Война спецификаций spec_wars Full view

Война спецификаций

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

 

Кристофер Гримшоу пристально разбирает заявленные характеристики SPL акустических систем.

За прошедшее десятилетие произошел значительный рост производства  активных громкоговорителей, в основном двухполосного дизайна в отлитых пластиковых корпусах. Благодаря современному процессингу и мощным усилителям класса D, от этих легких моделей можно получить замечательное качество звука.

Они также на удивление громкие, поскольку производители обычно заявляют SPL более 130 дБ от одного громкоговорителя! Имея это в виду, давайте более подробно рассмотрим некоторые из этих претензий и узнаем, являются они правдоподобными, или только возможными.

Также немного поговорим о технологиях, относящихся к динамикам, и о том, что с ним происходит при подаче на динамик нескольких киловатт.

Но сначала пара определений.

Xmax: линейное смещение диффузора громкоговорителя. Различные производители определяют его по-разному, но принято считать, что данный громкоговоритель начнет звучать плохо, когда диффузор выходит за предел Xmax.

Xmech: механический предел движения диффузора. Чрезвычайно вероятно, что к разрушению (порванный подвес, сломанная звуковая катушка, порванный  диффузор и т.д.) приводит приложение достаточной мощности, чтобы достичь Xmech.

Текущее состояние дел

В настоящее время существует множество производителей, и все они конкурируют за ваши деньги. Если есть простой, легкий для понимания параметр, который позволяет их продукту выглядеть лучше, чем другому, они, для роста продаж пытаются увеличивать его насколько это возможно.

По аналогии с автомобилями: максимальный уровень звукового давления (SPL) громкоговорителя похож на максимальную скорость автомобиля. Проблема в том, что максимальную скорость автомобиля измерить очень легко — перед водителем есть спидометр, рассказывающий ему, как быстро он идет.

С другой стороны, максимальный выход громкоговорителя измерить гораздо труднее, поскольку он зависит от значительного числа факторов, включая саму процедуру теста. В большинстве случаев мы склонны доверять производителям, и не пытаемся проверять заявленную производительность.

Допустим, автомобиль A имеет максимальную скорость 160 миль в час, а автомобиль B имеет максимальную скорость 170 миль в час. Автомобиль B быстрее, не так ли? Тем не менее, вы захотите купить автомобиль B, если при достижении 170 миль в час его двигатель сразу загорается?

Это как раз то, о чем мы говорим, когда для стандартной 2-полосной 12-дюймовой акустической системы заявляется 136 дБ SPL. Хотя, конечно, можно попытаться достичь заявленных максимальных уровней от этого ящика, но только однажды, на короткое время … и он может загореться.

Не называя никаких имен и брендов (поскольку в этой игре участвует много компаний, производящих громкоговорители), я попробую собрать примерную систему, в которой используются качественные готовые компоненты, оснащенные усилителями разумного размера, а затем сравним её со спецификациями, показываемыми в отрасли в целом.

Пример системы

Чтобы помочь сохранить окружающую среду, я не собираюсь поводить деструктивное тестирование, а ограничусь некоторой симуляцией.

12-дюймовый мидбас-драйвер, который я выбрал, является проверенным устройством от известного производителя. Он имеет 4-дюймовую звуковую катушку, чувствительность 98,5 дБ, непрерывную мощность 1 000 Ватт, Xmax  7,3 мм, и Xmech 26,5 мм. Это очень хороший драйвер и его можно найти в активных громкоговорителях верхнего уровня.

Высокочастотная часть представляет собой 1,4-дюймовый компрессионный драйвер с 3-дюймовой титановой диафрагмой. Он рассчитан на 110 Вт непрерывной мощности и имеет чувствительность 109 дБ при загрузке на рупор 90 на 40 градусов. Мы выберем усилитель, который имеет достаточный хедрум для кратковременных пиков, доставляя 2 кВт к мидбасс-драйверу и 220 Вт для компрессионного драйвера.

Как они складываются? Только исходя из чувствительности каждого драйвера и количества мощности для них (мидбас-драйвер производит 131,5 дБ, а компрессионный драйвер 132,5 дБ), мы можем сказать, что это довольно хорошая пара. Мы можем округлить эти значения и указать, что громкоговоритель может производить SPL 132 дБ по всей полосе пропускания.

Однако давайте посмотрим подробнее. Когда мы устанавливаем мидбас-драйвер в фазоинверторный ящик (который используется в большинстве активных громкоговорителей), настроенный на 50 Гц, чувствительность на низких частотах падает до 94 дБ, что означает, что наш максимальный рейтинг SPL падает до 127 дБ. Это нехорошо, особенно когда конкуренты говорят, что их ящики выше на 10 дБ.

Всё становится ещё хуже, когда мы направляем в систему серьёзный бас.

Басовые порты помогают динамикам работать в очень узкой полосе пропускания, они уменьшают механическое искажение диффузора, обеспечивая движение воздуха внутри и снаружи кабинета. Выше частоты настройки порта динамик должен самостоятельно выполнять эту работу. На 66 Гц действие порта в значительной степени уменьшается, и при подаче на него 2 кВт диффузор должен перемещаться на 15 мм в одну сторону. Хотя это не приведет к разрушению динамика, это не очень хорошо — мы вдвое превысили Xmax.

Если мы хотим остаться в линейном регионе для динамика, то можем достичь только 120 дБ, что вызовет огромные проблемы для маркетинговой команды.

Также будут проблемы с самими портами. Даже в портах большого размера (это пара треугольных отверстий шириной 4 дюйма вдоль коротких краев) возникает воздушная компрессия, когда динамик генерирует так много давления, что воздух в самом порту перегружается и начинает вызывать турбулентность.

Чтобы избежать компрессии в портах, мы должны поддерживать скорость воздуха в порту ниже 34 метров в секунду. Но здесь скорость воздуха будет примерно в три раза выше, и порт будет серьезно компрессировать и создавать множество посторонних шумов. Это приводит к потере еще большего количества SPL в нижней части диапазона.

Последняя вещь, и она очень серьёзная: все эти цифры получены в полупространстве, что означает, что громкоговоритель расположен на полу или у стены, что обеспечивает усиление для низких частот и нижней середины.

Как только громкоговоритель будет установлен на стойку, SPL на этих частотах будет еще меньше. Это сильно зависит от расположения громкоговорителей, поэтому для получения максимально комплементарных характеристик  лучше всего разместить его на плоской поверхности.

Даже без учета влияния на самые низкие частоты наша примерная система не соответствует заявлениям, которые делают многие производители, несмотря на использование качественных компонентов и достаточную мощность.

Итак, как же получаются эти заявленные цифры? Я поговорил с некоторыми производителями, чтобы это узнать.

Обсуждения с производителями

На последней выставке я обсудил эту проблему с несколькими производителями громкоговорителей — от маленьких компаний до больших международных брендов. Опять же, я не буду называть имена, но большие — это компании, о которых вы все слышали.

Производитель A — это крупное предприятие, которое с гордостью демонстрирует 10-дюймовый элемент линейного массива, сопровождаемый смелым утверждением о том, что он производит 136 дБ и работает ниже 60 Гц. Естественно, меня это заинтересовало. Должна быть в этом какая-то магия, поскольку 12-дюймовый динамик нашего собственного громкоговорителя застрял на ничтожных 132 дБ.

Но, нет — парень, с которым я говорил, был непреклонен: безусловно, 10-дюймовый кабинет воспроизводит 136 дБ, и, кроме того — звучит хорошо. Я построил симуляцию, которая показала, что 10-дюймовому динамику нужно перемещаться на 50 мм в одну сторону, чтобы создать заявленный SPL на частоте 80 Гц (где порт уже неактивен). На планете нет 10-дюймового мидбас-драйвера, который способен это сделать, и определенно, динамик этой компании также не способен к этому.

Мой интерес к этому не пропал, поэтому я продолжил изыскания. Я обратился с этой проблемой к маркетинговому отделу этого производителя, но ответа не получил.

Производитель B (ещё одна довольно крупная компания) проявил бОльшую симпатию, признав, что определенно существует спецификационная «война», и они стараются показывать свои цифры разумно, несмотря на то, что при этом они теряют потенциальные проекты (и продажи). Также они сказали, что клиенты часто возвращаются, когда понимают, что продукты конкурентов не обеспечивают заявленных параметров.

Другие семь производителей, с которыми я беседовал (в основном небольшие компании), разделяли мой взгляд на эту тему. Большинство из них указывают разумные параметры своих боксов, например: 12-дюймовая, 1 кВт модель с максимальным SPL 127 дБ. Я поговорил с дизайнером этого конкретного громкоговорителя, и он подтвердил: 97 дБ на 1 Ватт, и действительно, он оснащен усилителем мощностью 1 кВт. Справедливо.

Один производитель отметил, что если громкоговорители, изготовленные компанией А, могут реально достичь 136 дБ, то их нужно закреплять на каждом реактивном самолете, и использовать для активного подавления шума. Туше!

Позже я зашел к другой крупной компании, которая показывала трехполосный кабинет, оснащенный парой 10-дюймовых мидбас-дрйверов, 8-дюймовым среднечастотником и компрессионным драйвером. Заявленный в спецификации SPL составляет 141 дБ.

Когда я поднял этот вопрос в разговоре с человеком, который действительно знает, как работает эта техническая команда (привет, Ганс!), он мне сказал, что это «техническое» воспроизведение 141 дБ. В этом тесте используется очень короткий всплеск сигнала, содержащий все частоты, и неважно, сколько происходит компрессии или клипирования, инженерная команда продолжает увеличивать напряжение до тех пор, пока показания индикатора не перестают расти.

Подумай об этом. Даже если один из динамиков начал лимитироваться 10 дБ назад, они продолжают разгонять фейдер. Если бы они остановили фейдер и заменили тестовый сигнал музыкой, какая-то часть исходного сигнала была бы серьезно ограничена (бас, средние или высокие) и просто исчезла бы из музыки, и это звучало бы ужасно. Это даже без учёта уровня искажений на таком уровне мощности.

Итак, у нас есть новая информация о том, как мы должны оценивать нашу примерную систему. Вернемся к этому.

Редакция примерной системы

Мы закроем глаза на проблемы, возникающие на низких частотах, которые ослабляют нашу спецификацию и сфокусируемся на том, чтобы наш кабинет мог победить в соревновании (по крайней мере, теоретически…). Нужно предсказать, где именно в частотном диапазоне наш громкоговоритель будет самым громким. Есть несколько вариантов.

Вариант 1: Найти частоту, на которой громкоговоритель обладает чрезвычайно высокой чувствительностью.

Вариант 2: Использовать частоту кроссовера, где оба драйвера работают вместе, чтобы генерировать больше выходных данных.

Вариант 3: Использовать оба варианта.

Раньше я говорил об оценке чувствительности каждого динамика. Предполагается, что да, там будут пики и провалы, но они усредняются. Теперь, когда мы хотим показать самый громкий звук от данного драйвера, мы очень заинтересованы в этих пиках. Чтобы найти их, давайте рассмотрим опубликованные кривые для каждого драйвера.

Рисунок 1: Частотный отклик и кривая электрического импеданса компрессионного драйвера, смонтированного на рупоре 90х40 градусов, с входным сигналом 2,83 вольта.

На рисунке 1 показан частотный отклик 1,4-дюймового драйвера. Мы видим, что существует повышенная область от 1 кГц до 3 кГц, с пиком на частоте около 1,5 кГц.

Рисунок 2: Частотная характеристика 12-дюймового драйвера, измеренная в полусферическом свободном поле. Он был установлен в вентилируемый бокс с внутренним объемом 55 литров и настроен на 60 Гц, с применением синусоидального сигнала 2,83 вольта (8 Ом, на 1Вт/1м).

На рисунке 2 представлена кривая отклика 12-дюймового драйвера. Это фактическое измерение в фазоинверторном боксе, поэтому мы можем видеть снижение чувствительности в басе. Около 2 кГц существует некоторый «пик», который и представляет собой область высокой чувствительности. Это связано с поведение диффузора, когда он сам создает некоторые резонансы.

Использование варианта 1: компрессионный драйвер имеет самую высокую чувствительность на 1,5 кГц, и она составляет 113 дБ. Усиление 220 Вт создаст пик SPL 136,5 дБ. 12-дюймовый драйвер имеет самую высокую чувствительность на 1,8 кГц (узкий пик, указывающий на резонанс диффузора, но это не помешает нам в достижении самого громкого звука!), дающую 104 дБ на 1Вт/1м. При подаче 2 кВт это даст нам 137 дБ.

Теперь мы что-то имеем!

Использование варианта 2: частота кроссовера уникальна, поскольку на ней оба драйвера вносят одинаковый вклад в выход громкоговорителя. Временно игнорируя пики и провалы, рассмотренные выше, существуют две полосы, каждая из которых составляет примерно 132 дБ. Совместив их вместе, мы достигнем 135 дБ, отличный результат!

Однако, идём дальше. Использование варианта 3: 1,8 кГц — это хорошее место для начала, так как там мидбас-драйвер имеет самую высокую чувствительность, в то время как компрессионный драйвер по-прежнему обеспечивает около 112 дБ на 1Вт/1м. Мы получаем 137 дБ от мидбас-драйвера и 135,5 дБ от компрессионного драйвера. Когда они будут объединены последовательно, то произведут давление более 142 дБ!

(Теперь это нужные цифры, который реально будут продавать! Мы даже побили производителя A!)

Не имеет значения, что наш громкоговоритель может показать 142 дБ только на одной тщательно выбранной частоте, или что оба драйвера будут находиться в состоянии экстремального стресса. Вышеуказанный уровень звука действительно может быть воспроизведен с помощью этого громкоговорителя (возможно, даже без разрушения), так что с ним, вероятно, будет хорошо работать маркетинговой команде.

Краткое замечание: чтобы 12-дюймовому драйверу обеспечить такой SPL на более низкой частоте, ему нужно двигаться более чем на 7 см в одну сторону, и он, скорее всего, вывернется наизнанку.

Будущее и заключение

Я бы хотел, чтобы профессионалы в аудио двигались в направлении более разумных чисел. Для нашей примерной системы мы получили «пик SPL», равный 142 дБ, когда в реальности он будет примерно 132 дБ, и даже меньше, если требуется бас. Это огромное расхождение.

Возможно, нам нужно честно оценивать эти цифры следующим образом:

— 142 дБ ВСГЗ (Возможно, Самый Громкий Звук), или мы могли бы назвать его ПУМ (При Ударе Молнии);

— 132 дБ в верхней середине, если контент не содержит низких частот, или с применением дополнительного сабвуфера;

— 120 дБ полнодиапазонного сигнала, где много басового контента.

Прежде чем завершить, я представлю на ваш суд это: допустим, у меня 15-дюймовый сабвуфер, это вентилируемый бокс, и его отклик от 97 дБ на 1Вт/1м при 100 Гц до 93 дБ при 40 Гц. Динамик имеет пик разрыва диффузора на 1,3 кГц, где чувствительность достигает 103 дБ. Усилитель будет производить 1 кВт.

Каков мой максимальный SPL? Вы можете сказать 123 дБ или 127 дБ в пределах предполагаемого частотного диапазона или 133 дБ, если он работает до 1,3 кГц. Угадайте, какое значение будут использовать большинство производителей?

Для потенциальных покупателей важно иметь возможность сравнивать разные громкоговорители и делать осмысленные выводы о том, подходят ли они для них. В настоящее время это может быть довольно сложно, а порой практически невозможно, с таким количеством смешных заявлений, которые очень трудно проверить самостоятельно.

В результате мы должны ориентироваться на слухи, или на быстрые демонстрации, часто не в оптимальных условиях.

Честно говоря, мы заслуживаем лучшего.

Оригинал материала.

___________________________________________

Кристофер Гримшоу

Опытный про-аудио специалист, основатель и руководитель прокатной компании Grimshaw Audio, Великобритания.


  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •