ДомойТехноРозбираємося в параметрах Тіля Смолла. Автозвук і DIY

Розбираємося в параметрах Тіля Смолла. Автозвук і DIY

Author

Date

Category

Параметри Тіля-Смолла дають змогу зрозуміти, як звучатиме динамік у тому чи іншому корпусі без купівлі, прослуховування і порівняльних тестів. Особливо це стане в пригоді любителям автозвуку, адже саме їм доводиться мати справу з голими динаміками, що вмонтовуються у двері та багажники. Хтось за допомогою цих параметрів розраховує відповідний об’єм і тип простору для гучномовця, хтось полюбляє добирати динаміки від різних виробників і перевіряє їхню сумісність один з одним. Ця стаття простою мовою пояснить, хто такі Тіль, Смолл, що за параметри вони вигадали і що тепер з ними робити.

З кого все почалося

Зліва Тіль, справа Смолл

  • Альберт Невіл Тіль — австралійський інженер, у дитинстві, що припало на тридцяті, виступив зі шкільним хором на радіо та зацікавився акустикою, здобув інженерну освіту, досліджував трансляцію звуку та картинки на зорі телемовлення, дослужився до головного інженера у великих телераідокомпаніях. 1961 року він випустив наукову статтю, в якій запропонував описувати характеристики будь-яких динаміків одним набором параметрів: «резонансною частотою, об’ємом повітря, еквівалентного акустичній гнучкості гучномовця і відношенням електричного опору до опору руху на резонансній частоті». І, звертаючись до компаній-виробників акустики, закликав «публікувати ці параметри як частину основних відомостей про їхні вироби».
  • Річард Смолл — електроакустик із Каліфорнії, у дитинстві з батьком-піаністом крафтив підсилювачі та колонки, отримав ступінь магістра наук у MIT. Працював із Тіллем у сімдесятих, разом вони довели набір параметрів до розуму. Зокрема, Смолл додав поняття механічної добротності. Цікаво, що надалі він довгий час працював у компанії Harman-Becker головним інженером відділу автомобільної аудіотехніки.

Що дають ці параметри

  • Якщо в руки потрапив динамік без імені та маркування, але на вигляд непоганий. Вимірявши параметри Тіля-Смолла, можна про цей динамік багато чого довідатися: на яких частотах він грає, скільки буде баса, в якому об’ємі його краще розмістити тощо.
  • Якщо є акустична система, але не подобається, як вона звучить. Можна витягнути з неї динаміки і, замірявши, з’ясувати, чи відповідають вони взагалі тому корпусу, в якому встановлені. Часто буває так, що немає шансу подружити гучномовці з коробкою, в яку їх поселив виробник, і тоді доведеться міняти або одне, або інше.
  • Якщо потрібно підібрати акустичне оформлення до низькочастотника: вуфера, сабвуфера, мідбаса. Параметри Тіля-Смолла розкажуть, як їх встановити, щоб домогтися найкращого результату.
  • Якщо потрібно підібрати кросовери і налаштувати фільтри для твітерів таким чином, щоб під час їхньої роботи вони трималися подалі від власної резонансної частоти — так звук буде кращим, а всяких шумів, гулу і артефактів буде менше.
  • Якщо потрібно підібрати сабвуфер. Що більше низьких частот грає динамік, то більше потрібно враховувати параметри Тіля-Смолла, оскільки вони описують, зокрема, взаємодію динаміка з навколишнім середовищем, але ж саме баси змушують тремтіти шибки сусідніх будинків від дабстепа з тачки, що проїжджає повз і має два 18-дюймові саби.
  • Якщо потрібно побудувати сабвуфер. Деякі купують голі динаміки для саба і за допомогою параметрів Тіля-Смолла і спеціальних калькуляторів розраховують відповідне акустичне оформлення. Якщо пила і молоток не чужі вмілим рукам, то виходять дуже пристойні сабвуфери за смішні для своєї якості гроші.
  • Якщо хочеться скрафтити акустичну систему. Конструкторські експерименти з сабами нерідко надихають і на більш серйозні звершення в галузі акустичної інженерії. Деякі починають будувати власні домашні АС і знаходять у цьому нове хобі, а то й ремесло.

Основні параметри Тіля-Смолла

Щоб зрозуміти їхню суть, потрібно згадати, що динамік складається з двох частин:

  1. Нерухомої: жорсткий каркас із магнітом.
  2. Рухомої: котушка з обмоткою, яка під час подачі електричного сигналу виробляє магнітне поле, що взаємодіє з постійним магнітом. Це приводить котушку в рух, і та штовхає прикріплений до неї дифузор, що розміщується на гнучкому підвісі. А щоб цю конструкцію не хитало вліво-вправо, вона підтримується еластичною центрувальною шайбою.

Таким чином, рухома частина динаміка рухається тільки вгору і вниз, подібно до поршня. Цей рух стискає і розширює повітря, створюючи звукові хвилі. Якщо налити в динамік рідину, можна побачити, як утворюються ці хвилі:

Якраз робота такого поршня й описується параметрами Тіля-Смолла. Фундаментальних параметрів три.

1. еквівалентний об’єм (Vas, м3)

Підвіс і шайба, що центрує, мають деяку пружність, яка заважає всій системі рухатися вільно. Її можна уявити як пружину. Якщо взяти такий об’єм повітря, який за своєю пружністю дорівнює цій пружині, то якраз і вийде еквівалентний об’єм.

Що еквівалентний об’єм менший, то більш жорсткою є рухома система у динаміка.

Цей параметр відноситься скоріше до бажаної характеристики корпусу, а не самого динаміка. Однак це в жодному разі не той об’єм корпусу, в який потрібно помістити динамік. Якщо таке провернути, то надто зросте добротність і резонансна частота. Подушка з повітря підніме резонанс і працюватиме як пружина, заважаючи гальмуванню динаміка.

Еквівалентний об’єм розраховується шляхом множення жорсткості підвісу, діаметра дифузора (бо ця поверхня взаємодіє з іншою пружиною — повітрям), щільності навколишнього повітря і швидкості звуку в ньому. Відповідно, що жорсткіший підвіс, то меншим буде той об’єм повітря, який впливатиме на динамік фактом свого існування. Аналогічно з дифузором — що більша мембрана, то сильніше вона стискає повітря усередині корпусу колонки або саба, а отже, і відповідна сила повітря, яке протистоїть йому, буде вищою.

Саме Vas часто відіграє вирішальну роль під час вибору динаміка під певний об’єм. Особливо це стосується сабвуферів — великим дифузорам потрібні великі об’єми. Зазвичай радять прицілюватися на саб з Vas в районі 30-50 л.

2. Резонансна частота (Fs, Гц)

Якщо флешбеки зі шкільних уроків фізики ще не почалися, то тут вони точно з’являться. Є система, що коливається — наприклад, гойдалка. Якщо відвести їх убік і відпустити, то вони гойдатимуться з певною власною частотою. Це і буде резонансна частота. Якщо до того ж штовхати гойдалку з нею в такт, це дасть змогу розгойдати її швидше і сильніше, ніж застосувавши будь-яку іншу частоту.

Це має найпряміший стосунок до динаміка: рухома система (насамперед підвіс) — це гойдалка, а електрика — той хлопець, який її штовхає. Якщо подати на динамік сигнал на його резонансній частоті, то обидві ці частоти складуться і утворюють резонанс. На графіку імпедансу, і навіть графіку АЧХ у цьому місці буде пік.

Що м’якший підвіс і більша маса, то резонансна частота нижча.

Fs — один з найважливіших параметрів, оскільки нижче неї звуковий тиск динаміка помітно падає. Тому для сабвуферів потрібна максимально низька резонансна частота, оскільки після неї зазвичай йде серйозний спад АЧХ. Це означає, що чим резонансна частота нижча, тим глибшим буде бас.

Важливо також зазначити, що резонансна частота вимірюється у динаміка без корпусу. При розміщенні гучномовця в корпусі на Fs впливає об’єм останнього. Якщо потрібно, щоб резонансна частота (і повна добротність, про яку нижче) залишилися незмінними, тоді слід встановити динамік у такий багажник, об’єм якого перевищує Vas щонайменше втричі.

Резонансна частота допоможе визначити роль динаміка в АС. Приміром, якщо Fs понад 50 Гц, то сабвуфер з таким динаміком не побудуєш, йому найкраще підійде роль мідбаса. Якщо ж Fs вище 100 Гц, то такий динамік найкраще використовувати для відтворення середніх частот. Для саба ж підходящим буде Fs в районі 21-35 Гц.

3. Повна добротність (Qts)

Після того, як дифузор динаміка відтворив звук, він повертається у вихідне положення, причому не миттєво, а плавно загасаючи на резонансній частоті — подібно до гойдалок, які перестали розгойдувати. Те, як швидко дифузор повернеться на місце, і є повна добротність.

Що швидше дифузор стане у вихідну позицію після випромінювання сигналу, то добротність нижча.

Чим добротність нижча — тим краще. Якщо дифузор буде довго повертатися у вихідне положення, через коливання на резонансній частоті з’являться сторонні шуми, гул і артефакти.

Повна добротність складається з двох «неповних»:

  1. Механічна добротність (Qms) , яка залежить від маси рухомої системи (що важча, то довше зупинятиметься дифузор, то добротність вища) і жорсткості підвісу (жорсткіше — вища).
  2. Електрична добротність (Qes) . Саме її додав Річард Смолл, з’ясувавши, що котушка динаміка під час повернення у вихідне положення працює як електрогенератор. Рух обмотки навпроти магніту дає електричний струм, що йде обмоткою і стикається з сигналом підсилювача. Виходить щось типу короткого замикання, яке заважає руху дифузора, причому набагато сильніше, ніж Qms. Електрична добротність залежить від потужності магніту — що потужніша, то вона нижча.

Цікаво, що добротність — параметр безрозмірний. Наприклад, якщо він дорівнює одиниці, це означає, що для зупинки дифузора останній повинен здійснити рівно один цикл коливань (тобто пропав сигнал, мембрана йде вгору-вниз, потім зупиняється).

Вважається, що найкраща добротність для акустичної системи дорівнює приблизно 0,5-0,7 для звичайної музики і 0,8-0,9 для тих, хто полюбляє жанри з переважанням різкого баса. Що вона менша від цих значень, то вище за графіком АЧХ повзе спад басових частот, позбавляючи їх слухача. За великих значень Qts на графіку АЧХ трапляється горб у районі резонансу, а інші характеристики погіршуються.

Також важливе співвідношення резонансної частоти до повної добротності. Якщо результат ділення обох значень дорівнює 50, то динамік варто використовувати лише в закритому об’ємі. Якщо ж він досягає 100, тоді в конструкцію можна додати фазоінвертор.

Другорядні параметри

Три наведені вище параметри — фундаментальні, але не єдині. Іноді в паспортах на динамік або АС трапляються й інші характеристики, проте не всі вони мають значення і застосовність. Зазвичай зустрічаються такі:

  • Sd (кв. м.) — ефективна площа дифузора, потрібна для розрахунку основних параметрів.
  • Mms (кг) — маса рухомої системи, під час вимірювання якої береться до уваги навіть маса повітря, що рухається разом із мембраною. Потрібна для розрахунку основних параметрів.
  • Xmax (мм) — максимальний зсув дифузора в одну зі сторін, за якого зберігається лінійність ходу (тобто не буде спотворень звуку).
  • Bl, (Тл*м) — коефіцієнт електромеханічного зв’язку, добуток довжини дроту в зазорі між магнітом на силу магнітного потоку. Що вищий Bl, то сильніший «двигун» динаміка, то краще.
  • Sensitivity (дб) — показник чутливості динаміка, не належить до параметрів ТЗ, але дуже важлива, оскільки показує майбутню гучність АС. Чутливість — це гучність, яку видає динамік за певної потужності. Грубо кажучи, якщо взяти два динаміки і подати на них сигнал однакової потужності, то той, який заоре голосніше, і буде чутливішим.

Де знайти ці параметри

Фундаментальні параметри Тіля-Смолла дають змогу змоделювати як мінімум середню гучність та імпеданс майбутньої акустичної системи. Також вони допоможуть розрахувати конструкцію і об’єм корпусу, в який буде поміщений гучномовець.

Але щоб скористатися цими параметрами, потрібно їх для початку дізнатися. Іноді це просто, як з JBL STAGE3 607C. Досить відкрити інструкцію з установки і вуаля!

Але часто вони заховані глибоко під маркетинговими гаслами. Наприклад, щоб дізнатися шукані характеристики АС Morel Tempo Ultra 572, потрібно знайти в нетрях офіційного сайту pdf з презентацією лінійки динаміків і відмотати в самий низ. Нагородою стане здоровенна таблиця з усіма параметрами всіх динаміків у лінійці виробника:

Є й інші способи. Наприклад, в одному з онлайн-калькуляторів можна знайти базу моделей популярних динаміків. Наприклад, потрібно з’ясувати характеристики Ural АК-74.С. При виборі потрібної моделі в застосунку відкривається її профіль з основними характеристиками, включно з параметрами ТЗ. А, клікнувши на розрахунок короба, можна побачити графіки імпедансу і Spl:

Як виміряти самостійно

З-під завалів мотлоху в гаражі було витягнуто пару ноунейм динаміків. На вигляд непогані, але хто їх зробив і для яких завдань — таємниця, покрита мороком. Вимірявши їхні параметри, можна зрозуміти, що це за звірі і на що згодяться. Зробити це нескладно, але знадобиться кілька девайсів:

  • звукова карта;
  • будь-який підсилювач;
  • саморобний атенюатор із чотирьох резисторів, щоб не спалити преамп звукової карти;
  • грузик для вимірювання еквівалентного об’єму методом додаткової маси. Потрібно дізнатися точну вагу цього вантажу, наприклад, зважити ювелірними терезами мідну монетку — важливо, щоб тягарчик не магнітився;
  • програма Room Eq Wizard. Вона безкоштовна, можна завантажити з офіційного сайту. У ній потрібно буде провести всього два виміри — з важком і без.

Процедура нескладна, але потребує певної підготовки, тому опис зайняв би самостійну статтю. Благо, на офіційному сайті Room Eq Wizard є така стаття англійською, а на ютубі — російськомовні відео з докладним описом процесу:

Параметри Тіля-Смолла дуже корисно знати, працюючи з голими динаміками. Вони дають змогу сконструювати об’єм для гучномовця, керуючись не тільки естетичними вподобаннями, а й формулами і математикою. Науковий підхід дасть змогу домогтися максимально якісного звуку в будь-яких умовах.

Linda Barbara

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Vestibulum imperdiet massa at dignissim gravida. Vivamus vestibulum odio eget eros accumsan, ut dignissim sapien gravida. Vivamus eu sem vitae dui.

Recent posts

Recent comments