Продолжение
1. Характеристики акустических систем
1.1. Диапазон частот
Рекомендуем обратить пристальное внимание на частотный диапазон акустической системы при оценке её качества. Частотный диапазон — это количество слышимых частот, в пределах которых динамик может точно воспроизводить звук.
Более широкий диапазон частот означает большее изменение высоты тона и тембра, с которым могут справиться динамики, что приводит к более богатому восприятию звука. Итак, если вы ищете исключительное качество звука от своих акустических систем, обратите особое внимание на их частотный диапазон!
Разнообразие звуков, которые может издавать динамик, измеряется его частотным диапазоном. Диапазон частот, воспринимаемых человеческим ухом, составляет 20–20 000 Гц. Большинство акустических систем могут реагировать на частоты от 45 до 20 000 Гц. Чем ниже частотная характеристика, тем глубже звук. Таким образом, внимательно учтите этот фактор, если вы предпочитаете звук с качественными басами.
А теперь подробнее… Что же такое частотная характеристика акустической системы? Частотная характеристика относится к частотно-зависимой чувствительности акустической системы. Другими словами, насколько хорошо динамик будет реагировать и воспроизводить частоты входящего аудиосигнала.
Характеристики частотной характеристики обычно варьируются от самой низкой частоты, которую динамик может эффективно воспроизводить, до самой высокой частоты, которую динамик может эффективно воспроизводить. Допуск часто задаётся как значение плюс/минус дБ (например, ±3 дБ).
Более точные характеристики частотной характеристики приведены на графике производительности, где частоты (Гц) расположены по оси X, а относительная выходная мощность (дБ) — по оси Y. Линия отклика отображается на графике, чтобы показать относительную выходную мощность на всех частотах отклика акустической системы.
Эти графики показывают нам частоты, на которых динамик будет наиболее и наименее чувствителен, а также области, где чувствительность полностью снижается. Теоретически получение максимально точного отклика означало бы, что график частотной характеристики совершенно плоский. Никакие частоты не будут преобладать или недопредставлены, а динамик будет воспроизводить звук идеально.
Однако, как уже говорилось, необходимо учитывать реальную акустику, поскольку акустические системы производят звуковые волны в акустической среде. Отражения и резонансы комнаты не изменят частотную характеристику самих акустических систем. Тем не менее, они изменят то, как мы в конечном итоге слышим звук из акустических систем в среде прослушивания.
Кроме того, расположение акустической системы близко к стене увеличит воспринимаемый бас. Это связано с тем, что басовые частоты довольно всенаправленны (они распространяются во всех направлениях одновременно). Быстрое отражение от близкой стены эффективно добавит громкости низкочастотным входящим звуковым волнам.
Басовые частоты также сложно укротить акустически из-за их длинных волн. Чем ниже низкие частоты, тем длиннее длина волны и тем больше должны быть басовые ловушки, чтобы их поглотить. Более того, длины волн басов часто совпадают с расстоянием между двумя параллельными поверхностями в комнате (двумя стенами, полом и потолком и т. д.) и вызывают стоячие резонансные волны. Даже в акустически обработанных помещениях низкие частоты могут доставлять неудобства.
По этой причине, возможно, было бы полезно выбрать динамик меньшего размера с меньшей чувствительностью или возможностями в области низких частот. Развивая эту мысль, возможно, стоит рассмотреть возможность использования динамиков с регулируемыми разделительными фильтрами верхних частот, которые помогут настроить их низкие частоты в соответствии с вашей комнатой. Если басов не хватает, можно подключить дополнительный сабвуфер, чтобы покрыть низкие частоты, когда это необходимо для сведения.
1.2. Мощность акустической системы
Что такое мощность акустической системы (номинальная мощность)? Спецификация мощности динамика (также известная как номинальная мощность) — это измеренный или теоретический предел электрической мощности, которую динамик способен выдержать до того, как он перегорит. Характеристики указаны в ваттах и могут быть измерены/рассчитаны как непрерывное (среднеквадратичное) или пиковое значение.
Ещё несколько слов о мощности: хотя сейчас это не такая уж большая проблема по сравнению с временами лампового усиления, если ваши акустические системы требуют большой мощности, вам понадобится достаточно мощный усилитель для их поддержки. Не смотрите только на номинальную мощность — посмотрите, что произойдет, когда сопротивление упадет до четырёх Ом. Если это число почти удвоится, значит, ваш усилитель имеет хороший ток и сможет работать с более требовательными акустическими системами.
Управление мощностью акустической системы означает способность динамика выдерживать и распределять максимальную мощность без искажений и повреждений. Идеальные динамики должны уметь обеспечить оптимальную производительность даже на большой громкости. Поэтому, если вы ищете первоклассное качество звука от своих акустических систем, не забудьте оценить их мощность, прежде чем принимать какое-либо решение о покупке!
Управление мощностью акустической системы
Управление мощностью применяется в основном к пассивным акустическим системам, для работы с которыми требуются отдельные усилители мощности. Крайне важно не превышать номинальную мощность. Превышение этих уровней, особенно в течение длительного времени, приведёт к необратимому повреждению динамика(ов) акустической системы.
К сожалению, существует множество способов определения характеристик мощности акустической системы (можно указать пиковые, среднеквадратичные, средние, продолжительные, программные и номинальные значения мощности в ваттах). Некоторые производители искажают правду, чтобы их акустические системы выглядели мощнее, чем они есть на самом деле. Проведите исследование, чтобы точно узнать, что означает спецификация согласно паспортным данным производителя.
Кроме того, мощность не говорит нам, насколько громким будет акустическая система. Эту информацию можно найти в характеристиках чувствительности и максимального уровня звукового давления. Возьмите эту информацию для одного динамика и поймите, что каждый добавленный динамик (при условии одинаковой конструкции, расстояния от слушателя и мощности) удваивает интенсивность звука, вызывая увеличение уровня звукового давления на 3 дБ в месте расположения слушателя.
Ниже представлена таблица безопасного времени прослушивания при определённых уровнях звукового давления в соответствии с данными Национального института безопасности и гигиены труда (NIOSH) и Управления по безопасности и гигиене труда (OSHA):
Вот таблица с общими уровнями звукового давления, чтобы лучше понять, насколько громкими являются определённые значения звукового давления в дБ:
1.3. Чувствительность акустической системы
Чувствительность акустической системы — это звуковое давление, развиваемое ею в определённой точке (обычно на расстоянии 1 м по её оси), при подведении к её зажимам определённого напряжения. Преобразование звука улучшено за счёт более высокого показателя чувствительности. Акустическая система с более низкой чувствительностью производит меньший звук при том же уровне напряжения.
Низкая чувствительность увеличивает потребность в более мощном усилителе и влияет на энергопотребление. Кроме того, низкая чувствительность может повредить акустическую систему, поскольку больше электричества передаётся в тепло, чем в звук.
А теперь подробнее… Что такое чувствительность акустической системы? Чувствительность — это характеристика/измерение того, насколько хорошо динамик преобразует мощность усилителя (электрическую энергию) в акустическую (механическую волновую) энергию. Характеристики чувствительности обычно выражаются в децибелах уровня звукового давления на 1 ватт мощности на расстоянии 1 метра. Другими словами, чувствительность динамика обычно выражается в дБ (уровень звукового давления) / 1 Вт на расстоянии 1 метр.
Акустические системы с более высокой чувствительностью будут воспроизводить большую громкость при той же мощности. Таким образом, если два динамика имеют одинаковую мощность/номинальную мощность, более чувствительный динамик будет иметь более высокий максимальный уровень. Обратите внимание, что уровень звукового давления, создаваемого акустической системой, уменьшается вдвое (-6 дБ) при каждом удвоении расстояния. Вот почему единица измерения в 1 метр имеет решающее значение в спецификации чувствительности.
Как ни странно, воспринимаемая громкость удваивается или уменьшается вдвое при каждом изменении на +10 или -10 дБ. Кроме того, удвоение или уменьшение мощности вдвое определяется +3 или -3 дБ. Математика довольно сложна, но это важно отметить.
Например, акустическая система мощностью 500 Вт на максимальной мощности с чувствительностью 93 дБ (уровень звукового давления) / 1 Вт на расстоянии 1 м будет иметь ту же громкость, что и акустическая система мощностью 1000 Вт с чувствительностью 90 дБ (уровень звукового давления) / 1 Вт на расстоянии 1 м. Как только мощность станет известна, рейтинг чувствительности должен дать нам представление о том, насколько громкой может быть акустическая система. Давайте рассмотрим следующую таблицу, чтобы понять, как мощность и чувствительность влияют на воспринимаемую громкость.
На рисунке ниже мы будем использовать примеры динамика A (рейтинг чувствительности 84 дБ (уровень звукового давления) при 1 Вт/1 м) и динамика C (рейтинг чувствительности 90 дБ (уровень звукового давления) при 1 Вт/1 м):
Как связаны чувствительность и мощность?
Если этот динамик способен воспроизводить уровень звукового давления 97 дБ на расстоянии 1 метра при мощности усилителя 1 Вт, насколько громким он будет при мощности 500 Вт, его номинальной постоянной мощности? Эта формула поможет нам ответить на этот вопрос…
Кстати, многие формулы и диаграммы из этого видео можно найти в статье Audio University о децибелах. Мощность 1 — это мощность, указанная в спецификации чувствительности. Мощность 2 — это постоянная мощность, 500 Вт. Эту формулу можно решить с помощью онлайн-калькулятора.
Разница между 1 Вт и 500 Вт составляет почти 27 децибел. Итак, прибавив 27 к 97, указанным в характеристиках, мы можем вычислить, что динамик способен воспроизводить уровень звукового давления 124 дБ на расстоянии 1 метр. Помните: каждое удвоение мощности даёт нам прирост только на 3 дБ!
С помощью этой информации мы можем определить, способен ли динамик достичь целевого уровня в позиции прослушивания. Нам просто нужна простая формула, описывающая закон обратного расстояния. Закон обратного расстояния гласит, что при каждом удвоении расстояния происходит потеря уровня на 6 дБ. Это ещё одна причина, почему так важно знать, где будет находиться акустическая система относительно позиции слушателя.
Допустим, акустическая система находится на расстоянии 10 метров от слушателя. На этот раз мы будем использовать формулу без учёта мощности в децибелах, потому что мы сравниваем расстояние, а не мощность…
Расстояние 1 — наша стартовая дистанция, 1 метр. Расстояние 2 — это расстояние между акустической системой и местом прослушивания. Это говорит нам о том, что на этом расстоянии будет потеря около 20 дБ. Вычитание 20 из 124 означает, что динамик будет производить уровень звукового давления 104 дБ в месте прослушивания. Это означает, что акустическая система, безусловно, способна обеспечить достаточный уровень громкости в том месте, где она находится сбоку от сцены.
Если акустическая система не может обеспечить достаточную громкость при своей постоянной мощности, вам понадобится либо более чувствительная акустическая система, либо акустическая система с большей мощностью.
Выбор подходящего усилителя для ваших акустических систем
Я считаю, что всегда лучше сначала выбрать акустическую систему, а затем найти усилитель, который обеспечит достаточную мощность этой акустической системы. Если вы готовы узнать, как правильно выбрать усилитель для своих акустических систем, прочтите публикацию Audio University о выборе усилителя. Я даю вам простое руководство по выбору акустической системы и объясняю, почему важно правильно подобрать усилитель к акустической системе.
Насколько громкой должна быть система?
Если вы знаете расположение слушателей, расположение акустических систем и у вас есть целевой уровень для позиции прослушивания, у вас отличное начало. Чтобы дать вам представление о том, каким должен быть целевой уровень, взгляните на этот график. Обычно мы стремимся к целевому уровню звукового давления музыкальной системы от 80 до 100 дБ в месте прослушивания. Во многих ситуациях дополнительный запас не нужен, но оставим это на ваше усмотрение.
Сейчас самое время упомянуть пару характеристик, которые помогут нам понять, насколько громкой может быть акустическая система: чувствительность и постоянная мощность. Чувствительность акустической системы говорит нам, насколько громкой она будет, если на неё подаётся определённая мощность. Когда к указанной выше акустической системе подаётся мощность 1 Вт, вы можете рассчитывать на уровень звукового давления 97 дБ, измеренный на расстоянии 1 метра от акустической системы. Непрерывная мощность акустической системы описывает, какой объём мощности может поступать на динамик постоянно в течение долгого времени, не вызывая повреждений или необратимых изменений. Компании, производящие динамики, часто хвастаются гораздо более высокой пиковой мощностью, которая просто описывает максимальную мгновенную мощность, которая может быть подана на динамик без повреждений. Думаю, что сравнение акустических систем по продолжительной мощности гораздо полезнее.
1.4. Чёткость звука
Когда дело доходит до выбора идеальных акустических систем, одним из наиболее важных факторов является чёткость звука. Мы протестировали бесчисленное количество динамиков и обнаружили, что те, у которых чистый и чёткий звук, всегда являются лучшим выбором для любого слушателя. Чтобы проверить чёткость звука акустической системы, внимательно послушайте, как звучит музыка или звук. Имеет ли он приглушённое или искажённое качество? Есть ли потрескивающие или щёлкающие звуки? Всё это может указывать на плохую чёткость звука, что в конечном итоге повлияет на ваши впечатления от прослушивания. Важно выбирать акустические системы, которые не только воспроизводят высококачественный звук, но и одинаково воспроизводят различные типы аудиоконтента. При выборе следующего комплекта акустических систем не соглашайтесь ни на что иное, кроме исключительной чёткости звука – вы не пожалеете об этом!
1.5. Размер динамика акустической системы
Перед покупкой следует учитывать размер динамика. Размер динамика обычно измеряется в дюймах, а спецификация размера относится к диаметру самого большого динамика. Вот это очень важный момент. У динамиков одного размерного ряда могут отличаться размеры диффузоров — плюс-минус дюйм. Поэтому размерность динамика определяется размерностью корзины, то есть самого большого элемента по диаметру. Многие этого не знают и спорят о размере.
Что касается общего физического размера динамиков, включая корпуса, подумайте, где динамики будут размещены и поместятся ли они физически в предназначенных местах. Кроме того, если вы планируете перемещать акустические системы (с концерта на концерт), подумайте, как размер динамиков повлияет на хранение во время транспортировки.
Помимо ограничений физического пространства, с которыми вы можете столкнуться, размер динамика также будет влиять на их характеристики. Динамики акустической системы большего размера будут легче воспроизводить низкие частоты, поскольку они могут выталкивать и втягивать больше воздуха. Низкие частоты требуют больше энергии и имеют более длинные волны. Чем больше размер динамика, тем лучше он будет справляться с медленными, но мощными движениями, необходимыми для низких частот. По этой причине сабвуферы большие.
Однако прежде чем мы пойдём и купим самые большие динамики, которые сможем найти, нам следует также подумать об акустическом пространстве, в котором будут располагаться динамики. Опять же, басовые частоты имеют длинные волны. Поэтому для полноценного развития им требуются большие расстояния. В небольших помещениях может оказаться недостаточно места для развития низкочастотного звука из динамиков. Если помещение не акустически обработано, эти слаборазвитые волны будут лишь мешать другим частотам звуковых волн.
Например, самая низкая частота слышимого спектра (хотя мы, естественно, её едва слышим) составляет 20 Гц. Если принять скорость звука 343 м/с, то 20 Гц соответствует длине волны 17,15 м (56 футов). Это большой путь для развития! Без басовых ловушек и других акустических обработок низкие частоты могут серьёзно повлиять на звучание комнаты. Звук может быть мутным, резонансным на определённых частотах (особенно в нижних и средних частотах) и чрезмерно отражающим. Акустические системы могут звучать великолепно в определённой позиции прослушивания, но в воспринимаемом звуке может быть слишком мало или слишком много басов на расстоянии метра в другой позиции прослушивания.
Таким образом, как правило, более крупные динамики обеспечивают больше басов. Однако больше басов не обязательно гарантировано. Я бы посоветовал приобрести отдельный сабвуфер для обработки низких частот. Таким образом, вы можете отрегулировать мощность низких частот и даже выключить сабвуфер, если это необходимо.
1.6. Сопротивление акустической системы
Что такое сопротивление акустической системы? Сопротивление акустической системы, измеряемое в омах (Ом), представляет собой электрический импеданс (сопротивление переменному току), с которым сталкивается аудиосигнал (электрический переменный ток) на входе акустической системы. Импеданс влияет на нагрузку, которую акустическая система оказывает на усилитель, и является важным параметром при согласовании акустической системы и усилителя.
Сопротивление акустической системы является важной характеристикой при подключении пассивных акустических систем к усилителям мощности. Характеристики импеданса имеют меньшее значение для активных акустических систем, которые принимают сигналы линейного уровня или даже микрофонного уровня. Акустическая система с более низким импедансом потребует больше мощности для достижения того же напряжения (уровня сигнала) на её излучателе (динамике). Выход усилителя мощности, управляющего пассивной акустической системой, в идеале должен иметь менее одной десятой номинального импеданса входа акустической системы для правильной передачи сигнала. Характеристики выходного импеданса усилителя обычно обозначаются как «номинальные импедансы», которые относятся к импедансу(ам) акустических систем, которые усилитель может правильно использовать. Реальное выходное сопротивление усилителя мощности обычно составляет менее 0,1 Ом, но это редко указывается.
Импеданс также имеет решающее значение при подключении нескольких динамиков к усилителю мощности. Динамики можно подключать последовательно или параллельно. Динамики, соединённые последовательно, соединяются по одной токопроводящей дорожке. Через все динамики протекает одинаковый ток, но напряжение на каждом из динамиков падает (из-за импеданса динамика). При последовательном подключении динамиков необходимо подключить положительный выход канала усилителя к положительному разъёму динамика A, а отрицательный разъём динамика A — к положительному разъёму динамика B (и так далее для большего количества динамиков) перед подключением отрицательного разъёма последнего динамика к отрицательной клемме канала усилителя. Динамики, подключённые параллельно, подключаются по нескольким путям, так что ток разделяется, но напряжение одинаково на каждом динамике.
Последовательное подключение динамиков требует подключения положительного выхода канала усилителя к положительному выводу динамиков A, B и так далее. Отрицательные клеммы динамиков затем подключаются к отрицательной клемме канала усилителя.
Суммарное сопротивление параллельных динамиков следующее:
1.7. Угол покрытия акустической системы
Спецификация покрытия/рассеивания относится к направленности вывода звука акустической системы. Спецификация покрытия часто задаётся как угол вдоль горизонтальной плоскости, который пересекает осевую линию акустической системы, и другой угол вдоль вертикальной плоскости, который пересекает осевую линию. Покрытие можно представить как трёхмерный звуковой фронт конической формы, исходящий из акустической системы. Пределы покрытия часто определяются как падение уровня звукового давления на -6 дБ от уровня звукового давления на оси (прямо перед акустической системой). Предположим, мы планируем проецировать звук на аудиторию с помощью акустической системы. В этом случае мы должны обратить внимание на угол(ы) охвата акустической системы, чтобы помочь расположить их для оптимальной работы в максимально большом пространстве.
1.8. Корпус акустической системы
Тип корпуса акустической системы также влияет на его частотную характеристику. Эти корпуса можно разделить на герметичные и портированные (с фазоинвертором). Эта разница более выражена в инструментальных кабинетах, чем в большинстве других типов акустических систем.
Герметичные корпуса акустической системы — закрытый ящик (ЗЯ)
«ЗЯ», как следует из их названия, полностью изолированы. Поскольку тыловой звук полностью захвачен, ЗЯ по своей сути неэффективны и воспроизводят только половину своего потенциала с точки зрения выходного уровня. При этом ЗЯ, как правило, обеспечивают более плотную и точную частотную характеристику и более прямой звук, особенно на более направленных средних и высоких частотах. Их также легче спроектировать, и они часто стоят дешевле.
Портированные корпуса акустической системы (с фазоинвертором)
Портированные корпуса, как следует из названия, имеют порты спереди и/или сзади. Они позволяют звуку исходить спереди и/или сзади и более эффективны (громче), чем их герметичные аналоги. Конструкция акустического лабиринта внутри портированной акустической системы во многом зависит от требований к конструкции. Однако почти все портированные конструкции расширяют диапазон низких частот, что делает эти типы корпусов более способными воспроизводить басы. Размещение портированных акустических систем близко к стене или поверхности может существенно повлиять на воспринимаемый звук и частотную характеристику, поскольку все частоты излучаются не только спереди, но и сзади акустической системы. Таким образом, размещение портированных акустических систем становится ещё более сложной задачей, чем размещение закрытых.
1.9. Количество динамиков
Часто задают вопрос: «Сколько динамиков мне нужно?» Ответ, конечно, такой: «Это зависит от желаемых результатов». Для портативных Bluetooth-акустических систем и стереозвуковых панелей часто бывает достаточно одного устройства. Для стереовоспроизведения потребуются два динамика (и, возможно, сабвуфер), чтобы получить все возможности. Это характерно для студийного мониторинга и домашних стереосистем. Для форматов объёмного звука потребуется как минимум столько же динамиков (размещённых соответствующим образом), сколько имеется каналов. Например, для объёмного звука 5.1 потребуется как минимум 5 полнодиапазонных динамиков и сабвуфер для полноценного звукового образа. Количество динамиков в вашем автомобиле во многом зависит от конструкции автомобиля. Для установленных акустических систем, охватывающих большую площадь и/или несколько комнат, потребуется столько динамиков, сколько необходимо для адекватного покрытия площади. При проектировании микшерной студии, возможно, вам следует рассмотреть возможность использования нескольких пар мониторов. При организации живой звуковой сцены в дополнение к акустическим системам перед домом часто требуются складные мониторы.
Когда дело доходит до наполнения помещения достаточным количеством звука, количество динамиков может значительно различаться. Маленьким помещениям требуется меньше энергии, и чем меньше людей в комнате, тем меньше энергии требуется. Хотя это далеко не стандартизировано, рекомендуем вам следующие ориентировочные требования к мощности для небольших помещений:
- Менее 46,5 квадратных метра (500 кв. футов): среднеквадратическая мощность 200 Вт или меньше
- Менее 93 квадратных метра (1000 кв. футов): среднеквадратическая мощность 800 Вт или меньше
- Менее 186 квадратных метра (2000 кв. футов): среднеквадратическая мощность 2000 Вт или меньше
- Менее 372 квадратных метра (4000 кв. футов): среднеквадратическая мощность 4000 Вт или меньше
Акустические системы в более крупных конфигурациях часто устанавливаются в виде линейных массивов, которые эффективно объединяют несколько динамиков вместе, чтобы выводить больше звука с более широким углом охвата.
1.10. Разделительный фильтр (кроссовер) акустической системы
Как мы уже говорили в этой статье, акустической системе часто требуется несколько излучателей (динамиков) для обеспечения адекватной частотной характеристики. Кроме того, для воспроизведения низких частот звука часто требуются дополнительные сабвуферы. Прежде чем мы перейдём к каждому из типов излучателей, давайте кратко обсудим разделительные фильтры.
Разделительные фильтры (кроссоверы) разделяют полнодиапазонный аудиосигнал на более мелкие частотные диапазоны, которые каждый динамик может точно воспроизводить. Для этого кроссоверы используют фильтры. В кроссоверной сети акустической системы есть три типа фильтров:
- Фильтр нижних частот: пропускает низкие частоты без фильтрации и отфильтровывает (или «обрезает») высокие частоты.
- Фильтр верхних частот: пропускает высокие частоты без фильтрации и отфильтровывает (или «обрезает») низкие частоты.
- Полосовой фильтр: комбинация фильтра нижних частот и фильтра верхних частот. Он позволяет пропускать определённую полосу частот, отфильтровывая частоты выше верхней точки полосы и частоты ниже нижней точки полосы.
Сети активного кроссовера разделяют сигналы линейного уровня на отдельные полосы, причём каждая полоса имеет свой собственный усилитель. Пассивные кроссоверы разделяют сигналы уровня динамиков (которые уже усилены) на отдельные полосы. К счастью, большинство акустических систем имеют собственные внутренние кроссоверы, разработанные специально для их динамиков. Однако существуют и автономные кроссоверы, которые часто регулируются. Они чаще встречаются в профессиональных аудиосистемах и больших акустических системах, чем в других аудиоприложениях. Пожалуй, наиболее распространённым кроссовером является кроссовер сабвуфера, который эффективно разделяет аудиосигнал на две полосы: низкие частоты, которые передаются на сабвуфер, и оставшуюся часть аудиосигнала, который отправляется на другие динамики в системе.
Акустические системы обычно состоят из нескольких излучателей (динамиков). Они известны как:
- 2-полосные акустические системы: имеют 2 динамика (обычно низкочастотный и высокочастотный) и используют двухполосный кроссовер (низкие и высокие частоты).
- 3-полосные акустические системы: имеют 3 динамика (обычно низкочастотный, среднечастотный и высокочастотный) и используют трёхполосный кроссовер (низкие, средние и высокие частоты).
- 4-полосные акустические системы: имеют 4 динамика (часто низкочастотный, среднечастотный, высокочастотный (твиттер) и сверхвысокочастотный) и используют 4-полосный кроссовер (низкие частоты, средние/нижние средние частоты, высокие/верхние средние частоты, высокие/сверхвысокие).
1.11. Типы излучателей по полосам
После этого введения о кроссоверах давайте рассмотрим различные типы динамиков, с которыми мы, вероятно, столкнёмся при поиске акустической системы (по полосам):
- Низкочастотные динамики, сабвуферы
- Среднечастотные динамики
- Высокочастотные динамики и сверхвысокочастотные динамики
- Коаксиальные динамики
Сабвуферы являются популярным дополнением к аудиосистемам и предназначены для воспроизведения самых низких частот (обычно от 20 Гц до 80, 100 или 200 Гц, в зависимости от настройки).
- Системные сабвуферы, одобренные THX: ≤20–80 Гц
- Сабвуферы профессионального уровня для живого звука: ≤20 Гц ~ 100 Гц
- Сабвуферы потребительского класса: ≤20 Гц ~ 200 Гц.
Сабвуферам требуется относительно большое количество энергии для воспроизведения низких звуковых частот. Низкие частоты требуют более медленного движения диффузора и большего хода. Кроме того, мы, естественно, чувствуем эти низкие частоты больше, чем слышим их, и, следовательно, сабвуфер должен воспроизводить более высокие уровни, если мы хотим услышать низкие частоты. Из соображений электропитания многие сабвуферы имеют питание. Это означает, что у них есть собственный встроенный усилитель и кроссовер (по сути, фильтр нижних частот).
Низкочастотные излучатели (НЧ-динамики)
Низкочастотный динамик — это более крупный и басовитый динамик в многодинамиковой акустической системе. НЧ-динамикам часто поручают воспроизводить частоты от 20 Гц до 2000 Гц. Обратите внимание, что среднечастотный динамик может снимать некоторую нагрузку с НЧ-динамика. Точно так же сабвуфер вполне может облегчить воспроизведение очень низких частот в НЧ-динамике. Тем не менее, НЧ-динамики включены в конструкцию акустической системы для воспроизведения низких частот и обычно соединяются с высокочастотным динамиком (в 2-полосных акустических системах) или с высокочастотным и среднечастотным динамиками (в 3-полосных акустических системах). Чтобы воспроизводить самые низкие частоты, НЧ-динамики должны быть большими. НЧ-динамик диаметром 12 дюймов (30 см) и более, вероятно, способен воспроизводить частоту до 20 Гц. Вот почему многие сабвуферы обычно больше.
Среднечастотные излучатели (СЧ-динамики)
Среднечастотный динамик отвечает за воспроизведение средних частот. Как следует из названия, СЧ-динамики предназначены для воспроизведения среднего диапазона частотного спектра — их частотная характеристика находится в диапазоне, грубо говоря, от 150 Гц до 5 кГц. Конечно, разные СЧ-динамики будут иметь разные частотные характеристики, а разные кроссоверы будут передавать на эти излучатели разные частотные диапазоны. Поэтому сложно с уверенностью назвать какой-то конкретный диапазон. Поскольку задача СЧ-динамиков заключается в воспроизведении средних частот, мы обычно видим их только в 3-полосных или 4-полосных акустических системах. Чтобы воспроизвести полный диапазон слышимых частот, динамику, содержащему СЧ-динамик, также потребуется НЧ-динамик для покрытия низких частот и ВЧ-динамик для покрытия высоких частот.
Высокочастотные излучатели (ВЧ-динамики) и сверхвысокочастотные излучатели
Высокочастотный динамик — это самый маленький динамик в конструкции акустической системы, отвечающий за воспроизведение самого высокого диапазона частот. Часто этот диапазон составляет от 2 до 20 кГц, хотя некоторые специальные ВЧ-динамики могут воспроизводить звуковые волны частотой до 100 кГц. Обратите внимание, что при использовании в конструкции сверхвысокочастотного динамика, ВЧ-динамик будет иметь меньшую полосу частот и не должен будет выдавать частоты до 20 кГц. Помните, что слышимый диапазон человеческого слуха общеизвестен как 20 Гц – 20 кГц. Подавляющее большинство ВЧ-динамиков имеют диаметр 1 дюйм (25 мм). Эти лёгкие динамики небольшого диаметра способны очень быстро вибрировать и воспроизводить высокие частоты с высокой детализацией. Ленточные излучатели иногда используются в качестве ВЧ-динамиков.
Сверхвысокочастотные динамики — это дополнительный излучатель, который помогает снять часть нагрузки с ВЧ-динамика. Он отвечает за воспроизведение самых высоких частот аудиосигнала и позволяет ВЧ-динамику «сосредоточиться» на воспроизведении более узкой полосы с большей точностью. Сверхвысокочастотные динамики обычно присутствуют в 4-полосных акустических системах вместе с ВЧ-динамиком, СЧ-динамиком и НЧ-динамиком. Однако бывают случаи, когда сверхвысокочастотный динамик используется вместе с ВЧ-динамиком и НЧ-динамиком в трёхполосной акустической системе.
2. Принципы работы акустических систем (виды динамиков)
Акустические системы — это преобразователи, которые преобразуют электрическую энергию (аналоговые аудиосигналы) в энергию механических волн (звуковые волны). Существует несколько методов выполнения этого преобразования, которые мы обсудим в этом разделе.
Различные типы преобразователей акустических систем включают в себя:
- 1. Электродинамические
- 2. Магнитостатические / планарные магнитные / изодинамические
- 3. Ленточные
- 4. Электростатические
2.1. Электродинамические излучатели (динамики)
Данные динамики на сегодняшний день являются наиболее распространёнными. Они работают по принципу электромагнитной индукции для преобразования сигнала в звук. Если вы знакомы с динамическими микрофонами с подвижной катушкой, электродинамические динамики эффективно используют тот же процесс, только наоборот. Начнём обсуждение со схемы поперечного сечения электродинамического динамика.
Аналоговый аудиосигнал уровня динамика проходит через звуковую катушку динамика. Эта звуковая катушка представляет собой плотно намотанную цилиндрическую катушку из проводящего провода (часто медного), которая находится внутри круглого выреза в магнитной конструкции динамика. Эта звуковая катушка подключена к диафрагме динамика, которая затем соединяется с подвеской динамика (центрирующая шайба и внешний подвес). Излучатель должен быть спроектирован таким образом, чтобы обеспечить перемещение звуковой катушки вдоль оси Z (вверх и вниз в пределах выреза), одновременно ограничивая перемещение по осям X и Y.
Электромагнитная индукция утверждает, что электрический ток, проходящий через проводник, создаёт магнитное поле. Переменный ток (аудиосигнал) через звуковую катушку создаёт переменное магнитное поле. Поскольку магнитное поле звуковой катушки меняется в зависимости от звука, звуковая катушка взаимодействует с постоянным магнитным полем магнитов динамика. Благодаря магнитному отталкиванию и притяжению это взаимодействие заставляет звуковую катушку колебаться, имитируя форму волны аудиосигнала. Поскольку звуковая катушка прикреплена к диафрагме, диафрагма также будет перемещаться вместе со звуковой катушкой. Движение диафрагмы толкает и притягивает воздух вокруг себя, вызывая увеличение и уменьшение локализованного давления. Эти колебания давления распространяются наружу от излучателя и известны как звуковые волны.
Электродинамические излучатели относительно недороги в изготовлении, но относительно плохо воспроизводят весь диапазон слышимых частот. Это одна из причин того, почему так много динамиков имеют несколько излучателей для покрытия адекватного частотного диапазона.
Отдельно отметим коаксиальные динамики. Коаксиальные динамики (иногда называемые полнодиапазонными) — это динамики, предназначенные для воспроизведения всего диапазона слышимых частот. Коаксиальные динамики, как следует из названия, имеют несколько излучателей, которые имеют общую ось движения. Как и упомянутые выше динамики, полнодиапазонные динамики могут быть 2-полосными, 3-полосными или даже 4-полосными. Однако они имеют одну общую ось и по существу созданы поверх или внутри друг друга. Низкочастотный, среднечастотный (если применимо), высокочастотный и сверхвысокочастотный (если применимо) динамики встроены в концентрические круги. Многие производители автомобилей используют коаксиальные динамики, поскольку они дешевле и проще в установке.
2.2. Магнитостатические / планарные / изодинамические / магнитные динамики
Магнитостатические / планарные магнитные динамики также работают на электромагнитных принципах. В то время как электромагнитные излучатели имеют звуковую катушку, прикреплённую к конусообразной диафрагме, планарный магнитный излучатель имеет тонкую плоскую (часто прямоугольную) диафрагму со встроенным проводящим проводом.
Этот провод обычно имеет змеевидную форму и проходит через большую часть площади диафрагмы. Рассмотрим следующую иллюстрацию для упрощённого представления о плоской магнитной диафрагме динамика.
Когда аудиосигнал переменного тока проходит через проводящие дорожки диафрагмы, внутри и вокруг диафрагмы индуцируется переменное магнитное поле. Диафрагма обычно располагается между двумя магнитными матрицами/структурами, хотя в некоторых конструкциях используется одна магнитная структура. Поскольку звуковой сигнал индуцирует переменное магнитное поле в диафрагме, оно будет притягиваться/отталкиваться окружающими его магнитами, заставляя его двигаться. Диафрагма тщательно соединена с корпусом по всему периметру и движется почти идеально плоско-биполярно (отсюда и название). На диафрагме практически нет полос и складок, за исключением её периметра. Это обеспечивает очень точный отклик и низкий уровень искажений. Планарные магнитные излучатели, как правило, способны воспроизводить расширенные частотные характеристики, хотя отдельный сабвуфер может лучше всего воспроизводить низкие частоты.
2.3. Ленточные динамики (типа Хейла и другие)
Ленточный динамик — ещё один излучатель, работающий на основе электромагнитных принципов. Если вы знакомы с ленточными микрофонами, ленточные динамики фактически используют тот же процесс, только наоборот. Рассмотрим упрощённую иллюстрацию ленточного динамика.
В ленточных конструкциях диафрагма (известная как лента) является проводящим элементом. В отличие от вышеупомянутых типов излучателей, в диафрагме нет никаких дополнительных материалов (встроенного проводящего провода или прикреплённой катушки). Ленточная диафрагма идеально гофрирована для увеличения её поперечной жёсткости и снижения резонансной частоты. Она также имеет относительно небольшую массу, что облегчает её перемещение и повышает точность её движения. Аудиосигнал переменного тока подаётся на саму диафрагму, а переменное магнитное поле создаётся за счёт электромагнитной индукции. Что касается усиления, ленточная диафрагма обычно требует меньшего напряжения и большего тока, чем традиционные динамики, чтобы сохранить относительно хрупкую ленту в безопасности. Многие ленточные излучатели имеют понижающий трансформатор (или эквивалентную бестрансформаторную схему) для понижения напряжения сигнала при одновременном повышении тока. Магниты расположены по бокам диафрагмы, а не спереди и сзади, и должны быть мощными, чтобы компенсировать более низкое напряжение и неидеальное расположение. В конструкции ленточного излучателя магниты размещаются очень близко к диафрагме, чтобы улучшить магнитный поток и предотвратить прохождение воздуха через излучатель.
Ленточные диафрагмы/излучатели ценятся за свою точность, но печально известны низкими показателями чувствительности/эффективности и хрупкостью. Они часто используются в качестве высокочастотных динамиков и в сочетании с динамиками с подвижной катушкой для воспроизведения всего диапазона слышимых частот в многополосных динамиках.
2.4. Электростатические динамики
Электростатический преобразователь/излучатель является первым в этом списке, который не использует электромагнитную индукцию в качестве основного принципа. Скорее, эти излучатели работают на электростатических принципах. Если вы знакомы с конденсаторными микрофонами, электростатические динамики фактически используют тот же процесс, только наоборот.
Электростатическая диафрагма динамика обычно больше и тоньше, чем диафрагмы других динамиков, и обычно имеет прямоугольную форму. По всей площади она покрыта проводящим материалом. Диафрагма должна удерживать положительный электрический заряд, чтобы динамик мог правильно работать в качестве преобразователя. Обычно она заряжается с помощью высокого напряжения смещения постоянного тока или прочного электретного материала.
Электростатическая диафрагма динамика зажата между двумя большими перфорированными пластинами статора, которые действуют как конденсатор с параллельными пластинами.
Пластины статора и диафрагма электрически изолированы друг от друга с помощью лонжеронов по периметру диафрагмы и пластин. Чтобы лучше представить себе электростатический динамик/диафрагму, посмотрите на эту упрощённую диаграмму поперечного сечения.
Аудиосигнал подаётся на пластины статора, которые действуют как своего рода конденсатор с параллельными пластинами. Специализированный усилитель должен повысить напряжение предполагаемого аудиосигнала, одновременно снижая ток. Это необходимо для правильной зарядки высокоомного «конденсатора», также известного как пластины статора. После подключения к источнику звука статоры в любой момент времени будут заряжены одинаково, но противоположно. Положительно заряженная диафрагма будет притягиваться к одной пластине, в то время как другая пластина будет отталкивать её в любой момент времени. Это заставляет диафрагму двигаться вперёд и назад и при этом создавать звуковые волны. Эти звуковые волны имитируют звуковой сигнал и покидают динамик через перфорированные пластины статора. Диафрагма электростатического преобразователя, как и диафрагма планарного магнитного излучателя, движется биполярно и практически не создаёт искажений. Эти динамики могут воспроизводить весь диапазон слышимых частот, хотя некоторые из них оснащены динамическим НЧ-динамиком/сабвуфером для покрытия суббасовых и низких частот.
Продолжение следует…
Материал был составлен на основе компиляции и перевода следующих статей:
- «How to Choose Loudspeakers?» Автор — Robert Harley. Дата публикации — 03 октября 2023 года. Оригинал — https://www.theabsolutesound.com/articles/how-to-choose-loudspeakers
- «How to choose the right speakers and get the best sound?» Автор — Ketan Bharadia. Дата публикации — 22 июня 2023 года. Оригинал — https://www.whathifi.com/advice/how-to-choose-the-right-speakers
- «How To Choose The Right Speakers? A Specific Guidance.» Автор — Ciaran Gonzan. Дата публикации — 30 января 2024 года. Оригинал — https://www.audiosk.com/how-choose-speakers
- «How to choose the loudspeakers?» Дата публикации — 09 февраля 2023 года. Оригинал — https://www.amlux.it/en/blog/194562/how-to-choose-the-loudspeakers
- «10 Ways On How To Choose The Best Speakers.» Дата публикации — 31 января 2023 года. Оригинал — https://www.urbansplatter.com/2023/01/10-ways-on-how-to-choose-the-best-speakers
- «Choosing The Right Speakers. 3 Questions You Should Ask…» Автор — Kyle Mathias. Оригинал — https://audiouniversityonline.com/choosing-speakers
- «How To Choose The Perfect Speakers: Your Ultimate Guide» Автор — Tom S. Ray. Дата публикации — 23 апреля 2023 года. Оригинал — https://soundaudioadvice.com/the-perfect-speakers
- «The Ultimate Loudspeaker Buyer’s Guide 2024» Автор — Arthur Fox. Дата публикации — 13 октября 2021 года (обновлена 3 января 2024 года). Оригинал — https://mynewmicrophone.com/the-ultimate-loudspeaker-buyers-guide
Перевод и компиляция статей — Файзуллин Р.А.
