МЕХАНИКА ЭМОЦИЙ. Часть 3. Дефлорация иллюзий

У меня был план. В хорошем смысле. Планировалось продолжить рассмотрение особенностей параметров ТС, их разброса при измерениях и границ применения при расчете и моделировании НЧ-характеристик громкоговорителя в акустическом оформлении.

Однако жизнь отличается от других привычных предметов тем, что она жёстче. Обыденная повседневная работа иногда приносит результаты, которые, как в данном случае, заставили посмотреть критическим взглядом на всю систему параметров ТС и их применимость к моделированию реальных конструкций НЧ-оформлений. И пусть я отклонюсь от мною же составленного плана, не могу не поделиться.

Ещё около 20 лет назад была предпринята попытка исследовать изменения формы и параметров импедансной кривой в зависимости от скорости воздействия синусным сигналом на подвижную систему ГГ, с вполне понятной целью. Цель — превратить испытательный сигнал из стационарного, непрерывного, которого в жизни не бывает, в близкий к импульсному и непериодическому, который как раз только и бывает.

Тогда для акустических измерений использовалось аналоговое оборудование, в частности, самописцы B&K и RFT. Было замечено, что при различной скорости прохождения скользящим тоном области частоты основного резонанса Fs форма и параметры резонансной кривой громкоговорителя изменялись в пределах нескольких процентов, однако тогда это было списано на недостаточную скорость движения электромеханической системы управления пером самописца и перемещения бумаги, и, поскольку тяга к истине пала жертвой нехочухи в построении безынерционного измерительного стенда, вопрос надолго остался без точного ответа.

Создание очередной части электроакустического опуса, на который меня подбил ваш главный редактор, подходило к завершению, когда из глубин сознания с глухим бульком всплыла идея повторить эксперимент с использованием современного измерительного оборудования. С целью получить наконец ответ на вопрос, уже интуитивно угадываемый. Вопрос: корректно ли вообще измерять параметры ТС на стационарном сигнале? А вот что получилось при поиске ответа.

На графике 1 — семейство импедансных кривых, полученных у 8-дюймового мидбасового динамика при разной настройке скорости изменения частоты свип-тона. Этот показатель, выраженный временем прохождения диапазона частот 10 — 10000 Гц, варьировался от 30 до 0,3 с или около того. На графике верхний пик соответствует наибольшему времени прохождения диапазона, нижний — наименьшему.

Что мы видим невооруженным взглядом? Мало того, что Fs сильно елозит по частоте, так ведь и по высоте пика кривая импеданса меняется чуть ли не в два раза. Разумеется, по старой памяти и от врождённой недоверчивости к себе самому возникли сомнения по поводу корректности и достоверности методики измерений, измерения были повторены с аналогичным по размерам и конструкции громкоговорителем, в результате получили примерно ту же картину с нюансами в изменении Fs.

Настало время для рабочей гипотезы, ею явилась зависимость продемонстрированного эффекта от массы подвижной системы. Взяли крайний случай: «эспиэльный» громкоговоритель такого же калибра.

График 2. Картина, как трудно не заметить, еще более удручающая. В дополнение к разбросу по частоте (ещё больше, чем прежде) появился и явно выраженный переходный процесс, аналогичный тому, который рассматривался в первой части.

Законный, более того, неизбежный вопрос: как при таких условиях изменятся параметры ТС, основой для вычисления которых и служат импедансные кривые, прежде нами считавшиеся безгрешными. Вот, смотрите.

График 3. Черная и красная импедансные кривые получены без и с добавочной массой при скорости 30 с/диапазон; синяя и зеленая — при скорости 0,3 с/диапазон. Разница кривых пахнет драматической развязкой после вычисления параметров:

Обнаружив столь существенное расхождение в электромеханических параметрах на примере конкретного (но одного) громкоговорителя, руки сразу зачесались с целью набрать статистические данные. Было промерено более 20 образцов головок разного назначения: автомобильные, домашние, профессиональные (концертные и студийные). Везде результаты примерно одинаковые, что опять навело на мысли о систематической погрешности метода, уже готов был текст приговора, когда нашелся-таки один урод, который выпал из общего ряда…

График 4. В данном случае исключение не просто подтверждает правило, оно подтверждает существование другого правила. Есть, оказывается, нормальные громкоговорители, их и нужно искать среди «обыкновенных стиральных порошков» для того, чтобы построить звуковую систему для ласкания уха.

После бессонной ночи появилось жгучее желание найти еще подобные образцы и, сделав анализы, понять, откуда что берётся, ведь не зная причин обнаруженного явления, невозможно ограничить число кандидатов в достойные, а пытаться перемерить всех невозможно и неумно. В результате поисков обнаружились еще два экземпляра, у которых импеданс мало зависит от скорости измерительного сигнала.

Графики 5, 6. На последнем графике промежуточные кривые пропущены с целью ускорения получения результата — два измерения, и все ясно: этот — в топку, этот — на пьедестал. Анализ параметров и особенностей конструкции всех трех кандидатов в «нормальные» показал, что у них общего. У всех трёх удельная масса подвижной системы не превысила 3,5 г/1Тл м, индукция в зазоре составила 1,5 Тл и выше, полюсные наконечники находятся в состоянии, близком к насыщению, в конструкции присутствуют термоиндукционные кольца, Qms у всех трёх не падает ниже 10.

Это пока — основные позиции, по которым было обнаружено сходство. Были выявлены еще кое-какие особенности, однако их достоверность требует дополнительных исследований, результаты которых будут, естественно, обнародованы, вы даже знаете где и кем.

Следует отметить, что подобное сочетание параметров практически неизбежно приводит к полной добротности Qts = 0,25 и ниже, и любые программы для моделирования НЧ-оформлений покажут у таких головок отсутствие баса. Измерения параметров ТС для подобных головок дали расхождение по Mms (подвижной массе) до 50%, по эквивалентному объему Vas до 80%, по BL до 40% и по характеристической чувствительности до 6 — 8 дБ. Это говорит о том, что эквивалентная схема громкоговорителя близка к жизни в очень узком диапазоне применения и используемых для измерения сигналов — отсюда и гудящие фазоинверсные системы, и бандпассы, поддающиеся только экспериментальной настройке, и несовпадение расчетной и реальной АЧХ в салоне автомобиля. Совершенно очевидно, что головки c Qts = 0,2 и Qts = 1 будут управляться совершенно по-разному и звук низкодобротной головки — более собранным, артикулированным и динамичным. Тембральный дефицит баса будет «на ушах», но здесь идёт прямой размен качества на количество, а если вы вспомните, с чего мы начинали, с поиска акустики, способной передать музыкальную правду, а не произвести дешёвое впечатление, то согласитесь: размен справедливый. Хотя проблема остаётся.

В домашних системах её пытаются решить использованием больших рупоров. Казалось бы — путь, заказанный для автомобильной акустики, но именно «казалось бы». В автомобиле роль рупора-волновода может сыграть кузов и правильная конструкция НЧ-звена. Правильно рассчитанное взаимодействие излучателя с формой салона может дать хорошие результаты и по характеру воспроизведения нижних частот, и по уровню их воспроизведения.

Утверждение не умозрительное, у меня есть ему подтверждение. Был опыт установки, где в кузове VW Golf 3 соорудили рупор, плавно выходящий на стенки салона, и получили очень обнадёживающие результаты. Об этой системе я расскажу позже, в разделе, посвященном поведению различных типов акустического оформления в конкретных кузовах. А сейчас о другом, что стоит за выявленной разницей поведения громкоговорителя в зависимости от длительности воздействия одних и тех же спектральных составляющих.

Никто не станет возражать, что в музыкальном сигнале присутствуют НЧ-сигналы разной длительности, например, звук органа и удар бочки, и что в свете вышеизложенного точность их воспроизведения будет разная: если для органа почти всё хорошо, для короткого удара бочки почти всё плохо. Для остальных музыкальных инструментов, спектры и динамические характеристики которых имеют промежуточные значения, частотные и амплитудные модуляции в НЧ-области внесут в деградацию звука больший или меньший вклад, но все равно испортят.

Совершенно очевидно, что подобные громкоговорители будут иметь модулированную НЧ-область в любом акустическом оформлении, за исключением, возможно, ЗЯ или ФИ, набитого поглотителем, как подушка, правда и звучать они тогда будут, как матрац.

На одном живом примере можно понять, что разница в звучании низкочастотных и мидбасовых громкоговорителей объясняется не с позиций шаманства и эзотерики, а конкретными техническими характеристиками, причем измеряемыми, однако условия и методы измерений должны соответствовать «полевому уставу», то есть реальным условиям работы. Также необходимо понять, что музыкальный сигнал не набор синусов, а нечто намного более сложное, и подход к его измерениям и адекватной оценке требует гораздо большего напряжения мозгового мускула, чем это принято.

Что касается методики измерения параметров ТС, то можно рекомендовать проводить их на скорости прохождения сигнала не более одной секунды на весь звуковой диапазон, а для определения Vas использовать метод известного закрытого объема, поскольку колебания добавочного груза на гибкости материала диффузора приводят к дополнительным погрешностям на высоких скоростях прохождения сигнала.

В следующей части попробуем разобраться с динамическими характеристиками, которые часто путают с искажениями, жесткостью звучания и тембральным окрашиванием. Извините, что отклонился от плана, я больше не буду…