В любом домашнем кинотеатре конечное качество воспроизведения звука определяется акустическими системами. Лучшие записи, закодированные по самым современным технологиям, считанные высококлассным Blu Ray-проигрывателем, обработанные и усиленные высококачественным AV-ресивером или AV-процессором с усилителями могут быть бесповоротно испорчены плохими акустическими системами.

Основы звука

Любой источник создает звук благодаря колебательным движениям, подобно обычному колокольчику (струна гитары, голосовые связки человека и т.д.). При вибрации метала колокольчика, смежные с ним слои молекул воздуха тоже начинают вибрировать и эти колебательные движения распространяются в воздухе волнообразно, в итоге достигая барабанной перепонки в ухе человека. Вибрация барабанной перепонки интерпретируется мозгом, как звук и в зависимости от специфики колебательных движений идентифицируется по источнику звуковой волны.

Воспринимаемый звук кажется разным благодаря частоте звуковой волны – более быстрым или медленным колебаниям молекул воздуха и барабанной перепонки, и амплитуде волны – более сильные/слабые колебания, смещающие эластичную перепонку на большее/меньшее расстояние. Изменение амплитуды звуковой волны воспринимается человеком, как изменение громкости слышимого звука.

Записывающий микрофон работает по принципу барабанной перепонки уха человека – эластичная мембрана воспринимает звуковые колебательные волны, которые потом кодируются в виде электрических сигналов на магнитной ленте или цифровом диске. DVD или Blu Ray-проигрыватель домашнего кинотеатра считывает записанный сигнал с диска, декодер AV-ресивера или AV-процессора раскодирует его и раскладывает по различным каналам, затем сигналы усиливаются и передаются в виде электрических импульсов на громкоговорители (динамики) акустических систем, которые преобразуют электрические сигналы в колебательные движения диффузора, собственно создающего воспринимаемые человеком звуковые волны.

Устройство типовой динамической головки акустической системы

Несмотря на внешние различия высокочастотных, среднечастотных и низкочастотных динамиков конструктивно в них использован типовой набор компонентов. Корпус или корзина (диффузородержатель) динамика обеспечивает целостность конструкции, изготавливается из металла, реже пластика или композитного материала и имеет окна, обеспечивающие свободное движение воздуха с тыльной стороны подвижного диффузора, что устраняет искажения воспроизведения (особенно на низких частотах) из-за акустической нагрузки воздуха с обратной стороны диффузора.

Основные требования к диффузору, создающему звуковые волны благодаря своим колебательным движениям – жесткость, малая масса и способность совершать возвратно-поступательные движения одновременно всей плоскостью без изгибов, создающих призвуки. В этой ситуации конусные или купольные диффузоры, свободно перемещающиеся вместе со звуковой катушкой в своей узкой части, в местах крепления к корзине (внешнем подвесе) имеют очень жесткое соединение. Проблема решается интеграцией во внешний подвес эластичного кольца из резины, каучука или полипропилена, или же формированием специальных выступов/канавок, что позволяет диффузору свободно двигаться в осевом направлении, но ограничивает его радиальные перемещения.

Диффузоры низкочастотных динамиков изготавливают из измельченной древесины (бумаги) с пропиткой, полипропилена, бакстрена, средне- и высокочастотных динамиков – тканого кевлара, легких металлов (алюминия, магния, титана и т.д.), или керамики. Для увеличения жесткости диффузора его поверхность металлизируют осаждением бериллия, золота, а иногда и алмаза.

Звуковая катушка наматывается медным или алюминиевым проводом круглого или прямоугольного сечения в два или четыре слоя и имеет два эластичных и очень гибких вывода на плату соединений. Приклеивают ее к узкой части диффузора синтетическими клеями с ультрафиолетовым твердением. Центрирующая шайба обеспечивает осевое перемещение звуковой катушки с диффузором, устраняет радиальные перемещения, способные привести к заклиниванию подвижной системы, и изготавливается из прессованной бумаги с последующей пропиткой.

Работа динамической головки акустической системы

Расшифрованные декодером аудио сигналы передаются на усилитель мощности, который усиливает их и посылает в виде электрических импульсов на динамики акустических систем. Импульсы тока имеют разную полярность и величину, т.е. на выводные клеммы звуковой катушки динамика с большой частотой подается знакопеременное напряжение и ток разного направления и разной силы. Это заставляет звуковую катушку перемещаться взад/вперед с различной амплитудой, зависящей от силы тока, а вместе с ней и диффузор, создающий звуковые волны большей или меньшей амплитуды (громкости звука).

По сути, усилитель меняет направление подаваемого на звуковую катушку тока много раз в секунду, а увеличение громкости усилителя приводит к посыланию на катушку токов большей величины, что заставляет перемещаться диффузор на большие расстояния, создавая звуковые волны большей амплитуды. Эффективное и быстрое возвращение звуковой катушки в исходное положение стимулируется постоянным кольцеобразным магнитом, поле которого взаимодействует с полярными магнитными полями звуковой катушки.

Вуферы, средне- и высокочастотные динамики и кроссоверы

Вуферы (низкочастотные динамические головки), среднечастотные и высокочастотные динамики имеют различный размер диффузора и это закономерно, поскольку заставить двигаться с большой частотой большой диффузор без искажений предельно тяжело, так же, как и обеспечить медленное плавное движение с большой амплитудой на маленьком по площади диффузоре. Однако если посылать с усилителя на любой динамик весь спектр электрических импульсов, то качественная работа диффузора будет просто невозможна.

Поэтому электрические сигналы фильтруют по частоте изменения полярности тока – разделяют звук по частотам. Это осуществляется с помощью кроссоверов, которые могут быть активными и пассивными. В широкополосных акустических системах с низко, средне и высокочастотными динамиками используются сборные кроссоверы из конденсаторов и индуктивных катушек.

Типовой пассивный кроссовер широкополосной акустической системы.

Конденсаторы хорошо пропускают токи с частотой выше определенного значения, но блокируют низкочастотные токи. Индуктивные кроссоверы работают на низкочастотных токах, но не пропускают токи высокой частоты. Поэтому на цепочке усилитель-вуфер устанавливается индуктивный кросовер, а к средне и высокочастотным динамикам подбираются соответствующие по емкости конденсаторы.

Лучшими являются активные кроссоверы – электронные устройства, не только фильтрующие определенную полосу частот, но и позволяющие регулировать ширину этой полосы, что дает возможность пользователю убавить/усилить высокие, низкие или средние частоты по своему желанию. Обычно активные кроссоверы устанавливаются в усиливающую аппаратуру домашних кинотеатров, в системах мультимедиа – в усилители или акустические системы. Hi-Fi и Hi-End домашние кинотеатры, сертифицированные по качеству воспроизведения звука THX Lucasfilm Ltd имеют встроенный звуковой процессор с активным кроссовером, обеспечивающий высококачественное разделение звука по частоте.

Типовые корпуса акустических систем

Такие акустические системы дают рассеянную звуковую волну и сегодня считаются лучшими для тыловых систем объемной акустики.