Хроніки Аудіо Лабораторії (4). За Акустику!

Хоч я мав на увазі "про акустику", але нехай це звучить, як тост: за акустику! Бо тут без сто грам точно не розберешся )) 
Адже після перетворення звуків у вигляді коливання повітря в коливання електричних частинок, що були препаровані та муміфіковані в цифрових зліпках, відроджені з мертвих в коливання струму й перетворені знову в коливання напруги, відфільтровані, поділені на смуги та підсилені аудіосистемою, що збудував собі Джек, настав час Останнього Перетворення - назад в коливання повітря, себто звук, з якого все й розпочалось, принаймні в людських жанрах музики, а не в отих ваших електронних рейвах ) 
І в автомобілі, смію вас завірити, саме це Останнє Перетворення найважче з усіх. 
То ж, як і обіцяв, про Тіля, Смола, їх позашлюбного сина Цобеля, а також Батерворта, Бесселя, Лінквіца, Гельмгольца та інших дивних типів, що братимуть участь в нашій тусовці.

Акустична система складається з динаміків, їх акустичного оформлення, а також акустичного середовища.

Динаміки (гучномовці) - електромеханічні перетворювачі коливань напруги в звук. Електрична їх частина - це котушка, по якій протікатиме струм, продукований підсилювачем, а механічна - це нерухомі корпус, магніт та рухомий дифузор, купол або плівка, з'єднані з уже згаданою котушкою. І оскільки все відбувається в магнітному полі, то протікання струму викликає рух рухомої частини, яка переміщає собою повітря і... так, породжує звукові хвилі, ура.
Акустичне оформлення - конструкція, завдяки якій гучномовець може звучати повноцінно, як задумано його виробником. 
В першу чергу це стосується низькочастотних динаміків. Якщо ми ввімкнемо такий, тримаючи його, наприклад, в руках, то рухом дифузора вперед він штовхатиме повітря від себе, рухом дифузора назад - навпаки. А оскільки діаметр навіть здоровенного (за автомобільними мірками) 15" сабвуфера менше 40 сантиметрів, а довжина хвилі на частоті нехай 30Гц - більше 11 метрів, хвилі від передньої частини дифузора накладатимуться на протилежні за напрямком хвилі від задньої, і глушитимуть одна одну. Все, кінець дискотеці, Акустичне Коротке Замикання (АКЗ). 

То ж, щоб низькочастотний динамік міг повноцінно басити, не борючись сам із собою, потрібно відгородити його передню частину від задньої саме акустичном оформленням. Найпростіший варіант: вмонтувати його в екран - площину розміру більшого, ніж найбільша довжина хвилі, які він повинен відтворювати. Ще це оформлення називається Free Air. А щоб не возити зі собою багатометрові щити, існує їх практично повний аналог - відкритий ящик. Це двері автомобіля. Чи задня поличка в седанах/купе, тобто, двооб'ємних кузовах. 
Інший варіант - ящик обрахованого об'єму, в який вмонтовується гучномовець. 
Акустичне середовище - це салон автомобіля, тобто об'єм, в якому буде розповсюджуватись звук, і в якому ми його будемо слухати. В автомобілі воно також активно впливає на характер звучання, адже нема автівок довжиною більше 15 метрів, та й матеріали, з яких виготовлений автомобіль - це і тонкий вібруючий метал, що породжуватиме механічні резонанси й інші призвуки, пластик та скло, що відбиватимуть звукові хвилі, крісла та інша обшивка, що їх поглинатиме...

З цієї причини авто - найскладніше середовище для побудови якісного звуку (деякі домашні сноби вважають це за неможливе - ха-ха, слабаки! )), але водночас воно і виклик, і ще саме в автівці, на ходу, музика сприймається особливо емоційно, тому гра вартує свічок!
Оскільки часткових випадків багато, розказати про всі - це я вже на пенсію вийду, коли лишень до половини доберусь, тож мову вестиму про мерседес 124 купе, як приклад. Автомобіль, до речі, унікальний в силу можливості побудови майже усіх найрозповсюдженіших типів систем: 2-смугових, 3-смугових, з сабвуферами в усіх можливих акустичних оформленнях.
Розпочну з найскладнішої ланки - мідбасу. Він може слугувати низькочастотним придатком 3-смугової системи, або ще й брати на себе підвищені середньочастотні зобов'язання в 2-смуговій. 
Але не можна будь-який динамік встановити будь-як, це було б надто просто, а життя - то вам не байка, то страждання. 

Гучномовці мають досить немаленьку кількість електромеханічних параметрів, із деякими з них, найважливішими, доведеться розібратись, і хай поможуть нам Тіль зі Смолом, уперед )
Перший - це резонансна частота, позначається Fs. Як і будь-яка матеріальна річ в нашому світі, рухома частина динаміка має власний резонанс. Якщо шо - гуглиться "явище механічного резонансу".

Другий - загальна добротність, Qts. Фізично - це гострота піку отого вище описаного резонансу. Нижче наведу ще свій графік, і, надіюсь, стане зрозуміліше, ну або ні.
В сукупності ці два параметри для нас дуже важливі, оскільки саме вони визначають придатність конкретного динаміка для того, чи іншого акустичного оформлення.
Розглянемо спершу двері, тобто відкритий ящик. Підходить майже для всіх автомобілів, ну бо майже завжди є двері. 
Щоб динамік гарно басив, починаючи аж від своєї Fs, його добротність має бути в околі 0,7. Це добротність за Батервортом називається. Простими словами, гучномовець з Fs=60Гц і Qts=0.7 звучатиме наскільки може лінійно від частоти 60 герц і вище, а нижче 60Гц буде плавно затихати, з крутизною приблизно 6дБ на октаву... Халепа! Ну от треба воно нам, га? Ні, щоб заробити грошей, поїхати до інжИнєра, най він то все зробить - нЄ! Я буду самМ! ))
Коротше, октава - зміна частоти в два рази. А гучність (себто амплітуда) вимірюється в децибелах (дБ). І шкала там логарифмічна (привіт математика!). І в застосуванні до акустики 6дБ - буде в 4 рази. То ж для динаміка, описаного вище, це означатиме, що починаючи з 60-ти герц вниз звучання динаміка зменшуватиметься так, що при досягненні 30Гц він "співатиме" в 4 рази тихіше.
От )) Але продовжу.
Якщо Qts буде вищою за 0,7, відбуватиметься підйом гучності динаміка в області його резонансу. І чим більша буде добротність, тим більше його звучання набуватиме такого "бумкаючого" характеру. Цим, до речі, часто грішать виробники штатних динаміків, для створення ілюзії, ніби їх аудіосистема вміє басити.
У випадку суттєво нижчого значення, 0,2...0,4, у відкритому оформленні такий гучномовець басити не вміє, тобто для дверей не підходить.
Якщо ж говорити про дійсно якісне відтворення басового діапазону в відкритому ящику, я є прихильником акустики з так званою добротністю за Бесселем - Qt=0.56.
Тут я не випадково написав Qt, загубивши "s", тому що мав на увазі результуючу добротність акустичної системи, в складі гуномовця разом із його акустичним оформленням, яке завжди вносить свій вплив. У відкритому ящику добротність зовсім трошки виросте, разом із невеликим зниженням резонансної частоти, а в інших оформленнях все буде значно кардинальніше. Та спершу ще про один параметр.
Еквівалентний об'єм, Vas. Якщо ми натиснемо на дифузор динаміка, відчуємо, як він чинить нам опір. Його підвіс має певну жорсткість. Якщо ми візьмемо якийсь закритий об'єм повітря, і будемо стискати його поршнем, також відчуємо спротив. Так от, еквівалентний об'єм - це умовний об'єм повітря, жорсткість спротиву якого відповідає жорсткості спротиву підвісу динаміка.
З практичної точки зору воно означає, що чим більшим буде об'єм реального ящика від значення Vas конкретного динаміка, тим менше він впливатиме на сам гучномовець, який в цей герметичний ящик вмонтували. А чим меншим буде реальний об'єм від Vas, тим сильніше зростатиме як резонансна частота, так і добротність. 

Коротко зведу все до купи щодо дифузорних мідбасів, і це усе стосується будь-яких дифузорних динаміків: сабвуферів, середньочастотних, широкосмугових...
З важливих параметрів гучномовця є його:
- резонансна частота Fs: позначає нижню межу "басовитості" динаміка,
- добротність Qts: спрощено визначає, в яке акустичне оформлення можна динамік вмонтувати. Qts низьке (0,2...0,4) - це ЗЯ, але краще ФІ. 0,5...0,7 - це для відкритого ящика, тобто в двері. Якщо вище - ну, тут вже треба розуміти, що і навіщо ви робите.
- еквівалентний об'єм Vas: для "закритого" оформлення, визначає його об'єм.

Ще з необхідних та цікавих параметрів є:
- Re - електричний опір динаміка,
- Le - індуктивність котушки.
Ці хитрі параметри дозволяють порахувати необхідні компенсуючі кола (доберуся і до них).

- Bl - примітивно кажучи, це "потужність двигуна", а...
- Mms - маса рухомої частини гучномовця.
За співвідношенням цих значень можна прикинути, наскільки гучномовець буде здатен відтворювати дрібні нюанси звучання. Тут все, як з автівками, менша маса + потужніший двигун - рецепт успіху. Але й, точно як з авто, надмірна потужність при замалій масі - динамік порве сам себе )

Окремо слід згадати за купольні динаміки - це або високочастотні гучномовці, вони ж твітери, або зрідка середньочастотні. Ці динаміки не можуть працювати на частоті власного резонансу, тому що будуть видавати люті спотворення. Їх необхідно різати фільтром HPF на частоті як мінімум вдвічі вищої за Fs, за умови крутизни зрізу 4-го порядку, або й ще вище, якщо різати нижчими порядками.

Ох, на знаю, чи хтось взагалі дочитає до цього місця ))
Але якщо щось в моїх наступних дописах викликатиме нерозуміння - пеняйте на себе ))

ПС. Обіцяний свій графік власних гучномовців буде уже в наступній частині. Ту бі контінуе...

Реклама

Зимова вигода: знижка -1000 грн на ремонт авто!