Параметры акустических систем /В. Бревдо/ АудиоМагазин №1 (6) 1995
Известно, что при оценке качества звучания акустических систем (АС) лучше всего полагаться на свой слух. К сожалению, большинство торгующих организаций не имеет залов прослушивания и покупателю чаще всего приходится ориентироваться на технические характеристики, указываемые в каталогах и инструкциях по эксплуатации. Число таких характеристик в зависимости от класса систем и фирмы-производителя может колебаться от двух-трех до двадцати. В предлагаемой вниманию читателям статье рассматриваются характеристики, являющиеся основным критерием качества АС. Материал подготовлен сотрудником ИРПА им. А.С. Попова В. Бревдо и представляет собой переработанный вариант публикации в журнале "Аудио-магазин".
Нормы на основные параметры АС и требования к методам их измерений приводятся в нескольких отечественных и международных стандартах. Наиболее известны у нас продолжающие действовать в России ГОСТы СССР (ГОСТ 16122-87 и ГОСТ 23262-88), рекомендации МЭК (публикации 268-5б 581-5 и 581-7), а также немецкий (DIN 45500) и американский (AES и EIA) стандарты. Все они оговаривают параметры так называемых выносных АС.
Ну а теперь о самих параметрах.
Начнем с такого очень важного параметра, как эффективный рабочий диапазон частот (Frequency response). Это диапазон частот, внутри которого АЧХ звукового давления АС не выходит за пределы заданного поля допусков (т.е. "пики" и "провалы" звукового давления на различных частотах не превышают некоторой заданной величины). Например, если в инструкции по эксплуатации АС говорится, что ее параметры соответствуют ГОСТ 23262-88 (его требования к АС нулевой и первой групп сложности соответствуют рекомендациям МЭК 581-7) и эффективный диапазон частот равен 45..25000 Гц, то ее АЧХ может выглядеть так, как показано на рис. 1. Сплошными линиями здесь ограничено поле допусков, за пределы которого не должна выходить АЧХ звукового давления. Из рисунка видно, что в нашем случае звуковое давление АС на граничных частотах 45 и 25000 Гц не должно быть ниже среднего уровня (штриховая линия) более чем 8 дБ.
Таким образом, если в паспорте на интересующую вас АС указан воспроизводимый ею диапазон частот по звуковому давлению, то следует уточнить (в каталоге, у продавца), с какой неравномерностью он воспроизводится и какой спад имеет АЧХ на краях диапазона. Это очень важно знать, поскольку некоторые фирмы указывают очень широкий диапазон воспроизводимых частот, не оговаривая при этом ни условия его измерения, ни реальный уровень звукового давления на граничных частотах.
Следующий очень важный параметр АС - характеристическая чувствительность (Sensitivity, Efficiency) - среднее звуковое давление, развиваемое АС на рабочей оси на расстоянии 1 м и при подводимой к ней мощности 1 Вт в определенной полосе частот. Например, среднее звуковое давление АС, АЧХ которой показана на рис. 1, измеряется в полосе 100..8000 Гц.
Чем выше значение характеристической чувствительности АС, тем лучше она воспроизводит динамический диапазон музыкальных программ, который в современных цифровых записях достигает 90..95 дБ, а максимальное звуковое давление, обеспечиваемое АС, при воспроизведении "громких" звуков таких фонограмм может достигать 110 дБ и более.
Некоторые фирмы в целях рекламы указывают для своих АС очень большие значения характеристической чувствительности. Такие ее уровни могут быть получены не только за счет применения каких-либо технических решений, но и за счет нарушений принятых методик измерений этого параметра. Например, измеряют чувствительность не в широкой полосе частот, а в узкой, где имеется значительный подъем АЧХ.
При знакомстве с параметрами АС следует помнить, что существует довольно жесткая связь между чувствительностью, полезным объемом корпуса и нижней граничной частотой АС. Поэтому, если в паспорте на АС указана высокая чувствительность при низкой граничной частоте и небольшом объеме корпуса, то следует насторожиться, потому что в этом случае либо нарушены стандартные методы измерения, либо АЧХ имеет большой спад на нижней граничной частоте, либо чувствительность измерялась не в широком, а в узком диапазоне частот.
Наиболее сильное влияние на качество звучания АС оказывают нелинейные искажения, поэтому коэффициент нелинейных искажений (Distortion, Total Harmonic, T. H. D.) является наиболее важным параметром АС. Он характеризует появление в процессе преобразования сигнала новых, отсутствовавших спектральных составляющих, которые искажают его временную структуру в зависимости от уровня. Чаще всего измеряются гармонические искажения, величина которых выражается количеством гармонических составляющих на выходе АС, при подаче на нее простого синусоидального сигнала. Для АС среднего класса обычно ограничиваются измерением гармоник второго и третьего порядка, как наиболее сильно искажающих основной тон, хотя человеческое ухо улавливает и искажения, вносимые гармониками более высокого порядка, в частности седьмого.
При этом нормируется коэффициент гармоник в нескольких диапазонах частот. Так для АС нулевой группы сложности по ГОСТ 23262-88, требования которого значительно превышают минимальные требования МЭК к АС класса Hi-Fi, этот коэффициент не должен превышать 1,5% на частотах 250..2000 Гц и 1% на частотах 2000…6300 Гц. Хотя требования стандарта распространяются на сравнительно небольшой диапазон частот, производители АС стремятся свести к минимуму гармонические искажения на самых низких и высоких частотах, несмотря на что это сопряжено со значительными техническими и материальными затратами.
Следующий параметр АС - электрическую мощность (Power handling), потребители считают обычно одной из самых главных характеристик АС. Связано это с очень распространенным заблуждением: что чем больше мощность, тем лучше и громче звучит АС. На самом деле создаваемое давление в большей степени зависит от ее характеристической чувствительности, а мощность важна скорее с точки зрения надежности.
Отечественными стандартами и рекомендациями МЭК оговорены понятия испытания нескольких видов мощности среди которых основными являются:
- максимальная (предельная) шумовая или паспортная мощность (power handling capacity), характеризующая устойчивость АС к тепловым и механическим повреждениям при длительной (в течение 100 ч работе с шумовым сигналом, получаемым из так называемого "розового шума"), спектр которого приближается к спектру реальных музыкальных сигналов;
- максимальная (предельная) синусоидальная мощность (rated maximum sinusoidal power) - мощность синусоидального сигнала той или иной частоты, при подаче которой на АС она может работать без повреждений в течение 1 ч;
- максимальная (предельная) долговременная мощность (long-term maximum input power) - электрическая мощность шумового сигнала (аналогичного по спектру "розовому шуму"), при которой АС может работать без повреждений в течение 1 мин, при десятикратных испытаниях с интервалами 2 мин;
- максимальная (предельная) кратковременная мощность (short-term maximum input power) - электрическая мощность шумового сигнала (также аналогичного по спектру "розовому шуму"), при которой АС может работать без повреждений в течение 1 с, при шестидесятикратных испытаниях с интервалом 1 мин.
К сожалению, некоторые фирмы пользуются методиками определения мощности АС, отличными от рекомендуемых МЭК. В частности, существуют двух- и восьмичасовые испытания для проверки "паспортной" мощности по американским стандартам AES и EIA. Многие фирмы в рекламных проспектах приводят значение "музыкальной" мощности (P.M.P.O. - peak music power output), определяемое по немецкому стандарту DIN 45500. В этом случае на АС подается кратковременный сигнал (менее 2 с) частотой ниже 250 Гц. АС считается прошедшей описанные выше испытания, если при этом нет заметных на слух искажений. Ясно, что такой метод позволяет фирмам указывать мощность АС, в десять и более раз превышающую максимальную синусоидальную.
Из сказанного следует, что для конкретного сравнения различных АС по электрической мощности необходимо знать, какие виды мощностей указывает фирма-производитель и какие испытания проводились для их измерений. Однако даже известные фирмы, дорожащие своей репутацией, не всегда приводят все эти сведения достаточно подробно, чаще же в паспорте на АС указывается некая мощность без каких-либо ссылок на методику ее измерений. Например, в каталоге американской фирмы Cerwin-Vega приводится описание линейки высокочувствительных АС мощностью 100, 150, 120 и 80 Вт. Однако методика измерения этих мощностей не уточняется.
Еще один немаловажный параметр АС - характеристика направленности (Directivity, radiation pattern) - позволяет оценить пространственное распределение излучаемых ею звуковых колебаний и наилучшим образом определить места расположения АС при прослушивании в различных помещениях. Об этом параметре позволяет судить диаграмма направленности АС, представляющая собой зависимость уровня звукового давления от угла поворота АС относительно его рабочей оси в полярных координатах, измеренная на нескольких фиксированных частотах. В соответствии с отечественными стандартами и рекомендациями МЭК это может быть семейство АЧХ звукового давления, измеренных на рабочей оси и под различными углами к ней. В горизонтальной плоскости измерения проводят под углами от 20º до 30º вправо и влево от рабочей оси, а в вертикальной - под углами от 5º до 10º вверх и вниз от нее. Стандарты нормируют разницу между АЧХ на рабочей оси и под углами к ней только до частоты 8000 Гц. Разработчики же стремятся свести эту разницу к минимуму во всей полосе воспроизводимых частот, что особенно трудно сделать на самых высоких частотах. Важно также получить симметричные характеристики направленности (т.е. получить одинаковые АЧХ при измерениях в вертикальной и горизонтальной плоскостях относительно рабочей оси) особенно в области частоты раздела фильтров громкоговорителей.
И в заключение несколько слов об электрическом сопротивлении АС (Impedance). Оно обычно близко к величине 4, 8 или 16 Ом. При этом отечественными стандартами допускается отклонение минимального его значения от номинального не более чем на 20% в диапазоне частот 20..20000 Гц. Значение этого параметра имеет большое значение при выборе УМЗЧ, с которым будет работать АС.
