Контрапертурные АС — преимущества экзотики против серийного рационализма

Довольно редкая тема архиредкого, экзотического типа акустических систем — известных как контрапертурные. Говоря откровенно, я смутно себе представлял, что это такое, зачем оно нужно и с чем его “едят”. Поэтому пришлось изрядно погуглить. Среди источников нашлись пара форумов, две научные статьи и один патент. Между тем, у меня есть желание охватить в этом цикле все существующие типы АС, и поэтому я решил не обходить эту бесспорно интересную тему стороной.

В Википедии и других источниках контрапертурные АС представляются как пример экономически и серийно необоснованных решений для пресловутого High End. Приверженцы контрапертурных АС считают их несправедливо забытой эволюционной ветвью звуковоспроизводящих устройств, позволяющих получить всенаправленное излучение и массу других замечательных эффектов невозможных при использовании другой архитектуры. Под катом подробно о контрапертурной акустике.

Как работает?

Сам термин “контрапертура” чаще используется в оптике, где обозначает соосно расположенные излучающие свет отверстия. В акустике смысл немного меняется, и вместо отверстий следует понимать громкоговорители.

Акустическое оформление в таких АС предполагает размещение двух идентичных динамиков (и тут величины, которыми можно пренебречь, становятся очень малы) строго друг напротив друга и их синфазное включение. Важно, чтобы излучатели не имели фазовых задержек и частотных отличий (это в разы увеличивает стоимость компонента). При соблюдении этих условий волны от противонаправленных динамических головок контрапертурной АС излучают результирующую волну со сферическим фронтом (т.е, фактически, представляют собой всенаправленный излучатель).

Эти принципы контрапертурного излучения были описаны в работе Л.В. Головкиной “Creation speakers in all sides direction in acoustics”. Там отмечалось, что можно определить оптимальное расстояние между соосно расположенными динамиками для появления эффекта всенаправленного излучения.

“Это расстояние определяется углом раскрыва диаграммы направленности головки и суммарным звуковым давлением, создаваемым на некотором расстоянии от головки при подведении определенной мощности.“ (Головкина)

Контрапертурная и полуапертурная АС 1, 2 – корпуса для широкополосных головок (3), отражающая пластина — 4.

Также известны т.н. полуапертурные АС, где вместо второго излучателя применяется специальная пластина. Принцип остаётся близким, с той лишь разницей, что эффект достигается с использованием отраженных волн.

Эксперты отмечают незначительные различия в результирующих волнах при использовании контрапертурного и полуапертурного излучения.

Результаты измерения АЧХ (полного контрапертурного излучателя: сплошная линия – 1 и полуапертурного: пунктирная линия – 2):

Зависимость усредненного уровня звукового давления излучателей от расстояния:

  1. 1два контрапертурных излучателя;
  2. две обычные системы (стереопара)
  3. одна обычная акустическая система;
  4. один полуапертурный излучатель;
  5. два полуапертурных излучателя;
  6. один контрапертурный излучатель.

Сходство было подтверждено в работе Головкиной Л.В., Умярова Р.Я. “Исследование контрапертурных излучателей в акустике”, которые были проведены в Харьковском национальном университете радиоэлектроники.

Зачем и как это используют?

В отличии от многих нерациональных, бессмысленных, коммерчески спекулятивных решений в High End, применение контрапертурного излучения имеет как физическое, так и психоакустическое обоснование. Описаны эффекты, сказывающиеся на верности воспроизведения.

Диаграмма направленности

При взаимодействии волн соосно расположенных динамиков звуковое давление создаётся в воздушном “столбе” между ними. Возникает т.н. “монополь давления” или точка всенаправленного излучения. Таким образом расширяются вертикальная и горизонтальная диаграммы направленности.

Логично, что при использовании всенаправленного излучения зона комфортного прослушивания увеличивается. Соответственно, нет необходимости в поиске “вершины треугольника” для создания корректной стереопанорамы и правильного расположения КИЗ (кажущихся источников звука). Таким же образом решается проблема “дальней зоны”, в которой прослушивание становится более комфортным.

На форумах доводилось встречать аргументы из серии: “Таким образом увеличится количество отражений, звук станет кашей и диаграмма направленности будет не нужна!”

Хочу отметить, что отражения бесспорно будут, как и при использовании АС с классической архитектурой. Соответственно, без акустической обработки помещения обойтись будет нельзя. При этом у классических АС отражений никак не меньше, просто они неравномерны и точно также требуют соответствующих решений в отделке стен и т.п.

Немного о доплеровской интермодуляции

Практически все, кому доводится писать о контрапертурной акустике, упоминают о допплеровской интермодуляции. На сайте “Основы акустики” этому термину дано следующее определение: “Фазовые и частотные смещения или колебания звуковой волны из-за движения источника звука”.

Если упрощенно, то причиной этих искажений является изменение расстояния от мембраны громкоговорителя до слушателя. Любой драйвер с электромеханическим принципом излучения (динамик, изо (орто)динамик, электростат и т.п.) не избавлен от этого недостатка при классической архитектуре системы.

Считается, что высокая чувствительность слуха к доплеровской интермодуляции обусловлена нейропсихологически. На ней основан механизм определения расстояния до тех или иных объектов с помощью слуха. Такая способность слуха развивалась эволюционно как индикатор вероятной опасности (движущегося объекта). По этой причине даже незначительные изменения расстояния от мембраны динамика до уха могут восприниматься на слух, создавая эффект естественного фленжера (приближающийся/удаляющийся поезд).

В случае с контрапертурными излучателями источник излучения (“монополь давления”) является статичным, и не перемещается, соответственно, и эффект флэнжера доплеровской интермодуляции не возникает.

Гипотеза психоакустического комфорта

Ряд авторов отмечают “высокую естественность” и “субъективный психологический комфорт” от музыки, воспроизведенной через контрапертурную акустику. Утверждается, что причиной этих эффектов является отсутствие описанного выше изменения расстояния.

Иными словами, постоянно движущийся взад-вперед объект воспринимается мозгом как более опасный (на уровне базовых рефлекторных реакций), а неподвижный — как менее опасный. Такие суждения остаются гипотетическими и пока не нашли экспериментального подтверждения, но популярны как среди меломанов, так и среди исследователей психоакустики.

Сухой остаток: достоинства и недостатки

Итак, достоинства:

  1. Всенаправленность излучения.
  2. Круговая горизонтальная и широкая вертикальная диаграммы направленности.
  3. Отсутствие доплеровской интермодуляции.
  4. Гипотетический рефлекторный комфорт (не подтвержден).

Специфическими недостатками контрапертурных АС считают:

  1. Сложности с точным соосным размещением динамиков.
  2. Отсутствие экспериментальных данных по базовым характеристикам многополосных контрапертурных АС.
  3. Усложнение конструкции АС, особенно в случае использования многополосной схемы и, соответственно, снижение технологичности.
  4. Подбор пар громкоговорителей со строго идентичными частотными характеристиками.
  5. Снижение допустимой технологической погрешности при монтаже излучателей и отражателей.
  6. Увеличение себестоимости (необходимость в использовании дополнительных громкоговорителей и отражателей).

И как следствие всего перечисленного выше — астрономическая цена.

Эти недостатки сделали контапертурную акустику, пожалуй, самым непопулярным типом АС для массового производителя. Кроме того, как и для любой другой акустической системы, для контрапертурных моделей характерны такие распространенные проблемы, как резонансы корпуса, кривая АЧХ, THD, IMD, проблемные фильтры, которые “крутят фазу” и пр.

Итог

Самым заметным и наиболее ценным эффектом контрапертурных АС является расширение “зоны комфорта” при прослушивании, за счет круговой диаграммы направленности. Доплеровская интермодуляция и гипотетический психоакустический комфорт — это очень красивые, но мало убедительные аргументы в пользу таких АС.

Как мне представляется — это одни из наименее заметных проблем, которые могут существовать в акустических системах. По моему опыту, эффект фленджера становится по-настоящему существенным при расстояниях от нескольких метров (приближающийся поезд), что вряд ли сравнимо с колебаниями мембраны динамического громкоговорителя. А гипотетическая опасность движущихся объектов, полагаю, спорный теоретический аргумент.

Справедливости ради хочу отметить, что немало людей не разделяют мою точку зрения и утверждают, что доплеровская интермодуляция серьезно портит звук. Слепых тестов, ввиду редкости такой акустики, проводить и наблюдать не приходилось. Если у читателей есть сведения по поводу заметности этих эффектов и “уникальном комфорте“ при прослушивании контрапертурных колонок — буду признателен за Комменты.

При всей первоначальной привлекательности идеи, всё портит конечная стоимость продукта, которая увеличивается ещё и в связи с тем, что сам продукт — экзотическая редкость. На современном рынке аудио мне известно 2 серийных производителя.

Автор: Sound_cULT

По материалам: habr.com

22 комментария: Контрапертурные АС — преимущества экзотики против серийного рационализма

  1. Коля пишет:

    “Справедливости ради хочу отметить, что немало людей не разделяют мою точку зрения и утверждают, что доплеровская интермодуляция серьезно портит звук”
    Допплеровская интермодуляция вносит нелинейные искажения в работу головки. На слух это кажется как будто динамик звучит как говорят “грязно”. Особенно этот эффект проявляется при 2-х полосном воспроизведении с полосой раздела 3-5 кГц. Это обнаружить очень просто.
    На примере S30, 10МАС и прочих 2-х полосников. Изменим частоту раздела с 5000 до 500 (с заменой динамика ВЧ на подходящий ШП) и звук становится более естественным, слитным. При этом слушать нужно одну и ту же систему по сравнению.
    В этих АС реализован принцип “преобразования ближнего поля в дальнее. Спад амплитуды как1/r, а не 1/r2 как у обычных АС. Как это происходит я не понимаю. Но экспериментально так и есть. А это значит, что при изменении расстояния от этих АС ЧХ не меняется.

  2. Станислав пишет:

    “В случае с контрапертурными излучателями источник излучения (“монополь давления”) является статичным, и не перемещается, соответственно, и эффект флэнжера доплеровской интермодуляции не возникает.”
    Это еще с какого перепугу такое утверждение?! Диффузор как прыгал, так и прыгает, рассеиватель никоим образом не может “преобразовать” волшебным образом сей флэнжер в “неподвижное” излучение.
    И, ещё. Когда два динамика с абсолютно одинаковыми пиками/провалами их резонансы будут только увеличиваться. Поэтому утверждение о необходимости и сложности в подборе пар -как то не в тему (пиар/маркетинг рулит-ну надо же объяснить высокую стоимость супер колонок). Другое дело, когда два динамика с небольшими расхождениями по АЧХ (как это обычно и бывает-фабричный разброс параметров)-вот тогда и происходит усреднение и сглаживание системы излучения.

  3. Олег OLD пишет:

    Аудиофилы борятся за максимальную точность воспроизведения, задуманную звукорежиссёром при сведении и мастеринге аудио материала, добиваясь “мониторного” звучания своих АС, стараясь максимально исключить их “отсебятину”. А теперь пусть приверженцы всенаправленных АС назовут мне студии, в которых используют такие мониторы.
    P.S. лично я не против всяких новшесть и т.н. “вау-эффекта”, но думаю, что их использование возможно только в качестве дополнительных домашних систем (хотя есть полно людей, у которых программно, или на функциональном уровне в усилителе на постоянной основе включена функция расширения стереобазы).
    P.P.S. По определению Хайенда (и отсутствию каких-то конкретных технических требований к этому классу), к нему можно относить абсолютно любую аудиоарпаратуру, звучание которой понравилась нескольким людям (в даном случае “экспертам”) и которые могут описать не звучание несколькими красивыми фразами. Чем больше и красивее эти эпитеты, тем хай-энднее Ваша аппаратура. По поводу “экспертности” не стоит волноваться, ибо дипломы и сертефикаты на ученные степени в области аудиофилии не выдаются ни одним ВУЗом в мире

    • Коля пишет:

      Вопрос. А Вы слышали эти АС Или профессионалы на вкус определяют звук?

      • Олег OLD пишет:

        Послушал. Делов то – положил свои самоделки на спину на табуретки, свернул конуса, которые прилерил га проволочных стойках. Лично мне прямой звук моих 5 ГДШ-4-4 нравится больше в оформлении ПАС ( общая площадь отверстий примерно треть площади диффузора)

  4. Vip Kit пишет:

    Не совсем так. Hi – End, действительно, не имеет тех. ГОСТа, но ,Вы заметили, какие дорогие комплектующие там используются. В Ongaku, например,выходные Tr. намотаны серебряным проводом 99,9 (pure)
    Hi – End, это бескомпромиссное решение, где главное максимальное качество звука, за любые деньги.

    • Олег OLD пишет:

      Понимаете, именно из за отсутствия стандартов и порождаются всякие споры. Представьте, вот например сделает кто то ведро из золота, динамик из серебра, воткнут как нибудь под углом, изображая нестандартность решения, позовёт несколько “экспертов”, которые начнут от восторга прыгать, нахваливая звук и назовёт это ведро хай-эндом. И попробуйте доказать обратное.

      • Vip Kit пишет:

        Так, ведь, и наличие стандартов, не гарантирует хорошего звука, чему мы на этом сайте – свидетели.
        Hi -End, на сегодняшний день, спекуляция со стороны менеджмента магазинов электроники, т.к. предлагаемый ассортимент изделий на 99%, Hi -End не является.
        С другой стороны, потребитель на 99%, не имеет возможности познакомится с действительно хорошим звуком, не ограниченным убогим тех.стандартом.
        Настоящий Hi -End, всегда очень дорог, технически совершенен, ручной сборки, штучного или мелко – серийного производства.
        И практически не доступен рядовому обыватели))

  5. Олег OLD пишет:

    Кстати в этой модели реализованно что то похожее- динамики горизонтально и направленных на линзу-рассекатель

    • Аудиостроитель пишет:

      Звук у этой магнитолы отвратительный. Как то давно купили матери слушать CD. Сейчас прихожу к ней и не могу даже радио включить. Сплошная каша из хрюков и пуков.

  6. Ю.Г. пишет:

    У меня тут вопросик… “известны т.н. полуапертурные АС, где вместо второго излучателя применяется специальная пластина. На рисунке пластина сверху. А если перевернуть? Это будет тоже “полуапертурная АС” ???

    • Олег OLD пишет:

      Если подходить с волновой точки зрения, то да.

      • Ю.Г. пишет:

        Интересно получается…
        У меня сабвуфер Philips с такой конструкцией.
        Был… Не понравилось звучание.
        Снял я эту пластину и развернул динамиком к себе.
        Так и оставил. Мне больше звук понравился.
        В целом мне эти “шкафчики” на фотографиях напоминают колонки
        от Мелодии-103 направленные друг к другу.
        Может попадутся – скручу, послушаю. )))

  7. Аудиостроитель пишет:

    Как по мне, так я не вижу ни одного достоинства в описанных достоинствах.

  8. Коля пишет:

    А Вы послушайте и сразу все станет ясно.

    • Аудиостроитель пишет:

      Слушать предлагается сзади? Или снизу попробовать? Или бегая вокруг?
      Слушать в качестве образца имеет смыл ТОЛЬКО живое исполнение. Остальное – варианты развития событий. Меня вполне устраивает хорошо звучащая пара обычных АС. Для прослушивания – выше крыши.

      • Аудиостроитель пишет:

        Единственное, над чем ещё задумываюсь, это закончив свою стройку, добраться наконец до собственно акустики, доделать начатое раньше и организовать ещё одно место прослушивания в большом помещении. Просто для развлечения.

      • Коля пишет:

        Ну так и хорошо. Слушайте, а выражать свое негативное мнение о продукте, который Вы не пробовали и даже не видели живьем, да еще и не представляете как он работает и тем более устроен… Это что-то.

        • Аудиостроитель пишет:

          Видел на выставке в Москве, послушать там не удалось, негативного мнения не имею.
          Имею мнение, что велосипед давно изобрели, а вот хорошо делать научились немногие.

          • Коля пишет:

            Ну, а я слышал много раз и знаю фактическую подноготную системы К-А-АС. Первый раз нужно ее слушать с пояснениями и в оригинальном исполнении (а не внешних подделок). Тогда можно будет понять смысл этого нового (без “дураков”) звучания. Можно слушать в формате 2.0 или 2.1. При этом все компоненты тоже должны быть К-А-АС, даже сабвуфер. Формат 2.1 дешевле. Но должна быть своя программа разведения звука в ресивере, несколько отличная от обычной. То есть, возникает проблема усилителя. Формат 2.0 может обходиться с обычными усилителями.
            Хорошо послушать по сравнению обычный Hi End. Естественно, уровень ГГ должен быть сравним.
            К “странности” звучания быстро привыкаешь. Это напоминает (не в лоб, конечно) разницу между обычным двумерным теле изображением и 3D картинкой.
            В тему. Это полностью российская разработка.
            Я вспомнил ощущения от прослушивания мне напомнили опытные 3D фильмы, которые я видел в середине 70-х в НИКФИ. Когда реально падаешь в водопад или уворачиваешься от шаров, пущенных в тебя. Я слушал опытный экземпляр 4.1. Примерно так и было. Технику можно прочитать в Патентах Гайдарова А.С и Виноградова А.В. на сайте ФИПС или в поисковике.
            Сравнение с велосипедом очень удачное. Я сам любитель велосипеда и давно понял разницу между велосипедами Stels и Specialized. Хотя все вроде одно и то же.
            А поскольку существа никто не знает и ориентируются на эту бестолковую (да,да бестолковую) статью, которую написал некомпетентный в бытовой и профессиональной акустике журналист, то понятно публика в растерянности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *