Физика против дизайна: почему у современных тонких телевизоров плоский звук

Современные телевизоры обеспечивают впечатляющую чёткость и контрастность. Корпуса стали тонкими, рамки вокруг матриц практически исчезли, а стандартное разрешение выросло до 4K и 8K. При этом встроенный звук большинства новых моделей проигрывает старым кинескопным аппаратам. Диалоги актёров звучат глухо, спецэффекты теряют плотность, а на высокой громкости тонкая панель начинает резонировать.

Причина кроется не в браке сборки или экономии конкретного бренда. Это прямое следствие акустических законов и конструктивных компромиссов. Разбираемся, почему процессоры обработки бессильны против механики сплошных сред, куда на самом деле направлены излучатели в безрамочных ТВ и какое оборудование возвращает звуковой дорожке масштаб.

Покупатель выбирает телевизор с матрицей OLED или QLED. Дома он запускает фильм в разрешении 4K с расширенным динамическим диапазоном HDR. Экран выдаёт высокую контрастность и чёткую картинку. Однако встроенный звук не соответствует качеству видеоряда. Речь звучит глухо, в сценах взрывов воспроизводится только верхний бас, а на высокой громкости пластиковые элементы корпуса начинают вибрировать.

Старые кинескопные телевизоры воспроизводили низкие частоты значительно лучше. Это объясняется их конструкцией. Глубина корпуса кинескопа достигала десятков сантиметров, а внутренний объём измерялся десятками литров. Внутри стояли широкополосные динамики с крупными диффузорами из целлюлозы и мощными магнитными системами.

Нехватка низких частот характерна для всех современных марок. С этой проблемой сталкиваются владельцы панелей Sony, Samsung, LG, TCL и Philips независимо от цены устройства. За последние пятнадцать лет разрешение экранов выросло с HD до 8K, а толщина панелей сократилась до нескольких сантиметров. Акустические характеристики встроенных излучателей снизились именно из-за уменьшения габаритов корпуса. Производители сосредоточились на толщине рамок и яркости экрана, а воспроизведение звука изначально переложили на саундбары и внешние акустические системы.

Ознакомьтесь с нашим ассортиментом саундбаров:

Качество изображения растёт вместе с развитием микроэлектроники. Миллионы субпикселей и процессоры обработки сигнала помещаются в стеклянную панель толщиной несколько миллиметров. Свет не требует глубокого пространства за матрицей.

Звук подчиняется законам механики. Динамик создаёт акустическую волну колебаниями диффузора. Мембрана физически толкает воздух перед собой. Воспроизведение низких частот требует перемещения значительного объёма воздушных масс.

В электроакустике действует закон Хоффмана. Это физическое правило связывает три параметра:

Получить глубокий бас в компактном корпусе при высокой громкости физически невозможно. Разработчики телевизоров отдают приоритет минимальной толщине корпуса и достаточной громкости для диалогов. По этой причине нижний диапазон частот во встроенных динамиках намеренно ограничен. Экраны совершенствуются через уменьшение транзисторов, тогда как акустические излучатели по-прежнему требуют физического пространства.

Эволюция конструкции телевизоров показывает постепенное сокращение пространства под акустические компоненты. Кинескопный аппарат 1990-х годов имел корпус большой глубины. Модель Sony KX-45ED1 обладала глубиной более 76 сантиметров. Внутренний объём корпуса составлял десятки литров. Излучатели размещались по бокам от экрана и были направлены вперёд, на слушателя. Площадь диффузоров позволяла стабильно воспроизводить диапазон от 70–80 Гц.

С появлением плазменных панелей и первых ЖК-экранов глубина корпуса уменьшилась до 8–12 сантиметров. По периметру экрана сохранялись широкие рамки. Конструкторы устанавливали туда фронтальные динамики с изолированными акустическими камерами объёмом в 1–2 литра.

Современные телевизоры имеют минимальную толщину. Экран модели LG Signature OLED W7 составляет 2,57 миллиметра. Такая толщина полностью исключает установку динамиков внутри панели. Производитель вынес излучатели и управляющую плату в отдельный блок-подставку. В стандартных тонких телевизорах применяются узкие овальные динамики, установленные в нижнем торце корпуса. Места для замкнутой акустической камеры внутри такой конструкции нет.

Ознакомьтесь с нашим ассортиментом телевизоров-кинотеатров:

Длина акустической волны обратно пропорциональна частоте колебаний. При скорости звука 343 метра в секунду длина волны на частоте 50 Гц составляет 6,86 метра, а на частоте 100 Гц — 3,43 метра. Создание звукового давления на таких длинах волн требует перемещения значительных объёмов воздуха. Для этой задачи динамик должен обладать большой площадью диффузора и амплитудой хода подвижной системы от 5 до 15 миллиметров.

В тонких телевизорах применяются широкополосные излучатели шириной 2–3 сантиметра. Амплитуда хода их мембран редко превышает 1–2 миллиметра из-за ограничения глубины корпуса. За динамиком нет герметичной акустической камеры необходимого объёма. По этой причине амплитудно-частотная характеристика встроенных динамиков показывает резкий спад уже на отметках 80–100 Гц. Колебания ниже этого порога динамик воспроизвести не способен.

Физические ограничения излучателей напрямую определяют итоговый характер воспроизведения:

Паспортная электрическая мощность встроенного усилителя 20 или 40 Вт не решает проблему нехватки баса. Усилитель может отдавать заявленную мощность, но малогабаритный излучатель физически не трансформирует эту электрическую энергию в звуковое давление на низких частотах.

В современных безрамочных телевизорах излучатели направлены вниз (схема down-firing) или в стену за панелью (схема rear-firing). Фронтальная рамка экрана имеет толщину несколько миллиметров, поэтому установить динамики с направлением на зрителя технически невозможно. До зоны прослушивания доходит не прямой звуковой сигнал, а волна, отражённая от поверхности тумбы, пола или тыловой стены.

Отражения меняют исходную амплитудно-частотную характеристику звука. Высокие частоты выше 4–5 кГц обладают строгой направленностью и быстро поглощаются мягкими поверхностями. При многократных переотражениях импульсная характеристика сигнала размывается. Из-за этого согласные звуки теряют разборчивость, а речь актёров воспринимается приглушённой.

Итоговый тембр напрямую зависит от способа монтажа экрана:

Акустические условия комнаты в такой схеме оказывают большее влияние на звук, чем заводские характеристики динамиков.

Ознакомьтесь с нашим ассортиментом полочной акустики:

Малогабаритные излучатели не могут воспроизводить низкие частоты механически. Производители компенсируют это цифровой обработкой звука (DSP). Основной метод основан на психоакустическом феномене недостающей основной частоты. Слуховой аппарат человека определяет высоту тона по интервалу между его гармониками, даже при отсутствии базовой частоты.

Алгоритмы фильтрации (например, Waves MaxxBass) отсекают неслышимый для динамика диапазон ниже 60–80 Гц. Это защищает диффузор от механической перегрузки. Взамен процессор синтезирует серию обертонов на более высоких частотах. Мозг слушателя реконструирует басовую ноту по её гармоническому спектру. Этот метод создаёт ощущение присутствия баса в речи или музыке, но физическое звуковое давление в помещении остаётся нулевым.

Второй программный инструмент — алгоритмы виртуального объёмного звучания. Процессор сдвигает фазу сигнала и вводит микросекундные задержки между правым и левым каналами. Такая обработка расширяет звуковую панораму за пределы габаритов корпуса телевизора. Одновременно фазовые сдвиги создают гребенчатую фильтрацию в среднем диапазоне, из-за чего искажается тембр речи.

Системы автоматического выравнивания громкости (AVL) дополняют эту обработку сжатием динамического диапазона:

Итоговая звуковая дорожка звучит с постоянной громкостью, но теряет динамический контраст, заложенный звукорежиссёром.

Производители премиальных линеек внедряют аппаратные решения для частичной компенсации тонкого корпуса. Компания Sony применяет технологию Acoustic Surface Audio в телевизорах с матрицами OLED. Позади панели установлены электромагнитные приводы — актуаторы. Они передают звуковые колебания непосредственно на стеклянную поверхность экрана. Стекло выполняет функцию излучающей мембраны.

Технология обеспечивает точную привязку источника звука к изображению. Звуковая волна исходит из точки экрана с говорящим персонажем. Это повышает разборчивость речи за счёт прямого фронтального излучения. При этом амплитуда механических колебаний стеклянной пластины минимальна. Рабочий диапазон актуаторов составляет от 150–200 Гц до 20 кГц. Воспроизведение частот ниже 150 Гц остаётся задачей отдельного конусного динамика, встроенного в заднюю крышку телевизора.

Компания Samsung использует в сериях QLED технологию Object Tracking Sound (OTS). Вдоль рамки корпуса монтируются малогабаритные динамики: снизу, по бокам и в верхней части панели. Процессор распределяет аудиосигнал по каналам в соответствии с перемещением объектов на экране:

Обе технологии решают задачу локализации звука и направленности средних частот. Фундаментальный бас они воспроизвести не могут из-за конструктивного ограничения рабочего объёма.

Потребители выбирают телевизоры преимущественно по визуальным критериям. В торговых залах оценивают яркость матриц, уровень контрастности, точность цветопередачи и толщину корпуса. Оценить работу встроенных динамиков в условиях фонового шума магазина невозможно. Разработчики инвестируют основные бюджеты в параметры дисплеев и минимизацию габаритов рамки.

Вынос акустической системы за пределы корпуса стал стандартом индустрии. Бренды развивают сегмент саундбаров и компонентов домашнего кинотеатра. Компании проектируют протоколы синхронизации экрана с внешней акустикой. Например, технология Samsung Q-Symphony объединяет работу встроенных излучателей телевизора и внешнего саундбара:

Встроенная акустическая система тонкого экрана выполняет роль базового контрольного монитора. Воспроизведение полного частотного диапазона современных звуковых дорожек требует подключения внешней акустики.

Ознакомьтесь с нашим ассортиментом сабвуферов:

Перед выбором внешней акустической системы можно улучшить отдачу штатных излучателей телевизора. Для этого необходимо скорректировать условия распространения звуковых волн в комнате и устранить искажения, возникающие от заводских программных профилей.

Корректное использование встроенного меню включает следующие шаги:

Эти действия оптимизируют воспроизведение средних и высоких частот в пределах заводских параметров излучателей.

Полноценное воспроизведение звука требует акустических систем с достаточным внутренним объёмом корпуса и фронтальным направлением диффузоров. Рынок предлагает несколько категорий аудиоустройств для сопряжения с телевизором.

Саундбар представляет собой продолговатую акустическую систему моноблочного типа. Корпус устройства размещается на полке под панелью или монтируется непосредственно на стену. Излучатели направлены вперёд, в сторону зоны прослушивания, что исключает фазовые искажения от переотражений.

Конфигурации формата 2.1 или 3.1 комплектуются внешним сабвуфером с беспроводным подключением. Выносной низкочастотный блок отрабатывает полосу от 30–35 до 100 Гц, снимая нагрузку с компактных фронтальных динамиков. Устройство занимает минимум пространства и управляется пультом телевизора.

Комплект из двух полочных активных колонок решает задачу построения широкой стереобазы. Каждая колонка собрана в отдельном демпфированном корпусе из плит MDF высокой плотности. Внутри установлены басовые диффузоры диаметром от 100 до 165 миллиметров.

Модели с поддержкой интерфейса HDMI ARC (например, KEF LSX II) подключаются к телевизору напрямую без промежуточных AV-ресиверов. Два раздельных корпуса, разнесённых по сторонам от экрана, формируют локализацию инструментов в музыке и звуковых эффектов в кино.

Качество передачи цифрового потока от процессора телевизора к внешнему усилителю зависит от физического канала связи:

Выбор между саундбаром и стереопарой определяется геометрией комнаты и основными сценариями: для просмотра фильмов в небольших комнатах оптимален саундбар с сабвуфером, а для совмещения кино и прослушивания музыки практичнее использовать активную стереопару.

Ознакомьтесь с нашим ассортиментом HDMI-кабелей:

При подборе внешней аудиосистемы следует опираться на электроакустические параметры оборудования. Заявленные производителем рекламные слоганы не отражают реальные акустические возможности колонок.

Определить способность акустики воспроизводить полноценный частотный диапазон помогают пять объективных параметров:

Паспортная электрическая мощность усилителя в сотни ватт не является показателем качества воспроизведения. Рабочие характеристики системы определяются жёсткостью и внутренним объёмом корпуса, а также полезной площадью диффузоров.

Почему у нового премиального телевизора звук уступает старому кинескопному аппарату?

Кинескопный телевизор имел корпус глубиной 40–70 сантиметров и внутренний объём в десятки литров. Внутри стояли широкополосные динамики большого диаметра, направленные вперёд на зрителя. Тонкий корпус современного телевизора не имеет достаточного объёма воздуха и места для механического хода диффузора.

Можно ли настроить звучание телевизора через встроенное меню без покупки колонок?

Настройки эквалайзера позволяют скорректировать разборчивость речи. Для этого повышают уровень частот в диапазоне 1–3 кГц и отключают виртуальные эффекты пространственного окружения. Воспроизвести фундаментальный бас ниже 80 Гц или убрать дребезг на высокой громкости программные настройки не могут из-за физических ограничений динамиков.

Почему звучание телевизора ухудшилось после монтажа на стену?

В тонких корпусах излучатели направлены вниз или в заднюю стенку. При установке на тумбу звуковая волна отражается от её горизонтальной плоскости в сторону комнаты. При настенном монтаже звук рассеивается вдоль вертикальной поверхности стены и уходит в пол. Это приводит к затуханию высоких частот и падению разборчивости речи.

Существуют ли телевизоры со встроенной акустикой высокого класса?

Производители выпускают флагманские модели с интегрированными саундбарами от аудиоинженеров или технологией Acoustic Surface (вибрация стеклянной панели экрана). Такие решения обеспечивают точную передачу голоса и широкую стереопанораму, однако по глубине баса они уступают внешним саундбарам с отдельным сабвуфером.

Что выбрать для телевизора: моноблочный саундбар или активную стереопару?

Саундбар с внешним сабвуфером занимает минимум полезной площади, монтируется непосредственно под панелью и оптимизирован для дорожек кинофильмов. Комплект из двух активных полочных колонок требует места по бокам от экрана, но формирует широкую стереосцену и подходит для одновременного воспроизведения музыки и фильмов.

Какой интерфейс предпочтительнее: HDMI ARC или оптический кабель?

Подключение по HDMI eARC/ARC является основным стандартом. Интерфейс обладает высокой пропускной способностью, передаёт многоканальные форматы без компрессии и синхронизирует регулировку громкости с комплектного пульта телевизора по протоколу HDMI-CEC.

Автор статьи: Илья Саундберг, эксперт Dr.Head в категории Hi-Fi/High-End