Как сделать сферическую акустику
3-х полосная сферическая АС на динамиках ACAlab
Началось это безумие в конце февраля 2005 года. Тогда я впервые попал на Hi-Fi Show. Я как раз закончил свои первые самодельные АС – трёхполоски на дешёвых динамиках в корпусах из массива бука. На выставке прослушал почти всё, что можно. Впечатлившие меня системы были построены с использованием акустики Bosendorfer, Tannoy, BC Acoustique, PMC. Но по-настоящему я офигел от Sound-e-Motion. «Оторванный от колонок», очень естественный, живой звук. Обалденная, уникальная внешность. Заоблачная стоимость. Но я совершенно согласен с белорусами в их ценовой политике. Сделать такую акустику – невероятно трудно. Но тогда я не представлял себе объём работы, и где-то к маю уже определился с конструкцией и динамиками.
Динамики были заказаны и получены, медь и конденсаторы закуплены, сессия сдана – и вот, в начале июля, я с огромными баулами отбыл на свою малую родину – в Пятигорск.
Технология изготовления шаров хорошо описана тут, поэтому я расскажу только о некоторых важных моментах.
Были некоторые сомнения насчёт материала корпуса: МДФ оказалось невозможно достать (да и, по-моему, оно не подходит для данной технологии). ДСП относительно дёшево и доступно, но неэкологично и требует шпатлёвки и покраски. С фанерой легче, но она дороже, хуже поглощает вибрации, и полосатый рисунок среза – тоже на любителя. С массивом дерева получить шикарный внешний вид – не проблема, но весьма дорого и тяжело достать большое количество какой-либо древесины, кроме сосны. Кроме того, кольца диаметром 50 см из массива не напилить, а делить кольца на сегменты и затем соединять – трудоёмко. Да и вибропоглощение ещё хуже (хотя моим первым колонкам из массива бука это нисколько не мешает играть зажигательно и живо).
В результате было решено делать самый большой, «низкочастотный» шар из ДСП толщиной16 мм, средний – из 12-миллиметровой фанеры, малый – выточить из массива бука.
Чтобы получилось поменьше отходов, кольца были просчитаны все сразу. Тем не менее, посмотрите на эту фотографию, всё, что дальше, за лестницей – это отходы!
Расчётная толщина стенок НЧ-шаров – 20 мм, СЧ-шаров – 15 мм. Может показаться, что этого мало, но, во-первых, сферическая форма корпуса предполагает намного более равномерное распределение давления на стенки, чем стандартная прямоугольная; во-вторых, конструкция – слоистая, плюс куча шурупов внутри; в-третьих, стенки изнутри остались ступенчатыми, следовательно в большинстве мест толщина стенок больше расчётной. В общем, шары получились весьма прочными, тяжёлыми и жёсткими (СЧ – вообще как камень!).
На НЧ шары и диски-«пьедесталы» ушло полтора стандартных листа ДСП. Кольца выпиливались электролобзиком с фирменными Бошевскими пилками для фигурного выпиливания по дереву (этих самых пилок умерло около тридцати – по 150 рублей за 5 штук!). С уменьшением диаметра кольца соответственно увеличивался наклон пилки (ещё одна моя ошибка – под углом пилить труднее, пилки перегреваются и ломаются быстрее – лучше пилить нормально, а углы посшибать потом, тем более получить точную стыковку колец всё равно не получилось). Чтобы улучшить внешний вид, а также, чтобы НЧ-динамик был «заподлицо» с шаром, последнее кольцо было выпилено из 8 мм фанеры.
На этой фотографии динамик выступает над фанерой,
так как отверстие под него ещё не обработано.
Выпиливать СЧ – шары из фанеры оказалось намного легче, несмотря на меньший диаметр, да и пилки жили побольше.
На скрепление колец между собой ушло порядка 400 шурупов и литр клея ПВА.
Только выпиливание и склеивание больших шаров заняло больше двух недель при весьма плотной ежедневной работе двух человек (в течение всей работы над АС мне помогал мой дедушка, за что ему огромное спасибо!).
Для установки шаров на пьедестале на достаточной высоте от пола были куплены три лестничные балясины самого вменяемого дизайна из того, что можно было найти на нашем рынке. Каждая балясина была распилена посередине под углом 45 градусов и потом поверхность среза подгонялась под шар «по месту» (весьма трудоёмкая операция). Балясины прикручены к пьедесталу и шару огроменными шурупами и посажены на супер-ПВА (при окончательной сборке).
Незаметно так подошёл конец августа… Мы собрали одну АС, пока только на шурупы и болты, я спаял кроссовер. Фазоинверторы были сделаны из пластиковой канализационной трубы-«сотки» и выведены вниз. Звучание – естественно, так себе, фильтры-то «прикидочные». Единственное, что понравилось на тот момент, звук исходил как-будто из одной точки, а не от трёх динамиков.
АС полностью разобрали, я покрыл внутреннюю поверхность шаров хорошим слоем автомобильной резинобитумной мастики, и, оставив их вонять на летней кухне, я уехал в Москву – начался осенний семестр.
Уж не знаю точно, сколько времени благоухала мастика, но не меньше месяца – это точно! Кстати, заодно я намазал ею трубы фазоинверторов и звонкие штампованные корзины НЧ-динамиков. Уж не знаю, есть ли в этом смысл, но хуже точно не стало.
В январе я возобновил работу. Мастика уже подсохла и почти не воняла, но всё равно при сборке доставляла много неприятностей. Были сделаны все необходимые лыски и отверстия на второй АС. Клеммы для подключения располагаются в «пьедестале», в нём же – кроссовер (это очень удобно и не занимает полезного объёма НЧ-секции). Единственная проблема – подать провода в шар. Позади одной из задних ножек пустили металлическую трубку, внутри которой хорошо проходят 6 проводов.
НЧ-шары были покрашены высокоглянцевой алкидной эмалью в 3 слоя. Все деревянные детали покрыты одним слоем нитролака – для защиты поверхности от загрязнений при сборке. Я уехал сдавать сессию.
Через 2 недели сессия закончилась, краска хорошо высохла, я вернулся домой. Пришло время окончательной сборки «колонок». Ноги приклеены к «пьедесталу» супер-ПВА (под ногами, естественно, оставлены неокрашенные пятачки), притянуты шурупами. На ноги через шпатлёвку, смешанную с ПВА, установлены большие шары, шпатлёвка покрашена. На большие шары, опять-таки через шпатлёвку, установлены СЧ-шары. Сверху – маленькие шарики. Вся собранная конструкция покрыта высокоглянцевым алкидным лаком в два слоя. На краску лак ложится намного хуже, чем на дерево.
НЧ-шары я заполнил синтепоном. СЧ-шары заполнены МЕГА-ХАЙ-ЭНД материалом – пухом моей кошки, полгода счёсывали в пакетик. Все кабели – литцендрат 117*0,07.
Кроссовер делался так: с расстояния 1,5 метра на оси ВЧ с помощью программы JustMLS и микрофона на капсюле WM-60 был измерены АЧХ динамиков, установленных в корпус АС. Результаты измерений импортированы в LSPCad, там был смоделирован и оптимизирован кроссовер. Затем – эмуляция средствами LSPCad, сборка, и небольшая доводка по измерениям и на слух.
В кроссовере применены почти исключительно отечественные компоненты – МБГО, МБМ, МБГЧ, ФТ3, К73-17, К73-16, К78-2, медный провод. Импортные – только резисторы (кстати, делитель понадобился только для пищалки). Все катушки – с воздушным сердечником, кроме проходной на НЧ – требовалось низкое сопротивление, поэтому 5,26 мГн намотаны на разомкнутом сердечнике от трансформатора. На слух «искажений железа» не замечено. Измерял ёмкости и индуктивности с помощью звуковой карты, программы LCMeter и нехитрого приспособления.
Звучание особо оценить не успел, так как снова уехал в Москву учиться. Но, по первым впечатлениям…. супер! Подробно описать не могу, да и смысла в этом нет. Наверняка фильтр буду переделывать, пробовать разные варианты…
Две коробочки посередине – мои самодельные усилители, нижний – как раз для этих АС.
А теперь позволю себе дать несколько советов тем,
кто решится делать что-то подобное:
1. Хорошо взвесьте объём работы, и решите, так ли оно вам надо.
2. Делайте весь корпус из одного материала, либо под покраску, либо под лак.
3. Делайте корпус монолитным, то есть как можно меньше склейных соединений типа шар-шар или нога-шар.
4. Хорошие инструменты и материалы сэкономят вам кучу времени.
5. Для электролобзика есть приспособление для выпиливания по кругу – наверное, очень полезная вещь.
6. Сразу отмечайте места отверстий в корпусах, чтобы при сверлении не попасть на шуруп.
Сферическая акустика вне вакуума: преимущества, субъективная оценка, производство
При подготовке статей цикла “Анатомия домашних акустических систем” я упустил важный момент, касающийся акустического оформления — сферическую форму корпуса. Этим материалом я хочу восполнить пробел цикла и подробно рассказать о том, чем хороши сферы в качестве корпуса для АС. Кроме того, в посте будет немного информации о промышленном производстве таких систем в России, которое осуществляет компания Deluxe Acoustics.
Хочу отметить, что несмотря на сравнительную эффективность шарообразной формы корпуса, такие акустические системы редко появляются на рынке. Причина — относительная трудозатратность производства и итоговая высокая стоимость. Как правило, такие системы представляют собой экспериментальными концепты, либо мелкосерийный астрономически дорогой хайэнд. Deluxe Acoustics одна из немногих компаний в мире, рискнувших организовать массовое производство сферической акустики и, вероятно, единственная, сделавшая шарообразные корпуса основной концепцией акустического оформления и дизайна.
Под катом подробно о преимуществах сферического акустического оформления, история производства сферической акустики в РФ, субъективная оценка звучания напольной АС от Deluxe Acoustics и небольшой фоторепортаж о производстве этих систем.
Преимущества сферы или зачем это всё нужно
Начну, как обычно, с краткого исторического экскурса. В 1951-м году один из пионеров современных акустических исследований, звукоинженер компании RCA Records, автор 35 патентов Гарри Ф. Олсон провел исследование эффективности корпусов акустических систем различных форм. Исследования Олсона показали, что АС прямоугольной формы сильно подвержены дифракции, которая появляется в связи с огибанием и отражением звуковых волн от внешних границ. Это явление совсем не благотворно влияет на верность воспроизведения. Дифракционные эффекты пагубно отражаются на равномерности амплитудно-частотных характеристик АС. Так для куба неравномерность АЧХ достигает значения ±5 дБ, а для кабинетов, созданных из прямоугольных панелей — ±3 дБ.
Кроме того, прямые параллельные стенки приводят к многочисленным внутренним перекрестным отражениям волны, т.е. генерируются т.н. стоячие волны. Эту проблему пытаются решать за счет толстого слоя демпфирующих материалов или лабиринтного оформления. Эффективность первого решения часто оставляет желать лучшего, второго — баснословно дорого. Использование мощных демпферов может существенно снизить чувствительность, особенно на низких частотах. “Благодаря” стоячим отражениям в стереопанораме помимо кажущихся источников звука можно четко определить реальные источники — правый и левый канал. В большинстве АС с прямоугольной формой полностью устранить этот эффект не удается.
Гарантированное избавление от стоячих волн может дать корпус без прямых и близких к прямым углов, т.е. путём снижения количества переотражений (как источников резонанса). Таким корпусом является сфера. Благодаря плавной форме поверхности, прилегающей к головке громкоговорителя, появляется возможность избавиться от дифракции. Кроме того, шарообразные корпуса АС изготавливают из материалов с высоким декрементом затухания, дополнительно наполняются сравнительно небольшим слоем “демпфера”, что в свою очередь еще больше снижает вероятность возникновения нежелательных резонансных призвуков.
Среди отечественных авторов о преимуществах сферической формы АС писали Верховцев и Лютов — авторы периодического издания “Практические советы мастеру любителю. Электроника. Электротехника. Материалы и их обработка” (1988 год, стр. 93), А также Ирина Алдошина (СПБГУ) и Александр Войшвилло (JBL) “Высококачественные акустические системы и излучатели”.
АС из школьного глобуса
В 1994-м году русский инженер и изобретатель Алексей Дорохов создал уникальную для того времени 3-полосную акустическую систему с шаровидным корпусом. Диаметр большой сферы, в которой размещался низкочастотный модуль, составлял 425 мм, как у стандартного советского школьного глобуса. На основной шарообразный модуль были смонтированы вращающиеся СЧ и ВЧ-боксы. За необычный внешний вид изобретение было прозвано “инопланетянин”. Известно, что прототипом этой АС был обычный глобус, в который вставили динамик.
В 2012-м году Алексей Дорохов и Валерий Пантелеймонов в Санкт-Петербурге основали компанию Deluxe Acoustics. Быстро создав оснащенную производственную базу и разработав необходимые технологические циклы, компания начала выпуск акустических систем со сферическими корпусами. Новые АС были разработаны на основе того самого “инопланетянина” 1994-года.
В 2015 году Алексей Дорохов решил запатентовать свои акустические системы со сферическими корпусами. Патент.
Интересно, что помимо формы корпуса в изобретении Дорохова присутствует множество других оригинальных инженерных решений. Например:
Субъективные впечатления
В качестве тестовой, я решил субъективно оценить напольную акустику Deluxe Acoustics Sound Flowers DAF-300, стоимостью 133 000. Перед описанием субъективных ощущений, рекомендую ознакомиться с техническими характеристиками АС.
Для прослушивания был использован японский усилитель Rotel RKB-850. Источник — медиаплейер Cowon.
Музыкальный материал (все файлы в формате flac оцифрованные с оригинальных CDDA-источников):
Моцарт В.А. — Dies Irae — Реквием, Государственная капелла г. Москва под управлением Е. Алмазова (1994 год)
Metallica — Fade to black — “Ride the lightning” (1984 год)
25/17 — Горький туман — “Русский подорожник” (2014 год).
Система оставила очень приятные впечатления. Я не большой знаток аудиофильских эпитетов, но могу охарактеризовать звук АС как точный, почти мониторный. Самая характерная особенность — отсутствие четко локализованных реальных источников, при реалистично выстроенной панораме и хорошо локализованных кажущихся источниках звука (КИЗ). Сцена (стереопанорама) ощущается как объемная и глубокая, при перемещении по шоуруму КИЗ не “уплывают”, что, вероятно, обусловлено широкой диаграммой направленности. Субъективно АЧХ ощущается как сравнительно ровная, выраженность частот сбалансирована. ВЧ и НЧ спокойные, что может не очень впечатлить людей, которые любят акцентированное их воспроизведение. СЧ услышал как отчетливые и яркие. По моему мнению, главное достоинство системы — выраженность стереоэффекта и объемность звучания, что вполне коррелирует с теоретической базой, на основе которой её разрабатывали.
Производство — фоторепортаж
Думаю, что будет уместным рассказать о некоторых особенностях производства Deluxe Acoustics, и представить фотографии производственного процесса.
Сферы изготавливаются на станках с ЧПУ. Допустимые погрешности при обработке акустически значимых поверхностей составляют менее 0,5 мм.
После этого заготовки красят и тщательно просушивают.
Для предотвращения повреждений перед началом того или иного этапа заготовки хранятся на специально оборудованных стеллажах, предотвращающих деформацию.
Следующим этапом является флокирование внешних поверхностей.
Сборка систем производится вручную.
После проведения тщательного тестирования и селекции (проверяется каждая система) АС упаковываются и поступают в продажу.
Без лицемерного патриотизма могу отметить, что эти АС не уступают западным аналогам, а некоторые из них существенно превосходят. Также следует отметить, что принципы, на основе которых разработана эта акустика не являются частью аудиорелигии, а имеют доказанные основания. Сегодня АС Deluxe Acoustics востребованы не только в России, но и за её пределами. В 2015-ом её продукция вошла в топ-40 новинок года среди мировых производителей АС на выставке CES в Лас-Вегасе. Мне приятно, что в РФ есть компании, способные конкурировать на достаточно тесном рынке качественного аудио.
По традиции — небольшой опрос по теме.
Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.
Тема: Сферическая акустика
Опции темы
Задумал изготовить корпуса для акустики в сферической форме. Слыхал, что сфера это лучшая форма для акустики, но толком недогоняю почему. Изначальный каркас изготовил из папье маше, салфетки, цемент, пва. Сейчас толщина стенок 8-10мм, диаметр 125см, и я предполагаю, что надо покрывать чем-то жестким. Даже при такой толщине, на стук, корпус уже глухой. Подскажите, в чем отличия глухого и жесткого корпуса? Как измерить параметры корпуса, и расчитать фазоинвертор. Зарание спасибо, фото ниже.
мне тоже интересно..будет ждать ответов..
Dima Shinberg, В Вашем климате будет изготовить проще. давление в шарике к вечеру сильно падало, приходилось вешать в ванной, и врубать душ из горячей воды.
Yurec_pipec. Сейчас в большой моде корпуса с непрямоугольной формой. Как пример, смотрите проект Троелса Грейвсена http://www.troelsgravesen.dk/Ekta.htm. Из рисунков видно, что корпус сзади суживается. Это придаёт особую жёсткость корпусу и вибрации по нему меньше распространяются. Про технологию изготовления у него на сайте ничего не нашёл, но вроде если фанеру разогреть паром, то она гнётся. Но какие фирмы в Минске этим занимаются, я не знаю. См. также http://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=18389
Насчёт шара лично моё ИМХО, что это слишком сложно и не оправдано. Хотя удачные прецеденты были. Смотрите http://www.geocities.com/george_krilov/admitri.html. Человек делал два года. Чем Вас привлёк динамик Daytona? Про него ничего не знаю, хотя слушал какой-то студийный монитор с восьмидюймовым пропиленовым динамиком. Особо не понравилось. Моё ИМХО, что лучше взять бумажные типа SEAS.
electron, меня мода особенно не интересует. мне интересно, как ведут себя волны в жестком, глухом, комбинированом корпусе.
В «Радио» году эдак в 91-92 была статья, два 75ГДН изобариком и корпус из шариков (папье-маше) с ФИ. Дизайн конечно был суперский!
Читая раздел для начинающих, нашёл такую ссылку http://www.assembly.nm.ru/audio/as/makeev.html. У меня возник вопрос, для чего всё это делается? Ясно, что такой корпус будет жёстким. Но проблему жёсткости можно и попроще решить. По поводу резонансов звуковых волн (стояков), то тут у меня большие сомнения в преимуществе шара. В параллепипеде будет три стояка, а в шаре один, но большой. Насчёт равномерности АЧХ (baffle-step), есть программа, моделирующая АЧХ для реальных корпусов (EDGE). Любопытно было бы промоделировать. Если хочется чистого звука, то тут слабым местом будет динамик (он вроде не для двухполоски). Что толку в сложном корпусе, если есть вопросы к динамикам и фильтрам? Где-то рядом человек делает четырёхпоосный Наутилиус. Почитайте. Поскольку я начинащий, то от комментариев воздержусь.
Добавлено через 36 минут
Yurec pipec. Посмотрел фотографию в первом посту. действитеьно, корпус слишком великоват. Отдачи по басу не будет. Может лучше делать корпус с плоской прямоугольной передней панелью, а задние стенки сделать криволинейными? Преимущество в том, что можно взять готовый проект в сети, пусть прямоугольный. Но нужно правильно расчитать объём корпуса.
Тоже однажды думал сделать сферические АС.
Но так получилось что продал акустику и купил наушники.
Но технологию продумал,до мельчайших подробностей,попробую изложить её:
Для начала-сделать рисунок на ДВП или бумаге 1:1,разбить его на равные части,приблизительно по 30мм,а точнее по толщине колец.Затем сделать маленькие шаблончики,для каждого кольца отдельно,чтобы каждое кольцо соответствовало своему профилю при обработке,вид сбоку.
Склеивать из древесины кольца (желательно ПВА,водостойким.также желателен зубчастый шип для соединения массива.слои дерева желательно выбирать радиальные),и затем вытачивать лобовым способом на токарном станке по дереву.Паз для соединения колец между собой,можно делать в пол-дерева,можно и по-другому(но паз сделать из соображений жесткости соединения желательно).
Постепенно,идти от меньшего кольца к большему,будет получаться полусфера,которую удобно шлифовать на токарном станке в собранном,скленном состоянии,но только на небольших оборотах!
Попутно выточить отверстие под динамик.
Итак, получились две полусферы.Посредине половинок,сделать соеденительный паз,причём не собирать их на клей,пока не сделать тщательную пригонку половинок,чтобы не было зазоров и провесов.
После полной склейки,выточить блинчики диаметром приблизительно 100мм(из мягкой породы дерева-липа,осина,тополь),в них сделать контрпрофиль наружного диаметра сферы.Сделать их две штуки,чтобы зажимая ими сферу по краям,шлифовать её на станке,оставляю при этом целостность ее формы.
Также очень удобно и правильно шлифовку слоёв лака производить на токарном станке.
Подиум по желанию,точёный или фигурный,на сколько хватит фантазии и денег..
Но это видимо,не самый лёгкий способ.
Может кому-то и пригодится!
А что если сделать такую конструкцию: Взять два пластмассовых шарообразных плафона разного размера. Больший аккуратно разрезать. Вложить меньший в больший. Склеить наружный шар. Совместить отверстия. Вставить терминалы для подключения. Заполнить пространство между шарами каким-нибудь клейким составом или даже песком. И наконец, вклеить в отверстие кольцо для крепления динамика. Ширина кольца может совпадать с шириной зазора между фланцами плафонов.