В чем измеряется автозвук
Очень интересный разговор у нас намечается, про автозвук поговорим. Мне удалось измерить реальную систему! Удалось снять АЧХ и прочие объективные характеристики звука. Сегодня у нас есть шанс понять, так ли плох (или хорош) звук в ненавистной многими громкой машине? Весьма бюджетной, кстати)
Исходные данные таковы: система явно не про качество, упор сделан на низкие частоты.
В низу передних дверей стоят два эстрадных 165мм динамика , пара овалов в задней полке и саб в закрытом корпусе в багажнике седана 2110. Усилители: четырехканальник на 4 динамика в салоне и моноблок на саб. Магнитола вполне обычная.
Спрашиваю владельца до измерений: что можешь сказать про систему? Чего не хватает, что не нравится?
"Баса мало" говорит.
Суть проблемы начинает вырисовываться:) Высокочастотников в машине нет (разве что у овалов в задней полке что-то там стоит, но что от туда дойдет до водителя - большой вопрос), сабвуфер в машине есть, но человеку недостает именно баса!
Сразу вспоминается фраза Сталкера "басофил детектед"
Смотрим АЧХ - может наши выводы преждевременны? Нет.
АЧХ исходной системы. Микрофон UMM-6 стоит перед подголовником водительского кресла. То есть, на месте ушей водителя.
АЧХ исходной системы. Микрофон UMM-6 стоит перед подголовником водительского кресла. То есть, на месте ушей водителя.
Ну как, кривенько?
Честно говоря, я ожидал более страшной картины на средних частотах. От 100 до 10000Гц неравномерность весьма потребная, и при некотором допущении может влезть в +-5дб. Это, конечно, не отличный результат, но бывает гораздо хуже!
На краях диапазона происходит страшное. Чуда не случилось, без пищалки высоких нет. Выше 10кГц уверенный спад, к 20кГц набегает -20Дб. Это существенно, высокие определенно завалены.
Надо сказать, что я удивлен полученным результатом, честно говоря, я ожидал значительно более раннего завала на высоких - учитывая, что спереди пищалок нет совсем, и только где-то из-под ног, динамик, который не обязан играть высокие частоты, что-то пытается на них изобразить. И у него получается аж до 10кГц! Удивительно.
Насколько все плохо с высокими, настолько все "хорошо" с сабвуфером (которого, как мы уже знаем, не хватало) - он уже возвышается над среднечастотным диапазоном на те же 20Дб.
Забавная картинка получается)
Что можно с этим сделать? Советы типа "привести уровень сабвуфера в норму" явно не приветствуются, как мы знаем, баса не хватает. Не верь глазам и ушам своим, клиент всегда прав!
Что точно лишнее - это овалы в задней полке. Через которые пытается играть саб, раскачивая бедные динамики, и окрашивая свой звук их резонансом.
руководитель Акустического центра МТУСИ
ОБ ИВАНЕ ИВАНОВИЧЕ И ОБ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ В САЛОНЕ АВТОМОБИЛЯ
Несколько иная картина получается при определении амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) на соревнованиях по качеству звучания (RTA SQ). Измерительный микрофон здесь устанавливается совсем иначе.
Как же достигнуть приемлемой точности измерений? Проще всего завесить левое и правое окна чем-нибудь звукопоглощающим или, наоборот, полностью открыть окна – тогда отражения от боковых стёкол исчезнут. Но это нечестно, речь ведь о звуке в автомобиле, а не в чистом поле. Уж не говоря о вопиющем несоблюдении правил, за которое выгонят с соревнований и правильно сделают. Закон строг.
Во-первых, потому что одним из основных принципов метода является проведение прослушивания с одинаковым для всех автомобилей уровнем громкости. То есть его нужно измерять в салоне автомобиля, и достаточно точно.
После этого громкость уменьшают до величины, на которой затем проходит прослушивание всех тестовых фонограмм. Делается это общепринятым, чисто объективным способом. Воспроизводя дорожку с розовым шумом, судьи регулятором уровня головного устройства добиваются установившегося в салоне уровня громкости в 87 дБС (выбор этого уровня – отдельный разговор, лежащий вне рамок данной статьи). Далее, до конца прослушивания тестового диска, уровень громкости не изменяется.
При этом должны быть соблюдены три условия:
а) предельно малые размеры шумомера – чтобы не мешать судьям и не искажать картину звукового поля;
в) наличие в шумомере встроенных фильтров, позволяющих измерять уровень громкости, высокая точность измерений.
Прибор, отвечающий этим требованиям, известен, собственно, он на отечественном рынке сегодня практически солирует. Это FWE 33-2055, малогабаритный цифровой шумомер, работающий в реальном масштабе времени. Устройство просто вешается на верхнюю часть зеркала заднего обзора шкалой к сидящим в салоне судьям и ориентируется микрофоном вниз. Сейчас он вовсю применяется в качестве штатного шумомера на всех соревнованиях FSQ (а к моменту выхода этого номера журнала их прошло уже 11).
Мы ещё в прошлый раз собирались воспользоваться цифрами, сопровождающими динамики, но остановились на время, чтобы понять, откуда они взялись. А теперь, поскольку поняли, можно и пользоваться.
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 естественно-научный 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 её в том, что домашняя акустика приходит к владельцу в завершённом виде. Параметры заложенных в неё 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? Исключения бывают, но раз на тысячу или реже. Оттого так популярны в домашнем звуке игры с проводами: больше-то ничего изменить нельзя. И ценовой гипноз: стоит акустика тыщу — значит, должна сыграть на тыщу, а эта, за пять сотен, как она на тыщу может сыграть? У нас всё 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 (заводские не в счёт, сами знаете почему).
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, всё уже учёл. 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 своё 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 поведение акустики, тоже выведена для низких частот. А мы именно к этому стремимся — понять, как будет работать динамик до того, как стали его хозяином.
Совсем иная ситуация с мидбасовыми компонентами фронтальной акустики, отрабатывающими значительную часть басового материала. Типовая схема установки фронтальных мидбасов — в дверь. Формально дверь — тот же закрытый ящик объёмом 30 — 50 л (крайние случаи). Типичные значения Vas компонентных мидбасов (или коаксиалов такого же калибра) таковы: 90% 5-дюймовых головок попадают с этим параметром в коридор 6 — 10 л, для 6-дюймовых это 8 — 15 л. То есть получается, в принципе, что объём двери где-то на границе просторного закрытого ящика и бесконечного экрана. Это — говоря формально. На самом деле дверь — это никакой не ящик. Судите сами: если бы нечто, отштампованное из листа толщиной 0,6 мм, без каких-либо существенных элементов жёсткости обшивки, с многочисленными прорехами (для дверных ручек, ограничителя хода, опускного стекла, слива воды и пр. и пр.) можно было бы считать серьёзным корпусом акустической системы, чего ради во всём мире уже которое десятилетие корпуса для домашней акустики строят из толстых досок, с многочисленными рёбрами и распорками, причём тем более толстых и с 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 исключён, если ваша фамилия не Кличко.
Что такое миллиметр? 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 объёме, то, на чём основано действие закрытого ящика как акустического оформления. Так что сам по себе объём без учёта жёсткости — фикция. Если не убедил, доведём ситуацию до абсурда: поставим на место корпуса акустической системы полиэтиленовый мешок, пусть и требуемого объёма. Это он для мусора 60 л, а для акустики — сам мусор. Поэтому, говоря об условиях работы дверных мидбасов, следует отдавать себе отчёт в том, что они работают не в закрытом объёме 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. Назовите мне такой, из которого нет, я запомню. Одно исключение (или почти) — суперустановки, какие 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 — всё чаще) появляющиеся установки, в которых мидбасы помещают в действительно закрытый и жёсткий объём, когда выгораживая его в дверях, когда — в кикпанелях, когда (новейшее веяние) — в виде напольной конструкции, одна такая есть в этом номере. Но здесь и подходы иные, и динамики требуются особые, их не так и много. Подавляющее же большинство моделей мидбасовых головок изначально рассчитывались на дверную установку со всеми её реалиями, как бы мы временами ни язвили по поводу просчётов конструкторов, они чаще всего своё дело знают.
ПРИЧИНА ВТОРАЯ, АКУСТИЧЕСКАЯ
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.
Теперь снова пойдём 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. Какая бы у неё ни была резонансная частота (в пределах реально ожидаемого), у нас всегда будет слегка проваленный самый верхний бас (100 — 120 Гц), причём тем больше, чем выше резонансная частота головки (или её 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. Здесь при значении Fc между 40 и 60 Гц АЧХ становится или совсем ровной, или с подъёмом именно там где надо (при низкой добротности было ниже, чем надо). И главное — при таком сочетании параметров, если в системе сабвуфер всё 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. Теперь Fc = 60 Гц — это залог заметного горба в системе, лишённой сабвуфера, динамик с низким резонансом даёт 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.
Подмывает на основе только что проведенного разбора дать какую-нибудь короткую и вескую рекомендацию, типа: если так, то брать вот это, а если эдак — 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.
Книжки и компьютерные программы предлагают обычно ввести частоту, с которой начинается подъём на низких частотах в зависимости от размера машины: чем больше, тем ниже. Наше универсальное решение — частота начала подъёма около 80 Гц, при этом на совсем низких частотах график реальной передаточной функции уходит вниз от теоретического, в силу той же нежёсткости и негерметичности кузова
Слева — как влияет величина добротности на ход АЧХ домашней акустической системы. Справа — тот же случай в машине, с учётом передаточной функции. То же, да не то же.
При более низкой резонансной частоте акустики дома АЧХ просто съезжают вниз, не изменяя формы. В машине (справа) форма частотных характеристик меняется самым очевидным образом
Пусть теперь добротность остаётся постоянной, дома при различных значениях Fc по-прежнему АЧХ безропотно сдвигаются по частоте. В машине характеристики становятся совсем непохожими: на этой серии графиков это наиболее наглядно
Случай баттервортовской добротности: дома всё как-то обыкновенно, а в машине есть возможность подобрать такое сочетание Fc и Qtc, которое обещает волшебные АЧХ
Дома — ну что, всё обыденно. В машине при повышенной добротности акустики появляются сочетания параметров, которых желательно избегать, иначе горб на АЧХ неизбежен. Или трудноустраним. В то же время именно при высоком значении добротности появляется возможность эффективно использовать фронтальную акустику с высокой резонансной частотой в системе с сабвуфером. Возможность, которая у низкодобротной акустики, при других её достоинствах, сильно ограничена
В случае совсем высокой добротности Qts выше 1,2 у нас встречается исключительно редко, выбор акустики с высокой резонансной частотой — вообще прописан доктором. Так что не бывает плохих параметров. Бывают неправильно использованные сочетания.
Звуковое давление – звуковая энергия, которая попадает на единицу площади, расположенную в заданном направлении от источника звука и удаленную от него на определенное расстояние (как правило, на 1 м). Звуковое давление измеряется в паскалях (Па).
Уровень звукового давления (англ. SPL, Sound Pressure Level) – значение звукового давления, измеренное по относительной шкале, отнесённое к опорному давлению Рspl = 20 мкПа, соответствующему порогу слышимости синусоидальной звуковой волны частотой 1 кГц. SPL измеряется в децибелах (дБ). Децибелы, в отличие от паскалей, чаще применяются на практике из-за большего удобства. Считается, что человек слышит в диапазоне 0-120 дБ (20 - 20000000 мкПа). В таблице 2.2 приведена зависимость между звуковым давлением в мкПа и уров-нем звука в дБ.
Зависимость уровня звукового давления от подводимой мощности
Слух, как и другие человеческие ощущения, воспринимает воздействие по логарифмическому закону (см. рис. 2.6). Для того чтобы удвоить звуковое давление, не достаточно удваивать число источников звука или электрическую мощность громкоговорителей, а необходимо удесятерять. Увеличение акустического давления может быть получено установкой нескольких громкоговорителей, расположенных близко друг к другу и ориентированных в одном направлении или при каждом удвоении мощности громкоговорителей, в любом случае, увеличение (или уменьшение) акустического давления будет ±3 дБ (в дальнейшем мы сформируем более точное правило). Для построения зависимости уровня звукового давления от подводимой мощности обратимся к теории. Мгновенное значение звукового давления в точке среды изменяется как со временем, так и при переходе к другим точкам среды, поэтому практический интерес представляет среднеквадратичное значение данной величины, называемое интенсивностью звука.
Интенсивность – это поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, прошедший через единицу поверхности (1 м2), являющейся нормалью к направлению распространения звуковой волны (измеряется в Вт/м2). Интенсивность иначе называют силой звука. Интенсивность определяет громкость звука, которую мы слышим. Мы не можем померить ее непосредственно (особенно в закрытых помещениях), поэтому на практике данную величину связывают с мощностью источника логарифмическим соотношением:
Слуховой аппарат и многие измерительные приборы чувствительны не к самой интенсивности звука, а к среднему квадрату звукового давления, поэтому на практике используется не интенсивность, а величина называемая уровень звукового давления (SPL), которую принято связывать с мощностью источника звука в ваттах.
PдБ = 10 lg (Pвт / Pоп)
где
РдБ – зависимость уровня звукового давления (дБ), от мощности источника звука (Вт)
Рвт – мощность источника звука (Вт)
Роп – опорное значение мощности (Вт)
На практике значение Роп принимают равным 1 Вт, следовательно, формулу можно представить следующим образом:
Данная формула очень актуальна и на техническом сленге называется пересчет ватт в децибелы . Графически данная зависимость представлена на рис. 2.6.
Интерпретацию данной зависимости называют правилом трех децибел: каждое удвоение мощности источника звука увеличивает его звуковое давление на 3 дБ .
Зависимость звукового давления от расстояния
По мере удаления расчетной точки (слушателя) от звукового источника, звуковое давление в этой точке, уменьшается по логарифмическому закону.
где
Р – звуковое давление (дБ)
L – расстояние от источника звука до расчетной точки (м)
Интерпретацию данной зависимости называют правилом шести децибел: при каждом удвоении удаления от источника звука звуковое давление уменьшается на 6 дБ .
Читайте также: