Попытка «расколоть» Онкены (анализ АС Jensen-Onken)

Постоянная неудовлетворенность многих меломанов звучанием своих домашних аудиосистем, подчас, заставляет их обращаться к техническим решениям прошлого. Среди таких решений заметно выделяется АС Jensen-Onken – конструкция, к созданию которой приложило руку ни одно поколение изобретателей. Акустическая система данного типа имеет своих верных почитателей и ярых противников, бесконечные споры которых, наперекор времени, не позволяют оригинальной идее эпохи зарождения Hi-Fi, пройдя через годы, почить в забвении. На первый взгляд, трудно отнести эту конструкцию к какому-либо конкретному, типовому акустическому оформлению. В ней можно разглядеть сходства с обратным рупором, фазоинвертором, резонатором, панелью акустического сопротивления или даже с экраном. В настоящей статье предпринята попытка разобраться в вопросах природы системы Jensen-Onken, а также выяснить, ее пригодность для высококачественного воспроизведения звука.

Известно, что первопроходцам в разработке акустических систем, за неимением универсальной теоретической базы, приходилось опираться в основном на чистый эксперимент. Смысл работы исследователя сводился к помещению источника звука в различные акустические условия.  В таких исследованиях успешно применялась и модель корпуса типа «раздвижной ящик». Преимуществом такой модели является возможность оперативно регулировать объем, а, введя зазор между ее составными частями, получить прообраз фазоинверсного тоннеля. Нельзя сказать точно, но похоже на то, что в 1937 году, в процессе работы над акустикой The Bass Ultraflex ее автор – изобретатель из Чикаго Питер Л. Дженсен (Peter Laurits Jensen) также пользовался чем-то вроде ящика с подвижными стенками, получая результат, зависящий от внешней геометрии, внутренней конфигурации и объема. Эффективное акустическое оформление, в дословном переводе означавшее – «Бас возвращенный с обратной стороны», имея успех в 40-е, не было забыто и в 70-е годы. Тогда аудио инженером из Onken (Япония) Eijiro Koizumi была предложена новая более компактная конструкция Дженсеновской акустики, в горизонтальном сечении совершенно напоминающая раздвижной ящик со щелями по бокам.

Сейчас история создания и эволюции акустических систем (АС) Jensen-Onken подробно описана и представлена во многих источниках. Существует множество готовых решений для различных громкоговорителей (ГГ) с чертежами и аннотацией. Также, в наши дни, можно найти и осовремененную систему расчета корпуса, основанную на стандартных параметрах Тиля-Смолла, широко использующихся теперь при конструировании АС. Есть даже, упрощающий вычислительный процесс, Онкен-калькулятор (Onken Calculator) в формате MS Exel от канадского энтузиаста. Однако, неоднозначность некоторых величин, требующихся для расчетов, способна завести в тупик или направить по ложному следу. Такие ошибки приводят к катастрофическим погрешностям в конструировании, что, по-видимому, способствует пополнению числа противников данного конструктивного решения.

Прежде всего, затруднение возникает в связи с загадочным поправочным коэффициентом n, значения которого, имея обширный разброс, сильно влияют на результат. Ему даже приписываются мистические, почти шаманские свойства. Действительно, главные параметры: объем корпуса Vb и глубина щелевого тоннеля L, находятся в прямой зависимость от этого коэффициента. По теории, в упрощенном виде формула объема выглядит так: Vb=n*A, где A – комплексная характеристика конкретного ГГ.

Вычисления, сделанные при разном n, показывают, что в некотором диапазоне значений расчетные изменения параметров корпуса Vb и L соответствуют таким же изменениям у реальной акустической модели с регулируемым объемом типа «раздвижной ящик + зазор». Зависимости теоретического объема и объема ящика-модели от n, при соблюдении расчетных параметров тоннеля, иллюстрирует График 1. Они даны для реального громкоговорителя Supravox 400GMF, который рекомендован производителем именно для АС рассматриваемого типа. Как видно, существует диапазон n (5…9), где кривые объемов фактической и математической моделей корпуса совпадают, а L  линейно зависит от n. График 2 дополнительно свидетельствует о том, что в предполагаемой области регулирования, расчетные и экспериментальные данные параметров Vb и L почти одинаковы, что доказывает уместность предположения относительно упомянутой исходной модели корпуса, действительно позволяющей получить удовлетворительные экспериментальные данные.

Комплексная характеристика A, учитывает свойства динамической головки совместно со свойствами усилителя мощности, как части электромеханической системы. A=Vas*(Qts’)². Vas – эквивалентный объем ГГ. Qts’ – приведенная добротность системы, которая, в частности, зависит от Re и Rg – собственного сопротивления ГГ и выходного сопротивления усилителя мощности, соответственно. У лампового усилителя, например, выходное сопротивление может оказаться вполне соизмеримо с сопротивлением ГГ, а значит способно внести заметные коррективы в конечный результат. Обычно Rg=1…6 Ом, а Re=3…12 Ом. У большинства же транзисторных усилителей, в силу конструктивных особенностей их выходных каскадов, значение Rg стремится к нолю.

Еще один методический нюанс. Для конкретного ГГ, частота настройки фазоинвертора Fb является фиксированной и не зависит от Vb и L, а значит и от  n.

Fb=0,39*Fs/Qt

Fs – собственная резонансная частота, Qt – полная добротность ГГ.

Далее будет показано, как это обстоятельство влияет на передачу низших частот акустикой рассматриваемого типа.

Результаты компьютерного моделирования акустического оформления, выраженные в АЧХ при крайних значениях коэффициента n, отображены на Графике 3 синими линиями. Верхнее значение n, для наглядности, взято больше допустимого пределами регулирования (n=12,5). Здесь видны изменения частотной характеристики, касающиеся зоны настройки ФИ, но они не превышают 3 dB. Если же ограничиться установленными значениями n (от 5 до 9), то эти изменения окажутся совершенно ничтожными. Выходит, что при преобразовании объема параллельно с глубиной тоннеля (для обеспечения Fb = const), в минимальной степени затрагивается частотная характеристика системы. В такой ситуации главным образом регулированию подвергаются демпфирующие свойства акустического оформления. Полученный вывод оказывается очень важным.

Известно, что от демпфирования, прежде всего, зависят переходные характеристики излучателя, оказывающих влияние на артикуляцию и характер затухания звуков. Воздух внутри акустической системы, в зависимости от объема, может обладать, как демпфирующими свойствами, т.е. поглощать колебания, так и свойствами накопителя энергии (наподобие заряженной пружины, разворачивающейся в неподходящий момент). Важно создать такие условия для работы громкоговорителя, при которых не происходили бы потери на низких уровнях сигнала (проглатывание послезвучий), а характер затуханий передавал бы реальную, без несанкционированных всплесков и гудения, звуковую картину. К сожалению, в методиках по конструированию АС обычно ограничиваются только вопросом обеспечения наилучших амплитудно-частотных характеристик – равномерности и широкополосности. Импульсные (переходные) характеристики, отвечающие за качество звучания, часто остаются без внимания. Этот пробел, по-видимому, и устраняется введением  в систему расчетов загадочного корректировочного коэффициента n, называемого «Онкен-параметром».

Теперь сравним различные типы акустического оформления. На Графике 4 упрощенно отображены АЧХ одного и того же ГГ, установленного в разные АО. Очевидно, что бесконечный экран (БЭ) обеспечивает самый широкий диапазон в сторону низких частот и медленный, монотонный спад характеристики, что на слух воспринимается максимально комфортно и натурально. Но экран, пусть даже не бесконечный, – вещь громоздкая и сильно зависящая от внешних условий, потому не универсальная и редко используемая.

Закрытый ящик (ЗЯ), как частный случай БЭ также неплох с точки зрения плавности спада характеристики, но проигрывает всем вариантам оформления в частотном диапазоне.

Фазоинвертор выигрышен и с точки зрения частотного диапазона, и с точки зрения компактности. Для ГГ, участвующего в эксперименте, оптимальный с позиции равномерности частотного спада ящик-ФИ будет иметь объем почти в 2 раза меньший, чем вариант Онкен и n = 3,5. Его недостатком можно считать слишком крутой спад частотной характеристики. Эффективность ФИ, обычно, ниже определенной частоты резко ослабевает, что на слух воспринимается, как ущербность (обрубленность) самой низкой частотной составляющей.

Фазоинвертор типа Онкен, как видно из того же графика, до определенного момента стремится соответствовать АЧХ бесконечного экрана (вот что сближает эти типы), а крутой спад начинается гораздо ниже, чем у «оптимального ФИ» (и по частоте, и по уровню), что на слух выглядит более выигрышно. Плата за такой низкочастотный довесок – немалый дополнительный объем. Разумеется, меньшая требовательность к расположению в помещении, чем в случае с экранами, оказывается всегда уместной. Кстати, графики АЧХ оригинальных Jensen и Onken-систем, также демонстрируют подобную форму характеристики в интересующей нас области.

Итак, пригодным для экспериментов с реальным ящиком диапазон варьирования n принимаем в пределах от 5 до 9. Для такого разброса n-параметра требуется изменения объема примерно в 1,5 раза при двукратном изменении длины тоннеля. Представленный чертеж корпуса АС для ГГ Supravox 400GMF, всецело удовлетворяет вышеизложенным теоретическим выкладкам, допуская регулирование глубины тоннеля и объема в требуемых пределах и даже шире.

Возможность регулирования Онкен-параметра на практике – вещь очень удобная и полезная. Главное – что в реализованных пределах удается получить изменения, касающиеся характера звучания баса от достаточно сдержанного до более «развязанного». Остается лишь «поймать» оптимум, лежащий где-то посередине. В дальнейшем, в процессе неспешных прослушиваний, не сразу, удается определить некое промежуточное положение, наиболее полно соответствующее индивидуальным представлениям о правильном басе и наилучшим образом, подходящим к конкретным внешним акустическим  условиям.

Пора делать выводы:

1. АС Jansen-Onken – относятся к типу фазоинверсных систем с увеличенным (иногда намного) внутренним объемом.
2. Для расчетов удобно использовать программу Онкен-калькулятор, которая есть в сети.
3. Значения Онкен-параметра (n), скорее всего, должны находиться в диапазоне от 5 до 9.
4. При расчетах, не следует пренебрегать ни одним из требуемых параметров. Значение выходного сопротивления источника сигнала (Rg) приобретает особое влияние в случае применения с АС лампового усилителя.
5. Наличие возможности оперативного регулирования сильно упрощает задачу добиться наилучшего звучания от самих АС и наилучшим образом адаптировать их к конкретным условиям эксплуатации (комната, расположение, усилитель и пр.).
6. Основным недостатком АС типа Онкен (о недостатках еще не было сказано, но как же без них…) является наличие искажений звука, образующихся внутри корпуса и через порт большого сечения (тоннель) легко достигающих слушателя. Спектр этих искажений находится в среднечастотной области. С этим явлением можно бороться, сузив частотный диапазон сверху при помощи более эффективного кроссовера. СЧ-диапазон в этом случае придется поручить другому громкоговорителю. Использование демпфирующих материалов –  еще один метод борьбы с резонансными явлениями внутри корпуса АС. Он весьма эффективен, но степень влияния на звук материала поглотителя, его количества и места расположения придется определять только экспериментальным путем.

В заключение, для полноты картины, автором статьи должна быть дана субъективная оценка звучанию рассмотренной акустики. Делаю это с удовольствием.

Низкие частоты, воспроизводимые Онкенами на Суправоксах (n=6,3), в меру сочны и глубоки. Они не выпирают, доминируя, но и не теряются в объеме прочих звуков, логично занимая свои места. Басовые партии сверхразборчивы, их интересно слушать, их приятно ощущать физически. Налицо и высокая достоверность в передаче индивидуальных особенностей звучания музыкальных инструментов. Контрабас невозможно спутать с бас-гитарой, а бочка ударной установки не прикидывается резиновой камерой от автоколеса.  Так что выбор в пользу такого акустического оформления для домашней аудиосистемы, несмотря на ощутимые затраты времени и средств на постройку и настройку, считаю весьма удачным и в большинстве случаев предпочтительным.

Автор: А. Мельников, г.Санкт-Петербург (CleverAudio Design)

Для ldsound.info