Добротность динамика – что это?

Начнем разбираться с основными параметрами динамиков. Добротность – один из ключевых параметров.

Добротность динамика – это не про то, насколько качественно он сделан:) Много мифов и заблуждений я слышал относительно этого параметра, но, он очень важен. И было бы не плохо разобраться и разложить все по полочкам.

Не зная значение добротности сказать что-то вразумительное о динамике будет невозможно.

У многих я спрашивал, что же такое добротность, и абсолютное большинство людей, будучи не первый день в звуке и автозвуке, как-то неуверенно говорили про потери, про соотношение упругих и вязких сил, про ширину резонансной полки… А дополнительные вопросы вообще вводили народ в тупик:)

Если говорить простыми словами, добротность — это история про затухающие колебания. Про то, как именно динамик ведет себя после устранения возмущающей силы (прекращения сигнала).

Что нам скажет википедия: добротность — параметр колебательной системы, определяющий ширину резонанса и характеризующий, во сколько раз запасы энергии в системе больше, чем потери энергии за время изменения фазы на 1 радиан. Обозначается символом Q от англ. quality factor.

Все понятно?:)

Давайте разбираться: что в динамике отвечает за запасы энергии, а что за потери.

Очевидно, что запасать энергию могут подвесы: внешний подвес и центрирующая шайба — это пружины, которые стремятся вернуть подвижку в первоначальное состояние.

А вот с потерями все не так очевидно. Есть механические потери (Qms), сюда входят потери на трение в подвесах, затраты энергии на звукоизвлечение и т.д. Но этот компонент не доминирует в общей картине, главную скрипку играет электрическая добротность (Qel или Qes). Среднее значение механической добротности для низкочастотного динамика от 2 до 10.

В моторе динамика происходит следующая интересная штука: проводник (катушка), двигаясь в магнитном поле вырабатывает ЭДС, то есть, работает не как двигатель, а как генератор. Обычно динамики подключены к усилителю, а у них (у усей) мизерное сопротивление, очень близкое к 0.

Получается, что когда сигнал от усилителя исчезает, а динамик «на ходу» – он работает как генератор, причем с максимальной нагрузкой (выходы катушки практически закорочены). Эта нагрузка создает достаточно мощную тормозящую силу, вынуждающую катушку и дифузор быстро остановиться.

Среднее значение электрической добротности для низкочастотного динамика от 0,2 до 0,9. Сравните это с типовыми значениями механической добротности, и станет очевидно, что гашение колебаний (потери энергии) происходят преимущественно из-за электрической составляющей.

Можно провести простой эксперимент: взять низкочастотный динамик и аккуратно постучать по диффузору (за целостность динамика я не отвечаю!))) Вы услышите небольшой гул на резонансной частоте.

Если закоротить выводы катушки и постучать еще раз – гула уже не будет, потому что колебания на резонансной частоте практически сразу же гасятся в магнитной системе динамика.

Электрическая и механическая добротности складываются друг с другом и в итоге получается полная добротность – именно этот параметр мы используем для расчетов оформления. Да, знать добротность нам нужно именно для этого – чтобы можно было определить, какой корпус и какое акустическое оформление подойдет к нашему динамику.

Механическая и электрическая добротности складываются не просто суммой, а формулой, аналогичной сопротивлению при параллельном включении:

Qts=Qes*Qms/( Qes+Qms)

Делаем вывод: чем мощнее у динамика мотор (при прочих равных), тем меньше будет добротность. Поэтому на сверхмощных сабах ставят по нескольку жестких центрирующих шайб, иначе добротность упадет ниже плинтуса:)

С запасами и потерями энергии вроде разобрались. Теперь определимся с конкретными значениями.

Высокая добротность – это когда потери малы, а энергии в подвесах запасено много и колебания продолжаются после исчезновения возмущающей силы. Причем это не случайные колебания, а именно колебания на частоте резонанса головки.

Низкая добротность – потери велики, и при исчезновении сигнала колебания сразу же затухают. У такого динамика нет склонности выделять какую-то определенную частоту.

Логично предположить, что для динамика подойдет именно низкая добротность! Нам не нужно, чтобы после окончания сигнала динамик сам по себе продолжал что-то доигрывать (и всегда на одной и той же частоте). Важно понимать, что высокодобротный динамик не будет продлевать короткие ноты, он к любому возмущению будет добавлять бубнеж на своей частоте резонанса. Оттого звук становится монотонным, окрашеным, с постоянным гулом — ну, я думаю, все знают, как звучат дешевые компьютерные бубнелки и музыкальные центры?:) А нам важно чтобы дин воспроизвел именно тот сигнал, который на него отправили, без импровизаций и самодеятельности.

Слишком низкая добротность – это тоже не хорошо. В этом случае в зоне резонанса динамика появляется завал относительно уровня высокочастотного излучения, тем шире, чем ниже добротность. Добротность в итоговой конструкции должна составлять вполне определенные значения.

Выделяют два особых значения добротности:

  1. Q=0,577 (функция Бесселя, характеризуется минимальными временными задержками.
  2. Q=0,707 Баттервота, максимально гладкая АЧХ

Добротности ниже 0,5 ведут к сильному завалу НЧ, выше 1 – явно появляется вброс АЧХ на частоте резонанса.

Добротность динамика - что это?

Иллюстрация взята из книги Гапоненко С.В. «Акустические системы своими руками», а сам Гапоненко взял эту картинку из книги небезызвестного Р. Смолла

От чего зависит добротность?

Добавим чуть больше практики и теоретические тезисы из первой части статьи попробуем переложить на реальные динамики.

Итак, от чего же зависит добротность?

  1. От силы мотора.Чем мощнее магнитная система, чем больше магнитное поле в зазоре, чем больше проводника находится в этом зазоре – тем ниже будет значение добротности.

Мне удалось показать это в эксперименте: добавил к динамику дополнительный магнит, тем самым увеличив магнитное поле.

Добротность динамика - что это?

Дополнительным магнитом удалось существенно снизить добротность динамика. Резонанс остался неизменным.

  1. Добротность зависит от жесткости подвесов. Чем больше жесткость, тем больше энергии может быть запасено, тем выше добротность.

Поэтому, если у вас стоит задача снизить добротность динамика, можно попытаться снизить жесткость. Заменить подвесы, размягчить резину подвеса пропитками. Некоторые даже вырезают сектора из центрирующей шайбы, но это очень рискованный путь:)

  1. Масса подвижки.Как мы уже знаем, низкая добротность – показатель мощного мотора. А увеличение массы как бы делает усилия мотора менее существенными. Проверяем: вот два замера одного и того же динамика. Первый замер – динамик в первозданном виде, второй – с дополнительным грузом на диффузоре.
Добротность динамика - что это?

Добротность при увеличении массы растет, резонансная частота падает.

  1. Провода. Если провода обладают существенным сопротивлением, то они будут увеличивать добротность, так как нагрузка на «генератор» в лице динамика падает. Вот тестовый замер 4 Ом динамика и того же самого динамика, подключенного через 4 Омный резистор. Добротность возросла с 1,1 до 2,3. Причем изменилась именно электрическая добротность. Вывод: провода должны иметь минимальное сопротивление. Открыл Америку, блин))
Добротность динамика - что это?

Как сопротивление провода влияет на добротность.

Как влияет акустическое оформление?

Объем воздуха в закрытом ящике работает как дополнительная воздушная пружина, следовательно жесткость колебательной системы растет, добротность растет. Чем меньше объем ящика, тем сильнее растет добротность.

В ЧВ к диффу как бы прикрепляется масса воздуха в туннеле, оттого итоговая добротность растет. Во фри, ОЯ, БЭ и прочих существенно меняться добротность не должна.

Для себя я сделал следующий вывод, и думаю, что он правильный: мы должны получить итоговую добротность всех резонансов в пределах 0,5-0,7. Вне зависимости, какое оформление мы выбрали.

Как видим, все акустические оформления в лучшем случае не меняют добротность, а в большинстве случаев существенно ее поднимают. Поэтому нам нужны низкодобротные динамики с добротностями от 0,3 до 0,7. Для того, чтобы возросшая в оформлении частота составила нужные нам 0,7.

Но, с этим связана некоторая подстава:) 99% дешевых и легкодоступных динамиков высокодобротные. Я говорю про бюджетную автомобильную акустику, про динамики, устанавливаемые в компьютерные колонки, в музыкальные центры, в бюджетные системы 5:1, в бумбоксы всякие. Почти везде добротность динамика близка к 1, а зачастую и того больше.

Не знаю, почему так делается, то ли на магнитах экономят и не могут в рамках бюджета сделать мощный мотор, то ли специально делают так, чтобы в ущерб качеству «долбило» лучше (а долбить оно будет реально сильнее, и на любой композиции одинаково: в частоту резонанса).

А может это тонкий маркетинговый ход, вынуждающих тех, кто слышит разницу, платить вместо 5000р за колоночки 50 000+?:)

Автор: Денис (АЗвука – теория звука) 29.12.19

40 комментариев: Добротность динамика – что это?

  1. Станислав пишет:

    Мне только одному кажется, что прилепив доп. магнит, добротность не обязательно уменьшиться – она точно так же может изменится в сторону увеличения значения..

  2. Александр Ростов-на-Дону пишет:

    прилепите не той стороной и будет как вам кажется )))

    • Станислав пишет:

      Сбоку, в виде ушей Чебурашки!

      • Александр Ростов-на-Дону пишет:

        магнит приклееный на отталкивание, прессует магнитное поле внутри магнитопровода, делая его гуще. Добротность снижается, отдача растет .На страшные 0,2 дБ.

        • Станислав пишет:

          Один раз у меня +1.5 Дб было, когда фланец тонкий был. Еще можно и доп магнит железкой экранировать в целях его концентрации. Правда снаряд неподобающих размеров не окупает его “эффективность”.

  3. Александр Ростов-на-Дону пишет:

    Добротность можно прикинуть по картине поведения динамика , его АЧХ в районе резонанса. Число полных колебаний пр выходе на полку и будет добротностью. Скажем, добротность 1, имеем выброс над полкой с ямой дальше, один период. С добротностью выше 1 будут новые полуволны на ачх.

    • Марков Николай пишет:

      Александр, нет и нет! Иначе у всех колебательных контуров (а динамик – один из них) были бы неустранимые пики на АЧХ выше резонансной. Представьте себе: АЧХ кварцевого резонатора с добротностью 10 тысяч и с десятью тысячами пиков на АЧХ выше резонансной???
      Вы описываете поведение колебательного контура не в частотной области, а во временнОй. Наличие ОДНОГО пика на АЧХ способно дать МНОГО полупериодов затухающих колебаний, в зависимости от добротности. МНОГО пиков на АЧХ означают наличие МНОГИХ резонансных частот, на каждой из которых, в свою очередь, возможно множество полупериодов затухающих колебаний, в зависимости от добротности на каждой конкретной частоте.
      Кстати, на рисунке из книги Гапоненко есть ошибка. При Q=0,5 процесс затухания абсолютно апериодичен, то есть, отклонение ниже нуля при плюсовой положительности импульса отсутствует. На первом графике провал ниже нуля – явный. Да простит меня Смолл. Практически выброс становится виден при добротности выше 0,6 :https://ldsound.club/index.php?threads/perexodnye-processy-v-filtrax.497/post-17994

      • Александр Ростов-на-Дону пишет:

        Снимите ачх динамика с разной добротностью, изучите поведение его у нижнего среза, потом делайте выводы. И получите своё мнение, а не моё или Гапоненко. Попутно спрошу. почему так мерзко звучат дурно настроенные фазоинверторы, ведь по вашей теории, они должны подгуживать на частоте настройки, а они,- собаки вредные- мычат на 120-150Гц?

        • Марков Николай пишет:

          Дядя Саша, теория не моя, и не нова, соответственно. У Вахитова правильные графики АЧХ для добротности выше 0,71. У всех ФНЧ (и ФВЧ) второго порядка с добротностью выше 0,71 один- единственный горб, что по теории, что на практике. ОЯ и ЗЯ – системы, эквивалентные ФВЧ второго порядка. Пожалуйста, приведите хотя бы одну книгу, где Вы видели много волн на АЧХ, причиной которых является высокая добротность. Пока не найдёте – обещайте не возвращаться к такому утверждению.
          По гудежу фи и иже с ними. Бросаться умными репликами смысла не вижу, давайте создадим тему в клубе. Причин гула достаточно много, с каждой желательно разобраться по отдельности.

          • Александр Ростов-на-Дону пишет:

            Поднимите взор к картинке от Смолла и посчитайте число затухающих периодов колебаний на полке импулься, сравнив с числом добротности. Вы будете смеяться.

            • Марков Николай пишет:

              Дядь Саша, по горизонтальной оси там – время, не частота…

              • Распони из Турина пишет:

                Приветствую!
                Так время в частоту “перевести” тоже можно — Дюамельским интегралом или операторным методом :)

                • А.Б. пишет:

                  На экране осциллоскопа тоже не частота нарисована, а время , сек, мсек, мксек на деление . Что же тут непонятного?
                  И картинки выше сняты с экрана скопа , однозначно. Только мало кто в них видит осмысленно, видимо. Видимо, не видимо. Такая игра каламбура)))

                  • А.Б. пишет:

                    Если крутанем картинку вверх тормашками, увидим знакомый с детства фронт с затухающей синусоидой на полке. Которая не что иное, как телепание диффузора с последующим затуханием. Прямо, по Булгакову, сеанс черной магии- с последующим разоблачением . Тех, кто не видел подобных картинок ранее. Скажем, по причине отсутсвия осциллографа среди игрушек.

                  • Распони из Турина пишет:

                    Приветствую Александра!
                    D°accordo! Отвечал Маркову Николаю. В газовых средах (не четвергах) все возмущения передаются волновым способом. На фронте волны — избыток давления, потом обратный процесс. Вы всё ранее и расписали для общественности.
                    А чтобы больше вопросов не задавали предлагаю делать АС с двумя НЧ динамиками — один будет воспроизводить только положительный полупериод сигнала, а второй — только отрицательный. И все будут довольны — может, ещё премию Шнобеля нам выдадут (который другом и антиподом Нобеля был) :))

                    • А.Б. пишет:

                      Как было бы замечательно, если бы синьор Распони пояснил ещё один фенОмен. Звать его примерно так: Барабанщик, который при ударе в барабан не выталкивает звук на слушателя, а всасывает воздух внутрь барабана. Виной всему невежество авторов аудиосистем, не соблюдающих полярность импульса на выходе системы. Отчего вместо фронта давления имеем фронт вакуума . (Смех, оживление в зале, продолжительные аплодисменты) К сожалению, вокруг этой выдумки накручено много, есть даже секта свидетелей всасывающего барабана.

                    • Распони из Турина пишет:

                      Приветствую Александра!
                      Кнопка “Ответить” таинственно скрылась :)
                      Барабанщик тот обладает редким типом барабана — фазоинверсным (или фазоинвертирующим)! Что касается Распони, то он предпочёл бы систему (УНЧ, CD, MD, …), которая не инвертирует фазу сигнала на выходе (как и АС, с которыми такое бывает — пример: некие модели: https://archive.stereo.ru/test.php%3Farticle_id=156&page=4.html и https://archive.stereo.ru/test.php%3Farticle_id=156&page=1.html за хорошие деньги). Вообще, в звукотехнике следует придерживаться минимально фазовых цепей — так синьор Шкритек советует. А то один кореш фазу будет инвертировать, другой — не будет, а на выходе аннигиляция получится :)

                    • А.Б. пишет:

                      Синьор Распони! Я все запасы сарказма истратил, поэтому скажу нейтрально. Был участником прослушивания одного устройства, снабженного переключателем абсолютной фазы, то есть , одновременно в обеих каналах делалась инверсия . Целю было выслушать возможные отличия в звуке. Но их так никто и не услышал. Отсюда нет у меня желания спорить на эту тему, хотя знаком с убежденными людьми, утверждающими обратное, что эффект есть и некий знакомый музыкант, мол, спокойно указывает на трек, в котором барабанщик “сидит спиной” или” стучит во всасывающий барабан” . Ну и бог с ними, слышащими неслышимое. Я не слышу- и одной проблемой меньше.

                  • Иван пишет:

                    “…картинки выше сняты с экрана скопа…”
                    А вот в этом я сомневаюсь. При всем моем уважении, это обычный условный рисунок. Он отражает основной смысл происходящего. Не зачем его снимать с экрана.

                    • А.Б. пишет:

                      Тупо повторю. Это – реальная осциллограмма. Но вы как обычно, стараетесь доказать обратное, не увидев этой картинки лично.
                      Так и просится слово концепция. Не видел, не знаю, но поспорю и научу, как надо.

    • Сергей Гудков пишет:

      в книжке было не так, там было отношение высоты к ширине резонанса на графике АЧХ

    • Vip Kit пишет:

      Добротность динамика можно визуально оценить по размеру МС, типу подвеса, массе диффузора.

  4. Дмитрий Большаков пишет:

    Вот статья которой не доставало! Тут популярнее описано чем в той которую я читал до этого. Спасибо администратору!

  5. Андрей пишет:

    Подскажите способ измерения параметров динамика в домашних условиях, приборов кроме тестера нет.

    • Марков Николай пишет:

      Если хватит терпения вручную снимать точные характеристики импеданса (http://ldsound.ru/tochnye-izmereniya-rlc-bez-pk/), то можно найти резонансную частоту в воздухе и в ЗЯ и высчитать эквивалентный объём динамика. Формулы для расчёта механической и электрической добротности динамика по характерным точкам ЧХ импеданса существуют, но быстро не найду. Когда-то пробовал считать по ним, расхождение большое, результат не внушает доверия. Правда, раньше я не снимал Z-метровую с большой точностью, не требовалось.

  6. Марков Николай пишет:

    Замечание по статье.
    “Добротности ниже 0,5 ведут к сильному завалу НЧ, выше 1 – явно появляется выброс АЧХ на частоте резонанса.”
    Выброс появляется на частоте немного ВЫШЕ резонанса.

  7. Гена пишет:

    Вообще по идее добротность должна соответсвовать средней мощности динамика в конкретных условиях работы при которой обеспечиваются оптимальные результаты ачх.нет универсальных динамиков.

  8. Иван пишет:

    Да простят мое невежество знатоки, но я позволю себе скромный вопрос:
    – А что это за импульс, который начинается с 0-ля и завершается вершиной?
    Мне все равно, где Гапоненко скопировал этот рисунок, но чем этот сигнал сформирован? Мне так видится, что это чье-то представление, как якобы ведет себя динамик. И все должны опираться на эту информацию, как на аксиому. Я не пытаюсь опровергнуть достоверность рисунка. Хотелось бы понять, как он родился. Все те рисунки, которые приведены во вполне хорошей статье так же основываются на чьем то мнении. Ну, если все давно изучено и посчитано, то где результат? Почему хорошее звучание по прежнему большая случайность и высокая цена?

    • А.Б. пишет:

      Иван. Вы будете смеяться. Но именно так выглядит картина на экране осциллографа при подаче импульса тока в динамик. Привычный вам меандр , точнее, полку меандра, динамик не может воспроизвести по причине неспособности поддерживать давление вокруг . Поэтому видим только фронт и его последствия , затухающие колебания диффузора. Число целых периодов на горизонтальной линии примерно равно величине добротности.

      • Иван пишет:

        “…видим только фронт и его последствия…”
        Угу. То есть выбросов, как в УНЧ, на вершине не возникает? Выброс только при возврате в среднюю точку? Как у калитки с пружиной? Хорошо, убедили.

  9. Иван пишет:

    “…некий знакомый музыкант, мол, спокойно указывает на трек, в котором барабанщик “сидит спиной”…”
    Я не вижу здесь ничего глупого. Если воспринимать звук с разных сторон, то звуковая картина может измениться. Например – поменять звуковые каналы местами, или повернуть рояль относительно слушателя… И если слушатель достаточно долго вслушивается в особенности работы ударника, то он начинает ощущать места расположения отдельных элементов звука, и их изменение легко объясняет из особенностей человеческой физиологии. Не нужно сразу над кем-то глумиться. Меня тоже в молодости удивляла формулировка: “Высший класс – это, когда 75% экспертов приведенное звучание не могут отличить от натурального”. Я за всю свою жизнь и не слыхивал такого звучания, а эксперты не могут отличить…

    • А.Б. пишет:

      Глумиться над музыкантами нет в мыслях. Но есть стадо диванных экспертов, сочиняющих сказки для себя и себе подобных, чтобы с ними носиться по форумам. Против них собственно, острю , натерпелся от этой секты предостаточно.
      Не спорю, есть особо слышащие. Их мизерный процент. Остальные надувают щеки и сочиняют сказки. К тому же слух такое дело, непостоянное, есть моменты особой остроты слуха, а есть периоды полного оглухения и потери нюха на тонкие вещи.
      Я лишь против выдуманных явлений, за уши притянутых и не проверенных в корректных сравнениях. А придумать что угодно можно.

    • аудиостроитель пишет:

      Иван. Если Вы развернёте рояль в концертном зале, то единственным эффектом станет уменьшение громкости. А если Вы разворачиваете рояль в квартире, то квартирка маловата. Должна быть с концертным залом.
      Аналогично и с ударными. Музыку нужно слушать там, где она исполняется.
      Если же говорить о прослушивании записей, тот тут простор для полёта неконтролируемого потока сознания бесконечен, как Вселенная.

      P.S. Мне известен один корректный эксперимент по сравнению живого исполнения с его воспроизведением в записи. Где-то в Сети можно найти. Кажись Динаудио с Бурмистром попеременно играли с одной и той-же сцены с оркестром. При этом, стоимость аппаратуры и самого эксперимента сопоставима с чугунным мостом.

      • А.Б. пишет:

        Слушателю в зале достается прямой звук инструмента и отраженный от стен . Тяжко представить себе слушателя, сидящего за спиной у барабанщика и прислушивающегося к тонкостям звука с тыльной стороны инструмента. Тем более, сравнить на слух оба варианта.
        Зато можно сочинить подобную ахинею и с ней потом носиться.

        • Vip Kit пишет:

          Работники сцены, осветители, роуди, операторы, слышат звук с изнанки. И с этим ничего не поделаешь. Работа такая))

          • А.Б. пишет:

            Они слышат отраженку, летящую из зала. И гудежку на НЧ от круговой волны . Только к абсолютной фазе динамиков , о которой речь, это имеет малое отношение.

            • Vip Kit пишет:

              Концерты бывают и на открытых, больших площадях и стадионах.
              Там нет стен, а тысячи слушателей – отличный звукопоглотитель и звукорассеиватель.
              Так что, не всё, так однозначно.

      • Иван пишет:

        “Если Вы развернёте рояль в концертном зале, то единственным эффектом станет уменьшение громкости.”
        В концертном зале единственный эффект – это ощущение, что инструмент от тебя далеко. Только странно, что аудиостроителю сложно представить, как это возможно понять положение рояля в студийной стерео-записи при разбросе клавиатуры по каналам. Такое ощущение, что народ не представляет его конструкции. Аналогично и с ударником. Зная исполнителя, его физиологию, привычное расположение источников звука аналогично возможно определить расположение в пространстве: левее сцены, в центре, справа.

  10. Аудиостроитель пишет:

    Пару слов в защиту концепции сидящего задом драммера.
    Во-первых, это не по джентельмески.
    Во-вторых, это неудобно. Важно видеть партнёров на сцене.
    В-третьих, услышать такого фрика проще простого. И дело, скорее всего, не в нём. Просто какой то звукоман поменял местами каналы. Барабанщик не сидит спиной. Установка страдает ярко выражена асимметрией. Хай-хэт, по умолчанию, под левой рукой и так далее. Если запись чётко разделяет стереоканалы для барабанщика, а система это точно воспроизводит, то слушатель услышит развёрнутую на 180 градусов картину. Естественная реакция: – “эта задница реальных пацанов не уважает!”

    Это лишь возможный сценарий возникновения заблуждений.
    Кстати! К добротности не имеет ни малейшего отношения.

    • А.Б. пишет:

      Неискушенному слушателю ещё бы неплохо знать, с какой стороны обязан звучать тот самый хайхэт. Особенно если уд…пардон, драммер- левша.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *