Какой смысл от графика импеданса?
Я выделил вопрос из комментария к видеоролику, впрочем, комментарий выглядел так: Лучше бы АЧХ замерили. Какой смысл от графика импеданса? Вы что, импеданс слушаете?
Импеданс я конечно не слушаю как впрочем и АЧХ. АЧХ как правило измеряю когда есть достаточно времени и есть необходимость проверки АЧХ, например проверки согласования частотных диапазонов. Правильное измерение АЧХ это не простая задача. Измерение АЧХ необходимо выполнять в специальном заглушённом помещении – безэховой камере. С безэховыми камерами в России, мягко говоря, не очень ввиду очень высокой стоимости такого сооружения. Есть второй вариант – измерение АЧХ специальным оборудованием. Очень хороший результат показывает KLIPPEL Analyzer System, однако анализатор стоит достаточно дорого, полный комплект стоит более 50 т. Евро, плюс программное обеспечение 32 т. Евро, плюс аксессуары, короче, если есть тумбочка со 100 т. Евро, то можно конечно прикупить анализатор и заниматься всевозможными измерениями.
Есть оборудование, которое стоит гораздо меньше и позволяет получить достаточно точный результат, но есть ограничения по размерам помещения, поэтому измерения проводятся несколько раз, оборудование позволяет измерять прямую волну, в программе задается расстояние до отражающих поверхностей. При измерении отражённые волны не учитываются. Поскольку есть ограничения по размерам помещения, точный прямой результат удается получить от 40000 Герц до 400 Герц. Измерения в диапазоне ниже 400 Герц проводится в ближнем поле, для каждого динамика отдельно, плюс измерения на срезе портов фазоинвертора(ов). Точное измерение с перенастройкой оборудования и расчетом в программе может занять часа три или больше, что для меня достаточно часто неприемлемо. Если есть заказ от покупателя на продажу и проверку аудио техники, тогда я занимаюсь такой работой. Я уже не один раз говорил, что видео ролики я делаю за свой счет, не имея от видео роликов никакого дохода, поэтому свои спонсорские ролики делаю по мере возможности.
Простое измерение АЧХ в комнате может дать приемлемый результат до нижней границы 2500- 3000 Герц, такое измерение дает общее представление об АЧХ с учетом помещения.
А теперь вернемся к смыслу импеданса. Для тех, кто понимает, что такое импеданс и осознает зависимость АЧХ от импеданса, нет вопроса – для чего?
Очень часто в комментариях пишут, зачем я употребляю слово импеданс, проще говорить просто сопротивление, полагая, что это одно и тоже. Электрический импеданс это комплексное электрическое сопротивление зависит и учитывает активное и реактивное сопротивление электрической цепи. Это понятие и термин ввёл физик и математик О. Хевисайд в 1886 году, поэтому оставим это понятие таким, каким оно есть.
Проверка импеданса акустической системы позволяет проверить полное сопротивление акустической системы в зависимости от частоты, проверить полное сопротивление акустической системы с установленными перемычками при наличии таковых и без перемычек. Заявленные значения импеданса зачастую не совпадаю с реальным значением импеданса.
Согласно Национальному Стандарту РФ, активное номинальное электрическое сопротивление, пункт 3 . 4 . 1 это сопротивление, которым замещают громкоговоритель при измерении потребляемой электрической мощности. Оно определяется минимальным модулем полного электрического сопротивления громкоговорителя в диапазоне частот выше частоты основного резонанса. Согласно международному стандарту IEC 60268-5, минимально значение импеданса акустической системы не может быть ниже заявленного импеданса более чем 25%. У значительно числа акустических систем заявленное значение импеданса не соответствует стандарту, значение импеданса подменяется так называемым средним значением импеданса. Это равносильно, что сказать, что у вас в квартире будет в среднем 22 градуса тепла, но мне не нужно средних 22 градуса, мне нужно, что бы в холодильнике было +3 градуса, в морозильнике -22 градуса, в ванной комнате +25 градусов, а в спальной комнате +18.
Наиболее проблемный участок АЧХ от 100 до 400 Герц, в этом диапазоне очень часто импеданс опускается ниже 3-х Ом, в диапазоне частот от 1000 Герц и выше, снижение импеданса не так критично. Снижение импеданса до низких значений это не криминал, однако подбору соответствующего усилителя нужно уделить должное внимание. Очень часто можно услышать: купил колонки 8 ом, купил усилитель, условно говоря, за три копейки рассчитанный на нагрузку 8 Ом, колонки не играют (хотя акустическая система это не рояль), стало быть, акустическая система, мягко говоря, не очень. Зная эти нюансы, есть смысл всегда выбирать интегральный усилитель/усилитель мощности, рассчитанный на хорошую работу с нагрузкой 4 и меньше Ом.
О вышеописанной проблеме известно хорошо, а вот выявление резонансов в акустической системе как-то обходят стороной. На звучание акустической системы резонансы оказывают серьезное влияние. Измерительный комплекс позволяет производить измерение с шагом от 30 до 2500 точек на проверяемый звуковой диапазон, практически хватает 512 точек на измеряемый диапазон. Измерения проводятся несколько раз, первый раз, измерение и проверка импеданса акустической системы, далее измерение импеданса динамиков в свободном пространстве, а при наличии среднечастотного динамика установленного в корпус проверяется импеданс среднечастотного динамика в корпусе. Выявленные резонансы минимизируются с целью улучшения качества звучания. Причём не имеет значение, когда появился резонанс; при некачественном изготовлении динамика, неправильной установке в корпусе или не правильно выбранной геометрии корпуса.
Что на самом деле происходит с подвижной системой динамика на самом деле не так трудно проверить. Для проверки необходим звуковой генератор и светодиодная импульсная подсветка, синхронизированная с подаваемой звуковой частотой на катушку динамика. Сначала выявляется резонанс в подвижной системе, далее от звукового генератора подается напряжение с частотой выявленного резонанса, светодиоды по частоте синхронизируются с выявленным резонансом. Для проверки используется стробоэффект.
Несколько примеров приведены ниже.
Есть низкочастотный динамик размером 450 мм, эффективный рабочий диапазон, ограничен частотой (поршневой режим) 764 Герц. В рабочем диапазоне на частоте 210 Герц наблюдается резонанс в подвижной системе.
Для визуального просмотра используем стробоэффект
На видеофрагменте видно, что присутствует дополнительное колебание диффузора, это колебание даст звуковой эффект, похожий на звучание двух автомобильных клаксонов с разной настройкой частоты, или тепловозной сирены, в низкочастотном диапазоне появится размытость звука.
Следующий пример, есть среднечастотный динамик размером 50 мм. В рабочем диапазоне на частоте от 1800 до 2200 Герц есть небольшой резонанс в подвижной системе.
Для визуального просмотра используем стробоэффект
На видеофрагменте видно, что присутствует дополнительные значительные колебания диффузора. Среднечастотный динамик воспроизводит не только звучание основных тонов, но и обертонов, нарушается синхронизация основного тона и обертонов, что является основой точного звучания. В звуке появляются слышимые искажения, многие характеризуют это как жесткое звучание или как слышимый «хрип». Не так редко бывает, что сам динамик имеет отличную подвижную систему, но установка динамика в неправильно спроектированный корпус, делает звучание неприемлемым.
На рисунке график импеданса среднечастотного динамика в цилиндрическом корпусе и плохим демпфированием, красный график – измененное демпфирование. Очевидно, что множественные резонансы в подвижной системе значительно ухудшают качество звучания.
Практически в каждом видеоролике я делаю акцент на жесткости диффузора, ослабленная жестокость диффузора вызывает значительные паразитные колебания, что приводит к увеличению искажений и рассинхронизации основного тона и обертонов. Жесткость диффузора эллипсного динамика сильно отличается по сторонам, поэтому эллипсная форма диффузора используется редко.
Видеофрагмент с использованием стробоэффекта.
Как говорится, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать.
Полный расчет параметров T/S требует измерение импеданса динамика в свободном пространстве с добавленной массой и без добавленной массы (возможно измерение по известной массе подвижной системы или добавленному объему), так что и здесь получается без измерения импеданса никуда не деться.
По расчёту теоретической модели и реальному импедансу можно прогнозировать ход АЧХ, это всего лишь математика, физика и никакой мистики.
О работе высокочастотного динамика нужно говорить отдельно, это большая тема, да и работа с графиками импеданса это не один десяток страниц текста.
Будет ли продолжение по теории звука завит от интереса зрителей канала к проблеме точного звука