Выбираем динамики для проекта
Я обещал рассказать про то, как происходит процесс разработки акустической системы с нуля и до включения. Как просили, буду расписывать "на пальцах" в мурзилка-формате. Прошу коллег-инженеров не пинать и говешками не кидаться. Или кидайтесь, черт с ним. Все ж движуха.
Итак, часть первая. Выбор динамиков
Чуточку теории
Как я писал раньше, мне хочется получить от будущей системы ровную амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) от 35-40 Герц.
Что это значит ровная АЧХ? Самое простое объяснение: если записать последовательно сыгранные ноты на фортепиано от самой басовой, до верхней, и затем воспроизвести эту запись на акустике с линейной АЧХ, то громкость каждой нотки будет практически одинаковой.
Зачем это надо? Чтобы музыка в исполнении вашей системы звучала именно так, как записал ее автор. Неравномерная АЧХ добавит/убавит лишних басов или цыканья, какие-то инструменты будут звучать неестественно, слишком глухо или раздражающе звонко. В общем вы поняли…
Примерно так выглядит АЧХ некой абстрактной акустической системы на графике. По вертикали громкость на всех частотах диапазона. По горизонтали - ширина воспроизводимой полосы.
В данном примере можно увидеть, что измеренная АС уверенно играет в диапазоне от 40 Гц до, приблизительно 16 кГц.
На практике отклонения от идеальной "полочки" +-3 дБ отклонениями не считаются. Принято думать, что человеческий слух автоматически компенсирует столь незначительные провалы и всплески.
(Могу с этим поспорить, но это за рамками поста).
График АЧХ реального мидбасового динамика, предоставленный производителем. График обозначен жирной кривой.
Для чего тут остальные загогулины - расскажу чуть позже.
Как видите, картина весьма далека от идеала. И это еще довольно дорогой и качественный динамик! У Noname-производителя все может быть куда страшнее.
Но мы не пугаемся. Потому, как в одном из следующих постов я намерен рассказать как разработчик может из вот этого хаоса сделать все хорошо.
От чего на практике зависит ширина рабочего диапазона динамика
Вы поняли уже, что динамики ограничены в своей способности воспроизводить звук как по верхней, так и по нижней части диапазона. Но вот причины для каждого из этих ограничений немного отличаются.
Ограничения по нижней части диапазона
Как известно, звук - это колебания воздуха. Таким образом, любой звучащий предмет - колокол, струна гитары, или диффузор (излучатель) нашего динамика чтобы излучать звук должен колебаться сам и возбуждать в воздухе звуковые волны.
Если заставить колебаться (возбудить) один из таких предметов, например щёлкнув пальцем по краешку диффузора динамика, то звук получится неоднородным. Одна из частот будет всегда звучать несколько громче остальных. Это так называемая частота собственного резонанса (резонансная частота).
И есть нюансы. Для струны музыкального инструмента желательно колебаться так, чтобы нота, издаваемая ею, звучала четко и не смешивалась с другими обертонами. Это позволяет музыканту играть мелодию.
А вот для динамика наоборот важно, чтобы резонанс не был слышен и не влиял на звучание. Иначе АЧХ будет, мягко говоря, неидеальной.
К счастью, ниже резонансной частоты динамик обычно не способен издавать более-менее громкий звук. Но если его заставить это делать принудительно (например, "навалить" басов эквалайзером), то ничего хорошего не выйдет в любом случае. Получим тонны искажений и призвуков. Да и шанс физически повредить динамик вырастет кратно.
На практике разработчики акустики стараются выбирать рабочий диапазон динамика так, чтобы звучать начинало как минимум на октаву выше резонансной частоты. Тогда шансы получить чистый и точный звук вырастают существенно.
Данный подход хорошо работает для динамиков СЧ и ВЧ-диапазонов. Низкочастотный динамик подбирают исходя из того, что работать он будет начиная непосредственно с резонансной частоты.
Это позволяет несколько расширить басовый диапазон, в том числе и за счет правильного акустического оформления (об этом тоже чуть позднее).
Безусловно, было бы замечательно отыскать такой басовик, который можно было задействовать с октавного повторения резонанса. Но увы, для частоты 40 Гц собственный резонанс излучателя должен быть на частоте 4Гц. Таких динамиков в реальном мире не существует. По крайней мере, я про подобные даже не слышал...
Итак, подведем промежуточный итог: реальный диапазон работы динамика с левой стороны графика (низкочастотный) ограничен резонансной частотой излучателя.
Ограничения справа (ВЧ-диапазон)
Способность динамика воспроизводить высокочастотную составляющую звука ограничена тоже его физическими свойствами (Ну а чем ещё?!).
Чтобы понять, как действует это ограничение, давайте снова обратимся к музыкальным инструментам. Например, возьмем гитару 🎸. Чтобы получить низкую ноту нам придется дернуть самую длинную, толстую и массивную струну.
И наоборот, чтобы извлечь максимально высокий тон, мы используем самую тонкую струну, да еще и прижмём ее к такому ладу инструмента, чтобы звучащая часть оказалась максимально короткой и легкой. Это связано в том числе и с тем, что длина звуковой волны на ВЧ значительно меньше, чем в басовом регистре.
Этот простой эксперимент помогает догадаться, что для воспроизведения высоких частот желательно взять излучатель минимального размера и веса. В этом случае ему будет "проще" колебаться с большой скоростью и точнее (быстрее) реагировать на входящий в динамик звуковой импульс.
Теперь ежу понятно, что большой и относительно тяжелый диффузор мидбаса просто физически не способен качественно воспроизвести высокие частоты. Поэтому его АЧХ будет естественным образом заваливаться выше определенной частоты. Чтобы получить звук выше этого завала нам придется задействовать легкий и компактный излучатель твиттера (ВЧ-динамика).
Итак, ограничение графика АЧХ справа (ВЧ) обеспечивается естественным спадом излучения выше определенной частоты.
Высокочастотные динамики конструируют таким образом, чтобы спад начинался значительно выше 20000 Гц (считается что выше этой частоты человек не слышит) и с максимально ровной полочкой рабочего диапазона (октава плюс от РЧ слева и "до упора" справа).
Остальные излучатели - как получится. От того, насколько ровно "получилось", цена на динамик может отличаться на порядки. Здесь также настоятельно не рекомендуется искусственно расширять диапазон за счет принудительной коррекции АЧХ входящего сигнала. Иначе искажений будет больше, чем звука.
Переходим к практике
Итак, в теории вроде разобрались. Осталось понять как теперь использовать эти знания при выборе динамиков для конкретного сетапа?
Вопрос первый: где взять информацию о резонансной частоте, частоте спада на ВЧ и, собственно, АЧХ конкретного динамика?
Как правило, серьезные производители снабжают свои динамики даташитом - паспортом изделия, в котором указаны эти и другие параметры. Для первоначального выбора этой информации может быть вполне достаточно. Кроме того в Интернете для популярных динамиков есть достаточно информации о реальных измерениях от других разработчиков.
Стоит помнить, что производители нередко лукавят, указывая несколько более приятные параметры, чем в реальности. Но в целом, для начального ориентира - пойдет.
Если какие-то динамики уже есть в наличии, а информации о них найти не удалось, то единственный способ - самостоятельно измерить параметры. Это потребует собрать простенькое измерительное устройство и слегка ознакомиться с методиками измерений.
Не самый простой путь, но вы взялись проектировать акустическую систему, поэтому придется эволюционировать. Об измерениях также поговорим позже.
Кстати, вспомнил, что уже писал на тему подбора динамиков в другое сообщество. В статье некоторые моменты рассмотрены немного шире. Поэтому рекомендую к прочтению.
В следующем посте я собираюсь рассказать как и по каким критериям я подбирал динамики для своего проекта. Поясню что послужило аргументами для выбора конкретного комплекта.
Как всегда, готов ответить на вопросы в комментариях и принять коммерческую поставку фуёв в тачку🛒 за стиль изложения и прочее. На рейтинг мне как-то по барабану, а ваши лайки и комментарии просто приятны и служат единственным стимулом продолжать тему. Так что действуйте!
