Зададим себе вопрос. Почему это мы, борцы за автомобильный звук, так озабочены параметрами динамиков, а
те, кому ближе звук домашний, об этом говорят очень мало или совсем не говорят. В том ли дело, что в
автозвуке пустил гораздо более прочные корни естественнонаучный подход к электроакустике, а в домашнем
хай-фае-хай-энде - скорее, чувственный? Отчасти да, но это не главное. Главнее то, что в домашнем звуке этого
всего можно не знать. Есть такая возможность. Причин для этого как минимум две.
Причина первая, технологическая Суть ее в том, что домашняя акустика приходит к владельцу в завершенном виде. Параметры заложенных в нее
компонентов в большинстве случаев нельзя не то что изменить, а даже узнать без полной разборки готового,
красивого и дорогого изделия. А кто и, главное, зачем это будет делать? Оттого так популярны в домашнем
звуке игры с проводами и кабелями: больше-то ничего изменить нельзя. И ценовой гипноз: стоит акустика
тысячу - значит, должна сыграть на тысячу, а эта за пятьсот, как она на тысячу может сыграть?
У нас все по-другому. То, что для нас - готовое изделие, в домашнем звуке означало бы радиодеталь. Да и для
нас, строго говоря, динамик не готовое изделие. Конечный продукт - это система в машине, но готовыми
системами не торгуют (те, что установлены в автомобиль на заводе, не в счет).
Если бы торговали готовыми аудиосистемами, мы бы тоже могли позволить себе роскошь
ничего не знать о параметрах динамиков, туда установленных. Садись и слушай, кому положено, все уже учел.
Но нам в обмен на деньги выдают динамик, который сам по себе никак не звучит, даже если его к чему-нибудь
подключить. Как понять, чего от него ожидать, подходит ли он, а если подходит, то для чего, в смысле, что для
него надо сделать, чтобы он раскрыл свои возможности?
Пока, напомним, мы говорим только о работе динамиков на низких частотах. В свое время будем заходить и
выше по частоте, но значительная часть технических решений, которые приходится принимать при выборе
динамических головок, связана именно с их работой в басовом регистре. И почти вся теория, на основе
которой, не прибегая к эксперименту, можно спрогнозировать работу акустики, тоже выведена для низких
частот. А мы именно к этому стремимся - понять, как будет работать динамик до того, как стали его хозяином.
На низких частотах в автомобиле, в общем случае, работают два типа акустики. Фронтальные мидбасы (или
басовики трехполосной системы,-в данном случае неважно) и сабвуфер. Подход к прогнозу и расчету для этих
типов акустики принципиально разный. Большинство сабвуферных головок предназначено для установки в то
или иное сознательно построенное акустическое оформление. Его характеристики выбирают так, чтобы вместе
с "врожденными" параметрами динамика дать требуемые итоговые значения резонансной частоты и
добротности, которые и определят форму АЧХ в машине, многие другие характеристики и в итоге - характер
звучания. Исключение составляют сабвуферы, предназначенные для работы в акустическом экране (более
популярным стало название free air). Для них объем ящика, куда они установлены, - это объем багажника,
который всегда настолько велик, что никак не сказывается на итоговых значениях параметров динамика в
оформлении. Динамик перестает "чувствовать" действие объема ящика, в который он установлен, когда этот
объем в пять раз больше эквивалентного объема динамика Vas. "Перестает чувствовать" означает, что
резонансная частота и полная добротность изменяются не более чем на 10%. Типичные значения Vas для
12-дюймовых, например, головок крайне редко превышают значение 80 литров, следовательно, типовой
багажник для них - это уже безграничный простор. Это если считать багажник действительно закрытым
ящиком, которым он, в сущности, не является, но об этом - чуть позже, в другом контексте. Поэтому для
сабвуферных головок параметры Тиля-Смолла - это совсем уже "информационное сырье", до поры до времени
никак не означающее характеристики готового изделия.
Совсем иная ситуация с мид-басовыми компонентами фронтальной акустики, отрабатывающими значительную
часть басового материала. Типовая схема установки фронтальных мид-басов -- в дверь. Формально дверь - это
тот же закрытый ящик объемом 30...50 литров (крайние случаи). Типичные значения Vas мидбасов
компонентной акустики (или коаксиалов такого же калибра) таковы: 90% пятидюймовых головок попадают с
этим параметром в коридор 6... 10 литров, для шестидюймовых это 8... 15 литров. То есть получается, в
принципе, что объем двери находится где то на границе просторного закрытого ящика и бесконечного экрана,
формально говоря. На самом деле дверь - это никакой не ящик. Судите сами: если бы нечто, отштампованное из
стального листа толщиной 0,6 мм, без каких-либо существенных элементов жесткости обшивки, с
многочисленными прорехами (для дверных ручек, ограничителя хода, опускного стекла, слива воды и прочее, и
прочее) можно было бы считать серьезным корпусом акустической системы, то чего ради во всем мире уже
которое десятилетие корпуса для домашней акустики строят из толстых досок, с многочисленными ребрами и
распорками, причем тем более толстыми и тем более многочисленными, чем лучше акустика? Подойдите к
машине (лучше - своей) и нажмите пальцем на центр двери. Миллиметр прогиба особого усилия не потребует.
Проделайте то же самое с самой затрапезной домашней колонкой. Здесь можно воспользоваться и чужой,
ущерб исключен.
Что такое миллиметр прогиба? Это примерно амплитуда колебаний диффузора мидбаса
на всех частотах, кроме предельно для него низких. А площадь его куда меньше, чем площадь дверной панели,
поэтому вибрация металлического листа двери в значительной мере компенсирует пульсации давления во
внутреннем объеме, то, на чем основано действие закрытого ящика как акустического оформления. Так что сам
по себе объем без учета жесткости - фикция. Если не убедил, доведем ситуацию до абсурда: поставим на место
корпуса акустической системы полиэтиленовый мешок, хоть и требуемого объема. Это он для мусора - 60
литров, а для акустики он сам мусор.
Поэтому, говоря об условиях работы дверных мидбасов, следует отдавать себе отчет в том, что они работают
не в закрытом объеме в акустическом смысле. Такое оформление ближе всего соответствует акустическом
экрану, и тем ближе, чем тщательнее устранены условия для акустического короткого замыкания между
лицевой стороной диффузора и тыльной, находящейся в двери.
Есть ли исключения из этого принципа? Разумеется. Одно исключение (или почти) - суперинсталляции, которые
делают для побед на соревнованиях, и то, как правило, не ради наслаждения партикулярной персоны, а во славу
крупной установочной студии или пафосной торговой марки. Второе - время от времени (последнее время все
чаще) появляющиеся установки, в которых мидбасы помещают в действительно закрытый и жесткий объем,
когда выгораживая его в дверях, когда - в кикпанелях, когда (новое веяние) - в виде напольной конструкции. Но
здесь и подходы иные, и динамики требуются особые, их не так и много. Подавляющее же большинство
моделей мидбасовых головок изначально рассчитывалось на дверную установку со всеми ее реалиями, как бы
мы временами ни язвили по поводу просчетов конструкторов, они чаще всего свое дело знают.
Поэтому общее правило будет такое: для сабвуфера параметры головки мы используем для расчета, по
которому делаем акустическое оформление, считая его оптимальным.
Кроме фри-эйрных установок, в которых параметры Тиля-Смолла головки станут и итоговыми параметрами
головки в оформлении. Но таких меньшинство. А для мидбасов, обреченных на работу во фри-эйрных
условиях, в акустическом экране, параметры головки и будут финальными, здесь расчет не "проектировочный",
а "поверочный", как принято говорить(исключение - не так частые "ящичные" установки мидбасов). А на
основе поверочного расчета, да иногда и просто прикидки, можно попытаться понять, чего мы вправе ожидать
от того или иного мид-басового динамика, зная о нем только параметры Тиля-Смолла. На низких частотах - это
почти все, что надо знать. Но здесь, неподалеку - вторая причина столь разных подходов в акустике дома и в
автомобиле.
Причина вторая, акустическаяДа, вы правильно сейчас подумали: акустика салона. Коротко, суть в следующем: в салоне автомобиля ниже 100
Гц создаваемое любой акустической системой звуковое давление будет расти со снижением частоты со
скоростью 12 дБ на октаву. С какой именно частоты начиная? Это вопрос интересный. В
Интернет-конференциях нередко находятся буквоеды, требующие, чтобы им разыскали передаточную функцию
ровно для их автомобиля, чуть ли не с учетом года выпуска и климат-контроля. Наши же выводы (отчасти
совпавшие с выводами американских коллег) были такие: АЧХ салона в полосе частот 80... 100 Гц предугадать
невозможно, она очень индивидуальна, а ниже 80 Гц поведение машин даже с разными размерами салона,
напротив, весьма сходно. И мы предложили некоторую обобщенную передаточную функцию, достаточную для
предварительных расчетов. Да и не только для предварительных. Сопоставив накопившиеся за несколько лет
результаты моделирования АЧХ сабвуферов с копящимися данными, полученными в реальных установках с
помощью RTA-анализатора, мы обнаружили очень неплохое совпадение, так что к предложенной функции нам
сейчас добавить нечего.
Книжки и компьютерные программы предлагают обычно ввести частоту, с которой начинается подъем на
низких частотах, в зависимости от размера машины: чем больше, тем ниже. Наше универсальное решение (см.
кривую A3 на рис. 1)
- частота начала подъема около 80 Гц, при этом на совсем низких частотах график реальной передаточной
функции уходит вниз от теоретического, в силу той же нежесткости и негерметичности кузова.
Как влияет передаточная функция на критерии выбора параметров акустики? Как нетрудно догадаться -
драматически, именно процессы, и результаты дома и в машине при прочих равных оказываются разными,
разными будут и подходы к вопросу.
Возьмем акустическую систему (динамик в оформлении типа "закрытый ящик"). Будем пока придерживаться
этого типа оформления как наиболее универсального, включающего и случай акустического экрана, для нас
весьма важный. Форма АЧХ такой акустической системы на низких частотах будет исчерпывающим образом
определяться двумя параметрами: резонансной частотой в оформлении Fc и полной добротностью (тоже в
оформлении) Qtc. Замена "Qts" на "Qtc" как раз и означает, что от "голого" динамика мы перешли к "одетому".
Предположим, что мы сидим дома, предположим, что у нас есть доступ к неограниченным запасам
акустических систем с разными сочетаниями Fc и Qtc. Вот картинка, которая обошла, и не по одному разу, все
книги и статьи по акустике: АЧХ акустических систем с одним и тем же значением резонансной частоты и
разной добротностью. В нашем примере (рис. 2)
мы использовали ряд значений 0,5/0,7/1,0/1,2. В реальной жизни за эти пределы обычно не выходят. При одной
и той же резонансной частоте чем выше добротность акустики, тем позже начнется спад на АЧХ. А при
больших значениях Qtc ему будет предшествовать выброс "в плюс". Чем руководствуются конструкторы
домашней акустики при выборе Qtc? (мы ведь пока дома, помним, да?) Как всегда - компромиссом. Высокая
добротность повышает отдачу на нижней границе рабочего диапазона, но порождает неравномерность
частотной характеристики, из тех, что хорошо слышны в форме "бубнения". Оптимальной с точки зрения
формы АЧХ считается Qtc = 0,707 - то самое "баттер-вортовское" значение. Зачем нужны на практике более
низкие значения добротности? На первый взгляд - ни за чем, АЧХ получается вялой, с ранним спадом. Однако,
как ни парадоксально это прозвучит, вялая АЧХ - залог корректной передачи импульсных сигналов. Парадокс здесь только кажущийся. Вспомните: чем выше добротность, тем ближе динамик к колоколу, так? А значит, когда на него придет короткий импульс музыкального сигнала - барабан или щипок струны (в музыке таких сигналов очень много), такой динамик и прореагирует отчасти как колокол: зазвенит на своей резонансной частоте, а об этом никто не просил. От динамика что требовалось: воспроизвел импульс - и стой как вкопанный, в ожидании следующего, а не гуди на любимой ноте.
Для этого надо снизить резонансную частоту. Картинка получается точно такая же, но сдвинутая по частоте
вниз пропорционально Fc (рис. 3).
Чего реально можно ожидать от перебора нашего неограниченного запаса акустики, видно из серии графиков,
где при одной и той же добротности берутся колонки с разными Fc (из ряда 40/60/80/100 Гц). Видите, при Qtc =
0,5 (рис. 4) даже с низкой
резонансной частотой АЧХ выходит на уровень -3 дБ на 70 Гц, а если резонансная частота высокая - начинает
валиться уже на 180 Гц. Напротив, при высокой добротности (Qtc = 1,2) акустика с низким резонансом
прилично басит уже на 35 Гц, и даже при высокой Fc нижняя граничная частота не опускается ниже 85 Гц (рис.
5). Правда, горба на АЧХ (его видно) и –
ухудшения импульсных характеристик (этого не видно, но поверьте на слово). В общем, набор опций для
выбора очевиден. Теперь вспомним, что мы не домоседы, и взглянем, как то же самое выглядит в автомобиле.
Не забыв при этом, что если динамики установлены в дверях, то можно считать Fc = Fs и Qtc = Qts, то есть
необходимо и достаточно знать параметры "голого" динамика. Почему, собственно, мы и стремимся их знать.
В автомобиле работает, хотим мы того или нет, передаточная функция салона. И вот: с учетом этой функции
первые два графика (рис. 6 и рис. 7)
перестают быть близнецами, как их домашние аналоги (рис. 2 и рис. 3). Перестают быть близнецами и
содержащиеся на графиках отдельные кривые. Поизучайте, любопытные картинки. Однако для принятия
решений нужны немного другие. На основании следующей серии графиков
можно решить, какие мидбасы подходят для установок с сабвуфером, а какие могут, в принципе, справиться и
сами (в пределах возможного), какие требуют высокой частоты раздела полос мидбас-сабвуфер, какие согласны
на низкую и т.д.
ВыборТеперь снова пойдем по пути выбора головок с разными значениями резонансной частоты при одной и той же
добротности. Ряд частот мы взяли тот же. Вот первый случай: головка с низкой добротностью (рис. 8).
Какая бы у нее ни была резонансная частота (в пределах реально ожидаемого), у нас всегда будет слегка
проваленный самый верхний бас (100... 120 Гц), причем тем больше, чем выше резонансная частота головки
(или ее же - в двери). Зато с низкодобротной и низкорезонансной головкой появляется перспектива создания
широкополосной бессабвуферной системы, правда, пока-довольно призрачная. Более реальной она становится
при более высоком значении добротности, как раз баттервортовской (рис. 9).
Здесь при значении Fc между 40 и 60 Гц АЧХ становится или совсем ровной или с подъемом именно там, где
надо (при низкой добротности было ниже, чем надо). Главное, при таком сочетании параметров, если в системе
сабвуфер все же предусмотрен, настраивать ФВЧ фронтальной акустики можно практически без ограничений: в
полосе 50... 100 Гц фронт работает идеально.
Если полная добротность повышенная, равная единице, картина существенно меняется (рис. 10). Теперь Fc = 60
Гц -это залог заметного горба в си-
стеме, лишенной сабвуфера. Динамик с низким резонансом дает совсем грамотную АЧХ в области низкого баса,
а если в системе есть сабвуфер, то выгоднее взять динамик с резонансом повыше (80... 100 Гц) и спокойно
делить частотные полосы на 80... 100 Гц, как обычно и делают.
А при совсем высокой добротности, равной 1,2? Здесь получается интересно (рис. 11): у
динамиков с совсем низким резонансом АЧХ получается, в принципе, интересная, правда, такое сочетание
параметров -большая редкость. Зато именно высокое значение Fc дает возможность безбедно отфильтровать
фронт на наиболее часто используемых частотах - 70... 80 Гц, даже с гарантией, что в полосе частот сабвуфера
фронты будут культурно отдыхать, не внося сумятицы одновременной работы двух излучателей в одной
полосе.
Подмывает на основе только что проведенного разбора сделать какую-нибудь короткую и вескую
рекомендацию типа: если так, то брать вот это, а если нет, то вот то. Но вы сами видите: взаимодействие
внутрисалонного пространства с характеристиками акустики однообразием не отличается, здесь есть масса
вариантов, требующих более вдумчивого анализа, нежели следование простой рекомендации. Но теперь, вроде,
данные для этого есть...
