Чувствительность и мощность динамических головок и акустических систем

Чувствительность динамической головки

Чувствительность динамической головки не стоит путать с ее мощностью. Сейчас расставим точки над i. Чувствительность характеризуется тем звуковым давлением, которое будет создавать наш динамик при подведении к нему сигнала определенной электрической мощности. (Не следует путать чувствительность с громкостью. Громкость — субъективная величина, она, конечно, связана со звуковым давлением, но нелинейно). Иначе говоря, излучатель более высокой чувствительности при подведении к нему сигнала равной мощности будет создавать большее звуковое давление по сравнению с излучателем меньшей чувствительности.

Данный параметр приобретает сегодня все большее значение в связи с ренессансом ламповых усилителей, хотя еще совсем недавно, с появлением на рынке твердотельных усилителей большой мощности (особенно класса D), казалось, что он навсегда уходит на второй план.

Итак, высокочувствительная головка звучит громче (напомним: громкость нелинейна, но зависит от звукового давления). А в каких единицах и как мы можем чувствительность измерить? Для этого определяют звуковое давление по центральной оси головки на расстоянии 1 метр от нее при подведении к ней сигнала 1 Ватт. Понятно, что на различной частоте измеряемый параметр будет различен.

Показатель амплитудно-частотной характеристики акустической системы или отдельной головки (АЧХ), в принципе, есть не что иное, как зависимость ее чувствительности от частоты излучения. Ведь во время измерения мощность, подводимую к головке от усилителя, мы не меняем (в идеале, конечно). Поскольку звуковое давление измеряется в децибелах, то чувствительность мы зафиксируем, как децибел на ватт на метр.

Обозначать чувствительность головки принято как Spl (sound pressure level).

Здесь следует отметить один тонкий момент, который производители могут использовать, чтобы в паспорте указать большую чувствительность динамической головки, чем реальная. Дело в том, что мощность в 1 ватт на нагрузке 8 ом выделяется при подаче на нее напряжения, равного 2,83 вольт. На более низкоомной головке будет выделяться большая мощность (на 4 омах – 2 ватта). То есть динамик с меньшим сопротивлением будет играть громче, но не за счет чувствительности (он просто больше нагружает усилитель). Это нужно иметь в виду и смотреть, на каком напряжении указывается производителем чувствительность для данной головки.

Теперь определимся: высокая чувствительность — это сколько? Много и мало (высокая и низкая чувствительность) — понятия, конечно, относительные, но некоторый средний критерий для современных динамиков всё же существует.

Большая часть низкочастотных головок имеет параметр Spl в диапазоне 80-90 дБ/Вт/м. Высокочастотные головки, как правило, имеют чувствительность выше (ближе к 100). Реже встречаются головки и с чувствительностью, превыщающей 100 дБ/Вт/м. В паспортах головок хорошие производители обычно указывают чувствительность головки, уточняя, в каком диапазоне она измерялась и при каком напряжении.

Приведу пример из паспорта низкочастотной головки 800ГДН14-8 (производства новосибирского ЗАО «НОЭМА»): «Характеристическая чувствительность 98 дБ/Вт/м. Сноска – усредненное значение уровня звукового давления в диапазоне 80 — 300 Гц, измеренного на оси динамической головки на расстоянии 1 м при подаче на неё напряжения, эквивалентного 1Вт. Напряжение выбирается в соответствии с номинальным сопротивлением динамической головки – при 8ом, 2,83 вольта».

В данном случае все прозрачно: мы видим, что головка обладает относительно высокой (для НЧ головки) чувствительностью, которую производитель указал, по всей видимости, честно.

Большинство китайских производителей не указывают в паспортах всех условий, при которых показатели эти были они получены. В связи с этим, до того как вы приобрели эту головку, объективно судить о ее свойствах вы не можете.

Это конечно, совсем не означает, что вся китайская продукция плохая (есть и исключения), просто это нужно иметь в виду. Более того, я бы рекомендовал самостоятельно измерять перед расчетами акустического оформления, любые динамические головки.

Здесь же хочу отметить еще один аспект: часто ВЧ-головки бывают большей чувствительности, чем НЧ. Если вы разрабатываете акустическое оформление, в котором вам нужно совместить такие головки, иногда приходится излучение в ВЧ диапазоне специально ослабить. Делается это обычно введением в схему фильтра (кроссовера) делителя на резисторах, который заберет на себя часть мощности, направляемой на ВЧ-головку, и ослабит эту неравномерность.

Конечно, жаль полезную мощность рассеивать на резисторах, поэтому обязательно измеряйте сперва систему без этого ослабления, а главное — оценивайте ее на слух. Решение с резисторами применяйте, если оно действительно необходимо.

Мощность динамической головки

Вопрос о мощности динамической головки намного более запутан, чем о ее чувствительности (в которой, я думаю, мы разобрались). Чтобы понять причину такой путаницы, давайте еще раз разграничим мощность и чувствительность.

Определение чувствительности опирается на звуковое давление (в децибелах), излучаемое головкой при подведении определенной мощности. Как таковая мощность нашей головки или акустической системы — это ее устойчивость к перегрузке. Здесь-то и таится подвох! Подвох в том, что однозначного критерия о том, что система перегружена, так и не выработано. А этот факт плодит, таким образом, множество стандартов, которые весьма трудно между собой увязать.

Этим, в свою очередь, пользуются лукавые производители (указывая непонятно какую мощность по какому стандарту). Но мы всё же постараемся в этом сложном вопросе разобраться. Давайте начнем с советского стандарта.

ГОСТ 23262-88

ГОСТ 23262-88 привязывает мощность акустической системы к параметрам акустической системы (излучателя), заявляемым самим производителям. По этому стандарту указывается так называемая номинальная мощность, на которой нелинейные искажения в звучании головки минимальны.

Rated Maximum Sinusoidal

Стандарт определяет так называемую предельную синусоидальную мощность, то есть мощность, с которой может без повреждений работать акустика в течение часа с обычным музыкальным сигналом.

Подобный показатель – максимальная синусоидальная мощность — использовался и в ГОСТ 23262-88 (иногда в паспортах советских АС фигурирует как паспортная мощность).

DIN 45500 — комплекс общепринятых стандартов

Стандартом устанавливается коэффициент нелинейных искажений на частотах 250—1000 Гц (2000 Гц) не более — 3 % (1 %). Кроме того, ограничивается нелинейность АЧХ в диапазоне частот 100—4000 Гц, дБ — ± 4 дБ (+4/-8 дБ). Таким образом, это уже не только про мощность но и про равномерность амплитудно-частотной характеристики. Соответствие акустической системы DIN 45500 или IEC 60581 (либо ГОСТ 23262-88) относит ее к классу «HI-FI».

DIN POWER

Этот стандарт имеет привязку к показателю вполне измеряемому, а именно, к суммарному коэффициенту гармонических искажений (THD).  Последний не должен превышать 1%, при тесте на частоте 1 кГц в течение 10 минут. И это более объективно, чем привязка к параметрам, установленным самим производителем (как в ГОСТ 23262-88).

DIN MUSIC POWER

Стандарт аналогичен DIN POWER, но измеряется по музыкальному сигналу.

PMPO (Peak Music Power Output)   

Пожалуй, самый необъективный стандарт.  Он показывает, какую мощность может выдержать акустика, не перегорев и не повредившись механически, в течение 1-2 секунд на частоте 200 Гц. Уровень искажений не учитывается вообще никак. Что может отражать такое значение? Пожалуй, ничего. Вот разве «пыль в глаза пустить» потребителю как бы высоким значением в паспорте — это да. Иногда аналогичный показатель называют «Паспортная шумовая мощность».

Кроме того, используются термины:

Паспортная шумовая мощность – определяется нагрузкой АС посредством розового шума через корректирующую цепь в течение 100 часов. Тест проводится на механические и тепловые повреждения.

Максимальная кратковременная мощность – определяется нагрузкой АС посредством розового шума, которую они выдерживают без повреждений и дребезжаний в течение 2 сек. Испытания проводятся 60 раз с интервалом в 1 минуту.

Максимальная долговременная мощность – определяется нагрузкой АС посредством розового шума, которую они выдерживают без повреждений, в течение 1 мин. Испытания повторяют 10 раз с интервалом 2 минуты.

Подведем итоги

Итак, мы видим, что параметры оценки мощности акустических систем весьма запутаны. Единого стандарта нет.  С чувствительностью все намного проще: здесь главное смотреть, на каком напряжении проводилось измерение, и соотносить его с сопротивлением головки.

В заключение давайте пробежимся по паспортам динамических головок и посмотрим, как мощность динамиков обозначают производители. Возвращаемся к 800ГДН14-8, на примере которой мы разбирались с чувствительностью:

• Предельная шумовая мощность — 800 Вт. Сноска: мощность, которую динамическая головка длительно выдерживает без тепловых и механических повреждений. Длительность непрерывных испытаний 8 часов.
• Предельная долговременная мощность — 1600 Вт. Сноска: мощность, которую динамическая головка выдерживает без тепловых и механических повреждений в течение 1 мин с интервалом 2 мин 10 циклов подряд.

Как видим, «НОЭМА» пользуется несколько отличными от разобранных нами стандартов. При этом второй параметр похож на максимальную долговременная мощность.

При этом хорошо, что каждый параметр расшифровывается. Плохо, что все параметры ориентированы на максимальные нагрузки.  Лично мне не хватило, пусть и по-своему интерпретированного, но все же параметра, похожего на номинальную мощность (с привязкой к уровню искажений, а не к выходу головки из строя).

Еще пример: низкочастотная головка В1632.8 от ООО «Лаборатория АСА» (АСАЛАБ)  г. Калуга:

• Nominal power Pe/Ном. мощн.,watts. —  250

Похоже на мощность номинальную, но не понятно, по каким стандартам она измерена. Принцип-то понятен, но от какого уровня искажений отталкивался производитель? Тем не менее, для меня даже такая информация ценнее, чем указания на максимальные значения, превышение которых разрушает головку. Маловероятно, что до подведения на нее таких мощностей при прослушивании музыки дело дойдет. А вот знать мощность, которую не стоит превышать, чтобы не получить повышенных искажений, хотелось бы.

И наконец, последнее замечание: для динамической головки не выгоден как режим работы с перегрузкой, так и с недогрузкой, и в этом еще одна причина относительности понятия номинальной мощности.

Некоторые производители акустических систем, кстати, вообще ушли от указания каких-либо номинальных и максимальных показателей мощности для своей продукции, а вместо этого используют рекомендуемые диапазоны мощности для наилучшего звучания каждой системы.

И, учитывая всё сказанное выше, мне такой подход кажется очень даже логичным.