Несколько факторов «скорости» баса

В профессиональной среде часто обсуждается феномен субъективной «медлительности», отставания баса от основного сигнала. Особенно остро возникает проблема на стадии согласования субвуферов и основных акустических систем. Я вижу три основные причины этого явления:

  1. неестественная форма АЧХ;
  2. несогласование по такому параметру как acceleration factor;
  3. особенности типа акустического оформления.

1. Неестественная форма АЧХ большинства систем с субвуфером

Этот пункт хочется отметить особо, так как здесь — первопричина того, почему независимо от типа конструктивного оформления субвуфер нарушает сцену (фокусировку, локализацию), и тем сильнее, чем выше уровень его громкости по сравнению с громкостью основных акустических систем.

Спектр натуральных звуков по своей природе не имеет того подъема к низким частотам, которого принято добиваться субвуферами. Стоит внимательнее прислушаться к грому, прибою, звучанию симфонического оркестра и даже органа, в конце концов к взрыву, чтобы понять это.

Что происходит при ударе в барабан (или по струне рояля)? К слову, именно атака рояля считается самой сложной для воспроизведения аппаратурой. Палочка (колотушка, молоточек) с начальной скоростью соударяется с поверхностью мембраны (струны). Начинаются местные мелкие прогибы и волны около точки касания, и только потом вся мембрана (струна) смещается на максимальную амплитуду и появляется основная низкочастотная гармоника. То есть атака не начинается с самой низкой гармоники — у большинства инструментов атака начинается c кратных частот. То, что мы слышим вживую, это отчетливая атака, сопровождаемая низким послезвучием с естественно ослабленным давлением.

Теперь представим АЧХ с подъемом к низким частотам. Начало атаки будет присутствовать, но низкочастотная составляющая, и так появляющаяся с задержкой по другим физическим причинам, будет акцентирована. Иными словами, если, к примеру, барабанщик играл синхронно с другими музыкантами, то есть синхронным было начало удара, — мы воспримем не столько начало атаки, сколько акцентированный «горб» на нижней части АЧХ, воспроизводимой субвуфером. Еще более заметно это явление у бас-гитары, особенно если музыкант играет не медиатором, а пальцами, ведь при этом четкость атаки снижается.

Есть основания полагать, что этот эффект усугубляется еще и маскировкой. Ведь если источники сигнала совмещены в пространстве (в данном случае источник — большой барабан), то более низкий по частоте сигнал маскирует более высокий. В результате как бы исчезает звучание гармоник поверхности мембраны. Тот же эффект будет с любым другим музыкальным инструментом. При спадающей же АЧХ маскировка ослабнет, при возрастающей — усугубится.

Вспомните «ударное» и «быстрое» звучание дискотечных систем. Кажущаяся скорость баса исходит из особенности АЧХ: общий упор на верхнюю часть басового диапазона с сильным «горбом» на 80…120 Гц и с ослабленным «нижним» басом. Можно посмотреть параметры Тиле-Смолла для концертных басовых 15″ динамиков: параметр F3 у большинства из них в оформлении редко опускается ниже 50 Гц, причем с легким спадом уже от 80…100Гц.

А теперь вспомните звучание субвуфера в автомобилях, пусть даже верхнего ценового ряда в оформлении «кабинет» или «фриэйр»!

Потому считаю категорически неприемлемой АЧХ с подъемом книзу при воспроизведении живой музыки, когда акцент делается на достоверную натуральную передачу материала.

Напрашивается мысль о принципиальной невозможности создания универсальной акустики, способной передавать достоверно звучание живых инструментов и одновременно добиваться сочной подачи баса в рок-музыке, для чего делают подъем на 40…50 Гц.

И еще важный момент — при конструировании акустических систем и настройке комплекса звукоусиления необходимо учитывать влияние помещения прослушивания, так как небольшая комната может создать значительный подъем АЧХ в области ниже 100 Гц, и даже при теоретически правильной АЧХ системы звучание басов будет ненатуральным из-за резонансов и стоячих волн

2. Фактор ускорения

Следует рассмотреть такую величину, как acceleration factor = (BL/sqrtRdc)/Mmc. Если провести расчеты, то для большинства басовых громкоговорителей эта величина лежит в пределах 0,07…0,05; для «средних» же басов (особенно с диффузором 5″ и с легкой подвижной системой) она составляет 0,2…0,6. И пусть это абстрактная величина, но разница в 3-12 раз!

Эта величина характеризует ускорение при разгоне диффузора (BLI = F, F/M = a). Было бы неплохо проанализировать это явление и привести к какой-то универсальной единице, учитывающей ход диффузора и прочие параметры, для непосредственного согласования показателя скорости на частоте стыковки.

(Следует учесть, что звуковое давление пропорционально не только скорости движения диффузора, но и его площади. Именно площадь диффузора надо учесть в числе «прочих параметров», ведь у НЧ-головок она заметно больше, чем у СЧ — прим. ред.

3. Особенности акустического оформления

Фазоинвертор является резонатором высокой добротности. А любая резонансная система не выходит на максимальную установившуюся амплитуду с первых полупериодов раскачки! Причем чем выше добротность, тем выше время раскачки и успокоения. Отсюда и «отставание» при разгоне, и «размазывание» атаки, и инерционность при остановке.

Расчетная АЧХ фазоинвертора соответствует как раз установившемуся резонансу порта, а при быстром и коротком сигнале он может просто не успеть разогнаться и не «отработать» какой-то момент.

Онкен. Возможно, онкен (улучшенная разновидность фазоинвертора) звучит натуральнее стандартного фазоинвертора, потому что:

не создает подъема самых нижних частот (выше опорной чувствительности);

его частота настройки ниже, то есть меньшая доля сигнала подвергается воздействию порта;

результирующая добротность резонансной системы «громкоговоритель-порт» тоже ниже (имеется в виду, что ящик намного просторнее стандартного «оптимального» фазоинвертора);

групповая задержка в области вплоть до самых нижних частот меньше и более пологая.

TL, TQWP. Все то же самое касается и трансмиссионных линий (TL), поскольку они являются резонаторами, только основанными на другом физическом принципе.

По TQWP (труба Войта) трудно сказать что-то определенное, так как это тип «резонансного рупора». По форме АЧХ у TQWP может быть местный подъем на средних басах, но книзу он начнет спадать, что натурально и естественно.

Рупор. Рупорный бас считается наиболее быстрым и точным. Что касается «отставания» рупоров — теоретически оно очень малое, но надо принять во внимание транспортное запаздывание по длине хода волны вдоль канала (внутри свернутого рупора при тыловом рупоре). Если на низких частотах задержка в 7…10 мс считается незаметной, то при длине рупора до 3 м отставание будет незаметным. Плюс у рупоров естественная АЧХ без подъема к самому низу. Транспортное запаздывание можно скомпенсировать физическим расположением излучателей относительно друг друга.

Но применение рупоров ограничено их габаритами. Здесь еще следует учесть, что, как правило, басовые рупоры рассчитывают для излучения в одну восьмую пространства (угол помещения), что ограничивает область применения. Для «настоящего баса» размеры рупора очень внушительны, для открытого большого пространства практически нереализуемы.

Закрытый ящик. Традиционно считается, что с точки зрения динамики закрытый ящик является одним из лучших видов оформления, к тому же прост в расчете и некритичен к отклонениям от оптимальных расчетных значений. Но и здесь есть некоторые «подводные камни». К примеру, динамики, способные играть самый низ в закрытом ящике разумного размера, как правило, имеют очень большую массу подвижной системы и соответственно низкое значение acceleration factor.

Кроме того, в них есть некоторые «сюрпризы», на которых обычно не заостряют внимание. Математическая модель динамика в ящике — масса, подвешенная на пружине. Однако почему-то не учитывается конечная масса этой «пружины». Возьмем, к примеру, Scan Speak 10″. Масса подвижки 47 г, ящик 50-60 л. Вспомним физику с химией: воздух 28 г/моль, любой газ 22,4 л/моль. Получаем массу воздуха в ящике 70 г! Это даже больше, чем масса подвижки.

(В движущуюся массу включено все: диффузор, подвес, соколеблющийся воздух не только внутри ящика, но и снаружи — прим. ред.).

Трудно сказать что-то определенное по поводу расчета такой уточненной модели, но необходимо задуматься: если динамик демпфируется усилителем, то что происходит с колеблющейся воздушной массой после прекращения сигнала? Она ведь воздействует на диффузор, пусть и в небольшой мере, но, как показывает практика слухового восприятия, ничего незначительного не бывает. Какова реальная частота и добротность резонанса с учетом массы воздуха в ящике?

У профессиональных систем с высокой чувствительностью и легким диффузором соотношение массы подвижной системы и массы воздуха в ящике будет еще больше.

Еще момент. Ход динамика 5 мм, объем ящика 50 л, площадь диффузора 330 см2. Можно рассчитать силу, приложенную к задней части диффузора при максимальных амплитудах смещения по разности давлений на заднюю и переднюю поверхности. Получилось около 1,1…1,3 кгс. Много это или мало? Можем рассчитать силы инерции и движущую силу катушки, для примера на 50 Гц с ходом в 5 мм. Получается около 1,8 кгс. Как видите, величины вполне сопоставимы.

(По катушке F=BLI, сила инерции F=Ma, a=2S/t2, с учетом, что за 1/4 периода динамик сместится на 5мм.)

Это не имеет отношения к теме задержки баса, но влияет на модальные режимы излучения динамика.

Выводы

Если форму АЧХ можно скорректировать графическим эквалайзером, то причины, указанные в пунктах 2 и 3, являются некорректируемыми. Остается искать быстрый динамик для закрытого ящика либо, еще лучше, для «бесконечного экрана» или строить бескомпромиссный рупор с выходным сечением в несколько квадратных метров.

Интересно было бы набрать портал из излучателей в экранах, плотно состыкованных в общий щит размером в несколько метров на каждую сторону. Получив такой диполь, можно добиться звучания баса, близкого к идеалу. Все секции будут компактны и транспортабельны, а общий размер портала позволит избежать акустического короткого замыкания на рабочих (музыкальных) частотах.

Не претендуя на научность и абсолютную достоверность изложенных фактов, надеюсь, что кого-то эта статья подтолкнет к размышлению на данную тему и, возможно, поиску новых путей решения проблемы.

Автор: Дмитрий Чиншевой

14 комментариев: Несколько факторов «скорости» баса

  1. Андрей П пишет:

    Почему никто сабы с ЭМОС в сравнение оформлений не включает? Это что, такая экзотика? Или бойкот сознательный? Между тем АЧХ таких систем ровная во всем диапазоне 20-150 Гц, плюс искажения самых низких частот снижены на порядок. Про ГВЗ вообще говорить не приходится – менее 10 мс на 20 Гц

  2. А.Б. пишет:

    Очень грамотная статья, все, о чем пишет автор, знакомо в точности.

    • Андрей П пишет:

      Если ваш коммент – ответ на мой, то я критиковал не то, что в статье есть, а то, чего в ней нет.
      Наверное, по умолчанию принято, что сабы с ЭМОС входят в классификацию оформлений типа ЗЯ,. Если это так, то пардон, не слишком ли много различий? Хотя, характер подачи ЗЯ остается.

  3. Распони из Турина пишет:

    Доброго вечера!
    Интересные моменты для меня:
    1) ” … Получаем массу воздуха в ящике 70 г! Это даже больше, чем масса подвижки.”
    2) ” … Какова реальная частота и добротность резонанса с учетом массы воздуха в ящике?”
    Мысли такие:
    по п. 1) — далеко не вся масса воздуха в ящике “давит” на тыльную сторону диффузора. А про случай с лабиринтом — тут вопросик поинтереснее будет. При объёме лабиринта пусть 30 литров, масса воздуха в нём будет 30*1,2930=38,79 грамм (при 760 мм рт ст и. и стандартной температуре). {В школьных опытах по физике с пружиной и грузом оперировали только массой грузика и жесткостью пружины. Про массу пружины “вопрос не ставился” (масса пружины не оговаривалась). Определялся период колебаний при разных грузах и пружинах. В механике есть понятие приведённой массы — инф-ция для справки.}
    Вопросик: Если эта вся масса воздуха присоединяется к тыльной стороне дифф-ра, то должны понижаться как резонансная частота, так и чувствительность динамика в области частоты настройки лабиринта (а на резонансе динамик уже и не излучает — “трубит” за него порт лабиринта). Трубы нет, измерить не могу.
    по п. 2) — “реальную частоту” динамика в закрытом ящике можно довольно просто измерить даже в домашних условиях: см. известную схему на двух транзисторах В. Бурундукова в Радио №4 за 1967 год. Программу-частотомер для смартфона легко можно найти. Добротность “этого” резонанса пускай “академики” в фирмах-изготовителях АС и динамиков определяют. От выходного сопротивления УНЧ итоговая добротность нашей системы: динамик-ящик-УНЧ тоже, наверное, тоже зависеть будет. Мне интереснее итоговая добротность всей системы. Да и физика учит: помещая динамик в ЗЯ (разумного объёма), добротность всей системы динамик-ящик повышается.

    • Андрей П пишет:

      Вся масса воздуха в ЗЯ не участвует, т.е. не является “присоединенной”. А вот приведенная – вопрос интересный. Не встречал, что бы кто то оперировал этой массой. Наверное все включено в присоединенную. Иначе расчёты не ТСП не получались бы. Так что гипотеза автора про участие всей массы воздуха в ЗЯ скорее ошибочна.

    • А.Б. пишет:

      Добрый вечер синьору Распони! Вы прояснили один важный момент, который я проскочил, слегка запнувшись мозгами. В самом деле, если у нас в ящике масса воздуха присоединится к массе подвижки, резонанс обязан понизиться, что на деле строго наоборот. Значит, теория присоединенной массы не работает или работает не так. Лабиринт тоже высокодобротный резонатор, значит , особой скорости отклика ждать не приходится. Беспросветно все как-то и грустно.

      • Андрей П пишет:

        Попробуйте ЭМОС, если ищите правильный бас. У меня лучший результат с таким сабом показывает классика (БСО), и вообще все живые инструменты. Электронщина так себе – все по разному, рэп – отстой.
        Посмотрите на картинку ГВЗ (самый первый коммент), куда еще быстрей? У меня мидбас прошный в ФИ имеет ГВЗ больше (на частоте 70 Гц -стык) -около 3 мс.
        Головку надо брать “легкую”. У меня 12″ с масой подвижки около 100 г. Alpine SWE-1244E

        • А.Б. пишет:

          Сделать ЭМОС как задумано- нужна своя лаборатория, иначе толку от затеи ноль и ниже нуля. Вот сейчас спокойно мог бы затеять такое. Но – нет желания, когда всё
          звучит неплохо и без этих хлопот. Вы очень верно заметили про высокие параметры звукового излучателя с ЭМОС, особенно в плане ГВЗ . И ежели прийдет в ум идейка тряхнуть стариной, то двинусь именно в сторону ЭМОС.

          • Андрей П пишет:

            Насчет нуля не согласен. Не имея соответствующего образования (вообще никакого) и имея только паяльник с мультиметром (ну и ЗК ноутбука) собрал себе саб с ЭМОС. Замерял АЧХ – в точности повторяет авторскую, спектр (искажухи) мерять не стал – нет необходимости, Саб не заметен от совсем :)
            Нужно только вточности сделать как в той статье. Автор – Мухамедзянов Hаиль ака NOTA BENE.
            И меня, когда всё устраивает, не заманишь :), ту с вами согласен.

            • А.Б. пишет:

              Наиль- гениальный мастер этой темы. Читаю его статьи про ЭМОС, аж руки чешутся повторить. И конструкция удобная для повторения , все подробно изложено. Но всему свое время. Доберусь ещё.

            • А.Б. пишет:

              Замерить АЧХ колонки- это не ноль, это уровень сильно выше среднего.
              тем более, если мерить не отбалдински, а имея возможность сравнить с авторской ачх. А насчет образования- и тут всякие чудеса, смотря что считать образованием, если получается все , как надо. Короче, главное – результат.

      • Распони из Турина пишет:

        Добрый вечер, Александр!
        Тут все всё и без моих “прояснений” поняли — без постоянной Планка нам ничего “не светит” ибо оперируем мы десятками грамм подвижки динамиков :) С такой массой надо бы и силу (причину ускорения) соответствующую. Но не всё так плохо: в соседней Галактике начали производство низкочастотных трансформаторов Оскара Хейла — делов там: меха сжимать-разжимать. Размеры соответствующие, но звука (баса) быстрее не бывает(!), осталось только на прослушку сгонять (на фотонной ракете).
        Про лабиринты вопросы остались, да: добротность ЧВР будет прежде определять полосу пропускания этой трубы (на основном тоне и окрестностях) и потом, динамик-то в ентот контур включЕн и его как-бы шунтирует, да и сам лабиринт связан через порт с окр-щей средой, излучая через него. Без уравнения Эрвина-Шрёдингера тут точно не обойтись :)
        О пресловутом ГВЗ: слушал я не так много обычных простых колонок … и про ГВЗ как-то и не вспоминал — просто музыке радовался

  4. Сергей Гудков пишет:

    Присоединённая масса воздуха есть всегда и она не зависит от вида акустического оформления, когда динамики в заводских условиях измеряют там так же присутствует эта масса. Все параметры динамиков справедливы при нормальном относительном давлении и температуре 20-25 градусов.

  5. Андрей П пишет:

    Предлагаю замануху – окончание статьи “Вниз по лестнице, идущей вверх”.

    -После написания первой статьи многие спрашивали – почему в ЭМОС применены такие плохие динамики . С тех пор было собрано несколько ЭМОС-систем на разных динамиках, включая пару 12″ под одну стереосистему. Качественного отличия звучания (исключая максимальную громкость) отмечено не было. Да, добавляется масштабность звука, его основательность, да, можно заставить воздух “загустеть”, добавив громкость . Но, основные качества – отсутствие локализации саба, артикулированность, микро- и макродинамика, и, просто, говоря словами одного из форумчан, “потрясающе красивый бас” проявляются уже с 8″ и 10″ динамиками. И бас действительно такой,- когда надо – мягко-задушевно-проникновенный, когда надо – жестко бьет по грудной клетке, и всё это ощущается без особого форсирования громкости. Как говорится – хороший сабвуфер замечаешь только тогда, когда его выключаешь. И это – правда. Конечно, никто не запрещает брать хорошие динамики, качество звучания сабвуфера от этого только повысится. Все еще впереди Дорогу осилит идущий. Так что, желаю и вам пройти вниз по лестнице, ведущей вверх…

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *