Сферические колонки

Шар (или сфера) является идеальной формой колонки. Сферическая форма корпуса оказывает минимальное влияние на звучание установленного в нем динамика, что позволяет получить максимально верный, аудиофильский звук. Готовую сферическую акустику редко можно встретить в магазинах, она сложна в производстве и соответственно имеет очень высокий ценник. Однако сделать сферические колонки в домашних условиях с помощью самых обычных инструментов совсем несложно, о чем и пойдет речь в обзоре.

Изначально я планировал сделать комплект сферической акустики для системы 2.1 (т.е. 2 стереоколонки + сабвуфер). Поскольку в такой системе за воспроизведение низких частот (басов) отвечает сабвуфер, то колонки-сателлиты можно сделать из динамиков с высокой резонансной частотой и добротностью, например автомобильных динамиков. Высокая резонансная частота (Fs) говорит о том, что басы такой динамик воспроизводит очень плохо. Для обычных стереоколонок это недостаток, а для использования в сателлитах системы 2.1 это наоборот достоинство. Дело в том, что басы сабвуфера с фазоинвертором (а у меня именно такой) сильно отстают от колонок по времени и фазе и при смешении с собственными басами колонок итоговое звучание такой системы будет очень плохим – смазанный звук, сопровождаемый невнятным низкочастотным гулом. Таким образом, все басы из сателлитов для системы 2.1 ниже частоты среза сабвуфера должны быть максимально выпилены.

Приступаем к работе

Для установки в сферические колонки-сателлиты будем использовать автомобильные коаксиальные динамики JVC CS-J420X ru.jvc.com/mobile-entertainment/speakers/CS-J420X/ (21W RMS, 90 дБ/мВт). Их параметры Тиля-Смолла (Fs=135,9 Гц, Qts=2.39, Vas=1.57 л.) я измерял в одном из прошлых обзоров.



А в качестве основы для корпуса колонок будем использовать акриловый шар диаметром 25 см и объемом примерно 8 литров от уличного светильника www.ozon.ru/context/detail/id/178001832/. Такие светильники продаются и в оффлайне, а заказал в Озоне потому что на них была акция 1+1=3 и еще были баллы на счете в Озоне.

Зафиксировав шар в ведре, осциллятором отрезаем фланец крепления. С помощью сверла «балеринка» делаем отверстие под крепление динамика на противоположной части шара. Здесь толщина акрила оказалась несколько меньше, около 2 мм. Поменяв насадку на осцилляторе, сошлифовываем срез в плоскость.


Второе отверстие превращает наш корпус в подобие открытого ящика. Такое акустическое оформление необходимо по 2-м причинам. Во-первых, колонки типа открытого ящика с размерами как у нашего шара чисто физически не могут воспроизводить частоты ниже 150 Гц из-за акустического короткого замыкания на длинах волн от 2-х и более метров (на рис. ниже, для нашего корпуса длина огибающей от передней до задней поверхности диффузора равна примерно 60 см, это четверть длины волны для частоты 150 Гц):


А вторая причина в том, что динамик с такой высокой добротностью не подойдет никуда кроме открытого ящика.

Т.к. вся площадь сферы конструктивно представляет собой сплошное ребро жесткости, толщины 2 мм будет достаточно чтобы обеспечить механическую прочность колонок, тем более для негерметичного открытого ящика, однако для хорошей звукоизоляции такой толщины будет явно недостаточно. В патенте WO2015187051 на сферические колонки приводится такая многослойная конструкция корпуса:


В этой запатентованной колонке корпус также сделан из акрила. А бутилкаучуковая мастика на подложке из алюминиевой фольги – это самая обычная автомобильная виброизоляция. Она предназначена для устранения резонансов и гашения звуковых волн преимущественно низких частот с эффективным диапазоном от 20 Гц до 1000 Гц. Что касается звукопоглощающего материала, он гасит звуки в диапазоне примерно от 1000 Гц до 10000 Гц.

Из патентной библиотеки направимся теперь на сайт www.templatemaker.nl/en/sphere/ за разверткой сферы на плоскость. Вбиваем диаметр нашего шара, количество долек (сегментов) и дискретность (я выбрал 45 для получения плавной дуги на шаблоне):


Распечатываем полученный PDF и вырезаем шаблон. Перед наклейкой виброизоляции сверлим в корпусе отверстия под разъемы «банан» и паяем внутренние провода. Из листа виброизоляции StP Gold вырезаем с помощью полученного шаблона 10 сегментов развертки шара. Прогреваем феном для лучшей адгезии:


Для лучшего прилегания виброизоляции в процессе прикатывания используем вырезанный ранее фрагмент шара. Для крепления динамика сверлим отверстия и наклеиваем разрезанные пополам войлочные кружки для мебельных ножек:


Затем готовим корпуса и подставки для них под нанесение внешнего виброизоляционного и декоративного покрытия типа «жидкая резина» leroymerlin.ru/product/aerozol-vixen-zhidkiy-chehol-520-ml-cvet-chernyy-82349449/ В качестве подставок я использовал стеклянные вазочки под мороженое (креманки) poryadok.ru/catalog/kremanki/14644/ Заклеиваем периметр отверстий малярным скотчем и подвешиваем через отверстия для разъемов. Окрашиваем в 3 слоя с промежуточной сушкой между слоями около получаса и прикручиваем динамики:


Кстати, таким «жидким чехлом» можно вполне успешно реставрировать потертые части корпуса старого телефона. До и после:


Используя тот же шаблон, вырезаем и наклеиваем звукопоглощающий материал Битопласт А5К:


Приступим к прослушиванию изготовленных колонок в составе системы 2.1.

— Сабвуфер –ALPINE SBG-844BR (фазоинвертор, 120W RMS, 4 Ohm, 34-200 Гц, 91 dB/1W/1m) на базе 8-дюймового драйвера SWG-844 (Fs 34 Hz, Qts 0.42, Vas 33.4 L). Кстати, на боковых стенках этого сабвуфера есть вставка из акрила. Ее толщина 5 мм.

— Плата усилителя GHXAMP TPA3116 2.1 Subwoofer Bluetooth Amplifier 50W*2+100W Bass https://aliexpress.com/item/item/32842016553.html
Плата позволяет регулировать частоту среза сабвуфера в диапазоне до 200Hz, имеет раздельную регулировку громкости по стереоканалам и каналу баса и отключаемый фильтр низких частот для стереоканалов. Поддерживает Bluetooth 5.0 и проводное подключение.

— Блок питания для усилителя DC24V 10A 240W https://aliexpress.com/item/item/4000151682100.html


Подключаем, выравниваем крутилками громкость стереоканалов и баса, ставим частоту среза примерно 150 Гц. Помимо того, что это нижняя частота сателлитов, еще есть одна причина делать частоту среза достаточно высокой. Сабвуфер — это специализированное устройство для воспроизведения басов и коэффициент нелинейных искажений по НЧ у него на порядок ниже, чем у обычных широкополосников или СЧ динамиков.

При первом прослушивании явно заметны послезвучия на средних частотах. Все-таки добротность динамиков JVC CS-J420X очень высокая. Для проверки, что дело именно в динамиках, а не в корпусе, установил туда такой динамик GHXAMP с добротностью 0.42 https://aliexpress.com/item/item/32822069078.html Послезвучия исчезли.


Чтобы снизить добротность и минимизировать послезвучия, делаем панель акустического сопротивления (ПАС).
Для этой цели хорошо подходят женские колготки)


Склеиваем кольцо из тонкого пластика под диаметр заднего отверстия колонок, наклеиваем двусторонний скотч на внешнюю сторону кольца, равномерно растягиваем кусок ткани колготок и наклеиваем на скотч. Затем наносим клей на внутреннюю сторону кольца, обрезаем края ткани и с натягом наклеиваем. ПАС готова!


Финальный вид колонок с установленной ПАС:


Сделал видео как звучат колонки. Сигнал подавался на усилитель через аудиовыход телевизора, а на телевизор – с ТВ бокса по HDMI. На записи звучание отличается от живого, микрофон телефона реального звучания не может передать.



Вместо заключения

Сферический корпус, по сравнению с прямоугольными корпусами, привносит минимальные интерференционно-дифракционные искажения в звучание установленного в нем динамика, что позволяет получить максимально верный, аудиофильский звук. Все преимущества сферической акустики могут полностью раскрыть только хорошие динамики. В обзоре описан процесс изготовления 5-ти слойного композитного сферического корпуса, в том числе показана техника раскроя плоских листов вибро- и звукоизоляции для нанесения на сферическую поверхность. Для создания сферического корпуса с акустическим оформлением в виде открытого ящика (т.е. негерметичным) могут подойти пластиковые основы с небольшой толщиной стенок, аналогичные использованным в обзоре.

Update – Замена динамиков

Была выполнена с целью улучшить звучание сферической акустики. Решил попробовать широкополосные динамики по технологии BMR. За подсказку благодарю Barbos.

Конструкция и принцип работы BMR динамика:


Фото полученных динамиков:


Спецификация:


Измеренные параметры Тиля-Смолла полученных динамиков (см. обзор Как измерить параметры Тиля-Смолла динамиков с помощью ПК и выбрать для них правильный корпус):


Т.к. динамики Tectonic несколько меньше по диаметру чем ранее установленные, остались незакрытыми отверстия под крепежные уши старых динамиков. Также я заменил подставки на комплектные пластиковые, поскольку одна из стеклянных подставок случайно разбилась:

Звучание колонок с такими динамиками мне очень понравилось. Яркий, живой, объемный звук заполнил все пространство. Тончайшие, кристально чистые верха приятно покалывали барабанные перепонки из любого угла комнаты. Жаль, что запись с телефона передать это все не может… Вот тот же самый трек, все настройки и аппаратура та же самая что и в первом видео:



Спасибо за просмотр этого обзора! Буду рад, если какая-то информация окажется вам полезной.