Что такое крутизна 12 дб окт. Понятия. Право на пересдачу. Сладкие мифы и горькая правда об акустических свойствах салона на низких частотах. Что такое «порядки» переходных фильтров
Акустическая система (Общие понятия и наиболее часто задаваемые вопросы)
1. Что такое акустическая система (АС)?
Это устройство для эффективного излучения звука в окружающее пространство в воздушной среде, содержащее одну или несколько головок громкоговорителей (ГГ), необходимые акустическое оформление (АО) и электрические устройства, как то переходные фильтры (ПФ), регуляторы, фазовращатели и т.п. Смотрите так же: на нашем сайте.
2. Что такое головка громкоговорителя (ГГ)?
Это пассивный электро акустический преобразователь, предназначенный для преобразования сигналов звуковой частоты из электрической формы в акустическую.
3. Что такое пассивный преобразователь?
Это такой преобразователь, который НЕ увеличивает энергию электрического сигнала, поступающего на его вход.
4. Что такое акустическое оформление (АО)?
Это конструктивный элемент, обеспечивающий эффективное излучение звука ГГ. Иными словами, в большинстве случаев АО - это корпус АС, который может иметь вид акустического экрана, ящика, рупора и т.д.
5. Что такое однополосная АС?
Фактически то же самое, что и широкополосная. Это АС, все ГГ которой (обычно одна) работают в одном и том же диапазоне частот (т.е.фильтрация входного напряжения при помощи ПФ, равно как и сами фильтры отсутствуют).
6. Что такое многополосная АС?
Это АС, ГГ которой (в зависимости от их числа) работают в двух или более разных диапазонах частот. Однако непосредственный подсчет количества ГГ в АС (особенно выпуска прошлых лет) может ничего не сказать о реальном числе полос, поскольку на одну и ту же полосу может выделяться несколько ГГ.
7. Что такое АС открытого типа?
Это такая АС, в которой влияние упругости воздуха в объеме АО пренебрежимо мало, а излучения передней и тыльной сторон подвижной системы ГГ не изолированы друг от друга в области НЧ. Представляет собой плоский экран или ящик, у которого задняя стенка или полностью отсутствует, или же имеет ряд сквозных отверстий. Наибольшее влияние на частотную характеристику АС с АО открытого типа оказывают передняя стенка (в которой смонтированы ГГ) и ее размеры. Вопреки распространенному мнению, боковые стенки АО открытого типа влияют на характеристики АС крайне мало. Таким образом важен не внутренний объем, а площадь передней стенки. Даже при сравнительно небольших ее размерах воспроизведение НЧ значительно улучшается. Вместе с тем в области СЧ и, особенно, ВЧ экран уже не оказывает существенного влияния. Существенным недостатком таких систем является их подверженность акустическому «короткому замыканию», которое приводит к резкому ухудшению воспроизведения НЧ.
8. Что такое АС закрытого типа?
Это такая АС, в которой упругость воздуха в объеме АО соизмерима с упругостью подвижной системы ГГ, а излучения передней и тыльной сторон подвижной системы ГГ изолированы друг от друга во всем диапазоне частот. Иными словами, это АС, корпус которой выполнен герметично закрытым. Преимущество таких АС в том, что задняя поверхность диффузора не излучает и, таким образом, акустическое «короткое замыкание» полностью отсутствует. Но закрытые системы имеют другой недостаток - при колебаниях диффузора он должен превозмогать дополнительную упругость воздуха в АО. Наличие этой дополнительной упругости приводит к тому, что повышается резонансная частота подвижной системы ГГ, в результате чего ухудшается воспроизведение частот, лежащих ниже этой частоты.
9. Что такое АС с фазоинвертором (ФИ)?
Стремление получить достаточно хорошее воспроизведение НЧ при умеренном объеме АО довольно хорошо достигается в так называемых фазоинверсных системах. В АО таких систем делается щель или отверстие, в которое может быть вставлена трубка. Упругость объема воздуха в АО резонирует на какой-то частоте с массой воздуха в отверстии или трубке. Эта частота называется резонансной частотой ФИ. Таким образом, АС в целом становится состоящей как бы из двух резонансных систем - подвижной системы ГГ и АО с отверстием. При правильно выбранном соотношении резонансных частот этих систем воспроизведение НЧ значительно улучшается по сравнению с АО закрытого типа с таким же объемом АО. Несмотря на очевидные преимущества АС с ФИ, очень часто такие системы, изготовленные даже опытными людьми, не дают ожидаемых от них результатов. Причина этого в том, что для получения необходимого эффекта ФИ должен быть правильно рассчитан и настроен.
10. Что такое bass-reflex?
То же самое, что ФИ.
11. Что такое кроссовер?
То же самое, что переходной или разделительный фильтр.
12. Что такое переходной фильтр?
Это пассивная электрическая схема (обычно состоящая из катушек индуктивности и емкостей), которая включается перед входным сигналом и обеспечивает то, чтобы на каждую ГГ в АС поступало напряжение только тех частот, которые они должны воспроизводить.
13. Что такое «порядки» переходных фильтров?
Поскольку никакой фильтр не может обеспечить абсолютного обрезания напряжения на заданной частоте, ПФ рассчитывают на определенную частоту разделения, за пределами которой фильтр обеспечивает выбранную величину затухания, выражаемую в децибелах на октаву. Величина затухания называется крутизной и зависит от схемы построения ПФ. Не углубляясь особо в подробности, можно сказать, что простейший фильтр - так называемый ПФ первого порядка - состоит всего из одного реактивного элемента - емкости (при необходимости обрезать НЧ) или индуктивности (при необходимости обрезать ВЧ) и обеспечивает крутизну в 6дБ/окт. Вдвое большую крутизну - 12дБ/окт. - обеспечивает ПФ второго порядка, содержащий по два реактивных элемента в цепи. Затухание в 18дБ/окт. обеспечивает ПФ третьего порядка, содержащий по три реактивных элемента и т.д.
14. Что такое октава?
В общем случае - это удвоение или ополовинивание частоты.
15. Что такое рабочая плоскость АС?
Это плоскость, в которой расположены излучающие отверстия ГГ АС. Если ГГ многополосной АС расположены в разных плоскостях, то за рабочую принимается та, в которой расположены излучающие отверстия ГГ ВЧ.
16. Что такое рабочий центр АС?
Это точка, лежащая на рабочей плоскости, от которой производится отсчет расстояния до АС. В случае однополосных АС за него принимают геометрический центр симметрии излучающего отверстия. В случае многополосных АС за него принимается геометрический центр симметрии излучающих отверстий ГГ ВЧ или проекций этих отверстий на рабочую плоскость.
17. Что такое рабочая ось АС?
Это прямая, проходящая через рабочий центр АС, и перпендикулярная рабочей плоскости.
18. Что такое номинальное сопротивление АС?
Это заданное в технической документации активное сопротивление, которым замещают модуль импеданса АС при определении подводимой к нему электрической мощности. Согласно стандарту DIN минимальное значение модуля импеданса АС в заданном диапазоне частот не должно быть менее 80% от номинального.
19. Что такое импеданс акустических систем (АС)?
Без углубления в основы электротехники можно сказать, что импедансом называется ПОЛНОЕ электрическое сопротивление АС (включая и кроссоверы, и ГГ), в состав которого в виде довольно сложной зависимости входит не только привычное всем активное сопротивление R (которое можно измерить обычным омметром), но также и реактивные компоненты в лице емкости C (емкостное сопротивление, зависящее от частоты) и индуктивности L (индуктивное сопротивление, также зависящее от частоты). Известно, что импеданс является комплексной величиной (в смысле комплексных чисел) и, вообще говоря, представляет собой трехмерный график (в случае АС он часто похож на «поросячий хвост») в координатах «амплитуда-фаза-частота». Именно по причине его комплексности, когда говорят об импедансе как о численной величине, говорят о его МОДУЛЕ. Наибольший интерес с точки зрения исследований представляют проекции «поросячьего хвоста» на две плоскости: «амплитуда-от-частоты» и «фаза-от-частоты». Обе этих проекции, представленные на одном графике, носят название «графика Боде». Третья проекция «амплитуда-от-фазы» носит название «графика Найквиста». С появлением и распространением полупроводников усилители звуковой частоты стали вести себя более менее как источники «постоянного» напряжения, т.е. они, в идеале, должны поддерживать на выходе одно и то же напряжение вне зависимости от того, какая нагрузка на него повешена, и какова потребность в токе. Поэтому если предположить, что усилитель, приводящий ГГ АС в движение, представляет собой источник напряжения, то импеданс АС четко покажет, каков будет потребляемый ток. Как уже было сказано, импеданс не только реактивен (т.е. характеризуется ненулевым углом сдвига фаз), но еще и изменяется с частотой. Отрицательный угол сдвига фаз, т.е. когда ток опережает напряжение, обусловлен емкостными свойствами нагрузки. Положительный угол сдвига фаз, т.е когда ток отстает от напряжения, обусловлен индуктивными свойствами нагрузки.
Каков же импеданс типичных АС? Стандарт DIN требует, чтобы величина импеданса АС не отклонялась от указываемого номинала более чем на 20%.Однако на практике все обстоит гораздо хуже - отклонение импеданса от номинала составляет в среднем +/-43%! До тех пор, пока усилитель характеризуется низким выходным сопротивлением, даже такие отклонения не привнесут каких либо слышимых эффектов. Однако как только в игру вводится ЛАМПОВЫЙ усилитель с выходным сопротивлением порядка нескольких Ом(!), результат может быть весьма плачевным- окраска звучания неизбежна.
Измерение импеданса АС является одним их наиболее важных и мощных диагностических средств. По графику импеданса можно очень много сказать о том, что представляют собой данные АС, даже не видя их в глаза и не слыша. Имея перед глазами график импеданса, можно сходу сказать, какого типа данные АС- закрытого (один горб в области баса), фазоинверторного или трансмиссионного (два горба в области баса) или же какой либо разновидности рупорных (последовательность равномерно разнесенных пиков). Судить о том, насколько хорошо будет воспроизводиться бас (40-80Гц) и самый нижний бас (20-40 Гц) теми или иными АС можно по форме импеданса в этих областях, равно как и по добротности горбов. «Седло», образованное двумя пиками в низкочастотной области, типичными для фазоинверторной конструкции, указывает на частоту, на которую «настроен» фазоинвертор, каковая обычно является частотой, на которой отдача НЧ ГГ падает на 6дБ, т.е. приблизительно в 2 раза. Из графика импеданса можно также понять, есть ли в системе резонансы, и каков их характер. К примеру, если проводить измерения с достаточным разрешением по частоте, то, возможно, на графике появятся своего рода «зарубки», свидетельствующие о наличии резонансов в акустическом оформлении.
Ну и, пожалуй, самое важное, что можно вынести из графика импеданса, это то, насколько тяжела будет эта нагрузка для усилителя. Поскольку импеданс АС реактивен, ток будет либо отставать от напряжения сигнала, либо опережать его на фазовый угол. В худшем случае, когда фазовый угол составляет 90 градусов, от усилителя требуется выдать максимальный ток в то время как напряжение сигнала стремится к нулю. Поэтому знание «паспортных» 8 (или 4) Ом в качестве номинального сопротивления НЕ дает ровным счетом ничего. В зависимости от фазового угла импеданса, который будет на каждой частоте разным, те или иные АС могут оказаться тому или иному усилителю «не по зубам». Также очень важно отметить, что БОЛЬШИНСТВО усилителей НЕ кажутся нам не справляющимися с АС лишь потому, что на ТИПИЧНЫХ уровнях громкости, допустимых в ТИПИЧНЫХ домашних условиях, ТИПИЧНЫЕ АС НЕ требуют от ТИПИЧНОГО усилителя «пропитания» более чем всего несколько Ватт.
20. Что такое номинальная мощность ГГ?
Это заданная электрическая мощность, при которой нелинейные искажения ГГ не должны превышать требуемые.
21. Что такое максимальная шумовая мощность ГГ?
Это электрическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую ГГ длительно выдерживает без тепловых и механических повреждений.
22. Что такое максимальная синусоидальная мощность ГГ?
Это электрическая мощность непрерывного синусоидального сигнала в заданном диапазоне частот, которую ГГ длительно выдерживает без тепловых и механических повреждений.
23. Что такое максимальная кратковременная мощность ГГ?
Это электрическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую ГГ выдерживает без необратимых механических повреждений в течение 1с (испытания повторяют 60 раз с интервалом в 1 мин.)
24. Что такое максимальная долговременная мощность ГГ?
Это электрическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую ГГ выдерживает без необратимых механических повреждений в течение 1 мин. (испытания повторяют 10 раз с интервалом в 2 мин.)
25. При прочих равных, АС с каким номинальным сопротивлением является более предпочтительной -4, 6 или 8Ом?
Более предпочтительной в общем случае является АС с более высоким номинальным сопротивлением, поскольку такая АС представляет собой более легкую нагрузку для усилителя и, следовательно, гораздо менее критична к выбору последнего.
26. Что такое импульсная характеристика АС?
Это ее отклик на «идеальный» импульс.
27. Что такое «идеальный» импульс?
Это мгновенный (время нарастания равно 0) рост напряжения до некоторого значения, «застревание» на этом постоянном уровне на короткий промежуток времени (скажем, доли миллисекунды) и затем мгновенный же спад обратно до 0В. Ширина такого импульса обратно пропорциональна ширине полосы частот сигнала. Если бы нам захотелось сделать импульс бесконечно коротким, то для того, чтобы передать его форму в полной неизменности, нам потребовалась бы система с бесконечной полосой пропускания.
28. Что такое переходная характеристика АС?
Это ее отклик на сигнал типа «ступенька». Переходная характеристика дает наглядное представление о поведении всех ГГ АС во времени и позволяет судить о степени когерентности излучения АС.
29. Что такое сигнал типа «ступенька»?
Это когда напряжение на входе в АС мгновенно нарастает от 0В до некоторого положительного значения и остается таким продолжительное время.
30. Что такое когерентность?
Это согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов во времени. Применительно к АС означает одновременность прихода сигналов от различных ГГ к слушателю, т.е. фактически отражает факт сохранности фазовой целостности информации.
31. Что такое полярность ГГ?
Это определенная полярность электрического напряжения на выводах ГГ, вызывающая движение подвижной системы ГГ в заданном направлении. Полярность многополосной АС определяется полярностью ее НЧ ГГ.
32. Что такое подключение ГГ в абсолютной положительной полярности?
Это подключение ГГ к источнику напряжения таким образом, что при подаче на нее электрического напряжения положительной полярности происходит выдвижение катушки из зазора магнита вперед, т.е. имеет место компрессия воздуха.
33. Что такое АЧХ АС?
Это амплитудно-частотная характеристика, т.е. зависимость от частоты уровня звукового давления, развиваемого АС в определенной точке свободного поля, находящейся на определенном расстоянии от рабочего центра (обычно 1м).
34. Что такое полярная характеристика?
Это графическая зависимость в условиях свободного поля уровня звукового давления (для данной полосы частот и расстояния от рабочего центра ГГ) от угла между рабочей осью ГГ и направлением на точку измерения.
35. На какие условные части разделяется частотный диапазон для удобства словесного описания?
- 20-40Гц - нижний бас
- 40-80Гц - бас
- 80-160Гц - верхний бас
- 160-320Гц - нижний мидбас
- 320-640Гц - мидбас
- 640-1.280Гц - верхний мидбас
- 1.28-2.56кГц - нижняя середина
- 2.56-5.12кГц - середина
- 5.12-10.24кГц - верхняя середина
- 10.24-20.48кГц - верх
36. Как называются переменные регуляторы, которые можно увидеть на некоторых АС?
Аттенюаторы. Иногда их называют акустическими эквалайзерами.
37. Каково назначение аттенюаторов?
В зависимости от градуировки - увеличивать и/или уменьшать напряжение, поступающее на ту или иную ГГ, что, соответственно, приводит к увеличению и/или уменьшению уровня звукового давления в определенном частотном диапазоне. Аттенюаторы не вносят изменений в форму АЧХ отдельных ГГ, но изменяют ОБЩИЙ вид АЧХ АС за счет «подъема» или «опускания» определенных участков спектра. В ряде случаев аттенюаторы позволяют в той или иной степени «адаптировать» АС к конкретным условиям прослушивания.
38. Что такое чувствительность АС?
Чувствительность АС часто и повсеместно путают с КПД. КПД определяется как отношение выдаваемой АС АКУСТИЧЕСКОЙ мощности к потребляемой ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ. Т.е. вопрос формулируется так: если я засажу в АС 100 электрических Ватт, сколько Ватт акустических (звуковых) я получу? А ответ на него - «немного, мало». КПД типичной ГГ с подвижной катушкой составляет порядка 1%.
КПД обычно дается в виде уровня звукового давления, создаваемого АС на заданном расстоянии от рабочего центра АС при подводимой мощности в 1 Вт, т.е. в Децибелах на Ватт на метр (дБ/Вт/м). Тем не менее, знание этой величины полезным никак не назовешь, поскольку определить, что такое для данных конкретных АС подводимая мощность в 1 Вт, крайне сложно. Почему? Потому что налицо зависимость как от импеданса, так и от частоты. Подайте на АС с импедансом 8 Ом на 1 кГц сигнал этой же частоты и уровнем в 2.83 Вольта, и да, вне всякого сомнения, вы запитаете АС мощностью в 1 Вт (по закону Ома «мощность» = «напряжение в квадрате» / «сопротивление»). И вот здесь всплывает большое «НО» - мало того, что импеданс АС непостоянен и зависит от частоты, на более низких частотах он может драматически снижаться. Скажем, до 2 Ом на 200 Гц. Запитав теперь АС все теми же 2.83 Вольтами, но на частоте 200Гц, мы тем самым потребуем от усилителя отдать нам в 4(!) раза больше мощности. Для одного и того же уровня звукового давления АС на 1 кГц оказываются работающими вчетверо более эффективно, чем на 200 Гц.
А почему, собственно, КПД вообще имеет значение? Если полвека назад аудиоинженеры были сильно озабочены проблемой передачи мощности(а инженеры-телекоммуникационщики заинтересованы в этом и по сей день!) то с приходом полупроводниковых устройств усилители звуковой частоты стали вести себя более менее как источники «постоянного» напряжения - они поддерживают одно и то же напряжение на выходе вне зависимости от того, какая нагрузка на него повешена, и каков потребляемый ток. Вот поэтому-то на передний план и выходит НЕ КПД, а ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ по напряжению, т.е. то, как громко играет АС при заданном напряжении на выходе усилителя. Чувствительность по напряжению обычно определяется как уровень звукового давления, развиваемого АС на расстоянии в 1 метр от рабочего центра АС при напряжении на клеммах в 2.83 Вольта (т.е. напряжении, необходимом для рассеивания 1 Ватта на 8-ми омном резисторе).
Преимущество указания чувствительности вместо КПД состоит в том, что она всегда остается постоянной вне зависимости от импеданса АС, поскольку предполагается, что усилитель всегда сможет обеспечить ток, достаточный для поддержания 2.83 Вольт. Чем ближе приближается модуль импеданса АС к оному чистого 8-ми омного резистора, тем выше степень эквивалентности этих двух критериев. Однако в случае, когда импеданс АС существенно отличается от 8Ом, польза от знания КПД сводится на нет.
Чувствительность АС по напряжению важна в частности при подборе пары «усилитель - АС». Если у вас есть усилитель мощностью в 20 Вт, вам лучше крепко подумать об АС с ОЧЕНЬ высокой чувствительностью, поскольку в противном случае громко музыку вам никогда не слушать. И обратно, если вы возьмете АС с достаточно высокой чувствительностью - скажем, 100 дБ/2.83В/м, то может оказаться, что и 5-ти ваттного усилителя вам хватит за глаза в том смысле, что тратить 10.000 $ на усилитель мощностью в 600 Вт при таких АС было бы швырянием денег на ветер.
Однако, не смотря на то, что всем совершенно очевидно, что чувствительность по напряжению является более чем важным параметром АС, многие люди все равно не хотят приводить ее как следует. Проблема заключается в том, что АС имеют тенденцию характеризоваться НЕровной АЧХ, а потому отыскание пикового значения среди всех ее горбылей и заявления из серии «Раз на этой частоте АС играет громче всего, значит, это и есть чувствительность!», является для маркетинговых отделов компаний, производящих АС, ВЕЛИКИМ ИСКУШЕНИЕМ.
Так какова же реальная чувствительность типичных АС? Оказывается, порядка 85-88 дБ/2.83В/м. Доля таких АС составляет около 40%. Любопытно, что АС с низкой чувствительностью (менее 80) - это в основном панельные АС всевозможных типов, а АС с высокой чувствительностью (более 95) - профессиональные мониторы. И это неудивительно. Достижение большой чувствительности требует героических усилий на инженерном поприще, что, разумеется, ВСЕГДА дорого обходится. А подавляющее большинство конструкторов АС стеснены рамками БЮДЖЕТА, что означает лишь то, что они ВСЕГДА будут искать компромиссы, экономя на размерах магнитов, форме подвижных катушек и диффузорах.
Также стоит отметить, что реально измеряемая чувствительность ВСЕГДА МЕНЬШЕ той, что указывается производителем в документах. Производители всегда слишком оптимистичны.
39. Нужно ли устанавливать АС на шипы?
Очень желательно.
40. Для чего нужны шипы?
Для того, чтобы максимально редуцировать передачу вибрации акустического оформления АС соприкасающимся с ним предметам (перекрытиям помещения, полкам, например). Эффект применения шипов основан на радикальном снижении площади контактирующих поверхностей, которая сводится к площади острий шипов/конусов. Важно понимать при этом, что установка АС на шипы НЕ устраняет вибрации корпуса, а лишь снижает эффективность их дальнейшего распространения.
41. Имеет ли значение место расположения шипов под АС?
Самой неблагоприятной опорой для АС является установка ее на 3 (три) металлических шипа/конуса, из которых один размещается посередине у задней стенки, а два остальных - под двумя передними углами. Такая постановка АС «дает волю» практически ВСЕМ корпусным резонансам.
42. Как минимизировать корпусные резонансы АС?
Самым ЛУЧШИМ способом СНИЖЕНИЯ корпусных резонансов АС, обусловленных тем, как и на что они установлены, является использование в качестве прокладки вибропоглощающего материала вроде плотного синтепона.
43. В каких случаях оправдано использование bi-wiring/bi-amping?
Bi-wiring НЕ имеет под собой физической основы и, как следствие, НЕ имеет НИКАКОГО слышимого эффекта, а стало быть, абсолютно лишен смысла.
Bi-amping бывает двух типов: ложный и грамотный. Посмотреть, что это означает, можно. Несмотря на существование физической обоснованности применения, эффект от bi-amping"а исчезающе мал.
44. Влияет ли внешняя отделка АС (виниловая пленка, натуральный шпон, порошковая краска и т.д.) на звук?
Нет, на звук НЕ влияет никоим образом. Только на ЦЕНУ.
45. Влияет ли внутренняя отделка (поролон, минвата, синтепон и т.д.) АС на звук?
Целью ЛЮБОЙ "набивки" АС чем-либо является стремление или необходимость подавлять стоячие волны, возникающие внутри любого акустического оформления, наличие которых может серьезным образом ухудшать характеристики АС. Поэтому все "влияние" внутренней отделки на звук сводится к тому, насколько хорошо эта отделка препятствует возникновению стоячих волн. Оценить наличие внутрикорпусных резонансов можно, например, по результатам измерения импеданса, проведенного с высоким разрешением по частоте.
46. Влияют ли на звук грили, а также другие декоративные обрамления передних панелей АС или же отдельных ГГ (например, металлические сетки)?
Строго говоря, ДА, влияют. И это можно в большинстве случаев воочию увидеть при измерениях. Вопрос лишь в том, можно ли это еще и услышать? В некоторых случаях, когда это влияние превышает 1дБ, его вполне возможно/реально услышать в форме некоторой "шероховатости" звучания, как правило, в области ВЧ. Влияние матерчатых "декораций" минимально. По мере повышения жесткости "декораций" (особенно касается металлических изделий) степень заметности увеличивается.
47. Есть ли реальные преимущества у колонок со скруглёнными углами?
Нет никаких.
48. Специальная форма пылезащитных колпачков на динамиках - необходимость или украшение?
Ответ может носить только предположительный характер. В наши дни, когда для наблюдения за "поведением" поверхности диафрагмы при возвратно-поступательном движении используется (или МОЖЕТ использоваться) лазерная виброметрия, вполне может быть, что форма колпачков выбирается НЕ случайным образом и НЕ для красоты, а для оптимизации работы диафрагмы в поршневом режиме. Кроме того, пылезащитные колпачки в ряде случаев способствуют выравниванию АЧХ (обычно в области 2-5кГц).
49. Что такое поршневой режим?
Это режим, при котором ВСЯ поверхность диффузора ГГ движется как одно целое.
Очень удобно пояснить это понятие на примере широкополосной ГГ. В области НЧ скорость изменения фазы сигнала в звуковой катушке меньше скорости распространения механического возбуждения в материале диффузора и последний ведет себя как единое целое, т.е. колеблется как поршень. На этих частотах частотная характеристика ГГ имеет гладкую форму, что свидетельствует об отсутствии парциального возбуждения отдельных участков диффузора.
Обычно разработчики ГГ стремятся расширить область поршневого действия диффузора в сторону ВЧ путем придания специальной формы образующей конуса. Для правильно сконструированного целлюлозного диффузора область поршневого действия может быть приблизительно определена как длина волны звука, равная длине окружности диффузора в основании конуса. На средних частотах скорость изменения фазы сигнала в звуковой катушке превышает скорость распространения механического возбуждения в материале диффузора и в нем возникают волны изгиба, диффузор уже не колеблется как единое целое. На этих частотах показатель затухания механических колебаний в материале диффузора еще недостаточно велик и колебания, достигая диффузородержателя, отражаются от него и распространяются по диффузору обратно в сторону звуковой катушки.
В результате взаимодействия прямых и отраженных колебаний в диффузоре возникает картина стоячих волн, образуются участки с интенсивным противофазным излучением. При этом на частотной характеристике наблюдаются резкие нерегулярности (пики и провалы), размах которых может достигать у не оптимально сконструированного диффузора десятка дБ.
На ВЧ показатель затухания механических колебаний в материале диффузора возрастает и стоячие волны не образуются. Вследствие ослабления интенсивности механических колебаний, излучение высоких частот происходит преимущественно областью диффузора, прилегающей к звуковой катушке. Поэтому для увеличения воспроизведения ВЧ применяют рупорки, скрепленные с подвижной системой ГГ. Для уменьшения неравномерности АЧХ в массу для изготовления диффузоров ГГ вносят различные демпфирующие (увеличивающие затухание механических колебаний) присадки.
50. Почему в большинстве АС вообще используется несколько ГГ (две или более)?
Прежде всего потому, что качественное излучение звука в различных частях спектра предъявляет слишком различные требования к ГГ, полностью удовлетворить которым одна единственная ГГ (широкополосная) не в состоянии уже хотя бы чисто физически (в частности см. предыдущий пункт). Одним из ключевых моментов является существенное увеличение направленности излучения любой ГГ с ростом частоты. В идеале ГГ в АС должны не только работать в поршневом режиме каждая, что, вообще говоря, влечет за собой резкое увеличение общего числа ГГ в системе (и, соответственно, увеличение числа переходных фильтров, что автоматически вызывает резкий рост сложности и стоимости изделия), но также характеризоваться всенаправленностью излучения, что возможно только при том условии, что линейный размер ГГ много МЕНЬШЕ длины волны излучения, которое она испускает. Только в этом случае ГГ будет отличаться хорошей дисперсией.
Пока частота достаточно низка, это условие выполняется, и ГГ является всенаправленной. С ростом частоты длина волны излучения уменьшается и, рано или поздно, становится СОПОСТАВИМА с линейными размерами ГГ (диаметром). Это, в свою очередь, приводит к резкому увеличению направленности излучения - ГГ в конце концов начинает излучать как прожектор, строго вперед, что совершенно неприемлемо. Возьмем для примера басовик-лопух диаметром 30см. На частоте 40Гц длина волны излучения равна 8.6м, что в 28 раз превышает его линейный размер - в этой области такой басовик является всенаправленным. На частоте 1.000Гц длина волны уже составляет 34см, что уже буквально СОПОСТАВИМО с диаметром. На этой частоте дисперсия такого басовика будет радикально хуже, излучение - предельно направленно. Традиционные двухполосные АС с частотой перехода в районе 2-3кГц - что соответствует длинам волн 11-17см - оснащаются басовиками с линейными размерами точно такого же порядка, что приводит к РЕЗКОМУ ухудшению полярной характеристики АС в указанной области, имеющей форму провала или ущелья. Провал обусловлен тем, что в то время как НЧ ГГ в данной области становится резконаправленной, пищалка (обычно диаметром 1.5-2см) в той же самой области является практически всенаправленной.
В частности именно поэтому хорошие ТРЕХполосные АС всегда ЛУЧШЕ хороших ДВУХполосных.
51. Что такое дисперсия?
В данном контексте то же самое, что "излучательная способность в различных направлениях".
52. Что такое диаграмма направленности?
То же, что полярная характеристика.
53. Что такое неравномерность АЧХ?
Это разность (выраженная в дБ) максимального и минимального значений уровней звукового давления в заданном диапазоне частот. Часто можно прочитать в литературе, что пики и провалы АЧХ уже 1/8 октавы не учитываются. Однако такой подход не является прогрессивным, поскольку наличие на АЧХ серьезных пиков и провалов (пусть даже узких) свидетельствует о недоброкачественном выполнении диффузора, о наличии в нем стоячих волн, т.е. о недоработке ГГ.
54. Почему головки в АС иногда включаются в различной полярности?
Поскольку переходные фильтры в ЛЮБОМ случае изменяют (или как еще говорят, вращают) фазу входного сигнала - чем выше порядок фильтра, тем больше фазовый сдвиг - то в ряде случаев ситуация складывается таким образом, что в зоне перехода сигналы от различных ГГ «встречаются» в противофазе, что приводит к серьезным искажениям АЧХ, носящим вид крутых провалов. Включение одной из ГГ в другой полярности приводит к тому, что фаза переворачивается еще на 180 градусов, что зачастую благоприятно сказывается на выравнивании АЧХ в зоне перехода.
55. Что такое кумулятивное затухание спектра (КЗС)?
Это совокупность осевых АЧХ АС, полученных с определенным временным промежутком при затухании поданного на нее единичного импульса, и отображенных на одном трехмерном графике. Поскольку, будучи электромеханической системой, АС является устройством «инерционным», то колебательные процессы продолжаются какое-то время и после прекращения импульса, постепенно затухая во времени. Таким образом, график кумулятивного затухания спектра наглядно показывает, какие области спектра отличаются повышенной пост-импульсной активностью, т.е. позволяет выявлять так называемые запаздывающие резонансы АС.
Чем «чище» выглядит график КЗС АС в области выше 1кГц, тем выше шанс того, что такие АС будут субъективно оценены слушателями как отличающиеся «большой прозрачностью», «отсутствием зернистости» и «чистотой звучания». И наоборот, АС, о которых говорят, что они звучат «зернисто» или «жестко», почти со 100% вероятностью характеризуются сильной «гребнистостью» графиков КЗС (хотя, конечно же, такие факторы как нелинейные искажения и нарушения частотного баланса тоже могут играть свою роль).
56. Как называются своеобразные рассекатели причудливой формы или геометрии, которые ставят поверх некоторых ГГ?
Фазовращатели, дефлекторы, акустические линзы.
57. Зачем применяются фазовращатели?
Во всяком случае не для красоты, а для предположительного улучшения дисперсионных характеристик АС.
58. Оказывает ли материал, из которого изготовлен диффузор ГГ (шелк, металл, бумага, полипропилен, кевлар, карбон, композит и т.д.), какое-либо влияние на звук?
В том смысле, что, может ли звук в зависимости от примененного материала быть «шелковым», «бумажным», «пластиковым», «металлическим» и всяким таким прочим, то ответ - НЕТ, НЕ может. Никакого влияния на звук в ПРЯМОМ смысле материал грамотно сконструированного диффузора НЕ оказывает. Так в чем же тогда смысл использования РАЗНЫХ материалов при изготовлении диффузоров? Смысл в том, что любой грамотный разработчик стремится, по сути, лишь к одной цели: использовать для производства диффузоров такой материал, который удовлетворял бы одновременно следующим требованиям: был бы жестким, легким, прочным, хорошо поддающимся демпфированию, недорогим и, главное, легко тиражируемым, особенно для целей массового производства. В контексте колонкостроения все перечисленные выше материалы (а также всевозможные остальные, не попавшие в список) отличаются друг от друга лишь только что перечисленными характеристиками и свойствами. А это отличие, в свою очередь, сказывается только и исключительно на подходах к снижению слышимой окраски звучания, появляющейся из-за резонансов, возникающих в диафрагмах.
59. Правда ли, что хороший, «настоящий» бас можно получить только на АС с большими басовиками-лопухами сантиметров по 30 в диаметре?
НЕТ, это - неправда. Количество и качество баса от размеров басовика зависят крайне мало.
60. В чем же тогда смысл больших басовиков-лопухов?
Большой басовик имеет бОльшую площадь поверхности и, стало быть, приводит в движение бОльшую массу воздуха, чем басовик меньшего размера. Следовательно, звуковое давление, развиваемое таким басовиком также больше, что напрямую сказывается на чувствительности - АС с большими басовиками, как правило, имеют очень высокую чувствительность (обычно выше 93дБ/Вт/м).
25.12.2005 Глобалаудио
В связи с тем, что, как выяснилось, многие люди вообще не понимают, что такое мультиампинг, каков его принцип, как он вообще делается и зачем, мне пришлось написать эту коротенькую разъяснительную статью.
Для начала небольшой схематический рисунок – объяснения ниже:
Любое устройство, предназначенное для эффективного излучения звука в окружающее пространство, содержит в себе несколько громкоговорителей (динамиков), встроенных в то или иное акустическое оформление (корпус), а также пассивную электрическую схему, называемую переходными фильтрами (кроссовером). Эта схема (состоящая из катушек индуктивности, емкостей и резисторов) включается перед широкополосным входным сигналом (т.е. после клемм АС, но до динамиков) и обеспечивает то, чтобы на каждый громкоговоритель в АС поступало напряжение только тех частот, на которые они рассчитаны и которые призваны воспроизводить. Исключение составляют лишь широкополосные АС, в которых разделение входного сигнала на «полосы» полностью отсутствует – прямо на клеммы (обычно одного) динамика подается вся ширина полосы целиком.
Поскольку никакой реальный фильтр не может обеспечить абсолютного обрезания напряжения на заданной частоте, его рассчитывают на определенную частоту разделения, за пределами которой фильтр обеспечивает выбранную величину затухания сигнала, выражаемую в децибелах на октаву. В общем случае «октава» – это удвоение или ополовинивание частоты. Величина затухания называется «крутизной» и зависит от схемы построения фильтра. Не углубляясь в подробности, можно сказать, что простейший фильтр – так называемый фильтр 1-го порядка – состоит всего из одного реактивного элемента – емкости (при необходимости обрезать НЧ сверху) или индуктивности (при необходимости обрезать ВЧ снизу) и обеспечивает крутизну в 6дБ/окт. Говоря по-простому, это значит, что если, например, в двухполосной АС выбрать частоту раздела 2кГц и первый порядок фильтрации обоих динамиков, то сигнал басовика на частоте 4кГц должен ослабнуть вдвое, а на частоте 8кГц – вчетверо и т.д. Аналогично с пищалкой – только на частотах 1кГц и 500Гц соответственно. Вдвое большую крутизну – 12дБ/окт. – обеспечивают фильтры второго порядка, содержащие по два реактивных элемента в цепи. Затухание в 18дБ/окт. Обеспечивают фильтры третьего порядка, содержащие по три реактивных элемента и т.д. Фильтры более высоких порядков применяются достаточно редко.
Другим аспектом проблемы является то, что отдельные динамики, которые нужно «связать» воедино в рамках целостной АС, характеризуются различными чувствительностями, т.е. проще говоря, все они при одном и том же подводимом напряжении звучат с разной громкостью . Соответственно этому возникает задача снижения громкости звучания более чувствительных динамиков до уровня наименее чувствительного в системе. Это обеспечивается включением в переходные фильтры резисторов, на которых происходит дополнительное падение напряжения, т.е. аттенюация сигнала (ослабление по общему уровню, вне зависимости от частоты).
Переходные фильтры, встроенные в АС штатным образом, – вещь фиксированная и не всегда выполненная идеальным образом. Особенно это касается выравнивания чувствительности различных динамиков между собой. Поэтому в ряде случаев (но далеко не всегда) возможно улучшение штатной разработки путем полного отключения пассивных фильтров, освобождения клемм динамиков и заведения на них сигнала напрямую – с отдельных усилителей мощности (по одному на каждую пару идентичных динамиков АС). Это и называется мультиампингом. Таким образом, для двухполосных АС потребуется 2 отдельных УМ, а для трехполосных – 3 УМ. Для широкополосников это неактуально – там всегда 1 УМ. Чрезвычайно важно при этом, чтобы все применяемые УМ были либо строго одинаковы, либо имели возможность регулировки входной чувствительности. Это необходимо для того, чтобы при одном и том же напряжении на входе каждого УМ на выходе (в идентичную нагрузку) также было строго одно и то же напряжение.
Здесь закономерно возникает вопрос: хорошо, взяли АС, выкинули из них штатные кроссоверы, оставили одни корпуса да динамики, каждый из которых запитали от своего УМ – как широкополосный сигнал-то подать на 2-3 усилителя??? Вот для этой цели и служит внешний электронный регулируемый кроссовер. Такое устройство имеет один вход для подключения предварительного усилителя-коммутатора и несколько выходов на усилители мощности. При этом электронный кроссовер позволяет гибкое разделение полос – в широких пределах регулируется все: частоты перехода, крутизна среза и глубина аттенюации в каждой полосе. Иными словами, электронный кроссовер включается в разрыв между предварительным усилителем и усилителями мощности .
Вот, например, образец великолепного электронного кроссовера от Pioneer на 4 полосы:
Таким образом, в руках пользователя оказывается мощнейший инструмент для прецизионного согласования полос в АС. Серьезная проблема на пути всего одна – делать настройки на слух категорически нельзя. Необходимы серьезные акустические измерения. Я пользуюсь одним из лучших измерительных комплексов в мире – MLSSA. Ответы на любые вопросы касательно технических характеристик и возможностей этой измерительной системы (как меряет, что меряет, чем меряет и т.д.) можно найти на сайте производителя .
Обычно перевод АС в мультиампинг производится следующим образом. Во-первых, выбираются АС, которые позволяют не уродовать корпуса, а изначально обеспечивают прямой доступ к динамикам:
Во-вторых, производится первичное согласование динамиков по критерию максимально ровной осевой (безэховой АЧХ). И, наконец, АС устанавливаются на должные места в комнате и производится fine-tuning под конкретное помещение и зону прослушивания. Вот и все.
Сколько отпущено жизни car audio, столько будут правильных людей мучить правильные вопросы. Правильные люди - это те, для которых звук в автомобиле измеряется все-таки прежде всего в герцах, децибелах, ваттах, потом - в литрах и миллиметрах, затем - в часах и неделях (зависит от производительности труда) и уж совсем потом - в баксах и этих, как их там... ну, на которых Большой театр нарисован.
А правильные вопросы? Они меняются с течением времени. Сначала - «что поставить, чтобы играло?», потом - «что лучше, Crunch или HiFonics?». И, наконец, «как рассчитать сабвуфер, который будет играть как надо?» Вот с этой ноты и начнем. Законы природы требуют в беспокойном внутреннем пространстве автомобиля хорошего, мощного баса. Так положено, и слава богу. Деликатное басовое попукивание, уместное в домашней ламповой системе, в машине останется просто незамеченным в силу известных особенностей этой среды прослушивания. На практике, однако, мощным бас в машине оказывается чаще, чем хорошим. А так не положено.
Домоседам легко живется: частотная характеристика колонок, снятая в свободном пространстве и опубликованная в солидном издании, более или менее точно будет перенесена и в уютную домашнюю обстановку. Ну, там плюс-минус поближе к стене, подальше, это уже мелкие брызги. Акустика автомобильного салона влияет на воспроизведение басов самым фундаментальным образом. На уровне способа их воспроизведения, не побоимся такого сильного утверждения.
Все дело здесь в том, что басовая акустика, излучающая могучие низкочастотные звуки внутрь салона, работает в пространстве, размеры которого сравнимы с размерами излучаемых звуковых волн. И это в корне меняет акустическую реакцию внутрисалонного пространства, частью которого являемся и мы, многогрешные, ибо сидим в его пределах.
От неучета этого сильнейшего эффекта или хотя бы от недостаточного внимания к нему на раннем этапе сознательной деятельности «правильного человека» возникает желание сделать сабвуфер, который по всем расчетам будет играть аж до 20 Гц ровненько, как по линейке. Когда случается такому проекту быть реализованным (к счастью, не часто, это тоже не просто), результат становится сильнейшим разочарованием для его создателя. Акустическое чудо, перенесенное в салон, превращается в акустическое чудище в тот самый момент, когда захлопывается дверь машины или крышка багажника. Alles, господа, десять заповедей тут больше не действуют. В самом тяжелом, пиковом случае на этом этапе приходит понимание: автомобильный сабвуфер должен изначально проектироваться с учетом той нагрузки, на которую он будет работать. Чаще, волею аллаха, понимание происходит раньше, чем заметное количество дорогостоящих пиломатериалов изведено на мертвый проект.
Так что давайте разберемся. Для тех, кому эта публикация попалась на взлете, растолкуем, что есть «передаточная функция салона».* (*Вообще-то, правильное название ее - «акустическая характеристика звукопередачи». Но термин «передаточная функция» уже как-то прижился, так что плюнем на ГОСТ и будем пользоваться тем, что привычнее)
Тем, кто уже в полете, попытаемся ответить на больной вопрос: какую передаточную функцию закладывать в расчеты и насколько полученному теоретическому прогнозу можно доверять. Каждому свое, так сказать.
Итак, что происходит, когда в салоне реального автомобиля тяжко трудится громкоговоритель? На средних частотах (рис. 1) длина звуковой волны, излучаемая им, меньше даже самого малого линейного размера салона (как правило, высоты). Акустические волны, излучаемые громкоговорителем, распространяются внутри салона, как бегущая волна, отражаются от границ замкнутого пространства, возвращаются в излучателю, в общем - происходит веселая круговерть волн. На каких-то частотах волны становятся стоячими (это когда размер салона оказывается кратным длине волны), там возникают узлы и пучности звукового давления, но речь сейчас не о них. С понижением частоты приближается момент, когда даже половина длины волны излучаемого сигнала оказывается больше, чем самый протяженный размер салона (обычно, сами понимаете, длина). Вот этот момент и называется границей компрессионной зоны, в которой акустический отклик меняется радикально.
рис. 1
Смотрите: пока частота относительно высока, колебания воздуха, создаваемые динамиком, распространяются в виде волн. В одной точке - область повышенного давления, чуть поодаль, на расстоянии в полволны - пониженного. А когда частота настолько низкая (а длина волны настолько велика), что вдоль всей машины помещается меньше полволны, никто уже никуда не бежит. Создаваемое динамиком переменное давление меняется во всем пространстве салона синфазно: везде в сторону повышения или везде в сторону понижения, как будто динамик это насос, периодически накачивающий или, наоборот, откачивающий воздух из салона. Когда волна бегает туда-сюда, ведущую роль в формировании звукового давления играет колебательная скорость диффузора, а она, как предполагается, остается постоянной при подведении сигнала с горизонтальной АЧХ. А в пределах компрессионной зоны главным фактором становится амплитуда колебаний диффузора. А вот она с понижением частоты растет, что видел каждый, кто хоть раз смотрел на диффузор динамика «в деле».
Поэтому здесь возникает тот эффект, которым природа попыталась скомпенсировать хотя бы часть наших невзгод. В пределах компрессионной зоны звуковое давление, при одинаковой мощности подводимого сигнала, растет обратно пропорционально частоте, с наклоном характеристики 12 дБ/окт. Так гласит теория. Та же теория утверждает, что точкой перегиба АЧХ, ниже которой начинается ее подъем, является такая частота, половина длины волны которой ровно укладывается вдоль салона.Многие, очень даже авторитетные, источники дают рекомендацию использовать такую модель и даже приводят формулу для вычисления частоты, ниже которой начинается подъем АЧХ. В метрической системе (большинство авторитетов в этой области оперирует имперскими футами) это получится так: f = 170/L. f здесь - частота, в герцах, понятно, L - длина салона в метрах. Поскольку кривые АЧХ не хворост, их об колено не ломают, то простейшей моделью передаточной функции будет кривая, похожая на ту, что на Графике 1 где-то поблизости. Хрестоматийная АЧХ фильтра второго порядка с добротностью, равной 0,707.
Сама по себе эта теория, равно как и описываемый ею эффект, - настоящее благословение, чего у нас так мало. Вот, к примеру, семейство АЧХ некоего абстрактного сабвуфера в виде закрытого ящика с различной нижней граничной частотой. В свободном поле (три нижние кривые на Графике 2), прямо скажем, не впечатляет. Крайняя левая (красная) - еще куда ни шло, спад начинается на 35 Гц. А крайняя правая - вообще закат, казалось бы, какой тут, на фиг, сабвуфер. Спад АЧХ начинается аж на 70 Гц. Теперь пересчитаем эти же частотки, но уже с учетом эффекта компрессии, приняв за граничную частоту компрессионной зоны значение около 65 Гц, для примера. Это, по теории, соответствует салону длиной около 2,5 м. Цифра - вполне реальная.Смотрите, что выходит: правая, совсем, казалось бы, мертвая АЧХ превращается в гордую, ювелирно горизонтальную характеристику. А крайняя левая дает большой, что там - огромный подъем отдачи ниже 60 Гц. Почему так выходит - понятно. АЧХ закрытого ящика имеет спад с крутизной 12 дБ/окт. ниже граничного значения. А АЧХ салона - подъем такой же крутизны. Если два значения частоты совпали (как для зеленой кривой) - получается, по теории, полная взаимная компенсация и как результат - строгая горизонтальная прямая. В этом примере полная добротность динамика в оформлении Qtc была принята оптимальной, равной 0,707. Такой же, в пределах простой модели, мы считали и добротность передаточной функции салона. На деле, даже если оперировать простейшей моделью, добротность сабвуфера может отличаться от баттервортовской, и вблизи граничной частоты суммарная АЧХ «сабвуфер + салон» приобретет некоторую волнообразность. Такие АЧХ вы должны были видеть в наших тестах сабвуферов, где как раз использовалась вот такая, чисто теоретическая модель.
Тут надо сказать, что идеальная горизонтальная АЧХ не наилучшее решение. На слух такой звук даже в стоячей машине воспринимается скучновато, а на ходу - совсем тонет в инфранизких шумах качения. На практике басовую АЧХ всегда делают слегка приподнятой книзу. Тем более что, как мы вскоре увидим, там ей дадут укорот другие факторы акустической среды.
С сабвуферами-фазоинверторами получается повеселее. Там спад АЧХ ниже частоты настройки должен происходить с крутизной 24 дБ/окт. Поэтому, если частота настройки порта и граничная частота компрессионной зоны и совпадут, то суммарная АЧХ все равно будет иметь спад с частотой 12 дБ/окт. Правда, фазоинверторы всегда настраивают на более низкие частоты, ради этого их, собственно, и делают. Тут получается, что, пока АЧХ сабвуфера еще горизонтальна, передаточная функция поднимает характеристику. А потом, когда начинается спад АЧХ сабвуфера, идет завал суммарной характеристики. Результат - горб на суммарной характеристике. Горб будет всегда. Но каким он будет, зависит уже от большего числа параметров. Пример - семейство АЧХ фазоинвертора «в чистом поле» с разной частотой настройки тоннеля и то, как это трансформируется в салоне (График 3). От острого горба на 50 Гц до плавного подъема к отметке 20 Гц. «Say when», как говорят американцы, когда наливают.Такой уровень выяснения отношений между частотными характеристиками сабвуфера и салона обычно закладывается в известные компьютерные программы расчета басовой акустики. Дается несколько значений характерной частоты передаточной функции: скажем, 50 Гц - для большой машины, 70 - для средней, 80 - для компактной. Или, кто пощедрее, рекомендуют посчитать самим по простейшей формуле: 170 поделить на длину салона в метрах и вот, - волшебная частота перед вами.
Здесь обычно возникают стандартные (хотя по-прежнему правильные) вопросы. Какая у меня машина - средняя или компактная? Это ведь где как считается. А если померить да поделить, то откуда докуда мерить? В хэтчбеке, от педалей до порога пятой двери или от спидометра до заднего стекла? В седане считать багажник отделенным от салона или - туда же, до кучи? И потом, если все так гладко, то почему что-то не много видно частотных характеристик, как на сладеньких графиках из предыдущих примеров? Да потому, что это все - теория, а она, как известно, не дает ответа, она дает направление на ответ.
Для сверки с практикой были последовательно, с использованием одного и того же сабвуфера, с досконально измеренной АЧХ в свободном пространстве, сняты реальные передаточные функции салонов нескольких типов автомобилей. Все основные типы кузовов ВАЗ плюс три заграничных хэтчбека разного размера.
Поскольку акустика салона влияет на звуковое давление внутри не только на самых низких частотах, но и на средних, измеренные АЧХ прошли на разной высоте над осью частот. Так как мы обсуждаем не абсолютное усиление звукового поля в салоне, а форму частотной характеристики этого поля, кривые свели к общему уровню, совместив их на отметке 80 Гц. То, что получилось - на Графике 4, перед вами. Не надо иметь ястребиный глаз, чтобы увидеть, что практические детали передаточной функции салона напоминают теоретическую кривую только в самых общих чертах. А подробности, подробности-то каковы! Откуда, спрашивается, такая затейливость практики в сравнении с аскетичной простотой теории? А вот откуда. Физическая модель, на которой базируется простейшая теория компрессионной зоны, представляет автомобиль в виде абсолютно жесткой трубы, словно вырубленной в скале, в которой отражают звук только торцевые стенки, а боковые - ни-ни.Реальный автомобиль, во-первых, преисполнен отражающих поверхностей, а во-вторых, существенно нежесткий. Первый фактор в ответе за причудливые волны выше 100 Гц, где начинают гулять стоячие волны. Второй, нежесткость кузова, вызывает искажение АЧХ передаточной функции на нижних частотах, далеко внутри компрессионной зоны. Между 50 и 80 Гц все кривые ведут себя на удивление дружно.
«Нежесткость кузова» - выражение условное, поскольку являет собой два феномена.
Один - это мембранные колебания панелей кузова под действием пульсаций давления внутри. Вспомните, ведь в пределах компрессионной зоны давление пульсирует во всем салоне одновременно, поэтому тонкие стальные панели и стекла, закрепленные в упругих уплотнителях, дышат в такт колебаниям давления. Как это происходит, хорошо известно всем, кто хоть раз наблюдал соревнования по SPL: там колебания стекол и панелей кузова ощущаются рукой, а то и видны на глаз. При этом надо относиться с пониманием к тому, что каждая колеблющаяся деталь норовит еще играть на своей резонансной частоте, откуда и появляются на АЧХ характерные горбы и провалы.
Второй - влияние утечек, которое даже в расчетах сабвуферов предлагается учитывать коэффициентом Qb. Кузов автомобиля уж тем более эти потери имеет, и в достатке. Есть неизбежные щели и неплотности - раз. Есть предусмотренная умышленно система вентиляции кузова - это два. Все это дело начинает сказываться именно на самых низких частотах, в зоне компрессии. Причем чем ниже частота, то есть чем меньше ожидаемая скорость движения воздуха через прорехи - тем сильнее их влияние.
Два эти вместе взятые явления и несут ответственность за то, что на практике неуемный рост отдачи на самых низких частотах не реализуется никогда. Не редко, а именно никогда. Речь, правда, часто идет о частотах 20 - 25 Гц, это где кузов оказался достаточно жестким и герметичным. Но бывает, что уже на 30 - 35 Гц АЧХ далеко отходит от генеральной линии, предписанной теорией.
Как быть теперь, спрашивается. В смысле - куда крестьянину податься? По графикам для реальных машин получается, что с теоретической кривой АЧХ все равно попадаешь пальцем в небо. Но это пессимистическая точка зрения. Оптимистическая же такова: «Да, пальцем. Да, в небо. Но все-таки в небо, а не в землю, а это уже прогресс...»
Зарядившись оптимизмом, постараемся закрепить успех. Для начала мы попытались обобщить индивидуальные кривые, усреднив величины акустического усиления на каждой частоте. Получилась хоть и довольно непростая, но уже, во всяком случае, доступная для понимания кривая (черная на Графике 5). Там же нарисовали теоретическую кривую, как бы должно было быть по компрессионной модели. На третью кривую, синюю, пока не смотрите, об ней разговор особый. А вот эти две, «средняя по больнице» и теоретическая, оказались завидно близки в диапазоне от 40 до 80 Гц. Ниже 40 усредненная кривая заметно проседает по отношению к теории, а выше 80 Гц начинается такое, что ни в какие теории не вписывается.В принципе, это уже готовый практический результат. Но, не доверяя даже себе, как предписывал покойный Мюллер, решили сравнить полученные результаты и уже оформившиеся рекомендации с теми, что дают классики жанра. В роли классика здесь выступил Том Нюзен - главный эксперт американского журнала «Car Stereo Review». Еще в 1996 году он опубликовал работу, где изучал переходную функцию салона, в основном с целью ответить на вопрос, влияет ли на уровень басов расположение и ориентация сабвуфера в багажнике. Ведь действительно, многие отмечают, что от того, где в багажнике установлен сабвуфер и куда направлен динамик, характер басов зависит очень сильно. Выводы Тома, причем не голословные, а подтвержденные огромным количеством измеренных характеристик, оказались довольно нетривиальны. Главные из них - два. Первый: на воспроизведение частот ниже 80 Гц положение сабвуфера практически не влияет. Второй: на АЧХ в полосе частот 80 - 100 Гц влияет, причем самым решительным и непредсказуемым образом. В качестве побочного результата своих изысканий Том сформулировал свои рекомендации по выбору расчетной модели передаточной функции, которая, по его мнению, является универсальной. Во всяком случае, он утверждал в своей статье, что с помощью предложенной им зависимости покрывается диапазон кузовов от Chevrolet Corvette (его личного транспорта в то время) до Ford Aerostar: примерно от «Таврии», стало быть, до почти что «Газели».
Том привел в своей статье таблицу, по которой можно построить универсальную кривую. Мы построили, это как раз - третья, синяя на рисунке. Размытым цветом обозначена «сумеречная зона» непредсказуемых результатов. В целом, как мы видим, получилось совпадение с нашими результатами почти что подозрительное. Даже выкрутасы на усредненной кривой (черной) пришлись именно туда, где, по словам американского гуру, им и положено быть. В терминологии классической теории компрессионной зоны универсальной кривой Тома Нюзена соответствует частота перехода 63 Гц при добротности Q = 0,9. У «нашей» теоретической кривой частота была такая же, а добротность - ниже, Q = 0,7.
Налицо, вроде бы, парадокс, кто внимательно читал. Начали с того, что передаточная функция напрямую зависит от размера салона. Типа за здравие. А закончили - универсальной кривой, в которой размер салона вообще не фигурирует. Как так? Все в порядке, товарищи, если посмотреть пошире да попристальнее. Как мы говорили, форма АЧХ (а не ее высота над осью частот) в диапазоне 40 - 80 Гц оказывается предсказуемой и особенно не зависит от ординаты точки перегиба. Размер салона должен был бы, по идее, определять форму кривой вблизи точки перегиба, определяя, где именно этот перегиб произойдет. А там, как мы убедились и сами, и благодаря подвигам Тома Нюзена, изящная теоретическая кривая все равно превращается в бурные волны, поэтому собственно момент перехода теряется в морской пене.
Так что давайте теперь вместе глядя на все предшествующее сформулируем выводы во всей прелести их практической применимости.
1. Мечтать о том, чтобы раздобыть где-нибудь настоящую, правильную, окончательную передаточную функцию своего автомобиля больше не нужно - выбирайте из меню. Меню не длинное, но, может, что подберете...
2. ...только смысла в этом особого нет. Не станете же вы рихтовать АЧХ сабвуфера в надежде попасть в особенности кривой передаточной функции?
3. На практике теоретической зависимостью пользоваться можно. Более того, можно упростить себе жизнь, ограничив себя одной-единственной кривой передаточной функции, на все случаи жизни. С таким подходом в пределы площадки, пользуясь спортивной терминологией, вы попадете. А точнее не попадете, какой бы индивидуальной ни была примененная вами кривая. Ведь именно там, где она начинает быть индивидуальной, начинается болтанка АЧХ, вызванная множеством факторов, не входящих в теорию компрессионной зоны.
4. На самых низких частотах ваша реальная АЧХ «отпадет» от теоретической и пройдет ниже. Насколько ниже - зависит от особенностей кузова и даже от его технического состояния. Повлиять на эту характеристику почти невозможно, ведь речь идет не о вибродемпфировании (вы ведь об этом подумали, признавайтесь), а о механической жесткости. А жесткость - это другая история. Посмотрите на боевые SPL-машины с их каркасами, стеклами на болтах и прочим. Посмотрите и забудьте. Доверьтесь судьбе.
5. Границы «болтанки» АЧХ на границе компрессионной зоны в большинстве случаев совпадает с областью деления полос между сабвуфером и мидбасами. Там-то и предстоят основные бои. Предстоит поиграть и месторасположением сабвуфера, и его ориентацией, не говоря уже о подборе частот разделительных фильтров. Поблагодарите тогда конструкторов кроссоверов, которые не поленились сделать ФВЧ и ФНЧ с раздельной регулировкой.
6. Басовый эквалайзер, когда он есть в усилителе, больше всего был бы нужен не на частотах 40 - 50 Гц, как чаще всего бывает, а на 25 - 40 Гц. Вот здесь с его помощью реально исправить АЧХ, проседающую от потерь на деформацию и утечки. Так что, если увидите такой (встречаются) - возьмите на заметку.
И в заключение. Если вы пользуетесь программами расчета сабвуферов, где передаточная функция салона задается в виде частоты точки перегиба, берите 63 Гц и ни о чем больше не думайте. Точнее все равно не станет. Если частоты и добротности - берите частоту такую же, а добротность - от 0,7 («наша кривая») до 0,9 (кривая Тома Нюзена). Кому больше доверяете.
И, наконец, если у вас есть программа, где акустика интерьера задается по точкам (например, JBL Speaker Shop или Bass Box от Harris Technologies), перенесите туда опорные точки передаточной функции по таблице внизу, а потом кликните дважды на 125 Гц для нормализации кривой.
