Возрождение акустических технологий и российский «High-End»

Д. Г. Свобода

Истоки

Одним из направлений деятельности кафедры Радиовещания и электроакустики всегда были исследования в области практических разработок акустических систем и излучателей. Ещё при И. Е. Гороне и В. В. Фурдуеве на кафедре были разработаны уникальные широкополосные рупорные излучатели для опытного, трёхканального стереофонического вещания в актовом зале МЭИС. Аналогичные по идеологии, но конструктивно иные излучатели были разработаны кафедрой и долгое время служили верой и правдой в Большом просмотровом зале НИКФИ. Звуковое ощущение субъективно, и для правильного понимания путей конструирования акустических систем "высокой верности воспроизведения" (термин "три В" был тогда в ходу среди акустиков) на кафедре проводились субъективно-статистические экспертизы, в которых принимали участие как профессиональные музыканты и звукорежиссёры, так и студенты. Именно здесь был накоплен тот большой опыт, который потом инициировал дальнейшие успешные работы.

В чёткой постановке таких экспертиз немалая заслуга принадлежит Валентине Петровне Гученко. В её работах особенно наглядно была показана статистическая зависимость слуховой заметности от искажений АЧХ звуковоспроизводящего тракта. Это, безусловно, послужило весомым подспорьем к продолжению практических работ в этой области. Одна из разработок молодого тогда ещё сотрудника кафедры Владимира Иосифовича Шорова акустическая система "Улитка", представляющая собой классический фазоинвертор, до сих пор используется в одной из лабораторных работ по электроакустике.

Создание Акустического центра

Однако наиболее значимого уровня исследовательские работы в этом направлении достигли после образования на кафедре хозрасчётного Акустического центра. Инициатором его возникновения был М. В. Гитлиц, чётко уловивший веление времени. В результате всего лишь через год на московском заводе "Янтарь" начали серийно выпускаться разработанные в МЭИС малогабаритные двухполосные системы 30 АС-102П. Это была очень оригинальная конструкция всё того же В. И. Шорова. В этой АС и ВЧ, и мидбасовая головки не были направлены на слушателя, а работали на отражение от конусов, ориентированных по продольной вертикальной оси. Результатом этого была очень широкая диаграмма направленности. Чётко локализованная в пространстве звуковая сцена, создаваемая 30 АС-102П, столь явно отличалась от того, что можно было услышать от её соразмерных собратьев даже самых известных зарубежных фирм, что спрос на эту отечественную "золушку" был зашкаливающим. Ещё через год к этой феноменальной по соотношению "качество/цена" акустике добавилась ещё одна, более басовитая модель 50 АС-103П. К сожалению, с уходом из жизни Владимира Иосифовича серийный выпуск этих АС был прекращён, и сейчас эти изделия являются раритетными.

Ещё при жизни В. И. Шорова, в содружестве с В. И. Янковым, в Акустическом центре были начаты разработки четырёхполосной АС "Яшма" АС 200. Как и в предыдущих моделях, все излучатели этой АС были сориентированы вверх по продольной вертикальной оси и работали на отражение от криволинейно профилированных конусов. "Яшма" АС 200 была изделием очень высокого класса и как опытный образец демонстрировалась на выставке "Российский Hi-End 1997".

Ещё одна линия в серии разработок Акустического центра, системы высокого пространственного разрешения "Топаз" и "Рубин" получилась не менее удачной. АС изготовлялись малой серией. Эти изделия были результатом целевой разработки недорогих АС класса "Hi-Fi/Hi-End", способных к натуральной звукопередаче в помещениях небольшого объёма, какими, собственно, и располагают большинство наших соотечественников. Здесь впервые разработка конструкции АС сопровождалась и разработкой электродинамических головок. Ибо цели, поставленные конструкторами, были мало достижимы даже на очень дорогих импортных излучателях. Была взята линия на коренную доработку головок, выпускавшихся отечественной промышленностью. В этих работе приняли участие В. И. Янков, А. А. Серебрянников и автор этих строк. Получить высокие качественные показатели при доступной себестоимости головки совсем не просто. Тем не менее опыт, накопленный акустиками МТУСИ, не пропал даром, и цель была достигнута.

А далее началась плодотворная совместная хозрасчётная работа Акустического центра МТУСИ с Торгово-промышленной Группой "АвтоАудиоЦентр" (ТПГ ААС) по разработке промышленных образцов автомобильных громкоговорителей "Урал". Создание высококачественного звука в салоне автомобиля является очень интересной и совсем непростой задачей. Тем не менее работа оказалась успешной и продолжается до сих пор. Разработан целый ряд электродинамических головок, отличающихся замечательным звучанием и высокой басовитостью. Но наиболее интересной, по сути уникальной работой можно считать специализированный бюджетный автомобильный громкоговоритель объёмного звучания "Урал 1306Д". Его серийное производство налажено на заводе ТПГ ААС в г. Реутово. Это большая удача Акустического центра МТУСИ, и о работе над ней хочется рассказать особо.

Удача называется "Урал 1306Д"

Для получения в автомобиле натуральной, тембрально сбалансированной и объёмной звуковой сцены почти всегда необходима достаточно точная ориентация продольной оси ВЧ излучателей на слушателя. В простейшем случае – установке головок по бокам торпедо – всегда ощущается завал АЧХ на высоких частотах и, как правило, провал звуковой сцены в середине. То же наблюдается при врезании громкоговорителей в двери "плашмя". Для наиболее требовательных клиентов для компенсации этого явления приходится либо размещать в салоне дополнительные ВЧ головки, либо разворачивать имеющиеся дверные громкоговорители в сторону слушателей, что не всегда удобно конструктивно и, кроме того, увеличивает стоимость установки оборудования. В штатных местах торпедо у некоторых автомобилей (ВАЗ 2108/09) правильная осевая ориентация громкоговорителей вообще невозможна. В результате слушатель старается не замечать неполноценности звучания или "задирает" высокие частоты с помощью регулятора тембра автомагнитолы. Но тембральная равномерность ни в коей мере не может скомпенсировать отсутствие полноценной стереокартины. В итоге она либо плоская, с "дырой" посередине, или наоборот, неестественно сжата в центре.

Сотрудники Акустического центра МТУСИ решили разработать специализированный бюджетный широкополосный громкоговоритель с увеличенной зоной стереоэффекта, свободный от необходимости точной пространственной ориентации на слушателя. При разработке ставились следующие задачи:

• Громкоговоритель должен быть рассчитан для установки в передних дверях или в штатных местах торпедо автомобиля и для создания звуковой сцены с высокой объёмностью звучания иметь очень широкую диаграмму направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях;
• Конструктивно громкоговоритель должен представлять собой малонаправленную широкополосную головку с минимальными фазовыми искажениями и смещённой от слушателя продольной осью излучения;
• Громкоговоритель должен иметь широкий диапазон рабочих частот (50-20000 Гц по реальному звуковому давлению), позволяющий даже достаточно требовательному слушателю обходиться без сабвуфера;
• Диаметр громкоговорителя должен быть не более 13 см (удобство и универсальность установки), себестоимость не должна выходить за рамки бюджетного громкоговорителя.

При кажущейся несложности задачи претворить в реальность эти требования на деле оказалось совсем не просто. Экспериментальные работы заняли несколько месяцев, оказались интересны и содержательны и принесли не только искомый результат, но и несколько очень полезных и нестандартных наработок.

Техническая реализация 1306Л. Почти детектив

Для выполнения требований технического задания в Акустическом центре была выбрана концепция двухполосного коаксиального громкоговорителя с предельно сфокусированным общим центром излучения. Теоретически именно такой тип излучателя обладает минимальными фазовыми искажениями, что позволяет достигать лучших пространственных характеристик. Эта идеология применяется фирмами TANNOY (технология Dual Concentric) и KEF (технология UNI-Q). Геометрические центры излучателей у них полностью совмещены, громкоговорители этих фирм отличаются очень хорошей объёмностью стереокартины, но их конструкции достаточно сложны и соответственно дороги.

Необходимость сделать существенно более доступный по цене громкоговоритель предопределила и главную линию разработки – он должен, в отличие от KEF и TANNOY, оставаться классическим коаксиальным, но иметь значительное смещение ВЧ излучателя вглубь СЧ диффузора. Конструктивно такой громкоговоритель позволит получить хорошую объёмность звуковой сцены и быть почти на порядок дешевле. Улучшение пространственных характеристик достигается за счёт значительного уменьшения стоячих волн между нижней частью выдвинутого вперёд ВЧ излучателя и диффузором СЧ, а также смещением их спектра в более высокочастотную часть звукового диапазона.

Выбор формы СЧ диффузора и его материала, подбор положения и размера ВЧ излучателя относительно общего геометрического центра излучения позволили сделать громкоговоритель "Урал 1306Д" близким к рупорному. Но классический рупор, как известно, обладает достаточно узкой диаграммой направленности. Работы по выбору формы диффузора СЧ головки (мидбаса) вылились в эксперименты с прямым, параболическим и гиперболическим профилем. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Результаты этой кропотливой работы получились неожиданно интересными. Был найден некий компромисс, стыкующийся с рамками разработки бюджетного громкоговорителя. Уменьшение диаметра ВЧ головки в сочетании с очень широким углом раскрыва стенок рупора – СЧ диффузора – позволили достичь хорошего согласования с воздушной средой на выходе громкоговорителя при весьма широкой диаграмме направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Это, в свою очередь, существенно улучшило объёмность звучания.

Пора было праздновать победу и откупоривать шампанское. Но... результаты прослушиваний и испытаний в заглушенной звукомерной камере показали, что появилась специфическая окраска звучания, заставившая убрать вытащенное было шампанское на место и продолжить акустические "игрища".

На сей раз "оружием" разработчиков стал тщательный подбор плотности, толщины и состава для пропитки СЧ диффузора с целью уменьшения эффекта переотражения ВЧ излучения. Это позволило уменьшить неравномерность формы АЧХ, но сразу же вызвало уменьшение отдачи громкоговорителя на высоких частотах. Она увеличивалась с ростом частоты из-за поглощения звуковых колебаний материалом диффузора и его пропиткой. Для компенсации этих потерь возникла необходимость подбора материала купола ВЧ головки и её формы. Лучшие результаты были получены с майларовым диффузором средней выпуклости диаметром 21 мм и жёстким фазовыравнивающим колпачком. В результате громкоговоритель вместо завала АЧХ получил плавно увеличивающуюся отдачу в области самых верхних частот. А это позволяет смело располагать его в автомобиле разориентированным от слушателя на угол до 30-50° без существенного изменения тембрального состава звучания. Что является исключительно позитивным фактором.

И самое время было опять "расчехлять" шампанское, но...

"Расплата" за запас на высоких частотах не заставила себя ждать. На продольной горизонтальной оси излучения появился провал АЧХ в области 10 кГц. Это явление вызывается противофазным резонансом из-за совместного излучения СЧ диффузора и расположенной в его основании ВЧ головки. Оно широко известно и наблюдается, например, у упоминавшихся уже головок UNI-Q фирмы KEF. Однако даже при небольшом развороте громкоговорителя от прямого излучения на слушателя провал исчезает и на слух не ощущается. А громкоговоритель "Урал 1306Д" как раз и рассчитан на установку в автомобиле без прямой ориентации на слушателя.

Цель достигнута. Удача. Шампанское по поводу окончания работ и распитое "За юбилей кафедры РВиЭА и здоровье сотрудников Акустического центра" оказалось не менее удачным....

Восьмая выставка домашней аудиоаппаратуры отечественного производства

В конце апреля 2002 г. в стенах старейшего учебного заведения отрасли связи – МТУСИ – была проведена очередная Межрегиональная выставка бытовой аудиоаппаратуры "Российский Hi-End 2002". Цель её проведения – показать и тем самым помочь в продвижении наиболее интересных отечественных разработок в области высококачественного звучания. На ней можно увидеть не только серийные промышленные изделия, но и сделанные в мелкой серии, а то и в нескольких экземплярах рукотворные экземпляры творчества наших российских "кулибиных".

То, что Россия всегда была сильна умом, известно всем и давно, еще с тульских умельцев, поразивших Европу. И то, что умение это мы не всегда умеем должным образом показать, тоже, к сожалению, известно. Именно поэтому МТУСИ, кузница кадров как в области электроники, так и в акустике и звукотехнике, традиционно открывает свои двери для этого смотра технической мысли.

Выставка "Российский Hi-End 2002", как и все предыдущие, является некоммерческой и носит особый, прикладной характер. Впервые она была проведена в 1995 году и собрала всего четырёх участников. На шесмтом "Российском Hi-End" представлялись более 50 фирм и отдельных участников из 16 городов стран СНГ. После этого организаторам выставки пришлось устраивать среди претендентов серьёзный конкурсный отбор, чтобы отобрать наиболее интересные и перспективные конструкции. Это было необходимо, ибо статус выставки высок и на ней должны демонстрироваться только самые достойные и перспективные с точки зрения качества звучания и технологии изделия.

Коренное отличие "Российского Hi-End'a" от других выставок аудиоаппаратуры состоит в методе прослушивания этой техники. Все мы знаем такие осязаемые физические величины, как, например, метр или грамм. Или вольт или ампер, которые можно инструментально измерить. Но физической величины качества звучания природа не имеет. Мы можем оценивать его только субъективно. На самом простом уровне – нравится или не нравится, или на более продвинутом – чем нравится и чем не нравится. И когда речь заходит об оценке качества акустических систем, усилителей мощности и компонентов звукового тракта, единственным критерием является субъективный – звучание. А оценить его достоверно совсем не просто.

Именно поэтому организаторы выставки – Акустический центр МТУСИ и Российская (Московская) секция Международного общества инженеров-акустиков (AES RU), применяют на ней последовательный метод демонстрации звучания. Суть его состоит в том, что посетители могут не только "пощупать" выставленную на стендах выставки технику, но и оценить её звучание в специально оборудованном для таких целей зале прослушивания, вмещающем 30-40 человек. Акустические свойства этого минизала приближены к реальной жилой комнате. В течение семи дней всем экспонентам выставки несколько раз, по очереди, предоставляется возможность продемонстрировать звучание своих изделий. Каждый сеанс демонстрации продолжается около часа. Поскольку прослушивания аппаратуры всех экспонентов проходят в одинаковых акустических условиях, статистическая достоверность оценки этих прослушиваний весьма высока, что позволяет слушателю вполне достоверно оценить достоинства и недостатки аудиоаппаратуры. Ведь не секрет, что иногда даже очень дорогая и великолепно звучащая в магазине аудиоаппаратура в домашних условиях "не звучит"...

Ещё одной особенностью выставки является демонстрация автомобильной звуковоспроизводящей аудиоаппаратуры. Эту технику также можно "пощупать" на стендах в общем демонстрационном зале и тут же прослушать, но уже не в зале Hi-Fi/Hi-End для домашней аппаратуры, а в "живых" автомобилях. Для этих целей перед главным входом МТУСИ красовались три машины – наш отечественный Москвич "Святогор" и импортные – японская "Мазда 323" и немецкий "Мерседес-Бенц 124", куда мог попасть на прослушивание любой посетитель выставки. Машины были инсталлированы отечественной аппаратурой "Урал" разных ценовых групп, так, что слушатель, посетивший эти минизалы, мог "почувствовать разницу".

Мало того. Во время работы выставки традиционно проходят автосоревнования по качеству звучания автомобильных аудиосистем. Такие мероприятия устраиваются во всём мире уже почти двадцать лет, и в последние 5 лет стали регулярно проходить и у нас в стране. Дело это интересное и серьёзное. Качество звучания в салоне каждого, заявленного на такие соревнования автомобиля, оценивают по специальному тестовому диску судьи-эксперты. Такой "звуковой" спорт на выставке "Российский Hi-End' " организовала недавно созданная Лига Автозвуковых Соревнований (ЛАС). Стать участником этих соревнований может каждый желающий, оборудовавший своего "железного коня" хорошо звучащей аудиоаппаратурой. Называются такие состязания автосъезд "Даёшь Звук", и проводятся они, как и большинство других автосоревнований, по новейшей методике оценки качества звучания "Fasf Sound Quality" (FSQ). Здесь творческая мысль отечественных мастеров, создающих непревзойдённые автомобильные акустические системы, достигает поразительных успехов.

И, в завершение, ещё об одной традиции выставки "Российский Hi-End". Это ежегодный научно-технический семинар по проблемам прикладной акустики и звукотехники. Его организуют и проводят кафедра Радиовещания и эектроакустики МТУСИ и Российская (Московская) секция международного общества инженеров-акустиков (AES RU). Из года в год семинар собирает многочисленных специалистов и любителей, сообщения и доклады которых потом издаются отдельной брошюрой. Так было и в этот раз. Из 12 сообщений наиболее обстоятельным и строгим с научной точки зрения был доклад Александра Сергеевича Гайдарова о задачах электроакустики с точки зрения современной физики. А. Сырицо поведал собравшимся о своём усилителе мощности звуковых частот с режимом А+. В. Стародубцев рассказал об альтернативном построении звукоусилительной техники и особенностях выбора электронных ламп в звуковом тракте. Очень интересно и содержательно о современном состоянии рынка аудиоСМИ поведала собравшимся Н. Хральцова, главный редактор двух периодических электронных изданий "Мир AUDIO" и "Мир DVD".

Статья опубликована в брошюре МТУСИ "70-летие кафедры Радиовещания и электроакустики", 2002 г., стр. 58.