Новый звукопоглощающий материал. Звукопоглощающий материал для акустических систем – Звукопоглощающий материал для акустических систем – Доработка качества звучания мультимедиа акустики

Негативное воздействие посторонних звуков на человеческое состояние давно доказано. В связи с этим разработано множество специальных правил, позволяющих определить допустимые значения «звукового мусора».

Например, из-за шумового фона, достигающего 40 дБА, у человека начнутся проблемы со сном, а при систематическом шуме выше 60 дБА в 90 случаях из 100 произойдут структурные изменения организма. Чтобы минимизировать или полностью устранить риск возникновения таких ситуаций, применяются изолирующие материалы.

Виды звукоизолирующих материалов

Следует начать с того, что шумы подразделяются на отдельные группы:

1. Структурные – вызываются вибрацией вследствие работы различного оборудования (от бытового в доме до строительного на улице), автотранспорта, лифтов и пр.
2. Ударные – могут быть вызваны топотом, передвижением предметов интерьера.
3. Воздушные – разговоры, теле- и радиозвуки.

В строительной акустике различают три основных типа звукозащиты от вышерассмотренных шумов:

Звукоизоляция

Предполагает защиту от шумов, передающихся по воздуху (человеческая речь, музыка и пр.). Работает по одному из двух принципов: снижение степени интенсивности звуковых волн в процессе их прохождения сквозь плотную перегородку или звукоотражение от преграды.

Шумоизоляция

Здесь предполагается защита от сложных звуковых волн, вызванных сочетанием звуков разной силы и частотности. Это могут быть структурные, воздушные, ударные и пр. шумы.

Звукопоглощение

Актуально для мягких конструкций, использует метод перевода энергии звуковой в тепловую.

Чтобы грамотно подобрать соответствующий звукоизолирующий материал, следует принимать во внимание, от каких типов шума «сооружается» защитный барьер.

Проведем небольшое сравнительное исследование продукции от известных производителей, рекомендуемой для жилых помещений (в рассматриваемую группу вошли только шумоизоляторы, эффективные в диапазоне 100-3000 Гц).

Обзор звукопоглощающих и звукоизолирующих материалов

Мембранные звукоизоляторы применимы для любых поверхностей, обладают упругостью, малой толщиной и повышенной эффективностью в поглощении шумов. Наиболее популярными брендами на территории России стали Tecsound и Звукоизол.

Tecsound

Эта фирма – дочернее предприятие испанской компании Texsa, появившейся в далеком 1954 году. Под брендом Тексаунд производятся полимер-минеральные мембраны – эластичные, тонкие, выпускаются в форме рулонов.

Основа материала – арагонит с добавлением эластомеров. Актуален он в каркасных и бескаркасных системах, способен повысить звукоизоляционные свойства конструкции на 15 дБ.

Такие показатели можно сравнить с тридцатисантиметровой бетонной стеной. Цена Tecsound – от 850 р. за квадрат.

Выпускается пять основных серий мембран:

1. Tecsound Al – самоклеющаяся, оснащенная алюминиевой фольгой.
2. Tecsound SY – синтетическая самоклеющаяся, применимая для перегородок, потолков, фасадов.
3. Tecsound 35/50/70 – стандартная, используемая для звукоизоляции полов и кровель.
4. Tecsound FT – синтетическая фольгированная универсальная, с покрытием из войлока.
5. Tecsound 100 – листовая.

Из достоинств можно отметить способность к растяжению, экологическую безопасность, температуроустойчивость и долговечность.

Звукоизол

Мембранные звукоизоляционные материалы на основе битумно-полимерных составляющих российского производства появились еще в 2009 г. Поначалу выпускались только две серии – Звукоизол и Звукоизол ВЭМ, предназначенные для строительного сектора.

Уже в следующем году ассортимент выпускаемой продукции значительно расширился за счет производства еще нескольких серий, ставших хорошей альтернативой зарубежным аналогам K-Fonik ST и Тексаунд (Tecsound). Это:

1. Звукоизол ВЭМ Стандарт – вязкоэластичный изолирующий материал,
2. СМК – самоклеющаяся подоснова,
3. Звукоизол-М – рулонные битумно-полимерные мембранные звукоизоляторы с металлизированным покрытием.

Цена отечественных шумоизоляторов более чем демократична – от 140 р. за квадрат. Характеризуются они многими положительными качествами, среди которых универсальность, хорошими звукопоглощающими свойствами, водонепроницаемостью.

Шумоизолирующие панели, состоящие из нескольких слоев, быстро стали популярными за относительную простоту монтажа и эффективность. Среди них особо можно выделить ЗИПС и SoundGuard.

ЗИПС

Сэндвич-панели ЗИПС, в зависимости от основы, имеют разное предназначение. Выполняются они из фанеры (ГВЛ) или пазогребневых ГКЛ, скомпонованных со стекловолоконными или базальтовыми плитами.

Конструкция на основе гипсоволокна/фанеры применима для пола, гипсокартонная – для потолочных и стенных поверхностей.

Впервые бескаркасная система Зипс была разработана в 1999 г, сейчас она включает в себя шесть типов панелей разного предназначения:

1. ЗИПС-МОДУЛЬ стеновая для межкомнатных стен и перегородок в коммерческих, жилых помещениях. Индекс Rw – до 14 дБ.
2. ЗИПС-ПОЛ МОДУЛЬ – панели сборного типа для железобетонных межэтажных перекрытий. Изолируют воздушные шумы в диапазоне от 7 до 9 децибел и ударные до 38 дБ.
3. ЗИПС-Вектор для стенных и потолочных оснований, рабочий диапазон до 125 Гц, индекс Rw до 11 дБ.
4. ЗИПС-Пол Вектор – обеспечивают комплексную звуковую изоляцию железобетонных межэтажных перекрытий, снижают воздушный шум в диапазоне от 6 до 8 дБ, ударный – на 32.
5. ЗИПС-СИНЕМА – дополнительная защита с индексом Rw 16-18 дБ. Применяется для потолков и стен в помещениях с повышенной степенью исходящего звука.
6. ЗИПС-III-УЛЬТРА – допзащита потолочных и стенных поверхностей от воздушного шума. Рабочий диапазон 100 Гц, Rw – 11 дБ.

Цена панелей ЗИПС – от 1600 р., но такая стоимость вполне оправдана их эффективностью, низкой степенью теплопроводности (то есть панели еще и частично выполняют функцию теплоизолятора), долговечностью (от 10 лет).

SoundGuard

Панели Саунгард – «детище» немецко-российского предприятия, появившееся еще в 2010 г. на паях с компанией «Волма» и характеризующееся повышенной эффективностью. В состав панели входит:

• ГКЛ Волма для финишной облицовки,
• Профилированная панель SoundGuard (многослойная плита из гофрокартона, картона и минерально-кварцевого наполнителя),
• Каркасный профиль.

Через два года была зарегистрирована ТМ SoundGuard, после чего начался выпуск разных видов шумоизолирующих панелей:

1. SoundGuard Экозвукоизол – звукоизолирующие упругие панели в 13 мм, состоящие из семи слоев с Rw в 40 децибел.
2. SoundGuard ЭкоЗвукоИзол Огнестойкие Г1, с показателями толщины также в 13 мм и индексом звукоизоляции до 42 дБ.
3. SoundGuard Slim, 11 мм, семь слоев, уменьшающие шума на 36 дБ.
4. SoundGuard Standart, толщина 12 мм, характеризуются прочностью на сжатие и индексом Rw 37 дБ.
5. SoundGuardPremium, Rw равен 44 дБ, запатентованный звукоизоляционный материал для тен, пола, перегородок.

Панели СайнГард сертифицированы по всем нормам РФ, пожаробезопасны, просты в монтаже, обладают низкой теплопроводностью, цена от 810 р/кв. м.

Минераловатные звукоизолирующие материалы также не теряют своей популярности, особенно в сочетании с инновационными разработками. Больше всех продвинулись в изготовлении звукозащиты на основе минеральной ваты бренды Шуманет и Rock Wool Acoustic Butts.

Шуманет

Минераловатные плиты Шуманет выпускаеются тем же производителем, что и панели ЗИПС, Шумостоп, Саундлюкс, Саундлайн, Вибросил, Виброфлекс, а именно ООО «Акустик Групп».

Серия звукоизоляционных материалов Шуманет разработана непосредственно для каркасных стенных и потолочных систем с применением облицовок различного типа – гипсоволокнистых, гипсокартонных, древесно-стружечных, фанерных. В серию входят:

1. Шуманет-СК – стекловолокнистые плиты, с одной стороны покрытые стеклохолстом, не допускающим осыпания стекловолокон. Актуальны при установке акустических панелей типа Кнауф-Саундлайн, Саундборд и др., обладают значением звукопоглощения около 0,8 ед.
2. Шуманет-Эко – водоотталкивающие плиты на основе штапельного стекловолокна и акрилового связующего. Коэффициент звукопоглощения – 0,85 ед.
3. Шуманет-БМ – базальтовые плиты с высоким показателем звукопоглощения – 0,95 ед.

Для изоляции ударного шума в напольных конструкциях выпускается система комбинированных плит под названием Шумостоп и битумно-полимерных прокладок Шуманет-100.

Средняя цена плит Шуманет – от 190 рублей за квадрат. Отличаются они долговечностью (рабочий ресурс от 10 лет), простотой монтажа, соответствуют требованиям ГОСТ, сертифицированы по нормам РФ.

RockWool Acoustic Butts

Многофункциональные базальтовые плиты производятся почти на 30 заводах, это разработка транснациональной группы компаний, открывшей свой первый филиал в России еще в 1999 г.

Плиты Роквул Акустик Баттс из каменной ваты практически универсальны, применимы во внутренней, внешней и кровельной облицовке в жилом и промышленном строительстве.

Можно выделить несколько основных серий минераловатных плит Acoustic:

1. RockWool Флор Баттс – жесткие паропроницаемые плиты для напольных конструкций с ожидаемо высокой нагрузкой.
2. RockWool Флор Баттс водоотталкивающие (гидрофобизированные) для помещений общественного, коммерческого и жилого направления.
3. RockWool Флор Баттс И – габбро-базальтовые плитные материалы для помещений производственного типа.
4. Роквул Акустик Баттс Про – ультратонкие плиты.
5. Акустик Баттс стандартного типа.

Продукция Роквул Акустик Баттс имеет массу достоинств, при этом цена на плиты вполне доступная – от 120 рублей за квадратный метр.

Заметки

по построению акустических систем с использованием современных материалов

Если расчет АС достаточно полно освещен в литературе (Эфрусси, Виноградова, Алдошина), то описанные там материалы устарели и малоэффективны в сравнении с имеющимися на сегодняшний день. Анализируя современное состояние рынка материалов, в основном автомобильного и строительного назначения, я обобщил имеющиеся данные и сделал следующие выводы:

1. Виброизоляция стенок ящика АС.

Единственным пригодным для использования в домашней акустике из автомобильных материалов является BIMAST, лучше марки SUPER. Листы 0,6х0,9 м (упаковка 5 штук) выпускаются группой компаний «Стандартпласт»: http://www. *****

Этот материал толщиной 3-4 мм позволяет уменьшить толщину стенок в 2 раза. Однако это справедливо для тонких стенок (8-10 мм), где это особенно актуально.

Естественно, что для стенки из МДФ толщиной 32 мм уменьшение вибраций будет несущественным. К тому же, вибропоглощение МДФ выше, чем ДСП, и не сравнимо выше фанеры, дерева (до 4-х раз) и иных материалов.

Потому нецелесообразно делать толстый деревянный корпус с дополнительной виброизоляцией вместо корпуса из МДФ обычной толщины (для полочной АС обычной я считаю 16 мм).

Нанесение анахронизмов вроде герлена представляется сомнительным ввиду нетехнологичности нанесения его необходимой толщины (4-6 мм) и меньшей эффективности ввиду однослойной структуры.

Корпуса из мрамора вообще не имеют виброизолирующих свойств, так как мрамор не имеет упругих свойств, позволяющих превращать акустическую энергию в тепловую.

Все виброизолирующие материалы эффективны от вибраций, в первую очередь от ударных шумов. Т. е. в первую очередь на НЧ, где мощность их существенна.

Но на НЧ слух не может локализовать источник звука, поэтому и важность виброизоляции не велика: нет особой разницы, излучает звук диффузор или задняя стенка корпуса.

В проектируемых корпусах гасить вибрации лучше всего построением переборок. Теоретически, поставленная посередине панели переборка увеличивает прочность в 4 раза. Удобным способом укрепления, особенно готовых АС, являются распорки. Лучшим способом укрепления ящика АС является сотовая ячеистая система переборок, так как она еще дополнительно позволяет корпусные резонансы ослабить путем увода их вверх, где они легко гасятся звукопоглощающими материалами.

Встречающиеся в описаниях АС способы виброизоляции стенок ленолиумом идут со времен книги Эфрусси (1971 год). Однако линолеум тогда был совершенно иным и всего одного сорта; простая рекомендация виброизоляции современным линолеумом по крайней мере некорректна по отношению к желающим повторить конструкцию. Покупка ленилеума поставит их в тупик: какой брать? – коммерческий, полукоммерческий, домашний? – толщиной от 1 до 4 мм? - гомогенный или гетерогенный? –может вообще взять натуральный линолеум, или лучше токопроводящий, или антисептический ? К тому же укладка на пол его производится на специальный виброгасящий рулонный материал (подложку) - вспененный полиэтилен или полиуретан, пробковое покрытие). Так же нельзя использовать в качестве виброгасящего материала резину, в том числе пористую.

2. Звукопоглощающие материалы.

Это высокопористые, иначе говоря - материалы с открытой и как можно более мелкой структурой. Типичные размеры волокон стекловатных и минераловатных (базальтовых) звукопоглощающих плит имеют размеры 2-6 мкм. Диапазон их наибольшей эффективности начинается с 500 герц, на 50-100 герц поглощение совсем низкое. Однако в АС поглощение на столь низких частотах нас не интересует (а в случае построения, к примеру, помещения с заданными акустическими свойствами – студии, например, пришлось бы применять панели-сэндвичи). А не интересует потому, что звукопоглощение на НЧ портит качество баса, делает его затянутым. Происходит это вследствие снижения добротности АС на НЧ. Частицы материала с окружающим их воздухом следуют за диффузором, виртуально увеличивая его массу. Звукоизолирующие (и близкие к ним утеплительные материалы) непригодны для использования в АС по причине низкого коэффициента звукопоглощения. К непригодным для использования относятся все виды полиуретанов – от пенопласта до поролона. Предлагаемые в некоторых публикациях разминания поролона для открытия пор различными способами несостоятельны, для этой цели есть другие материалы.

Лучшими являются:

Тонкошерстный войлок. Эффективность 8-10 мм войлока сравнима с 2-3 см ваты. В корпусе через некоторое время заведется моль. Ту же участь ждет тонкорунную овечью шерсть, обладающую так же хорошими свойствами, часто используемую и предлагаемую, к примеру фирмой Visaton: http://sound. *****/

Альтернативой является стекловолоконный войлок.

Специальные звукопоглощающие современные материалы используются преимущественно в потолочных плитах, реже – стенных панелях (маты и сэндвичи из фанеры или гипрока и минваты):

фирма «PAROC» выпускает акустические декоративные негорючие панели на основе минеральной ваты со средней плотностью 80 кг/куб (панели Parmitex, Poyal, Akusteri, Аku).

Фирма «ISOVER» выпускает окрашенные стекловолокнистые акустические плиты группы AKUSTO, имеющие стеклотканевое покрытие. Это плиты из стекловолокна толщиной 30 и 50 мм.
Фирма ECOPHON выпускает акустические потолочные и настенные панели, изготовленные из стекловаты повышенной плотности (средняя плотность - более 80 кг/куб. м), толщиной 12, 20, 40 мм.
Фирма «KARHULA», фирма «AHLSTROM». Плиты имеют среднюю плотность 150 кг/куб. м, а плиты в 30 мм - 75 кг/куб. м.
Можно использовать минеральную вату, обернутую в стеклоткань (маты). Она является акустически прозрачной и позволит избежать дополнительных локальных провалов и выбросов на кривой коэффициента поглощения.

Вата. Эффективный вид – более плотный и мелкий – то есть синтетическая хирургическая вата. Также должна укладываться в матах. Чтобы избежать дополнительных экстремумов поглощения матов, материал для их шитья нужно брать звукопрозрачный: стеклоткань, укрывные материалы для почвы, подкладочные материалы для одежды – все они имеют крупную ячеистую структуру.

Теоретически, звукопоглощение в районе НЧ от 250 герц и ниже можно увеличить, относя звукопоглощающие панели на четверть волны от стенки АС. Однако, посчитав длину волны хотя бы 100 герц (332/100=3,32 метра), нетрудно прийти к выводу о необдуманности встречающихся в сети советов по отнесению материала от стенки.

При том, что увеличение эффективности поглощения требуется на НЧ, а на ВЧ с 2-3 кГц уже и не требуется, так как перед НЧ динамиком стоит фильтр.

3. Стоячие волны, связанные с ними резонансные пики на АЧХ.

Они возникают на частоте 168/L (длина стенки в метрах). Если две стенки имеют равную длину – еще хуже, так как энергия резонансов двух плоскостей сложится. Потому не следует делать стенки, кратные друг другу по размерам. Например соотношение длины стенок 1: 1,5: 2,4 будет удачным. Если возникает стоячая волна, то у крайних стенок будут максимумы, а посередине – минимум.

Вывод: поставив переборку или расположив мешок звукопоглотителя не по центру ящика, можно дополнительно получить подавление стоячей волны (резонанса), а не только звукопоглощения.

8087

Низкочастотные поглотители Щит Бекеши и Басклинер для коррекции акустики комнаты прослушивания

Один из вариантов конструкции щита бекеши размером 4х2 м

Рама низкочастотного звукопоглотителя "Щит бекеши"

Зависимость резонансной частоты низкочастотного поглотителя "Басклинер" от длины и диаметра трубы
Установка низкочастотных поглотителей "Басклинер" в углах студии звукозаписи
Устройство "Басклинера" и ступенчатый резонансный потолок
Угловые низкочастотные поглотители "басклинер"

Звукопоглощающие конструкции "басклинер" для разных частот

Студия звукозаписи акустически обработана низкочастотными поглотителями "Басклинер"

Проблемы низких частот

Одна из основных акустических проблем при создании залов домашнего кинотеатра или комнат прослушивания - резонансы низких частот, не устраняемые никакими звукопоглощающими материалами. Помещения для музыки и просмотра фильмов в большинстве своем имеют прямоугольную форму с тремя парами параллельных поверхностей (4 стены, пол и потолок). В итоге в большинстве прямоугольных помещений имеются три явно выраженные резонанса как раз на низких частотах. Их частоты связаны с расстоянием между стенами, и они тем ниже, чем больше размеры помещения. К основным резонансам добавляются кратные их частотам - высшие гармоники. Вот такой низкочастотный «букет» получается в комнате прямоугольной формы, гордо именуемой «залом домашнего кинотеатра». Выражается этот «букет» в резком усилении отдельных частот при ходьбе по залу, наличие в определенных местах «гудения» и провалов на НЧ, не выправляемые даже мощным сабвуфером. Избавиться от этих явлений можно несколькими способами, и это не традиционно практикуемая шумоизоляция стен:

• Способ кардинальный - уход от прямоугольной формы помещения и плоского потолка, по примеру комнат прослушивания студии звукозаписи. Редко реализуем т.к. залы домашних кинотеатров строятся в квартирах и коттеджах, где большинство помещений имеют плоский пол, потолок и расположенные под 90 град. стены. Если под зал домашнего кинотеатра выделяется мансарда с двускатной или односкатной крышей, для акустики - уже лучше;
• Способ «4 сабвуфера» основанный на том, что у задней стены устанавливаются 2 дополнительных сабвуфера, включенные в противофазе к двум основным, стоящим около экрана. В результате низкие частоты, достигающие этих двух сабвуферов - поглощаются и возникает эффект отсутствия задней стены (эффект дырки);
• Способ компромиссный по стоимости в сравнении с двумя предыдущими - применение звукопоглощающих материалов и конструкций именно для низких частот. Известно несколько таких способов, применяемых в критичных местах комнат прослушивания и залов, где гладкая АЧХ на низких частотах особенно важна. Эти способы основаны на резонансе.

Про резонансные способы поглощения и поговорим. Про непрямоугольную форму помещения и «4 сабвуфера» есть отдельные статьи, которые можно найти по ссылкам в конце страницы.

Резонансный способ поглощения низких частот коренным образом отличается от шумоизоляции стен звукопоглощающими материалами. Он достаточно прост в реализации, недорог и часто применяем при создании студий звукозаписи или аналогичных по назначению помещений.

При возбуждении звуковыми волнами резонанса в какой-либо плоской поверхности (мембране), эта поверхность начинает колебаться и отбирать энергию звуковых волн как раз на частоте резонанса. Если механические колебания мембраны превратить в тепло, то звуковое давление на частоте резонанса - снизится. Плоская поверхность вместе с рамой представляет собой колебательную систему, а в качества преобразователя энергии механических колебаний в тепло выступает слой звукопоглощающего материала.

Уровень гашения энергии звуковых волн зависит не от толщины слоя звукопоглощающего материала, а от добротности колебательной системы. Чем она выше, тем амплитуда колебаний мембраны больше и отбор энергии звуковых волн на резонансной частоте - сильнее. Правда при высокой добротности страдает ширина поглощаемого диапазона частот. Высокодобротные системы узкополосны, хоть и обеспечивают максимальное поглощение какой-то определенной частоты.

Щиты Бекеши

Впервые тандемные конструкции из мембраны и слоя звукопоглощающего материала применил Г. Бекеши, и соответственно все резонансные системы, предназначенные для поглощения низких частот, традиционно называют его именем.

Так называемые «Щиты Бекеши» представляют собой деревянные рамы достаточно внушительных габаритов закрытые с одной стороны мембраной из туго натянутого авиационного полотна, клеенкой или тонким ДВП, оргалитом и т.д. Рама крепится на стене в месте пучности низких частот. Между стеной и мембраной должно быть расстояние порядка 10-20 см. В этот промежуток устанавливается звукопоглощающий материал в виде плиты из минеральной ваты толщиной 50-100 мм. Еще раз повторюсь - звукопоглощающий материал, это не шумоизоляция стен, а преобразователь механической энергии колебания мембраны в тепло.

Щит бекеши имеет явно выраженные резонансные свойства. Частота его резонанса зависит от физического размера, толщины мембраны, примененного для месмбраны материала и силы натяжения. Частота резонанса колебательной системы также зависит от веса мембраны (отношением массы к единице площади) и упругостью объема воздуха между мембраной и стеной. Если частота падающего на мембрану звуковой волны близка (или кратна ей) к резонансной частоте мембраны в ней возбуждаются колебания. Энергия звуковых волн преобразуется в механические колебания мембраны, которые в свою очередь переводятся в тепло слоем звукопоглощающего материала.

Резонансная частота, на которой поглощение энергии звуковых волн максимально, может быть сделана достаточно низкой. Щиты бекеши хорошо работают как раз на низких частотах.

Значительное поглощение энергии колебаний низких частот, наблюдаемое в больших залах, отделанных деревянными панелями, объясняется именно их резонансными свойствами. Роль активного сопротивления здесь играет не слой звукопоглощающего материала между стеной и панелями, а внутреннее трение, возникающее при деформации панелей.

Практическое применения щитов Бекеши

Для улучшения акустики помещения и «дозирования» первых отражений применяют именно «Щиты Бекеши». Эти довольно большие по площади деревянные конструкции, хорошо поглощают энергию звуковых волн не только низких частот (на одной - резонансной частоте), но и к счастью - средних и высоких частот.

Как правило «Щит Бекеши» - это деревянная рама из досок шириной 100-120 мм, висящая на стене, либо встроенная в нее заподлицо. Внутри рамы находится звукопоглощающий материал: плотное базальтовое волокно, минеральная вата, поролон и другие похожие по свойствам материалы не очень высокой (50-100 кг/куб.м.) плотности.

Лицевая поверхность «Щита Бекеши» закрыта натянутой PVC мембраной плотностью 270-450 г/м.кв. Мембрана имеет собственную резонансную частоту, зависящую от ее физических размеров, толщины материала и силы натяжения. Обычно частота собственного резонанса мембраны (при габаритах конструкции 1200х2500 мм) находится в районе 27-42 Гц и имеет среднюю добротность. На резонансной частоте и кратных ей частотах, мембраны у «Щита Бекеши» имеется ярко выраженный пик поглощения звуковой энергии.

В дополнение к низким, также неплохо гасятся средние частоты расположенным под мембраной слоем звукопоглощающего материала. Коэффициент ослабления средних частот задается глубиной щита бекеши, и плотностью звукопоглощающего материала.

Для поглощения высоких частот на мембрану можно наклеить мягкий наружный слой. Применяя разные покрытия мембраны можно влиять на коэффициент поглощения высоких частот.

Таким образом «Щит Бекеши» представляет собой комбинированный акустический элемент для поглощения первых отражений в довольно широком диапазоне частот, а по сути является трех-диапазонным звукопоглотителем. Кроме преимущественного поглощения низких частот, панель бекеши влияет на уровень реверберации в помещении и скорость затухания «порхающего эха». В меньшей степени он устраняет подгуживание помещения на низких частотах.

Планировка помещения по низким частотам

Важнейшее место в борьбе за качественный звук занимает проблема баса, которая проявляется в резкой неравномерности уровня низких частот в комнате прослушивания. Неравномерность басового диапазона слышна выпиранием отдельных частот, неистовым «гудежом» сабвуфера, либо провалами, когда явно ощущается «глотание» отдельных нот и НЧ звуков.

Стандартные методы коррекции недостатков акустики помещения эквалайзерами, входящими в состав современных ресиверов домашнего кинотеатра, настраиваемых автоматически - помогают мало. Убирать выпячивание и провалы определенных частот эквалайзером сродни лечению симптомов таблетками, вместо поиска причин заболевания в медицине.

Второй традиционный способ НЧ коррекции - таскать сабвуфер по помещению в поисках лучшего места и наиболее ровной результирующей АЧХ системы сабвуфер/комната, тоже - полумера. Тут скорее всего придется искать место не только сабвуферу, а и двум фронтальным колонкам и соответственно - дивану и экрану…

Можно применять резонаторы Гельмгольца, имеющие от природы - низкую добротность и как следствие - недостаточную эффективность при высокой цене.

Резюмируя можно сказать, что методов коррекции НЧ в комнате прослушивания существует масса, но подходить к ним желательно не в конце ремонта, когда «шторы», а при строительстве, чтобы получить заведомо прогнозируемый, качественный и недорогой результат. Планировка помещения прослушивания обычно преследует цели:

• Избавиться от влияния на неравномерность низких частот элементов «коробки» стен и потолков, которые изготовляются из не предназначенных для акустических целей гипсокартона и натяжных поверхностей. Замена гипсокартоных стен на массивный кирпич, а гипсокартонного потолка на акустический с перфорацией, ситуацию по НЧ и СЧ меняет кардинально;
• Создать условия для формирования максимально равномерного поля в низкочастотном диапазоне, для чего уходить от параллельных стен и ровных потолков;
• Для устранения «звона» на высоких частотах и «порхающего эха» применять мягкие материалы для шумоизоляции стен, пола и потолка.

Сильное увлечение подобными методами акустической коррекции (в комплексе) может привести к обеднению отдельных частот и в особенности - баса. Есть приемы, позволяющие не подавлять пучности в помещении щитами Бекеши, звукопоглощающими материалами и другими акустическими конструкциями, а обогатить бас и выровнять АЧХ на низких частотах - архитектурно.

Ступенчатый потолок

Если у помещения есть достаточный запас по высоте, можно создать ступенчатый потолок со специально просчитанным перепадом высот и площадью «ступеней». Ступени на потолке можно строить с таким шагом, чтобы резонансная частота между каждой ступенью и полом отличалась от соседней на 5-8 Гц. Таким образом получаем «гребенку» резонансных пучностей, разбивая одну резонансную частоту большой амплитуды (в случае единого потолка) на 8-14 равномерно распределенных по диапазону. В результате выравниваем АЧХ комнаты и обогащаем звучание низких частот равномерным рядом локальных резонансов.

Метод - действенный, но требует правильного расчета и приличных архитектурных работ. Кстати, ступени можно скрыть акустически прозрачным натяжным потолком, и примерно такой же эффект получается при устройстве ступеней не на потолке, а на стенах. «Высший пилотаж» это откорректировать параллельные плоскости в соответствии с кривыми равной громкости. Тогда в помещении без применения звукопоглощающих материалов можно получить ровный по отдаче и мощнейший бас.

Спад амплитудно-частотной характеристики в 100 - литровых колонках начинается примерно с 60 Гц, для обеспечения качественного звука от 30 Гц требуется объем колонок уже 400 литров. Эти противоречия иллюстрируются табл.1

Как видим, даже в очень дорогих колонках, объемом до 400 литров, неудовлетворительно воспроизводится целая октава - 16:32 Гц, а гармонические искажения в 20 раз превышают допустимые значения. В колонках средней стоимости, объемом 60:100 литров неудовлетворительно воспроизводится вторая октава - 32:64 Гц и практически отсутствует первая, гармонические же искажения превышают допустимый предел в 50:100 раз.

Последним словом в решении этой проблемы является активный сабвуфер - отдельный громкоговоритель, предназначенный для воспроизведения исключительно низкочастотной области звукового спектра. Габариты таких сабвуферов колеблются в пределах 70:40 литров, частотный диапазон, как правило, 30:150 Гц, зато "сладкоголосые" колонки к нему не превышают 10:12 литров. Подъем низких частот в сабвуферах обеспечивается за счет форсированных режимов усиления, встроенным в него усилителем, что неизбежно порождает увеличение гармонических искажений. Для согласования сабвуфера с парой стандартных колонок требуется специальный цифровой фильтр - все вместе взятое приводит к цене порядка 500 американских долларов.

Как видим, улучшение акустических характеристик малогабаритных колонок с помощью звукопоглощения внутри бокса остается по-прежнему привлекательным.

Предлагаемое новое оригинальное техническое решение для формирования звукопоглощающей среды может существенно упростить ситуацию. Экспериментально получено уменьшение звукового давления в такой среде до 50 раз. Кроме того, звукопоглощающая среда по сравнению с воздухом обладает существенно большей вязкостью, это качество в сочетании со способностью уменьшать звуковое давление самым благоприятным образом сказывается на подавлении многочисленных резонансов в боксе, т.е. ведет к сглаживанию (спрямлению) амплитудно-частотной характеристики и уменьшению гармонических искажений. Нет ограничений на габариты и форму поглощающей среды, на величину звукового давления.

Современная акустическая система содержит, как правило, 3 электроакустических преобразователя: высокочастотный, среднечастотный и низкочастотный (вуфер). Первые 2 преобразователя не требуют больших объемов для качественного воспроизведения звука, поэтому поставляются уже корпусированными, а вуфер требует больших объемов, поэтому его корпусом является корпус акустической колонки. Новое техническое решение позволит сократить физические размеры корпуса вуфера до размеров самого вуфера и открывает возможность поставлять его также корпусированным, тогда исчезают специальные требования к корпусу акустической системы.

Например, корпусирование 10-дюймового вуфера со звукопоглощающей средой в объеме 6 литров обеспечивает следующие характеристики:

• Диапазон частот (при неравномерности 0,5 дБ и спаде на 31,5 Гц-6 дБ) - 31,5...1250 Гц.
• Максимальное акустическое давление - 110 дБ.
• Коэффициент гармоник на уровне 90 дБ - 0,5 %

Результаты исследований иллюстрируются графиками на рис.1 и рис.2, из которой следует, что по сравнению с современным сабвуфером воспроизведение низких частот с помощью предлагаемого решения глубже на пол-октавы даже с акустическим оформлением закрытого типа, диффузор испытывает пневматическую нагрузку не больше, чем в свободном пространстве, среда является вязкой, о чем свидетельствует исчезновение собственного резонанса акустической системы - все это обеспечивает предельно низкие гармонические искажения. Если принять во внимание, что новое техническое решение обеспечивает габариты на порядок меньше, не нуждается в усилителе и дорогом цифровом фильтре, обеспечивает цену в несколько раз ниже, то невольно начинаешь солидироваться с теми, кто считает, что современные сабвуферы это "шаг в сторону":"жест отчаяния, порожденный сознанием серьезных ограничений по достижению самых глубоких басов при использовании классических акустических систем". Настоящий путь решения проблемы глубоких басов открывает Российский патент № 2107949 на изобретение "Устройство для высококачественного воспроизведения звука".

Качество звука, которое приемлемо и предпочтительно для слуха, почти всецело зависит от того, к чему слушатель привык.

Очень немногие люди с натренированным слухом могут судить о качестве звука с разумной точностью и в объективных выражениях.

Наиболее слабым звеном звукового тракта чаще всего бывает акустическая система. И это не случайно. Спроектировать ее — технически очень сложная задача, связанная со многими физическими ограничениями. Главной проблемой обычно является воспроизведение наинизших частот звукового диапазона. На этих частотах громкоговоритель должен излучать звуковые волны достаточно большой длины. Если на частоте 300 Гц длина звуковой волны составляет немногим более метра, то на частоте 30 Гц она составляет уже 11 метров. Диффузор громкоговорителя, двигаясь вперед, создает волну сжатия. Но в то же самое время на задней стороне диффузора возникает волна разряжения, и если скорость движения диффузора невелика, то воздух просто перетекает от передней стороны диффузора к задней, не создавая звуковой волны в окружающем пространстве. Возникает так называемое акустическое короткое замыкание.

Самый простой способ улучшить воспроизведение низких звуковых частот — поместить головку громкоговорителя на акустический экран — щит большого размера. Экран эффективно действует до тех пор, пока расстояние от передней стороны диффузора до задней, измеренное в обход края экрана, будет больше половины длины звуковой волны, т.е. для упомянутой нами частоты 30 Гц нужен экран с размером стороны 5,5 метров. Конечно, если очень хочется реально воспроизвести эту частоту, можно просверлить отверстие в стене, разделяющей две смежные комнаты, вставить в это отверстие головку громкоговорителя. Ну а если серьезно? Попробуем загнуть края экрана. Получится коробка без задней стенки. Можно сделать коробку побольше, а те низкие частоты, которые все-таки воспроизводятся плохо, "поднять" в усилителе звуковой частоты. Так, в свое время, делали, чтобы понизить диапазон воспроизводимых частот до 70 - 60 Гц.

Современные акустические системы изготавливаются с закрытой задней стенкой и обрабатываются внутри звукопоглощающим материалом. Таким образом устраняется акустическое короткое замыкание на низких и улучшается качество воспроизведения на средних частотах. Однако низкий К.П.Д. головки громкоговорителя, который, как известно, даже ниже, чем у паровоза, при использовании закрытого ящика уменьшается вдвое. Конструкторам приходится решать целый ряд проблем, связанных с увеличением отдачи головок громкоговорителей.

Именно поэтому высококачественные акустические системы так сложны и дороги.

Устройство акустической системы, на первый взгляд, выглядит обманчиво простым. Две или несколько головок громкоговорителей установлены в деревянном ящике и подключены проводами к усилителю. Однако считать, что несколько установленных в ящике головок могут выполнять роль акустической системы для высококачественного воспроизведения звука - глубокое заблуждение.

Головка громкоговорителя, установленная в ящик, который играет роль акустического оформления, называется громкоговорителем. Акустической системой называется громкоговоритель, содержащий одну или несколько головок, излучающих звук в различных областях звукового диапазона частот. Головки громкоговорителей подразделяются на низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные и широкополосные.

В зависимости от типа электроакустического преобразователя электрического сигнала в колебания воздуха, окружающего головку, головки бывают электростатическими, электромагнитными, пьезоэлектрическими, плазменными и электродинамическими. Наибольшее распространение получили электродинамические головки громкоговорителей.

Электродинамическая головка громкоговорителя с подвижной катушкой была впервые изобретена и запатентована в 1925 году фирмой General Electric и с тех пор не претерпела принципиальных изменений.

Любая электродинамическая головка подвижной системы, магнитной системы и диффузородержателя. В свою очередь, подвижная система состоит из диффузора, внешнего подвеса, центрирующей шайбы и звуковой катушки.

Диффузор является основным элементом подвижной системы. Диффузоры низкочастотных головок всегда имеют форму конуса. Среднечастотные и высокочастотные головки могут иметь диффузоры как в виде конуса (конусные головки), так и в виде сферы (купольные головки). Диффузоры конусных головок изготавливают методом литья из бумажной массы с различными добавками (шерсть, хлопок и пр.), вводимыми для получения необходимых физико-механических свойств, от которых во многом зависит качество звучания. В последнее время в производстве головок нашли широкое применение диффузоры из синтетических материалов, в частности, из полипропилена. Некоторые фирмы применяют для изготовления диффузоров конусных головок металлические сплавы, а также используют слоистые конструкции, состоящие из нескольких слоев, выполненных из материалов с разными физико-механическими свойствами. Такие сложные конструкции применяют для улучшения качества звучания громкоговорителей. С указанной целью бумажные диффузоры в процессе производства подвергают пропитке специальными составами.

Различают диффузоры с прямолинейной и криволинейной образующей конуса. Диффузоры с прямолинейной образующей проще в изготовлении и применялись в головках громкоговорителей в первые годы после их изобретения. В современных головках применяют диффузоры исключительно с криволинейной образующей из-за отсутствия в таких диффузорах так называемых параметрических резонансов, вызывающих посторонние призвуки в звучании. Для борьбы с параметрическими резонансами диффузора на поверхность конуса многие изготовители наносят серию концентрических канавок.

Диффузоры купольных головок изготавливают методом прессования из натуральных и синтетических тканей с последующей пропиткой специальными составами, а также из синтетических пленок и металлической фольги. Вторым элементом подвижной системы электродинамической головки громкоговорителя является внешний подвес, необходимый для поступательного перемещения диффузора при работе головки громкоговорителя. Подвес может быть выполнен как единое целое с диффузором в виде двух- или многозвенного гофра, а также в виде приклеенного к диффузору кольца из резины, каучука, полиуретана и других материалов. К подвесу предъявляются очень жесткие требования в части его упругих свойств. Подвес должен обладать достаточной гибкостью и сохранять линейность упругих свойств во всем диапазоне смещений подвижной системы головки громкоговорителя. Выполнение первого условия необходимо для получения низкой частоты основного (собственного) резонанса подвижной системы головки громкоговорителя, что очень важно для хорошего воспроизведения самых низких частот. Второе условие должно соблюдаться для обеспечения низких нелинейных искажений. Выполнение перечисленных условий достигается применением для изготовления подвеса соответствующих материалов и выбором подходящей его формы (формы и количества канавок, их высоты и т.п.). В современных головках громкоговорителей применяют подвесы, имеющие в сечении S-образную, тороидальную форму.

Центрирующая шайба является третьим элементом подвижной системы, оказывающим влияние на качество головки громкоговорителя. Ее назначение - обеспечить правильное положение звуковой катушки в воздушном зазоре магнитной системы головки. Для этого центрирующая шайба должна обладать минимальной гибкостью в радиальном и максимально возможной гибкостью в осевом направлении. Выполнение первого условия необходимо для обеспечения механической надежности головки (отсутствия касания звуковой катушкой стенок зазора магнитной системы), второго - для обеспечения низкой частоты ее основного резонанса. Кроме того, центрирующая шайба должна сохранять линейность характеристик упругости во всем диапазоне перемещения подвижной системы головки громкоговорителя. От этого зависит величина нелинейных искажений воспроизводимого головкой сигнала. Центрирующие, шайбы могут быть изготовлены из текстолита, картона, бумаги или ткани. Шайбы из текстолита, бумаги и картона, получившие широкое распространение в 30-40-е годы, в настоящее время полностью вытеснены гофрированными шайбами так называемого коробчатого типа, изготовленными из хлопчатобумажной или шелковой ткани с пропиткой бакелитовым лаком. По внешнему виду такие центрирующие шайбы напоминают цилиндрическую коробку с гофрированным дном и развальцованным в плоское кольцо цилиндрическим краем. Последний элемент подвижной системы электродинамической головки громкоговорителя - звуковая катушка. Звуковая катушка наматывается медным или алюминиевым проводом в эмалевой изоляции на бумажный или металлический каркас и пропитывается лаком для предотвращения сползания витков. При протекании тока по звуковой катушке вокруг нее создается электромагнитное поле, при взаимодействии которого с магнитным полем, создаваемым магнитной системой головки, возникает сила Лоренца, которая перемещает звуковую катушку и прикрепленный к ней диффузор в осевом направлении. Таким образом происходит излучение звука головкой.

Магнитная система является важнейшим конструктивным узлом электродинамической головки, во многом определяющим ее электроакустические параметры. Еще в конце 40-х и начале 50-х годов применялись головки с электрическим возбуждением, в магнитных системах которых для создания постоянного магнитного поля служила электрическая катушка, называемая обмоткой возбуждения. Для питания обмотки возбуждения постоянным током требовалось иметь в составе аппаратуры специальные выпрямители с очень хорошей фильтрацией выпрямленного напряжения. Обмотка возбуждения потребляла значительную мощность от источника питания и выделяла при работе головки много тепла. Эти и другие недостатки стали причиной быстрого вытеснения головок с электромагнитным возбуждением головками с возбуждением постоянным магнитом. Все без исключения современные электродинамические головки имеют магнитную систему с постоянным магнитом. Магниты бывают керновыми и кольцевыми. Материалом для изготовления керновых магнитов служат сплавы кобальта и различные марки ферритов. Кольцевые магниты бывают только ферритовыми. Большинство современных электродинамических головок имеют кольцевые ферритовые магниты. В последнее время для изготовления магнитов стали применять специальные сплавы с очень хорошими магнитными свойствами, содержащие редкоземельные металлы. Это позволило существенно повысить чувствительность головок без увеличения их габаритных размеров и веса. Конструкция магнитной системы определяется формой применяемого магнита. Если магнит имеет форму кольца, то магнитная система состоит из двух кольцевых фланцев и цилиндрического керна.

Диаметр керна меньше диаметра отверстия в верхнем фланце. Таким образом образован воздушный зазор, в котором перемещается звуковая катушка. При применении кернового магнита в виде сплошного или полого конуса магнитная система представляет собой закрытый или полуоткрытый магнитопровод. Закрытый магнитопровод состоит из стального стакана, в центре дна которого располагается магнит с полюсным наконечником и кольцевого верхнего фланца. Отверстие верхнего фланца и полюсной наконечник образуют воздушный зазор, в котором находится звуковая катушка. В полуоткрытом магнитопроводе вместо стакана применяется металлическая скоба, а верхний фланец имеет прямоугольную форму. Для изготовления керна, полюсных наконечников и фланцев применяются специальные марки сталей, к магнитным свойствам которых предъявляются весьма жесткие специфические требования. Форма полюсных наконечников и керна оказывает существенное влияние на величину магнитной индукции в воздушном зазоре магнитной системы головки и равномерность распределения в нем магнитного потока. От этого зависит чувствительность и уровень нелинейных искажений головки. От размеров керна и полюсных наконечников, а также от величины воздушного зазора зависит и степень нагрева, а значит, и термоустойчивость звуковой катушки. Поэтому в мощных низкочастотных головках применяют полюсные наконечники и керны большого диаметра, а также стремятся увеличивать насколько возможно величину воздушного зазора (при увеличении зазора уменьшается чувствительность головки и для ее сохранения необходимо применение более мощного магнита). В последнее время для улучшения охлаждения звуковой катушки некоторые фирмы стали выпускать головки с заполнением воздушного зазора магнитной системы специальной ферромагнитной жидкостью.

Диффузородержатель соединяет подвижную и магнитную системы электродинамической головки громкоговорителя в единую механически прочную конструкцию. Диффузородержатель имеет окна для выхода воздуха, заключенного между ним и диффузором. При отсутствии окон воздух будет воздействовать на подвижную систему в качестве дополнительной акустической нагрузки, уменьшая отдачу головки и ухудшая ее частотную характеристику в области низких частот. Диффузородержатели изготавливают методом штамповки из специальной конструкционной стали, отливают методами точного литья из легких сплавов, а также прессуют из пластмассы.

Динамические головки громкоговорителей, как правило, не применяют без акустического оформления, необходимого для получения удовлетворительных результатов. Причина этого заключается в том, что при колебаниях диффузора головки без оформления сгущения воздуха, образуемые одной его стороной, нейтрализуются разряжениями, образуемыми другой стороной. Применение какого-либо акустического оформления удлиняет путь колебаний воздуха между фронтальной и тыльной сторонами диффузора и полной нейтрализации колебаний не происходит. Это особенно важно на низких частотах, где размеры диффузора малы по сравнению с длиной волны акустического излучения.

Корпус акустической системы помимо выполнения своей основной функции - формирования ее амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в области низких частот вносит значительные искажения в воспроизводимый сигнал из-за вибрации стенок и колебаний находящегося в нем воздуха. С уменьшением толщины стенок уменьшается величина звукового давления на низких частотах, увеличивается неравномерность АЧХ в области средних частот, возрастают уровень нелинейных искажений и длительность переходных процессов. Эти факторы вызывают так называемые "ящичные" призвуки, ухудшающие качество звучания. Поэтому конструированию корпусов в практике разработки высококачественных акустических систем уделяется самое серьезное внимание. Существуют два источника вибраций, вызывающих излучение звука стенками корпуса акустической системы:

• возбуждение колебаний находящегося в корпусе воздуха тыльной стороной диффузора установленной в нем головки громкоговорителя и передача колебаний через воздух стенкам корпуса;
• непосредственная передача вибраций от диффузородержателя головки передней стенке корпуса, а от нее боковым и задней стенкам.

Для уменьшения вибраций стенок конструкторы акустических систем применяют различные методы звукозвукопоглощения, а также виброизоляции и вибропоглощения. Один из широко применяемых способов звукопоглощения состоит в заполнении внутреннего объема корпуса минеральной ватой, специальным синтетическим волокном, шерстью, супертонким стекловолокном и другими материалами. Эффективность звукопоглощающих материалов оценивают коэффициентом звукопоглощения А, равным отношению величины поглощенной энергии Wпогл к величине падающей энергии Wпад. Величина этого коэффициента зависит от частоты, толщины и плотности материала. Для увеличения величины коэффициента звукопоглощения на низких частотах увеличивают толщину звукопоглотителя, а также плотность заполнения им корпуса акустической системы. Однако наличие в корпусе чрезмерного количества звукопоглощающего материала приводит к снижению величины звукового давления на низших частотах и воспроизведению "сухого", невыразительного баса.

Звукоизоляция корпуса акустической системы определяется как количеством и физическими свойствами находящегося внутри него звукопоглощающего материала, так и звукоизолирующими свойствами его стенок. Задача разработчиков акустических систем состоит в том, чтобы максимально увеличить звукоизоляцию корпуса путем грамотного выбора его конструкции и материала стенок. Один из распространенных методов повышения звукоизоляции состоит в увеличении жесткости и массы стенок корпуса. Поэтому некоторые фирмы применяют для изготовления корпусов акустических систем мрамор, пенобетон и даже кирпич. Такие корпуса обеспечивают хорошую звукоизоляцию (до 30 дБ), однако имеют слишком большую массу. Более практичны корпуса, стенки которых изготовлены из двух слоев фанеры или древесностружечных плит с заполнением промежутка между ними песком, дробью или звукопоглощающим материалом. Для снижения амплитуды вибраций стенок корпуса используют вибропоглощающие покрытия в виде листовой резины, жесткой пластмассы, битумных мастик и т.п., наносимые на его внутренние поверхности.

Для борьбы с прямой передачей вибраций от диффузородержателя головки передней стенке, а от нее и другим стенкам корпуса применяют сплошные резиновые прокладки, устанавливаемые между диффузородержателем и передней стенкой, локальные опорные виброизоляторы для крепежных винтов, амортизирующие прокладки между передней и боковыми стенками корпуса, развязку диффузородержателя от передней стенки путем его опоры на дно корпуса и другие способы. На качестве звучания сказывается и внешняя конфигурация корпуса (его форма, наличие отражающих звук выступов и впадин, величина радиуса скругления углов и т.д.), от которой зависит степень проявления дифракционных эффектов, вызывающих нарушение тембральной окраски и стереофонической звуковой картины. Многочисленные экспериментальные исследования показали, что переход от прямоугольных корпусов с острыми углами к корпусам гладкой формы (например, в виде сферы) позволяет существенно уменьшить неравномерность АЧХ звукового давления в области средних и высших частот. Поэтому многие фирмы-изготовители высококачественных акустических систем устанавливают средне- и высокочастотные головки громкоговорителей в блоки обтекаемой формы в виде сфер, цилиндров, кубоидов со скругленными углами, изолированные от акустического оформления низкочастотных головок.

Для уменьшения неравномерности АЧХ низкочастотного громкоговорителя переднюю стенку прямоугольного корпуса акустических систем выполняют как можно более узкой (насколько позволяют размеры низкочастотной головки). При этом частоты дифракционных пиков и провалов на его АЧХ расположены, как правило, выше частоты среза разделительного фильтра. Уменьшение ширины передней стенки корпуса способствует также расширению диаграммы направленности акустической системы. Глубина корпуса существенно влияет на величину "задержанных" резонансов, которые, по-видимому, и служат причиной давно установленного опытным путем факта, что акустические системы с плоским корпусом субъективно звучат хуже по сравнению с акустическими системами, имеющими достаточно глубокий корпус.