Громкоговоритель с линией передачи — это конструкция корпуса громкоговорителя , которая использует топологию акустической линии передачи внутри корпуса, по сравнению с более простыми корпусами, используемыми в герметичных (закрытых) или портированных (бас-рефлексных) конструкциях. Вместо того, чтобы отражаться в довольно простом демпфированном корпусе, звук с задней стороны басового динамика направляется в длинный (обычно сложенный) демпфированный путь внутри корпуса динамика, что позволяет гораздо лучше контролировать и использовать энергию динамика и полученный звук.
Внутри громкоговорителя с линией передачи (TL) находится (обычно сложенный) путь, в который направляется звук. Путь часто покрыт различными типами и глубиной поглощающего материала, и он может различаться по размеру или конусности, и может быть открытым или закрытым на своем дальнем конце. При правильном использовании такая конструкция гарантирует, что нежелательные резонансы и энергии, которые в противном случае вызвали бы нежелательные слуховые эффекты, вместо этого выборочно поглощаются или уменьшаются («затухают») из-за эффектов канала или, в качестве альтернативы, выходят только из открытого конца в фазе со звуком, излучаемым спереди драйвера, повышая выходной уровень («чувствительность») на низких частотах. Линия передачи действует как акустический волновод , а прокладка одновременно уменьшает отражение и резонанс, а также замедляет скорость звука внутри корпуса, что позволяет лучше настроиться.
Конструкции громкоговорителей линии передачи более сложны в реализации, что затрудняет массовое производство, но их преимущества привели к коммерческому успеху ряда производителей, таких как IMF, TDL и PMC . Как правило, громкоговорители линии передачи, как правило, имеют исключительно высокую точность воспроизведения низких частот, намного ниже, чем у типичного громкоговорителя или сабвуфера , достигая инфразвукового диапазона (серия студийных мониторов британской компании TDL с 1990-х годов указывала их частотные характеристики, начинающиеся всего с 17 Гц в зависимости от модели с чувствительностью 87 дБ для 1 Вт на 1 метре), без необходимости в отдельном корпусе или драйвере. [1] [2] Акустически громкоговорители TL спадают медленнее (менее круто) на низких частотах, и считается, что они обеспечивают лучший контроль драйвера, чем стандартные конструкции корпусов с фазоинвертором, [3] менее чувствительны к позиционированию и, как правило, создают очень просторную звуковую сцену . Современные динамики TL были описаны в обзоре 2000 года как «соответствующие конструкции фазоинверторного корпуса во всех отношениях, но с дополнительной октавой баса, меньшим искажением НЧ и частотным балансом, который более независим от уровня прослушивания» [4] .
Хотя конструкция линии передачи сложнее в проектировании и настройке, и не так проста в анализе и расчете, как другие конструкции, конструкция линии передачи ценится несколькими мелкими производителями, поскольку она избегает многих основных недостатков других конструкций громкоговорителей. В частности, основные параметры и уравнения, описывающие герметичные и рефлекторные конструкции, достаточно хорошо понятны, диапазон опций, задействованных в конструкции линии передачи, означает, что общая конструкция может быть в некоторой степени рассчитана, но окончательная настройка линии передачи требует значительного внимания и ее сложнее автоматизировать.
Низкие частоты, которые остаются в фазе, выходят из вентиляционного отверстия, которое по сути действует как второй драйвер. Преимущество этого подхода заключается в том, что давление воздуха, нагружающее основной драйвер, сохраняется, что контролирует драйвер в широком диапазоне частот и снижает искажения. [Конструкция TL] также обеспечивает более высокий SPL [чувствительность или громкость] и меньшее расширение басов, чем портированный или закрытый ящик аналогичного размера.
- PMC, компания по проектированию акустических систем TL [5]
У меня есть интуитивное отвращение к резонансному усилению, чтобы придать громкоговорителю больше "удара" или кажущегося баса, поскольку они могут звучать "однотонно". Да, вы можете выделить ритм баса, но как насчет мелодии? То, что дает линия передачи, по моему опыту, это гораздо более плавное и реалистичное качество баса.
- Стив Дэйви, бывший сотрудник/обозреватель TNT Audio [6]
Линия передачи используется в конструкции громкоговорителя для уменьшения искажений, связанных со временем, фазой и резонансом, а во многих конструкциях для получения исключительного расширения басов до нижнего предела человеческого слуха, а в некоторых случаях и до почти инфразвукового (ниже 20 Гц). Ассортимент референсных громкоговорителей TDL 1980-х годов (ныне снятый с производства) содержал модели с частотными диапазонами от 20 Гц и выше, до 17 Гц и выше, без необходимости в отдельном сабвуфере . [2] Ирвинг М. Фрид , сторонник конструкции TL, заявил, что:
Некоторые сторонники громкоговорителей TL считают, что использование TL является теоретически идеальным способом загрузки привода с подвижной катушкой. [ требуется цитата ] Однако это также одна из наиболее сложных конструкций. Наиболее распространенной и практичной реализацией является установка привода на конец длинного воздуховода, который обычно открыт на дальнем конце. На практике воздуховод складывается внутри корпуса обычной формы, так что открытый конец воздуховода выглядит как вентиляционное отверстие на корпусе динамика. Существует много способов, которыми воздуховод может быть сложен, и линия часто сужается в поперечном сечении, чтобы избежать параллельных внутренних поверхностей, которые способствуют стоячим волнам. Некоторые конструкции громкоговорителей также используют спиральный или эллиптический спиральный воздуховод, обычно с одним элементом динамика спереди или двумя элементами динамика, расположенными по одному с каждой стороны корпуса. В зависимости от привода, а также количества и различных физических свойств поглощающего материала, величина сужения будет регулироваться в процессе проектирования, чтобы настроить воздуховод для устранения неровностей в его отклике. Внутреннее разделение обеспечивает существенное крепление всей конструкции, уменьшая изгиб и окрашивание корпуса. Внутренние поверхности воздуховода или линии обработаны поглощающим материалом для обеспечения правильного окончания с частотой для загрузки приводного блока как TL. Корпус ведет себя как бесконечная перегородка , потенциально поглощая большую часть или всю заднюю энергию динамика. [8] Теоретически идеальная TL поглощала бы все частоты, входящие в линию с задней части приводного блока, но остается теоретической, так как она должна быть бесконечно длинной. Физические ограничения реального мира требуют, чтобы длина линии часто была меньше 4 метров, прежде чем корпус станет слишком большим для любых практических применений, поэтому не вся задняя энергия может быть поглощена линией. В реализованной TL только верхний бас нагружен TL в истинном смысле этого слова (т. е. полностью поглощен); низкий бас может свободно излучаться из вентиляционного отверстия в корпусе. Таким образом, линия эффективно работает как фильтр нижних частот, фактически еще одна точка кроссовера, достигаемая акустически линией и ее поглощающим заполнением. Ниже этой «точки кроссовера» низкие басы загружаются столбом воздуха, образованным длиной линии. Длина линии указана таким образом, чтобы инвертировать фазу заднего выхода приводного блока, когда он выходит из вентиляционного отверстия. Эта акустическая энергия объединяется с выходом басового блока, расширяя его отклик и фактически создавая второй драйвер.
По сути, цель линии передачи — минимизировать акустическое или механическое сопротивление на частотах, соответствующих фундаментальному резонансу свободного воздуха басового драйвера. Это одновременно уменьшает накопленную энергию в движении драйвера, уменьшает искажения и критически гасит драйвер, максимизируя акустический выход (максимальную акустическую нагрузку или связь) на выходе. Это также минимизирует негативные эффекты акустической энергии, которая в противном случае (как в случае с герметичным корпусом) отражалась бы обратно в драйвер в герметичной полости. [9]
Громкоговорители линии передачи используют эту трубчатую резонансную полость, длина которой устанавливается между 1/6 и 1/2 длины волны основной резонансной частоты используемого динамика громкоговорителя. Площадь поперечного сечения трубки обычно сопоставима с площадью поперечного сечения излучающей поверхности динамика. Это поперечное сечение обычно сужается примерно до 1/4 начальной площади на конце или открытом конце линии. Хотя не все линии используют сужение, стандартная классическая линия передачи использует сужение от 1/3 до 1/4 площади (отношение площади окончания к начальной площади непосредственно за динамиком). Это сужение служит для гашения накопления стоячих волн внутри линии, что может создавать резкие нули в ответ на выходе терминала при четных кратных F драйвера.
В динамике линии передачи сама линия передачи может быть открытой («вентилируемой») или закрытой на дальнем конце. Закрытые конструкции обычно имеют незначительный акустический выход из корпуса, за исключением драйвера, в то время как конструкции открытого конца используют эффект фильтра нижних частот линии, и результирующая энергия низких басов усиливает выход из драйвера на низких частотах. Хорошо спроектированные корпуса линии передачи имеют плавные кривые импеданса , возможно, из-за отсутствия резонансов, специфичных для определенной частоты, но также могут иметь низкую эффективность, если плохо спроектированы.
Одним из ключевых преимуществ линий передачи является их способность более эффективно проводить обратную волну позади преобразователя вдали от него, что снижает вероятность отраженной энергии, проникающей обратно через диафрагму в противофазе с первичным сигналом. Не все конструкции линий передачи делают это эффективно. Большинство динамиков смещенной линии передачи размещают отражающую стену довольно близко за преобразователем внутри корпуса, что создает проблему для внутренних отражений, исходящих обратно через диафрагму преобразователя. Более старые описания объясняли конструкцию в терминах «несоответствия импеданса» или волн давления, «отражающихся» обратно в корпус; эти описания теперь считаются устаревшими и неточными, поскольку технически линия передачи работает посредством избирательного создания стоячих волн и конструктивной и деструктивной интерференции (см. ниже).
Второе преимущество заключается в том, что полученная музыка является когерентной по времени (т. е. находится в фазе ). Фрид цитировал в 2002 году тест на прослушивание, проведенный и опубликованный в декабре 2000 года в Hi-Fi News (как он считал), в котором высококачественная запись была получена с использованием надежных, но не когерентных по времени громкоговорителей, и эта запись затем была скорректирована по времени фазы; экспертная группа прослушивания «единогласно проголосовала за превосходную реалистичность и точность скорректированного по времени выходного сигнала» для высококачественного воспроизведения звука. [7]
Одной из существенных и распространенных проблем с системой громкоговорителей линии передачи является нежелательный эффект фазовой компенсации более высоких гармоник линии передачи, истекающих из линии передачи и отрицательно влияющих на общее звуковое поле. Например, в громкоговорителе для мониторинга линии передачи среднего размера PMC PMC6 есть провал около 300 Гц, который вызван пятой гармоникой резонансной частоты линии передачи. [10] Этот тип проблемы довольно распространен, и он был легко заметен в других громкоговорителях линии передачи. Например, большой IMF TLS80 MkII 1977 года также имел аномалию, но на этот раз на более низкой частоте около 140 Гц, состоящую из почти однооктавного пагубного провала в 2 дБ в осевом отклике. [11] Другая проблема заключается в том, что звуковое излучение с выхода линии распространяется в довольно широком диапазоне частот, вызванном горбом резонанса четвертьволновой линии передачи, в то время как резонанс порта высокой добротности громкоговорителя с фазоинвертором спадает гораздо быстрее и распространяется в гораздо более узкой полосе частот. [12] Такого рода проблемы с громкоговорителями линии передачи могут привести к проблемам с точностью тона, которые не могут быть решены.
Линейный динамик использует, по сути, две различные формы басовой нагрузки, которые исторически и сбивающе с толку были объединены в описании TL. Разделение анализа верхнего и нижнего баса показывает, почему такие конструкции имеют так много потенциальных преимуществ и недостатков по сравнению с конструкциями с рефлексом и бесконечным экраном. Измерения показывают, что верхний бас только частично поглощается линией, что делает чистый и нейтральный отклик несколько сложным, если не невозможным, для достижения. Нижний бас расширяется, а искажения снижаются за счет контроля линии над отклонением привода. Одним из исключительных преимуществ конструкции TL является ее способность воспроизводить очень низкие частоты даже при низких уровнях мониторинга — динамики TL могут регулярно воспроизводить звук полного диапазона, обычно требующий сабвуфера , и делать это с очень высокими уровнями точности низких частот. Основным недостатком конструкции является то, что создание и настройка высококачественной и последовательной линии передачи более трудоемки по сравнению со строительством простого корпуса с вентиляцией или закрытого корпуса. Один из сотрудников PMC заявил, что оптимизация громкоговорителя линии передачи — это «как жонглирование водой». [12] В обзоре громкоговорителей Hifi Avenue TL за 2010 год говорилось: «Одна вещь, которую я заметил в конструкциях линий передачи, заключается в том, что они создают довольно большую звуковую сцену и, похоже, с легкостью справляются с крещендо». [5]
Эта концепция была инновационной в области проектирования акустических корпусов и первоначально называлась «акустическим лабиринтом» инженером-акустиком, а позднее директором по исследованиям Бенджамином Олни, который разработал эту концепцию в компании Stromberg-Carlson Telephone Co. в начале 1930-х годов, изучая влияние формы и размера корпуса на выходную мощность динамика, включая эффект «экстремальной длины в перегородке ящика». [13] Патент был подан в 1934 году. [14] Конструкция использовалась в их консольных радиоприемниках, начиная с 1936 года. [15] Корпус громкоговорителя, основанный на этой концепции, был предложен в октябре 1965 года доктором А. Р. Бейли в журнале Wireless World , ссылаясь на производственную версию конструкции корпуса акустической линии от Radford Electronics Ltd. [16] В статье постулировалось, что энергия с задней стороны блока драйвера может быть по существу поглощена, без демпфирования движения конуса или наложения внутренних отражений и резонанса, поэтому Бейли и Рэдфорд рассудили, что задняя волна может быть направлена вниз по длинной трубе. Если акустическая энергия поглощается, она не будет доступна для возбуждения резонансов. Труба достаточной длины может быть сужена и заполнена так, чтобы потеря энергии была почти полной, минимизируя выход с открытого конца. Никакого общего консенсуса относительно идеальной конусности (расширяющейся, однородного поперечного сечения или сужающейся) не было установлено.
Рождение современного дизайна динамиков линии передачи произошло в 1965 году с публикацией статьи AR Bailey в Wireless World «Дизайн корпуса нерезонансного громкоговорителя» [16] , в которой подробно описывалась работающая линия передачи. Бейли продолжил свою первую статью второй в 1972 году. [18] Radford Electronics Ltd взяла на себя эту инновационную разработку и в течение короткого времени производила первый коммерческий громкоговоритель линии передачи. Хотя Бейли и признан отцом линии передачи, его работа основывалась на работе по лабиринтному дизайну, восходящей еще к 1930-м годам. Однако его конструкция значительно отличалась тем, как он заполнял корпус поглощающими материалами. Бейли пришел к идее поглощения всей энергии, генерируемой басовым блоком внутри корпуса, обеспечивая инертную платформу для работы приводного блока; неконтролируемая, эта энергия производит ложные резонансы в корпусе и его структуре, добавляя искажения к исходному сигналу.
Вскоре после этого дизайн вошел в мейнстрим Hi-Fi , благодаря работам Ирвинга М. «Бада» Фрида в Соединенных Штатах и британского трио: Джона Хейса, Джона Райта и Дэвида Брауна. Дэйв Д'Лугос описывает последующий период (примерно 35 лет до начала 21-го века) как период, когда были созданы «классические дизайны».
Во время учебы в Гарвардском университете Фрид познакомился с высококачественным воспроизведением звука, а позже стал импортером аудиофильских товаров. Под торговой маркой «IMF» (его инициалы) с 1961 года он в конечном итоге стал заниматься многими достижениями в области аудиофильской аппаратуры: картриджами (IMF – London, IMF – Goldring), тонармами (SME, Gould, Audio and Design), усилителями (Quad, Custom Series), громкоговорителями (Lowther, Quad, Celestion, Bowers and Wilkins, Barker и т. д.). [19] В 1968 году он познакомился с Джоном Хейзом и Джоном Райтом, которые уже разработали отмеченный наградами тонарм в Великобритании и привезли с собой динамик с передающей линией, разработанный Джоном Райтом — описанный Хейзом как «фанатик в отношении качества» [7] — для того, чтобы продвигать и демонстрировать тонарм на выставке hi-fi в Нью-Йорке. Фрид неожиданно получил ряд заказов на безымянный динамик, который он окрестил «IMF». [7] Британская пара, вместе с коллегой Хейса Дэвидом Брауном, договорились о создании британской компании по проектированию и производству динамиков, которые Фрид будет продавать в Соединенных Штатах. Джон Хейс позже писал, что:
Отношения резко оборвались, когда Фрид начал производить собственные, более низкого качества динамики, также продаваемые как «IMF», и отказывался прекращать их, пока суд не признал право британского бизнеса на торговую марку IMF для громкоговорителей. [7] После раскола Фрид в США (под торговой маркой «Fried») и три основателя IMF Electronics в Великобритании (через совместное предприятие с производителем драйверов Elac под названием TDL) оба стали хорошо известны в кругах аудиофилов на протяжении многих лет как основные сторонники дизайна динамиков с передающей линией. [7] TDL закрылась после постепенного ухудшения здоровья Джона Райта и его смерти в 1999 году от рака . [7] В некрологе 1999 года он был описан как «одна из самых важных фигур на британской сцене hi-fi с середины 1960-х годов... наиболее запомнившаяся своими разработками громкоговорителей с передающей линией». [20] Бренд был приобретен Audio Partnerships (частью розничной группы Richer Sounds ). Фрид умер шесть лет спустя, в 2005 году . [21]
В начале 21-го века начали появляться математические модели , которые, казалось, приближались к поведению реальных TL-динамиков и корпусов. [22] Согласно веб-сайту t-linespeakers.org, это привело к пониманию того, что то, что он назвал «классическими» динамиками, разработанными в основном «методом проб и ошибок», было «хорошей работой» и лучшим из того, что было возможно в то время, но что теперь на основе смоделированных ответов можно достичь лучших конструкций. [23]
Фазовая инверсия достигается выбором длины линии, которая равна четверти длины волны целевой самой низкой частоты. Эффект проиллюстрирован на рис. 1, где показана жесткая граница на одном конце (динамик) и открытое линейное отверстие на другом. Фазовое соотношение между басовым драйвером и отверстием находится в фазе в полосе пропускания до тех пор, пока частота не приблизится к четверти длины волны, когда соотношение достигнет 90 градусов, как показано. Однако к этому времени отверстие производит большую часть выходного сигнала (рис. 2). Поскольку линия работает на нескольких октавах с приводом, отклонение конуса уменьшается, обеспечивая более высокие уровни звукового давления и более низкие уровни искажений по сравнению с конструкциями корпусов громкоговорителей с фазоинвертором и бесконечным экраном.
Сложная загрузка басового привода требует определенных параметров драйвера Тиле-Смолла для реализации всех преимуществ конструкции TL. Большинство приводов на рынке разработаны для более распространенных конструкций рефлекса и бесконечного перегородки и обычно не подходят для нагрузки TL. Высокоэффективные басовые драйверы с расширенной способностью к низким частотам обычно проектируются чрезвычайно легкими и гибкими, имеющими очень податливые подвески. Несмотря на то, что они хорошо работают в конструкции рефлекса, эти характеристики не соответствуют требованиям конструкции TL. Привод эффективно соединен с длинным столбом воздуха, который имеет массу. Это снижает резонансную частоту привода, исключая необходимость в высокоподатливом устройстве. Кроме того, столб воздуха оказывает большую силу на сам драйвер, чем драйвер, открывающийся в большой объем воздуха (проще говоря, он оказывает большее сопротивление попытке драйвера переместить его), поэтому для управления движением воздуха требуется чрезвычайно жесткий конус, чтобы избежать деформации и последующего искажения.
Введение поглощающих материалов снижает скорость звука через линию, как обнаружил Бейли в своей оригинальной работе. Брэдбери опубликовал свои обширные испытания для определения этого эффекта в статье журнала AES в 1976 году [24] , и его результаты согласились с тем, что сильно затухающие линии могут снизить скорость звука на целых 50%, хотя 35% типичны для линий со средним затуханием. Поведение различных затухающих материалов также изучалось Люстаком и Буяцем. [25] Испытания Брэдбери проводились с использованием волокнистых материалов, как правило, длинношерстной шерсти и стекловолокна. Однако эти виды материалов производят сильно изменчивые эффекты, которые не являются последовательно воспроизводимыми для производственных целей. Они также склонны производить несоответствия из-за движения, климатических факторов и эффектов с течением времени. Высококачественные акустические пены, разработанные такими производителями, как PMC, с характеристиками, аналогичными длинношерстной шерсти, обеспечивают повторяемые результаты для последовательного производства. Плотность полимера, диаметр пор и скульптурное профилирование указаны для обеспечения правильного поглощения для каждой модели динамика. Количество и положение пены имеют решающее значение для проектирования низкочастотного акустического фильтра, который обеспечивает адекватное затухание верхних басовых частот, при этом обеспечивая беспрепятственный путь для низких басовых частот. Хотя результат может потребовать большого моделирования и тестирования, отправная точка обычно основана на одном из трех основных принципов. Заполнение всей трубки рассматривает TL как демпфер, направленный на полное устранение задней волны. Заполнение половины поперечного сечения по всей длине линии рассматривает TL как бесконечную перегородку, в основном демпфируя высокие частоты и резонансы от стенки к стенке. Заполнение трубки от драйвера до половины длины трубки направлено на четвертьволновой резонатор, оставляя основной тон с его максимумами скорости на открытом конце трубки нетронутым, при этом демпфируя все обертоны.
На протяжении большей части 20-го века проектирование линий электропередачи оставалось скорее искусством, чем наукой, требуя много проб и ошибок . Джон Риш утверждает в статье о классическом проектировании линий электропередачи, что трудной частью было найти наилучшую плотность набивки по всей длине линии, потому что «набивка линии влияет как на общую видимую длину линии, так и на общий видимый объем коробки одновременно». Он резюмировал состояние проектирования в то время следующим образом: [26]
Дэйв Д'Лугос, основатель фан-сайта t-linespeakers.org, комментирует, что это отражает «классический» дизайн с 1960-х годов до работ Риша, в течение которого «дизайн TL был сутью». [23]
Однако, начиная с 21-го века, Мартин Кинг и Джордж Аугспургер (оба по отдельности и ссылаясь на работы друг друга) создали модели, которые показывают, что это «в целом не оптимальные» конструкции, которые «хорошо справились с приближением к тому, что было возможно в их время». Звукорежиссер Аугспургер смоделировал TL, используя электрическую аналогию, [22] и обнаружил, что она близко согласуется с существующей работой Кинга, основанной на механической аналогии. [23] Д'Лугос заключил в своем обзоре моделирования и теории проектирования TL: «Я думаю, что используя современные драйверы и инструменты, такие как программное обеспечение Кинга, вы можете проще построить лучший TL сегодня». [23]
Совсем недавно Андреа Рубино разработал сложную имитационную модель, основанную на теории электрических цепей, и опубликовал серию статей в итальянском электроакустическом журнале AUDIOreview. Многие ресурсы доступны на его сайте: transmissionlinespeakers.com
В дополнение к этим более сложным моделям существует ряд алгоритмов приближения. Один из них заключается в проектировании корпуса громкоговорителя закрытого типа, а затем в построении линии передачи того же объема, настроенной на резонансную частоту громкоговорителя закрытого типа. Другой заключается в проектировании громкоговорителя с фазоинвертором, снова в построении линии передачи того же объема, настроенной на частоту резонатора Гельмгольца.
Пионеры:
Другие компании и частные лица, которые производили или исследовали динамики TL:
Производители наборов «сделай сам»:
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )