Что такое чувствительность акустической системы
О чувствительности динамиков и АС, мощности и прочем
Динамические головки прямого излучения и акустические системы (АС) характеризуются показателями, определяющими эффективность и качество ее работы. К ним в частности относится чувствительность или отдача.
Чувствительность АС — звуковое давление, развиваемое ею в определенной точке (обычно на расстоянии 1 м по ее оси), при подведении к ее зажимам определенного напряжения. Это понятие чувствительности удобно для оценки АЧХ, но неприемлемо при сравнении АС с разным электрическим сопротивлением, т. к. потребляемая мощность будет различна.
В разное время этот параметр измерялся по-разному, поэтому иногда бывает затруднительно сравнивать динамики и АС разных лет выпуска между собой.
Мне пришлось иметь дело с тремя стандартами: первый применяли для изделий советских времен, условно назову его ГОСТ, второй повсеместно применяется сегодня, пусть это будет МЭК, с третьим я столкнулся в паспорте к «винтажным» импортным Hi-Fi АС, пусть это будет DIN. Не буду останавливаться на методике измерений по этим стандартам, меня больше заинтересовало другое — как сравнить эти стандарты между собой. Цель — оценить возможности динамиков и АС и их пригодность для работы, например, с ламповыми усилителями небольшой мощности.
В результате вычислений удалось составить таблицу, аналогов ей я нигде не встречал.
Чувствительность менее 84 дБ считается неприличной, а более 97 дБ встречается редко.
Важный момент. Чувствительность динамических головок прямого излучения должна измеряться на специальном акустическом щите. Она измеряется в ряде точек в определенном диапазоне частот и затем усредняется.
Динамическая головка и АС являются сложными и нелинейными электромеханическими системами, поэтому чувствительность АС может заметно отличаться от чувствительности входящих в нее динамических головок. Простая аналогия — освещенность от лампочки отличается от освещенности от той же лампочки в абажуре или прожекторе.
Надо отметить, что чувствительность по ГОСТ и DIN измеряется при определенной мощности, а по МЭК при определенном напряжении на головке. Это дает широкие возможности нечестным шулерам-маркИтологам. Декларируется измерение при подаваемом напряжении 2 В на головку сопротивлением 4 Ом и 2,8 В на 8 Ом. На первый взгляд всё правильно – 1 Ватт. Но дело в том, что из-за нечистоплотной конкуренции с целью завысить реальную чувствительность, сопротивление головок стали уменьшать, а мощность при измерениях стала расти. В последнее время обнаглели до того, что стали подавать напряжение 2,8 на все головки сопротивлением 8 Ом и ниже. Где-то это пишут в паспорте (но мало кто это понимает), где-то умалчивают. Разница при таком шулерстве для головок 4 Ома составляет 3 дБ по мощности, а это немало.
Если рассмотреть тенденцию развития, можно увидеть, что в ламповую эпоху головки обладали высокой чувствительностью (рядовые советские образцы – от 90 дБ, а такие как 6ГД1-РРЗ — 96 дБ) и относительно скромными низкими частотами. Это хорошо стыковалось с ламповыми усилителями и источниками звука. Кроме того, тогда были исключительно натуральные инструменты и голоса исполнителей. Прогрес привел к тому, что в моду вошли ненатуральные инструменты и фальшивые голоса с электронной коррекцией, электромузыкальные инструменты могли генерировать любые частоты.
Мощность усилителей перестала быть проблемой, появились динамические головки с очень низкими резонансными частотами. Они не могли работать в открытом оформлении, им нужен был ЗИ или ФИ. Эти типы оформления могли использовать относительно малые корпуса, таким образом, выполнялось еще одно требование прогрэсса — миниатюрность.
Казалось бы, всё хорошо и надо только радоваться, но постепенно проявились недостатки. На смену одной широкополосной головке, воспроизводящей весь диапазон частот, пришли двух- и трехполосные АС. Проблема стыковки головок, фазовые сдвиги, источники звука переместились из одной точки в несколько. Тяжелые диффузоры оказались инерционными и стали плохо воспроизводить самый важный для слуха участок — фронты звуковых импульсов. В результате по синусоидальному генератору все оказалось замечательно, а на слух — не всегда. Кроме того, новые АС в силу малой чувствительности, плохо совместимы с маломощными однотактными ламповыми усилителями.
С этими и другими проблемами идет борьба, но это оказалось не просто и очень не дешево. Во многом, поэтому сегодня снова популярны ламповые усилители, которые требуют для себя соответствующих высокочувствительных, легких и детальных АС. К сожалению, они обычно громоздки, тяжелы, да и любителям мяса с колбасой они обычно не нравятся.
Сегодня при приобретении головок обычно смотрят только на их мощность и диапазон частот. Сравним для примера 35ГДН-1 и 6ГД1- РРЗ. Первая по названию в 6 раз мощнее. Сравним с учетом чувствительности. 25 Ватт номинальной мощности 35ГДН-1 при чувствительности 84 дБ/Вт/м что соответствует 0,1 н/кв.м. При номинальной мощности 25 Вт уровень звукового давления будет, как у 6ГД1- РРЗ при мощности 1,5 Вт. В первом случае потребуется транзисторный усилитель мощностью в десятки ватт, во втором маломощный ламповый усилитель. Кроме того, на 6ГД1- РРЗ можно подать мощность в 4 раза выше, и уровень звукового давления (громкости) будет на 6 дБ выше.
Теперь рассмотрим, какой уровень громкости рекомендовал ГОСТ (не секрет, что все эти параметры брали у загнивающего запада, а не разрабатывались самостоятельно). Для высшего и первого класса это 1 Паскаль (94 дБ). Ровная цифра явно взята не из испытаний, а для красоты и удобства, ну ладно. Эксперименты показали, что нормальные люди предпочитают уровень менее 80 дБ, а ненормальные — всякие звукорежиссеры (я включу сюда и аудиофилов) 90 дБ. Поэтому пусть будет 94, но пытаться получить дома уровень громкости симфонического оркестра в его гуще или рок-группы…
Для 35ГДН-1 надо подать 10 Ватт и расстояние 1 метр. Считается, что на 2 м мощность должна быть в 4 раза выше и потребуются 40 Ватт, но учитывая, что квартира — не заглушенная камера, номинальных 25 Ватт должно хватить. Для 6ГД1- РРЗ на 1 метре хватит 0,63 Ватта, на двух — 2,5 Ватта с запасом. Это для иллюстрации таблицы. Мы не рассматриваем здесь акустическое оформление и частотный диапазон, неравномерность АЧХ и пр.
Мне могут сказать, что я выдумал какую-то мощность DIN, дескать, такой не бывает. Приведу параметры своих АС Tandberg 2510. В общем-то, из-за них я и стал копать.
А вот более ранние колонки с «ламповой» чувствительностью и номинальной мощностью всего-то 8 Ватт, что соответствует 80-ти ваттам класса 35ГДН-1. Примерно в 70-е годы закончилась эпоха фирм, выпускавших добротную высококачественную технику небольшими тиражами. Они уделяли больше внимания качеству своей продукции, и меньше прибыли, поэтому Юго-Восточно-Азиатский прогресс раздавил такие фирмы (тот же норвежский Tandberg).
Новое время, новые люди, новая техника, новая музыка, новое мЫшление.
Я не претендую на истину и полный дилетант в вопросах акустики, но знающие люди почему-то очень мало пишут по данному вопросу.
Если кто-то аргументировано и доказательно исправит мои ошибки, я буду рад.
Камрад, рассмотри датагорские рекомендации
🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать
Опробовано в лаборатории редакции или читателями.
Что означает чувствительность динамика и почему это важно?
Если и есть одна спецификация динамика, на которую стоит обратить внимание, так это характеристика чувствительности. Чувствительность говорит вам, какой уровень громкости вы получите от динамика с заданной мощностью. Это может повлиять не только на ваш выбор динамика, но и на ваш выбор стереоресивера / усилителя. Чувствительность является неотъемлемой частью динамиков, звуковых панелей и сабвуферов.
Что означает чувствительность
Аббревиатура: ДБ — дальний бомбардировщик (пример: ДБ-2, ДБ-3 и др.). дБ — Децибел. Русское обозначение единицы «децибел» — «дБ» (неправильно: дб, Дб, ДБ). Д., Б.! Википедия
Чувствительность 88 дБ примерно средняя. Все, что ниже 84 дБ, считается плохой чувствительностью. Чувствительность 92 дБ или выше очень хорошая, и её следует искать.
И да и нет. Вы часто будете видеть, что термины чувствительность и эффективность взаимозаменяемы в аудио, что нормально. Большинство людей должно знать, что вы имеете в виду, когда говорите, что эффективность динамика составляет 89 дБ. Технически эффективность и чувствительность различны, хотя они описывают одну и ту же концепцию. Характеристики чувствительности могут быть преобразованы в характеристики эффективности и наоборот.
Как измерения чувствительности могут меняться
Производитель динамиков редко описывает подробно, как они измеряют чувствительность. Большинство предпочитает рассказывать вам то, что вы уже знаете; измерение производилось при мощности одного ватта на расстоянии одного метра. К сожалению, измерения чувствительности можно выполнять разными способами.
Фликкер-шум (фликкерный шум, 1/f шум, иногда розовый шум в узком прикладном понимании такого термина) — электронный шум, наблюдаемый практически в любых аналоговых электронных устройствах; его источниками могут являться неоднородности в проводящей среде, генерация и рекомбинация носителей заряда в транзисторах и т. п. Открыт в 1925 году. Обычно упоминается в связи с постоянным током. Википедия
Многие предпочитают оценивать чувствительность путем измерения осевой частотной характеристики динамиков при заданном напряжении. Затем вы усредните все точки данных отклика между 300 Гц и 3000 Гц. Этот подход очень хорош для получения воспроизводимых результатов с точностью до 0,1 дБ.
При чем здесь звуковые панели и динамики Bluetooth?
Номинальный режим (продолжительный режим) — такой режим работы машин и оборудования, при котором они могут наиболее эффективно работать на протяжении неограниченного времени (более нескольких часов). Для оборудования, связанного с рассеиванием энергии (резисторы), либо с её преобразованием (двигатели, генераторы), номинальный режим определяется возможностью работы оборудования без превышения предельно допустимых температур. Для авиационного двигателя номинальный режим (или сокращённо «номинал», также «максимальный продолжительный» — Мпр) также является максимально допустимым для длительной работы и ограничен оборотами, нагревом лопаток турбины (для газотурбинных двигателей) или поршней и клапанов (для поршневых двигателей, нагревом масла. Поэтому, как правило, номинал используется только при наборе высоты, а наработка на номинале учитывается отдельно от наработки на взлётном и пониженных режимах и ограничена в общем ресурсе (как правило, цифрой порядка 25 %). Википедия
Было бы неплохо увидеть рейтинги чувствительности драйверов динамиков, используемых в этих продуктах. Производители редко задумываются о мощности внутренних усилителей, всегда называя впечатляющие цифры, такие как 300 Вт для недорогой звуковой панели или 1000 Вт для системы домашнего кинотеатра в коробке.
Но номинальная мощность этих продуктов практически бессмысленна по трем причинам:
Логическим выводом здесь является то, что продукты с внутренним усилением, такие как звуковые панели, динамики Bluetooth и сабвуферы, должны оцениваться по общей громкости, которую они могут выдать, а не по чистой мощности. Уровень звукового давления звуковой панели, динамика Bluetooth или сабвуфера имеет значение, потому что он вы получите реальное представление о том, каких уровней громкости могут достичь продукты. А номинальной мощности нет.
Очевидно, что существует потребность в отраслевой группе для разработки методик и стандартов для измерения активной выходной мощности аудиопродукции. Именно это произошло со стандартом CEA-2010 для сабвуферов. Благодаря этому стандарту мы теперь можем получить очень хорошее представление о том, насколько громко сабвуфер на самом деле будет сыграйте.
Всегда ли чувствительность хороша?
Вы можете задаться вопросом, почему производители не выпускают динамики с максимальной чувствительностью. Обычно это происходит потому, что для достижения определенного уровня чувствительности необходимо идти на компромисс. Например, диффузор в низкочастотном динамике/драйвере может быть облегчен для улучшения чувствительности. Но это, вероятно, приведет к более гибкому конусу, что приведет к увеличению общего искажения. И когда инженеры-акустики пытаются устранить нежелательные пики в ответе динамика, им обычно приходится снижать чувствительность. Таким образом, производители должны сбалансировать такие аспекты.
Но, учитывая все обстоятельства, лучше выбрать динамик с более высоким рейтингом чувствительности. Вы можете заплатить немного больше, но в конце концов оно того стоит.
Чувствительность акустических систем или Как 1 Вт в 2,83 В превращается
Это не вопрос, конечно, а скорее повод для обсуждения.
Довольно многие из интересующихся хайфаем давно знают о таком важном параметре акустической системы как чувствительность, в английском варианте — Sensitivity и уверены, что чем он больше — тем лучше, тем менее сложная для усилителя акустика и тем громче она играет, если сравнивать с другой, менее чувствительной акустической системой. Чувствительность также побочно свидетельствует о качестве и добротности динамиков и кроссовера, ну, по крайней мере, бытует такое мнение. Так же понятно, что рупорные динамики с компрессионной камерой гораздо чувствительнее купольных твитеров и так далее.
Почему не стоит этого делать и почему имеет смысл посмотреть как минимум на еще один параметр? Ответ кроется как обычно в определении термина чувствительность, точнее в том, как его правильно измерять. Правильное определение «чувствительности», то бишь КПД колонки — это то, насколько рационально она умеет конвертировать электрический сигнал в колебания воздуха. И вообще-то, определение ее по всем учебникам — это звуковое давление, которое создается на расстоянии в 1м, при подаче сигнала мощностью 1Вт.
Тут можно задаться вопросом — а откуда тогда взялась вышеупомянутая величина в 2,83 Вольта?
Здесь все очень просто: Мощность = Напряжение^2/Сопротивление или P=V^2/R, т.е. 2,83*2,83 = 8,0089.
И это прекрасно работает, если номинальное сопротивление акустической системы равняется 8 Омам. Но далеко не всегда это так, и тут вот кроется собственно лукавство, ведь, если сопротивление акустической системы равняется 6 Омам, то чувствительность будет другой — ведь при подаче сигнала в 2,83 В подается, получается не 1 Вт, а 8/6 = 1,33 Вт. То есть на треть больше, чем если бы колонка была восьмиомной. Если же колонка имеет номинальный импеданс в 4 Ома, то при подаче тех же 2,83 Вт мы получим не 1Вт, а вообще 2!
Что уважаемое общество думает по этому поводу?
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.
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.
Предыдущие материалы цикла «Акустические системы»: