Акустическая система CrystalVox Mistral

 

Валерий Гилев

Идея

 

С давних пор я являюсь приверженцем лампового усиления, особенно его бескомпромиссного варианта – класс А, отсутствие отрицательных обратных связей и трансформаторов на выходе. Такие усилители певучи и мелодичны, они обладают наиболее естественным звучанием, наилучшей ясностью и микродинамикой. Правда, найти подходящую акустику для них крайне сложно из-за присущих им недостатков: низкой мощности, высокого выходного импеданса и, как следствие, проблем с правильным воспроизведением баса.

 

Тем не менее, выход из ситуации есть: низкую выходную мощность можно компенсировать высокой чувствительностью АС, а недостаток демпфирования – использованием отдельного транзисторного усилителя для воспроизведения низкочастотного диапазона.

 

Сомнения и вопросы

 

В качестве СЧ-ВЧ звена, мне очень хотелось попробовать динамики в рупорном оформлении. Они обладают наилучшей чувствительностью, выдающейся микро- и макродинамикой, и при этом способны легко передавать и атмосферу записи, и бешеный драйв. Но у них есть и недостатки – «рупорная окраска» и проблемы с линейностью... Можно ли их решить?

В одной точке СЧ-НЧ необходимо состыковать не только разные типы усиления, но и разные типы преобразования - динамический и рупорный. Не приведет ли это к потере цельности звука и вырождению идеи?

И последний немаловажный вопрос. Если удастся решить все проблемы, будет ли цена изделия конкурентоспособной?

 

Эксперименты и реализация

 

Среднечастотный диапазон - самый важный для восприятия, поэтому проектирование любой акустики лучше начинать с выбора СЧ – излучателя. Я начал процесс поиска разных сочетаний рупора и драйвера, а также снятия их АЧХ и субъективной оценки звучания. В результате долгих экспериментов была найдена комбинация драйвер-рупор, которая, в сочетании с кроссовером, дала приличную АЧХ +-2,5 дБ, обладала мизерной рупорной окраской и очень высоким разрешением. Драйвер оказался довольно дорогим, но не чрезмерно. Когда берешь его в руки, сразу понимаешь - это вещь, масса и размеры впечатляют.

Как это ни удивительно, но лучший вариант рупора оказался не деревянным и не классическим (экспоненциальным). Он изготовлен из АБС – пластика и имеет прямые грани.

 

 

При снятии кумулятивного спектра оказалось, что пластик дает окраску на 2700 Гц. Оклеивание рупора битумными пластинами сделало кумулятивный спектр гладким и убрало окраску. Титановый купол диаметром 74 мм нагружен более плотной воздушной средой акустического трансформатора и рупора и не имеет пиков на границе диапазона, в отличие от своих «открытых» собратьев. «Металлическая» окраска мембраны также присутствовала (в минимальной степени), однако покрытие купола тонким слоем полимера помогло полностью от нее избавиться.

Выбирать твитер было гораздо проще. Требовалась чувствительность не менее 106 дБ в диапазоне от 7000 Гц, отсутствие окраски, хорошая линейность и высокое разрешение. Этим требованиям лучше других удовлетворяли кольцевые излучатели - их атака и разрешение превосходили даже лучшие образцы пленочных излучателей, хотя «играли» они не выше 25 кГц. Говорят, что плазменные твитеры могут быть еще лучше, но о цене тоже надо помнить J. В чем пленочные излучатели превосходят кольцевые, так это в возможности более низкой настройки, однако в нашем случае это значения не имеет.

Выбор НЧ излучателя был самым непростым. На него возлагалась ответственность за ясность нижней середины, он также должен был обеспечивать хорошее согласование  с рупорным излучателем, точность, разборчивость и мощь «внизу». Как видите, требования во многом противоречивые. Казалось, на этом этапе проект «Mistral» может зайти в тупик. Для согласования с рупором по динамике требуется излучатель диаметром не менее 15 дюймов. Найти среди подобных динамиков модель, одинаково хорошо воспроизводящую нижнюю середину и нижний бас, оказалось делом практически нереальным. Поиск и перебор разных 38-ми сантиметровых басовиков, а также вариантов акустических оформлений для них, подтвердил бесплодность идеи.

Поэтому пришлось на время остановиться и «отбросить» часть Hi End’овских предубеждений.

Выход нашелся в использовании частотной коррекции для «басовика» и специфической настройке фазоинвертора. Среди НЧ динамиков, хорошо воспроизводящих нижнюю середину, начался новый отбор тех, которые бы хорошо воспроизводили бас при помощи коррекции. Наконец, подходящий вариант был найден. Им оказался 15 дюймовый динамик с диффузором из английской бумаги и подвижной системой Kurt Mueller. Эксперименты и субъективная оценка звучания подтвердили правильность технического решения. В ходе испытаний динамик подключался к ламповому усилителю через фильтр и без коррекции. Разница была, но небольшая. Если говорить про воспроизведение диапазона до 700 Гц, то 90% качества звучания зависит от выбора динамика и только 10% - от выбора усилителя. Но мы помним, за что заплатили 10%: пятнадцатидюймовый динамик, отлично воспроизводящий диапазон 22-700 Гц, активный кроссовер на басах, 106 дБ итоговой чувствительности АС, демпфирование НЧ и 200 Вт усиления. Попутно мы получили возможность коррекции АЧХ динамика и комнаты, что тоже немаловажно. Это хорошо поймут те, кто хоть раз пытался найти полнодиапазонным колонкам удовлетворительное положение в акустически сложном помещении.

 

Немного теории

 

Почему на басах негативное влияние транзисторного усиления менее значимо, чем в средне-высокочастотном диапазоне? Ответ можно найти в физических особенностях звуковых колебаний и особенностях восприятия. Колебания низкой частоты имеют большие длины волн (например, 100 Гц = 3,4 м), и поэтому пространственная локализация источников низкочастотного излучения затруднена. В жизни источники мощных низкочастотных колебаний – это природные катаклизмы: землетрясения, вулканы, грозы и т.д. По высокочастотной составляющей «воздействия» мы определяем направление, откуда исходит опасность, а по мощности низкочастотных колебаний – степень и близость угрозы. В среднем, транзисторные усилители обладают несколько худшей пространственной локализацией, но в случае низких частот достаточно наличия уверенной локализации во фронтальной плоскости – с этим транзисторные усилители справляются.

Второй фактор хорошего воспроизведения НЧ транзисторными усилителями связан с особенностями восприятия.

Как вообще проявляют себя недостатки транзисторного усиления? Бедность тембров, упрощение пространственной картины, потеря атмосферы, сниженная микродинамика, уменьшение масштаба музыкальных образов, замутнение звука, синтетичность и окраска. В разных усилителях эти проблемы присутствуют в разной степени. На басах транзисторному усилению помогают «выжить» кривые равной громкости. Ухо устроено так, что практически не слышит тихих низкочастотных сигналов. Например, когда гроза идет далеко от нас, мы слышим только средне-высокочастотную часть грома, низкочастотный спектр мы не слышим и не ощущаем опасности. В средне- и высокочастотном спектре мы отчетливо слышим тихие звуки на фоне громких, и баланс этих звуков может оказать решающее значение на формирование тембра. На НЧ тихие звуки практически не слышны, их искажение либо потеря в результате транзисторного усиления не воспринимаются так остро и не вызывает ощутимых искажений тембра.

 

Об акустическом оформлении

 

Пуристы от Hi End спросят: «Разве можно использовать динамик ниже резонансной частоты, а уж тем более использовать фазоинвертор?» Ответ - можно. Рост нелинейных искажений провоцируется не использованием динамика ниже резонансной частоты, а абсолютным смещением диффузора. Да, эти параметры зависимы, но не тождественны. При использовании фазоинвертора, мы уменьшаем смещение, при этом, чем ближе к частоте настройки, тем меньше нелинейные искажения. А как же точность баса? Чем она определяется? Точность баса определяется фазовой характеристикой, а точнее ее производной – групповым временем задержки, ну и, конечно, конструкцией динамика. Крамольный вопрос - можно ли сделать точность баса при фазоинверсном акустическом оформление лучше, чем у «закрытого ящика»? Можно. Специальной настройкой ФИ и НЧ коррекцией. Красной линией на графике показана характеристика группового времени задержки нашего динамика при настройке ФИ на 18 Гц и объема акустического оформления 60 л. А синим – закрытого ящика на хорошем динамике с Fрез=20 Гц, Qts=0,38, Vas=574 л – весьма типичные параметры.

 

 

И мы имеем 40 Гц по уровню –3 дБ и в 3 раза больший ящик (а это приличные затраты на акустическое оформление, плюс внешний вид, за который жена вас выгонит из дома вместе с колонкамиJ). Снова обратившись к графикам, мы видим, что закрытая система работает чуть лучше до 60 Гц, далее в диапазоне 23-60 Гц фазоинверсная акустика обладает лучшим качеством баса, и у края слышимого диапазона графики опять расходятся. Диапазон до 60 Гц очень важен. Здесь лежат основные комнатные резонансы, и преимущество ФИ может быть весьма значительным. Кроме того, при прочих равных условиях, у динамиков, используемых для ФИ, нет необходимости в низкой резонансной частоте и высокой добротности, а значит у них обычно более мощная магнитная система и меньше подвижная масса. Эти преимущества очень благоприятно сказываются на воспроизведении нижней середины, верхнего и среднего баса, и незначительное «тактическое» преимущество ЗЯ в этом диапазоне может быть подорвано. Следует заметить, что у типично настроенных фазоинверсных систем графики группового времени задержки не такие красивые, нет и преимуществ в точности баса (см. график ниже). Синий график - типичный ЗЯ, голубой – типичный фазоинвертор. Можно и без коррекции добиться от фазоинвертора точного воспроизведения баса, но это тема другого разговора.

 

 

Как же обстоят дела с динамикой (уровнем звукового давления) на НЧ у ФИ по сравнению с ЗЯ? Фазоинвертор имеет серьезное превосходство. Достаточно взглянуть на графики максимального звукового давления.

 

 

Красный график показывает уровень максимального звукового давления 15-ти дюймового динамика в оформлении ФИ, настроенном на 18 Гц. Нижний синий график – этот же динамик в закрытом ящике. Верхний синий – 6 таких динамиков. Зеленый – 24 динамика и 4,5 кубометра акустического оформления. Комментарии, мне кажется, излишни. У закрытого ящика нижний бас может быть слышен на небольшой громкости, но в силу особенностей восприятия услышать его тяжело. Стоит «поддать жару» - и наступает перегрузка, динамик физически не может создать необходимое давление, и нижний бас пропадает.

 

В чем с пуристами от Hi End можно согласиться, так это в необходимости использования разделительных фильтров низких порядков, в том числе активных. Они передают «живость» и атаку звука лучше, чем фильтры высоких порядков.

Для лучшей совместимости с ламповыми усилителями тока потребовалось разработать собственную схемотехнику пассивных кроссоверов. Она проще традиционной, в ней меньше реактивных элементов, а управлять АЧХ и спадом на каждом излучателе можно не только подбором параметров фильтра, но и изменяя импеданс системы фильтр-излучатель. Таким образом, на ВЧ удалось использовать фильтр 1-го порядка в чистом виде, что позволило избежать перегрузки твитера среднечастотными составляющими. В кроссовере на НЧ также используется активный фильтр 1-го порядка. Среднечастотный диапазон обрезается снизу фильтром Линквица-Райли 2-го порядка с режекторной цепочкой. Раздел СЧ-ВЧ самый сложный, и его схемотехника зависит от того, с каким усилителем предполагается использовать акустику –  усилителем тока или напряжения. В любом случае, фильтры выше 2-го порядка не применяются. Отбор конденсаторов, индуктивностей, проводников и их направлений производился по следующим субъективным критериям: ясность, разрешение, минимум синтетических призвуков и окраски.

 

Фото и характеристики

 

  

 

 

 

Технические характеристики

Параметр

Показатель

 

 

 

 

Частотный диапазон (по уровню – 3 Дб)

22 - 22 000 Гц

в заглушенной камере

 

 

 

 

 

Чувствительность

106 дБ/ 1 Вт/м

 

 

 

 

Импеданс номинальный/минимальный

10/10 Ом

 

 

 

 

Неравномерность АЧХ в рабочей области

+/- 2,5 дб

 

 

 

 

Рассогласование АЧХ пары акустических систем

+/- 0,5 Дб

 

 

 

 

Максимальное звуковое давление

выше 125 Дб

 

 

 

 

Мощность встроенного усилителя

200 Вт

 

 

 

 

Количество полос

3

 

 

 

 

Частоты раздела кроссовера

700, 7000 Гц

 

 

 

 

Типы излучателей

НЧ - 15",

 

динамический,

 

СЧ – 2,9"

 

рупорный,

 

ВЧ – 1,75" кольцевой

 

 

 

 

Размеры

116х51х45 см

 

 

 

 

Вес каждой АС

65 кг