О чувствительности динамиков и АС, мощности и прочем

Динамические головки прямого излучения и акустические системы (АС) характеризуются показателями, определяющими эффективность и качество ее работы. К ним в частности относится чувствительность или отдача.
Чувствительность АС — звуковое давление, развиваемое ею в определенной точке (обычно на расстоянии 1 м по ее оси), при подведении к ее зажимам определенного напряжения. Это понятие чувствительности удобно для оценки АЧХ, но неприемлемо при сравнении АС с разным электрическим сопротивлением, т. к. потребляемая мощность будет различна.

В разное время этот параметр измерялся по-разному, поэтому иногда бывает затруднительно сравнивать динамики и АС разных лет выпуска между собой.
Мне пришлось иметь дело с тремя стандартами: первый применяли для изделий советских времен, условно назову его ГОСТ, второй повсеместно применяется сегодня, пусть это будет МЭК, с третьим я столкнулся в паспорте к «винтажным» импортным Hi-Fi АС, пусть это будет DIN. Не буду останавливаться на методике измерений по этим стандартам, меня больше заинтересовало другое — как сравнить эти стандарты между собой. Цель — оценить возможности динамиков и АС и их пригодность для работы, например, с ламповыми усилителями небольшой мощности.

В результате вычислений удалось составить таблицу, аналогов ей я нигде не встречал.

Чувствительность менее 84 дБ считается неприличной, а более 97 дБ встречается редко.
Важный момент. Чувствительность динамических головок прямого излучения должна измеряться на специальном акустическом щите. Она измеряется в ряде точек в определенном диапазоне частот и затем усредняется.

Динамическая головка и АС являются сложными и нелинейными электромеханическими системами, поэтому чувствительность АС может заметно отличаться от чувствительности входящих в нее динамических головок. Простая аналогия — освещенность от лампочки отличается от освещенности от той же лампочки в абажуре или прожекторе.

Надо отметить, что чувствительность по ГОСТ и DIN измеряется при определенной мощности, а по МЭК при определенном напряжении на головке. Это дает широкие возможности нечестным шулерам-маркИтологам. Декларируется измерение при подаваемом напряжении 2 В на головку сопротивлением 4 Ом и 2,8 В на 8 Ом. На первый взгляд всё правильно – 1 Ватт. Но дело в том, что из-за нечистоплотной конкуренции с целью завысить реальную чувствительность, сопротивление головок стали уменьшать, а мощность при измерениях стала расти. В последнее время обнаглели до того, что стали подавать напряжение 2,8 на все головки сопротивлением 8 Ом и ниже. Где-то это пишут в паспорте (но мало кто это понимает), где-то умалчивают. Разница при таком шулерстве для головок 4 Ома составляет 3 дБ по мощности, а это немало.

Если рассмотреть тенденцию развития, можно увидеть, что в ламповую эпоху головки обладали высокой чувствительностью (рядовые советские образцы – от 90 дБ, а такие как 6ГД1-РРЗ — 96 дБ) и относительно скромными низкими частотами. Это хорошо стыковалось с ламповыми усилителями и источниками звука. Кроме того, тогда были исключительно натуральные инструменты и голоса исполнителей. Прогрес привел к тому, что в моду вошли ненатуральные инструменты и фальшивые голоса с электронной коррекцией, электромузыкальные инструменты могли генерировать любые частоты.

Мощность усилителей перестала быть проблемой, появились динамические головки с очень низкими резонансными частотами. Они не могли работать в открытом оформлении, им нужен был ЗИ или ФИ. Эти типы оформления могли использовать относительно малые корпуса, таким образом, выполнялось еще одно требование прогрэсса — миниатюрность.

Казалось бы, всё хорошо и надо только радоваться, но постепенно проявились недостатки. На смену одной широкополосной головке, воспроизводящей весь диапазон частот, пришли двух- и трехполосные АС. Проблема стыковки головок, фазовые сдвиги, источники звука переместились из одной точки в несколько. Тяжелые диффузоры оказались инерционными и стали плохо воспроизводить самый важный для слуха участок — фронты звуковых импульсов. В результате по синусоидальному генератору все оказалось замечательно, а на слух — не всегда. Кроме того, новые АС в силу малой чувствительности, плохо совместимы с маломощными однотактными ламповыми усилителями.

С этими и другими проблемами идет борьба, но это оказалось не просто и очень не дешево. Во многом, поэтому сегодня снова популярны ламповые усилители, которые требуют для себя соответствующих высокочувствительных, легких и детальных АС. К сожалению, они обычно громоздки, тяжелы, да и любителям мяса с колбасой они обычно не нравятся.

Сегодня при приобретении головок обычно смотрят только на их мощность и диапазон частот. Сравним для примера 35ГДН-1 и 6ГД1- РРЗ. Первая по названию в 6 раз мощнее. Сравним с учетом чувствительности. 25 Ватт номинальной мощности 35ГДН-1 при чувствительности 84 дБ/Вт/м что соответствует 0,1 н/кв.м. При номинальной мощности 25 Вт уровень звукового давления будет, как у 6ГД1- РРЗ при мощности 1,5 Вт. В первом случае потребуется транзисторный усилитель мощностью в десятки ватт, во втором маломощный ламповый усилитель. Кроме того, на 6ГД1- РРЗ можно подать мощность в 4 раза выше, и уровень звукового давления (громкости) будет на 6 дБ выше.

Теперь рассмотрим, какой уровень громкости рекомендовал ГОСТ (не секрет, что все эти параметры брали у загнивающего запада, а не разрабатывались самостоятельно). Для высшего и первого класса это 1 Паскаль (94 дБ). Ровная цифра явно взята не из испытаний, а для красоты и удобства, ну ладно. Эксперименты показали, что нормальные люди предпочитают уровень менее 80 дБ, а ненормальные — всякие звукорежиссеры (я включу сюда и аудиофилов) 90 дБ. Поэтому пусть будет 94, но пытаться получить дома уровень громкости симфонического оркестра в его гуще или рок-группы…

Для 35ГДН-1 надо подать 10 Ватт и расстояние 1 метр. Считается, что на 2 м мощность должна быть в 4 раза выше и потребуются 40 Ватт, но учитывая, что квартира — не заглушенная камера, номинальных 25 Ватт должно хватить. Для 6ГД1- РРЗ на 1 метре хватит 0,63 Ватта, на двух — 2,5 Ватта с запасом. Это для иллюстрации таблицы. Мы не рассматриваем здесь акустическое оформление и частотный диапазон, неравномерность АЧХ и пр.

Мне могут сказать, что я выдумал какую-то мощность DIN, дескать, такой не бывает. Приведу параметры своих АС Tandberg 2510. В общем-то, из-за них я и стал копать.

А вот более ранние колонки с «ламповой» чувствительностью и номинальной мощностью всего-то 8 Ватт, что соответствует 80-ти ваттам класса 35ГДН-1. Примерно в 70-е годы закончилась эпоха фирм, выпускавших добротную высококачественную технику небольшими тиражами. Они уделяли больше внимания качеству своей продукции, и меньше прибыли, поэтому Юго-Восточно-Азиатский прогресс раздавил такие фирмы (тот же норвежский Tandberg).
Новое время, новые люди, новая техника, новая музыка, новое мЫшление.

Я не претендую на истину и полный дилетант в вопросах акустики, но знающие люди почему-то очень мало пишут по данному вопросу.
Если кто-то аргументировано и доказательно исправит мои ошибки, я буду рад.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.

Источник

Подробная расшифровка некоторых характеристик акустики

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).

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.

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.

Источник

Что такое чувствительность колонок и на что влияет?

Всем привет! В сегодняшнем посте разберем такой параметр как чувствительность колонок: что это такое, на что влияет и насколько она важна с точки зрения эксплуатации.

Что это за параметр у акустических систем

Сложно спорить с тем, что качество звука – понятие субъективное. Например, потребляемую мощность в ваттах или создаваемое звуковое давление в децибелах еще можно измерить – пускай даже в специальной лаборатории.

Качество аудио звука – характеристика относительная. Измерить ее невозможно: нет ни эталонных единиц, которые можно хранить в плане мер и весов, ни приборов, фиксирующих субъективные ощущения слушателя.

Это иногда становится причиной сетевых споров на компьютерных форумах или аудиофильских сайтах. Для непритязательного пользователя, да еще и туговатого на ухо, даже самые дешевые китайские офисные «пищалки» могут звучать божественно.

Для человека с тонкой душевной организацией и абсолютным музыкальным слухом даже дорогущая квадросистема для ПК – «не очень», ведь можно и лучше.

На качество воспроизведения существенно влияет такая характеристика как чувствительность. Это – параметр, определяющий КПД излучателей.Чувствительность звуковой колонки характеризуется как отношение звукового давления, создаваемого на определенном частотном диапазоне, при расстоянии до рабочей поверхности 1 м, при мощности 1 Вт. Измеряется этот параметр в децибелах.

Грубо говоря, колонка с высокой чувствительностью будет звучать громче колонки с низкой, при одинаковом входном сигнале.

Какая должна быть чувствительность колонки

Сегодня чувствительность менее 85 Дб можно встретить на некачественных «паленых» колонках, производимых в наполовину кустарных условиях. С другой стороны, выше 95 Дб – это уже удел аудиосистем класса Hi-Fi, которые и стоят соответственно.

В среднем, 90 дб, 91 дб или 92 дб – не слишком большая разница в параметрах и вполне приличный показатель для домашней стереосистемы.

Способы увеличения чувствительности

Итак, с тем, чувствительность в дб — что это, мы разобрались, как и с тем, для акустических динамиков дб, какое лучше. Осталось выяснить, как можно повысить чувствительность акустической системы, в том числе своими руками.

Так как любая колонка – электро-механический-акустический преобразователь, увеличить общий КПД такой системы можно на каждом из этапов.

Коэффициент электромеханической связи излучателя

Этот коэффициент, который обозначается BL, зависит от индукции в зазоре и длины проводников в нем – тех, на которые действует магнитное поле. Индукцию можно увеличить, повысив силу или количество магнитов, или уменьшив магнитный зазор в любой из плоскостей.

Прибавка к длине проводника возможна при наращивании количества витков катушки, что ведет к ее увеличению по диаметру. Если увеличивать эти показатели, не корректируя прочие параметры, растет чувствительность на средних и высоких частотах. НЧ остаются без изменений, поэтому данный метод для таких динамиков не подходит.

Масса подвижных частей

Снизив вес мембраны и прочих подвижных частей излучателя, можно добиться того, что она создаст большее звуковое давление, при меньшем прилагаемом усилии. Однако с улучшением таких характеристик, система в целом становится менее прочной и ее жесткость снижается.

При сильных перегрузках возможны существенные искажения звука и даже выход системы из строя. Кроме того, конструкторы ограничены используемыми материалами и технологиями: снижать массу бесконечно невозможно, не теряя при этом в прочих характеристиках.

Возможно, в будущем появятся более совершенные технологии, которые позволят создавать очень мощные колонки небольших габаритов.

Площадь излучателей

При увеличении площади диффузора, увеличивается его чувствительность. При этом снижается прочность конструкции в целом и наблюдаются искажения на высоких частотах.

Трансформация в рупор

С помощью такого способа можно заставить небольшой легкий динамик выдавать приличное звучание на низких частотах. Однако чтобы создать корпус подходящей формы, требуются серьезные познания в акустике – при несоответствии, никакого эффекта добиться не получится.

Способ самый наименее затратный, в плане расхода материалов, но самый дорогостоящий, с точки зрения разработки соответствующей конструкции.

Как видите, любой из способов увеличения чувствительности динамиков требует от пользователя «танцев с бубном» для достижения эффекта – не так то просто переделать даже конструкционно несложный динамик, согласно собственным потребностям.

В ряде случаев проще сразу купить хорошую акустическую систему, чем пытаться усовершенствовать некачественную. С другой стороны, это широкое поле деятельности для разного рода экспериментов, особенно если вы знаете в этом толк.

О том, что такое частотный диапазон в акустических колонках и какой показатель лучше, рекомендую почитать здесь — очень пригодиться при выборе.

Также советую ознакомиться с публикациями «Какие бывают разъемы для подключения колонок» и «От чего фонит акустическая система». Буду признателен каждому персонально, кто поделится этой статьей в социальных сетях. До завтра, пока!

Источник