Профессиональные динамики ВЧ предназначены для установки в многополосную инсталляционную, а также концертную акустику. Профессиональные высокочастотные динамики должны обладать повышенной звуковой отдачей, обеспечивающей колонкам, в которые они устанавливаются, возможность полноценного озвучивания больших помещений, а также высокой надежностью. Профессиональная акустика традиционно используется при повышенной подводимой мощности в течение длительного времени. Такой режим работы особенно опасен именно для ВЧ-динамиков, которые ввиду сравнительно небольших габаритов магнитных систем склонны к перегреву и выходу из строя. Кроме того, усилители, работающие при выходной мощности, близкой к максимальной, генерируют большое количество искажений, также находящихся в высокочастотной области.
ВЧ динамики для профессиональной акустики, как правило, имеют большие габариты, чем , а для повышения звуковой отдачи оснащаются . Магнитные зазоры их звуковых катушек часто заполняются охлаждающей жидкостью, а корпуса имеют специальные элементы, позволяющее эффективно рассеивать тепло. В остальном к выбору твитера для профессиональной акустики необходимо отнестись также, как и к обычным, исходя из требуемого частотного диапазона воспроизводимых частот, сопротивления и чувствительности. Разумеется, включать профессиональный ВЧ-динамик необходимо через советующий разделительный фильтр, который также может содержать и элементы для его защиты.
Мощность динамика
Предельная шумовая мощность динамика, предельная долговременная мощность динамика, предельная кратковременная мощность динамика.
Предельная шумовая мощность (PHC ) - мощность, которую динамическая головка длительно выдерживает без тепловых и механических повреждений. Длительность непрерывных испытаний указывает производитель в часах и на каком сигнале.
Предельная долговременная мощность (RMS) - мощность, которую динамическая головка выдерживает без тепловых и механических повреждений в течение 1 мин с интервалом 2 мин 10 циклов подряд.
Предельная кратковременная мощность (PMPO ) - мощность, которую динамическая головка выдерживает без тепловых и механических повреждений в течение 1 сек с интервалом 60 сек 60 циклов подряд.
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 динамики». Однако это распространенное мнение в корне ошибочно! Далеко не всегда динамик мощностью 100 Вт будет играть громче или качественней того, у которого 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 динамиком. Даже самые лучшие динамические головки сами по себе имеют низкий КПД и преобразуют в звуковые колебания лишь 2-3% мощности подводимого к ним электрического сигнала, а у большинства динамиков и того меньше (хотя 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. К примеру, усилитель значительно меньшей или значительно большей мощности может вывести динамик из строя в максимальных положениях регулятора громкости на обоих усилителях: на первом - благодаря высокому уровню искажений, на втором - благодаря нештатному режиму работы динамика.
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 (Root Mean Squared - среднеквадратичное значение). 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 о том, что акустическая система при подведении к ней сигнала мощностью 15 Вт может работать длительное время без механических повреждений динамических головок. Для недорогой акустики завышенные по сравнению с Hi-Fi динамиками 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.
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. К примеру, мощность динамика равна 500 Вт (PMPO). Этот факт говорит о том, 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 - маленькие динамики диаметром 10 см играющие от дешевой балалайки (магнитолы), имеющую электрическую мощность 15 В*А и развивают при этом пиковую музыкальную мощность 1500 Вт (PMPO).
PHC Максимальная (предельная) шумовая (паспортная) мощность (англ. power handling capacity), характеризующая устойчивость акустической системы к тепловым и механическим повреждениям при длительной (в течение 100 ч) работе с шумовым сигналом типа «розовый шум», спектр которого приближается к спектру реальных музыкальных сигналов;
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 (SPL ) - 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 (или 2.83В) .
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 акустики можно не обращать на чувствительность особого внимания (благо указывается она не часто), если имеется внешний усилитель мощности.
Существует много различных типов звукоизлучателей, однако наиболее распространены излучатели электромагнитного типа, или как их ещё называют, динамики.
Динамики являются основными конструктивными элементами акустических систем (АС). К сожалению, один динамик не способен воспроизвести весь слышимый диапазон частот. Поэтому для полнодиапазонного воспроизведения в акустических системах применяется несколько динамиков, где каждый рассчитан на воспроизведение своей полосы частот. Принцип работы низкочастотных (НЧ) и высокочастотных (ВЧ) динамиков одинаковый, отличия заключаются в реализации отдельных конструктивных элементов.
Принцип работы динамика основан на взаимодействии переменного магнитного поля создаваемого током, протекающим по проводу магнитной катушки, с магнитным полем постоянного магнита.
Несмотря на сравнительную простоту конструкции, динамики, предназначенные для работы в высококачественных акустических системах, имеют большое количество важных параметров, от которых зависит конечное звучание акустической системы.
Самым главным показателем, характеризующим динамик, является полоса воспроизводимых частот. Она может быть указана в виде пары значений (нижней граничной и верхней граничной частоты), или приведена в виде амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). Второй вариант является более информативным. АЧХ представляет собой графическую зависимость уровня звукового давления, создаваемого динамиком на расстоянии 1 метр по рабочей оси, от частоты. АЧХ позволяет оценить частотные искажения, вносимые динамиком в исходный сигнал, а также, в случае использования динамика в составе многополосной системы – выявить оптимальное значение частоты раздела разделительного фильтра. Именно АЧХ позволяет классифицировать динамик как низкочастотный, среднечастотный или высокочастотный.
Выбор низкочастотного динамика
Для НЧ динамиков, помимо АЧХ, существенной группой показателей являются так называемые Тиль-Смолл параметры. На их основе производится расчёт параметров акустического оформления для динамика (корпуса акустической системы). Минимальный набор параметров резонансная частота - fs, полная добротность - Qts, эквивалентный объём - Vas.
Тиль-Смолл параметры описывают поведение динамика в области поршневого действия (ниже 500Гц), рассматривая его как колебательную систему. Совместно с акустическим оформлением (АО), динамик представляет собой фильтр высоких частот (ФВЧ), что позволяет при расчётах использовать математический аппарат, позаимствованный из теории фильтров.
Оценка значений Тиль-Смолл параметров динамика, и в первую очередь, полной добротности Qts, позволяет судить о целесообразности применения динамика в акустических системах с тем или иным типом акустического оформления (АО). Для АС с акустическим оформлением фазоинверсного типа в основном используются динамики со значением полной добротности до 0,4. Стоит отметить, что фазоинверсные системы являются наиболее требовательными, с точки зрения проектирования, по-сравнению с АС, имеющими закрытое и открытое АО. Данная конструкция чувствительна к ошибкам, допущенным в расчётах и при изготовлении корпуса, а также при использовании недостоверных значений параметров НЧ динамика.
При выборе НЧ динамика большую роль играет параметр Xmax. Xmax показывает максимально допустимое смещение диффузора, при котором в зазоре магнитной цепи динамика сохраняется постоянное количество витков провода звуковой катушки (см. рис. ниже).
Для сателлитных акустических систем подойдут динамики с Xmax=2-4мм. Для сабвуферов следует применять динамики с Xmax=5-9мм. При этом сохраняется линейность преобразования электрических колебаний в акустические на больших мощностях (и, соответственно, больших амплитудах колебаний), что проявляется в более эффективном излучении низких частот.
Если вы приняли решение об изготовлении акустической системы «своими руками», перед вами неизбежно встанет вопрос о выборе фирменных комплектующих, в частотности динамиков. Не имея опыта эксплуатации продукции различных производителей иногда сложно сделать оптимальный выбор. Приходится руководствоваться множеством факторов, сравнивать по многим параметрам, не только имеющих отношение к паспортным характеристикам. Динамики АКТОН удачно дополнят вашу АС, поскольку, помимо высокого качества, обладают рядом преимуществ:
- имеют оптимальное соотношение цена/качество в своём сегменте;
- динамики специально разработаны для профессиональных АС, используемых для озвучивания социально-культурных мероприятий;
- для динамиков разработана документация по изготовлению корпусов;
- взаимодействие потребителя с производителем осуществляется напрямую без посредников, что позволяет избежать проблем с доступностью любых запчастей и комплектующих;
- информационная поддержка по вопросам конструирования АС;
- высокая надёжность работы динамиков АКТОН.
С модельным рядом динамиков АКТОН вы можете ознакомиться .
Выбор высокочастотного динамика
При выборе ВЧ динамика, по АЧХ определяют нижнюю частоту воспроизводимого им диапазона. Необходимо чтобы полоса частот ВЧ динамика несколько перекрывала полосу частот НЧ динамика.
Некоторые ВЧ динамики предназначены для работы совместно с рупором. В отличие от ВЧ динамиков прямого излучения (или, как их называют, твиттеров), рупорные ВЧ динамики, благодаря свойствам рупора имеют более низкую граничную частоту воспроизводимого звукового диапазона. Нижняя граничная частота такого ВЧ динамика может составлять примерно 2000-3000Гц, что позволяет во многих случаях отказаться от СЧ динамика в АС.
Из-за конструктивных особенностей, ВЧ динамики, как правило, имеют более высокую чувствительность, по сравнению с НЧ динамиками. Поэтому на этапе проектирования фильтра , в нём предусматривают цепь аттенюатора (подавителя), необходимого для понижения избыточного излучения, который приводит значения чувствительностей ВЧ и НЧ динамиков к одинаковому уровню.
При выборе ВЧ динамика важно учитывать его мощность, которая выбирается исходя из мощности НЧ динамика. При этом мощность ВЧ динамика принимается ниже мощности НЧ динамика, что вытекает из анализа спектральной плотности звукового сигнала, соответствующей розовому шуму (имеющему спад в сторону высоких частот). Для практического расчёта мощности, рассеиваемой на ВЧ динамике в АС с частотой раздела 3-5кГц, можно воспользоваться калькулятором на нашем сайте.
Напомним, ВЧ динамики недопустимо использовать без фильтра высоких частот (ФВЧ), ограничивающего проникновение низкочастотной части спектра.
Факторы повреждения динамиков
В случае наступления нештатных режимов работы возможны механические и электрические повреждения динамиков. Механические повреждения возникают, когда амплитуда колебаний диффузора превышает допустимую амплитуду, которая зависит от механических свойств элементов подвижной системы. Наиболее критичная частотная зона для таких повреждений находится вблизи частоты механического резонанса динамика и ниже, т.е. там, где амплитуда колебаний максимальна. Электрические повреждения возникают в результате необратимого перегрева звуковой катушки. Наиболее критичная полоса частот для повреждений такого рода соответствует полосе, находящейся вблизи электро-механического резонанса динамика. Повреждения обоих видов наступают в результате превышения максимально допустимой электрической мощности, подводимой к динамику. Для того чтобы избежать таких последствий величина максимальной мощности нормируется.
Есть несколько стандартов, пользуясь которыми производители нормируют мощности своих изделий.Наиболее близким с точки зрения реальных условий в случае использования акустической системы для озвучивания массовых мероприятий можно привести стандарт AES. Мощность согласно этому стандарту определяется как квадрат среднеквадратического значения напряжения в определённой полосе розового шума, который динамик способен выдерживать в течении не менее 2-х часов, делённое на значение минимального импеданса Zmin. Стандарт регламентирует нахождение динамика в «свободном воздухе» без корпуса. Некоторые производители при испытаниях помещают динамик в корпус, приближая таким образом условия его работы к реальным условиям, что с их точки зрения, приводит к более объективным результатам. Известное значение мощности динамика служит ориентиром при выборе усилителя, мощность которого должна соответствовать значению мощности AES динамика.
Стоит заметить, что реальное значение мощности, подведённой к динамику, с трудом поддаётся оценке без проведения специальных измерений и может отличаться в широких пределах даже при одинаковой установке регулятора уровня громкости на устройствах звукового тракта.
На это могут оказывать влияние многие факторы, такие как:
- Спектр воспроизводимого сигнала (музыкальный жанр, частотный и динамический диапазон музыкального произведения, преобладающие музыкальные инструменты);
- Характеристики пассивных фильтрующих цепей и активных кроссоверов, ограничивающих спектр исходного сигнала, поступающего на динамики;
- Использование эквалайзера и других устройств частотной коррекции в звуковом тракте;
- Режим работы усилителя (появление нелинейных искажений и клиппирования);
- Конструкция корпуса акустической системы;
- Неисправность усилителя (возниконовение постоянной составляющей в спектре усиленного сигнала)
Следующие меры повышают надёжность эксплуатации акустических систем:
- Понижение верхней граничной частоты работы НЧ динамика, используя фильтр низких частот (ФНЧ). В этом случае ограничивается часть спектра сигнала, которая вносит существенный вклад в разогрев катушки;
- Ограничение полосы частот ниже частоты настройки фазоинвертора, используя цепи LOW-PASS (фильтр высоких частот). Данная мера ограничивает амплитуду колебаний диффузора за пределами рабочего диапазона АС со стороны низких частот, предотвращая механические повреждения НЧ динамика;
- Настройка ФВЧ ВЧ динамика на более высокую частоту;
- Конструирование корпусов АС, обеспечивающих наилучшие условия естественной конвекции динамиков;
- Исключение работы АС с усилителем, работающим в режиме нелинейных искажений, клиппирования;
- Предотвращение возникновения громких коммутационных щелчков, «заводки» микрофона;
- Использование лимитера в звуковом тракте.
Отметим, что акустические системы, которые используются для профессионального озвучивания (особенно в условиях дискотек) часто вынуждены работать на высоких мощностях. Во время работы нагрев звуковой катушки динамика может достигать 200 градусов, а элементов магнитной цепи - 70 градусов. Долговременная работа на предельных режимах приводит к тому, что динамики "горят". Это может быть вызвано превышением допустимой электрической мощности, подаваемой на динамик, а также неисправностью усилителя. Во многом, сохранность комплекта зависит от квалификации диджея. В связи с этим, какой бы динамик вы не выбрали, необходимо учитывать доступность ремкомплектов. При этом ситуация осложняется ещё и тем, что как правило единовременно сгорает не один динамик, а несколько, что выводит из строя весь комплект. Учитывая всё вышесказанное, заключим, что вопрос о сроках и стоимости поставки ремкомплектов также крайне важен на этапе выбора динамиков для АС.
Для начала расставим все точки над "i" и разберёмся в терминологии.
Электродинамический громкоговоритель, динамический громкоговоритель, динамик, динамическая головка прямого излучения – это разнообразные названия одного и того же прибора служащего для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в колебания воздуха, которые и воспринимаются нами как звук.
Звуковые динамики или по-другому динамические головки прямого излучения вы не раз видели. Они активно применяются в бытовой электронике. Именно громкоговоритель преобразует электрический сигнал на выходе усилителя звуковой частоты в слышимый звук.
Стоит отметить, что КПД (коэффициент полезного действия) звукового динамика очень низкий и составляет около 2 – 3%. Это, конечно, огромный минус, но до сих пор ничего лучше не придумали. Хотя стоит отметить, что кроме электродинамического громкоговорителя существуют и другие приборы для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в акустические колебания. Это, например, громкоговорители электростатического, пьезоэлектрического, электромагнитного типа, но широкое распространение и применение в электронике получили громкоговорители электродинамического типа.
Как устроен динамик?
Чтобы понять, как работает электродинамический громкоговоритель, обратимся к рисунку.
Динамик состоит из магнитной системы – она расположена с тыльной стороны. В её состав входит кольцевой магнит . Он изготавливается из специальных магнитных сплавов или же магнитной керамики. Магнитная керамика – это особым образом спрессованные и «спечённые» порошки, в составе которых присутствуют ферромагнитные вещества – ферриты. Также в магнитную систему входят стальные фланцы и стальной цилиндр, который называют керном . Фланцы, керн и кольцевой магнит формируют магнитную цепь.
Между керном и стальным фланцем имеется зазор, в котором образуется магнитное поле. В зазор, который очень мал, помещается катушка. Катушка представляет собой жёсткий цилиндрический каркас, на который намотан тонкий медный провод. Эту катушку ещё называют звуковой катушкой . Каркас звуковой катушки соединяется с диффузором – он то и «толкает» воздух, создавая сжатия и разряжения окружающего воздуха – акустические волны.
Диффузор может выполняться из разных материалов, но чаще его делают из спрессованной или отлитой бумажной массы. Технологии не стоят на месте и в ходу можно встретить диффузоры из пластмассы, бумаги с металлизированным покрытием и других материалов.
Чтобы звуковая катушка не задевала за стенки керна и фланец постоянного магнита её устанавливают точно в середине магнитного зазора с помощью центрирующей шайбы . Центрирующая шайба гофрирована. Именно благодаря этому звуковая катушка может свободно двигаться в зазоре и при этом не касаться стенок керна.
Диффузор укреплён на металлическом корпусе – корзине . Края диффузора гофрированы, что позволяет ему свободно колебаться. Гофрированные края диффузора формируют так называемый верхний подвес , а нижний подвес – это центрирующая шайба.
Тонкие провода от звуковой катушки выводятся на внешнюю сторону диффузора и крепятся заклёпками. А с внутренней стороны диффузора к заклёпкам крепится многожильный медный провод. Далее эти многожильные проводники припаиваются к лепесткам, которые закреплены на изолированной от металлического корпуса пластинке. За счёт контактных лепестков, к которым припаяны многожильные выводы звуковой катушки, динамик подключается к схеме.
Как работает динамик?
Если пропустить через звуковую катушку динамика переменный электрический ток, то магнитное поле катушки будет взаимодействовать с постоянным магнитным полем магнитной системы динамика. Это заставит звуковую катушку либо втягиваться внутрь зазора при одном направлении тока в катушке, либо выталкиваться из него при другом. Механические колебания звуковой катушки передаются диффузору, который начинает колебаться в такт с частотой переменного тока, создавая при этом акустические волны.
Обозначение динамика на схеме.
Условное графическое обозначение динамика имеет следующий вид.
Рядом с обозначением пишутся буквы B или BA , а далее порядковый номер динамика в принципиальной схеме (1, 2, 3 и т.д.). Условное изображение динамика на схеме очень точно передаёт реальную конструкцию электродинамического громкоговорителя.
Основные параметры звукового динамика.
Основные параметры звукового динамика, на которые следует обращать внимание:
Но кроме активного сопротивления звуковая катушка обладает ещё и реактивным сопротивлением. Реактивное сопротивление образуется потому, что звуковая катушка, это, по сути, обычная катушка индуктивности и её индуктивность оказывает сопротивление переменному току. Реактивное сопротивление зависит от частоты переменного тока.
Активное и реактивное сопротивление звуковой катушки образует полное сопротивление звуковой катушки. Оно обозначается буквой Z (так называемый, импеданс ). Получается, что активное сопротивление катушки не меняется, а реактивное сопротивление меняется в зависимости от частоты тока. Чтобы внести порядок реактивное сопротивление звуковой катушки динамика измеряют на фиксированной частоте 1000 Гц и прибавляют к этой величине активное сопротивление катушки.
В итоге получается параметр, который и называется номинальное (или полное) электрическое сопротивление звуковой катушки. Для большинства динамических головок эта величина составляет 2, 4, 6, 8 Ом. Также встречаются динамики с полным сопротивлением 16 Ом. На корпусе импортных динамиков, как правило, указывается эта величина, например, вот так – 8Ω или 8 Ohm .
Стоит отметить тот факт, что полное сопротивление катушки где-то на 10 – 20% больше активного. Поэтому определить его можно достаточно просто. Нужно всего лишь измерить активное сопротивление звуковой катушки омметром и увеличить полученную величину на 10 – 20%. В большинстве случаев можно вообще учитывать только чисто активное сопротивление.
Номинальное электрическое сопротивление звуковой катушки является одним из важных параметров, так как его необходимо учитывать при согласовании усилителя и нагрузки (динамика).
Диапазон частот – это полоса звуковых частот, которые способен воспроизвести динамик. Измеряется в герцах (Гц). Напомним, что человеческое ухо воспринимает частоты в диапазоне 20 Гц – 20 кГц. И, это только очень хорошее ухо:).
Никакой динамик не способен точно воспроизвести весь слышимый частотный диапазон. Качество звуковоспроизведения будет всё-равно отличаться от того, что требуется.
Поэтому слышимый диапазон звуковых частот условно разделили на 3 части: низкочастотную (НЧ ), среднечастотную (СЧ ) и высокочастотную (ВЧ ). Так, например, НЧ-динамики лучше всего воспроизводят низкие частоты – басы, а высокочастотные – «писк» и «звон» – их поэтому и называют пищалками. Также, есть и широкополосные динамики. Они воспроизводят практически весь звуковой диапазон, но качество воспроизведения у них среднее. Выигрываем в одном – перекрываем весь диапазон частот, проигрываем в другом – в качестве. Поэтому широкополосные динамики встраивают в радиоприёмники, телевизоры и прочие устройства, где порой не требуется получить высококачественный звук, а нужна лишь чёткая передача голоса и речи.
Для качественного воспроизведения звука НЧ, СЧ и ВЧ-динамики объединяются в едином корпусе, снабжаются частотными фильтрами. Это акустические системы. Так как каждый из динамиков воспроизводит только свою часть звукового диапазона, то суммарная работа всех динамиков значительно увеличивает качество звука.
Как правило, низкочастотные динамики рассчитаны на воспроизведение частот от 25 Гц до 5000 Гц. НЧ-динамики обычно имеют диффузор большого диаметра и массивную магнитную систему.
Динамики СЧ рассчитаны на воспроизведение полосы частот от 200 Гц до 7000 Гц. Габариты их чуть меньше НЧ-динамиков (зависит от мощности).
Высокочастотные динамики прекрасно воспроизводят частоты от 2000 Гц до 20000 Гц и выше, вплоть до 25 кГц. Диаметр диффузора у таких динамиков, как правило, небольшой, хотя магнитная система может быть достаточно габаритная.
Номинальная мощность (Вт) – это электрическая мощность тока звуковой частоты, которую можно подвести к динамику без угрозы его порчи или повреждения. Измеряется в ваттах (Вт ) и милливаттах (мВт ). Напомним, что 1 Вт = 1000 мВт. Подробнее о сокращённой записи числовых величин можно прочесть .
Величина мощности, на которую рассчитан конкретный динамик, может быть указана на его корпусе. Например, вот так – 1W (1 Вт).
Это значит, что такой динамик можно легко использовать совместно с усилителем, выходная мощность которого не превышает 0,5 – 1 Вт. Конечно, лучше выбирать динамик с некоторым запасом по мощности. На фото также видно, что указано номинальное электрическое сопротивление – 4Ω (4 Ом).
Если подать на динамик мощность большую той, на которую он рассчитан, то он будет работать с перегрузкой, начнёт «хрипеть», искажать звук и вскоре выйдет из строя.
Вспомним, что КПД динамика составляет около 2 – 3%. А это значит, что если к динамику подвести электрическую мощность в 10 Вт, то в звуковые волны он преобразует лишь 0,2 – 0,3 Вт. Довольно немного, правда? Но, человеческое ухо устроено весьма изощрённо, и способно услышать звук, если излучатель воспроизводит акустическую мощность около 1 – 3 мВт на расстоянии от него в несколько метров. При этом к излучателю – в данном случае динамику – нужно подвести электрическую мощность в 50 – 100 мВт. Поэтому, не всё так плохо и для комфортного озвучивания небольшой комнаты вполне достаточно подвести к динамику 1 – 3 Вт электрической мощности.
Это всего лишь три основных параметра динамика. Кроме них ещё есть такие, как уровень чувствительности, частота резонанса, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), добротность и др.
Усилитель и громкоговоритель – это звенья одной цепи, один без другого работать просто не сможет. В прошлом номере мы достаточно подробно рассмотрели вопрос: «Какой мощности должен быть усилитель?» а сейчас постараемся ответить на второй: «А какой же мощности при этом должна быть АС?» Частично ответ на этот вопрос был дан в прошлом материале, поскольку, как говорилось выше, рассматривать одно без другого невозможно, но ряд деталей остались не затронутыми и, как мы обещали, в этот раз проанализируем их более подробно.
ВИДЫ МОЩНОСТИ
Многие производители автомобильных АС пользуются нестандартными методами измерения мощности, которые, кстати, не всегда привлекательнее общепринятых для бытовой аппаратуры – просто им так удобней. Однако большинство употребляет стандартизованные параметры, среди которых нас, как правило, интересуют три: номинальная (RMS), максимальная и пиковая мощности. Главный из этих параметров – номинальная мощность, и именно ее мы в дальнейшем будем подразумевать, говоря просто «мощность». Численное соотношение таково: максимальная обычно выше в 2 раза, чем номинальная мощность, а пиковая – в 3-4 раза. Правило это нельзя назвать строгим: имеются отдельные модели, у которых максимальная мощность лишь чуть выше номинальной.
Как бы то ни было, поскольку номинальная мощность самая маленькая из вышеприведенных, то ряд производителей идет на небольшую хитрость: на упаковке и первой странице инструкции крупно приведены неоправданно большие цифры мощности без указания ее типа, а истину можно установить, только найдя в документе технические параметры, или посмотрев на тыльную сторону динамика, или поискав какую-нибудь малозаметную надпись на упаковке. Не попадитесь на эту уловку.
Итак, номинальная мощность – это именно та, в пределах которой можно продолжительное время слушать музыку на данных АС, не опасаясь нелинейных искажений и тем более – выхода динамика из строя.
ЧТО ВАЖНЕЕ – МОЩНОСТЬ ИЛИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ?
В прошлой статье мы отмечали, что увеличение мощности в два раза поднимает уровень звукового давления на 3 дБ. То есть динамик небольшой мощности, но с высокой чувствительностью способен развить такое же звуковое давление (ту же громкость звучания), что и более мощная, но менее чувствительная головка. Поэтому если придется выбирать между двумя равноценными по качеству звучания АС, одна из которых более чувствительная, но менее мощная, чем вторая, то выбор лучше остановить на первой. Зачем переплачивать за мощность усилителя, если даже с маломощным вы получите ту же громкость?
Между прочим, в силу определенных обстоятельств (например, особенностей транзисторных усилителей) по-настоящему высокочувствительные АС для автомобильной сферы практически не выпускаются. Но в пределах каждого класса можно обнаружить существенные расхождения в чувствительности, причем это служит источником всевозможных спекуляция: наши тесты чрезвычайно редко подтверждают соответствие между заявленными значениями и реальными, так что советуем обращать внимание на наши «спецпризы», а не на приведенные цифры.
Иногда встречаются динамики с малой чувствительностью, но действительно высокой номинальной мощности, которые на малой мощности играют не только тихо, но и с худшим качеством, но если хорошо «выкрутить ручку», то звучание становится оптимальным. Такой вариант можно рекомендовать тем, кто большую часть времени слушает только громкую музыку и готов приобрести усилитель с мощность не менее сотни ватт на канал.
Заметно повышает громкость звучания и снижение сопротивления АС до 3, и то и до 2 Ом – в последнее время таких моделей появляется все больше. Единственное обстоятельство. Которое надо учитывать, - усилитель должен хорошо справляться с такой нагрузкой. Подключать 2-3-омные АС напрямую к встроенному усилителю автомагнитолы или CD-ресивера мы категорически не советуем, - даже если это и сработает, то будет жесточайшим испытанием для головного устройства и, скорее всего, оно в конце концов выйдет из строя.
СООТНОШЕНИЕ МОЩНОСТИ ДИНАМИКА И МОЩНОСТИ УСИЛИТЕЛЯ
В принципе, нет ничего страшного, если RMS усилителя меньше, чем у динамиков, но в этом случае обращаться с регулятором чувствительности надо еще аккуратнее. Парадокс в том, что менее мощный усилитель, начав перегружаться, с большей вероятностью спалит ваши АС, чем усилитель помощнее! Все дело в явлении, называемом «клиппингом» - т.е. работой в режиме ограничения, когда усилитель выдает сильно искаженный сигнал с большим содержанием высших гармоник. Именно по этой причине наиболее часто в АС сгорают ВЧ-динамики. Кстати, в головных устройствах регуляторов чувствительности нет в принципе, поэтому надо один раз просто на слух определить начало появления искажений при повышении громкости, и в дальнейшем никогда не выкручивать ручку регулятора дальше этого уровня.
МОЩНОСТЬ И ДИАПАЗОН ЧАСТОТ ДИНАМИКА
Еще одна причина выхода из строя динамиков, особенно воспроизводящих НЧ/СЧ-диапазоны, - игнорирование реально воспроизводимого ими диапазона частот. Многие производители для привлечения покупателей указывают расширенный диапазон частот своих динамиков. Например, для коаксиального динамика типоразмера 10 см и мощностью 30 Вт указывают диапазон частот 50 – 20000 Гц. Смущает не верхнее значение, а нижнее. Если вы подадите сигнал частотой 50 Гц с заявленной мощностью на этот динамик, то не только не услышите 50 Гц, но и можете запросто разрушить динамик. Зачастую подобное и происходит, когда, увлекаясь различными схемами подъема баса, забывают о том, что динамик просто не способен воспроизвести нижний регистр. В итоге – порванный диффузор НЧ/СЧ-динамика. Чтобы такого не случалось, диапазон частот, воспроизводимых динамиком, следует ограничивать с помощью ФВЧ хотя бы второго порядка. Устанавливаемая частота среза фильтра зависит от типоразмера динамика. Так, практика показывает, что для 10-см головок она должна быть около 100 Гц, для 13-см – 80 Гц, а для 16-см – 60 Гц. Все, что ниже, должен воспроизводить сабвуфер. Более того, ограничив нижний диапазон частот сигналов, воспроизводимых НЧ/СЧ-динамиками, вы сразу ощутите лучшую отдачу в остальном диапазоне, их более живую и громкую работу. Динамики, способные хорошо работать без ограничения фильтром полосы частот снизу, существуют, но они в меньшинстве.
Общее же правило таково: чем уже частотный диапазон, посылаемый на АС или отдельную головку, тем большую мощность она сможет выдержать. Например, для многих отдельных ВЧ-динамиков приводят сразу несколько значений мощности, в зависимости от частоты среза ФВЧ: если динамик работает, начиная с 2000 Гц, - это одна мощность, если с 5000 – значение мощности гораздо выше. То же самое относится к СЧ-динамикам, НЧ/СЧ-головкам и сабвуферам – с той лишь разницей, что у них можно варьировать сразу две границы диапазона воспроизводимых частот: верхнюю и нижнюю.
Типовые соотношения между мощностью ВЧ-, СЧ-, НЧ/СЧ- и сабвуферных головок таке же, как для усилителей, они рассмотрены в прошлом номере.
САБВУФЕРЫ И ИХ ПАРАМЕТРЫ
Отдельно следует рассмотреть особый класс динамиков – сабвуферы. Данный тип громкоговорителей не так давно вошел в состав автомобильных аудиосистем, но ввиду того, что позволяет воспроизводить более глубокий бас, стал очень популярным у автолюбителей. Однако автомобильный сабвуфер сильно отличается от домашнего. Так, если для домашней техники мощность сабвуфера 300 Вт считается «выше крыши», то для автомобильного – это средний, обычный параметр. Зачем такие мощности? Вспомним, что сабвуфер в автомобиле должен «перекричать» дорожный шум, дома же такой необходимости нет. Кроме того, конструкция автомобильных НЧ-динамиков имеет свои особенности. Для получения глубокого баса в небольших объемах производители идут на ряд жертв, главная из которых – снижение чувствительности. Чтобы получить достаточную громкость при невысокой чувствительности, приходится подводить высокую звуковую мощность. Создать мощный автомобильный усилитель – задача тоже не из простых, поэтому в последнее время стала популярна конструкция сабвуфера с двумя отдельными обмотками звуковой катушки, а некоторые производители идут еще дальше, устанавливая аж 4 обмотки звуковой катушки. Подобное решение дает большую гибкость при подборе оптимального сопротивления под конкретный усилитель – говоря проще, позволяет «выжать» из него максимум ватт. Требуемое сопротивление получают за счет соответствующего соединения обмоток (последовательного, параллельного, параллельно-последовательного). Правда, мощность, сопротивление и количество обмоток на музыкальность сабвуфера не влияет. Даже маломощный, но правильно построенный сабвуфер по качеству звучания способен превзойти своего монстрообразного SPL-коллегу. Хотя для создания требуемого звукового давления вам потребуется как минимум два маломощных сабвуфера. В зависимости от поставленной задачи или жанровой ориентации АС, номинальную мощность сабвуфера выбирают в 2-4 раза выше мощности широкополосных динамиков. Чем больше его мощность, тем лучше, ведь сделать так, чтобы он играл тише, можно всегда, а громче – нет. Но при этом необходимо учитывать реальные возможности бортовой сети вашего автомобиля (и кошелька, конечно).
Кроме того, большое значение имеет тип акустического оформления сабвуфера. В частности, особо приветствуется дополнительный запас по мощности для наихудшего с точки зрения отдачи варианта – бесконечный акустический экран;динамик при этом играет в большой объем, например, в багажник. У моделей в закрытом корпусе чувствительность повыше, но также невысокая, а самые лучшие по отдаче – модели с фазоинвертором, особенно в корпусе полосового типа.
ЧТО ПРОИСХОДИТ ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ ЧИСЛА ГОЛОВОК
Нередко встречаются инсталляции со сдвоенными или строенными НЧ/СЧ-головками, а вариантов с двумя сабвуферами и вовсе великое множество. Что это дает и зачем это нужно? Сдваивая головки, вы повышаете уровень звукового давления не менее чем на 3 дБ, это равносильно удвоению мощности, при условии, что удваивается и подводимая к ним от усилителя электрическая мощность. Если на две головки от усилителя поступает та же мощность, что и на одну, то и уровень звукового давления изменится мало. В данном случае по мощности мы ничего не выигрываем, зато увеличенная площадь излучения от диффузоров даст более глубокий бас. Впрочем, этот эффект зависит от расстояния, на которое разнесены головки, и проявится на частотах, для которых это расстояние соизмеримо с длиной волны или превышает его. Интересующихся подробностями отсылаем к книге «Радиовещание и электроакустика» под редакцией Ю.А. Ковалгина, вышедшей в издательстве «Радио и связь» в 1999 году. Там, на стр.224, обсуждается проблема коэффициента полезного действия АС, в состав которых входит несколько однотипных головок. Такие АС в акустике принято называть колонками. Их используют для увеличения направленности и повышения КПД акустических систем.
Именно по причине улучшения басовой отдачи сдвоенные головки применяются только для НЧ/СЧ- или сабвуферных головок. Есть еще варианты сдвоенных высокочастотников, но они редки и имеют другие задачи, например, уменьшение направленности АС на высоких частотах. Во многих случаях использование двух НЧ-головок позволяет решить сложные задачи – в частности, две 12-дюймовые головки проще разместить, чем одну 15-дюймовую. Однако нелишне учесть, что стоимость двух головок будет явно выше, чем одной той же серии, но большего типоразмера.
ВИДЫ МОЩНОСТИ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Номинальная – среднеквадратичное значение электрической мощности, ограниченной заданным уровнем нелинейных искажений.
Максимальная синусоидальная – мощность непрерывного синусоидального сигнала в заданном диапазоне частот, при которой АС может длительное время работать без механических и тепловых повреждений.
Максимальная шумовая – электрическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую громкоговоритель длительное время выдерживает без тепловых и механических повреждений.
Пиковая – максимальная кратковременная мощность, которую выдерживают без повреждений динамики при подаче на них специального шумового сигнала в течение короткого промежутка времени (обычно 1 с). Испытания повторяются 60 раз с интервалом в 1 мин.
Максимальная долговременная – электрическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую громкоговоритель выдерживает без необратимых механических повреждений в течение 1 мин. Испытания повторяют 10 раз с интервалом в 2 мин.
Материал предоставлен журналом Car&Music , №12/2003. Рубрика "Полезные советы", текст: Эдуард Сеген