Кандидат технічних наук Д. Меркулов.
Дещо про дифракції в домашній акустиці
Якою б сучасною не була електронна система запису і відтворення звуку, скільки б форматів запису вона ні обслуговувала, об'єднана в одному агрегаті, в кінці її, на виході буде "динамік" - так називали його раніше. І був він спочатку один, ну два - для відтворення високих і низьких звукових частот в одній коробці-ящику. З появою в 1950-х роках стереофонічних грамплатівок ящиків стало два - окремо для правого і лівого звукового каналу. Система запису звуку удосконалювалася, і тепер для звукового супроводу відеокартіни і відтворення звуку високої якості виявилося замало і п'яти звукових колонок. Змінювалися конструкція, форма, розташування звукових колонок у залі.
Інженери-електронники кооперувалися з фізиками - знавцями законів поширення звуку. Дифракція, реверберація, інтерференція - терміни з теорії хвильових процесів - увійшли в інженерну практику конструкторів звукових систем.
У переважній більшості сучасні звукові колонки (ЗК) представляють собою набір з двох-трьох електродинамічних гучномовців, поміщених всередину корпусу прямокутної форми шириною 20-30 см. Розраховані вони сумарно на відтворення звукових коливань в діапазоні від 18 до 20 000 Гц, з довжинами хвиль λ відповідно від 1833 до 1,65 см. Довжини хвиль визначені тут за відомою з початкового курсу фізики формулою
де 33 000 - швидкість розповсюдження звукових коливань у повітряному середовищі в см / с; F - частота коливань в Гц. За цією ж формулою визначається і частота коливань, якщо відома довжина хвилі:
Легко підрахувати, що популярної нині ширині 20-30 см передній панелі боксу колонки, випромінюючої звукове коливання аналогічної довжини хвилі, відповідає значення частоти F, рівне 1650 - 1100 гц. Дифракція проявляє себе на частотах вихідних звукових коливань менших 1650-1100 Гц. На більш високих частотах і відповідно довжинах хвиль менше 20-30 см має місце відображення звукових хвиль від передньої панелі випромінювача (див. рис.). Важливим параметром, що характеризує ЗК, є діаграма спрямованості. За вузької діаграмі безпосередньо в бік слухача іде більше звукових сигналів акустичного випромінювача і звукові образи виявляються більш чітко. Дифракція не сприяє поліпшенню діаграми спрямованості. Чим більше дифракція, тим гірше діаграма і якість звуку. Дифракція впливає на якість звукової картини. Так, слухач, що сидить за колоною в концертному залі, можливо, буде добре чути лише контрабас і барабан.
Зменшити дифракцію можна, правильно розмістивши в приміщенні підлогові акустичні випромінювачі: чим ближче до стіни, тим менше дифракція. Звуки високої частоти направляються безпосередньо до слухача, а низькі тони ще і відбиваються від стіни. При установці повнорозмірних колонок впритул до стін дифракція помітно нейтралізується, чутність низьких тонів - найбільш вражаюча. Дифракція невелика і в малоформатних поличних і мініатюрних стереоколонок, звичайно встановлюваних поблизу стін або розвішуємо на них. Повна відсутність дифракції спостерігається при монтажі наборів динамічних головок в поглибленнях стін (див. "Наука і життя" № 12, 2003 р.).
В кінці 1960-х років монополія на колонки з широкою передньою панеллю була порушена появою касетних магнітол і музичних центрів. Трохи пізніше, всього 25 років тому, з'явився "вокмен" (по англ. Walkman) - персональний стереофонічний плеєр. Як і магнітоли, новий плеєр припав до душі любителям слухання музики "на ходу". Завдяки досягненням мікроелектроніки і "цифровізації" апаратури сучасні "вокмени" за якістю відтворення звуку популярної музики цілком задовольняють мільйони любителів.
Свого часу багато років поспіль кіно називали "великим німим". Звукозапис за аналогією можна було б назвати "великим сліпим". "Прозріння" її настав у 1970-х роках з появою касетного відеомагнітофона, а потім і DVD-програвача. Повсюдно почали поширюватися акустичні системи домашнього кінотеатру (ДКТ). Після нетривалого часу емпірично було встановлено, що глядача в ДКТ у меншій мірі цікавить локалізація звукових образів, більшою - акустичні ефекти. З'ясувалося також, що кругова дислокація групи звичайних колонок з п'яти штук недостатньо справляється з організацією звукового поля, що включає розмова персонажів, музику і шумові ефекти. Сукупність обставин дозволила розробникам піти по шляху зменшення визначеності у звуковій картині ДКТ. Звукові колонки перетворилися на вузькі прямостоячі (висотою 1,2-1,5 м) стійки з гучномовцями малого діаметра нагорі, а "ящики" відмовилися від відбивної дошки (передній панелі) у ряді моделей (див. "Наука і життя" № 12, 2003 р.). Зазначені прийоми модернізації навколишнього звукового поля в ДКТ дозволили розширити частотний діапазон дифракції, посунути її в область верхніх частот. Для якісного відтворення низьких частот виділили із загальної групи сабвуфер. В останні роки, у зв'язку з помітним збільшенням попиту, більшість зарубіжних фірм і компаній - виробників акустики спеціалізуються в основному на серійному випуску апаратури "кіношного" спрямування.
Статистика свідчить: нове покоління слухає музику "в дорозі" або "в кіно". При всьому цьому прихильників Hi-Fi музичного театру на дому залишилося ще досить багато. Через брак інших у цьому театрі для музичних програм можуть бути застосовані колонки ДКТ з дифракційними "випнутих" полем низьких частот, але для ДМТ більше підходять апробовані десятиліттями стереофонічні пари звукових колонок прямокутної форми з дифракцією, що не виходить за межі частот 800-1500 Гц.
Як і в реальному концертному залі, в домашніх умовах виконавцям творів мистецтва покладено знаходитися перед слухачем. Цій умові цілковито задовольняють дві звукові колонки (ліва і права), встановлені на певній відстані від слухача і одна від одної, і центральний гучномовець. Особливо при використанні DVD-Video і прийому телевізійних програм зі стереозвуком. При цьому купувати додаткову електродинамічну голівку зовсім не обов'язково. Її може замінити завжди знаходиться під рукою гучномовець телевізора, як раз і розташований посередині між основними (лівої і правої) звуковими колонками.
Якщо для театру обрані малогабаритні поличні звукові колонки, то для компенсації недостатності їх в області низьких частот треба застосувати сабвуфер (бажано без фазоінвертора) з регульованим рівнем гучності. Сабвуфера достатньо одного, і розміщувати його можна довільно, оскільки вухо не локалізує джерела звукового випромінювання на його робочих частотах (і навіть на більш високих в діапазоні до 200-250 Гц), але правильніше буде поставити його ближче до слухача.