На форуме пишут: «поставь перед твитером линзу, и сцена станет шире». В магазине продаются «линзы» для рупоров, для СЧ, даже просто пластиковые решётки с таким названием. Ниже расчёт ширины луча и пять мифов: что акустическая линза умеет на самом деле и что ей только приписывают.
Зачем вообще понадобилась линза?
Любой излучатель с ростом частоты сужает луч. Пока длина волны больше диффузора, звук расходится почти во все стороны. Когда длина волны сравнивается с размером излучателя, диаграмма собирается в узкий конус. Это хорошо видно на расчёте для идеального поршня:
Излучатель диаметром 28 мм (как купол твитера ESB 9.1T-28) держит ширину луча по уровню −6 дБ около 180° примерно до 9 кГц, на 10 кГц она уже порядка 120°, а на 20 кГц около 50°. Излучатель 50 мм начинает сужаться раньше, около 5 кГц, и к 10 кГц это уже примерно 58°. У рупоров с крупным горлом та же беда. Линзу и придумали, чтобы «разбросать» узкий луч обратно в широкий сектор.
Что про линзы рассказывают зря
| Миф | Как на деле |
|---|---|
| «Линза делает звук громче» | На деле линза ничего не усиливает, она перераспределяет энергию по углам. Если луч расширили, то на оси уровень обычно падает, а вбок растёт. В сумме энергии столько же, минус потери в самой линзе. |
| «Любая решётка перед твитером работает как линза» | На деле настоящая линза рассчитана: пластины или препятствия стоят с шагом меньше длины волны и под определёнными углами, чтобы задержать центр фронта сильнее краёв (или наоборот). Случайная защитная сетка скорее добавит отражений и неровностей на верхах. Проверяется просто: замер АЧХ под углом с сеткой и без неё. |
| «Фазовый плаг и линза одно и то же» | На деле они родственники, но задачи разные. Фазовый плаг (пуля в центре СЧ динамика или вставка в компрессионном драйвере) выравнивает пути звука от разных частей диффузора, чтобы волны не гасили друг друга на оси. Линза стоит снаружи, на уже сформированной волне, и меняет её направление. Обе детали работают с длиной пути, но в разных местах. |
| «Линза работает на всех частотах» | На деле, чтобы заметно повернуть волну, линза должна быть сравнима с длиной волны или больше. На 10 кГц волна 3,4 см, и компактная линза справится. На 2 кГц волна 17 см, и линза той же эффективности вырастает до размеров, которые в стойку уже не спрячешь. Поэтому в классических рупорных системах линзы ставили на ВЧ секции, где волна короткая. Ниже частоты, на которой длина волны сравнивается с размером линзы, она почти прозрачна для звука. |
| «Линза спасёт неудачно поставленный твитер» | На деле только частично. Если твитер смотрит мимо слушателя, линза может вернуть часть верха под нужный угол. Но она не уберёт отражения от стекла и не исправит разницу во времени прихода до левого и правого уха. В машине это обычно дешевле и честнее решается выбором места и угла, см. направление ВЧ динамиков и установку в стойки. |
А в машине линзы вообще встречаются?
Редко. Большинство SQ-систем строится на купольных твитерах, у которых ширина луча в рабочей полосе и так приличная: для 28-миллиметрового купола от раздела 2,5 кГц примерно до 9 кГц в расчёте на идеальный поршень луч почти не сужается. Узким он становится на самом верху, где в салоне и так хватает отражений. Линзы логичнее выглядят на рупорах: у рупора направленность высокая по конструкции, и его иногда разворачивают так, что слушатель оказывается на краю луча.
У меня в Mark X на ВЧ стоят ESB 9.1T-28 с разделом около 2,5 кГц, и в их рабочей полосе проблема узкого луча почти не возникает. Идеальной диаграммы в машине всё равно не будет, поэтому я бы начинал с угла установки, а к линзам шёл в последнюю очередь.
Если думаешь ставить линзу на твитер
Чаще всего акустическая линза на купольный твитер в машине не нужна. По расчёту для идеального поршня купол 28 мм держит широкий луч примерно до 9 кГц, то есть почти во всей рабочей полосе от раздела 2,5 кГц. Сначала подбирай место и угол установки, это решает больше. Если выбираешь ВЧ динамик, небольшой купол уже даёт широкую диаграмму без насадок.
Помогает ли линза, видно только по замерам: сними АЧХ твитера на оси и под углами, например 0°, 30° и 60°, с линзой и без неё. Если линза работает, внеосевые кривые поднимаются на верху, а на оси уровень немного падает. Если появились новые провалы и зубцы, линза добавляет отражений. Как читать такие графики, описано в статье внеосевая АЧХ.
Акустическая линза стоит перед излучателем и расширяет уже сформированный луч, перераспределяя энергию по углам. Волновод окружает излучатель и формирует фронт с самого начала, обычно делая направленность ровнее и чуть уже, с прибавкой уровня на оси. Задачи у них противоположные: линзой луч разбрасывают, волноводом контролируют и собирают.
Твитер с большим куполом раньше сужает луч, потому что длина волны сравнивается с его размером на более низкой частоте. По расчёту излучатель 50 мм начинает сужаться около 5 кГц и к 10 кГц даёт примерно 58°, тогда как 28 мм на той же частоте держит около 120°. Сбоку от такого твитера верх проваливается, это хорошо видно на диаграмме направленности.
Сделать акустическую линзу самому можно, но без расчёта и замеров получится просто препятствие перед твитером. Пластины настоящей линзы стоят с шагом меньше длины волны и под рассчитанными углами, а на 10 кГц волна всего 3,4 см, так что ошибка в миллиметрах уже заметна. Любую самоделку проверяй замером АЧХ под углом с ней и без неё.
Что спросить у установщика
- Есть ли замер АЧХ твитера под углом с линзой и без, хотя бы на 0°, 30° и 60°?
- На какой частоте линза начинает работать и не попадает ли раздел ниже этой частоты?
- Не растёт ли с линзой отражение от лобового стекла?
Прежде чем покупать насадки, стоит разобраться, как твой твитер излучает в стороны и где он стоит относительно головы. С этим поможет шаг «Выбор оформления для динамиков».
Видел линзу на чьей-то машине и хочешь понять, работает ли она? Скинь фото и замеры в Telegram-чат, разберём без магии.
Источники
- W. E. Kock, F. K. Harvey, «Refracting Sound Waves», Journal of the Acoustical Society of America, 1949
- Л. Беранек, «Акустика» (русский перевод, 1965)
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
- Э. Л. Виноградова, «Конструирование громкоговорителей со сглаженными частотными характеристиками» (МРБ, вып. 966)
См. также: Диаграмма направленности, Преломление звука, Внеосевая АЧХ.