет «разменять» один большой «горб» на два маленьких с небольшим провалом АЧХ в придачу.

В таких случаях нужно сначала увеличить L2 и уменьшить С2. Это расширит полосу подавления до нужных пределов. Затем следует зашунтировать контур резистором R3, как показано на рис. 10. величина R3 выбирается исходя из необходимой степени подавления сигнала, подаваемого на динамик в полосе, определяемой параметрами контура.

Рис.10

R3 = Rд (D — 1)

Пример: надо подавить сигнал на 2 дБ. Динамик - 8 Ом. Обращаться к Таблице 1.

R3 = 8 Ом (1,25 — 1) = 2 Ом.

Как в этом случае происходит коррекция, показано на рис. 9 в).

Для современных громкоговорителей характерно сочетание двух проблем: «презенс» в области 1000 - 2000 Гц и некоторый избыток верхней середины. Возможный вид АЧХ приведен на рис. 11 а).

Наиболее свободный от вредных «побочных» эффектов способ коррекции требует небольшого усложнения контура.

Корректор показан на рис. 12

Резонанс контура L2, С2 нужен, как обычно, для подавления «презенса». Ниже Fp сигнал почти без потерь проходит на динамик через L2. Выше Fp сигнал идёт через С2 и ослабляется резистором R4.

Оптимизируется корректор в несколько этапов. Так как введение R4 ослабляет резонанс контура L2, C2, то изначально следует выбрать L2 больше, а C2 меньше. Это обеспечит избыточное подавление на Fp, которое нормализуется после введения R4.

R3 = Rд (D — 1), где D - величина подавления сигналов выше Fp.

D выбирается в соответствии с избытком верхней середины, сверяясь с таблицей 1.

Этапы коррекции условно проиллюстрированы на рис. 11 б).

В редких случаях требуется обратное воздействие на наклон АЧХ при помощи корректирующей цепи. Ясно, что для этого R4 должен переместиться в цепь L2.

Схема - на рис. 13.

Проблемная АЧХ и её коррекция для этого случая показаны на рис. 14.

При определённом сочетании величин L2, C2 и R4 корректор может не иметь особенного подавления на Fp.

Пример, когда необходимо именно такая коррекция, - на рис. 15.

(Продолжение следует)

Коррекция звука под особенности помещения давно используется звукорежиссерами для обеспечения настройки звука в студиях и концертных залах, имея целью ослабление влияния особенностей используемого помещения на звук. Особенно это важно для студий записи, которые не должны привносить в записываемый звук ничего дополнительного. В студиях в первую очередь используется акустическая обработка, а вот в залах для этого используются многополосные графические эквалайзеры или цифровые параметрические эквалайзеры. На слух или с помощью измерительного микрофона выявляются проблемы воспроизведения звука в разных частях помещения, после чего выполняется коррекция с помощью имеющихся эквалайзеров.

В идеальном случае аналогичную звуковую обстановку мы должны получить и в домашних условиях при прослушивании различных записей, что могло бы обеспечить звучание, каким его задумывал звукорежиссер. Реалии нашей жизни таковы, что немногие могут позволить себе полную акустическую отделку комнат в квартире или доме, а потому кто-то приглашает инсталляторов звукового оборудования, а кто-то пытается настроить всё самостоятельно. К сожалению, эта операция требует определенных теоретических знаний, опыта, а также соответствующей аппаратуры. Поэтому для домашних нужд все больше стали применяться автоматические системы калибровки, которые повторяют действия звукорежиссера или инсталлятора, но только делают это автоматически, с использованием выносного микрофона.

В большинстве статей, описывающих различную домашнюю аппаратуру, возможности систем калибровки практически не рассматриваются. А вопрос сравнения различных систем калибровки, насколько известно автору, не рассматривался вообще никем. Такое впечатление, что это своего рода табу среди обозревателей. Что же, давайте немного изменим этот мир. В данной статье мы попытаемся исправить это упущение и сравнить наиболее распространенные системы корректировки. При этом мы не будем сравнивать различия в звуке используемых ресиверов и их нагрузочную способность, не будем измерять искажения, как и исследовать дополнительную функциональность, даже если она касается звука - это совсем отдельная тема.

Также мы слегка затронем тему ручной эквализации, которая может быть полезна для владельцев ресиверов с не устраивающей их автоматической системой и для владельцев усилителей.

Немного теории

С развитием цифровых технологий в аудиоаппаратуре среднего и даже бюджетного классов мы получили возможность осуществлять предварительную коррекцию воспроизводимого звука в выбранной точке прослушивания через акустические системы (АС) с учетом особенности конкретного помещения, его размеров, схемы расстановки АС и окружающих предметов (мебели, штор, ковров и т. п.).

Задача таких систем, как минимум, выправить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) в точке прослушивания в отдельности для каждой АС, а также суммарную при одновременном звучании нескольких АС в системе многоканального домашнего кинотеатра. Кроме АЧХ для согласования одновременной работы нескольких АС требуется также синхронизировать фазо-частотную характеристику (ФЧХ), а для улучшения восприятия музыки также обеспечить минимальное групповое время задержки (ГВЗ).

Задача усложняется, если используются АС разных производителей или модельных линий, сами АС имеют неравномерность АЧХ, а комната не имеет минимальной акустической обработки для уменьшения влияния переотражений. Добавляет сложностей, если АС и точка прослушивания выбраны неверно: часть частот усиливаются в точке прослушивания, что вызывает бубнение или неприятный окрас тембров, а часть частот взаимно вычитаются, образовывая провал на АЧХ, что приводит к обеднению музыкальных тембров и, опять же, дополнительной окраске звучания.

Принцип работы подобных систем коррекции заключается во внесении в исходный сигнал изменений на этапе обработки цифровым звуковым процессором (DSP) таким образом, чтобы в точке прослушивания получить наиболее ровные параметры воспроизведения, лишенные влияния комнаты и особенностей конкретных АС в составе домашнего кинотеатра.

Никогда не нужно забывать, что с помощью одной лишь предварительной коррекции звука невозможно решить все проблемы воспроизведения звука через АС в жилой комнате, и очень желательно изначально выполнить ряд мероприятий по правильной расстановке АС, выбору точки прослушивания, минимальной обработке помещения для устранения нежелательных отражений сигналов от стен, пола и потолка. И только после этого, когда все возможное для текущего помещения было сделано, можно приступить к коррекции сигнала как к заключительному этапу настройки звучания аудиосистемы в используемом помещении.

Автоматическая коррекция

В современных ресиверах внутри установлены достаточно производительные процессоры, которые с помощью замера отклика каждой АС в точке прослушивания могут в автоматическом режиме настроить коррекцию звука как по амплитуде, так и по фазе, что должно привести к минимальным отклонениям на графике АЧХ и синфазной работе разных АС.

В рекламных материалах всех систем описывается, что данная система с помощью выносного микрофона производит анализ всех параметров воспроизведения звука в конкретном помещении и выполняет все нужные коррекции для обеспечения наилучшего звучания. То есть на первый взгляд все системы достаточно равноценны, и при выборе аудио/видеоресивера нам уже не нужно обращать внимание, какая именно система калибровки установлена, а больше следует обращать внимание на количество каналов, мощность усилителя, возможности подключения мобильных устройств и т. д. Единственным видимым отличием систем разного уровня является наличие или отсутствие коррекции канала сабвуфера (как правило, в дешевых ресиверах канал сабвуфера не поддается коррекции АЧХ).

На практике оказывается, что разные системы совершенно по-разному влияют на оптимизацию звука, и конечный результат довольно сильно отличается при применении той или иной системы. Даже у одного производителя встречаются несколько классов таких систем, имеющих разные возможности по правке звука.

Между тем, все подобные системы обеспечивают минимальный комфортный уровень: определяют количество подключенных АС, расстояние до них и уровень усиления для каждой АС. Параметры можно выставить и вручную, но с помощью микрофона все выполняется точнее и быстрее.

Задача тестирования

Задачей обзора является практический тест различных систем автоматической калибровки звучания под особенности помещения в одинаковых условиях: на одних и тех же АС, в одной и той же жилой комнате с АС разных производителей на фронтах, центре и тыловых местах. Конечно, лучше иметь АС одной компании и одной серии, но нередко в силу различных причин встречаются ситуации, когда система собирается в течение некоторого времени и получается некоторый разнобой.

Тестирование проводилось как с вариантом настройки «из коробки», так и с ручным изменением различных параметров для достижения оптимальной АЧХ.

Что должна обеспечить идеальная система калибровки? Равномерную АЧХ в точке прослушивания при воспроизведении звука как через одну любую АС, так и через любое количество одновременно работающих АС. Для объемного звучания важно, чтобы при перемещении музыкального образа в созданном звуковом пространстве не менялась его тональность, чего можно добиться только хорошим совпадением АЧХ и ФЧХ в точке прослушивания.

Что может помешать получить ровную АЧХ в точке прослушивания?

1. Образование стоячих волн вследствие многократных отражений звуковых волн от стен. В точке прослушивания может возникнуть как усиление исходной амплитуды (пучность стоячей волны), так и ослабление амплитуды (узел стоячей волны).
2. SBIR-эффект - взаимодействие между прямым звуком из АС и отражения от ближних границ комнаты.
3. Ослабление амплитуды сигнала вследствие гашения волн от разных АС, фазы которых отличаются в точке прослушивания.
4. Изначальная кривая АЧХ самих АС.

Тестовое помещение и измерительная аппаратура

Пример тестового помещения для прослушивания музыки. Не реальное тестовое помещение, описанное в данной статье!

Тестовое помещение представляет собой жилую комнату размером 5,8×3,1×2,7 м (Д×Ш×В) с одной входной дверью и одной дверью на балкон. Фронтальная АС расположена по короткой стене на расстоянии 70 см от окна. Место прослушивания находится на кожаном диване в 2 метрах от фронтальной системы и в 3 метрах до стены сзади. Между диваном и фронтальной АС на полу имеется ковер со средним ворсом, на окне плотная штора. Сабвуфер расположен между левой АС и центральной стойкой с аппаратурой.

В помещении установлены следующие акустические системы:

Все полнодиапазонные АС являются двухполосными с фазоинвертором, сабвуфер оснащен одним 15″ динамиком с применением электромагнитной обратной связи в корпусе типа «закрытый ящик».

Для измерения используется следующая аппаратура:

• Измерительный микрофон Behringer ECM 8000
• Интерфейс XLR-to-USB Shure X2U с фантомным питанием для микрофона
• Шумомер CEM DT-815
• Ноутбук ASUS N46vz со встроенной звуковой картой (Realtek HD Audio)
• USB-аудиоинтерфейс Behringer U-Control UCA202 (чип PCM2902E)
• Программное обеспечение REW v5.1 beta 17
• Набор необходимых проводов, стойка типа «журавль», фотоштатив

Следует обратить внимание, что измерительная аппаратура и программное обеспечение не являются профессиональными, поэтому полученные в ходе теста графики рекомендуется сравнивать не с другими, а только между собой внутри данного тестирования. Впрочем, насколько известно автору, данный микрофон и программа REW являются широко распространенными среди любителей хорошего звука, и потому при определенных ограничениях результаты имеют право на сравнение.

Методика тестирования

Для снятия замеров звучания различных АС в точке прослушивания используется измерительный микрофон Behringer ECM 8000, который подключен через переходник Shure X2U в USB-порт ноутбука ASUS N46vz. На ноутбуке запущено ПО REW v5.1. Выход со встроенной звуковой карточки подключается на один из аналоговых входов тестируемого ресивера.

С помощью ПО REW формируется тестовый свип-тон, который воспроизводится выбранной АС через ресивер. Звуковые волны улавливаются измерительным микрофоном, данные с которого обрабатываются в ПО REW, в результате чего формируются графики АЧХ, ФЧХ, отклонения времени групповой задержки и т. п.

Для понимания того, что́ именно подвергалось правке, также делались замеры с выходов предварительного усилителя каждого канала, чтобы можно было детально изучить, в каких диапазонах и на какой уровень были произведены изменения в поданном на вход сигнале без участия АС. Для снятия данных с предварительного усилителя также использовался USB-аудиоинтерфейс Behringer U-Control UCA202.

Предварительно звуковые интерфейсы были откалиброваны по АЧХ и ФЧХ с помощью «петли», т. е. подачей сигнала на вход с выхода самой же звуковой карточки. В качестве калибровочного файла для измерительного микрофона использовался скачанный из интернета калибровочный файл под данный микрофон.

Вначале выполнялись замеры каждой АС в точке прослушивания, а также комбинации различных АС при совместной работе. Для каждой комбинации выполнялись по два замера: с выключенной системой калибровки, т. е. исходная характеристика, а также со включенной обработкой звука встроенной системой калибровки, что позволяет увидеть результат действия коррекции в точке прослушивания. Каждая система калибровалась несколько раз для получения лучшего результата в точке прослушивания.

После выполнения обязательной программы по замерам выполнялись ручные правки для достижения наилучших результатов, а также контрольное прослушивание звуковых материалов и определенных эпизодов из популярных фильмов с большим количеством объемных эффектов.

Исходные замеры

Для понимания того, с какими АС пришлось работать, ниже приведены АЧХ всех АС по отдельности, снятые в ближнем поле (для пар замерялась только одна из АС), т. е. когда микрофон расположен на расстоянии около 20 см от центра ВЧ-динамика. К сожалению, даже при таком замере не удалось избежать влияния особенностей помещения, но оно минимально.

Vandersteen Model 1C
	Горб на 58 Гц связан с влиянием комнаты на результаты замера. АЧХ довольно равномерная.
KEF Cresta
	Подъем вплоть до почти 1 кГц сильно выделяет эту АС на фоне других, что представляет для систем калибровки дополнительную проблему по выправлению АЧХ вровень с фронтальными АС.
AAD C-100
Rythmik F15
Все АС на одном графике

Симуляция влияния комнаты на итоговую АЧХ при подключении фронтальных АС и сабвуфера достаточно близка к реальности, что было получено в результате последующих замеров:

Расчетный график АЧХ в точке прослушивания в симуляторе комнаты REW

Тестируемые системы калибровки

1. Audyssey 2EQ (кратко на основе старых замеров ресивера Onkyo TX-N717)
2. Ручная правка канала сабвуфера с помощью Behringer FBQ2496
3. Ручная правка фронтальных АС с помощью Behringer FBQ2496

Audyssey

Системы под маркой Audyssey делятся на несколько классов, которые различаются функциональностью и точностью.

Возможности	MultEQ XT32	MultEQ XT	MultEQ	2EQ
Разрешение фильтра	512х	16х	2х	1х
Разрешение фильтра (сабвуфер)	512х	128х	128х	нет
Количество позиций измерений	8	8	6	3
Адаптивная низкочастотная коррекция	есть	есть	есть	нет
Кроссовер, полярность, задержки, уровни	есть	есть	есть	есть

В основе работы системы коррекции АЧХ и ФЧХ лежит сложный FIR(КИХ)-фильтр, который позволяет достаточно точно корректировать исходную АЧХ по множеству точек. Разные классы системы Audyssey имеют различное разрешение фильтров, т. е. предоставляют разную точность правки звука.

После калибровки пользователю доступны следующие режимы, которые различаются итоговой кривой:

1. Ровный (Music для Onkyo) - наиболее ровная АЧХ для прослушивания в ближнем поле.
2. Референсный (Movie для Onkyo) - оптимизированная АЧХ для натурального звучания (по мнению разработчиков системы) с завалом в области ВЧ и небольшим провалом на частоте 2 кГц. Завал на высоких частотах рекомендуется исходя из требований THX для получения в домашних кинотеатрах звука, близкого к звуку в больших кинотеатрах.
3. Обход фронтов (в Onkyo не используется) - режим для тех, у кого вложены большие деньги во фронтальную акустику и акустическое оформление помещения (или кому просто нравится, как звучат фронты без дополнительной обработки). При этом коррекция остальных колонок привязывается к АЧХ фронтальных колонок.

Особенностью системы калибровки Audyssey является невозможность ручного изменения рассчитанных фильтров по правке АЧХ. Либо пользователь выбирает один из режимов, предложенных автоматом, либо отказывается и может воспользоваться отдельным графическим эквалайзером, который невозможно включить, пока используется один из режимов Audyssey. Единственное, как пользователь может воздействовать на результирующую АЧХ (по крайней мере, в реализации Onkyo) - немного поменять по вкусу тон регулировкой низких и высоких частот.

Все остальные параметры, такие как уровни, задержки, настройка кроссовера и т. д., можно править вручную.

Audyssey 2EQ

Audyssey 2EQ является базовой системой калибровки, и кроме типовых функций кроссовера и задержки выполняет коррекцию АС фильтрами с базовым разрешением в области СЧ/ВЧ без поддержки коррекции канала сабвуфера.

Пример работы системы Audyssey 2EQ по правке АЧХ (выход с предварительного усилителя Onkyo 717)

Изменения в АЧХ выполняются только в области средних и высоких частот начиная от 1 кГц, что позволяет решить только одну задачу - выравнивания характеристик различных АС на этих частотах.

Фактически в этой базовой системе нет коррекции под помещение, влияние которого проявляется в основном в области низких частот. Коррекция возможна только вручную с помощью встроенного графического эквалайзера, который включается только при выключении в меню использования настроек правки АЧХ системой Audyssey. И если вам повезло, и единственный горб в ваших условиях находится ровно на частоте 63 Гц, то он будет эффективно устранен вручную. В других случаях широкое влияние и фиксированная частота графического эквалайзера не позволит убрать горбы на АЧХ, не затронув соседние участки. Для канала сабвуфера может использоваться эквалайзер с более низкой сеткой частот, но опять же частоты фиксированные и могут не совпасть с проблемными в вашей комнате.

При использовании ресивера с системой 2EQ можно порекомендовать приобрести сабвуфер с собственной системой калибровки или использовать между ресивером и сабвуфером дополнительное устройство по коррекции АЧХ, которое может быть как автоматическим, так и ручным (параметрический эквалайзер). При этом хотя бы самые нижние частоты будут воспроизводиться верно, а все что выше частоты работы сабвуфера будет воспроизводиться «как есть».

Audyssey MultiEQ XT32 в ресивере Onkyo TX-NR818

Эквализация основных каналов

Система MultiEQ XT32 является старшей в ряду систем компании Audyssey. Ею обычно оснащаются топовые линейки аппаратов, но порой XT32 можно встретить и в среднем классе ресиверов.

График АЧХ левого канала до калибровки и после в режимах Movie («Кино») и Music («Музыка»):

Красная кривая - АЧХ левого канала в режиме Pure Direct, синяя - в режиме «Кино», зеленая - в режиме «Музыка»

На графиках АЧХ видна отличная работа XT32 как по выравниванию АЧХ в области горбов, так и в вытягивании провалов (насколько это возможно).

Режимы «Кино» и «Музыка» отличаются лишь на частоте около 2 кГц и в области ВЧ после 6 кГц до конца диапазона. Для наглядности отличий правки посмотрим АЧХ левого канала, снятую с выхода предварительного усилителя:

Красная кривая - АЧХ левого канала с предварительного усилителя в режиме Pure Direct, синяя - в режиме «Кино», зеленая - в режиме «Музыка»

В остальном диапазоне отличия «Кино» от «Музыки» настолько малы, что ими можно пренебречь. В дальнейшем все АЧХ будут выводиться только для режима «Кино».

График АЧХ правого канала до калибровки и после в режиме «Кино»:

Красная кривая - АЧХ правого канала в режиме Pure Direct, синяя - в режиме «Кино», зеленая - в режиме «Музыка»; сверху графики с предварительного усилителя, снизу графики с микрофона

Здесь мы видим агрессивную правку АЧХ в области НЧ и уже более спокойную правку на СЧ и ВЧ.

Также одной из особенностей ХТ32 является маниакальное желание выправить АЧХ даже там, где АС уже практически перестает играть. В данном случае частотный диапазон фронтальных АС начинается от 38 Гц, но за счет комнаты они еще играют от 30 Гц. Но Audyssey усиливает сигнал вплоть до 10 Гц (тут только в левом канале), что может перегрузить АС и усилитель на больших уровнях громкости, когда не используется отдельный сабвуфер.

Вернемся к АЧХ левой и правой АС до калибровки и посмотрим, насколько отличается АЧХ в проблемной области НЧ, где комната влияет больше всего:

Красная кривая - АЧХ левого канала в режиме Pure Direct, синяя - правого канала

На графике мы видим, что АС с одинаковыми АЧХ в ближнем поле довольно сильно отличаются по АЧХ в точке прослушивания, т. к. находятся на разных местах в комнате и имеют разную картину переотражений в связи с отсутствием полной симметрии в расстановке.

Но после работы Audyssey XT32 разница в АЧХ резко сокращается:

Красная кривая - АЧХ левого канала в режиме «Кино», синяя - правого канала в режиме «Кино»

Теперь посмотрим на достаточно сложный центральный канал, который имеет сильную неравномерность АЧХ:

Красная кривая - АЧХ центрального канала в режиме Pure Direct, синяя - в режиме «Кино»

Как видим, Audyssey отлично выправил АЧХ в области нижних частот. Но в данном случае больше важна не сама правка АЧХ, а согласованность с фронтальными АС, чтобы центральный канал сильно не выделялся своим звучанием. Для этого посмотрим на графики АЧХ всех трех передних АС - левой, правой и центральной:

Красная кривая - АЧХ левого канала в режиме «Кино», синяя - правого канала, зеленая - центрального канала

И опять хочется поаплодировать системе Audyssey XT32 за проделанную работу по выправлению характеристик совершенно разных АС. На практике во время прослушивания при включении режима «Кино» центральный канал действительно настолько гармонично сочетается с фронтальными АС, что порой кажется, что вся акустика - одного производителя.

Для того чтобы понять, как звучит система без калибровки, опять же достаточно посмотреть на графики АЧХ трех систем в режиме Pure Direct:

Красная кривая - АЧХ левого канала в режиме Pure Direct, синяя - правого канала, зеленая - центрального канала

Эквализация сабвуфера

Теперь перейдем к АЧХ канала сабвуфера и посмотрим, что нам может предложить XT32 здесь:

Красная кривая - АЧХ канала сабвуфера в режиме Pure Direct, синяя - в режиме «Кино»

Мы видим, что АЧХ сабвуфера была выправлена достаточно хорошо, насколько это было возможно при текущем его размещении.

На АЧХ с выходов предварительного усилителя можно рассмотреть корректирующую кривую канала сабвуфера:

Фиолетовая кривая - АЧХ канала сабвуфера с выхода предварительного усилителя в режиме Pure Direct, синяя - в режиме «Кино»

Здесь опять проявляется склонность Audyssey выравнивать АЧХ на любых частотах: даже на частотах выше 400 Гц система пытается вытянуть звук, который сабвуфер уже совсем не воспроизводит. Хорошо, что это происходит при работающем кроссовере, поэтому негативных последствий не вызывает. С другого же края АЧХ на данном сабвуфере все вполне нормально, т. к. он физически способен воспроизвести частоты от 10 Гц. Но вот с другим сабвуфером, который играет, скажем, от 30 Гц, могут возникнуть проблемы в связи с завышением уровня сигнала на самых нижних частотах, ниже 30 Гц, где сабвуфер уже ничего не воспроизводит. И если в него не встроен фильтр инфранизких частот, то усилитель может вхолостую усиливать сигнал, который динамик не в состоянии воспроизвести. Это нужно учитывать при проигрывании музыки или фильмов с большим уровнем громкости.

Эквализация тыловых каналов

Что касается АС тыловых каналов, то там все тоже хорошо выправилось, что наглядно видно на графиках АЧХ этих АС в режиме «Кино»:

Красная кривая - АЧХ левого заднего канала в режиме «Кино», синяя - правого заднего канала

Итог

Мы убедились, что Audyssey выправляет АЧХ каждой АС достаточно хорошо, и это означает, что сигнал из каждой отдельной АС будет максимально достоверно доходить до точки прослушивания.

Но что происходит, если один и тот же сигнал воспроизводится в обоих каналах - например, голос или другой любой монофонический сигнал?

Для этого взглянем на комплексную АЧХ работы фронтальных АС вместе с савбуфером:

Красная кривая - АЧХ трифоника в режиме Pure Direct, синяя - в режиме «Кино»

В совместной работе двух фронтальных АС вместе с сабвуфером после коррекции Audyssey в режиме «Кино» исправлены многие проблемы, хотя разница не такая впечатляющая, как сравнение изменений в каждом канале отдельно.

Чего очень сильно не хватает в ресивере Onkyo - так это возможности сохранить несколько настроек коррекции под разные ситуации: поскольку коррекция в Audyssey достаточно детальная, то при смене обстановки текущая правка становится не совсем актуальной. Например, можно было бы использовать несколько настроек для следующих ситуаций:

1. прослушивание с одним сабвуфером для одного человека (музыка для себя)
2. прослушивание с двумя сабвуферами (или вторым сабвуфером) для одного человека c раскрытым экраном для проектора (кино для себя)
3. прослушивание с двумя сабвуферами для нескольких человек на диване (кино для семьи)
4. тестовые варианты для выбора наилучшего положения точек замера

Также не хватает визуализации сделанных изменений. В YPAO мы можем смотреть настройки параметрического эквалайзера, скопировав настройки в ручной режим. В MCACC сделанные корректировки видны в меню настройки графического эквалайзера. И только в случае ресиверов Onkyo пользователь лишен какой-либо возможности визуально оценить сделанные изменения, без помощи внешнего микрофона оценка изменений возможна только на слух. Но это не особенность Audyssey, а его реализация у Onkyo. В современных ресиверах Denon можно посмотреть корректирующую кривую по каждому каналу и оценить ее изменения при различных замерах.

Advanced MCACC в ресивере Pioneer SC-LX56

Фирма Pioneer в своих ресиверах использует фирменную систему многоканальной акустической калибровки под названием MCACC. Кроме стандартных функций по определению подключенных АС, расстояния до них и уровня усиления, MCACC предлагает правку АЧХ, а также обещает корректировку ревербераций и времени групповой задержки.

После выполнения автоматической калибровки все настройки, за исключением контроля фазы, доступны для ручной корректировки. Для большего удобства предусмотрено 6 ячеек памяти для сохранения разных вариантов настроек под разные ситуации.

Полный процесс калибровки занимает достаточно продолжительное время, при котором на разных этапах по кругу воспроизводятся самые различные тестовые сигналы. Основной замер выполняется в одной точке положения микрофона, после его окончания результат автоматически записывается в память, и на экране появляется главное меню. Видео процесса полной калибровки можно .

После завершения калибровки в ячейке памяти М1 был сохранен вариант «Symmetry», а в ячейке М2 - вариант «All ch adj». В дальнейшем на графиках будут использоваться обозначения М1 и М2, что соответствует этим вариантам.

Эквализация основных каналов

Механизмами для правки АЧХ являются:

1. 9-полосный графический эквалайзер для всех каналов, кроме сабвуфера, с частотами 63, 125, 250, 1к, 2к, 4к, 8к, 16к (Гц).
2. Параметрический эквалайзер для корректировки стоячих волн (только в минус) с центральной частотой от 63 Гц. Используется для сабвуфера, центрального канала и всех остальных АС.

Для каждой пары АС настраивается один из вариантов размера - Large или Small. При установке в Large на АС подается весь частотный диапазон, при установке в Small - только часто́ты выше частоты́ среза, а все, что ниже - уходит на сабвуфер. Неудобно, что частота среза для АС типа Small устанавливается одна на всех от 50 до 200 Гц, при этом до 80 Гц есть только два значения: 50 и 80 Гц, что немного ограничивает точную настройку кроссовера под применяемые АС.

Интересной особенностью является возможность корректировки завала целевой кривой в ВЧ-диапазоне начиная от 2 кГц. В настройке Х-Curve можно выбрать уровень убывания наклона дБ на октаву.

Красная кривая - АЧХ левого канала в режиме Pure Direct, синяя - MCACC M1, зеленая - MCACC M2

Настройки графического эквалайзера левого канала:

Настройка коррекции стоячих волн для фронтальных АС:

Изменение АЧХ на графике вполне совпадает с настройками графического эквалайзера для левого канала и фильтра стоячих волн. Отчетливо видна работа графического эквалайзера по широкой правке АЧХ, при которой не выпрямляются отдельные горбы и провалы, а идет общая корректировка кривой.

Также для систем калибровки сложным является центральный канал, который сильно выделяется по своей АЧХ в области нижних и средних частот, и без правки он по звуку отличается от фронтальной пары АС.

График АЧХ центрального канала до и после калибровки:

К сожалению, чуда не произошло: вся неравномерность практически сохранилась в обоих режимах работы системы MCACC. На этом примере видно, что совсем разные АС вместе с MCACC лучше не использовать, т. к. уравнять их АЧХ не получится.

Выравнивание времени групповой задержки

Одной из главных особенностей MCACC заявлена борьба с реверберациями и выравнивание времени групповой задержки. На сайте компании по этому поводу много красивых видео, которые показывают, какая неприятность существует до калибровки и что после калибровки наступает звуковая нирвана.

Ну, а теперь самый волнительный момент - посмотрим избыточное время групповой задержки без коррекции и после калибровки.

Черная кривая - групповая задержка в режиме Pure Direct, красная - после калибровки MCACC, зеленая - после калибровки Audyssey

Чуда не произошло и тут: график избыточного времени групповой задержки практически не изменился.

Для сравнения приведен тот же график левого канала с ресивера Onkyo 818 в режиме «Музыка». Видно, что кое-где задержка даже меньше, несмотря на отсутствие подобных рекламных заявлений у Onkyo.

Может показаться, что замеры были сделаны неверные, но сам же ресивер нам предоставляет графики до и после калибровки, на которых видно, что произошло только смещение всех графиков вверх, а по частоте они остались практически неизменными.

На всех остальных замерах как отдельных АС, так и при одновременной их работе также не видна разница в корректировке времени групповой задержки, хотя при замерах в режиме М1 и М2 всегда выбирался контроль фазы «Fullband Phase Ctrl».

Эквализация сабвуфера

График АЧХ канала сабвуфера до и после калибровки:

Красная кривая - АЧХ сабвуфера до калибровки, синяя - MCACC M1, зеленая - MCACC M2

На графике видно, что практически никакой коррекции выполнено не было. Это и не удивительно, т. к. отдельного графического эквалайзера для сабвуфера здесь просто нет (в том же Onkyo 818 кроме Audyssey есть ручной графический эквалайзер сабвуфера с соответствующим набором частот), а расхождения на графиках - только из-за работы фильтра стоячих волн на частоте 63 Гц.

Поскольку сабвуфер имеет достаточно ровную собственную АЧХ, и место его расположения выбрано оптимальное, настроив срез на частоте 50 или 80 Гц, можно получить вполне ровную АЧХ сабвуфера. С другим сабвуфером или другим срезом все может быть более плачевно.

Итог

График АЧХ в режиме трифоника с частотой среза на сабвуфер 80 Гц:

Левый и правый канал в режиме трифоника

При одновременной работе фронтальных АС и сабвуфера итоговая АЧХ вполне предсказуема и не дарит никаких сюрпризов в виде появившихся провалов и горбов.

В целом по системе MCACC можно сказать, что она является вполне стандартной и позволяет настроить в автоматическом режиме все базовые параметры, а также 9-полосный графический эквалайзер и 3-полосный параметрический эквалайзер стоячих волн.

Подход к реализации системы MCACC достаточно интересен и имеет много возможностей по ручной правке, анализу результата, возможностям сохранять настройки в несколько ячеек памяти, но все ограничивается двумя очень серьезными недостатками:

1. Используется обычный графический эквалайзер с фиксированными центральными частотами. Для современной системы калибровки нужен более точный механизм, и если бы вместо графического эквалайзера был параметрический, то возможностей по настройке было бы гораздо больше.
2. Ограничение всех настроек 63 Гц снизу. Непонятно почему, но ниже 63 Гц что-либо настроить возможности нет, хотя в этом диапазоне лежат основные проблемы акустики помещений. Собственно, из-за этого ограничения напрочь отсутствует эквалайзер для сабвуфера.

YPAO RSC в ресивере Yamaha RX-A2010

Фирменная система калибровки YPAO компании Yamaha предоставляет как общие функции по установке уровней, задержки, настройке кроссовера, так и поканальную правку АЧХ.

На каждый канал для ручной правки выделяется по 7 фильтров параметрического эквалайзера (за исключением канала сабвуфера, где только 4 фильтра). Для каждого фильтра можно выставить центральную частоту, уровень коррекции, добротность фильтра.

Центральная частота фильтра выбирается из списка 28 фиксированных частот: 31,3; 39,4; 49,6; 62,5; 78,7; 99,2; 125,0; 157,5; 198,4; 250,0; 315,0; 396,9; 500,0; 630,0; 793,7; 1,00к; 1,26к; 1,59к; 2,00к; 2,52к; 3,17к; 4,00к; 5,04к; 6,35к; 8,00к; 10,1к; 12,7к; 16,0к (Гц). Для канала сабвуфера используются только первые 10 частот до 250 Гц включительно.

Добротность (Q) выставляется от 0,5 до 10,08: 0,5; 0,63; 0,794; 1; 1,26; 1,587; 2; 2,52; 3,175; 4; 5,040; 6,35; 8; 10,08.

После автоматической калибровки пользователю на выбор предлагается три варианта коррекции эквалайзером:

• Усредненный - наиболее ровная АЧХ
• По фронту - все АС подтягиваются к АЧХ фронтальных АС
• Натуральный - оптимизированная АЧХ для натурального звучания (по мнению разработчиков системы)

Во время описываемого тестирования, а также тестирования YPAO в ресивере Yamaha 1071 было выявлено, что на текущий момент есть две отличающиеся системы калибровки:

1. YPAO RSC (Reflected Sound Control)

Обе системы очень похожи внешне и по функциональности за одним исключением: в качестве механизма коррекции АЧХ в системе YPAO используется только 7-полосный эквалайзер на каждый канал (4-полосный на сабвуфер), а в системе YPAO RSC в дополнение к этому используется более сложный фильтр для фронтальных АС и центрального канала - предположительно FIR(КИХ)-фильтр.

После выполнения автоматической калибровки в системе YPAO RSC выполняется расчет сложного фильтра правки АЧХ (будем называть его просто RSC), а сверху него с помощью существующего параметрического эквалайзера выполняются правки для получения нескольких вариантов эквалайзера («Усредненный», «По фронту», «Натуральный»).

При копировании настроек одного из режимов в ручной эквалайзер мы получаем на выходе точно такую же правку, как и при работе соответствующего «автоматического» режима. Однако при обнулении ручного эквалайзера график на выходе предварительного усилителя не линейный, а содержит правки фильтра RSC, который нельзя отключить.

В системе YPAO для всех каналов используется только параметрический эквалайзер, и при его обнулении на выходе получается ровная прямая, как и в YPAO RSC для каналов объемного звучания и сабвуфера.

Эквализация основных каналов

График АЧХ левого канала до и после калибровки:

Красная кривая - график АЧХ без коррекции, синяя - в режиме «Натуральный», зеленая - в режиме «Усредненный»

Правки в области НЧ выполнены фильтром RSC, а в области ВЧ разница из-за разных настроек параметрического эквалайзера.

Посмотрим на графики с предварительного усилителя левого канала:

Черная кривая - график АЧХ без коррекции, красная - в режиме «Натуральный», синяя - в режиме «По фронту», зеленая - в режиме «Усредненный»

А вот что пользователь видит в параметрическом эквалайзере левого канала, скопировав настройку «Натуральный»:

И скопировав настройку «Усредненный»:

В параметрическом эквалайзере автоматически настраивается только общая правка на НЧ и ВЧ, и два режима «Натуральный» и «Усредненный» отличаются только правкой на ВЧ: для «Усредненного» правка в плюс +2,5 дБ на частоте 12,7 кГц, для «Натурального» правка −0,5 дБ на частоте 5 кГц и −1,5 дБ на частоте 16 кГц.

В режиме «По фронту» остается только фильтр RSC, а параметрический эквалайзер сбрасывается. Если пользователь скопирует любой режим эквалайзера, а потом его сбросит, то на выходе предварительного усилителя получится как раз кривая RSC «По фронту».

К сожалению, нами не был найден способ, как отключить действие фильтра RSC, чтобы фактически осталась правка только параметрического эквалайзера. Но на практике это и не нужно, т. к. фильтр RSC вполне корректно правит горбы на АЧХ и его можно дополнить ручными настройками параметрического эквалайзера.

Правки в области примерно до 500 Гц имеют максимальную амплитуду до 6-7 дБ, после чего вплоть до 3-4 кГц амплитуда постепенно уменьшается. Правка в ВЧ-области отдана на откуп параметрическому эквалайзеру, который каждый пользователь может изменить под свои предпочтения.

Неприятной неожиданностью стал подъем в области самых нижних частот F3 (граничная частота по уровню −3 дБ), где фронтальные АС уже практически не играют, но фильтр RSC пытается вытянуть АЧХ с помощью максимального усиления вплоть до нескольких герц. То же можно увидеть и в работе Audyssey XT32, который мы не можем править. В YPAO есть параметрический эквалайзер сверху автоматического фильтра, но, к сожалению, выправить им этот диапазон не удалось, т. к. его минимальная частота всего 31,3 Гц. Нужно это учитывать при настройке домашней акустики или подключить сабвуфер - тогда график начинает заваливаться ниже частоты среза:

Черная кривая - график АЧХ без коррекции, красная - в режиме «По фронту», синяя - попытка правки эквалайзером на 31,3 Гц, зеленая - при включении кроссовера для сабвуфера на частоте 80 Гц

Но данная особенность проявилась только на фронтальных АС, для АС центрального канала подъема на самых низких частотах нет.

График АЧХ правого канала до и после калибровки (для наглядности одновременно АЧХ с микрофона и предварительного усилителя):

Красная кривая - график АЧХ правого канала до коррекции, зеленая - в режиме «Усредненный», синяя - в режиме «Натуральный»

Теперь перейдем к центральной АС, которая является достаточно сложной из-за своей своеобразной АЧХ:

Красная кривая - график АЧХ центрального канала до коррекции, зеленая - в режиме «Усредненный», синяя - в режиме «Натуральный»

К сожалению, все особенности АЧХ остались на графике и после работы всех фильтров, т. е. YPAO не удалось выровнять кривую АЧХ и приблизить ее к фронтальным АС.

Но у нас в запасе есть параметрический эквалайзер, с помощью которого можно попытаться выправить АЧХ вручную. На примере центрального канала оценим возможности параметрического эквалайзера в правке АЧХ в области НЧ/СЧ. Несколько правок, и в итоге:

Красная кривая - график АЧХ центрального канала до коррекции, синяя - в режиме «По фронту» с ручной правкой эквалайзера

После ручной правки график АЧХ неплохо выровнялся, что заметно и на слух: центр теперь не так сильно выделяется своим звучанием.

И если наложить график АЧХ центральной АС на график АЧХ левой АС, то видно, что АЧХ теперь отличаются не так сильно:

Красная кривая - график АЧХ левого канала, синяя - центральный канал после ручной коррекции

На графике с предварительного усилителя можно посмотреть разницу в фильтрах:

Красная кривая - график АЧХ центрального канала с выхода предварительного усилителя до коррекции, синяя - в режиме «Усредненный», зеленая - в режиме «По фронту» с ручной правкой эквалайзера в полосе до 2 кГц

Правка параметрического эквалайзера для центрального канала на экране выглядит следующим образом:

Эквализация тыловых каналов и сабвуфера

Теперь перейдем к тыловым каналам. После взгляда на графики АЧХ с предварительного усилителя становится ясно, что на тылах работает только обычный параметрический эквалайзер без сложного фильтра RSC:

Красная кривая - график АЧХ в режиме «Натуральный», синяя - в режиме «По фронту», зеленая - в режиме «Усредненный»

То ли инженеры Yamaha решили, что на тыловые каналы не нужна дополнительная точность, то ли пока не хватает вычислительных мощностей встроенного процессора DSP.

Точно такие же графики мы можем обнаружить на всех каналах обычной системы YPAO (без приставки RSC), где в качестве инструмента правки АЧХ используется только параметрический эквалайзер (например, в ресивере Yamaha RX-V1071).

К сожалению, сложным фильтром RSC обделили не только тыловые АС, но и канал сабвуфера:

Зеленая кривая - график АЧХ канала сабвуфера с предварительного усилителя до коррекции с кроссовером 200 Гц, синяя - в режиме «Натуральный»

Соответственно, в автоматическом режиме АЧХ сабвуфера практически не подвергается изменению:

Красная кривая - график АЧХ канала сабвуфера до коррекции с кроссовером 200 Гц, синяя - в режиме «Натуральный», зеленая - в режиме «Усредненный»

Попытки выправить АЧХ канала сабвуфера параметрическим эквалайзером особого результата не дали, т. к. на нижних частотах шаг центральной частоты эквалайзера достаточно большой:

Черная кривая - график АЧХ канала сабвуфера до коррекции с кроссовером 200 Гц, красная - после ручной правки параметрическим эквалайзером

Для оценки возможностей эквалайзера в канале саба был подключен второй сабвуфер и выполнены попытки поправить АЧХ ручными настройками. Но и в этом случае из-за ограниченности набора центральных частот эквалайзера существенного изменения также добиться не удалось, поэтому для полной правки канала сабвуфера лучше применить сабвуфер со встроенной калибровкой или отдельное внешнее устройство (далее будет описан вариант использования внешнего параметрического эквалайзера).

Но для обоих сабвуферов установка кроссовера на частоту менее 80 Гц позволяет избежать больших колебаний на АЧХ, что для многих будет вполне приемлемо по полученному результату.

Ручная правка АЧХ с помощью Behringer FBQ2496

Поскольку у нас имелось соответствующее оборудование, было решено привести пример возможности ручной коррекции звука с помощью недорогого внешнего параметрического эквалайзера для сравнения с системами автоматической коррекции.

Ручная правка канала сабвуфера

В качестве такого устройства был выбран достаточно популярный цифровой параметрический эквалайзер для настройки АЧХ сабвуфера в составе подавителя обратной связи Behringer FBQ2496. В FBQ2496 присутствуют по 20 фильтров на два канала. Для каждого фильтра достаточно точно выставляется центральная частота от 20 Гц до 20 кГц.

В области НЧ шаг составляет от доли герца (в начале диапазона) до нескольких герц: 20,00; 20,23; 20,46; 20,70; 20,94; 21,18 ... 60,49; 61,10; 61,80; 62,52; 63,25 ... 120,5; 121,9; 123,3; 124,7; 126,2 ... (Гц).

В области ВЧ шаг уже составляет десятки и сотни герц: 5,024; 5,082; 5,141; 5,200; 5,260; 5,321 ... 19,099; 19,321; 19,544; 19,771; 20 (кГц).

Для настройки сабвуфера была снята исходная АЧХ, выбран диапазон правки от 10 до 120 Гц и автоматически сформированы фильтры в программе REW, после чего они были загружены в эквалайзер по MIDI-интерфейсу.

Настройки фильтров для правки АЧХ сабвуфера

Кроме автоматически сформированных фильтров по результатам замера были добавлены еще два фильтра со следующими параметрами:

• Частота 44,2 Гц, усиление −2 дБ, добротность 0,5
• Частота 153 Гц, усиление −6,5 дБ, добротность 0,16

Итоговые кривые АЧХ при работе сабвуфера со срезом на 200 Гц:

Зеленая кривая - до работы эквалайзера, синяя - работа эквалайзера по 12 фильтрам

В диапазоне до 67 Гц график АЧХ превращается практически в прямую линию, а дальше до 120 Гц отклонения не превышают 3 дБ. В дальнейшем лучше установить частоту раздела 60 или 80 Гц.

Однако надо понимать, что была выполнена настройка только канала сабвуфера, а при его совместной работе с фронтальными АС, если АЧХ в НЧ-области на них не правится, придется выполнить корректировку настроек в зависимости от наложения сигнала от сабвуфера и фронтальных АС в области выбранной частоты раздела.

Ручная правка фронтальных АС

В случае, когда в системе не используется сабвуфер и музыка прослушивается только через фронтальные АС, подключенные к стереоусилителю, возможно задействовать для коррекции звука параметрический эквалайзер.

Для теста был выбран диапазон вплоть до 1 кГц. Были выполнены замеры в программе REW исходных АЧХ двух АС, выполнена автоматическая генерация фильтров по целевой прямой на уровне 75 дБ, далее фильтры были загружены в эквалайзер через MIDI-интерфейс. Никаких дополнительных правок настроек эквалайзера больше не выполнялось. Под левый канал ушли все 20 фильтров, под правый - только 17.

График АЧХ с выходов эквалайзера показывает, что фильтры сформированы достаточно сложной формы, местами узкой добротности, что потребовало использования большого количества фильтров на каждый канал.

Изменение АЧХ для левой АС:

Красная кривая - АЧХ левой АС без работы эквалайзера, синяя - при включенном эквалайзере, черная - с выхода эквалайзера

Изменение АЧХ для правой АС:

Зеленая кривая - АЧХ правой АС без работы эквалайзера, синяя - при включенном эквалайзере, черная - с выхода эквалайзера

Здесь мы видим, что для каждой отдельной АС график АЧХ в области до 1 кГц стал ровнее, и остались только провалы, которые не стоит вытягивать за счет изменения амплитуды сигнала.

Audyssey MultiEQ XT32 в программе ARC2 (Advanced Room Correction 2)

Ранее были рассмотрены только «железные» решения, когда система коррекции была встроена в ресивер или использовался внешний параметрический эквалайзер. Но существуют и программные решения, позволяющие корректировать сигнал в соответствии с особенностями акустики помещения.

Недостатком такого способа является привязанность к компьютеру как источнику сигнала, а также обработка только 2 стереоканалов. Преимуществом же является гибкость настроек и возможность использовать его в связке с любым интегральным усилителем.

Система ARC2 (Advanced Room Correction 2) построена на базе решения Audyssey MultiEQ XT32 и позволяет не только выполнить замеры в нескольких точках, но и посмотреть получившуюся АЧХ для каждого канала, а также скорректировать целевую кривую, выбрав любую предварительную настройку или вручную отредактировав ее под свой вкус.

Использовать VST-плагин можно в любом проигрывателе, поддерживающем VST-расширения, а также для воспроизведения любых звуков в Windows при условии установки нескольких программ. Для этого понадобятся:

1. ASIO4All
2. Virtual Audio Cable
3. ASIO FX Processor

Настроив вывод всего звука в виртуальный кабель, включаем VST-плагин ARC2 в программе ASIO FX Processor и выводим звук на линейный выход звуковой карточки.

Для выполнения замера АЧХ с помощью внешнего микрофона потребуется звуковая карточка с поддержкой ASIO и частоты дискретизации 48 кГц.

АЧХ левого канала системы ARC2:

Красная кривая - АЧХ левой АС без работы ARC2, синяя - при включенном ARC2, зеленая - при ARC2 с включенной опцией «Full Range Bass Correction»

Результат работы ARC2 похож на тот, что мы видим после Audyssey XT32 в ресивере Onkyo. Разница в том, что мы можем в режиме реального времени править целевую кривую и сразу же получать результат.

Можно задействовать опцию «Full Range Bass Correction» для выравнивания в области самых низких частот, выбрать одну из предварительно заложенных кривых, а также редактировать до 4 пользовательских кривых. В нашем случае при использовании измерительного микрофона с калибровкой IK000008 вместо IK000002 пришлось изменить кривую в области ВЧ:

После коррекции в обоих каналах на выходе получаем две ровных АЧХ:

Зеленая кривая - АЧХ левой АС при включенной ARC2, синяя - правой АС при включенной ARC2

Если сравнить графики АЧХ на выходе предварительного усилителя с ресивера Onkyo при включенном режиме «Кино» настройки Audyssey и с выхода звуковой карточки при работе ARC2, то можно заметить, что они практически полностью совпадают и различаются только небольшим смещением микрофона при замере:

Красная кривая - АЧХ левой АС при включенной ARC2, синяя - левой АС при работе Audyssey XT32 в ресивере Onkyo

Программный комплекс ARC2 можно рассматривать как некий специфический эквалайзер, где пользователь задает не кривую правки, а сразу же требуемую кривую АЧХ в точке прослушивания, и система генерирует необходимый фильтр для обеспечения заданного значения по данным предварительного замера с микрофона на требуемой площади прослушивания.

Финальное сравнение «железных» систем эквализации

Хочется сразу предупредить, что тестирование ресиверов производилось в разное время, поэтому сравнивать графики разных ресиверов нужно с пониманием того, что измерительный микрофон мог быть немного сдвинут (хотя он выставлялся всегда строго по линейке и далее отстраивался тестовыми замерами в режиме Pure Direct для совпадения АЧХ с предыдущими замерами). Положение измерительного микрофона больше влияет на область СЧ и ВЧ, где каждые 5 мм смещения могут существенно поменять картину. В области НЧ такие перемещения практически незаметны, а сколько-нибудь критичны лишь перемещения на несколько сантиметров.

Чтобы продемонстрировать различия, приведем графики АЧХ левого канала для каждого ресивера без применения правки системами коррекции:

Синяя кривая - АЧХ левой АС системы YPAO без коррекции, зеленая - системы MCACC, красная - системы Audyssey

Как видим, в области НЧ различия минимальные, да и на остальном диапазоне тоже несущественные, поэтому, учтя факт этих небольших различий, приступим к сравнению АЧХ с различных систем.

К сожалению, ни один из протестированных ресиверов ни в каком виде не показывает исходные графики замеренных АЧХ (хотя бы в упрощенном виде со сглаживанием 1/6 октавы) для визуальной оценки проблемных областей и возможности для начала частично решить их с помощью поиска оптимального расположения АС и места прослушивания. Все нужные данные присутствуют после замера, а используемые процессоры и качество вывода изображения на телевизор позволяют вывести график АЧХ, но по каким-то причинам никто из производителей это не делает.

Рассмотрим правку левого канала MCACC и YPAO:

Синяя кривая - АЧХ левой АС системы YPAO при настройке «Усредненный», зеленая - системы MCACC при настройке М2

В области НЧ все очень похоже, т. к. правка обеих систем минимальна, но график YPAO выглядит немного лучше за счет вытягивания некоторых провалов. На частотах ниже 40 Гц система YPAO пытается вытянуть АЧХ за счет дополнительного подъема, что выглядит достаточно красиво, и на небольшой громкости это даже приятно на слух, но вот включать музыку на повышенной громкости с такой правкой не рекомендуется из-за возможной перегрузки усилительной части и искажений со стороны НЧ-динамика.

График АЧХ левого канала систем Audyssey и YPAO:

Синяя кривая - АЧХ левой АС системы YPAO при настройке «Усредненный», красная - системы Audyssey при настройке «Кино»

Правка НЧ-области системой Audyssey более точная, и график АЧХ более линеен за счет среза пиков и вытягивания провалов. Так же как и YPAO, система Audyssey пытается вытянуть АЧХ ниже 40 Гц за счет усиления сигнала. На частотах около 6 кГц у Audyssey видится подъем, который на слух ощущается как более «открытое» звучание. В остальном графики очень похожи.

Перейдем к центральному каналу, как самому интересному для анализа работы системы коррекции АЧХ (в связи с изначально большой неравномерностью АЧХ этого канала в тестируемой системе):

Красная кривая - АЧХ центрального канала системы Audyssey, зеленая - системы YPAO в режиме «Натуральный», синяя - системы MCACC в режиме М2

Графики после систем MCACC и YPAO имеют достаточно большую неравномерность в полосе частот от 100 Гц до 700 Гц, что на слух воспринимается как окраска звучания относительно фронтальных АС. График после Audyssey наиболее ровный и, как мы рассмотрели в части описания Audyssey MultiEQ XT32, практически совпадает с АЧХ фронтальных каналов.

Однако для YPAO была произведена ручная коррекция с помощью параметрического эквалайзера, и теперь их разница с Audyssey совсем незначительная и проявляется только на отрезке от 100 до 180 Гц:

Красная кривая - АЧХ центрального канала системы Audyssey, зеленая - системы YPAO с ручной правкой эквалайзера

Дальше сравним сразу несколько одновременно звучащих АС, чтобы оценить, насколько корректна оказалась правка для воспроизведении сигнала не из одной АС, а сразу из нескольких - это любой монофонический сигнал, голос или же инструмент, расположенный по центру.

АЧХ в режиме трифоника (фронты + саб со срезом на 80 Гц) систем MCACC и YPAO:

Красная кривая - АЧХ в режиме трифоника системы YPAO при настройке «Усредненный», зеленая - системы MCACC при настройке М2

АЧХ в режиме трифоника после корректировки системами MCACC и YPAO очень похожи, особенно в области НЧ, где обе системы практически не правят канал сабвуфера и далее вместе повторяют все горбы и провалы. Подъем в области ВЧ на YPAO может быть легко изменен параметрическим эквалайзером.

Трифоник (фронты + саб со срезом на 80 Гц) Audyssey и MCACC:

Зеленая кривая - АЧХ в режиме трифоника системы MCACC при настройке М2, синяя - системы Audyssey XT32 при настройке «Кино»

Правка АЧХ системой Audyssey XT32 очень хорошо заметна в области НЧ, где в канале сабвуфера получается практически «полочка», а далее все горбы срезаны и вытянуты некоторые провалы.

Трифоник (фронты + саб со срезом на 80 Гц) Audyssey и YPAO:

Красная кривая - АЧХ в режиме трифоника системы YPAO при настройке «Усредненный», синяя - системы Audyssey XT32 при настройке «Кино»

Опять же видим отличную работу Audyssey в канале сабвуфера и в остальном НЧ-диапазоне.

Сложным тестом является одновременное воспроизведение сигнала всеми АС - фронтальными, центральной, тыловыми и сабвуфером. В этом случае важны все параметры: правка АЧХ каждого канала, правильно настроенное расстояние до колонок, уровни усиления по каждому сигналу, совпадение фазы. При воспроизведении тестового сигнала одновременно во всех АС разница в итоговых АЧХ оказалась достаточно приличной:

Красная кривая - АЧХ одновременной работы всех 5.1 каналов системы YPAO при настройке «Усредненный», синяя - системы Audyssey XT32 при настройке «Кино», зеленая - системы MCACC при настройке М2

Графики систем MCACC и YPAO практически совпадают в области частот от 100 Гц до 800 Гц, далее до 3 кГц в YPAO наблюдается небольшой провал - видимо, связанный с тем, что тыловые каналы правятся лишь минимально. В области работы сабвуфера разница порядка 7 дБ, чему пока тяжело дать объяснение. Возможно, разница связана с ошибками замеров, либо какие-то каналы были установлены у системы MCACC в Large (без среза на сабвуфер), или, возможно, системы по-разному отрабатывают разложение стереосигнала одновременно на 5 каналов.

График АЧХ системы Audyssey отличается ровной «полочкой» в диапазоне работы сабвуфера, но потом идет спад примерно на 7 дБ и далее более-менее прямая АЧХ с провалами на частотах 197 и 356 Гц, но без значительного подъема на частоте 165 Гц, как в других системах, что связано, вероятнее всего, с особенностями центрального канала. Завал в области 2 кГц является особенностью режима «Кино» и практически отсутствует в режиме «Музыка».

Итоги

1. Audyssey MultiEQ XT 32 за самые ровные графики АЧХ всех каналов, включая сабвуфер
2. YPAO RSC за хорошую работу сложного фильтра RSC по правке проблем в области НЧ
3. MCACC за наглядность представления информации о выполненных изменениях
4. YPAO за работу во всем диапазоне частот
5. Audyssey 2EQ за выправление АЧХ разнородных АС в диапазоне ВЧ

1. YPAO (все) за гибкий параметрический эквалайзер на каждый канал
2. MCACC за 9-полосный графический эквалайзер и 3-полосный эквалайзер стоячих волн
3. Audyssey (все) за графический эквалайзер, включая эквалайзер канала сабвуфера (реализация Onkyo)

1. Audyssey MultiEQ XT 32 и YPAO RSC. Тяжело однозначно выбрать лидера, т. к. одна система отлично выправляет АЧХ во всем диапазоне, а вторая хоть и хуже выправляет АЧХ, но имеет возможность дополнительной правки полученного результата с помощью параметрического эквалайзера под личные предпочтения.
2. MCACC. Неплохой набор возможностей ограничен лишь используемыми средствами для правки.
3. YPAO. Автоматическая настройка лишь незначительно правит АЧХ каналов, что требует обязательного изменения настроек параметрического эквалайзера для получения приемлемого результата.
4. Audyssey 2EQ. Отсутствие правки ниже 1 кГц не позволяет скорректировать влияние помещения.

В случае использования компьютера в качестве источника и при прослушивании только стереозаписей наилучшим вариантом будет использование Audyssey MultiEQ XT32 в программе ARC2, т. к. такое решение совмещает сразу две особенности: отличную работу автомата и возможность ручной правки.

Audyssey 2EQ

Плюсы: базовая система калибровки основных параметров.

Минусы: отсутствие какой-либо коррекции в области ниже 1 кГц, что не позволяет исправить проблемы, связанные с особенностями помещения.

Audyssey MultiEQ XT32 (в ресивере)

Плюсы: самая мощная система по выравниванию АЧХ всех каналов в полном диапазоне (как под особенности помещения, так и под разнородные АС, включая тыловые и сабвуфер), простота для конечного пользователя.

Минусы: невозможность правки результата работы коррекции, нет возможности задать параметры перед началом измерений, нет возможности сохранить несколько результатов коррекции, вытягивание АЧХ за пределами диапазона работы АС.

Audyssey MultiEQ XT32 (в составе программы ARC2)

Плюсы: самая мощная система по выравниванию АЧХ всех каналов в полном диапазоне под особенности помещения, возможность ручной правки целевой кривой.

Минусы: требуется компьютер в качестве источника, обработка только стереовывода, сложность настройки сквозного тракта для вывода всех звуков с компьютера.

Advanced MCACC

Плюсы: возможность правки эквалайзера, настроенного автоматом, несколько ячеек памяти для разных настроек и результатов замеров, наглядное представление информации о сделанных изменениях, точность выставления центральной частоты параметрического эквалайзера фильтра стоячих волн (начиная от 63 Гц).

Минусы: отсутствие эквалайзера для сабвуфера, настройка фильтра стоячих волн только от 63 Гц, наихудший результат выправления АЧХ в области НЧ, одна частота кроссовера сабвуфера для всех каналов.

YPAO (обычная)

Плюсы: возможность правки результата настройками параметрического эквалайзера.

Минусы: невозможность точно настроить АЧХ сабвуфера, требуется некоторая квалификация пользователя для точной настройки АЧХ с помощью ручной правки эквалайзера, большой шаг центральных частот параметрического эквалайзера и максимум 7 полос на каждый канал.

YPAO RSC

Плюсы: совмещение сложного фильтра RSC для правки проблем в области НЧ и СЧ с возможностью правки результата настройками параметрического эквалайзера.

Минусы: невозможность точно настроить АЧХ сабвуфера, неотключаемая правка фильтра RSC в режиме ручного эквалайзера, отсутствие фильтра RSC для тыловых каналов и сабвуфера, требуется некоторая квалификация пользователя для точной настройки АЧХ с помощью ручной правки эквалайзера, большой шаг центральных частот параметрического эквалайзера и максимум 7 полос на каждый канал.

Каждый радиолюбитель, кто хоть раз самостоятельно строил акустические системы (АС) знает, что даже точное исполнение проекта, рекомендаций авторов конструкции не всегда приводят к получению желаемого результата. При всей сложности или просто невозможности оценки качества самодельных АС в домашних условиях, кроме как «на слух», авторы конструкций часто не приводят ни методик оценки своих проектов, ни рекомендаций по их применению (размещению и подключению АС). Бывает, что после повторения очередного «шедевра», когда проходит радость от окончания работ над ним, наступает период мучительных оценок и выводов. Энтузиазм и минутная эйфория часто сменяются почти разочарованием. Действительно, сложно уже в готовой конструкции искать причины неудовлетворительной работы, когда делалось «все как надо». А может быть конструкция хорошая, но усилитель «не такой» или другое... Знакомо?

Посмотрите в радиолюбительских журналах прошлых лет статьи, посвященные конструированию акустических систем. Уважаемые авторы создавали свои варианты практически вслепую, без учета физики электромеханических преобразований и акустики как таковой. Бесспорно, ряд конструкций самодельных АС, приемов доработок промышленных АС и динамических головок - являются удачными и заслуживают внимания. Многие конструкции стали для любителей высококачественного звуковоспроизведения хорошей «школой» в бесконечном циклическом процессе создания или переделки АС по принципу: «Вот-вот и станет совсем хорошо...». Но, заметьте, что авторы сравнивали свои разработки (максимум) с промыш­ленными образцами АС заводов бывшего СССР. Попробовали бы они сравнить свои проекты с продукцией таких фирм как BOSE или JBL...

Возражение против покупки АС импортного производства нижней и средней ценовой категории следующее: «А кто Вам сказал, что такая АС в Вашей жилой комнате будет звучать, а не излучать сладкоголосые звуки?». Мотивы типа: «Все равно так не сделать» - не убеждают. Конечно, есть образцы фирменной акустики, которые бесподобны по своей конструкции и звучанию, но и стоимость их (как и всего ноу-хау) очень высока.
Даже сейчас, когда появилась реальная возможность использования качественных современных динамических головок, продолжают встречаться описания самодельных АС (уже на новой элементной базе), наследующие ошибки конструкций предыдущих лет. Такое впечатление, что в нынешнем многообразии выбора исходного материала мы можем рассчитать и грамотно построить только корпус АС(ящик). На самом деле, не только объем АС является определяющим показателем качества. Иногда и правильно рассчитанный с точки зрения равномерной АЧХ корпус не звучит. При снижении основного недостатка существующих динамических головок - значительной неравномерности АЧХ в средне-высокочастотном диапазоне, они мало чем будут уступать доброй трети импортных и на них можно построить АС, которая будет удовлетворять взыс­кательного слушателя.

Вся прелесть процесса самостоятельного создания АС зак­лючена в свободе выбора конструкции и получении желаемого результата независимо (или почти независимо) от затрат, чего нельзя достичь в массовом производстве. А значит, был и остается смысл попытаться пополнить свои знания и начать сначала. Несмотря на то, что в этом материале конкретная конструкция акустической системы не приводится, некоторые аспекты работы низкочастотного звена АС излагаются с практической точки зрения и доступны для повторения или самостоятельного анализа с достаточной точностью.

Первое. Акустика помещения, а проще говоря жилой ком­наты, далека от совершенства. Если Вы не можете улучшить акустику помещения по всем правилам (пропорции «золотого сечения 0,618:1:1,618», разумного использования звукопоглощающих материалов, выбора места размещения АС, выбо­ра точки прослушивания и т.д.), то Вам, действительно, стоит присмотреть мини-комплекс и успокоиться. В противном случае - идем дальше. С одной стороны, каждая комната звучит по-своему даже после внесения в обстановку всех разумных изменений. С другой стороны, каждый из нас знает особенности своего жилища, мы привыкли к «домашней» окраске звуков. Наш мозг подсознательно начинает трансформировать слышимое к его первоначальному колориту. Поэтому, что действительно необходимо попытаться сделать в комнате - это минимизировать стоячие волны, привести в приемлемое зна­чение уровень реверберации, убрать или задемпфировать резонирующие предметы (поверхности) и организовать правильную зону прослушивания.

Второе. Появление новых источников звука, основанных на цифровых технологиях, таких как видео Hi-Fi (с ЧМ записью звука) магнитофоны, ПК (MPEG), компакт- и мини-диски, предъявляет к АС новые требования: повышенная равномерность фазочастотной и амплитудно-частотной характеристик, широкий динамический диапазон, минимальные интермодуляционные искажения. Природа искажений в АС обусловлена физикой процесса звуковоспроизведения и настолько много­гранна, что все виды искажений вряд ли можно устранить на практике. Однако, часть из них хорошо изучена в радиолюбительском мире, а значит и поддается контролю в процессе конструирования. Главное правило должно быть таким: каждый вид искажений уменьшается индивидуально и тщательно.

Третье. Стоимость работ. В любом случае стоимость материалов и комплектующих, затраченных на изготовление хорошей «домашней» АС, будет несоизмеримо меньше стоимости АС, которую бы Вы приобрели, будь такая возможность. Значит, вкладывать в конструкцию свои знания, что называется «для себя» - очень выгодно.

Последнее. При покупке фирменной АС никто, кроме производителя, не даст Вам рекомендаций по ее размещению и правильной «настройке» под конкретную обстановку. Этой информации ни у продавцов, ни в Интернете нет - только субъективные мнения «экспертов» из тех же магазинов. За исключением некоторых моделей АС, к которым приложены распечатки измеренных АЧХ и коэффициента гармоник в рабочей полосе частот - практически любую фирменную акустику мы вынуждены покупать по принципу «кота в мешке».

Начинаем с выбора динамических головок. Это определит тип АС, а именно, двухполосную или трехполосную конст­рукцию. По опыту скажу, что построить в домашних условиях трехполосную АС очень сложно. Затраты на исследования и эксперименты возрастают в два раза по сравнению с двухполосной АС. Попытайтесь подобрать динамические головки для двухполосной АС из расчета их акустических мощностей (номинальная мощность с учетом чувствительности) НЧ-СЧ к СЧ-ВЧ как 1,5...3,0 к 1,0. Перекрытие частотных диапазонов головок должно составлять не менее 2 октав (4 раза), иначе не удастся обеспечить точное согласование и плавность перехо­дов фазо-частотных характеристик головок в области частоты раздела фильтров. Разделительные фильтры желательно применять 2-го порядка для НЧ и третьего для ВЧ головок. Эти, казалось бы, тривиальные требования на самом деле выполнить сложно, но проще, чем сделать то же самое для трехполосной АС.

Чем ниже Fф, тем ближе сходство АЧХ. При низкой частоте Fф наблюдаются также меньшие фазовые искажения и меньшее групповое время задержки излучения АС на низ­ких частотах (рис. 1-4).
Головка 6ГД-2, Qts(5=0,62, Fр=31 Гц, Vаs=241 л, SPL=92,3 дБ/Вт*м. Расчетные данные при различном акустическом оформлении: 1. АС с фазоинвертором, оптимальный объем 550 литров, Fф=20 Гц 2. АС с фазоинвертором, объем 32 литра, Fф=25 Гц 3. АС закрытого типа, оптимальный объем 386 литров 4. АС закрытого типа, объем 32 литра Уровень 108 дБ обеспечивается головкой в широкой полосе частот 300-2000 Гц при номинальной подводимой мощности б Вт. Расчетные размеры ФИ следующие: Для АС объемом 550 литров - диаметр 15 см, длина 7 см Для АС объемом 32 литра - диаметр 5 см, длина 24 см В результате опытов с реальными динамическими головка­ми удалось вывести приближенную формулу, по которой мож­но с точностью 10-15% рассчитать оптимальную (минимально возможную) частоту настройки ФИ (Fфи min) для конкретной низкочастотной головки. Иначе - это критерий определения частоты, начиная с которой конкретная динамическая головка (в АС с ФИ) способна обеспечить максимальное акустическое давление не меньшее, чем на средних частотах при подведе­нии к ней номинальной электрической мощности: Fфи min=0,8/SQRT(Dг*sqrt(Nг)) * SPL/Хmax, где Nг - число установленных в корпусе АС однотипных головок Dг - диаметр диффузора (по центу гофра), см SPL- - чувствительность головки дБ/Вт*м Хmax - максимальное смещение диффузора (в одну сторо­ну), см. Главное, что частота Fфи min, ниже которой максимальное акустическое давление, создаваемое головкой, начинает рез­ко уменьшаться, практически не зависит ни от объема корпу­са, ни от собственной резонансной частоты головки. Таким образом, не имеет никакого смысла производить расчет кор­пуса с ФИ, настроенным на частоту ниже Fфи min - Вы не смо­жете получить приемлемую акустическую отдачу низкочастот­ной головки в корпусе АС даже очень большого объема, хотя АЧХ АС может быть оптимальной. Примеры: 10ГД-34 (25ГДН-1-4): Fфи min = 0,8/sqrt10,5 * 84/0,6 = 35 Гц (98дБ) 6ГД-2: Fфи min = 0,8/sqrt21 * 91,4/0,5 = 32 Гц (104дБ) 10ГД-30 (20ГДН-1-4): Fфи min = 0,8/sqrt16,7 * 86/0,8 = 21 Гц (98 дБ) 30ГД-2 (75ГДН-1-4): Fфи min = 0,8/sqrt21 * 86/0,8 = 19 Гц (105 дБ)

Вы спросите: «Это секрет глубокого баса?» . Это реальные частоты настройки ФИ, вплоть до которых указанные головки могут обеспечить акустическое давление, соизмеримое с дав­лением на средних частотах при номинальной подводимой мощности. Дальше - все просто: 1. Если головка имеет собственную резонансную частоту не ниже Fфи min и добротность Qts=0,3...0,5, то смело рассчи­тывайте корпус с ФИ по известной методике . В результате получите оптимальную АС с плоской АЧХ без применения до­полнительной коррекции УМ. 2. Если головка имеет собственную резонансную частоту не ниже Fфи min и добротность Qts=0,6...1,5 , то имеется шанс создать АС любого приемлемого объема с ФИ, настроенным на частоту Fфи min. В этом случае ровная АЧХ АС может быть получена только с использованием соответствующей коррек­ции АЧХ УМ (корректор Линквица - см. ниже). 3. Если головка имеет собственную резонансную частоту Fр < 0,85*Fфи min, то можно подумать об установке в АС двух или более однотипных головок, а дальше по варианту 1 или 2 или вовсе отказаться от применения этого типа головок в низ­кочастотном звене Вашей АС. Иные способы «заставить» низкочастотную головку работать на все 100% заключаются в построении двух-, трехобъемных АС с размещением НЧ головки внутри корпуса с излучением через порт (порты) ФИ. Подобную АС действительно сложно рассчитать в домашних условиях. Немного о конструкциях фазоииверторов. Стандартная конструкция трубчатого ФИ должна удовлетворять следующим условиям: жесткость и отсутствие резонансных призвуков в материале трубы, диаметр отверстия (трубы) ФИ следует вы­бирать не меньше 1/4 диаметра диффузора низкочастотной головки. Поскольку ФИ как и динамическая головка является источником звуковых колебаний, труба ФИ не должна созда­вать никаких дополнительных призвуков. Постучите каранда­шом по стенке трубы ФИ. Если она «звенит», то обклейте вне­шнюю поверхность трубы ФИ в один слой резиной, линолеу­мом и/или обмотайте пластырем, изоляционной лентой (не скотчем) в 5-6 слоев. Отверстие ФИ на лицевой панели АС необходимо разместить не ближе 10-15 см от края низкочас­тотной головки. В принципе, выход ФИ можно разместить на любой боковой или задней стенке корпуса АС. Только в том случае, если АС будет установлена в пространстве между ме­бельными секциями или вплотную к стене или к другим пред­метам, ограничивающим излучение сбоку или сзади - отвер­стие ФИ обязательно располагают на лицевой панели. При расчете длины трубы ФИ исходят из того, что внутренний край трубы должен отстоять, по крайней мере, на расстояние ее диаметра от внутренней поверхности противоположной стен­ки корпуса АС. Если это условие не выполняется, то произво­дят перерасчет ФИ с меньшим диаметром. Вместо одного ФИ можно применить два с внутренним диаметром 0,71 от рас­считанного одного АИ. Полезно также скруглить торцы труб. Наполнение корпуса АС звукопоглотителем - по желанию, ис­ключая область ФИ, но не более 15 г/литр. Еще один вид искажений, влияющий на качество звучания любой АС - это потери дифракции звуковых воли. Этот тип искажений проявляется в частотной области 100-800 Гц и пред­ставляет собой плавное уменьшение акустического давления, создаваемого АС, ниже определенной частоты. Несмотря на то, что этот вид искажений хорошо известен, его описание в нашей радиолюбительской литературе было подано неверно, видимо при первых переводах зарубежных статей на русский язык. Этот вид искажений нам объяснялся как «Искажения АЧХ различных форм корпусов АС» . Тем не менее, при разме­щении АС «в стенке» искажения дифракции могут быть малы­ми при любой форме корпуса. На самом деле, когда оклеива­ют внутреннюю поверхность стенок АС звукопоглощающим материалом можно сделать внутреннюю поверхность АС по­чти сферической. Изменится ли, в принципе, поведение АХ такой АС? - нет. Суть вот в чем. На низких частотах длина волны, излучае­мая АС гораздо больше физических размеров самой АС, по­этому звуковые волны огибают корпус АС, т.е. излучаются в пространство 2пи (вокруг). На высоких частотах, где длина из­лучаемой волны меньше размера передней панели АС, излу­чение возможно только вперед, т.е. в полупространство . Таким образом, при неизменной электрической мощности, под­водимой к АС, и при горизонтальной АХ динамической го­ловки (а в области 200-500 Гц редкие экземпляры НЧ головок имеют аномалии), начиная с некоторой частоты АХ системы по оси излучения возрастает до уровня +6 дБ. Наиболее плав­ное поведение АХ наблюдается при отсутствии острых вне­шних граней в конструкции АС (рис.5). В случае стандартного корпуса АХ искажений дифракции имеет локальные миниму­мы и максимумы, но с увеличением частоты отдача АС по оси излучения все равно повышается в 2 раза (рис.б). Средняя частота (Гц), на которой отдача АС (в идеале) по­вышается на 3 дБ может быть рассчитана в Гц по следующей эмпирической формуле: Fd=115/W, где W-ширина передней панели АС в метрах. Величина искажений, обусловленная потерями дифракции +6 дБ имеет место быть только при размещении АС в свобод­ном пространстве, коим жилая комната не является. Низкоча­стотные звуковые волны, огибающие АС, в какой-то мере от­ражаются от стены, около которой обычно устанавливают АС и приходят к слушателю. Таким образом, реально измерен­ное значение потерь составляет 3-4 дБ. О существовании ис­кажений дифракции можно убедиться по АХ промышленных АС, приводимых изготовителями (рис.7-9):

Компенсировать эти искажения АХ довольно просто вклю­чением в звуковоспроизводящий тракт между предваритель­ным усилителем и усилителем мощности простейшей коррек­тирующей цепочки R4C4R5 (рис. 10). Выбрав отношение со­противлений R4=R5/2 (величина коррекции - около 3,5 дБ) и их номиналы в кОм, определяем емкость С4 в мкФ по форму­ле: С4=130/(R5*Fd).

Пример расчета: 1. Ширина передней панели АС: 25 см 2. Определяем частоту Fd= 115/0,25=460 Гц 3. Выбираем R5=4,7кОм, R4=4,7/2=2,4 кОм 4. Определяем С4=130/(4,7*460)=0,062 мкФ (62 нф) Необходимо отметить, что искажения потерь дифракции можно компенсировать один раз и навсегда для конкретных АС (или аналогичных им по размерам), после чего о суще­ствовании какой-либо коррекции можно просто не вспоминать. После применения такой коррекции к некоторым АС после­дние могут начать «бубнить». Это вполне нормально, т.к. ре­зультирующая добротность большинства АС малого объема, построенных на распространенных НЧ головках, заведомо выше 0,71. Каждый любитель высококачественного звуковос­произведения мог заметить, что при размещении АС на под­ставках высотой 0,4...0,7 метра, особенно если их еще и ото­двинуть от стены на 0,3...0,6 метра, заметно падает уровень отдачи АС на НЧ. В этом случае интуитивно увеличивают уро­вень сигнала на НЧ регулятором тембра +3...+5 дБ и что на­блюдают? Правильно - более «верное» звучание и, может быть, «бубнение». Регулятор тембра НЧ усилителя в этом случае уменьшает как раз искажения дифракции звуковых волн. Кста­ти, такое размещение АС вдоль длинной стены комнаты явля­ется самым оптимальным с точки зрения минимизации влияния на АЧХ АС акустики помещения.

А теперь представьте АХ АС, изображенных на рисунках 7-9, если бы конструкторы этих «бытовых» АС позаботились о компенсации пассивными фильтрами такого вида искажений. АС «Корвет» и «Вега» - «бубнили» бы, а «Эстония» - нет. Кста­ти, первая выполнена в закрытом корпусе, «Эстония» и «Вега» - с АИ, настроенным на 40-45 Гц. Анализ АХ этих АС показы­вает, что: 15АС-111 «Вега» - из-за высокой добротности используе­мой в АС низкочастотной головки АХ имеет подьем на часто­те 80-90 Гц на 2-3 дБ (добротность АС равна 1,3). В любом случае наблюдается «бубнение» и требуется коррекция АХ активными фильтрами. Применение АИ, настроенного на 40 Гц, близко к оптимальному (35 Гц), но должно быть использо­вано не для коррекции АХ, а совсем для другой цели - обес­печивать максимальную акустическую мощность НЧ головки. 35АС-021 «Эстония» - практически самая ровная АХ, но настройка АИ на частоту 45 Гц не позволяет полностью ис­пользовать потенциал НЧ головки. Было бы выгодно на 15-20% увеличить объем корпуса и снизить частоту настройки АИ до 21-27 Гц. 75АС-001 «Корвет» - имеет не спад на частоте 180 Гц на 3 дБ, а подьем на частоте 90-95 Гц на 3 дБ, вызванный резуль­тирующей добротностью АС, равной 1,3-1,4 из-за малого объе­ма корпуса. Акустическая мощность АС на низких частотах обеспечивается только за счет качественной низкочастотной головки 100ГДН-3. Желательно применить АИ и корректор АХ. Таким образом, если результирующая добротность АС со­ставляет 1,1...2, т.е. на АХ АС наблюдается подъем +1...6 дБ в области 60-110 Гц (явные признаки «бубнения»), а объем АС по крайней мере в 2-3 раза меньше эквивалентного объема низкочастотной головки Vаs, то есть смысл применить коррек­цию АХ на активных фильтрах по схеме Линквица (Linkwitz Transform Circuit), пример схемы показан на рис. 10 (исклю­чая R4C4R5).

Одновременно с коррекцией АХ схема обеспечивает ло­кальную коррекцию фазы сигнала в области ниже резонанс­ной частоты, что снижает фазовые искажения АС. АХ и ФЧХ корректора показаны на рис. 11 и рис. 12. Характеристики рассчитаны для добротности АС объемом 32 литра, равной 1,8 на частоте 98 Гц для получения горизон­тальной АХ по звуковому давлению от 500 до 32 Гц (-3 дБ) при результирующей добротности, равной 0,71 (НЧ головка 6ГД-2, Qts=0,62, Fр=31 Гц). АХ корректора имеет подъем крутизной 12 дБ на октаву в низкочастотной области для компенсации аналогичного по характеру спада АХ закрытой АС. Но как раз на этих часто­тах перегрузочная способность закрытой АС низкая. Поэтому оптимальным является применение такой коррекции АХ для АС с АИ, настроенного на частоту Fфи min. Определить это для готовой (или строящейся) АС достаточ­но просто. Вначале закрываем и герметизируем отверстие фазоинвертора и замеряем модуль сопротивления низкочас­тотной головки в закрытом корпусе АС. По максимальному значению модуля сопротивления определяем резонансную частоту низкочастотной головки Fs в корпусе АС. Затем от­крываем отверстие АИ и вновь замеряем модуль сопротивле­ния головки. Определяем резонансную частоту АИ Fф по ми­нимуму модуля сопротивления. Обычно на частотах выше и ниже найденного минимума модуль сопротивления головки имеет явно выраженные пики. Если Fф выше или равна Fs, то АИ АС настроен неправильно в любом случае. Если Fф выше, чем Fфи min, то увеличивают длину трубы АИ пропорциональ­но квадрату желаемого понижения Fф и настраивают АИ на частоту Fфи min. В случае, когда труба АИ расчетной длины физически не может быть установлена в корпусе АС, приме­няют трубу меньшего диаметра. Бытует мнение, что установка в АС еще одного АИ, анало­гичного уже имеющемуся, понижает частоту настройки АИ. Это мнение ошибочно. На самом деле частота настройки АИ возрастает в sqrt2 раз при одновременном понижении скорости воздуха внутри АИ, что в некоторых случаях полезно (к тому же труба меньшего диаметра жестче). Другими словами, ус­тановка двух идентичных АИ эквивалентна применению одно­го АИ такой же длины с внутренним диаметром в sqrt2 раз больше, чем диаметр трубы одного из АИ пары. Теперь необходимо определить результирующую доброт­ность НЧ головки на частоте Fs в АС с АИ, настроенным на частоту Fфи min. В домашних условиях через непосредствен­ное измерение АЧХ АС по звуковому давлению сделать это практически невозможно. Гораздо проще и точнее получить значение добротности АС расчетным путем на ПК с использо­ванием специализированного программного обеспечения. Од­нако, любые методы математического моделирования пред­полагают до 10-30 известных параметров конкретной динами­ческой головки, которые опять же в домашних условиях изме­рить сложно. Предлагаю очень простой способ определения доброт­ности АС с точностью около 10-15%, для которого потребует­ся дополнительно любой электретный микрофон (МЭК-3) и предварительный усилитель для него с ровной АЧХ от 10 до 10000 Гц. Вновь закрывают и герметизируют отверстие ФИ АС (если таковое имеется). После этого размещают микро­фон в непосредственной близости 2-5 мм от диффузора низ­кочастотной головки на расстоянии 2/3 радиуса диффузора от его центра. К выходу микрофонного усилителя подключают вольтметр переменного напряжения и подают на головку сиг­нал от генератора ЗЧ (через УМ с ровной АЧХ). Мощность, подводимая к головке, не должна превышать 0,1-0,5 Вт. Изме­няя частоту генератора от 500 до 20 Гц, строят АЧХ АС. Убеж­даются в наличии «горба» в области Fs и спада АЧХ крутизной 12 дБ/октаву ниже этой частоты. Находят отношение макси­мального выходного напряжения на частоте близкой или не­много выше Fs к выходному напряжению на частоте 500 Гц. Полученное значение возводят в квадрат. Результат и будет равен значению добротности АС с ФИ. Приверженцы любых способов снижения добротности НЧ головки (ПАС, отрицательное выходное сопротивление УМ и др.) на этом этапе могут подобрать количество звукопоглоща­ющего материала в корпусе закрытой АС (конструкцию ПАС, величину Rвых УМ) до получения желаемого значения доброт­ности. При использовании значительного количества звукопог­лощающего материала, но не более 15...23 г/литр , жела­тельно при помощи проволочного каркаса между ФИ и низко­частотной головкой «организовать» свободное пространство объемом 3-5 литров. Для тех, кто может рассчитать или определить значение добротности низкочастотной головки (с известными измерен­ными параметрами), установленной в конкретный корпус АС, существующие стандартные способы предпочтительнее. Ре­зультаты измерений добротности и резонансной частоты го­ловки в закрытой АС (Fs) могут быть использованы для выбо­ра номиналов корректора (рис.10) только для случая, когда ФИ будет настроен на частоту Fфи min, как минимум в 2 раза ниже частоты Fs. Приступаем к определению номиналов RC корректирующе­го каскада. Операционный усилитель рекомендуется 157УД2 (для стереофонического варианта корректора, цепи коррек­ции ОУ - для единичного усиления). Поскольку расчет элемен­тов корректора довольно сложен, результаты компьютерного расчета значений RC приведены в таблице 1 для различных значений добротности АС и частоты Fs=80 Гц. При других зна­чениях частоты Fs номиналы емкостей конденсаторов просто пересчитываются по формуле: С1"= 80 С1/Р"з.

Аналогично пересчитываются емкости конденсаторов С2 и С3. Можно оставить емкости конденсаторов неизменными, а пересчитать таким же образом сопротивления В1-ВЗ. Един- ственное ограничение - сопротивление резистора В2 не дол­жно быть меньше 2 кОм, т.к. является основной нагрузкой ОУ на высоких частотах. При включении корректора перед УМ (перед темброблоком) реальная АЧХ системы по звуковому давлению будет горизон­тальной с допуском ±2 дБ до нижней рабочей частоты (указа­на в таблице, при условии Fфи min < F(-ЗдБ)), а эквивалент­ная добротность АС равна 0,71. Номиналы RC необходимо подобрать с точностью 1%. При значениях добротности АС, равной 1,6 и выше (4-5-6-7 строки таблицы 1), корректор имеет значительный подъем АЧХ на ча­стотах 30-20 Гц (13-16-20-24 дБ). Для предотвращения явной перегрузки УМ и АС реальным сигналом, снимаемым с выхо­да корректора, на входе УМ (или темброблока) желательно применить ФВЧ первого порядка с частотой среза 30-35 Гц. Это можно сделать заменой (или установкой) конденсатора на входе УМ, емкость которого в нФ рассчитывается по фор­муле 5000/Ввх., где Rвх. - входное сопротивление УМ (или темброблока), кОм. Звучание АС, АЧХ которой скорректирована двумя указан­ными способами, Вас не просто порадует - поразит. Вы нако­нец-то ощутите полное отсутствие окраски звука в НЧ диапа­зоне - «бубнения» не станет как такового. Регулировка темб­ров усилителя по НЧ будет наконец-то работать как ей и поло­жено-эффективно. Совершенно достаточной окажется глуби­на регулировки тембра по НЧ ±3-5 дБ. Отдача по звуковому давлению на нижней рабочей частоте АС будет максимально возможной для примененной низкочастотной динамической го­ловки.

Моделирование и непосредственное измерение характери­стик головок и АС (для подтверждения результатов расчетов) выполнялось с помощью мультимедийного ПК класса Intel Pentium III с калиброванной звуковой платой (АЧХ 15...17000 Гц ±0,2 дБ). Использовалось различное свободно распрост­раняемое программное обеспечение, в том числе демонстра­ционные версии программ от фирм JBL, Blaupunkt и Peerless (эмуляторы генераторов сигналов, измерители АЧХ на «белом» шуме, 1/2-1/12 октавные анализаторы спектра на «розовом» шуме, программы для расчета параметров закрытых АС, АС с ФИ и др.) Настройками программного обеспечения устанав­ливалось частотное разрешение менее 0,3 Гц. Дополнитель­но использовались: УМ 60 Вт с незначительными искажения­ми в диапазоне 10-40000 Гц и электретный микрофон (в комп­лекте с предусилителем) с известной АЧХ в диапазоне 30-15000 Гц ±1,0 дБ.

Правильность выводов была проверена экспериментально следующим образом. Приобретенные «по случаю» закрытые АС «Bifrons» (ВНР, г.Будапешт, завод «ВЕА6», 1975 г.в., объем 36 литров, многослойный корпус из массива с заполнением ва­той 12 г/литр, установлено 9 (!) широкополосных головок типа ВЕА6 НХ-125-8 номинальной мощностью 12 Вт каждая и резонансной частотой 68-71 Гц, Qts=1,02...1,08) прекрасно воспроизводили классическую музыку, джаз. Как только речь заходила о прослушивании рока или современной электронной музыки - колонки сразу «сдавали» свои позиции (это при 108 Вт номинальной мощности и чувствительности 88 дБ/Вт*м). Измерение параметров головок НХ-125-8 и моделирование АС на ПК показало все минусы заводской разработки. При закрытой конструкции эти АС практически не могли выдать даже той мощности, которую разви- вает 10МАС-1 на частоте 60 Гц (спад АЧХ начинался с частоты 110 Гц). Замена одного из 9 динамиков на ФИ (см. фото), на­строенный на частоту 38 Гц, дала поразительные результаты. Колонки зазвучали. Не так важно сравнение результатов измерения АЧХ АС до и после переделки (АЧХ практически не изменилась), как изменение характера звучания АС - они ста­ли «всеядными». Даже на записях камерного оркестра и хора появилась не существовавшая ранее воздушность, глубина и четкость. Дополнительно АЧХ системы в области 35-200 Гц была скорректирована описываемым активным фильтром, включаемым на входе УМ. Благодаря коррекции АЧХ и, самое главное - ФЧХ, АС стали воспроизводить басовый регистр действительно с высокой верностью. В описании звучания АС стало возможным использовать такие эпитеты, как «коррект­ность», «упругость», «мощь», «эмоциональность». Например, при воспроизведении звука прилетающего вертолета в аль­боме «Стена» группы «Пинк Флойд» в комнате начинало виб­рировать все, что только могло. Это «творили» честные 10 Вт на частотах от 40 Гц. После указанных доработок АС заняли достойное «ведущее» место в системе домашнего театра (поверьте, сабвуфер стал не актуален).

Внимание! Если максимальная выходная мощность Вашего УМ превышает номинальную мощность низкочастотной головки АС в три и более раз, рекомендую защитить АС от перегрузки плавким предохранителем на ток, который можно рассчитать по формуле: 1=2^(Рном/Rг), где Рном - номинальная мощность НЧ головки, Rг - сопротивление головки постоянному току.

Похожие статьи