Технические характеристики динамиков. Параметры Тиля-Смолла и акустическое оформление динамика. Мидвуферы и вуферы

Мощность

Под словом мощность в разговорной речи многие подразумевают «мощь», «силу». Поэтому вполне естественно, что покупатели связывают мощность с громкостью: «Чем больше мощность, тем лучше и громче будут звучать колонки». Однако это распространенное мнение в корне ошибочно! Далеко не всегда колонка мощностью 100 Вт будет играть громче или качественней той, у которой указана мощность «всего» в 50 Вт. Значение мощности, скорее, говорит не о громкости, а о механической надежности акустики. Те же 50 или 100 Вт — это совсем не громкость звука , издаваемого колонкой. Динамические головки сами по себе имеют низкий КПД и преобразуют в звуковые колебания лишь 2-3% мощности подводимого к ним электрического сигнала (к счастью, громкости издаваемого звука вполне хватает для создания звукового сопровождения). Величина, которую указывает производитель в паспорте динамика или системы в целом, говорит лишь о том, что при подведении сигнала указанной мощности динамическая головка или акустическая система не выйдет из строя (вследствие критического разогрева и межвиткового КЗ провода, «закусывания» каркаса катушки, разрыва диффузора, повреждения гибких подвесов системы и т.п.).

Таким образом, мощность акустической системы - это технический параметр, величина которого не имеет прямого отношения к громкости звучания акустики, хотя и связана с ней некоторой зависимостью. Номинальные значения мощности динамических головок, усилительного тракта, акустической системы могут быть разными. Указываются они, скорее, для ориентировки и оптимального сопряжения между компонентами. Например, усилитель значительно меньшей или значительно большей мощности может вывести колонку из строя в максимальных положениях регулятора громкости на обоих усилителях: на первом - благодаря высокому уровню искажений, на втором - благодаря нештатному режиму работы колонки.

Мощность может измеряться различными способами и в различных тестовых условиях. Существуют общепринятые стандарты этих измерений. Рассмотрим подробнее некоторые из них, наиболее часто употребляемые в характеристиках изделий западных фирм:

RMS (Rated Maximum Sinusoidal power — установленная максимальная синусоидальная мощность). Мощность измеряется подачей синусоидального сигнала частотой 1000 Гц до достижения определенного уровня нелинейных искажений. Обычно в паспорте на изделие пишется так: 15 Вт (RMS). Эта величина говорит, что акустическая система при подведении к ней сигнала мощностью 15 Вт может работать длительное время без механических повреждений динамических головок. Для мультимедийной акустики завышенные по сравнению с Hi-Fi колонками значения мощности в Вт (RMS) получаются вследствие измерения при очень высоких гармонических искажениях, часто до 10%. При таких искажениях слушать звуковое сопровождение практически невозможно из-за сильных хрипов и призвуков в динамической головке и корпусе колонки.

PMPO (Peak Music Power Output — пиковая музыкальная мощность). В данном случае мощность измеряется подачей кратковременного синусоидального сигнала длительностью менее 1 секунды и частотой ниже 250 Гц (обычно 100 Гц). При этом не учитывается уровень нелинейных искажений. Например, мощность колонки равна 500 Вт (PMPO). Этот факт говорит, что акустическая система после воспроизведения кратковременного сигнала низкой частоты не имела механических повреждений динамических головок. В народе единицы измерения мощности Вт (PMPO) называют «китайскими ваттами» из-за того, что величины мощности при такой методике измерения достигают тысячи Ватт! Представьте себе - активные колонки для компьютера потребляют из сети переменного тока электрическую мощность 10 В*А и развивают при этом пиковую музыкальную мощность 1500 Вт (PMPO).

Наравне с западными существуют также советские стандарты на различные виды мощности. Они регламентируются действующими по сей день ГОСТ 16122-87 и ГОСТ 23262-88. Эти стандарты определяют такие понятия, как номинальная, максимальная шумовая, максимальная синусоидальная, максимальная долговременная, максимальная кратковременная мощности. Некоторые из них указываются в паспорте на советскую (и постсоветскую) аппаратуру. В мировой практике эти стандарты, естественно, не используются, поэтому мы не будем на них останавливаться.

Делаем выводы: наиболее важным на практике является значение мощности, указанной в Вт (RMS) при значениях коэффициента гармоник (THD), равного 1% и менее. Однако сравнение изделий даже по этому показателю очень приблизительно и может не иметь ничего общего с реальностью, ведь громкость звука характеризуется уровнем звукового давления. Поэтому информативность показателя «мощность акустической системы» — нулевая .

Чувствительность

Чувствительность — один из параметров, указываемых производителем в характеристике акустических систем. Величина характеризует интенсивность звукового давления, развиваемого колонкой на расстоянии 1 метра при подаче сигнала частотой 1000 Гц и мощностью 1 Вт. Измеряется чувствительность в децибелах (дБ) относительно порога слышимости (нулевой уровень звукового давления равен 2*10^-5 Па). Иногда используется обозначение — уровень характеристической чувствительности (SPL, Sound Pressure Level). При этом для краткости в графе с единицами измерений указывается дБ/Вт*м либо дБ/Вт^1/2*м. При этом важно понимать, что чувствительность не является линейным коэффициентом пропорциональности между уровнем звукового давления, мощностью сигнала и расстоянием до источника. Многие фирмы указывают характеристики чувствительности динамических головок, измеренные при нестандартных условиях.

Чувствительность — характеристика, более важная при проектировании собственных акустических систем. Если вы не осознаете до конца, что означает этот параметр, то при выборе мультимедийной акустики для PC можно не обращать на чувствительность особого внимания (благо указывается она не часто).

АЧХ

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ ) в общем случае представляет собой график, показывающий разницу величин амплитуд выходного и входного сигналов во всем диапазоне воспроизводимых частот. АЧХ измеряют подачей синусоидального сигнала неизменной амплитуды при изменении его частоты. В точке на графике, где частота равна 1000 Гц, принято откладывать на вертикальной оси уровень 0 дБ. Идеален вариант, при котором АЧХ представлена прямой линией, но таких характеристик в реальности у акустических систем не бывает. При рассмотрении графика нужно обратить особое внимание на величину неравномерности. Чем больше величина неравномерности, тем больше частотных искажений тембра в звучании.

Западные производители предпочитают указывать диапазон воспроизводимых частот, который представляет собой «выжимку» информации из АЧХ: указываются лишь граничные частоты и неравномерность. Допустим, написано: 50 Гц - 16 кГц (±3 дБ). Это значит, что у данной акустической системы в диапазоне 50 Гц - 16 кГц звучание достоверное, а ниже 50 Гц и выше 15 кГц неравномерность резко увеличивается, АЧХ имеет так называемый «завал» (резкий спад характеристики).

Чем это грозит? Уменьшение уровня низких частот подразумевает потерю сочности, насыщенности звучания басов. Подъем в области НЧ вызывает ощущения бубнения и гудева колонки. В завалах высоких частот звук будет тусклым, неясным. Подъемы ВЧ означают присутствие раздражающих, неприятных шипящих и свистящих призвуков. У мультимедийных колонок величина неравномерности АЧХ обычно выше, чем у так называемой Hi-Fi акустики. Ко всем рекламным заявлениям фирм-производителей об АЧХ колонки типа 20 - 20000 Гц (теоретический предел возможности) нужно относиться с изрядной долей скептицизма. При этом часто не указывается неравномерность АЧХ, которая может составлять при этом немыслимые величины.

Поскольку производители мультимедийной акустики часто «забывают» указать неравномерность АЧХ акустической системы, встречаясь с характеристикой колонки 20 Гц - 20000 Гц, надо держать ухо востро. Существует большая вероятность купить вещь, не обеспечивающую даже более или менее равномерную характеристику в полосе частот 100 Гц - 10000 Гц. Сравнивать диапазон воспроизводимых частот с разными неравномерностями нельзя вовсе.

Нелинейные искажения, коэффициент гармоник

Кг — коэффициент гармонических искажений. Акустическая система представляет собой сложное электроакустическое устройство, которое имеет нелинейную характеристику усиления. Поэтому сигнал по прошествии всего звукового тракта на выходе обязательно будет иметь нелинейные искажения. Одними из самых явных и наиболее простых в измерении являются гармонические искажения.

Коэффициент — величина безразмерная. Указывается либо в процентах, либо в децибелах. Формула пересчета: [дБ] = 20 log ([%]/100). Чем больше величина коэффициента гармоник, тем обычно хуже звучание.

Кг колонок во многом зависит от мощности подаваемого на них сигнала. Поэтому глупо делать заочные выводы или сравнивать колонки только лишь по коэффициенту гармоник, не прибегая к прослушиванию аппаратуры. К тому же для рабочих положений регулятора громкости (обычно это 30..50%) значение производителями не указывается.

Полное электрическое сопротивление, импеданс

Электродинамическая головка имеет определенное сопротивление постоянному току, зависящее от толщины, длины и материала провода в катушке (такое сопротивление еще называют резистивным или реактивным). При подаче музыкального сигнала, который представляет собой переменный ток, сопротивление головки будет меняться в зависимости от частоты сигнала.

Импеданс (impedans) — это полное электрическое сопротивление переменному току, измеренное на частоте 1000 Гц. Обычно импеданс акустических систем равен 4, 6 или 8 Ом.

В целом величина полного электрического сопротивления (импеданс) акустической системы ни о чем, связанном с качеством звучания того или иного изделия, покупателю не скажет. Производителем указывается этот параметр лишь, чтобы сопротивление учитывали при подключении акустической системы к усилителю. Если значение сопротивления колонки ниже, чем рекомендуемое значение нагрузки усилителя, в звучании могут присутствовать искажения или сработает защита от короткого замыкания; если выше, то звук будет значительно тише, нежели с рекомендуемым сопротивлением.

Корпус колонки, акустическое оформление

Одним из важных факторов, влияющих на звучание акустической системы, является акустическое оформление излучающей динамической головки (динамика). При конструировании акустических систем производитель обычно сталкивается с проблемой в выборе акустического оформления. Их насчитывается больше десятка видов.

Акустическое оформление делится на акустически разгруженное и акустически нагруженное. Первое подразумевает оформление, при котором колебание диффузора ограничивается только жесткостью подвеса. При втором колебание диффузора ограничивается помимо жесткости подвеса еще упругостью воздуха и акустическим сопротивлением излучению. Также акустическое оформление делится на системы одинарного и двойного действий. Система одинарного действия характеризуется возбуждением звука, идущего к слушателю, посредством только одной стороны диффузора (излучение другой стороны нейтрализуется акустическим оформлением). Система двойного действия подразумевает использование в формировании звука обеих поверхностей диффузора.

Поскольку на высокочастотные и среднечастотные динамические головки акустическое оформление колонки практически не влияет, мы расскажем о наиболее распространенных вариантах низкочастотного акустического оформления корпуса.

Очень широко применима акустическая схема, получившая название «закрытый ящик». Относится к нагруженному акустическому оформлению. Представляет собой закрытый корпус с выведенным на фронтальную панель диффузором динамика. Достоинства: хорошие показатели АЧХ и импульсная характеристика. Недостатки: низкий КПД, необходимость в мощном усилителе, высокий уровень гармонических искажений.

Но вместо того, чтобы бороться со звуковыми волнами, вызванными колебаниями обратной стороны диффузора, их можно использовать. Наиболее распространенным вариантом из систем двойного действия является фазоинвертор. Представляет собой трубу определенной длины и сечения, вмонтированную в корпус. Длину и сечение фазоинвертора рассчитывают таким образом, что на определенной частоте в нем создается колебание звуковых волн, синфазные с колебаниями, вызванными фронтальной стороной диффузора.

Для сабвуферов широко применяется акустическая схема с общепринятым названием «ящик-резонатор». В отличие от предыдущего примера диффузор динамика не выведен на панель корпуса, а находится внутри, на перегородке. Сам динамик непосредственного участия в формировании спектра низких частот не принимает. Вместо этого диффузор лишь возбуждает звуковые колебания низкой частоты, которые потом многократно увеличиваются по громкости в трубе фазоинвертора, выполяющего роль резонансной камеры. Достоинством этих конструктивных решений является высокий КПД при малых габаритах сабвуфера. Недостатки проявляются в ухудшении фазовых и импульсных характеристик, звучание становится утомляющим.

Оптимальным выбором будут колонки среднего размера с деревянным корпусом, выполненные по закрытой схеме или с фазоинвертором. При выборе сабвуфера следует обратить внимание не на его громкость (по этому параметру даже у недорогих моделей обычно имеется достаточный запас), а на достоверное воспроизведение всего диапазона низких частот. С точки зрения качества звучания, наиболее нежелательны колонки с тонким корпусом или очень маленьких размеров.

Известный всем динамический излучатель был изобретен в 1920 году. Механизм его работы заключается в преобразовании электрического тока в механическое движение мембраны устройства. Это, конечно, не единственный вариант организации приспособления для получения звуковых волн. Существует множество видов динамиков. Чем же они отличаются друг от друга?

Рупорные динамики

До того, как появились электромагнитные динамики, для воспроизведения звука использовались приспособления в форме рупора – это было в 1880–1920 годах. Такие динамики можно было встретить в устройствах разных изобретателей, в том числе Томаса Эдисона. Наиболее известное устройство, в котором применялся такой динамик – это старинный граммофон с ручным приводом.

Главный недостаток таких громкоговорителей заключался в том, что звук в них практически не усиливался – только за счет формы рупора. Этого, конечно, было недостаточно, поэтому с приходом электрических динамиков рупорные модели практически исчезли, оставшись только в музеях и частных коллекциях.

Динамические излучатели

Принцип работы динамического громкоговорителя весьма прост. Внутри устройства создается магнитное поле при помощи постоянного магнита – как правило, сделанного из неодима. Под действием электрического тока и разности полюсов в этом поле начинает движение медная катушка. Двигаясь, она бьется об диффузор – тонкую мембрану из картона, ткани или пластика. Мембрана вибрирует, заставляет двигаться воздух – это и воспринимается человеком как звук.

Как и рупорные громкоговорители, динамики сами по себе весьма плохо усиливают звук, поэтому для получения качественного и мощного звука они усиливаются специальными преобразователями электрического сигнала – мощностными усилителями звука. Особенность электродинамических излучателей в том, что они могут иметь разную конструкцию – разный размер, материалы исполнения и форму диффузора. Детали конструкции зависят от назначения излучателя – каждый участок звукового спектра требует особых условий для качественного воспроизведения.

Человек может слышать звуки с частотой от 20 Гц до 20 кГц. Максимальная чувствительность барабанной перепонки достигается при частоте звука в пределах 2 – 4 кГц, да и основная часть звуков находится именно в этой области – как следствие, динамики, воспроизводящие такую частоту звука, называются среднечастотными и являются основными в любой акустической системе.

Какие же динамики используются для других областей звукового спектра? Частоты, выходящие за рамки средних, воспроизводятся следующими устройствами:

• Пищалки, или твиттеры (от англ. to twit – чирикать) – это высокочастотные излучатели, воспроизводящие звук с частотой от 4 до 20 кГц. Как правило, по отдельности они не встречаются – найти их можно только в качественных многополосных колонках. Это связано с тем, что какого-то особого влияния на звуковую картину они не оказывают и нужны только для финишной полировки звучания.
• Низкочастотные динамики – вуферы – воспроизводят звук от 120 до 1000 Гц.
• Сверхнизкочастотные излучатели – сабвуферы – работают со звуками от 20 до 120 Гц.

Сабвуферы – особые устройства, к которым у многих пользователей сформировано весьма неоднозначное отношение. С одной стороны, для получения полноценного звука они не нужны – басами в достаточно широких пределах могут заниматься и обычные СЧ-динамики и широкополосные излучатели. Однако для некоторых глубокий натуральный бас имеет сакральное значение, и без него звук кажется пустым и пресным, так что настоящие аудиофилы заставляют свою технику работать на таких низких частотах, которые человек даже не может услышать – вплоть до 5 Гц. Сабвуферы имеют некоторые особенности – звук из них плохо локализуется человеческим ухом, поэтому такие колонки можно располагать в любой точке помещения. Кроме того, низкочастотные волны очень плохо блокируются – они легко проникают сквозь стены дома и заставляют вибрировать стекла и перекрытия.

Качество и способность воспроизводить нужные звуки зависят от размера динамика – чем он шире, тем более низкие звуки могут излучаться. Кроме того, для сабвуферов важна толщина диффузора. Твиттеры же наоборот тонкие, а диффузор их имеет не воронкообразную, а купольную форму.

NXT-панели

NXT-громкоговорители представляют собой тонкие плоские панели, воспроизводящие звук по схожему с динамическими излучателями принципу – магнитная катушка бьет в токую мембрану в одной точке. Главное преимущество перед традиционными громкоговорителями – компактность. Изначально эта технология применялась в военной промышленности, но сегодня подобные устройства выходят и на бытовой рынок.

Основные особенности NXT-панелей таковы:

• звук без искажений излучается во всех направлениях;
• слабая зависимость звукового давления от расположения динамика относительно слушателя – то есть, при удалении от поверхности излучателя звук не будет слышаться как искаженный.

Главное отличие таких панелей от обычных динамиков – они плоские, а диффузор их возбуждается по всей площади из одной точки. Качество звука может при этом разниться в зависимости от материала изготовления составных элементов панели, а также от места установки катушки.

Особенность вибрации мембраны в случае NXT-панелей – ее непредсказуемость. Две точки мембраны, находящиеся рядом с друг другом, вибрируют случайным образом относительно друг друга. Интенсивность и распределение вибрационных процессов зависит от жесткости материала, из которого произведена панель.

По своим акустическим характеристикам панели отличаются от привычных динамических излучателей. Они не могут быть многополосными; воспроизводимый панелью звук в зависимости от ее площади может иметь диапазон в пределах 100 Гц – 18 кГц. Как и в случае с обычным НЧ-динамиком, увеличение площади мембраны ведет к снижению нижней границы воспроизводимого спектра. Увеличивать ее, к слову, можно до 100 квадратных метров, что позволяет совмещать акустику с экраном в кинотеатрах. Маленькие же панели, площадью до 25 квадратных сантиметров, могут использоваться с небольшой мобильной техникой, играя роль стандартных широкополосных колонок.

Мембранные громкоговорители

Принцип действия таких излучателей заключается в воздействии магнитных полей на жесткую металлическую мембрану, в следствие чего та начинает вибрировать. Таким образом, электромагнитная катушка не бьется о диффузор, а заставляет его двигаться силой магнетизма. Для этого она делается не подвижной, а фиксируется на поверхности мембраны.

Как и NXT-панели, мембранные динамики имеют такое преимущество, как компактность – за счет отсутствия воронкообразного диффузора они имеют весьма малые размеры по толщине. Кроме того, они способны воспроизводить звук в широком диапазоне и имеют высокую мощность.

Плазменные излучатели

Эти несколько футуристичные устройства работают за счет действия плазменной дуги. Плазма – это особое состояние вещества, нагретый током газ. Электрическое поле, создаваемое при подаче электрического тока от источника звука, воздействует на молекулы ионизированного газа, заставляя его вибрировать. Затем плазма передает воздействие на мембрану, и получается звук – принцип работы схож с другими видами громкоговорителей, в которых вместо плазмы используется звук.

Данный концепт очень интересен, но весьма ненадежен, а также не отличается высоким качеством издаваемого звука. По этим причинам большого распространения такие устройства не получили.

Электростатические излучатели

В Hi-End акустических системах иногда используются электростатические громкоговорители вместо динамиков. Оправдано ли их применение или это, как и свойственно устройствам этого класса, бессмысленное увеличение стоимости системы?

Как следует из названия, в этих излучателях ничего не движется – кроме, конечно, вибрирующей мембраны. Вибрация в ней вызывается не воздействием катушки, а притяжением ее к металлической пластине, находящейся под напряжением. Конечно, чтобы вызывать такой эффект, на излучатель приходится подавать очень высокий ток – около 10 киловольт. И даже при таком напряжении мощность громкоговорителя оставляет желать лучшего – чтобы звук получился хоть сколько-нибудь качественным, особенно в басовых партиях, площадь излучателя приходится делать не менее квадратного метра. Но диапазон их куда больше, чем у динамиков – от нескольких герц до нескольких килогерц.

Таким образом, существует множество видов громкоговорителей, и большая их часть так или иначе является динамическими излучателями. Все они имеют свои плюсы и минусы, но традиционная конструкция динамиков до сих пор является наиболее распространенной.

Хочется собрать сабвуфер , да не простой, а грамотно рассчитанный. В этих расчетах уже все поднаторели: и установщики, и любители, и программ тоже вроде хватает, например JBL SpeakerShop . Одно только «но» - без параметров Тиля-Смолла далеко не уедешь.

К сожалению, недорогие и тем особенно интересные динамики часто попадают в руки вообще без каких-либо цифр. Бывает и так, что характеристики вроде есть, но разные, в зависимости от года выпуска. Это встречается даже у известных производителей.
В общем, умение измерять эти величины лишним не будет. Традиционные методы измерения описаны во многих источниках и секрета не представляют. Более того, в упомянутой выше программе JBL SpeakerShop есть удобный «мастер», который избавляет от необходимости вручную рассчитывать промежуточные и окончательные значения напряжений, частот и добротностей: нужно собрать приведенную там схему и действовать в соответствии с указаниями программы.

Я сам неоднократно пользовался этой методикой, все здорово, только для измерений требуются:
а) генератор,
б) частотомер,
в) вольтметр переменного тока,
г) усилитель низкой частоты.

Думаю, что где-нибудь к пункту в) из этого списка исследовательский пыл у многих уже малость поугас. Но это еще не все. Сам процесс измерений, постоянная «ловля» требуемых значений частот и напряжений способны утомить даже флегматика: на один динамик уходит в лучшем случае полчаса. Обидно тратить время на такую рутину, поэтому, когда я наткнулся на программу SpeakerWorkShop , радости не было предела.

Замечательно, нужны только компьютер со звуковой платой и элементарные кабели. Первые несколько дней я честно пытался делать все так, как велит инструкция. Тут меня ждало разочарование. То есть сама по себе программа хорошая, но вот ее help - это что-то. Прочитал его, наверное, раз двадцать, пробовал и так, и этак, но так ничего и не получилось. Что поделать - бесплатный софт сродни сыру той же цены.

Несколько месяцев я продолжал измерять «три цифры» обычными способами, пока на сайте, на котором находится сама программа, не появилась новая ссылка. Спасибо чемпиону РАСКА среди любителей Косте Никифорову за то, что сказал о ней. Предлагаемое ниже описание - мой собственный, упрощенный вариант приставки и краткая инструкция по работе с программой.

Бывает в жизни - как приклеится к человеку прозвище, так и преследует до конца дней его. Вот и с прибором, который буду ниже описывать, тоже такое случилось - «коробочка », да и все тут. Как я ни пытался выдумать более наукообразное название, ничего не вышло. Схема приведена на рис. 1

Некоторые комментарии по поводу применяемых элементов.
X1 - разъем, подключаемый к выходу усилителя мощности (Spkr Out) звуковой карты, обычно «мини-джек». Сигнал правого и левого канала с усилителя одинаков, поэтому можно использовать любой контакт разъема. При использовании внешнего усилителя подключать одновременно этот разъем к выходу звуковой платы НЕЛЬЗЯ!

X2, X3 понадобятся, если вы будете использовать внешний усилитель мощности. Это более предпочтительный вариант, правда, чуть более громоздкий. Подойдут «колоночные» клеммы, желательно винтовые. Кроме того, в случае использования внешнего усилителя потребуется дополнительный кабель «мини-джек - два тюльпана».

X4, X5 - клеммы, аналогичные X2, X3. К ним будет присоединяться объект исследования. Очень полезно продублировать эти клеммы парой «крокодилов».

X6 - «мини-джек», который будет подключен ко входу Line-In звуковой платы. Распайку правого и левого канала я не привожу - пока соедините как получится, уточним позднее. Провод к разъему нужно брать экранированный.

R1, R2 - резисторы, используемые в качестве эталонных при калибровке программы. Номиналы особой роли не играют и могут быть от 7,5 до 12 Ом, например типа МЛТ-2.
R3 - это резистор, с величиной которого программа «сравнивает» неизвестный импеданс. Поэтому номинал этого резистора должен быть соизмерим с исследуемым. Если в основном предполагается измерять автомобильные динамики, величину R3 можно взять около 4 Ом. Мощность можно выбрать такую же, как для R1.

R4, R5, R6, R7 - любой мощности. Сопротивления могут несколько отличаться от указанных, важно лишь, чтобы R4/R6 = R5/R7 = 10...15. Это делитель, который ослабляет сигнал на входе звуковой карты.

SA1 служит для выбора между двумя эталонными сопротивлениями. Он используется только при калибровке. Можно использовать тумблер, я поставил П2К, соединив параллельно несколько секций.

SA2, пожалуй, самый ответственный. Важно, чтобы он обеспечивал надежный и стабильный контакт, от этого во многом зависит точность результатов.

Итак, «коробочка » собрана. Теперь потребуется омметр, причем максимально возможной точности, желательно измерительный мост. Необходимо установить переключатели во все положения согласно таблице и измерить указанные сопротивления.

Принцип работы системы очень прост. Шумовой сигнал, формируемый программой, подается через усилитель на исследуемый объект через резистор R3 известного сопротивления. Программа сравнивает напряжение на одном канале (верхний вывод R3) с напряжением на другом (нижний вывод R3 и верхний - измеряемого объекта). Гениальная простота идеи состоит в том, что для расчета неизвестного импеданса используются не абсолютные величины напряжений, а их отношение. Благодаря предварительной калибровке по заведомо известным сопротивлениям (R2 и R2-R1) достигается вполне приемлемая точность измерений.

Теперь можно присоединить «коробочку» к звуковой плате. Для первого раза не стоит использовать внешний усилитель: чтобы понять принцип работы, он особо не нужен. А когда принцип станет ясен, его подключение вопросов уже не вызовет.

Настройка программы
Возможно, кому-то описание настройки покажется излишне подробным, но, как показывает практика, удобно, когда весь процесс описан по порядку, а не по принципу «это вы и так знаете, здесь все очевидно, в общем, умные - сами разберетесь».

После первого запуска программы нужно проверить, поддерживает ли ваша звуковая плата «полностью дуплексный режим», т. е. позволяет ли одновременно воспроизводить и записывать звук. Для проверки нужно выбрать пункт меню Options-Wizard-Check sound card. Дальнейшие действия программа проделает самостоятельно. Если результат отрицательный, придется искать другую плату или обновлять драйвер.

Если все в порядке, откройте Volume Control (Регулятор уровня). Выбрав Options-Properties, установите Mute на все регуляторы, кроме Volume Control и Wave. Необходимо отключить все «лишние» опции, вроде Enhanced Stereo и темброблока. Регулятор громкости установите в среднее положение. В завершение переместите окно Volume Control, как показано на рисунке 2.

рис. 2

рис. 3

Теперь откройте еще одну копию Volume Control. Выберите Options-Properties, установите режим записи (Recording). Имя окна изменится на Recording Control (Уровень). Аналогично вышеописанному поставьте Mute на все регуляторы, кроме Recording и Line-In. Регулятор уровня поставьте в положение максимума. Потом, возможно, уровень потребуется изменить, но об этом позже. Переместите окно Recording согласно рисунку.

Один из самых ответственных этапов настройки - правильно выбрать входные и выходные уровни сигналов. Для этого создайте новый сигнал, выбрав пункт Resource-New-Signal. Дайте ему какое-нибудь имя, например sign1. По умолчанию будет выбран синусоидальный тип сигнала (Sine), что нас вполне устраивает. Имя нового сигнала должно появиться в окне проекта (то, что слева).

Для того чтобы что-то сделать с сигналом или динамиком, его нужно обязательно открыть. Думаете, для этого достаточно двойного щелчка? Вот тут таится одна из особенностей интерфейса программы: для открытия ресурса требуется сначала щелкнуть на имени ресурса левой кнопкой мыши, затем либо выбрать пункт Open из меню, появляющегося при нажатии правой кнопки, либо нажать F2 на клавиатуре. Вновь нажмите правую кнопку и войдите в Properties. Там нужно выбрать закладку Sine и ввести значение частоты 500 Гц. Фаза сигнала - 0. OK.

Установите переключатели «коробочки» в положение LOOP (согласно таблице). Убедившись в том, что сигнал открыт, войдите в меню Sound-Record - появится диалог Record Data. Введите туда те значения, которые приведены на рис. 3. Нажмите OK; если к клеммам Test подключен динамик, раздастся кратковременный «шип».

Посмотрим на дерево проекта. Там появится несколько новых объектов с именами, начинающимися с sign1. Откройте ресурс с именем sing1.in.l. На появившемся справа графике нажмите правую кнопку мыши и выберите Chart properties. Выберите закладку X Axis и установите в разделе Scale максимальное значение, равное 10. Затем выберите Y Axis и установите диапазон значения Minimum и Maximum - 32 K и 32 K соответственно. Нажмите OK. График должен выглядеть как 4,5 периода синусоидальных колебаний. Проделайте все то же самое с ресурсом sing1.in.r.

Теперь нужно выяснить уровень выходного сигнала, при котором наступает ограничение. Для этого понемногу увеличивайте уровень регулятором громкости, повторяя каждый раз процедуру записи (пункт меню Sound-Record Again) и анализируя графики sign1.in.r и sign1.in.l. Как только появится видимое ограничение амплитуды (обычно при уровнях ~20 K), нужно немного уменьшить уровень сигнала. На этом процесс установки уровня можно считать законченным.

В оригинальной методике автор предлагает проверить теперь соответствие левого и правого каналов. Я это делал, но впоследствии оказалось, что их пришлось поменять местами. Так что лучше перейти сразу к калибровке программы по известным сопротивлениям - там «правый-левый» заодно и проверим.

Для начала убедитесь в том, что к тестовым клеммам (X4, X5) ничего не подключено. Затем откройте меню Option-Preferences и выберите там закладку Measurements. Установите Sample Rate в крайнее правое положение, а Sample Size - равным 8192. Громкость надо сделать равной 100. В дальнейшем при реальных измерениях для большей точности нужно устанавливать больший Sample Size. Правда, при этом возрастает размер файла. Точность можно повысить, уменьшив Sample Rate, - при этом снизится верхняя граничная частота измерений, но для сабвуферов это совершенно неважно.

Теперь надо проверить разбаланс каналов. Для этого выберите пункт Option - Calibrate-Channel Difference и нажмите кнопку Test. Дальнейшие действия подскажет программа. Результаты проверки будут находиться в разделе Measurement.Calib папки System (в окне проекта). Какие точно значения должны получаться, я не знаю, на практике разбаланс выходит порядка десятых долей (в безразмерных единицах), а уровень сигнала на выходе каждого из каналов при этом - в районе 20000 этих же единиц. Думаю, такое соотношение можно считать приемлемым.

Дальше - самое интересное. Мы будем измерять заведомо известные сопротивления. Войдите в пункт Options-Preferences и выберите закладку Impedance. В поле Reference resistor введите измеренную величину сопротивления между клеммами X2 и X4. В соседнее поле (Series resistor) можно ввести значение, например 0,2, программа потом сама подставит туда то, что сочтет нужным. Теперь нажмите кнопку Test. Установите переключатели «коробочки» в режим CAL1 и введите измеренное на клеммах значение эталонного сопротивления R2. (Вы его уже забыли? А я ведь советовал записать.) Нажимаем кнопку Next и повторяем то же самое, но в режиме CAL2. Кстати, советую при калибровке и измерениях постоянно следить за индикатором, который находится возле регулятора уровня. При появлении там «красных делений» я слегка уменьшаю уровень громкости. После этого нужно повторить калибровку. Поначалу процесс освоения длится долго, но через пару сеансов работы с программой все настройки нужно будет в основном контролировать. Это занимает всего несколько минут.

Итак, программа выдала, каковы, на ее взгляд, значения Reference и Series резисторов. Если отличия от введенных нами величин небольшие (например, 4,2 ома вместо 3,9) - все замечательно. Можно пройти для верности процесс еще разок и приступить к реальным измерениям. Если программа выдает явный бред (например, отрицательные значения) - значит, надо поменять местами правый и левый каналы в разъеме X6 и повторить настройку заново. После этого, как правило, все становится нормально, хотя у некоторых коллег наблюдалось устойчивое нежелание программы настраиваться. То ли звуковая карта какая-то не такая, то ли еще что - не знаю. О встретившихся сложностях и найденных путях их преодоления сообщайте, оформим в виде FAQ (чувствую - придется).

Вроде настроились. Можно начать пожинать плоды своего труда. Берем какой-нибудь конденсатор или катушку индуктивности, щелкаем тумблер в положение IMP, выбираем созданный ранее сигнал sign1, пункт меню Measure-Passive Component... Есть результат? Должен быть. Не знаю, кто как, а я испытываю какую-то первобытную радость, когда вижу, что программа сама распознала, что за компонент я подключил, и выдала его значение «в простой письменной форме».

Точность измерений пассивных компонентов, по скромным оценкам, составляет 10-15%. Для изготовления кроссоверов этого, на мой взгляд, вполне достаточно.

Теперь переходим к динамикам. Здесь все так же легко и просто. Создаем новый динамик (Resource-NewDriver), указываем ему имя, открываем (напоминаю, клавиша F2). Теперь изучаем меню Measure. В принципе программа (ее подсказка) советует получить импедансы динамика в свободном состоянии (Fre - Air), затем в закрытом ящике, ввести значение объема ящика в Properties этого динамика, а затем рассчитать параметры Тиэле - Смолла (для этого, открыв динамик, нужно войти в меню Driver Estimate Parameters). Тут, однако, я встретил еще один подводный камень, поскольку значение эквивалентного объема программа считать отказывается (остается значение по умолчанию, 1000 л). Не беда, из двух графиков импеданса берем значения резонансных частот Fs и Fc и считаем Vas вручную по известной формуле: V as =V b ((F c /F s) 2 -1). Кто-то уже, наверное, ворчит, дескать, вот еще, самому что-то считать приходится - советую вспомнить, сколько вычислений производится при полностью «ручном» методе определения параметров. Вообще-то я надеюсь, что в последующих версиях программы эта и другие досадные ошибки будут устранены.

Хочу надеяться, что описанный мной простой и недорогой инструмент облегчит труд творчески мыслящего установщика. Конечно, конкуренции «Брюль&Къеру» он не составит, но ведь и вложения требуются совсем небольшие.

Повторите - не пожалеете.
О. Леонов

Читательское голосование

Статью одобрил 21 читатель.

В это короткой информационной статье мы рассмотрим основные технические характеристики динамиков, которые необходимо знать при выборе автомобильной акустики или при изготовлении автомобильной акустики своими руками.

На картинке ниже показаны основные компоненты типичного звукового динамика:

Рассмотрим какими особенностями должны обладать хорошие звуковые динамики для автомобильной акустики.

Двойная звуковая катушка (DVC) динамика

Мощный динамик будет снабжен двумя раздельными звуковыми катушками, намотанными на одном и том же каркасе. Каждая катушка может быть подключена к отдельному каналу на стереоусилителе или они могут быть подключены последовательно или параллельно и запитаны от одного источника. Один DVC-динамик может быть использован вместо двух обычных динамиков тогда, когда свободное пространство в большой цене.

Фильтры

Фильтр - это электронная схема в устройстве аудиосистемы, которая позволяет определенным частот проходить одновременно, блокируя другие. Активные фильтры содержат компоненты, требующие дополнительного питания. Это, так называемые, операционные усилители (ОУ) и, как правило, они встраиваются перед главным усилителем. Пассивные фильтры не содержат компоненты требующих питания и обычно встраиваются между усилителем и динамиком.

Виды фильтров, которые обычно используются в конструкциях аудиосистем:

1. Фильтры низких частот: пропускают нижние частоты, ослабляют высокие частоты.
2. Фильтры высоких частот: высокие частоты пропускает, ослабляет низкие частоты.
3. Регулируемые полосы пропускания: когда частоты за пределами определенного диапазона ослабляются.

Изобарная система динамиков

Название происходит от древнегреческого ἴσος - «одинаковый» и βάρος «тяжесть». Другими словами - распределенная нагрузка. Это метод с использованием двух динамиков, работающих в тандеме для достижения меньшего размера корпуса с учетом требований дизайна. Теоретически VAS (Эквивалентный объем динамика) в двойной системе будет вдвое меньше чем у двух отдельных динамиков, в результате чего расчетный размер корпуса также уменьшается вдвое. Чувствительность изобарной системы будет та же, что и у системы в один динамик, но вы потеряете в мощности SPL. Крепление по типу «Раскладушка», где динамики устанавливаются лицом к лицу и один динамик подсоединяется в противофазе к другому, похоже самая популярная изобарная система, используемая сегодня, так как она является самой простой в изготовлении.

Wife Acceptance Factor (WAF) - фактор одобрения женой

В общем случае, относится к элементам дизайна, которые повышают вероятность того, что ваша жена одобрит покупку дорогих продуктов потребительской электроники, таких как высококачественные акустические системы, домашние кинотеатры и персональные компьютеры и т.д. Стильные, компактные формы и привлекательные цвета, как правило, повышают уровень WAF. Термин является шутливым жаргонным сленгом в электронике и обозначает «Форм-фактор» и «Привлекательность форм» и происходит от гендерного стереотипа, что мужчины предрасположены ценить технические новинки по критериям эффективности, тогда как женщин привлекают визуальные и эстетические факторы. Другими словами, грубое измерение того, что вы можете вернуться домой к вашей благоверной и она не поднимет шума по поводу внешнего вида вашего приобретения.

Сабвуфер

Динамик предназначенный для воспроизведения низких звуковых частот на адекватной громкости. Большинство сабвуферов, или «сабов», как они обычно называются, предназначены для работы от 80 Гц и ниже до уровня где человеческое ухо может улавливать звуки. Бас-единицы небольших трех компонентных системы тоже обычно называют «сабвуферы», однако они зачастую имеют ограниченные возможности воспроизведения частот ниже 50 Гц или около того.

T/S (Тиэля Смолла) параметры

Свод терминов/параметров, обычно используемых в описании характеристик конкретного динамика. Наиболее распространенным T/S параметры с которыми мы сталкиваемся являются:

Fs= Резонансная частота динамика. На открытом воздухе сопротивление динамика достигнет своего пика на этой частоте.

Pe= Тепловая мощность динамика, в Вт. Если динамик постоянно находится в режимах свыше допустимой Pe, он может преждевременно сгореть или выйти из строя.

Qes= Электрическая составляющая Fs динамика. Это мера показывающая тенденцию динамика резонировать на Fs-частоте, основанная на его электрических характеристиках, например сила магнита, характеристики магнитопровода, т. д. Qes обычно доминирует над остальными резонансными характеристиками динамика.

Qms= Механическая составляющая Fs динамика. Эта мера динамика показывает тенденцию резонировать на Fs-частоте, основанная на его механических характеристиках, например, объемных параметров, параметры центрирующей шайбы, веса катушки и др.

Qts= Общее значение составляющих динамика на частоте Fs. Это мера показывает тенденцию резонировать динамика на Fs частосте, исходя из всех общих характеристик. Qts может быть вычислен, используя уравнение:

Qts= Qms*Qes/(Qms+Qes))

Re= Сопротивление постоянному току звуковой катушки динамика. Re динамика меньше чем общее номинальное сопротивление (обычно 4 или 8 Ом).

Sd= Эффективная площадь поверхности динамика. Естественно, зависит от глубины диффузора динамика.

Xmag= Предельный ход диффузора с учетом магнитных ограничений колебаний динамика. Xmag определяется размер смещения конуса диффузора, при котором BL - магнитная сила динамика - упадет до 70% от номинального значения на конусе в исходном состоянии.

Xmech= Максимальное физическое искривление диффузора. Превышение Xmech обычно приводит к повреждению диффузора.

Xsus= Предельное ход диффузора, ограниченный упругостью подвеса. Xsus определяется как точка, в которой упругость диффузора снизилась до 25% от значения на конусе в исходном положении.

Xmax= Линейный (в одну сторону) ход конуса диффузора. Значение Xmax используется для определения максимального возможного линейного SPL динамика, и может быть получен несколькими способами. Объективно, один из самых правильных методов получает этот параметр как наименьшее значение между Xmag и Xsus при движении конуса в каждом из направлений.

Vas= Эквивалентный объем динамика. Объем воздуха, который имеет такую же упругость что и подвес динамика. Потому чем меньше воздуха, тем более «упругий» динамик, чем больше воздуха, тем больший Vas определяет собой «свободную» подвеску динамика

Vd= Пиковое значение рабочего объема динамика. Vd = Sd*Xmax. Другими словами - объем воздуха, который может сдвинуть динамик за один проход на пиковых значениях, т.е. на Xmax

Если у вас нет значений параметров T/S, то вполне возможно измерение параметров Тиля Смолла в домашних условиях.

Несмотря на весьма распространенное мнение, что на качество акустической системы влияет буквально каждый ее элемент: источник звука, ресивер, усилитель и даже сами акустические провода и кабели, звук издается все-таки только громкоговорителями. Самый распространенный тип этих громкоговорителей – динамические излучатели, которые производят звуковые волны за счет движения электромагнитной головки, что вызывает вибрацию диффузорной мембраны. Эти устройства – динамики – располагаются в широкополосных или низкочастотных колонках, поэтому на их качество при сборке акустической системы следует обращать особое внимание.

Конечно, для большинства пользователей сухие цифры не так важны, как личные впечатления, ощущения от прослушивания той или иной модели колонок. Собственным слухом пользуются даже профессионалы, подкованные в выборе различной звуковой аппаратуры. Но, тем не менее, прежде чем приступать к прослушиванию и финальному выбору колонок для своей акустической системы, широчайший ассортимент устройств необходимо сузить, для чего и нужно тщательно изучить все наиболее важные параметры, которыми характеризуются колонки любого типа. Что же следует знать о колонках, собираясь в магазин аудиотехники?

Основные характеристики колонок

Разрабатывая новую модель колонок, инженеры стремятся наиболее качественно выполнить три условия:

• создание максимально равномерной амплитудно-частотной характеристики колонок;
• согласованность параметров динамических громкоговорителей и усилителей звука;
• формирование широкой диаграммы направленности звуковых волн.

Конструкторские ошибки в подборе фильтров – неправильное разделение ими частот, просто неудачное расположение деталей внутри корпуса, как и неправильный выбор материала и других особенностей коробки – приводят к появлению провалов в амплитудно-частотной характеристике как низкочастотных динамиков, так и фазоинвертора. Иногда недостатки издаваемого диапазона проявляются даже на среднечастотных громкоговорителях и твиттерах, что совершенно недопустимо, так как воспроизведение ими резонансных частот приведет к постоянному появлению искажений и посторонних звуков при работе колонок.

Чтобы избежать каких-либо проблем, при выборе колонок нужно обращать внимание на следующие их характеристики:

• Номинальная, или рабочая, мощность – такой показатель мощности подводимого к динамику сигнала, при котором обеспечивается наиболее чистое воспроизведение звука.
• Максимальная мощность – показатель мощности, при котором достигается наибольшая громкость звука, но отсутствие искажений звуковых волн уже не гарантируется.
• Номинальный импенданс – рабочее сопротивление колонок, измеренное при частоте звука, равной 1 кГц – как правило, этот параметр находится в пределах 4-8 Ом. Важно учитывать, что для обеспечения безопасности функционирования колонок, суммарное сопротивление всех колонок в системе должно равняться или быть меньше, чем сопротивление источника звука. На этот параметр нужно обращать внимание едва ли не в первую очередь, особенно если колонки покупаются отдельно от источника звука, а не представляют собой часть единой акустической системы – например, музыкального центра или домашнего кинотеатра.
• Чувствительность. Представляет собой звуковое давление на барабанную перепонку уха с расстояния в 1 м при мощности звука, равной 1 Вт. Измеряется в децибелах. Напрямую влияет на громкость вместе с мощностью и напрямую от нее зависит. Так, при снижении чувствительности всего на 3 децибела для поддержания той же громкости звуковых волн придется увеличить мощность излучателей в два раза.
• Амплитудно-частотная характеристика – это график, представляющий зависимость давления звука в децибелах от частоты сигнала в герцах. Для получения идеально чистого звука данный график должен представлять собой прямую линию, параллельную горизонтальной оси. Любые проседания на графике выражаются в более или менее серьезных искажениях издаваемого динамическими излучателями звука.
• Частотный диапазон. Разность между максимальной и минимальной частотами, которые способна воспроизводить колонка с помощью всех используемых динамических излучателей. Диапазон может полностью реализовываться одним широкополосным динамиком или разделяться между двумя или тремя излучателями. В таком случае сверхнизкие частоты отходят сабвуферу, а сверхвысокие – твиттеру. Качество воспроизводимых частот напрямую зависит от диаметра динамиков и материалов, использованных при их конструировании.

От этих сугубо физических параметров качество звука зависит больше всего, поэтому именно информацию об этих показателях нужно узнавать в первую очередь. Конечно, по большей части все это относится только к первоклассным колонкам из средней и высокой ценовой категории. При покупке простых колонок, тем более портативных, ничто, кроме мощности, смысла особого не имеет и даже, как правило, не указывается производителями в спецификациях той или иной модели.

На что же еще стоит обращать внимание при покупке колонок?

Общие характеристики

Более общие параметры колонок помогут понять, будет ли удобно пользоваться данными устройствами.

Тип системы

Существуют аналоговые и цифровые, стерео и многоканальные акустические системы. Определить первую характеристику можно по типу используемых для соединения элементов системы кабелей и разъемов:

• аналоговые системы низкой категории объединяются при помощи стандартных разъемов диаметром 3,5 мм (миниджек) или акустических двух кабелей с клеммами (красный и черный – по одному на каждый канал);
• передача цифрового звука осуществляется посредством кабелей, присоединяемых к разъемам S/PDIF, HDMI и подобным.

Что же касается количества каналов, на которые разделяется поток звуковой информации звуковой картой, то тут все еще проще. Этот параметр определяется количеством колонок. Это количество может варьироваться в широких количествах, могут комбинироваться следующие типы акустических устройств:

• фронтальные – выводят основные каналы, создающие большую часть звукового наполнения, количество – 2, могут называться стереопарой, формируя акустическую систему 2.0;
• боковые (сателлиты) – дополняют общий звуковой фон;
• задние – создают эффект окружения, показывая дистанцию до источников звука и помогая слуху примерно представить их расположение в пространстве;
• центральная – придает звуку наполненность, используется зачастую для распределения каналов – при этом только эта колонка соединяется со звуковой платой источника звука, а также с помощью этой колонки осуществляется управление акустической системой;
• сабвуфер – специальная колонка больших размеров, наполняющая звук сверхнизкими частотами, находящимися на грани слышимости.

Соответственно, количество каналов может варьироваться от 2 – в системах с двумя фронтальными колонками до 7.1 – в полноценных системах со всеми каналами, включая сателлиты и сабвуфер.

Количество динамиков

Одна колонка может комплектоваться не только одним динамическим излучателем, поскольку такая схема не позволяет полноценно раскрыть весь диапазон звуковых частот. Динамиков в одном корпусе может быть 1, 2, 3 и, в некоторых случаях, даже больше.

• низкочастотный – отвечает за воспроизведение сверхнизкой области звукового спектра – это единственный динамик, имеющийся в сабвуфере, он имеет зачастую очень большие размеры;
• среднечастотный – излучает основной спектр звуков;
• высокочастотный (твиттер) – воспроизводит самые высокие звуки, в пределах 2-20 кГц.

Динамиков любого типа может быть один или два; обычно дополнительный громкоговоритель используется для увеличения мощности звука. Если полный спектр частот лежит на одном динамике, то такая колонка называется широкополосной.

Материалы изготовления

На качество звука весьма косвенно, но все же влияют материалы, из которых изготовлены все элементы колонки.

В первую очередь влияние имеет, конечно, качество диффузорной мембраны. Она может быть изготовлена как из тонкого пластика, так и из простой бумаги – любого материала, способного вибрировать под действием движущейся катушки. В дорогих моделях колонок может использоваться титан.

Не менее важны особенности корпуса. Он должен хорошо поглощать и направлять звуковые волны. Для этого при его изготовлении должен использоваться либо высококачественный пластик, либо древесина средней плотности – ДСП, фанера или ДВП. Кроме того, изнутри стенки корпуса должны быть отделаны звукопоглощающим материалом. В конструкции желательно присутствие фазоинвертора.

Основываясь на знании всех факторов, влияющих на качество издаваемого колонками звука, любой человек сможет подобрать наиболее качественную акустическую систему для своего дома. Но главное, как уже было сказано – полагаться на свой слух, который никогда не обманет.