Почему акустика не может звучать идеально
Почему акустика не может звучать идеально.
Не секрет, что звук акустических систем не идеален. Любая акустика, за любые деньги будет не совершенна, и виной тому законы физики. Сегодня будем рассматривать работу обычной динамической головки.
Давайте попробуем разобраться, что мешает динамику звучать ровно, достоверно и правильно. Чтобы не перегружать статью, сегодня будем разбирать только АЧХ - амплитудно частотную характеристику. То есть зависимость громкости сигнала, излучаемого динамиком от частоты. В идеале, это должна быть прямая линия - отправили на динамик сигнал с переменной частотой и равной амплитудой, и получили звук на тех же частотах, и с одинаковым уровнем громкости.
Считайте, что тестовый динамик установлен в экран (большой щит, который отсекает тыльное излучение диффузора, но практически не влияет (в отличие от ящичных оформлений) на параметры динамика.
01. Так выглядит АЧХ идеального динамика - ровная прямая линия, динамик все частоты воспроизводит одинаково.
Но, как понимаете, так не бывает. Хотя бы потому, что у динамика есть резонансная частота. Ниже этой резонансной частоты будет спад ачх.
02. Так выглядит АЧХ идеального динамика, у которого есть резонанс (50гц)
Резонанс у НЧ динамика среднего размера обычно расположен не далеко от 50Гц. А сам характер поведения кривой АЧХ будет зависеть от добротности. На втором рисунке показана АЧХ динамика с резонансом 50Гц и добротностью 0,707. В этом случае резонансная частота завалена относительно уровня основного излучения на 3дб, это четко видно по графику.
Кстати, есть отдельная статья про добротность.
Но далеко не всегда динамик работает с такой добротностью. Для наглядности я добавлю графики с добротностью 0,3 (желтая кривая), 1 (зеленая кривая) и 1,5 (белая кривая)
03. АЧХ динамиков с различной добротностью и одним и тем же резонансом (50Гц)
Как видите, не зря добротность, близкая к 0.7, считается самой правильной. Остановимся на кривой от динамика с резонансом 50 и добротностью 0,7 и будем смотреть дальше. Вы наверняка знаете, что у динамика есть звуковая катушка. А еще, катушки есть в разделительных фильтрах, которые работают там фильтром, отсекающим высокие частоты. Катушка динамика, особенно если динамик низкочастотный, с большой и длинной катушкой также имеет свою индуктивность и будет естественным образом поднимать сопротивление обмотки динамика на высоких частотах. Оттого, громкость на ВЧ у динамика неминуемо будет падать, если не принимать для этого специальных мер, как, например, это сделано в широкополосных динамиках.
04. АЧХ динамика с учетом индуктивности катушки
На этом с моделированием заканчиваем, и переходим к реальным АЧХ динамиков. Диффузор динамика обладает не бесконечной жесткостью, и начиная с некоторых частот он перестает двигаться как жесткое тело. Естественно, это не может не отразится на АЧХ, и начиная с некоторой частоты, частотная характеристика наполняется провалами и пиками.
05. АЧХ реальных динамиков. Их параметры близки к первым моделям - резонанс этих 40Гц, добротность около 0,5.
Как видим, до 600гц ачх ровная и гладкая - динамик работает в поршневом режиме. Дальше начинаются всякие неровности - их количество, расположение зависит от размера динамика, материала диффузора. Здесь же могут проявиться в виде пиков или провалов любые другие резонансы системы. Звенеть и резонировать в динамике может все что угодно - подвес, центрирующая шайба, корзина, колпак, подводящие. Ну и на десерт - еще раз гляньте на эти два графика.
Зеленый график имеет подъем в районе 90Гц, хотя его резонанс находится в районе 40Гц. Выше 100гц динамик не выходит на ровную полку, а немного заваливает АЧХ. Фиолетовый график ведет себя более правильно, и со 150Гц выходит на ровную полку, которая простирается до выхода динамика из поршневого режима.
Такое поведение зеленого графика говорит о недостаточной магнитной индукции в зазоре, в итоге динамик не может обеспечить ровный уровень АЧХ, также у него будут проблемы с динамикой и импульсными характеристиками.
А кроме АЧХ есть еще куча важных параметров, такие как фазовая характеристика, искажения, импульсные характеристики, ватерфолны, спектрограммы и т.д. и т.п. Надеюсь, в скором времени и до этого доберемся.