07.07.2021
Добротность динамика - что это?
Начнем разбираться с основными параметрами динамиков. Добротность - один из ключевых параметров.
Добротность динамика – это не про то, насколько качественно он сделан. Много мифов и заблуждений я слышал относительно этого параметра, но, он очень важен. И было бы не плохо разобраться и разложить все по полочкам. Не зная значение добротности сказать что-то вразумительное о динамике будет невозможно.
У многих я спрашивал, что же такое добротность, и абсолютное большинство людей, будучи не первый день в звуке и автозвуке, как-то неуверенно говорили про потери, про соотношение упругих и вязких сил, про ширину резонансной полки… А дополнительные вопросы вообще вводили народ в тупик.
Если говорить простыми словами, добротность — это история про затухающие колебания. Про то, как именно динамик ведет себя после устранения возмущающей силы (прекращения сигнала). Что нам скажет википедия:
Добро́тность — параметр колебательной системы, определяющий ширину резонанса и характеризующий, во сколько раз запасы энергии в системе больше, чем потери энергии за время изменения фазы на 1 радиан. Обозначается символом Q от англ. quality factor.
Давайте разбираться: что в динамике отвечает за запасы энергии, а что за потери. Очевидно, что запасать энергию могут подвесы: внешний подвес и центрирующая шайба — это пружины, которые стремятся вернуть подвижку в первоначальное состояние. А вот с потерями все не так очевидно. Есть механические потери (Qms), сюда входят потери на трение в подвесах, затраты энергии на звукоизвлечение и т.д. Но этот компонент не доминирует в общей картине, главную скрипку играет электрическая добротность (Qel или Qes). Среднее значение механической добротности для низкочастотного динамика от 2 до 10. В моторе динамика происходит следующая интересная штука: проводник (катушка), двигаясь в магнитном поле вырабатывает ЭДС, то есть, работает не как двигатель, а как генератор. Обычно динамики подключены к усилителю, а у них (у усей) мизерное сопротивление, очень близкое к 0. Получается, что когда сигнал от усилителя исчезает, а динамик «на ходу» – он работает как генератор, причем с максимальной нагрузкой (выходы катушки практически закорочены). Эта нагрузка создает достаточно мощную тормозящую силу, вынуждающую катушку и дифузор быстро остановиться.
Среднее значение электрической добротности для низкочастотного динамика от 0,2 до 0,9. Сравните это с типовыми значениями механической добротности, и станет очевидно, что гашение колебаний (потери энергии) происходят преимущественно из-за электрической составляющей.
Можно провести простой эксперимент: взять низкочастотный динамик и аккуратно постучать по диффузору (за целостность динамика я не отвечаю!))) Вы услышите небольшой гул на резонансной частоте.
Если закоротить выводы катушки и постучать еще раз - гула уже не будет, потому что колебания на резонансной частоте практически сразу же гасятся в магнитной системе динамика.
Электрическая и механическая добротности складываются друг с другом и в итоге получается полная добротность – именно этот параметр мы используем для расчетов оформления. Да, знать добротность нам нужно именно для этого - чтобы можно было определить, какой корпус и какое акустическое оформление подойдет к нашему динамику.
Механическая и электрическая добротности складываются не просто суммой, а формулой, аналогичной сопротивлению при параллельном включении. Qts=Qes*Qms/( Qes+Qms)
Делаем вывод: чем мощнее у динамика мотор (при прочих равных), тем меньше будет добротность. Поэтому на сверхмощных сабах ставят по нескольку жестких центрирующих шайб, иначе добротность упадет ниже плинтуса. С запасами и потерями энергии вроде разобрались. Теперь определимся с конкретными значениями.
Высокая добротность – это когда потери малы, а энергии в подвесах запасено много и колебания продолжаются после исчезновения возмущающей силы. Причем это не случайные колебания, а именно колебания на частоте резонанса головки. Низкая добротность – потери велики, и при исчезновении сигнала колебания сразу же затухают. У такого динамика нет склонности выделять какую-то определенную частоту. Логично предположить, что для динамика подойдет именно низкая добротность! Нам не нужно, чтобы после окончания сигнала динамик сам по себе продолжал что-то доигрывать (и всегда на одной и той же частоте). Важно понимать, что высокодобротный динамик не будет продлевать короткие ноты, он к любому возмущению будет добавлять бубнеж на своей частоте резонанса. Оттого звук становится монотонным, окрашеным, с постоянным гулом — ну, я думаю, все знают, как звучат дешевые компьютерные бубнелки и музыкальные центры?:) А нам важно чтобы дин воспроизвел именно тот сигнал, который на него отправили, без импровизаций и самодеятельности.
Слишком низкая добротность - это тоже не хорошо. В этом случае в зоне резонанса динамика появляется завал относительно уровня высокочастотного излучения, тем шире, чем ниже добротность. Добротность в итоговой конструкции должна составлять вполне определенные значения.
Выделяют два особых значения добротности.
1) Q=0,577 (функция Бесселя, характеризуется минимальными временными задержками.
2) Q=0,707 Баттервота, максимально гладкая АЧХ
Добротности ниже 0,5 ведут к сильному завалу НЧ, выше 1 – явно появляется вброс АЧХ на частоте резонанса.
От чего зависит добротность?
Добавим чуть больше практики и теоретические тезисы из первой части статьи попробуем переложить на реальные динамики.
Итак, от чего же зависит добротность?
1. От силы мотора. Чем мощнее магнитная система, чем больше магнитное поле в зазоре, чем больше проводника находится в этом зазоре - тем ниже будет значение добротности.
Мне удалось показать это в эксперименте: добавил к динамику дополнительный магнит, тем самым увеличив магнитное поле.
Дополнительным магнитом удалось существенно снизить добротность динамика. Резонанс остался неизменным.
2. Добротность зависит от жесткости подвесов. Чем больше жесткость, тем больше энергии может быть запасено, тем выше добротность.
Поэтому, если у вас стоит задача снизить добротность динамика, можно попытаться снизить жесткость. Заменить подвесы, размягчить резину подвеса пропитками. Некоторые даже вырезают сектора из центрирующей шайбы, но это очень рискованный путь:)
3. Масса подвижки. Как мы уже знаем, низкая добротность - показатель мощного мотора. А увеличение массы как бы делает усилия мотора менее существенными. Проверяем: вот два замера одного и того же динамика. Первый замер - динамик в первозданном виде, второй - с дополнительным грузом на диффузоре.
Добротность при увеличении массы растет, резонансная частота падает.
4. Провода. Если провода обладают существенным сопротивлением, то они будут увеличивать добротность, так как нагрузка на «генератор» в лице динамика падает. Вот тестовый замер 4Ом динамика и того же самого динамика, подключенного через 4Омный резистор. Добротность возросла с 1,1 до 2,3. Причем изменилась именно электрическая добротность. Вывод: провода должны иметь минимальное сопротивление.
Как сопротивление провода влияет на добротность.
Как влияет акустическое оформление?
Объем воздуха в закрытом ящике работает как дополнительная воздушная пружина, следовательно жесткость колебательной системы растет, добротность растет. Чем меньше объем ящика, тем сильнее растет добротность.
В ЧВ к диффу как бы прикрепляется масса воздуха в туннеле, оттого итоговая добротность растет.
Во фри, ОЯ, БЭ и прочих существенно меняться добротность не должна.
Для себя я сделал следующий вывод, и думаю, что он правильный: мы должны получить итоговую добротность всех резонансов в пределах 0,5-0,7. Вне зависимости, какое оформление мы выбрали.
Как видим, все акустические оформления в лучшем случае не меняют добротность, а в большинстве случаев существенно ее поднимают. Поэтому нам нужны низкодобротные динамики с добротностями от 0,3 до 0,7. Для того, чтобы возросшая в оформлении частота составила нужные нам 0,7.
Но, с этим связана некоторая подстава:) 99% дешевых и легкодоступных динамиков высокодобротные. Я говорю про бюджетную автомобильную акустику, про динамики, устанавливаемые в компьютерные колонки, в музыкальные центры, в бюджетные системы 5:1, в бумбоксы всякие. Почти везде добротность динамика близка к 1, а зачастую и того больше.
Не знаю, почему так делается, то ли на магнитах экономят и не могут в рамках бюджета сделать мощный мотор, то ли специально делают так, чтобы в ущерб качеству «долбило» лучше (а долбить оно будет реально сильнее, и на любой композиции одинаково: в частоту резонанса).
А может это тонкий маркетинговый ход, вынуждающих тех, кто слышит разницу, платить вместо 5000р за колоночки 50 000+?
