Подробная расшифровка некоторых характеристик акустики

Мощность

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 колонки». Однако это распространенное мнение в корне ошибочно! Далеко не всегда колонка мощностью 100 Вт будет играть громче или качественней той, у которой 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 колонкой. Динамические головки сами по себе имеют низкий КПД и преобразуют в звуковые колебания лишь 2-3% мощности подводимого к ним электрического сигнала (к счастью, громкости 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. Например, усилитель значительно меньшей или значительно большей мощности может вывести колонку из строя в максимальных положениях регулятора громкости на обоих усилителях: на первом — благодаря высокому уровню искажений, на втором — благодаря нештатному режиму работы колонки.

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 ( Rated Maximum Sinusoidal power — установленная максимальная синусоидальная мощность). 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, что акустическая система при подведении к ней сигнала мощностью 15 Вт может работать длительное время без механических повреждений динамических головок. Для мультимедийной акустики завышенные по сравнению с Hi-Fi колонками 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 и корпусе колонки.

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. Например, мощность колонки равна 500 Вт (PMPO). Этот факт говорит, 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 — активные колонки для компьютера потребляют из сети переменного тока электрическую мощность 10 В*А и развивают при этом пиковую музыкальную мощность 1500 Вт (PMPO).

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 — 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. 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 мультимедийной акустики для PC можно не обращать на чувствительность особого внимания (благо указывается она не часто).

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) в общем случае представляет собой график, показывающий разницу величин амплитуд выходного и входного сигналов во всем диапазоне воспроизводимых частот. АЧХ измеряют подачей синусоидального сигнала неизменной амплитуды при изменении его частоты. В точке на графике, где частота равна 1000 Гц, принято откладывать на вертикальной оси уровень 0 дБ. Идеален вариант, при котором АЧХ представлена прямой линией, но таких характеристик в реальности у акустических систем не бывает. При рассмотрении графика нужно обратить особое внимание на величину неравномерности. Чем больше величина неравномерности, тем больше частотных искажений тембра в звучании.

Западные производители предпочитают указывать диапазон воспроизводимых частот, который представляет собой «выжимку» информации из АЧХ: указываются лишь граничные частоты и неравномерность. Допустим, написано: 50 Гц — 16 кГц (±3 дБ). Это значит, что у данной акустической системы в диапазоне 50 Гц — 16 кГц звучание достоверное, а ниже 50 Гц и выше 15 кГц неравномерность резко увеличивается, АЧХ имеет так называемый «завал» (резкий спад характеристики).

Чем это грозит? Уменьшение уровня низких частот подразумевает потерю сочности, насыщенности звучания басов. Подъем в области НЧ вызывает ощущения бубнения и гудева колонки. В завалах высоких частот звук будет тусклым, неясным. Подъемы ВЧ означают присутствие раздражающих, неприятных шипящих и свистящих призвуков. У мультимедийных колонок величина неравномерности АЧХ обычно выше, чем у так называемой Hi-Fi акустики. Ко всем рекламным заявлениям фирм-производителей об АЧХ колонки типа 20 — 20000 Гц (теоретический предел возможности) нужно относиться с изрядной долей скептицизма. При этом часто не указывается неравномерность АЧХ, которая может составлять при этом немыслимые величины.

Поскольку производители мультимедийной акустики часто «забывают» указать неравномерность АЧХ акустической системы, встречаясь с характеристикой колонки 20 Гц — 20000 Гц, надо держать ухо востро. Существует большая вероятность купить вещь, не обеспечивающую даже более или менее равномерную характеристику в полосе частот 100 Гц — 10000 Гц. Сравнивать диапазон воспроизводимых частот с разными неравномерностями нельзя вовсе.

Нелинейные искажения, коэффициент гармоник

Кг — коэффициент гармонических искажений. Акустическая система представляет собой сложное электроакустическое устройство, которое имеет нелинейную характеристику усиления. Поэтому сигнал по прошествии всего звукового тракта на выходе обязательно будет иметь нелинейные искажения. Одними из самых явных и наиболее простых в измерении являются гармонические искажения.

Гармонические искажения — это, попросту, такие искажения, которые кратны основному тону сигнала. Паразитные гармоники в спектре придают звучанию новый тембр и ведут к невосполнимым потерям в звуке. Обычно гармонические искажения измеряются подачей синусоидального сигнала частотой 1000 Гц. С помощью специального фильтра в звуковом сигнале находят лишние гармоники и определяют их мощность.

Коэффициент — величина безразмерная. Указывается либо в процентах, либо в децибелах. Формула пересчета: [дБ] = 20 log ([%]/100). Чем больше величина коэффициента гармоник, тем обычно хуже звучание.

Кг колонок во многом зависит от мощности подаваемого на них сигнала. Поэтому глупо делать заочные выводы или сравнивать колонки только лишь по коэффициенту гармоник, не прибегая к прослушиванию аппаратуры. К тому же для рабочих положений регулятора громкости (обычно это 30..50%) значение производителями не указывается.

Полное электрическое сопротивление, импеданс

Электродинамическая головка имеет определенное сопротивление постоянному току, зависящее от толщины, длины и материала провода в катушке (такое сопротивление еще называют резистивным или реактивным). При подаче музыкального сигнала, который представляет собой переменный ток, сопротивление головки будет меняться в зависимости от частоты сигнала.

Импеданс (impedans) — это полное электрическое сопротивление переменному току, измеренное на частоте 1000 Гц. Обычно импеданс акустических систем равен 4, 6 или 8 Ом.

В целом величина полного электрического сопротивления (импеданс) акустической системы ни о чем, связанном с качеством звучания того или иного изделия, покупателю не скажет. Производителем указывается этот параметр лишь, чтобы сопротивление учитывали при подключении акустической системы к усилителю. Если значение сопротивления колонки ниже, чем рекомендуемое значение нагрузки усилителя, в звучании могут присутствовать искажения или сработает защита от короткого замыкания; если выше, то звук будет значительно тише, нежели с рекомендуемым сопротивлением.

Корпус колонки, акустическое оформление

Одним из важных факторов, влияющих на звучание акустической системы, является акустическое оформление излучающей динамической головки (динамика). При конструировании акустических систем производитель обычно сталкивается с проблемой в выборе акустического оформления. Их насчитывается больше десятка видов.

Акустическое оформление делится на акустически разгруженное и акустически нагруженное. Первое подразумевает оформление, при котором колебание диффузора ограничивается только жесткостью подвеса. При втором колебание диффузора ограничивается помимо жесткости подвеса еще упругостью воздуха и акустическим сопротивлением излучению. Также акустическое оформление делится на системы одинарного и двойного действий. Система одинарного действия характеризуется возбуждением звука, идущего к слушателю, посредством только одной стороны диффузора (излучение другой стороны нейтрализуется акустическим оформлением). Система двойного действия подразумевает использование в формировании звука обеих поверхностей диффузора.

Поскольку на высокочастотные и среднечастотные динамические головки акустическое оформление колонки практически не влияет, мы расскажем о наиболее распространенных вариантах низкочастотного акустического оформления корпуса.

Очень широко применима акустическая схема, получившая название «закрытый ящик». Относится к нагруженному акустическому оформлению. Представляет собой закрытый корпус с выведенным на фронтальную панель диффузором динамика. Достоинства: хорошие показатели АЧХ и импульсная характеристика. Недостатки: низкий КПД, необходимость в мощном усилителе, высокий уровень гармонических искажений.

Но вместо того, чтобы бороться со звуковыми волнами, вызванными колебаниями обратной стороны диффузора, их можно использовать. Наиболее распространенным вариантом из систем двойного действия является фазоинвертор. Представляет собой трубу определенной длины и сечения, вмонтированную в корпус. Длину и сечение фазоинвертора рассчитывают таким образом, что на определенной частоте в нем создается колебание звуковых волн, синфазные с колебаниями, вызванными фронтальной стороной диффузора.

Для сабвуферов широко применяется акустическая схема с общепринятым названием «ящик-резонатор». В отличие от предыдущего примера диффузор динамика не выведен на панель корпуса, а находится внутри, на перегородке. Сам динамик непосредственного участия в формировании спектра низких частот не принимает. Вместо этого диффузор лишь возбуждает звуковые колебания низкой частоты, которые потом многократно увеличиваются по громкости в трубе фазоинвертора, выполяющего роль резонансной камеры. Достоинством этих конструктивных решений является высокий КПД при малых габаритах сабвуфера. Недостатки проявляются в ухудшении фазовых и импульсных характеристик, звучание становится утомляющим.

Оптимальным выбором будут колонки среднего размера с деревянным корпусом, выполненные по закрытой схеме или с фазоинвертором. При выборе сабвуфера следует обратить внимание не на его громкость (по этому параметру даже у недорогих моделей обычно имеется достаточный запас), а на достоверное воспроизведение всего диапазона низких частот. С точки зрения качества звучания, наиболее нежелательны колонки с тонким корпусом или очень маленьких размеров.

Источник

Важные характеристики колонок

Несмотря на весьма распространенное мнение, что на качество акустической системы влияет буквально каждый ее элемент: источник звука, ресивер, усилитель и даже сами акустические провода и кабели, звук издается все-таки только громкоговорителями. Самый распространенный тип этих громкоговорителей – динамические излучатели, которые производят звуковые волны за счет движения электромагнитной головки, что вызывает вибрацию диффузорной мембраны. Эти устройства – динамики – располагаются в широкополосных или низкочастотных колонках, поэтому на их качество при сборке акустической системы следует обращать особое внимание.

Конечно, для большинства пользователей сухие цифры не так важны, как личные впечатления, ощущения от прослушивания той или иной модели колонок. Собственным слухом пользуются даже профессионалы, подкованные в выборе различной звуковой аппаратуры. Но, тем не менее, прежде чем приступать к прослушиванию и финальному выбору колонок для своей акустической системы, широчайший ассортимент устройств необходимо сузить, для чего и нужно тщательно изучить все наиболее важные параметры, которыми характеризуются колонки любого типа. Что же следует знать о колонках, собираясь в магазин аудиотехники?

Основные характеристики колонок

Разрабатывая новую модель колонок, инженеры стремятся наиболее качественно выполнить три условия:

• создание максимально равномерной амплитудно-частотной характеристики колонок;
• согласованность параметров динамических громкоговорителей и усилителей звука;
• формирование широкой диаграммы направленности звуковых волн.

Конструкторские ошибки в подборе фильтров – неправильное разделение ими частот, просто неудачное расположение деталей внутри корпуса, как и неправильный выбор материала и других особенностей коробки – приводят к появлению провалов в амплитудно-частотной характеристике как низкочастотных динамиков, так и фазоинвертора. Иногда недостатки издаваемого диапазона проявляются даже на среднечастотных громкоговорителях и твиттерах, что совершенно недопустимо, так как воспроизведение ими резонансных частот приведет к постоянному появлению искажений и посторонних звуков при работе колонок.

Чтобы избежать каких-либо проблем, при выборе колонок нужно обращать внимание на следующие их характеристики:

• Номинальная, или рабочая, мощность – такой показатель мощности подводимого к динамику сигнала, при котором обеспечивается наиболее чистое воспроизведение звука.
• Максимальная мощность – показатель мощности, при котором достигается наибольшая громкость звука, но отсутствие искажений звуковых волн уже не гарантируется.
• Номинальный импенданс – рабочее сопротивление колонок, измеренное при частоте звука, равной 1 кГц – как правило, этот параметр находится в пределах 4-8 Ом. Важно учитывать, что для обеспечения безопасности функционирования колонок, суммарное сопротивление всех колонок в системе должно равняться или быть меньше, чем сопротивление источника звука. На этот параметр нужно обращать внимание едва ли не в первую очередь, особенно если колонки покупаются отдельно от источника звука, а не представляют собой часть единой акустической системы – например, музыкального центра или домашнего кинотеатра.
• Чувствительность. Представляет собой звуковое давление на барабанную перепонку уха с расстояния в 1 м при мощности звука, равной 1 Вт. Измеряется в децибелах. Напрямую влияет на громкость вместе с мощностью и напрямую от нее зависит. Так, при снижении чувствительности всего на 3 децибела для поддержания той же громкости звуковых волн придется увеличить мощность излучателей в два раза.
• Амплитудно-частотная характеристика – это график, представляющий зависимость давления звука в децибелах от частоты сигнала в герцах. Для получения идеально чистого звука данный график должен представлять собой прямую линию, параллельную горизонтальной оси. Любые проседания на графике выражаются в более или менее серьезных искажениях издаваемого динамическими излучателями звука.
• Частотный диапазон. Разность между максимальной и минимальной частотами, которые способна воспроизводить колонка с помощью всех используемых динамических излучателей. Диапазон может полностью реализовываться одним широкополосным динамиком или разделяться между двумя или тремя излучателями. В таком случае сверхнизкие частоты отходят сабвуферу, а сверхвысокие – твиттеру. Качество воспроизводимых частот напрямую зависит от диаметра динамиков и материалов, использованных при их конструировании.

От этих сугубо физических параметров качество звука зависит больше всего, поэтому именно информацию об этих показателях нужно узнавать в первую очередь. Конечно, по большей части все это относится только к первоклассным колонкам из средней и высокой ценовой категории. При покупке простых колонок, тем более портативных, ничто, кроме мощности, смысла особого не имеет и даже, как правило, не указывается производителями в спецификациях той или иной модели.

На что же еще стоит обращать внимание при покупке колонок?

Общие характеристики

Более общие параметры колонок помогут понять, будет ли удобно пользоваться данными устройствами.

Тип системы

Существуют аналоговые и цифровые, стерео и многоканальные акустические системы. Определить первую характеристику можно по типу используемых для соединения элементов системы кабелей и разъемов:

• аналоговые системы низкой категории объединяются при помощи стандартных разъемов диаметром 3,5 мм (миниджек) или акустических двух кабелей с клеммами (красный и черный – по одному на каждый канал);
• передача цифрового звука осуществляется посредством кабелей, присоединяемых к разъемам S/PDIF, HDMI и подобным.

Что же касается количества каналов, на которые разделяется поток звуковой информации звуковой картой, то тут все еще проще. Этот параметр определяется количеством колонок. Это количество может варьироваться в широких количествах, могут комбинироваться следующие типы акустических устройств:

• фронтальные – выводят основные каналы, создающие большую часть звукового наполнения, количество – 2, могут называться стереопарой, формируя акустическую систему 2.0;
• боковые (сателлиты) – дополняют общий звуковой фон;
• задние – создают эффект окружения, показывая дистанцию до источников звука и помогая слуху примерно представить их расположение в пространстве;
• центральная – придает звуку наполненность, используется зачастую для распределения каналов – при этом только эта колонка соединяется со звуковой платой источника звука, а также с помощью этой колонки осуществляется управление акустической системой;
• сабвуфер – специальная колонка больших размеров, наполняющая звук сверхнизкими частотами, находящимися на грани слышимости.

Соответственно, количество каналов может варьироваться от 2 – в системах с двумя фронтальными колонками до 7.1 – в полноценных системах со всеми каналами, включая сателлиты и сабвуфер.

Количество динамиков

Одна колонка может комплектоваться не только одним динамическим излучателем, поскольку такая схема не позволяет полноценно раскрыть весь диапазон звуковых частот. Динамиков в одном корпусе может быть 1, 2, 3 и, в некоторых случаях, даже больше.

• низкочастотный – отвечает за воспроизведение сверхнизкой области звукового спектра – это единственный динамик, имеющийся в сабвуфере, он имеет зачастую очень большие размеры;
• среднечастотный – излучает основной спектр звуков;
• высокочастотный (твиттер) – воспроизводит самые высокие звуки, в пределах 2-20 кГц.

Динамиков любого типа может быть один или два; обычно дополнительный громкоговоритель используется для увеличения мощности звука. Если полный спектр частот лежит на одном динамике, то такая колонка называется широкополосной.

Материалы изготовления

На качество звука весьма косвенно, но все же влияют материалы, из которых изготовлены все элементы колонки.

В первую очередь влияние имеет, конечно, качество диффузорной мембраны. Она может быть изготовлена как из тонкого пластика, так и из простой бумаги – любого материала, способного вибрировать под действием движущейся катушки. В дорогих моделях колонок может использоваться титан.

Не менее важны особенности корпуса. Он должен хорошо поглощать и направлять звуковые волны. Для этого при его изготовлении должен использоваться либо высококачественный пластик, либо древесина средней плотности – ДСП, фанера или ДВП. Кроме того, изнутри стенки корпуса должны быть отделаны звукопоглощающим материалом. В конструкции желательно присутствие фазоинвертора.

Основываясь на знании всех факторов, влияющих на качество издаваемого колонками звука, любой человек сможет подобрать наиболее качественную акустическую систему для своего дома. Но главное, как уже было сказано – полагаться на свой слух, который никогда не обманет.

Другие статьи раздела Колонки: устройство, характеристики

Размеры колонок, мощность колонок

Ассортимент колонок – устройств, являющихся совокупностью динамических излучателей, их корпусов и. 13144

Активные и пассивные колонки

На удобство пользования акустической системой, а также на сложность подключения ее элементов друг к другу и. 546891

Схема, устройство колонок

Как известно, для воспроизведения звуковых волн в большинстве акустических систем применяются. 1310571

Популярные статьи

Наушники – это весьма простые устройства, и, как. 6894105

Динамический излучатель – это та часть колонки или. 5114139

Даже самые высококачественные колонки не. 3021048

На сегодняшнем рынке акустической техники. 2342020

Всем хочется, чтобы любимая, бережно собранная. 1760437

Среднечастотный динамик, или иначе его еще называют. 1558243

Колонки любого типа, как и любая техника, нуждаются в. 1386569

Как известно, для воспроизведения звуковых волн в. 1310571

Источник