Автоматизированное проектирование акустических систем

На форумах очень часто появляются темы типа "Могут ли дешевые колонки хорошо звучать". На самом деле — да, только нужно, извините за тавтологию, взглянуть на сам процесс их производства со стороны их производства. Сама разработка конструкций и подбор комплектующих сводятся к финансовому и временному минимумам, поскольку все автоматизировано. В данном материале мы рассмотрим одну из самых популярных программ в этой области, и, надеюсь, вы поймете, что все гораздо проще, чем думается.

В принципе, самостоятельное проектирование колонок непрофессионалами вполне возможно, и, хотя над многими дорогими моделями работают действительно серьезные специалисты, очень часто, особенно в дешевой акустике, мы имеем самые что ни на есть стандартные варианты. Не так давно, на мой стол легли расчеты недорогой АС для автомобилей и в них было указано, что вычисления произведены в True Audio WinSpeakerz. Зайдя на сайт разработчиков www.trueaudio.com, вы узнаете, что сама программа стоит $99, и при этом предлагается ее демо–версия, датируемая… 2001 годом. Скачивать ее не рекомендую, так как в демо напрочь отсутствуют необходимые базы и отключены практически все ключевые функции.

Такие серьезные ограничения введены неспроста, поскольку на основе этой программы можно практически с нуля разработать акустическую систему любой сложности. Причем в виде натуральной программной эмуляции.

История

Тут на самом деле целая веха. За данной разработкой стоит американец Джон Мерфи (John L. Murphy). Еще в 1976 году на симпозиуме International Loudspeaker Symposium, спонсируемом со стороны Университета Колорадо (University of Colorado) в Колорадо Спрингс, он получил от Дона Кила (Don Keele) копию разработанного им метода по программированному вычислению дизайна колонок. И через несколько лет, благодаря данному методу Мерфи создает модели АС с помощью программируемого калькулятора TI–59, но тогда это подразумевало и множество рутины, в частности составление и выведение таблиц и графиков результатов расчетов множества параметров.

В 1981 году Мерфи покупает свой первый персональный компьютер Apple II Plus и ставит перед собой задачу написать программу, с помощью которой можно рассчитывать акустические колонки, а в конечной цели и эмулировать их на программном уровне. До полного воплощения его замыслов было еще как минимум лет десять, но в 1981 появляется первенец — "Speaker", несколько облегчающий расчеты, хотя имеющиеся в наличии компьютера 48k памяти не давали как следует развернуться. Дела изменились в 1985, когда Джон Мерфи приобретает Macintosh 512k, причем в то время открываются новые возможности — появилась мышь и новые возможности графического интерфейса. А уже к 1990 выпускается программа MacSpeakerz, и далее все начинает развиваться в сторону усиления алгоритмической расчетной части, предоставления информации о большем количестве параметров.

Вскоре появилась необходимость в переходе на Windows, что произошло в 1995. Причем Мерфи сначала создал WinSpeakerz на Visual Basic 1.0, этот вариант ему не очень понравился и он изучил C++, на чем и написаны его дальнейшие разработки. Что самое интересное, именно с 1990 программы Мерфи стали очень популярными среди производителей, выпускающих профессиональные и hi–fi акустические системы, а также звуковые комплекты для автомобилей. Поэтому дата последней версии, а именно 2001 год, ни о чем не говорит в плане отсталости или старости данной программы, ведь, в принципе, на ее разработку ушло около 25 лет.

Описание интерфейса.
Что вводится и что выводится

Работа с WinSpeakerz строится поэтапно. Первым делом, вы выбираете динамики для вашей колонки. В программе имеется обширная база по существовавшим на тот период моделям, при этом есть поиск и сортировка по определенно заданным параметрам (диаметр, чувствительность и т.п.). Я сказал "на тот период", но все поправимо, поскольку сама база может пополняться новыми данными, которые вы сами можете вводить вручную. После первого этапа идет выбор корпуса. В программе их может быть несколько типов (закрытые, с фазоинверторами, многополосные) и общее количество предлагаемых вариантов равняется 18. Также можно экспериментировать с различными объемами, добавлять аттенюаторы, компенсаторы, использовать различные типы кроссоверов.

В результате, в основном окне, именуемом Workbench, выводятся все параметры для проектируемой системы в виде сложного суммарного графика множества характеристик (АЧХ, задержка, сопротивление, звуковое давление и т.п.) и двух небольших окон снизу, где указаны основные параметры динамика(ов) и корпуса. Если что–то не подходит, то можно менять и сравнивать результаты.

Какие плюсы

Скорость разработки. Также стоит отметить, что довольно часто, особенно при дизайне помещений и домашних кинотеатров в них, а также стереосистем и тому подобного, возникают проблемы с этим самым дизайном. То есть может быть так, что на данный момент на рынке не имеется нужных решений. И как тут можно поступить? Прибегнуть к "стандартным" для акустики вариантам. Именно их и представляет программа. Причем, если обратить внимание на рынок обычного недорогого hi–fi, то в большинстве случаев вы и встретите конструкции, которые без труда разрабатываются в WinSpeakerz.

Минусы

А если говорить о дорогих современных решениях, то в них есть множество ноу–хау, выраженных в специальных внутренних конструкциях колонок, использовании специфических материалов и форм корпусов. К примеру, сейчас среди студийных АС наиболее популярны обтекаемые формы. Но вряд ли кто будет ставить себе 8000 Genelec'и для просмотра фильмов и прослушивания музыки. То есть, основной минус программы состоит в малом количестве представленных вариантов.

Второй минус, хотя он и несколько специфичен и не всегда нужен — нельзя ввести параметры самого помещения, в котором будут располагаться проектируемые АС, поскольку материалы стен и препятствий, расстояния до них, также немаловажны при расчетах. Это, конечно, ближе к hi–end и студийным системам и в этих случаях часто задействуются профессиональные инженеры–акустики, которые проводят специальные измерения и расчеты.

Выводы

На самом деле, Джон Мерфи проделал просто огромную работу, существенно облегчающую труд конструкторов и разработчиков. И когда на форумах появляются темы типа "Могут ли дешевые колонки хорошо звучать", можно смело отвечать, что "да, могут, если их проектирование выверено в программах типа WinSpeakerz". Просто бывают и другие варианты, когда ничего не просчитывается, а за основу берется то, что дешево и под рукой. Но таких со временем становится все меньше и меньше.

Кристофер christopher@tut.by