Эквивалентный объем сабвуфера что это

Параметры электродинамических головок

Прежде чем делать ящик для сабфувера нужно выбрать динамическую головку, под которую, собственно, и будут рассчитаны его основные физические параметры. Для выбора динамика необходимо знать как можно больше его электромеханических параметров.

Абсолютный минимум данных это:

• Резонансная частота динамика F_s
• Полная добротность Q_ts
• Эквивалентный объем V_as

Если же вы не знаете хотя бы одного из этих параметров динамиков, а самому их измерить у вас нет возможности — браться за этот динамик не стоит. Ничего путного вы сделать, скорее всего, не сможете. Хотя некоторые производители их указывают на коробке, но надо понимать, что они могут быть усреднены.

Резонансная частота (F_s)

Давайте сначала ответит на вопрос, что такое резонансная частота динамика (один из самых важных основных параметров):

Она измеряется без какого-либо акустического оформления — динамик подвешивают в воздухе на возможно большем расстоянии от окружающих предметов, так что теперь его резонанс будет зависеть только от его собственных характеристик — массы подвижной системы и жесткости подвески.

Бытует мнение, что чем ниже резонансная частота, тем лучше выйдет сабвуфер. Это верно только отчасти, для некоторых конструкций излишне низкая частота резонанса — помеха. Для ориентира: низкая — это 20–25 Гц. Ниже 20 Гц — редкость. Выше 40 Гц — считается высокой, для сабвуфера.

Полная добротность (Q_ts)

Подвижная система динамика во много сродни подвеске автомобиля, где есть пружина и амортизатор. Пружина создает упругие силы, то есть накапливает и отдает энергию в процессе колебаний, а амортизатор — источник вязкого сопротивления, он ничего не накапливает, а поглощает и рассеивает в виде тепла.

То же самое происходит при колебаниях диффузора и всего, что к нему прикреплено. Высокое значение добротности означает, что преобладают упругие силы. Это — как автомобиль без амортизаторов. Достаточно наехать на камешек и колесо начнет прыгать, ничем не сдерживаемое. Прыгать на той самой резонансной частоте, которая присуща этой колебательной системе.

Применительно к громкоговорителю это означает выброс частотной характеристики на частоте резонанса, тем больше, чем выше полная добротность системы. Самая высокая добротность, измеряемая тысячами — у колокола, который в результате ни на какой частоте, кроме резонансной звучать не желает, благо еще, что этого от него никто и не требует.

Популярный метод диагностики подвески машины покачиванием — не что иное как измерение добротности подвески кустарным способом. Если теперь привести подвеску в порядок, то есть прицепить параллельно пружине амортизатор, накопленная при сжатии пружины энергия уже не вся вернется обратно, а частично будет загублена амортизатором. Это — снижение добротности системы.

Теперь опять вернемся к динамику. Ничего, что мы туда-сюда ходим? Это, говорят, полезно. С пружиной у динамика все, вроде бы, ясно. Это — подвеска диффузора. А амортизатор? Амортизаторов — целых два, работающих параллельно. Полная добротность динамика складывается из двух: механической и электрической.

Механическая добротность определяется главным образом выбором материала подвеса, причем в основном — центрирующей шайбы, а не внешнего гофра, как иногда полагают. Больших потерь здесь обычно не бывает и вклад механической добротности в полную не превышает 10–15%. Основной вклад принадлежит электрической добротности.

Самый жесткий амортизатор, работающий в колебательной системе динамика — это ансамбль из звуковой катушки и магнита. Будучи по своей природе электромотором, он как и полагается мотору, может работать как генератор и именно этим и занят вблизи частоты резонанса, когда скорость и амплитуда перемещения звуковой катушки — максимальны.

Двигаясь в магнитном поле, катушка вырабатывает ток, а нагрузкой для такого генератора служит выходное сопротивление усилителя, то есть практически — ноль. Получается такой же электрический тормоз, каким снабжены все электрички.

Там тоже при торможении тяговые двигатели заставляют работать в режиме генераторов, а нагрузка их — батареи тормозных сопротивлений на крыше. Величина вырабатываемого тока будет, естественно, тем больше, чем сильнее магнитное поле, в котором движется звуковая катушка. Получается, что чем мощнее магнит динамика, тем ниже, при прочих равных, его добротность.

Но, конечно, поскольку в формировании этой величины участвуют и длина провода обмотки, и ширина зазора в магнитной системе, окончательный вывод только на основании размера магнита было бы делать преждевременно. А предварительный — почему нет? Базовые понятия Ч низкой считается полная добротность динамика меньше 0,3–0,35; высокой — больше 0,5–0,6.

Эквивалентный объем (V_as)

Начнем с определения эквивалентного объема. Что это такое?

Большинство современных головок громкоговорителей основано на принципе «акустического подвеса». Концепция акустического подвеса заключается в установке динамика в такой объем воздуха, упругость которого сопоставима с упругостью подвеса динамика. При этом получается, что в параллель к уже имеющейся в подвеске пружине поставили еще одну.

Эквивалентным объемом будет при этом такой, при котором вновь появившаяся пружина равна по упругости уже имевшейся. Величина эквивалентного объема определяется жесткостью подвеса и диаметром динамика. Чем мягче подвес, тем больше будет величина воздушной подушки, присутствие которой начнет беспокоить динамик.

То же происходит с изменением диаметра диффузора. Большой диффузор при одном и том же смещении будет сильнее сжимать воздух внутри ящика, тем самым испытывая большую ответную силу упругости воздушного объема. Именно это обстоятельство зачастую определяет выбор размера динамика, исходя из имеющегося объема для размещения его акустического оформления.

Большие диффузоры создают предпосылки для высокой отдачи сабвуфера, но требуют и больших объемов. У эквивалентного объема интересные родственные связи с резонансной частотой, без осознания которых легко промахнуться. Резонансная частота определяется жесткостью подвеса и массой подвижной системы, а эквивалентный объем — диаметром диффузора и той же жесткостью.

В результате возможна такая ситуация: предположим, имеется два динамика одинакового размера и с одинаковой частотой резонанса. Но только у одного из них это значение частоты получилось вследствие тяжелого диффузора и жесткой подвески, а у другого — наоборот, легкого диффузора на мягком подвесе.

Эквивалентный объем у такой парочки при всей внешней схожести может различаться очень существенно, и при установке в один и тот же ящик результаты будут драматически различны.

Изготовление домашнего сабвуфера: Часть 3 “Подготовительный этап — выбор динамика для сабвуфера”

T еперь стоит позаботится о «сердце» сабвуфера — динамической головке. Сразу предупрежу — как он выглядит, размер магнита и прочие визуальные параметры нас вообще не интересуют (тем более его видно и не будет), только лишь размеры. А вот факторы, влияющие на звук, например параметры Тиля-Смолла (набор электроакустических параметров, который определяет поведение динамика в НЧ диапазоне) нам будут очень кстати.

Опять немного теории (если интересно).

Речь пойдёт о том, что важно знать об акустике на самом деле. А именно — о знаменитых параметрах Тиля — Смола.

K ому выпала честь носить имена параметров Тиля и Смолла? Вспомним и это. Первым в связке идёт Альберт Невил Тиль (в оригинале A. Neville Thiele, «А» почти никогда не расшифровывается). И по возрасту, и по библиографии. Тилю сейчас 84 года, а когда ему было 40, он опубликовал историческую работу, в которой впервые было предложено проводить расчёты характеристик громкоговорителей на основе единого набора параметров, причём удобным и воспроизводимым образом.

Там, в работе 1961 года, было, в частности, сказано: «Характеристики громкоговорителя в области низких частот могут быть адекватно описаны с помощью трёх параметров: резонансной частоты, объёма воздуха, эквивалентного акустической гибкости громкоговорителя, и отношения электрического сопротивления к сопротивлению движению на резонансной частоте. По этим же параметрам определяется и электроакустическая эффективность. Я обращаюсь к производителям громкоговорителей с просьбой публиковать эти параметры как часть основных сведений об их изделиях».

Просьба Невилла Тиля была услышана индустрией только через десятилетие, в это время Тиль уже работал вместе с Рихардом Смоллом, уроженцем Калифорнии. По-калифорнийски пишется Richard Small, но почему-то уважаемый доктор предпочитает немецкий вариант произношения собственного имени. Смоллу в этом году исполняется 70, между прочим — юбилей поважнее многих. В начале семидесятых Тиль и Смолл окончательно довели до ума предложенный ими подход к расчёту громкоговорителей.

Сейчас Невилл Тиль — почётный профессор одного из университетов у себя на родине, в Австралии, а последняя профессиональная позиция Д-ра Смолла, за которой нам удалось уследить — главный инженер департамента автомобильной аудиотехники Harman-Becker. Ну и, само собой, оба — в составе руководства международного общества инженеров-акустиков (Audio Engineering Society). В общем, оба живы здоровы.

КАРТА ПЕРВАЯ, ИЗМЕРЯЕМАЯ В ГЕРЦАХ

Итак: параметр Тиля — Смолла №1 — собственная резонансная частота динамика. Обозначается всегда Fs, независимо от языка публикации. Физический смысл предельно прост: раз динамик — колебательная система, значит, должна быть частота, на которой диффузор будет колебаться, будучи предоставлен сам себе. Как колокол после удара или струна после щипка. При этом имеется в виду, что динамик абсолютно «голый», не установлен ни в какой корпус, как бы висит в пространстве. Это важно, поскольку нас интересуют параметры собственно динамика, а не того, что его окружает.

Диапазон частот вокруг резонансной, две октавы вверх, две октавы вниз — это и есть область, где действуют параметры Тиля — Смолла. Для сабвуферных головок, ещё не установленных в корпус, Fs может составлять от 20 до 50 Гц, у мидбасовых динамиков от 50 (басовитые «шестёрки») до 100–120 («четвёрки»). У диффузорных среднечастотников — 100–200 Гц, у купольных — 400–800, у пищалок — 1000–2000 Гц (бывают исключения, очень редкие).

K ак определяют собственную резонансную частоту динамика? Нет, как чаще всего определяют — ясно, читают в сопроводительной документации или в отчёте о тесте. Ну а как её изначально узнали? С колоколом было бы проще: дал по нему чем-нибудь и измерил частоту производимого гудения. Динамик же в явной форме ни на какой частоте гудеть не будет. То есть он хочет, но ему не даёт присущее его конструкции затухание колебаний диффузора. В этом смысле динамик очень сходен с автомобильной подвеской, и этой аналогией я пользовался не раз и ещё буду. Что произойдёт, если качнуть на подвеске автомобиль с пустыми амортизаторами? Он хоть несколько раз, но качнётся на собственной резонансной частоте (где есть пружина, там будет и частота). Амортизаторы, сдохшие только отчасти, остановят колебания после одного-двух периодов, а исправные — после первого же качка. В динамике амортизатор главнее пружины, причём здесь их даже два.

Первый, более слабый, работает благодаря тому, что происходит потеря энергии в подвесе. Не случайно гофр делается из специальных сортов каучука, мячик из такого материала от пола почти не будет отскакивать, специальная пропитка с большим внутренним трением выбирается и для центрирующей шайбы. Это как бы механический тормоз колебаний диффузора. Второй, гораздо более мощный — электрический.

B от как он работает. Звуковая катушка динамика — его мотор. В ней течёт переменный ток от усилителя, и катушка, находящаяся в магнитном поле, начинает двигаться с частотой подведенного сигнала, двигая, понятно, и всю подвижную систему, затем она и здесь. Но ведь катушка, двигающаяся в магнитном поле — это генератор. Который будет вырабатывать тем больше электричества, чем сильнее движется катушка. И когда частота станет приближаться к резонансной, на которой диффузор «хочет» колебаться, амплитуда колебаний возрастёт, и напряжение, производимое звуковой катушкой, будет расти. Достигнув максимума точно на резонансной частоте. Какое это отношение имеет к торможению? Пока никакого. Но представьте себе, что выводы катушки замкнули между собой. Теперь уже по ней потечёт ток и возникнет сила, которая по школьному правилу Ленца будет препятствовать движению, его породившему. А ведь звуковая катушка в реальной жизни замкнута на выходное сопротивление усилителя, близкое к нулю. Получается как бы электрический тормоз, приспосабливающийся к обстановке: чем с большим размахом пытается ходить туда-сюда диффузор, тем больше этому препятствует встречный ток в звуковой катушке. У колокола тормозов нет, кроме затухания вибраций в его стенках, а в бронзе — какое затухание…

КАРТА ВТОРАЯ, НЕ ИЗМЕРЯЕМАЯ НИ В ЧЁМ

M ощность тормозов динамика численно выражается во втором параметре Тиля — Смолла. Это — полная добротность динамика, обозначается Qts. Выражается численно, но не буквально. В смысле, чем мощнее тормоза, тем меньше величина Qts. Отсюда и название «добротность» в русском (или quality factor в английском, из которого возникло обозначение этой величины), что это как бы оценка качества колебательной системы. Физически добротность — отношение упругих сил в системе к вязким, иначе — к силам трения. Упругие силы сохраняют энергию в системе, попеременно перегоняя энергию из потенциальной (сжатая или растянутая пружина или же подвес динамика) в кинетическую (энергия движущегося диффузора). Вязкие норовят энергию любого движения превратить в тепло и безвозвратно рассеять. Высокая добротность (а у того же колокола она будет измеряться десятками тысяч) означает, что упругих сил намного больше, чем сил трения (вязких, это одно и то же). Это же означает, что на каждое колебание в тепло будет переходить только малая часть энергии, запасённой в системе. Поэтому, кстати, добротность — единственная величина в тройке параметров Тиля — Смолла, не имеющая размерности, это отношение одних сил к другим. Как рассеивает энергию колокол? Через внутреннее трение в бронзе, главным образом, потихоньку. Как это делает динамик, у которого добротность намного меньше, а значит, темпы потери энергии гораздо выше? Двумя способами, по числу «тормозов». Часть рассеивается через внутренние потери в упругих элементах подвеса, и эту долю потерь можно оценить отдельной величиной добротности, она носит название механической, обозначается Qms. Вторая, большая часть рассеивается в виде тепла от тока, проходящего по звуковой катушке. Тока, ей же выработанного. Это — электрическая добротность Qes. Суммарное действие тормозов определялось бы очень легко, если бы в ходу были не величины добротности, а наоборот, величины потерь. Мы бы их просто сложили. А раз мы имеем дело с величинами, обратными потерям, то и складывать придётся обратные величины, поэтому и выходит, что 1/Qts = 1/Qms + 1/Qes.

Типичные значения добротностей: механическая — от 5 до 10. Электрическая — от 0,2 до 1. Поскольку в дело идут обратные величины, то получается, что мы суммируем механический вклад в потери порядка 0,1–0,2 с электрическим, составляющим от 1 до 5. Ясно, что итог будет определяться в основном электрической добротностью, то есть главный тормоз динамика — электрический.

Так как же вырвать у динамика имена «трёх карт»? Ну хотя бы двух первых, до третьей ещё доберёмся. На помощь приходит всё та же звуковая катушка, пламенный мотор динамика. Ведь мы уже осознали: пламенный мотор подрабатывает и пламенным генератором. И в этом качестве как бы ябедничает об амплитуде колебаний диффузора. Чем большее напряжение появится на звуковой катушке как результат её колебаний вместе с диффузором, тем больше, значит, размах колебаний, тем ближе, значит, мы к резонансной частоте.

Как это напряжение измерить, притом что к звуковой катушке подведен сигнал от усилителя? То есть как разделить подведенное к мотору от выработанного генератором, это же на одних и тех же выводах? А не надо разделять, надо измерить получающуюся сумму.

Для этого поступают так. Динамик присоединяют к усилителю с возможно большим выходным сопротивлением, в реальной жизни это означает: последовательно с динамиком включают резистор с номиналом намного, в сто, как минимум, раз больше номинального сопротивления динамика. Скажем, 1000 Ом. Теперь при работе динамика звуковая катушка будет вырабатывать противо-ЭДС, вроде как для работы электрического тормоза, но торможения не произойдёт: выводы катушки замкнуты между собой через очень большое сопротивление, ток мизерный, тормоз — никудышный. Зато напряжение, по правилу Ленца противоположное по полярности подведенному («порождающему движение»), сложится с ним в противофазе, и если в этот момент измерить кажущееся сопротивление звуковой катушки, то покажется, что оно очень большое. На самом деле при этом противо-ЭДС не даёт току от усилителя беспрепятственно протекать по катушке, прибор это истолковывает как возросшее сопротивление, а как ещё?

Через измерение импеданса, того самого «кажущегося» (а на деле — комплексного, со всякими активными и реактивными составляющими, сейчас об этом не время) сопротивления и открываются две карты из трёх. Кривая импеданса любого диффузорного динамика, от Келлога и Райса до наших дней, выглядит, в принципе, одинаково, она даже фигурирует в логотипе какого-то электроакустического научного сообщества, сейчас забыл, какого. Горб на низких (для этого динамика) частотах обозначает частоту его основного резонанса. Где максимум — там и вожделенная Fs. Элементарнее не бывает. Выше резонанса наступает минимум полного сопротивления, его-то обычно и принимают за номинальное сопротивление динамика, хотя, как видите, оно остаётся таким только в небольшой полосе частот. Выше полное сопротивление начинает вновь расти, теперь уже из-за того, что звуковая катушка — не только мотор, но и индуктивность, сопротивление которой растёт с частотой. Но туда мы сейчас ходить не будем, там интересующие нас параметры не живут.

Куда сложнее с величиной добротности, но, тем не менее, исчерпывающая информация о «второй карте» тоже содержится в импедансной кривой. Исчерпывающая, потому что по одной кривой можно вычислить и электрическую Qes, и механическую добротность Qms, по отдельности. Как потом сделать из них полную Qts, реально необходимую при расчёте оформления, мы уже знаем, дело нехитрое, не бином Ньютона.

Как именно определяются искомые величины по импедансной кривой, мы обсудим в другой раз, когда разговор пойдёт о методах измерения параметров. Сейчас будем исходить из того, что кто-то (производитель акустики или соратники вашего покорного слуги) это за вас сделали. Но отмечу вот что. Существует два заблуждения, связанных с попытками экспресс-анализа параметров Тиля — Смолла по виду кривой импеданса. Первое — совсем лоховское, его мы сейчас развеем без следа. Это когда глядят на кривую импеданса с огромным горбом на резонансе и восклицают: «Ничего себе добротность!» Типа — высокая. А глядя на маленький пупырышек на кривой, заключают: раз пик импеданса так приглажен, значит, у динамика высокое демпфирование, то есть — низкая добротность.

Так вот: в самом простом варианте это ровно наоборот. Что означает высокий пик импеданса на частоте резонанса? Что звуковая катушка вырабатывает много противо-ЭДС, предназначенной для электрического торможения колебаний диффузора. Только при таком включении, через большое сопротивление, ток, необходимый для работы тормоза, не протекает. А когда такой динамик окажется включён не для измерений, а нормально, напрямую от усилителя, тормозящий ток пойдёт будь здоров, катушка станет могучим препятствием на пути неумеренных колебаний диффузора на его любимой частоте.

При прочих равных можно грубо оценить добротность по кривой, причём именно помня: высота импедансного пика характеризует потенциал электрического тормоза динамика, следовательно, чем он выше, тем НИЖЕ добротность. Будет ли такая оценка исчерпывающей? Не совсем, как было сказано, она останется грубой. Ведь в импедансной кривой, как уже говорилось, закопана информация и о Qes, и о Qms, выкопать которую можно (вручную или с помощью компьютерной программы), проанализировав не только высоту, но и «ширину плеч» резонансного горба. По этому поводу мы тут поставили несколько вычислительных экспериментов, кому интересно — посмотрите.

А как добротность сказывается на форме АЧХ динамика, нас ведь именно это интересует? Как сказывается — решающим образом сказывается. Чем ниже добротность, то есть чем мощнее внутренние тормоза динамика на резонансной частоте, тем ниже и более плавно спадая, пройдёт вблизи резонанса кривая, характеризующая создаваемое динамиком звуковое давление. Минимальная неравномерность в этой полосе частот будет при Qts, равной 0,707, что принято называть характеристикой Баттерворта. При высоких значениях добротности кривая звукового давления начнёт «горбиться» вблизи резонанса, понятно почему: тормоза слабые.

Бывает ли «хорошая» или «плохая» полная добротность? Сама по себе — нет, потому что, когда динамик окажется установлен в акустическое оформление, в качестве которого сейчас будем рассматривать только закрытый ящик, и частота его резонанса, и полная добротность станут другими. Почему? Потому что и то и то зависит от упругости подвеса динамика. Резонансная частота зависит только от массы подвижной системы и жёсткости подвеса. С ростом жёсткости Fs растёт, с ростом массы — падает. Когда динамик установлен в закрытый ящик, воздух в нём, обладающий упругостью, начинает работать дополнительной пружиной в подвесе, общая жёсткость повышается, Fs растёт. Растёт и полная добротность, поскольку она — отношение упругих сил к тормозящим. Возможности тормозов динамика от его установки в некий объём не изменятся (с чего бы?), а суммарная упругость — возрастёт, добротность — неизбежно возрастёт. И никогда не станет ниже, чем была у «голого» динамика. Никогда, это — нижний предел. Насколько всё это возрастёт? А это зависит от того, насколько жёсткий у динамика собственный подвес. Смотрите: одно и то же значение Fs можно получить при лёгком диффузоре на мягком подвесе или при тяжёлом — на жёстком, масса и жёсткость действуют в противоположных направлениях, а итог может оказаться численно равным. Теперь если мы поставим в какой-то объём (обладающий полагающимся этому объёму упругостью) динамик с жёстким подвесом, то он небольшого возрастания суммарной жёсткости и не заметит, величины Fs и Qts изменятся не сильно. Поставим туда же динамик с мягким подвесом, по сравнению с жёсткостью которого «воздушная пружина» будет уже существенной, и увидим, что суммарная жёсткость изменилась сильно, а значит, Fs и Qts, исходно такие же, как у первого динамика, изменятся существенно.

В тёмные «дотилевские» времена для расчёта новых значений частоты резонанса и добротности (они, чтобы не путать с параметрами «голого» динамика, обозначаются как Fc и Qtc) нужно было знать (или измерить) непосредственно упругость подвеса, в миллиметрах на ньютон приложенной силы, знать массу подвижной системы, а потом мудрить с программами расчёта. Тиль предложил концепцию «эквивалентного объёма», то есть такого объёма воздуха в закрытом ящике, упругость которого равна упругости подвеса динамика. Эта величина, обозначаемая Vas, и есть третья волшебная карта.

КАРТА ТРЕТЬЯ, ОБЪЁМНАЯ

K ак измеряют Vas — история отдельная, там есть забавные повороты. Для практики важно понять две вещи. Первая: предельно лоховское заблуждение (увы, тем не менее встречающееся), что приведенное в сопроводительных документах к динамику значение Vas — это объём, в который динамик надо ставить. А это всего лишь — характеристика динамика, зависящая только от двух величин: жёсткости подвеса и диаметра диффузора. Если поставить динамик в ящик с объёмом, равным Vas, резонансная частота и полная добротность возрастут в 1,4 раза (это квадратный корень из двух). Если в объём, равный половине Vas — в 1,7 раза (корень из трёх). Если сделать ящик объёмом в одну треть от Vas, всё остальное возрастёт вдвое (корень из четырёх, логика должна быть уже понятна и без формул).

В результате, действительно, чем меньше при прочих равных величина Vas у динамика, тем на более компактное оформление можно рассчитывать, сохраняя плановые показатели по Fc и Qtc. Компактность, однако, не даётся бесплатно. В акустике бесплатного вообще не бывает. Малое значение Vas при той же резонансной частоте динамика — результат сочетания жёсткого подвеса с тяжёлой подвижной системой. А от массы «подвижки» самым решительным образом зависит чувствительность. Поэтому все сабвуферные головки, отличающиеся возможностью работы в компактных закрытых корпусах, характеризуются и низкой чувствительностью по сравнению с коллегами с лёгкими диффузорами, но большими значениями Vas. Так что хороших и плохих значений Vas тоже не бывает, всему своя цена.

ВЕШАТЬ ИЛИ НЕ ВЕШАТЬ?

O бразное определение условий измерения Fs как резонансной частоты динамика, висящего в воздухе, породило заблуждение, что так и надо эту частоту измерять, и энтузиасты норовили действительно подвешивать динамики на проволоках и верёвках. Измерениям параметров акустики будет посвящён отдельный выпуск «ВВ», а то и не один, здесь же отмечу: в грамотных лабораториях динамики при измерениях зажимают в тиски, а не подвешивают к люстре.

Итоги вычислительного эксперимента, которые помогут желающим понять, как величины электрической и механической добротности выражаются в импедансных кривых. Мы взяли полный набор электромеханических параметров реально существующего динамика, а потом стали изменять некоторые из них. Сперва — механическую добротность, как будто заменяли материал гофра и центрирующей шайбы. Потом — электрическую, для этого уже понадобилось изменять характеристики привода и подвижной системы. Вот что получилось:

Реальная импедансная кривая низкочастотного динамика. По ней вычисляются два из трёх главных параметров

Кривые импеданса для разных значений полной добротности, при этом электрическая Qes одна и та же, равная 0,5, а механическая изменяется от 1 до 8. Полная добротность Qts изменяется вроде бы не сильно, а высота горба на графике импеданса — сильно, и очень, при этом чем меньше Qms, тем он становится острее

Зависимость звукового давления от частоты при тех же значениях Qts. При измерении звукового давления важна только полная добротность Qts, поэтому совершенно непохожим кривым импеданса соответствуют не такие уж разные кривые звукового давления от частоты

Те же значения Qts, но теперь всюду Qms = 4, а Qes меняется так, чтобы выйти на те же значения Qts. Значения Qts те же, а кривые совсем другие и различаются между собой намного меньше. Нижние, красные кривые получены для тех значений, которые нельзя было получить в первом опыте при фиксированной Qes = 0,5

Кривые звукового давления для разных Qts, полученных изменением Qes. Четыре верхние кривые по форме — точно такие же, как когда мы меняли Qms, их форма определяется значениями Qts, а они остались прежними. Нижние, красные кривые, полученные для Qts больше 0,5, разумеется, другие, и на них начинает расти горб, обусловленный повышенной добротностью.

А вот теперь обратите внимание: дело не только в том, что при высоких Qts на характеристике появляется горб, при этом снижается чувствительность динамика на частотах выше резонансной. Объяснение простое: при прочих равных Qes может возрастать только с ростом массы подвижной системы или с уменьшением мощности магнита. И то и другое ведёт к падению чувствительности на средних частотах. Так что горб на резонансной частоте — это, скорее, следствие провала на частотах выше резонансной. В акустике ничего бесплатного не бывает…

ВКЛАД МЛАДШЕГО ПАРТНЁРА

M ежду прочим: основоположник метода А.Н. Тиль намеревался учитывать в расчётах только электрическую добротность, полагая (справедливо для своего времени), что доля механических потерь пренебрежимо мала по сравнению с потерями, вызванными работой «электрического тормоза» динамика. Вклад младшего партнёра, не единственный, впрочем, заключался в учёте Qms, теперь это стало важным: в современных головках используются материалы с повышенными потерями, которых не было в начале 60-х, и нам попадались динамики, где величина Qms составляла всего лишь 2–3, при электрической под единицу. При таких делах не учитывать механические потери было бы ошибкой. И особенно важным это стало с внедрением феррожидкостного охлаждения в ВЧ-головках, там из-за демпфирующего действия жидкости доля Qms в полной добротности становится решающей, а пик импеданса на частоте резонанса становится почти не виден, как на первом графике нашего вычислительного эксперимента.

ТРИ КАРТЫ, ОТКРЫТЫЕ ТИЛЕМ И СМОЛЛОМ

1. Fs — частота основного резонанса динамика без всякого корпуса. Характеризует только сам динамик, а не готовую акустическую систему на его базе. При установке в любой объём может только возрастать.

2. Qts — полная добротность динамика, безразмерная величина, характеризующая относительные потери в динамике. Чем она ниже, тем больше подавлен резонанс излучения и тем выше пик сопротивления на импедансной кривой. При установке в закрытый ящик возрастает.

3. Vas — эквивалентный объём динамика. Равен объёму воздуха с такой же жёсткостью, что и у подвеса. Чем жёстче подвес, тем меньше Vas. При одной и той же жёсткости Vas растёт с ростом площади диффузора.

ДВЕ ПОЛОВИНКИ, СОСТАВЛЯЮЩИЕ КАРТУ №2

1. Qes — электрическая составляющая полной добротности, характеризует мощность электрического тормоза, препятствующего раскачке диффузора вблизи резонансной частоты. Обычно чем мощнее магнитная система, тем сильнее «тормоз» и тем меньше численно величина Qes.

2. Qms — механическая составляющая полной добротности, характеризует потери в упругих элементах подвеса. Потерь здесь намного меньше, чем в электрической составляющей, и численно Qms гораздо больше Qes.

Выбор

Итак, если Вы прочитали статью, то поняли, что искать головку нам нужно по трём основным параметрам:

· Полная добротность (QTS) — и чем она меньше — тем лучше. Я выбирал менее 0,5.

· Эквивалентный объём (Vas) — ну и при больших и при малых значениях есть своя выгода, так что никакой определённости на этом шаге.

· Резонансная частота (Fs) — для сабвуфера не должны выходить из диапазона 20–50 Гц.

Ходил на рынок 2 раза, один из них — безуспешный обзор имеющегося товара, очень пригляделся Mystery MO-12S, и очень хорошие отзывы покупателей в интернете, за исключением отзывов о ужасной центрирующей шайбе.

Далее от друзей узнал о «псевдоотечественной» головке под названием Ural AS-D12.3. Отзывы — в самом худшем случае положительные, цена — идеальная — 2500 рублей. Не долго думая отправился на радиорынок и купил сей товар.

Преимущества данного динамика:

· Диапазон воспроизводимых частот: 23–250 Гц

· Чувствительность: 92 Дб

· Магнитная система: 2 кольцевых магнита 140х20

· Звуковая катушка: количество катушек — 2, тип — TSV (понятия не имею что это значит), диаметр — 50 мм, кол-во слоёв — 4;

· Диффузор: материал диффузора — шубированная целлюлоза, подвес — вспененный полиуретан;

· Диаметр: 12 дюймов

· Корзина: литая рама

Параметры Тиля — Смолла:

Это параметры из документации, идущей в комплекте с «головкой». Одной из приятных особенностей является наличие двойной звуковой катушки (каждая по 4 Ом), что не является повышением качества звука или выдаваемой мощности, это всего лишь делает голову многофункциональной, например, если у Вас есть двухканальный усилитель, можно соединить контакты катушки последовательно (от + первой катушки к — второй, и от + второй к — первой), и произвести мостовое подключение к усилителю (с плюса правого канала на минус левого), тем самым создав нагрузку в 4 Ом (сумма катушек пополам). Можно подключить катушку к каждому каналу усилителя, но в этом случае необходима согласованность каналов (моно-сигнал на входе и 100%-ый баланс каналов), иначе беды не избежать. Собственно, что первый способ, что второй — смысл не меняется, общий импеданс равен 4 Ом.

Более интересным подключением является запараллеливание звуковых катушек (+ к + и — к –) которое позволяет увеличить принимаемую динамиком мощность, но было бы всё так просто! Многие домашние усилители не способны работать с такой низкой нагрузкой (близкой к короткому замыканию) и, в зависимости от типа усилителя, произойдёт ответное действие — или сработает механизм защиты, или выходные транзисторы (микросхемы) сгорят. Лично у меня усилитель подразумевает нормой работу в 2-ухомном режиме, но поканально! В мостовом режиме не пробовал и не собираюсь. Что же касается автомобильных усилителей (тем более моноблоков) — так это просто рай для сабвуферов. Попробую объяснить.

Если для домашнего усилителя является (безопасной) нормой работа в 4, 6, 8 и т.д. Ом, то автомобильные безупречно работают в 4, 2, 1 и даже 0,5 Омном режиме. Бытует мнение, что чем ниже импеданс АС (научное название сопротивления системы, измеряемое в Омах), тем хуже качество звука и наблюдается падение чувствительности… Либо у меня со слухом проблемы, либо это так незначительно, что я, пожалуй, буду этой гипотезой пренебрегать =). Поэтому, если есть возможность «играть» в минимальном импедансе — смело делайте это!

Так же приятной новостью оказалась чувствительность данного динамика, я ожидал за такую цену получить голову примерно с 86 Дб, а тут их целых 92(!). Разница в 6 Дб — это колоссальная разница, если не верите — можете узнать в специализированной литературе.

Параметры Тиля — Смолла (Fs, Qts, Vas)

Параметры сабвуфера Fs, Qts, Vas. Параметры Тиля — Смолла

Тиль и Смолл

Тиль и Смолл это два ученых, которые сформировали единый, общепринятый подход к вычислению характеристик низкочастотных динамиков на основе основных параметров (Fs, Qts, Vas).

Невил Тиль/A. Neville Thiele (слева), Ричард (Рихард) Смолл/Richard Small (справа)

Параметры Тиля — Смолла определяют поведение динамика в диапазоне низких частот

Для нас с вами эти параметры очень важны, так как они используются для расчета правильного акустического оформления динамика или проще — для расчета корпуса сабвуфера. Все необходимые данные вы можете найти в технической документации на саб, часто они указываются и на коробках. Ниже мы подробнее рассмотрим основные параметры для понимания звуковых процессов и нюансов при выборе сабвуфера.

Параметры (Fs, Qts, Vas)

Fs — резонансная частота динамика

Резонансная частота (Fs) — частота резонанса сабвуфера без акустического оформления (без корпуса).

Fs меньше 25 Гц считается низкой, а больше 40 Гц — высокой. Резонансная частота зависит от общей жесткости подвеса сабвуфера и массы его подвижной системы. Общая жесткость, в свою очередь, зависит от жесткости центрирующей шайбы и жесткости подвеса диффузора.

Сms — гибкость подвеса подвижной системы динамика, м/Н,

Mms — масса подвижной системы (включая массу двигаемого воздуха), кг.

Qts — полная добротность

Полная добротность (Qts) — это упругость (контроль) динамика в районе резонансной частоты (Fs).

Другими словами — чем выше добротность, тем сильнее «болтается» саб в районе своей резонансной частоты (Fs), а чем ниже, тем эффективнее колебания гасятся (контролируются).

Складывается из механической добротности, которая зависит в основном от материала центрирующей шайбы, а не подвеса диффузора, как многие думают и электрической добротности, зависящей от величины магнита, длины обмотки катушки и ширины зазора в магнитной системе. От полной добротности механическая составляет 10-15%, а электрическая 90-85%, соответственно.

Низкой добротностью считается значение 0.3-0.35, высокой — 0.5-0.6.

• Qms — механическая добротность на частоте Fs,

Fs — резонансная частота динамика, Гц,

Mms — масса подвижной системы (включая массу двигаемого воздуха), кг,

Rms — механическое сопротивление подвеса подвижной системы (определяет «потери» в подвесе), Н·с/м,

• Qes — электрическая добротность на частоте Fs,

Mms — масса подвижной системы (включая массу двигаемого воздуха), кг,

Fs — резонансная частота динамика, Гц,

Re — сопротивление звуковой катушки, Ом,

Bl — коэффициент электромеханической связи (индукция поля в магнитном зазоре умноженная на длину провода звуковой катушки), Тл·м.

Vas — эквивалентный объем

Эквивалентный объем (Vas) — объем воздуха в корпусе, обладающий той же упругостью, что и сабвуфер. Зависит от жесткости подвеса и площади диффузора (диаметра) динамика.

Чем больше диаметр и мягче сабвуфер, тем больше Vas.

Нужно отметить особенность связи Vas и Fs. Так как, резонансная частота (Fs) определяется жесткостью подвеса и массой подвижной системы, а эквивалентный объем (Vas) — диаметром диффузора и той же массой подвижки, может получится, что два сабвуфера одного диаметра и с одинаковой Fs будут совершенно разными — один тяжелый и жесткий, другой легкий и мягкий. Соответственно, эквивалентный объем для этих динамиков будет совершенно разным, как и размер правильного корпуса — вот почему данный параметр очень важен при расчетах короба для саба.

Vas — эквивалентный объем, л,

• ρ— 1,18421 кг/м³ — плотность воздуха при температуре 25 °C и влажности 0 %,
• с— 346,1 м/с — скорость звука при 25 °C,
• Sd— площадь диффузора, м.

Видео

Читать еще:

Нажмите кнопку, чтобы поделиться материалом:

Музыка Новости Общение

Подписывайся !

Присоединяйся

Выбираем лучший сабвуферный динамик опираясь на его характеристики и ваши музыкальные предпочтения

Сабвуферы

Как мы поняли, вы не ищете лёгких путей. А как известно, за большим трудом и усилиями скрывается самая ценная награда. Каждый слышит музыку по-своему. Она играет у нас в голове, и мы всячески пытаемся реализовать её наяву. Но как это сделать? Витрины магазинов ломятся от изобилия сабвуферных динамиков, но ведь невозможно прослушать каждый.

В этой статье мы подробно расскажем, как выбрать динамик для сабвуфера. На что обращать внимание, чтобы он заиграл именно так, как вы хотите.

Что такое сабвуферный динамик и почему он лучше фабричных сабвуферов

Сабвуферный динамик — это разновидность акустики, предназначенная для воспроизведения низких частот. К сожалению, просто динамик не будет играть, его следует установить в короб. В результате у нас получится полноценный сабвуфер. В зависимости от вида короба звук сабвуфера будет меняться.

Зачем покупать динамик отдельно, если мы можем приобрести полный комплект? К примеру, пассивный сабвуфер от известного бренда или готовое решение как активный сабвуфер.

Ответ на этот вопрос на самом деле прост — это сабвуферы массового производства. В которых используются бюджетные материалы. К примеру, тонкие стенки у короба вызывают резонанс, из-за чего сабвуфер играет тише. Да и сами компоненты не вызывают особого доверия.

В нашем же случае мы выбираем динамик, который лучше всего подойдёт под определённые музыкальные предпочтения и задачи. Сделаем под него правильный расчёт, изготовим короб из качественных прочных материалов. В итоге получим такой результат, который фабричным сабвуферам даже не снился. Для этого у нас есть два пути:

1. Обратиться в сервисный центр, где нам все посчитают, соберут, сделают и установят. Но у этого пути есть пара минусов. Во-первых, не так просто найти специализированных установщиков, которые действительно знают, что делают. Во-вторых, это удовольствие – не из дешёвых.
2. Самостоятельно во всём разобраться, этим мы сейчас и займёмся. Для начала, мы советуем вам ознакомиться со статьёй: «Как выбрать сабвуфер», в ней мы объяснили, что такое мощность, чувствительность, как влияет на звук размер диффузора — эти характеристики тоже нужны при выборе динамика, поэтому в этой статье мы не будем их повторять, а пойдём дальше.

Определяемся что выбрать? Громкость или качество

В современных реалиях можно выделить два направления автозвука — SQ и SPL. В зависимости от того, на чей ты стороне, будет сильно зависеть, какой динамик лучше выбрать.

• Sound Quality (SQ). Направление соревнований в автозвуке, которое насчитывает не один десяток лет. Основная задача — добиться от системы максимального качества звучания, также во внимание берётся и её оформление — все должно быть аккуратно и красиво. Такая система — мечта всех, кто хочет иметь в своем автомобиле не громкий, но быстрый и детальный бас.
• Sound Pressure Level (SPL) Направление соревнований по уровню звукового давления, вошедшее в массы относительно недавно. Основная задача — добиться максимальной громкости от аудио системы. Бывало у вас такое, что сперва, откуда не возьмись, слышен бас, затем, минуты через 3, слышатся слова песни, а еще через 2 минуты появляется ваз 2114 — виновник всего этого веселья? Это и есть SPL система.

Как определиться, на чей ты стороне?

Вспомните наше начало статьи, про музыку у нас в голове. Самый лучший вариант — опыт, если у друга или знакомого стоит большой сабвуфер, от баса которого ходит ходуном вся крыша, и после прослушки дико хочется, чтобы в своей машине было также, скорее всего по венам у вас бежит кровь SPLщика.

Обратный пример: если громкость музыки не вызывает особой радости, а импонирует сбалансированное и живое звучание, здесь выбор очевиден — SQ.

Одним из лучших вариантов, который поможет сделать правильный выбор — посетить соревнования по автозвуку, на данных мероприятиях участники охотно демонстрируют свои системы.

Параметры Тиля — Смолла

Каждая модель сабвуферов индивидуальна. Так как для их изготовления используются разные материалы, и технологии. Визуально они тоже отличаются. Вид корзины, магнитная система, диаметр катушки, высота намотки и многое другое.В результате, сабвуферы имеют разные электрические и механические параметры. Все эти показатели можно измерить, всего их насчитывается около 35.

Известны они как параметры Тиля – Смолла. Названы так в честь математиков Альберта Невила Тиля и Рихарда Смолла. Не стоит пугаться такого большого количества параметров. Для того чтобы выбрать сабвуферный динамик, нам понадобится всего три из них

Три главных параметра

Оценив эти параметры, мы сможем определить, для какого оформления лучше подходит сабвуферный динамик. И как он будет играть, жестко или мягко, высокий или низкий бас.

FS — резонансная частота

Частота собственного резонанса. Замеряется она следующим образом. Динамик подвешивается в открытом пространстве, как можно дальше от различных предметов. Это делается для того, чтобы его резонанс зависел только от него самого. Низкой принято считать резонансную частоту в районе 20 Герц, а высокой — в районе 40 Герц. Данный параметр пригодится нам для расчета короба и выбора динамика.

QTS — полная добротность

Упругость подвижной системы динамика на чистоте резонанса. Если по простому она демонстрирует затухание колебаний динамика. Чем выше этот показатель, тем слабее затухают колебания. Добротность напрямую связана с необходимым типом акустического оформления. Принято считать, что устройства с добротностью 0,3 — 0,35 — это низкодобротные сабвуферы. А высокодобротные — от 0,7 до 0,8. Зная этот параметр, можно определить для какого типа оформления лучше подходит динамик. Если динамик имеет добротность больше 1. Это free air, предназначение которого — установка в полку, открытый объём. Для закрытого ящика подходят динамики с добротностью 0,5 — 0,6. Для фазоинвертора — 0,3 — 0,5. Рупор — менее 0,3.

VAS — эквивалентный объём

Это возбуждаемый головкой сабвуфера закрытый объём воздуха, имеющий гибкость равную гибкости подвижной системы сабвуфера. Проще говоря, чем мягче подвижная система Саба, тем сильнее он будет сжимать воздух внутри корпуса. Кроме того, этот показатель влияет на размер диффузора. Соответственно, чем больше у нас динамик, тем он сильнее будет сжимать объём. Следовательно, и отдача у этого сабвуфера будет больше. Обратная сторона медали — чем больше диффузор, тем больший объём короба потребуется.

Оформление для динамика

Одними из самых распространённых коробов считаются закрытый ящик и фазоинвертор.

1. Закрытые ящики используют в SQ — системах, которые направлены на качество звучания. Если у вас открытый кузов автомобиля типа универсала или хэтчбэка, то достаточно использовать 10-дюймовый динамик. Если у вас седан, то лучше в закрытый ящик устанавливать 12-дюймовый динамик, иначе есть шанс, что его не будет слышно.
2. Следующий вид коробов — фазоинвертор.

Мы не будем сейчас подробно останавливаться на коробах, так как у нас уже есть отличная статья о том, как влияет короб на звук. В ней мы подробно рассмотрели упомянутые акустические оформления, проанализировав минусы и плюсы каждого.

Следует отметить, что самый популярный короб — это фазоинвертор, его используют в 80% случаев.

Закрытые же ящики используются не так часто. С чем это связано, какова причина такой разницы? Всё очень просто: сейчас популярность набирают системы, которые обладают максимальной громкостью. Однако, все дело в том, что определить, насколько качественно играет сабвуфер, зачастую не так просто, особенно, если в этом нет опыта и не с чем сравнить. Когда же мы садимся в автомобиль с высоким звуковым давлением, где все вокруг трясется, и мы всем телом ощущаем бас, тут любой новичке сможет почувствовать разницу. Такие системы в основном собираются на коробах типа фазоинверторов.

Вообще, есть большое количество различных видов коробов: ЧВ (четвертьволновой резонатор), лабиринты, бандпассы, рупоры — подобные акустические оформления используются не так часто. В дальнейшем, мы их тоже рассмотрим и добавим в статью.

Под какой короб подойдет динамик?

Определить, для какого оформления лучше подойдёт динамик, мы можем по следующей формуле:Если по этой формуле результат получился 50 или меньше, то, следовательно, динамик отлично подходит для работы в закрытом ящике. Если же показатель больше 50, то этот динамик хорошо подойдёт для работы в фазоинверторе, превышает 100 — то лучше установить этот сабвуфер в оформление банд пасс.

Советы для выбора SQ динамика

1. Выбирая SQ сабвуфер, не стоит гнаться за большой мощностью, как правило, их номинальная мощность не превышает 300 Ватт.
2. У автомобилей с кузовом седан сложно добиться объёмного и качественного баса. В этом случае, что можно сделать, — постараться трансформировать седан в универсал. Убрать задние динамики, в полке, или прорезать отверстия, что позволит сабвуферу играть в салон. Для седана выбирайте 12-дюймовый динамик. Если в вашем автомобиле кузов совмещен с багажником, можете смело смотреть на 10-дюймовые сабвуферы.
3. Короб, здесь выход один — закрытый ящик. Если боитесь, что громкости будет недостаточно, можете использовать фазоинвертор. Не забывайте проверять расположенность динамика к оформлениям по формуле, которую мы приводили выше.
4. Важнейшим показателем при выборе SQ сабов является масса подвижной системы (MMS), измеряющаяся в граммах. Чем масса меньше, тем быстрее и чётче сможет отыгрывать сабвуфер,
5. Что касается фирм производителей, отметим такие фирмы, как HERTZ, CHALLENGER, HELIX.

Советы для выбора SPL динамика

1. Выбор сабвуфера для SPL — как раз тот самый случай, когда размер имеет значение. Старайтесь обращать внимание на номинальную мощность, чем она больше тем лучше. Главное, чтобы потом остались деньги на усилитель.
2. Чем больше дюймов у динамика, тем больше площадь диффузора, соответственно, у него будет больше чувствительность и КПД. Поэтому, делайте выбор в пользу 12-ти, а лучше 15-ти дюймовых сабвуферов.
3. По параметру FS — резонансная частота старайтесь выбирать значения поменьше: в районе 25 или 30 — это позволит вам сделать настройку короба низкой. Низкая настройка короба позволяет добиться ветра в салоне, что как раз и любят все SPL-щики.
4. Отдавайте предпочтение низкодобротным сабвуферам. Как правило, они имеют больший мотор, чем высокодобротные.
5. В качестве короба для сабвуфера выбирайте фазоинвертор, при этом постарайтесь не просто скачать его с интернета, а сделать индивидуальный расчёт, который будет учитывать ваши музыкальные предпочтения, характеристики оборудования и амплитудно-частотные характеристики салона автомобиля, в который будет установлена система.
6. Не забудьте проверить подходит ли динамик под короб воспользовавшись формулой которую мы указали выше
7. В последнее время появляется много производителей таких сабвуферов, но хотелось бы выделить трёх основных, это: ALPHARD, PRIDE и URAL.

Заключение

Мы приложили не мало усилий для создания этой статьи, старались написать ее простым и понятным языком. Но получилось у нас это сделать или нет решать только Вам. Если остались вопросы, создайте тему на «Форуме», мы и наше дружное сообщество обсудим все детали, и найдем на него оптимальный ответ.

И напоследок, есть желание помочь проекту? Подпишись на наше сообщество «Вконтакте».