Опыты над людьми: Пивная акустика
18-06-2006, 02:44. Разместил: Al13
Фотографии: Генри Шеппард, Алена Лазарь
==================
Обычно псевдонаучный термин "пивная акустика" используется работниками приличных баров и ресторанов, когда они выводят слегка перебравших посетителей с завышенным самомнением. Вопли класса "я свои права знаю!" или "уберите ваши грязные лапы!" отличаются неприятными амплитудно-частотными характеристиками и очень мешают окружающим, поэтому охрана старается как можно быстрее вывести такие источники звуковых волн на свежий воздух. Не правда ли, неприятная, но вполне обычная ситуация
Но каждая идиома с переносным смыслом может быть расшифрована самым грубым и прямым способом. Впервые мне пришлось наблюдать этот подход в Кардиффском клубе ветеранов. Какой-то ненормальный коллекционер в пивном угаре подарил клубу шестифунтовую противотанковую пушку - это изящное канадское страшилище гордо стоит напротив барной стойки. Гильзы снарядов к пушке достаточно тяжелы и требуют аж двух человек обслуги, но сам снаряд удивительно точно повторяет очертания современной пивной банки.
Такое совпадение оказалось не прихотью инженера, а технической необходимостью. Оказывается, пивная банка рассчитана так, что должна выдерживать внутреннее давление до 20 атмосфер при температуре в 50 градусов Цельсия. Стандарт действительно оказался "слизан" со снаряда британско-норвежской пушки. Секрет заключался в том, что двухфунтовые орудия, которые были основной противотанковой силой в британской армии до 1940 года, банально не могли нанести ощутимуго урона даже танку среднего класса, и нужно было создать максимально легкий снаряд с максимально высокой прочностью и кинетикой - инженеры справились с задачей настолько хорошо, что размеры и удивительно удачная геометрия снарядов быстро перетекла в гражданскую промышленность. Сначала в Европе стали собирать нагнетательные цилиндры для всевозможных прессов, отталкиваясь от чертежей гильз и снарядов шестифунтовки, а затем чья-то пьяная, но светлая голова заметила, что размер пивной банки идеально удобен в качестве резонатора для слабомощных источников звука.
Неудивительно: прочная геометрия снаряда позволила упростить и удешевить его в несколько раз без потери кинетики. Логично, что такие параметры должны быть получить признание в акустике. До сих пор лучшие авторские аудиосистемы от отставных военных Роя Уилкинса и Джона Боуверса (производителей одних из самых дорогих и качественных аудиосистем B&W) удивительным образом копируют геометрию легендарного снаряда.
Что нам стоит дом построить...
Как известно, все лучшее, что существует под Луной, отличается простотой и изяществом. Если два отставных военных инженера смогли из снаряда сделать фетиш аудиофила, то это может повторить любой человек в относительно трезвом уме и твердой памяти. Можно даже усложнить задачу и использовать в качестве образца не благородный снаряд от изящного и грозного орудия, а пошлую пивную банку.
Сначала мы купили два ящика баночного пива. Предварительно я проверил банки разных сортов на прочность. Хотя практически металл для всех банок в России выпускаются одной ннебезызвестной компанией, качество розлива у разных пововаров существенно отличается. Технология нанесения краски качество складирования и хранения меняются от области к области. Лучшими и самыми аккуратными оказались банки из Калининграда - обычно это пиво "Пит" и некоторые западноевропейские марки, которые выходят как под российскими, так и под родными лейблами. Например нужно помнить, что "Старый Мельник" только пишется по-русски, а в реальности это "Эфес Пилснер" - многие российские сорта пива давно уже принадлежат иностранным компаниям.
Предварительные опыты показали, что банку можно с большой натяжкой считать линейным источником звука. В теории такой источник представляет собою бесконечно длинную и тонкую "нить". Плотность звукового давления распространяется в виде "цилиндра", и обеспечивает намного более качественное и равномерное распределение звука по сравнению с точечными источниками, с которыми можно грубо сравнить обычные маломощные динамики.
Если срезать "крышку" банки и приладить к отверстию PC-спикер, то получится отличный резонатор. Очевидно, что металл и весьма малые размеры при небольшой мощности динамика врядли дадут нам качественный звук. Скорее всего он будет глухим и слегка дребезжащим в верхних частотах - банка легкая, поэтому дребезг неизбежен. Но нас никто не ограничивает одной банкой. Во-первых металл отлично проводит звук, а во-вторых много банок в столько же раз тяжелее одной. Если их скрепить достаточно прочно, чтобы не допустить дребезга, то получится отличный "поликарманный" резонатор. Следует только учесть, что подобные резонаторы обычно используются в специфических музыкальных инструментах, например авторских гитарах под фламенко - перегороженный и разделенный на несколько отсеков резонатор идеально выводит средние частоты, но заметно "шумит" на высоких.
Однако качественные аудиосистемы редко унижаются до проигрывания примитивной синтезаторной попсы с плоским звуком из wave-table. Так что заранее договоримся, что мы будем слушать исключительно Стравинского, Листа и немного классики арт-рока. Такой выбор гарантированно избавит нас от резкого "тым-дымц" и синусоидальных синтезированных инструментов современной эстрады. При таком подходе нам можно не задумываться о точных расчетах высокочастотных твиттеров.
Практическая пивология.
Сборка и расчет будущего изобретения является многомудрой и сложной операцией, несовместимой с пивным угаром, но у детей и пьяных есть свой мудрый и добрый бог - дети бьют коленки, но остаются здоровымы, в пьяным всегда везет. Нам тоже повезло: оказалось, что стандартный PC-спикер имеет диаметр, идеально подходящий к обжимке пивной банки. У меня возникло смутное подозрение, что это не просто совпадение - после клича "Используй Гугль, Люк!" я быстро выяснил, что был прав. Промышленный стандарт диффузора телефонного динамика класса AST (довоенный европейский телефонный концерн) рассчитывался примерно по той же схеме, что и снаряды для шестифунтового орудия. Так как тогда практически все динамики имели бумажные диффузоры, то от них требовался повышенный уровень прочности и долговечности несмотря на ненадежность картонных диффузоров. Старушка Европа отличается взвешенным консерватизмом, поэтому диффузоры до сих пор выпускаются в нескольких стандартных дизайнах.
Дальнейший технологический цикл очень прост: вырезаем из обкладки банки всю жесть, как показано на фотографии. Нет смысла слишком напирать на аккуратность, так как жесть настолько легкая, что пара миллиметров заусенцев не сможет заметно повлиять на равномерность звукового давления. Однако законы Мерфи и Паркинсона - подлая и злокозненная штука. Размер динамика позволяет идеально подогнать его под отверстие, но его необходимо намертво прицепить к банке! Скотч оказался слишком легким, а изолента или "тяжелый" пластырь слишком эластичны - оба варианта обеспечат очень заметный дребезг. Пайка тоже не решит проблему, так как алюминиевую банку трудно надежно залудить, особенно если она раскрашена химическим или гальваническим методом. Алюминий является очень активным металлом: Al на воздухе или в агрессивной кислородной среде моментально покрывается очень тонким, но плотным слоем трехвалентного оксида алюминия.
Это настолько индифферентное и прочное соединение, что в отсутствии воды на него не действует даже концентрированный олеум (раствор триоксида серы в серной кислоте)! При этом Al2O3, как большинство оксидов, достаточно хрупок. Если припаять динамик к банке, то под слоем припоя обязательно окажется микроскопически тонкая пленка оксида. Вибрация достаточно быстро разрушит оксид, и припой легко "отскочит" от банки.
Однако человечество придумало не только колесо и атомную бомбу, но и еще несколько простых, но удобных вещей. Наверняка все знают, как жители Поднебесной относятся к радиомонтажу - огромные бесформенные ляпы клея и толстые шурупы выглядят не очень эстетично, но почему-то неплохо обеспечивают прочность конструкций. Эластичность и прочность термоклея давно превратили его в идеальный крепеж для домашних поделок.
Мы не стали мудрить и решили собрать систему 2.1 с использованием всех "инеженерных" наработок китайских товарищей. Две "колонки" будут снабжены парой PC-спикеров каждая, а "сабвуфер" получит динамик помощнее и фильтр, отсекающий все частоты выше 200 Гц. Мы выбрали четыре банки пожестче, вырезали торцевые поверхности с "открывалкой", а затем прикрепили к отверстиям динамики.
Наверняка все в детстве пробовали строить башни из кубиков, и наверняка на своей шкуре испытали действие правила Вуда, гласящего, что больше 15ти кубиков поставить друг на друга невозможно. В строительстве этот феномен обходится при помощи крепящих натяжных конструкций: например Останкинская башня укреплена натянутым стальным "жгутом" от фундамента до самой верхней точки. Как ни прискорбно, придется аналогично поступить с нашими банками. По предварительному "проекту" мы решили уложить их в шестиконечную сетку (три линии по 6, 5 и 6 банок соответственно), но такое количество легких алюминиевых банок наверняка будет дребезжать - скорость распространения звука невысока, поэтому даже расстояние в полметра между крайними банками гарантирует заметное рассогласование резонанса за счет запаздывания звука. К тому же пивные банки приспособлены выдерживать внутреннее давление, но легко сминаются внешним.
Мы не стали мудрить, а просто опоясали каждую баночную линию-слой тонким скотчем. Он придал жесткости каждой линии, а заодно стал очень жестким демпфером - его достаточно чтобы избавиться от мелкого дребезга, но при этом он не способен демпфировать средние частоты. Каждую колонку мы "одели" в картонный каркас и скрепили тонкой шелковой нитью (шелк отличается низкой растяжимостью, что гарантирует прочность конструкции).
Нетрудно догадаться, что нам пришлось куда-то деть два ящика пива. Логично, что мы его не вылили, а употребили по назначению, а поэтому после утилизации напитка началась халтура чистой воды: мы не смогли найти качественный конденсатор для фильтра сабвуфера - современные аналоги годятся максимум для фильтрования микротоков на примитивных сетевых картах. Однако голь на выдумки хитра: фильтром может быть не только конденсатор, но и катушка с большой индуктивностью. Мотать новую катушку или калечить трансформатор мы не решились, поэтому я нашел старый советский электрический моторчик. Тонкие витки и два постоянных магнита гарантируют отличное "срезание" частот. При этом нужно учесть, что ротор моторчика обладает большой массой, что является дополнительным "смягчителем" частоты.
Легкий алюминий мало подходит для сборки сабвуфера, поэтому мы решили временно использовать изделие гитлеровской военной промышленности - универсальный снарядный короб. Он достаточно тяжелый, но при этом его стенки настолько тонкие, что одноваттный динамик легко заставляет их резонировать. В качестве источника звука для "саба" мы использовали 4хдюймовый динамик от акустической системы Azona. Это довольно простой аппарат, который обладает невысокой мощностью, но имеет отличный прочный диффузор с картонной накладкой. Это позволило положить динамик на металлическую пластину "лицом вниз", а сверху накрыть снарядным коробом. Прижатый динамик практически полностью отдавал энергию звукового давления пластине. Так как он был последовательно соединен с моторчиком-фильтром, то мы получили отличный сабвуфер, который выдавал частоты от 25 до 100-150Гц.
Эстетство.
Рекламная политика телеканалов до принятия закона, ограничивающего продвижение слабоалкогольных напитков, успела вдолбить в головы зрителей простую и очевидную мысль - пива мало не бывает, и кто-то за ним обязательно побежит. Снарядный короб выглядит впечатляюще, но слишком резко контрастирует с пивными банками колонок. После небольшого обсуждения было решено заменить его пивным бочонком, за которым мы немедленно отправились.
Сказано - сделано! На наше счастье в ближайшем супермаркете не оказалось дешевой Балтики или Золотой Бочки. Тяжелый бочонок дортмундского DAB оказался ненамного легче короба, к тому же дюралевый корпус при всей своей прочности позволяет резать его при помощи обычных инструментов.
Сначала мы выпили пиво, затем вырвали верхний клапан и расширили отверстие под размеры диффузора динамика. Во время этой операции мне пришлось немного пожалеть, что качество бочонка оказалось на высоте: металл не только устоял перед консервным ножом, но и погнул его! Затем мы вырвали клапан-кран из нижней части бочонка - наш сабвуфер обзавелся фазоинвертным отверстием. Псоле того как мы пробили четыре паза вокруг верхнего отверстия так, чтобы они совпали с ушками динамика, мы прикрутили динамик китайскими шурупами.
В результате получилась на удивление прочная и надежная конструкция с очень небольшим весом (колонки вместе с сабом, проводами, контактами и каркасом получились едва ли тяжелее 250 грамм), но отличным звучанием. Басы, средние частоты и верхний диапазон примерно до 16КГц звучат очень хорошо. Одна колонка немного дребезжала, но мы быстро выяснили, что у одной из банок оказалась слишком сильно надорванной крышка-клапан. Достаточно было оторвать ее, чтобы восстановить качество.
В качестве тестового стенда я использовал проверенный немецкий приемник Kraus KTL 100 и усилитель от Altec Lancing - рабочие лошадки любого аудиофила. Радио Маяк, Классик, 100.1, Русское Радио, Эхо Москвы, BBC Russia, TDS, DeutcheR и Bloomberg звучали ничем не хуже "контрольных" колонок от Altec, но как только я перешел на верхний диапазон FM и добрался до русской и зарубежной попсы, как наши восторги сменились легкой зубной болью: плоский синтезаторный звук, явно "составленный" на базе идеальной синусоиды, моментально вызывал жуткий дребезг и грязь в верхних частотах. Колонки банально тряслись и подпрыгивали в такт очередному "тум-ца-ца", что, в принципе, оказалось не так уж страшно. Как известно, под пиво прекрасно слушается только качественный рок и классика.
Под конец опыта возникла идея попытаться собрать приемник и усилитель исключительно на базе пивных банок, но мы решили, что это может подорвать производство радиокомпонентов на базе полупроводников.
Пивные акустики
Вернуться назад