Как вычислить чувствительность акустики

Что означает чувствительность динамика и почему это важно?

Понимание одной из самых важных, но запутанных характеристик динамика

Если есть одна характеристика колонок, на которую стоит обратить внимание, это рейтинг чувствительности. Чувствительность говорит вам, какую громкость вы получите от динамика с заданным уровнем мощности. Это может повлиять не только на выбор динамика, но и на выбор стерео ресивера/усилителя. Чувствительность является неотъемлемой частью динамиков Bluetooth, звуковых панелей и сабвуферов, даже если эти продукты могут не соответствовать спецификации.

Что означает Чувствительность

Чувствительность динамика становится понятной, если вы понимаете, как она измеряется. Начните с установки измерительного микрофона или измерителя уровня звукового давления точно на расстоянии одного метра от передней части динамика. Затем подключите усилитель к динамику и воспроизведите сигнал; Вам нужно отрегулировать уровень, чтобы усилитель подал на динамик только один ватт . Теперь наблюдайте результаты, измеренные в децибелах (дБ), на микрофоне или SPL-метре. Это чувствительность динамика.

Чем выше рейтинг чувствительности динамика, тем громче он будет играть при определенной мощности. Например, некоторые динамики имеют чувствительность около 81 дБ или около того. Это означает, что с одним ваттом мощности они будут обеспечивать лишь умеренный уровень прослушивания. Хотите 84 дБ? Вам понадобится два ватта – это связано с тем, что каждые дополнительные 3 дБ громкости требуют удвоенной мощности. Хотите достичь хороших и громких пиков в 102 дБ в вашей системе домашнего кинотеатра? Вам понадобится 128 Вт.

Измерения чувствительности в 88 дБ примерно равны средним. Все, что ниже 84 дБ, считается довольно плохой чувствительностью. Чувствительность 92 дБ или выше очень хорошая и ее следует искать.

Эффективность и чувствительность одинаковы?

И да и нет. Вы часто будете видеть термины «чувствительность» и «эффективность», используемые взаимозаменяемо в аудио, что нормально. Большинство людей должны знать, что вы имеете в виду, когда говорите, что у динамика “эффективность 89 дБ”. Технически эффективность и чувствительность различны, хотя они описывают одну и ту же концепцию. Спецификации чувствительности могут быть преобразованы в спецификации эффективности и наоборот.

Эффективность – это количество энергии, поступающей в динамик, которая фактически преобразуется в звук. Это значение обычно составляет менее одного процента, что говорит о том, что большая часть мощности, передаваемой на громкоговоритель, заканчивается в виде тепла, а не звука.

Как измерения чувствительности могут меняться

Редко производитель колонок подробно описывает, как они измеряют чувствительность. Большинство предпочитают рассказывать вам то, что вы уже знаете; Измерение было сделано при одном ватте на расстоянии одного метра. К сожалению, измерения чувствительности могут быть выполнены различными способами.

Вы можете измерить чувствительность с розовым шумом. Тем не менее, розовый шум колеблется по уровню, что означает, что он не очень точен, если у вас нет измерителя, который выполняет усреднение в течение нескольких секунд. Розовый шум также не позволяет ограничить измерение определенной полосой звука. Например, громкоговоритель с усилением низких частот на +10 дБ будет демонстрировать более высокую чувствительность, но он в основном «обманывает» из-за всех нежелательных низких частот. Можно применить весовые кривые – такие как A-взвешивание, которое фокусируется на звуках между 500 Гц и 10 кГц – к измерителю SPL, чтобы отфильтровать экстремумы частоты. Но это добавленная работа.

Многие предпочитают оценивать чувствительность, проводя измерения АЧХ динамиков при заданном напряжении. Затем вы должны усреднить все точки данных ответа между 300 Гц и 3000 Гц. Этот подход очень хорош для получения воспроизводимых результатов с точностью до 0,1 дБ.

Но тогда возникает вопрос о том, были ли измерения чувствительности сделаны безэховыми или в комнате. Безэховое измерение учитывает только звук, излучаемый динамиком, и игнорирует отражения от других объектов. Это любимая техника, так как она повторяется и точна. Тем не менее, измерения в комнате дают вам более реалистичную картину уровней звука, излучаемых динамиком. Но измерения в комнате обычно дают вам дополнительные 3 дБ или около того. К сожалению, большинство производителей не говорят вам, являются ли их измерения чувствительности безэховыми или в комнате – лучший случай, когда они дают вам оба, чтобы вы могли убедиться в этом сами.

Какое это имеет отношение к звуковым панелям и динамикам Bluetooth?

Вы когда-нибудь замечали, что динамики с внутренним питанием, такие как сабвуферы, звуковые панели и динамики Bluetooth, почти никогда не перечисляют свою чувствительность? Эти громкоговорители считаются «закрытыми системами», что означает, что чувствительность (или даже номинальная мощность) не имеет такого большого значения, как общая громкость, которую может обеспечить устройство.

Было бы неплохо увидеть оценки чувствительности для драйверов колонок, используемых в этих продуктах.Производители редко стесняются указывать мощность внутренних усилителей, всегда предлагая внушительные цифры, такие как 300 Вт для недорогой звуковой панели или 1000 Вт для системы «домашний кинотеатр в коробке».

Но номиналы мощности для этих продуктов практически не имеют смысла по трем причинам:

1. Производитель почти никогда не говорит вам, как измеряется мощность (максимальный уровень искажений, полное сопротивление нагрузки и т. Д.) Или действительно ли блок питания устройства может доставлять такое количество сока.
2. Номинальная мощность усилителя не говорит вам, насколько громко будет звучать устройство, если вы также не знаете чувствительность драйверов колонок.
3. Даже если усилитель выдает такую ​​большую мощность, вы не знаете, что драйверы колонок могут справиться с этой мощностью. Драйверы для Soundbar и Bluetooth-колонок обычно стоят недорого.

Допустим, звуковая панель мощностью 250 Вт выдает 30 Вт на канал при фактическом использовании. Если звуковая панель использует очень дешевые драйверы – давайте перейдем к чувствительности 82 дБ – тогда теоретический выходной сигнал составляет около 97 дБ. Это был бы довольно удовлетворительный уровень для игр и боевиков! Но есть только одна проблема; эти драйверы могут выдерживать только 10 Вт, что ограничит звуковую панель до 92 дБ. И это не достаточно громко для чего-то большего, чем просто просмотр телевизора.

Если на звуковой панели установлены драйверы с чувствительностью 90 дБ, вам потребуется всего восемь ватт, чтобы подтолкнуть их к 99 дБ. И восемь ватт мощности гораздо меньше способствуют тому, что драйверы выходят за их пределы.

Логический вывод, который следует сделать, заключается в том, что продукты с внутренним усилением, такие как звуковые панели, динамики Bluetooth и сабвуферы, должны оцениваться по общей громкости , которую они могут выдавать, а не по чистой мощности. Оценка SPL на звуковой панели, динамике Bluetooth или сабвуфере имеет смысл, поскольку дает реальное представление о том, каких уровней громкости могут достичь продукты. А рейтинг мощности нет.

Вот еще один пример. Сабвуфер VTF-15H от Hsu Research имеет 350-ваттный усилитель и выдает в среднем 123,2 дБ SPL между 40 и 63 Гц. Сабвуфер Sunfire Atmos – гораздо меньший по размерам, но гораздо менее эффективный – имеет усилитель мощностью 1400 Вт, но в среднем составляет всего 108,4 дБ SPL в диапазоне от 40 до 63 Гц. Очевидно, что мощность не рассказывает историю здесь. Это даже близко не подходит.

По состоянию на 2017 год не существует отраслевого стандарта для рейтингов SPL для активных продуктов, хотя существуют разумные практики. Один из способов сделать это – довести продукт до максимального уровня, которого он может достичь, прежде чем искажение станет нежелательным (многие, если не большинство, звуковые панели и динамики Bluetooth могут работать на полной громкости без нежелательных искажений), а затем измерить выходной сигнал на одном метре. используя сигнал розового шума -10 дБ. Конечно, решение о том, какой уровень искажения нежелателен, субъективно; производитель может вместо этого использовать фактические измерения искажений, сделанные в драйвере динамика.

Очевидно, что отраслевой группе необходимо разработать методики и стандарты для измерения активного выхода аудиопродуктов. Это то, что произошло со стандартом CEA-2010 для сабвуферов. Благодаря этому стандарту мы теперь можем получить очень хорошее представление о том, насколько громко будет звучать сабвуфер.

Чувствительность всегда хороша?

Вы можете удивиться, почему производители не производят настолько чувствительные колонки, насколько это возможно. Обычно это связано с необходимостью компромиссов для достижения определенных уровней чувствительности. Например, конус в сабвуфере/драйвере может быть освещен для улучшения чувствительности. Но это, вероятно, приводит к более гибкому конусу, который увеличил бы общее искажение. И когда инженеры-докладчики пытаются устранить нежелательные пики в отклике докладчика, им обычно приходится снижать чувствительность. Таким образом, именно такие аспекты должны сбалансировать производители.

Но, учитывая все обстоятельства, выбор динамика с более высоким рейтингом чувствительности обычно является лучшим выбором. Вы можете заплатить немного больше, но в конечном итоге это будет стоить того.

Источник

Акустические системы: читаем технические характеристики (часть 6)

Тем, кто видит характеристики акустических систем впервые и никогда раньше не сталкивался со всем этим набором информации, можно только посочувствовать. На первый взгляд, все сложно. Хотя с другой стороны, для того, чтобы разобраться, вполне достаточно знания школьного курса физики.

Сохранить и прочитать потом —

Наверное, все упростится, если прокомментировать по порядку реальный набор характеристик, который, кстати, я бы рекомендовал получать из фирменного документа под названием Info Sheet — Информационный лист. Такой PDF-файл можно скачать на сайте практически любого изготовителя акустики для практически любой его модели. Именно там, как правило, все описывается наиболее коротко и ясно.

Сопротивление или импеданс

Итак, по порядку. Сопротивление или импеданс. В одних случаях указывается одно, в других — другое, и в этом есть определенное лукавство. Да, если подсоединить омметр к клеммам акустического кабеля, мы получим требуемые 4, 6 или 8 Ом с точностью ±10%. Только вот беда, это измерение некорректно: мы используем постоянный ток, а нас интересует сопротивление переменному току в звуковом диапазоне частот. И заметим: голосовая катушка динамика по определению не может иметь линейное (не зависящее от частоты) электрическое сопротивление — ведь это индуктивность! А если учесть, что у динамика есть резонансные частоты, и в составе колонки таких динамиков несколько, плюс все это объединяет и вовсе нелинейная схема кроссовера, то измеренное нами сопротивление постоянному току становится просто ориентировочной цифрой.

График замера импеданса (сопротивления)

Корректным параметром становится импеданс, под которым, как правило, имеется в виду сопротивление переменному току — в нашем случае различное на разных частотах. Чаще всего, он представляется в виде графика такой зависимости. В серьезных моделях колонок такой график часто прилагается. Для колонок сопротивлением 8 Ом на определенных частотах импеданс может «проседать» втрое — скажем, до 2-3 Ом — и это способно стать серьезной проблемой для работы подключенного к колонке усилителя. Более-менее ровная кривая импеданса у многополосной системы — признак серьезного уровня разработки АС.

Диапазон воспроизводимых частот

Следующий параметр — диапазон воспроизводимых частот. Если в этом пункте указано что-то типа «35 Гц – 25 кГц» — и все, то в этом случае я рекомендую сразу воскликнуть что-то типа режиссерского «Не верю!». Поскольку перед нами — очередное лукавство, и у продавцов недорогих систем оно встречается довольно часто. Да, наша колонка может воспроизводить 35 герц. Но на этой частоте ее чувствительность (о которой, в данном случае, изготовитель скромно умолчал) может быть очень небольшой. В результате в этом месте (оно называется нижний предел) частотная характеристика может иметь «завал» — спад децибел на 20. А это, в свою очередь, означает, что на этой заветной низкой частоте, которая так важна для воспроизведения «панча», колонка звучит, по ощущениям, тише раза в 3-4. То есть, практически молчит. То же самое касается и верхней граничной частоты диапазона.

Пример измерения АЧХ акустики

Корректно диапазон частот, указанный в технических характеристиках, будет выглядеть только в сочетании с показателем неравномерности частотной характеристики в децибелах во всем этом диапазоне. И данные типа «диапазон частот 35 Гц – 25 кГц при неравномерности ±3 децибела» сразу же вызывают уважение и серьезное отношение к продукту. Оптимально, если в документации эти данные проиллюстрированы графиком АЧХ — амплитудно-частотной характеристики, где по горизонтальной оси отложена частота, а по вертикальной — звуковое давление.

Важным, хотя и не так часто встречающимся, является указание диапазона частот и его неравномерности при отклонении от оси на угол, как правило, 15-30 градусов. Этот параметр позволяет оценить, насколько широка направленность звучания колонок. От нее, в частности, зависит величина «пятна» объемного звучания — области, в которой слушатели получат качественный пространственный эффект. От этого, в свою очередь, зависит, сколько «посадочных мест» может располагаться в образованном новыми колонками зрительном зале в условиях конкретной комнаты, что особенно важно не только для классического стерео, но и при использования акустики в системах домашнего кинотеатра.

Чувствительность

В связи со всем вышесказанным, перейдем и к параметру «чувствительность». Она измеряется в децибелах. Этот показатель, в какой-то степени указывает на степень совершенства нашей колонки. Практически это — ее КПД, коэффициент полезного действия. Для современной акустики этот параметр находится в пределах около 83-95 децибел. Понятно, что высокие значения чувствительности, особенно для классической многополосной системы, достигаются путем множества серьезных и часто затратных технологических усовершенствований.

Схема измерения чувствительности колонок

Повышение чувствительности на 6 децибел приводит к ощущению, что при том же входном сигнале акустика звучит приблизительно вдвое громче! И кстати, для того чтобы поднять громкость на 3 децибела, диффузор динамика должен колебаться с приблизительно удвоенной амплитудой. Для маломощного усилителя, а это, в частности, большинство ламповых моделей, звук которых столь привлекателен, нужна акустика именно с высокой чувствительностью.

Максимальное звуковое давление

В технических параметрах пользовательской акустики (в отличие от профессиональных моделей) этот показатель указывается достаточно редко. Максимальное звуковое давление, естественно, также измеряется в децибелах и, очевидно, может быть косвенно вычислено из данных о чувствительности и максимальной мощности.

Сознательно не залезая в подробности и условия измерения этих параметров, скажем только, что для получения полной совокупности впечатлений от аудио, более-менее устоявшимся считается предел в 90 дБ — на этой громкости (фиксируемой, как правило, в метре от излучателя, в то время, как слушатели располагаются гораздо дальше), многие протоколы испытаний рекомендуют производить тестовое прослушивание. Для сравнения, комплекты дискотечной аппаратуры для залов работают на уровнях до 130 (топы) – 140 (субы) дБ. Это уровень, приближающийся к болевому порогу. Серьезная домашняя акустика, в среднем, выдает максимальные 100–110дБ, и, ради всего святого, пожалейте своих соседей!

Коэффициент нелинейных искажений

Это очень важная характеристика, которая, тем не менее, также нечасто фигурирует в параметрах колонок. Методики ее измерения бывают не совсем корректны. И все же, для качественных моделей она не превышает одного процента, для колонок хорошего уровня это треть процента (0,32% – 0,37%) практически во всем диапазоне частот, и лишь на низах этот параметр может перевалить за 1 процент. Если учесть, что именно на низких частотах наши уши не очень восприимчивы к искажениям, то такой «скачок» не критичен.

Еще одна особенность: КНИ резко возрастает при высокой громкости. Следует понимать, что в звуковом тракте «источник — межкомпонентный кабель — предварительный усилитель — межкомпонентный кабель — оконечный усилитель — акустический кабель — колонка», именно акустическая система является источником наиболее серьезных искажений, хотя подробнее об искажениях, наверное, стоило бы поговорить в связи с усилителями.

Мощность

И раз упомянуты усилители — самое время перейти к мощности. Это тема также «усилительная», но и в приложении к колонкам в ней немало интересного. В параметрах колонки, чаще всего, указывается рекомендованная мощность усилителя в виде двух чисел — минимального и максимального значения. Например, читаем, что для некоей напольной пассивной акустики, указывается минимальная мощность усилителя 20 Вт, максимальная — 200. Это значит, что при мощности усилителя ниже 20 Ватт колонка не сможет обеспечить приемлемый диапазон звукового давления (громкости), ограниченный ее чувствительностью. А при мощности выше 200 Ватт изготовитель, очевидно, не гарантирует сохранность колонки.

При превышении максимальной мощности (часто используется термин «пиковая» мощность или другое, на усмотрение изготовителя) происходит лавинообразное нарастание искажений, затем динамик может перейти в режим клиппирования — когда части подвижной системы ударяются в ограничивающие их смещение детали динамика. Это отмечается характерными щелчками. Появление таких щелчков — верный признак того, что динамику осталось работать совсем недолго. Не стоит доводить до этого.

Окно программы для разработки акустики VituixCAD

Как ни странно, очень важно при выборе колонок обратить внимание не только на цифры технических характеристик, но и на типы излучателей, их особенности и размеры. Особенно стоит оценить совокупный размер диффузоров низкочастотных драйверов. Наличие единственного прямонаправленного низкочастотного динамика с диффузором диаметром 5 дюймов очень плохо сочетается с заявленной нижней граничной частотой 30 Гц, особенно при неравномерности 3 децибела — а такие надписи доводилось видеть у недобросовестных изготовителей.

Все вышеупомянутые параметры акустики важны не только для понимания того, как она зазвучит, но и для того, чтобы правильно подобрать комплект «колонки-усилитель». Общие принципы достаточно просты. Максимальная мощность усилителя должно быть заведомо меньше, чем максимальная мощность акустики. А ее чувствительность, поведение импенданса, особенности схемы требуют серьезного анализа для понимания, какой усилитель станет оптимальным выбором. Но это — тема для другого рассказа.

Источник