В одной из статей на канале мы разобрали, как влияние присоединенной (соколеблющейся) массы воздуха при работе громкоговорителя в составе группы на зональном групповом излучателе (не линейном!) приводит к снижению резонансной частоты громкоговорителя, что не может не сказаться на воспроизведении низких частот.
Присоединенная масса увеличивает массу подвижной системы каждого из громкоговорителей ГИ, что, помимо снижения резонансной частоты, также повышает добротность громкоговорителя (масса инерционна и затягивает процесс затухания колебаний диффузора).
Но это изменение бы оказалось действующим при одинаковости всех громкоговорителей на щите ГИ, чего не бывает - громкоговорителям свойственен разброс параметров, при условии заводского контроля ОТК в пределах допуска.
Допуск на резонансную частоту составляет ±15%. Во всяком случае, на иностранные изделия.
Оценим, как изменится добротность громкоговорителей на щите вследствие заводского разброса.
Считаем для громкоговорителя 4ГД-35, согласно паспортным данным обладающим частотой резонанса 65 Гц. Снята характеристика импеданса данного громкоговорителя, характеристика на низких частотах аппроксимирована аналитическим выражением, соответствующим импедансу приведенной ниже эквивалентной схемы (схемы замещения) динамического громкоговорителя.
Rе – сопротивление звуковой катушки постоянному току. Le - индуктивность звуковой катушки, на низких частотах ею можно пренебречь.
Lm, Cm и Rm образуют параллельный колебательный контур, имитирующий механические свойства громкоговорителя, т. е. его свойство сопротивляться движению диффузора. Этот контур приводит к резонансному выбросу импеданса излучателя в районе частоты его механического резонанса Fs.
Параметры аналитического выражения для импеданса следующие:
Re = 4,37 Ом; Lm = 5,82 мГн; Cm = 1.020 мкФ; Rm = 16,53 Ом.
Технологический процесс производства настраивается так, чтобы среднее значение какого-либо параметра в партии соответствовало паспортным данным (если только какой-либо параметр не оговорен ТУ как "не более" или "не менее"), с равномерным разбросом в обе стороны. Закон распределения резонансной частоты на большой партии головок нам неизвестен, обычно он либо нормальный (гауссов), либо прямоугольный, либо (при очень большом разбросе) логнормальный.
Для данного компьютерного эксперимента примем его прямоугольным, т.е. весь диапазон частот от 55 до 75 Гц заполняем кривыми импеданса головок. График ниже, характеристики отдельных громкоговорителей отображены тонкими разноцветными линиями.
Для всех громкоговорителей щита (с разными резонансными частотами) просчитаны активные и реактивные сопротивления для всех частот, затем произведено соответствующее их сложение и вычислено суммарное полное сопротивление (импеданс щита), в предположении, что головки соединены с сохранение сопротивления нагрузки (параллельно-последовательные ветви).
Полное сопротивление отображено на графике толстой красной линией, для сравнения импеданс одной из головок (с резонансной частотой 65 Гц) выделен толстой синей линией для сравнения.
Итак, результат объединения головок с разной резонансной частотой следующий: при сохранении сопротивления постоянному току снижается выброс на резонансной частоте группы громкоговорителей, которая не отличается существенно от резонансной частоты "среднего" громкоговорителя.
Также, по графику видно, что характеристика "расплывается" по оси частот, становится шире, что не может не сказаться на добротности. Добротность громкоговорителей принято определять иначе, чем добротность колебательного контура, где уровень, на которой отсчитывается ширина полосы пропускания, равен 0,707.
Полная добротность, один из параметров Тиля-Смолла, считается по полосе частот на уровне, среднегеометрическом между минимальным и максимальными сопротивлениями по кривой импеданса, а также с учетом этих сопротивлений. Формула неоднократно приводились в литературе и на сайтах, результат таков: для одиночного громкоговорителя Qts = 1,21; для обобщенного громкоговорителя на щите Qts = 1,01.
В литературе иногда встречается утверждение, что отсчет для оценки добротности делается на ином уровне, чем для колебательного контура, для точности оценки, что затем якобы учитывается корнем из отношения сопротивлений. Но это не так - оценки не получаются равными, оценка как для колебательного контура дает более высокую добротность, чем Qts по Тилю-Смоллу.
Разумеется, это для данного громкоговорителя и принятом разбросе частот. Но общий принцип остается неизменным - при разбросе резонансных частот полная добротность снижается, что приводит к более скорой пропаже колебаний диффузора динамика после пропажи сигнала.
Медленное затухание колебаний любители звука оценивают как мешающий гул, бубнение, звуки "доигрываются" после пропажи полезного сигнала. Продолжительность призвука можно считать равной Qts/Fs, что составляет для отдельного громкоговорителя по примеру 1,21/65 = 0,019 с, а для ГИ 1,01/65 = 0,015 с.
Результат - снижение продолжительности призвука с 19 до 15 мс. Считается, что для НЧ головок максимальная продолжительность призвука допустима 5 мс. Судите сами, насколько мы приблизились к идеалу с данной головкой и данным щитом. Во всяком случае, считается, что при добротности порядка 0,9 басы становятся "упругими" и "рельефными", а звук красочным и "правильным".
Кстати, объединение головок на щите привело к изменению параметров эквивалентной схемы: сопротивление постоянному току неизменное Re = 4,37 Ом; шунтирующее контур сопротивление стало меньше Rm = 9,69 Ом; индуктивность Lm увеличилась до 7,44 мГн, а емкость Cm уменьшилась до 800 мкФ.
В электрической эквивалентной схеме емкость - эквивалент упругости (подвес), а индуктивность - эквивалент инерционной массы (подвижная система и присоединенная масса). Можно таким образом считать, что упругость несколько уменьшилась, а масса увеличилась, притом в равной степени, что оставило резонансную частоту неизменной.
Электрическая добротность почти не изменилась, и изменение полной добротности произошло в основном за счет уменьшения механической (акустической) добротности с 5,79 до 3,44.
Таковы выкладки по совместной работе разных громкоговорителей одного типа, что оценивается любителями звука на слух.
