Adam Audio: История многодрайверных систем (Часть 1)

За исключением очень немногих продуктов, разработанных для конкретных нишевых задач, почти все студийные мониторы – включая все, имеющие логотип ADAM Audio – оснащены двумя или более динамиками. Но задумывались ли вы когда-нибудь, почему? Почему любой монитор, претендующий на воспроизведение высококачественной и точной аудиоинформации, нуждается как минимум в двух динамиках? В этой публикации мы вернемся к первым принципам конструкции громкоговорителей, чтобы ответить на этот вопрос.

Первую подсказку к ответу на вопрос «почему несколько динамиков?» можно найти в чрезвычайно широком диапазоне человеческого слуха. Общепринято считать, что мы можем слышать частоты от примерно 20 Гц (см. Примечание 1 в конце этой статьи) на нижнем, басовом конце диапазона, до 20 000 Гц на верхнем, высокочастотном конце (см. Примечание 2). В музыкальных терминах 20 Гц до 20 кГц – это около десяти октав (20 Гц, 40 Гц, 80 Гц, 160 Гц, 320 Гц и так далее), но, возможно, лучшей иллюстрацией того, насколько широк этот диапазон, является рассмотрение изменения длины волны, которую он охватывает. Длина волны отражает другую сторону частотной области. Это физическое расстояние между пиками волн в заданной среде (например, в воздухе), а не мера времени между ними.

Преобразование частоты в длину волны выполняется по простой формуле: длина волны λ равна скорости звука c, деленной на частоту f (λ = c/f). Если подставить в эту формулу 20 Гц, используя общепринятую скорость звука 343 метра/секунду, мы получим длину волны 17.15 метра (примерно длина взрослого синего кита). Но если сделать то же самое для другого конца слышимого диапазона, для 20 кГц, мы получим длину волны 1.715 сантиметра (примерно длина большого пальца ноги). Итак, от студийного монитора требуется точно создавать акустическую энергию с длинами волн от 17 м до 1,7 см и всеми промежуточными значениями, часто одновременно. Есть три фундаментальные причины, почему практически невозможно делать это с должной точностью, используя только один динамик. Первая причина – механическая.

Динамик работает благодаря тому, что его диафрагма ускоренно движется вперед и назад в ответ на музыкальный сигнал, создавая волны переменного давления в воздухе. Волны давления – это то, что мы воспринимаем как звук. Но ускорение диафрагмы приводит к механической нагрузке, и наступает момент, когда нагрузка превышает физическую прочность самой диафрагмы. Представьте, что вы держите тонкий картон и начинаете махать им в воздухе. Когда вы делаете это медленно, картон сохраняет форму. Но если начать махать быстрее, он начнет сгибаться – и именно это происходит с диафрагмой динамика. Поэтому на низких частотах диафрагма способна выдерживать ускорение и оставаться цельной, но на высоких частотах она перестает двигаться как единое целое и переходит в режим, который инженеры громкоговорителей называют «break-up» (разрушение). В режиме break-up разные части диафрагмы двигаются независимо друг от друга, и потенциальный результат – дефекты частотной характеристики и неточности звучания, то есть рост искажений (см. Примечание 3).

На фото: студийные мониторы A7V (2-полосный дизайн) и A8H (3-полосный дизайн) рядом.

Вторая причина, по которой один динамик не может охватить весь диапазон, связана с первой. Можно подумать, что один из способов сделать диафрагму более прочной, чтобы она могла ускоряться быстрее, не теряя механической целостности, – это сделать ее меньше. И это правильно. Проблема заключается в том, что объем воздуха, который динамик должен переместить, чтобы создать ощутимую акустическую энергию, растет обратно пропорционально частоте. Представьте, сколько воздуха находится между пиками волн на разных частотах. На высоких частотах, где пики всего в нескольких сантиметрах друг от друга, между ними мало воздуха, поэтому динамику, излучающую высокочастотную энергию, не нужно перемещать много воздуха, чтобы создать слышимый звук. Поэтому его диафрагма может быть небольшой. Но на низких частотах, где длина волны значительно больше, объем воздуха между пиками огромен, поэтому динамик должен перемещать очень большой объем воздуха, чтобы создать тот же уровень слышимой звуковой энергии. Следовательно, практически нет альтернативы тому, чтобы басовые динамики имели большие диафрагмы.

Но что, если мы изобретем материал настолько прочный (и легкий), что диафрагма, достаточно большая для воспроизведения низких частот, сможет также ускоряться до 20 кГц, не теряя механической целостности? Если отвлечься от того факта, что изобретение такого материала, вероятно, принесло бы нам Нобелевскую премию, полностью перевернуло бы мир инженерии и сделало бы нас миллиардерами, осталась бы еще одна проблема: направленность, которая является третьей причиной, почему одного динамика недостаточно. Когда диафрагма вибрирует, создавая акустическую энергию, если она меньше излучаемой длины волны, энергия распространяется равномерно во всех направлениях. Но с ростом частоты до точки, когда длина волны становится соизмеримой с размером диафрагмы, акустическая энергия становится все более направленной: она начинает излучаться вперед в виде луча. И чем выше частота, тем уже становится этот луч (что частично объясняет, почему твитеры маленькие). Поэтому большая диафрагма, изготовленная из нашего «волшебного материала», была бы совершенно бесполезна в качестве широкополосного динамика, потому что стоило бы отойти от ее центральной оси – и высокочастотное излучение стало бы почти неслышным.

Поэтому любой громкоговоритель, который стремится воспроизводить широкий диапазон частот с точностью, достаточной для того, чтобы называться «монитором», должен иметь как минимум два динамика: большой вуфер для низких и средних частот и меньший твитер для высоких частот. Обычно точка разделения между ними находится в диапазоне от 2 кГц до 3 кГц. Некоторые мониторы идут дальше и разделяют весь диапазон еще на большее количество сегментов, создавая трехполосные системы (например, ADAM Audio A8H) или даже четырехполосные системы (например, главный монитор ADAM Audio S6X). В будущей публикации мы опишем инженерные и акустические факторы, которые побуждают разработчиков мониторов выбирать между двухполосными, трехполосными или даже многополосными решениями.

На фото: главный монитор S6X с четырехполосным дизайном «D’Appolito».

Примечания:

Примечание 1): Символ «Гц» означает герц. Это не известная компания по аренде автомобилей, а единица измерения, названная в честь немецкого физика Генриха Рудольфа Герца. Она показывает, сколько раз акустический или электрический сигнал повторяется каждую секунду.

Примечание 2): Верхний предел слуха 20 кГц касается только молодых людей. С возрастом мы постепенно теряем чувствительность в верхней октаве, так что примерно в 60 лет частоты выше 10 кГц значительно ослабевают. К счастью, мозг прекрасно адаптируется к возрастным потерям слуха, поэтому это вовсе не означает, что человек на седьмом десятке жизни больше не может наслаждаться высокими частотами. К тому же большая часть важной музыкальной информации находится ниже 10 кГц.

Примечание 3): Работа диафрагмы в режиме break-up не всегда является абсолютно негативным явлением. Break-up может быть намеренно использован для расширения рабочей полосы динамика. Как именно это работает, мы расскажем в обещанной будущей статье.