Параметры Тиля-Смолла, или ТС параметры, позволяют косвенно представить особенности звука динамика и позволяют выполнить расчет корпуса низкочастотного динамика для разных видов пространств (типов размещения колонок в комнате). Эта статья простым языком объяснит, кто такие Тиль, Смолл и, что за параметры они придумали? И-так, поехали.
Альберт Невил Тиль — австралийский инженер. До озарения Тиля колонки строились весьма спонтанно, используя находки, наблюдения, догадки и предшествующий опыт. В какой-то части утрирую данный процесс, так как рупорная акустика была неплохо отработанная. В 1961 году Тиль публикует статью с предложением описывать характеристики любых динамиков одним набором параметров. Он предложил следующие параметры сделать частью основных сведений о выпускаемых динамиках: резонансную частоту, объемом воздуха, эквивалентного акустической гибкости громкоговорителя и отношением электрического сопротивления к сопротивлению движения на резонансной частоте.
Ричард Смолл — электроакустик из Калифорнии. Работал с Тиллем в семидесятых, вместе они довели набор параметров до ума. В частности, Смолл добавил понятие механической добротности.
ЧТО ДАЮТ ЭТИ ТС ПАРАМЕТРЫ?
В основном для НЧ динамиков: на каких частотах он играет, сколько будет баса, в каком объеме его лучше разместить и т.п. Если есть акустическая система, но не нравится, как звучит бас, можно вытащить из нее НЧ динамик, измерить ТС параметры и далее определить, соответствует ли корпус динамику, в котором он установлен. Бывает так, что нужно дорабатывать корпус или подбирать под него другой динамик. Также ТС параметры дают ориентиры при разработке кроссоверов, их настройке таким образом, чтобы динамики держались подальше от собственной резонансной частоты, а это нужно для лучшего звука с минимумом искажений.
Главное назначение ТС параметров – расчет корпуса для НЧ динамика. Некоторые начинают строить собственные домашние АС и находят в этом новое хобби, а то и ремесло.
ОСНОВНЫЕ ТС ПАРАМЕТРЫ
Динамик состоит из двух частей:
Неподвижной: корзина с постоянным магнитом.
Подвижной: звуковая катушка, прикрепленный к ней диффузор, размещающийся на гибком подвесе. А чтобы эту конструкцию не шатало влево-вправо, она поддерживается эластичной центрирующей шайбой.
Таким образом, подвижная часть динамика при подаче изменяющегося электрического тока движется только вверх и вниз, подобно поршню. Это движение сжимает и расширяет воздух, создавая звуковые волны. Работа такого поршня и описывается параметрами Тиля-Смолла. Фундаментальных параметров три.
1. Эквивалентный объем (Vas, м3)
У подвеса и центрирующей шайбы есть некоторая упругость, которая мешает всей системе двигаться свободно. Ее можно представить как пружину. Если взять такой объем воздуха, который по своей упругости равен этой пружине, то, как раз и получится эквивалентный объем. Это не тот объем корпуса, в который нужно поместить динамик.
Эквивалентный объем рассчитывается путем умножения жесткости подвеса, диаметра диффузора (потому что эта поверхность взаимодействует с другой пружиной - воздухом), плотности воздуха и скорости звука в нем. Соответственно, чем жестче подвес, тем меньше будет тот объем воздуха, который будет влиять на динамик фактом своего существования. Аналогично с диффузором - чем больше мембрана, тем сильнее она сжимает воздух внутри корпуса колонки, а следовательно и ответная сила противостоящего ему воздуха будет выше и объём воздуха будет возрастать.
Именно Vas часто играет решающую роль при выборе динамика под определенный объем. Большим диффузорам нужны большие объемы.
2. Резонансная частота (Fs, Гц)
Если отвести качели в сторону и отпустить, то они будут качаться с определенной собственной частотой. Это и будет резонансная частота. Если вдобавок толкать качели с ней в такт, это позволит раскачать их быстрее и сильнее, чем применив любую другую частоту. Этот пример имеет самое прямое отношение к динамику: подвижная система - это качели, а электричество – толкач этих качель. Если подать на динамик сигнал на его резонансной частоте, то обе эти частоты сложатся и образуют резонанс. На графике импеданса, и даже графике АЧХ в этом месте будет пик.
Чем мягче подвес и больше масса, тем резонансная частота ниже.
Fs - один из важнейших параметров, поскольку ниже нее звуковое давление динамика заметно снижается. Это значит, чем резонансная частота ниже, тем глубже будет бас у колонок.
Fs - измеряется у динамика без корпуса. При размещении громкоговорителя в корпусе, его объем окажет влияние на частоту резонанса динамика. Если нужно, чтобы резонансная частота осталась прежней, тогда следует установить динамик в объем, который превышает Vas втрое. Замечено, чем больший объём колонок, тем детальнее бас, тем больше басовых нот становится слышно. Резонансная частота определяет назначение динамика в АС: НЧ, Мид или СЧ.
3. Полная добротность (Qts)
После того, как диффузор динамика воспроизвел звук, он возвращается в исходное положение. Делает он обратное движение не мгновенно, а плавно затухая на резонансной частоте. То, как быстро диффузор вернется на место, и есть полная добротность.
Чем быстрее диффузор встанет в исходную позицию после излучения сигнала, тем добротность ниже. Чем добротность ниже - тем лучше для звука (меньше искажений) и наоборот. Повышенная добротность размывает, замыливает и окрашивает звук.
Полная добротность состоит из двух «неполных»:
Механическая добротность (Qms), зависит от массы подвижной системы (чем тяжелее, тем дольше будет останавливаться диффузор, тем добротность выше) и жесткости подвеса (жестче - выше).
Электрическая добротность (Qes), этот параметр заслуга Смолла, учитывает, что катушка динамика при возвращении в исходное положение работает как электрогенератор, ток от которого сталкивается с сигналом усилителя и мешает движению диффузора. Электрическая добротность зависит от мощности магнита - чем мощнее, тем она ниже.
Для домашних колонок СЧИТАЕТСЯ, что наилучшая добротность НЧ динамиков 0,5-0,7 для обычной музыки и 0,8-0,9 для тех, кто любит жанры с преобладанием резкого баса. Чем она меньше этих значений, тем выше частота начала спада басовых частот. При больших значениях Qts на графике АЧХ случается горб в районе резонанса, а остальные характеристики ухудшаются. Эти рекомендации справедливы для типовых колонок, которых полно на полках магазинов и вторичном рынке. Нетиповые проекты, способные раскрыть потенциал звука глубже, могут заметно отличаться от данных рекомендаций.
Важно соотношение резонансной частоты к полной добротности. При значении равном 50 динамик стоит использовать в закрытом объеме, а если его значение достигает 100, тогда в конструкцию можно применять фазоинвертор.
Второстепенные параметры
Sd (кв. м.) - эффективная площадь диффузора, требуется для расчета основных параметров.
Mms (кг) - масса подвижной системы, при измерении которой берется во внимание даже масса движущегося вместе с мембраной воздуха. Нужна для расчета основных параметров.
Xmax (мм) - максимальное смещение диффузора в одну из сторон, при котором сохраняется линейность хода (то есть не будет искажений звука).
Bl, (Тл*м) - коэффициент электромеханической связи, произведение длины провода в зазоре между магнитом на силу магнитного потока. Чем выше Bl, тем сильнее «двигатель» динамика, тем лучше.
Sensitivity (дб) - показатель чувствительности динамика, не относится к параметрам ТС, но очень важна, поскольку показывает будущую громкость АС. Чувствительность - это громкость, которую выдает динамик при определенной мощности.
ГДЕ НАЙТИ ТС ПАРАМЕТРЫ?
Для новых динамиков ТС параметры указываются в паспортах динамиков или на сайте производителя. Для фирменной акустики полные ТС параметры отсутствуют. Их можно только измерить. Если повезет, то их можно найти в просторах интернета. Редко на сайте производителя акустики.
Есть и другие способы. Например, в онлайн-калькуляторах можно найти базу моделей популярных динамиков. Или измерить ТС параметры самостоятельно. Ищите в интернете инструкции и пытайтесь их повторить. Могу сказать, что эта процедура не столько сложная, однако, требует оборудования и навыков. Как результат, большой вопрос о достоверности к полученным результатам измерений. По этой причине сам до сих пор применяю либо новые динамики с известными ТС параметрами или отдаю динамики для измерений специалистам.
Параметры Тиля-Смолла необходимо знать для проектирования колонок. Они позволяют сконструировать объем для будущих колонок с ожидаемой АЧХ. Сделаю акцент. При проектировании корпуса колонок важно получить не столько нужную АЧХ в области баса (это объём корпуса), а удовлетворительные групповые временные задержки (это геометрия корпуса), что имеет более высокий приоритет. Именно ГВЗ позволяют исключить гулкость корпуса и минимизировать заполнение корпуса поглощающим материалом, влияющим на свободу и полноту «голоса» динамика. Минимальные ГВЗ, есть не что иное, как точность баса.
ТЕПЕРЬ ОСНОВНОЕ
Все написанное выше взято с интернет ресурсов. Немного переработанное и дополненное мною. А теперь расскажу немного о динамиках с прикладной стороны строителя колонок, меломана и аудиофила (кто к какой категории себя относит). Безусловно, ТС параметры игнорировать нельзя. Однако, их много, а на какие я обращаю больше внимания?
1. Vac – в своей практике не обращаю на него внимание, а строю колонки от понравившегося динамика. Будут большие – не беда. Главное звук. Если поступить наоборот, подбирать динамик под желаемый объём корпуса, нужно быть готовым к «жертвам».
2. Резонансная частота. Понятие, чем ниже, тем лучше должно иметь определенные границы. Вы сами без труда найдете в интернете перечень акустических инструментов и граничные нижние частоты, которые они воспроизводят. Для понимания, большой китайский барабан – 30гц, бочка ударника – 40гц в лучшем случае. Конечно остается орган с возможностью взять 19Гц. Хочу сказать, что нижняя граница воспроизведения колонками в 40Гц – это будет достаточно низко. Но, следует обращать внимание на линейность АЧХ. Если она выдержанна и 40Гц колонки воспроизведут со снижением АЧХ на минус 3дб, то у вас будет отменный низкий бас. Если ваши колонки достанут 33-35Гц по минус 3дб и отсутствием горбов в зоне мидбаса и средних частот – ваш бас будет монументальным. Для этого резонансная частота динамика может находится в диапазоне 45-52Гц, а его АЧХ в свободном пространстве (безэховой камере) свой уверенный спад должна начинать не выше 140-150гц. Чем ниже, тем меньше расчетов предстоит с корпусом.
3. Qts: сам люблю акустическое оформление корпуса в виде четверть волнового резонатора (ЧВР). Все разговоры о правильности баса в закрытом корпусе и неправильности баса в корпусе с фазоинвертором не принимаю близко. Считаю, что колонки есть хорошо или не хорошо спроектированные и изготовленные. В них заложена разница в звуке. Так же как в вине есть тонкие ценители, так и в типах акустики они имеются. Субъективизм серьезно не рассматриваю. Здесь личное пространство. Правильный ЧВР имеет большой объём в котором динамику воздух не может создавать пружину с высокой добротностью. Динамик звучит ровно, легко и быстро. Так как колонка с большим портом взаимодействует с комнатой, то возникновение стоячих волн становится менее вероятным. Стоячую волну нужно подпитывать энергией, а ЧВР ее ощущает и динамик теряет на данной частоте отдачу, уравновешивая звук без подгуживания. В интернете вы можете найти подтверждение других владельцев колонок на ЧВР, что стоячих волн в своих комнатах они не отмечают. Или почти не отмечают. На результат оказывает влияние форма канала ЧВР. Отмечу, что колонки с «правильным» фазоинвертором, сопоставимого объёма как для варианта ЧВР, будут звучать по басу весьма близко. Конечно, опытные уши и наслушанность, различия найдут, но, подчеркну, они будут непринципиального характера. Теперь о параметре Qts. Мне нравятся динамики с низким значением общей добротности – около 0,3. Это упругие, коротко ходовые динамики с сильными моторами, от которых баса кажется не получить. Но он будет, глубокий, проработанный и точный.
4. Sd. Опыт работы с разными размерами динамиков позволяет сказать следующее. Низкочастотный динамик 158мм с нижней границей 40гц позволил мне добыть инфрабас. Это очень красиво, когда он имеется на записи, а система способна его воспроизвести. Однако, не подумайте, что отличия отсутствуют при воспроизведении этих же частот динамиком 381мм. Меломаны, которые могут себе позволить колонки на динамиках 15дюймов при выборе не должны сомневаться. Звучание 15дюймового динамика нельзя сравнивать с меньшими братьями по уровню и эмоциям. И корпуса для 15” динамика не должны быть урезаны в размерах (см. Альтек Сантьяго или Танной Рэд/сильвер мониторы). Большая площадь создает давление при коротком ходе (малом Qts), обеспечивая точность звуку. Столбики с кучей НЧ динамиков, кроме большого хода, обеспечивают дополнительную размытость баса, так как расстояние от центров динамиков до ушей разное. Этот эффект можно купировать только за счет низкой частоты раздела с СЧ полосой.
5. Mms – меньшее значение обеспечит меньшую инерционность, а значит более точный звук.
6. Хмакс – мне нравится звук динамиков с коротким ходом. Малые смещения диффузора делают звук быстрым, точным и детальным. Не раз наблюдал за большими красивыми подвижками низкочастотников в колонках, которые приносили мне для модернизации и настройки лучшего звука. Красиво, впечатлительно и менее точно. Собственная акустика с динамиками на малом ходу выигрывала сразу. При этом ход динамика не был заметен даже на громкостях, когда создавалось впечатление движения молекул воздуха, когда стены деревянного дома содрогались. А динамик, при этом, почти стоял на месте.
7. Bl. Все просто. Чем больше – тем сильнее мотор. Тем выше контроль. Обращайте внимание на динамики с параметром 14, 16, 18
8. Чуйка. Высокая чувствительность – редкость. Высокая чувствительность колонок 93дб, когда так говорят продавцы – это суррогат. Высокая чувствительность это 97, 99, 102дб. Зачем она? Колонки с чувствительностью 99дб отлично будут работать с усилителем 12Вт и громкостью недоступной для прослушивания в условиях квартиры. Если усилитель максимальной мощностью 22Вт – то он всегда будет находиться в зоне минимальных гармонических и интермодуляционных искажений. Звук системы будет просто первоклассным. Речь идет о качественном усилителе. Далее понятно, что качественный усилитель 22Вт будет существенно дешевле качественного усилителя 220Вт или 350Вт, что сегодня распространено.
9. От себя добавлю Re,ом. Сопротивление колонок. Прежде всего этот параметр повлияет на стоимость системы. Данный вопрос относится к продвинутым любителям классного звука. Речь об акустических кабелях. Колонки с сопротивлением 4ом для одной и той же мощности требуют ток в два раза больше чем колонки с сопротивлением 8ом. Это значит, что для колонок 4ом требования по сечению аудиофильского кабеля должны быть выше, а это значит снова цена вопроса. И разницу вы услышите. И еще, не рассматривайте колонки с низким, ниже 3ом, сопротивлением. Встречаются колонки с сопротивлением и 2ом. Для таких колонок требуются усилители-монстры, способные оперировать огромными выходными токами. Однако, даже при таких возможностях усилителей, бас низкоомных колонок оставляет желать лучшего. Сила не имеет ничего общего с утончённостью.
Акустические расчеты корпусов колонок различных акустических оформлений можно производить в специализированной бесплатной программе HornResp. При правильной работе в ней, корректной задаче исходных параметров, данная программа обеспечивает удовлетворительную точность прогнозов.
Юрий Кобзарь
