Основные характеристики акустических систем. Стандарты определения мощности акустических систем. Активная или пассивная акустика

Прежде всего, выясните, что и зачем вам нужно. Ясное дело, что у чувствительного меломана одни запросы, а у гремящей сковородками домохозяйки – совсем другие. Также реально оцените возможности своего помещения. Согласитесь, глупо втискивать в комнатку три на три метра огромные концертные колонки.

Поэтому выбор акустической системы или попросту колонок может стать непростой задачей для тех, кто хочет получить у себя в доме качественное звучание, но мало сталкивался с параметрами техники для воспроизведения звука. Чтобы сделать правильный выбор нужно исходить из ключевых параметров, особенностей акустических систем, а также из собственных предпочтений и средств, которыми вы располагаете.

1. Сколько полос у акустики?

Ваша акустика может быть как однополосной, так и пятиполосной. Если нет особенных запросов или вы совсем лишены музыкального слуха, вам хватит и однополосной системы, в которой все звуки будут изливаться из одного динамика. Хотя, наверное, лучше все-таки приобрести двухполосную, где один динамик будет воспроизводить звуки низких и средних частот, а другой - звуки высокой частоты. При более взыскательном музыкальном вкусе стоит попробовать приобрести трехполосную аудиосистему, у которой за низкие, средние и высокие частоты отвечают отдельные динамики.

2. Мощность акустики

В народе бытует заблуждение, что мощность акустики напрямую связана с ее громкостью. Это не так. Акустика может надолго лишить сна ваших чувствительных соседей, но это событие никак не будет связано с ее мощностью. Мощность - скорее показатель механической надежности: чем она выше, тем надежнее система. Выбирая акустику, обязательно учитывайте одно существенное обстоятельство – мощность колонок обязательно должна быть выше мощности усилителя, иначе их песня будет недолгой.

3. Чувствительность и частота акустики

А вот от чего действительно зависит громкость системы, так это от ее чувствительности, измеряемой в децибелах. Их количество показывает звуковое давление ваших колонок на окружающее пространство. Как вы понимаете, чем выше чувствительность, тем мощнее звук. Обычному слушателю вполне подойдет чувствительность в 85 децибел.

Очень важным параметром также является частота акустической системы. Мы способны слышать звуки в диапазоне от 20 до 20000 Гц. Низкие частоты - от 20 до 150 Гц, средние частоты - от 100 до 7000 Гц и высокие частоты - от 5000 до 20000 Гц. Если акустика нужна лишь как дополнение к домашнему кинотеатру, то вполне хватит частотного диапазона от 100 до 20000 Гц. Для меломанов больше подойдет система с диапазоном от 20 до 35000 Гц.

4. Активная или пассивная акустика?

При выборе акустической системы важно знать, что у активной акустики фактически каждый динамик (т.е. каждая полоса частот) усиливается отдельным усилителем. Кроме того, разделительные фильтры стоят не на выходе, а на входе усилителей и они также активны. Это дает немало преимуществ активных акустических систем перед пассивными. Во-первых, активный фильтр легче отрегулировать. Во-вторых, обеспечивается лучшее качество звучания за счет того, что динамики подключают непосредственно к усилителям. В-третьих, активные акустические системы имеют более широкий диапазон воспроизводимых частот. И, в-четвертых, активные колонки снабжены регулятором громкости, что повышает их удобство при эксплуатации.

Преимущество пассивных систем в том, что для них не требуется подвод линейного сигнала и напряжения к каждой колонке, в отличие от активных. Однако при этом для пассивных акустических систем требуется внешний усилитель.

5. Тип корпуса

При выборе акустики обратите внимание и на тип корпуса. Самые популярные акустические системы – закрытого или фазоинверторного типа. Корпус закрытого типа – наиболее простой и при этом он вполне может удовлетворить ваш вкус. Однако закрытое пространство повышает частоту нижнего резонанса. Это в итоге негативно сказывается на передаче низких частот. Большинство современных акустических систем используют фазоинверторный тип корпуса.

6. Из чего сделаны колонки?

Колонки могут быть сделаны как из пластика, так и из дерева или ДСП. У каждого материала есть свои достоинства. Пластик дает возможность реализовать самые смелые дизайнерские решения, он легкий и дешевый, колонки сделанные из него занимают меньше места. Правда, и звук такой акустики будет попроще – он сильно искажается при увеличении громкости, колонки начинают дребезжать. Пластиковую акустику чаще всего используют для озвучивания компьютера, а для просмотра фильмов и прослушивания музыки лучше купить деревянные колонки. Если вы все-таки решили остановиться на пластмассе, позаботьтесь о том, чтобы колонки имели неправильную форму, были без широких плоских панелей и переборок, острых кромок и углов. В любом случае у вашей акустики должны отсутствовать вентиляционные отверстия, все соединения должны быть качественно проклеены.

7. Покупать комплект или собирать по частям?

Акустические системы выпускают готовыми комплектами, а бывают и разделенными на отдельные составляющие. Готовые системы обычно состоят из центрального блока, сабвуфера и саттелитов. Отдельно могут продаваться универсальные громкоговорители, фронтальные громкоговорители, фронтальный или тыловой громкоговорители, громкоговорители центрального канала, громкоговорители тылового канала, сабвуферы, универсальные громкоговорители со встроенным сабвуфером, мониторы и сателлиты.

Если вы решили остановиться на готовом комплекте, то присмотритесь к количеству громкоговорителей. Фронтальные и тыловые колонки должны продаваться парами, а у сабвуфера и центрального канала должно быть по одному громкоговорителю. Если акустика нужна для комплектования домашнего кинотеатра, то подбирайте ту, у которой есть тыловой канал – он добавит эффект окружения звуком.

Колонки и сабвуферы также могут быть как полочными, так и напольными. И у тех, и у других есть свои преимущества для тех, кто собирает свою акустику по частям. Напольные, как правило, более мощные и порадуют более качественным звуком, зато полочные более удобны при размещении в городской квартире. Их можно прикрепить хоть по углам, они не будут «путаться под ногами».

Мощность динамика
​

Предельная шумовая мощность динамика, предельная долговременная мощность динамика, предельная кратковременная мощность динамика.

Предельная шумовая мощность (PHC ) - мощность, которую динамическая головка длительно выдерживает без тепловых и механических повреждений. Длительность непрерывных испытаний указывает производитель в часах и на каком сигнале.

Предельная долговременная мощность (RMS) - мощность, которую динамическая головка выдерживает без тепловых и механических повреждений в течение 1 мин с интервалом 2 мин 10 циклов подряд.

Предельная кратковременная мощность (PMPO ) - мощность, которую динамическая головка выдерживает без тепловых и механических повреждений в течение 1 сек с интервалом 60 сек 60 циклов подряд.

Под словом мощность в разговорной речи многие подразумевают «мощь», «силу». Поэтому вполне естественно, что покупатели связывают мощность с громкостью: «Чем больше мощность, тем лучше и громче будут звучать динамики». Однако это распространенное мнение в корне ошибочно! Далеко не всегда динамик мощностью 100 Вт будет играть громче или качественней того, у которого указана мощность «всего» в 50 Вт. Значение мощности скорее говорит не о громкости, а о механической надежности акустики. Те же 50 или 100 Вт - это совсем не громкость звука, издаваемого динамиком. Даже самые лучшие динамические головки сами по себе имеют низкий КПД и преобразуют в звуковые колебания лишь 2-3% мощности подводимого к ним электрического сигнала, а у большинства динамиков и того меньше (хотя издаваемого звука вполне хватает для создания звукового сопровождения).
Величина, которую указывает производитель в паспорте динамика или системы в целом, говорит лишь о том, что при подведении сигнала указанной мощности динамическая головка или акустическая система не выйдет из строя (вследствие критического разогрева и межвиткового КЗ провода, «закусывания» каркаса катушки, разрыва диффузора, повреждения гибких подвесов системы и т.п.).

Таким образом, мощность акустической системы - это технический параметр, величина которого не имеет прямого отношения к громкости звучания акустики, хотя и связана с ней некоторой зависимостью. Номинальные значения мощности динамических головок, усилительного тракта, акустической системы могут быть разными. Указываются они скорее для ориентировки и оптимального сопряжения между компонентами. К примеру, усилитель значительно меньшей или значительно большей мощности может вывести динамик из строя в максимальных положениях регулятора громкости на обоих усилителях: на первом - благодаря высокому уровню искажений, на втором - благодаря нештатному режиму работы динамика.

Мощность может измеряться различными способами и в различных тестовых условиях. Существуют общепринятые стандарты этих измерений. Рассмотрим подробнее некоторые из них, наиболее часто употребляемые в характеристиках изделий западных фирм:

RMS (Root Mean Squared - среднеквадратичное значение). Мощность измеряется подачей синусоидального сигнала частотой 1000 Гц до достижения определенного уровня нелинейных искажений. Обычно в паспорте на изделие пишется так: 15 Вт (RMS). Эта величина говорит о том, что акустическая система при подведении к ней сигнала мощностью 15 Вт может работать длительное время без механических повреждений динамических головок. Для недорогой акустики завышенные по сравнению с Hi-Fi динамиками значения мощности в Вт (RMS) получаются вследствие измерения при очень высоких гармонических искажениях, часто до 10%. При таких искажениях слушать звуковое сопровождение практически невозможно из-за сильных хрипов и призвуков в динамической головке.

PMPO (Peak Music Power Output - пиковая музыкальная мощность). В данном случае мощность измеряется подачей кратковременного синусоидального сигнала длительностью менее 1 секунды и частотой ниже 250 Гц (обычно 100 Гц). При этом не учитывается уровень нелинейных искажений. К примеру, мощность динамика равна 500 Вт (PMPO). Этот факт говорит о том, что акустическая система после воспроизведения кратковременного сигнала низкой частоты не имела механических повреждений динамических головок. В народе единицы измерения мощности Вт (PMPO) называют "китайскими ваттами" из-за того, что величины мощности при такой методике измерения достигают тысячи Ватт! Представьте себе - маленькие динамики диаметром 10 см играющие от дешевой балалайки (магнитолы), имеющую электрическую мощность 15 В*А и развивают при этом пиковую музыкальную мощность 1500 Вт (PMPO).

PHC Максимальная (предельная) шумовая (паспортная) мощность (англ. power handling capacity), характеризующая устойчивость акустической системы к тепловым и механическим повреждениям при длительной (в течение 100 ч) работе с шумовым сигналом типа «розовый шум», спектр которого приближается к спектру реальных музыкальных сигналов;

Наравне с западными существуют также советские стандарты на различные виды мощности. Они регламентируются действующими по сей день ГОСТ 16122-87 и ГОСТ 23262-88. Эти стандарты определяют такие понятия, как номинальная, максимальная шумовая, максимальная синусоидальная, максимальная долговременная, максимальная кратковременная мощности. Некоторые из них указываются в паспорте на советскую (и постсоветскую) аппаратуру. В мировой практике эти стандарты, естественно, не используются, поэтому мы не будем на них останавливаться.

Делаем выводы : наиболее важным на практике является значение мощности, указанной в Вт (RMS) при значениях коэффициента гармоник (THD), равного 1% и менее. Однако сравнение изделий даже по этому показателю очень приблизительно и может не иметь ничего общего с реальностью, ведь громкость звука характеризуется уровнем звукового давления. Поэтому, информативность показателя «мощность акустической системы» - нулевая.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ

Чувствительность (SPL ) - один из параметров, указываемых производителем в характеристике акустических систем. Величина характеризует интенсивность звукового давления, развиваемого колонкой на расстоянии 1 метра при подаче сигнала частотой 1000 Гц и мощностью 1 Вт. Измеряется чувствительность в децибелах (дБ) относительно порога слышимости (нулевой уровень звукового давления равен 2*10^-5 Па). Иногда используется обозначение уровень характеристической чувствительности (SPL, Sound Pressure Level). При этом для краткости в графе с единицами измерений указывается дБ/Вт*м либо дБ/Вт^1/2*м (или 2.83В) .
При этом важно понимать, что чувствительность не является линейным коэффициентом пропорциональности между уровнем звукового давления, мощностью сигнала и расстоянием до источника. Многие фирмы указывают характеристики чувствительности динамических головок, измеренные при нестандартных условиях.

Чувствительность - характеристика, более важная при проектировании собственных акустических систем. Если вы не осознаете до конца, что означает этот параметр, то при выборе акустики можно не обращать на чувствительность особого внимания (благо указывается она не часто), если имеется внешний усилитель мощности.

Раньше в спецификациях на акустические системы производители обычно указывали два значения мощности: номинальную, т.е. значение мощности, при котором нормируются гармонические искажения, и музыкальную, которая являлась максимально возможной мощностью звукового сигнала на входе акустической системы, которую она могла выдержать без ее механического повреждения. Значение музыкальной мощности АС лимитируется механической и электрической прочностью громкоговорителей акустической системы.

В последнее время в спецификациях стали указывать диапазон рекомендуемой мощности подключаемого к АС усилителя низкой частоты, например: 25-120 Вт. Верхнее значение мощности, в данном случае 120 Вт, является, по существу, музыкальной мощностью этой акустической системы, превышение которой может привести к ее повреждению. Ну а нижнее значение указывает на минимально допустимую мощность усилителя низкой частоты (в данном случае 25 Вт), совместно с которым данная акустическая система еще способна обеспечить высокое качество звучания.

Слов нет, это весьма удобно и информативно, так как определяет требование к усилителю низкой частоты, работающего с данной АС не только "сверху", но и "снизу", с учетом значений характеристической чувствительности данной акустической системы.

Отметим также, что уровень развиваемой усилителем низкой частоты электрической мощности на ее выходе в значительной степени зависит от входного импеданса акустической системы. 8-омные акустические системы, как правило, звучат тише, чем 4- омные, так как для обеспечения равной электрической мощности усилитель должен в случае 8-омной акустики обеспечить на выходе вдвое большее напряжение. Большинство же усилителей низкой частоты имеют большую выходную мощность на 4-омной нагрузке, чем на 8-омной.

В то же время высокий импеданс 8-онных АС обеспечивает вдвое более высокое значение их коэффициента демпфирования (демпфактор) низким выходным импедансом усилителя, поэтому в общем случае они звучат на басах более четко, чем 4- омная акустика. Этим во многом и объясняется различный характер звучания одной и той же акустической системы с различными типами усилителей. Судите сами, если один из усилителей имеет экстремально низкое значение выходного импеданса (большой демпфактор), этот усилитель будет гораздо лучше демпфировать акустическую систему, чем усилитель с относительно высоким выходным импедансом.

В общем случае звучание акустической системы в дуэте с первым усилителем будет более четким, чем во втором случае. Далее, усилители низкой частоты существенным образом отличаются друг от друга и по их способности выдавать большие значения тока в нагрузку. Хорошие усилители звуковой частоты являются почти идеальными источниками тока и поэтому способны "держать в ежовых рукавицах" даже акустические системы со сложным характером изменения их входного импеданса. Косвенным тестом на "правильность" усилителя звуковой частоты является характер изменения его динамической мощности при изменении нагрузки с 8 до 2 (или даже 1) Ом, приводимые в спецификациях на усилитель.

У лучших моделей усилителей значение электрической мощности удваивается при уменьшении импеданса нагрузки вдвое. Те же модели усилителей, выходная мощность которых "проседает" при уменьшении нагрузки, по всей видимости, не обеспечат хорошего качества звука в паре с "капризными" акустическими системами, входной импеданс которых существенно изменяется в полосе звуковых частот.

А ведь многие типы АС при номинальном значении входного импеданса, скажем, в 8 Ом, могут иметь на некоторых частотах импеданс в 4 или даже в 3 Ом! Вот вам и один из ответов на вопрос, почему одни и те же акустические системы звучат по-разному в составе различных аудиосистем.

Несмотря на весьма распространенное мнение, что на качество акустической системы влияет буквально каждый ее элемент: источник звука, ресивер, усилитель и даже сами акустические провода и кабели, звук издается все-таки только громкоговорителями. Самый распространенный тип этих громкоговорителей – динамические излучатели, которые производят звуковые волны за счет движения электромагнитной головки, что вызывает вибрацию диффузорной мембраны. Эти устройства – динамики – располагаются в широкополосных или низкочастотных колонках, поэтому на их качество при сборке акустической системы следует обращать особое внимание.

Конечно, для большинства пользователей сухие цифры не так важны, как личные впечатления, ощущения от прослушивания той или иной модели колонок. Собственным слухом пользуются даже профессионалы, подкованные в выборе различной звуковой аппаратуры. Но, тем не менее, прежде чем приступать к прослушиванию и финальному выбору колонок для своей акустической системы, широчайший ассортимент устройств необходимо сузить, для чего и нужно тщательно изучить все наиболее важные параметры, которыми характеризуются колонки любого типа. Что же следует знать о колонках, собираясь в магазин аудиотехники?

Основные характеристики колонок

Разрабатывая новую модель колонок, инженеры стремятся наиболее качественно выполнить три условия:

• создание максимально равномерной амплитудно-частотной характеристики колонок;
• согласованность параметров динамических громкоговорителей и усилителей звука;
• формирование широкой диаграммы направленности звуковых волн.

Конструкторские ошибки в подборе фильтров – неправильное разделение ими частот, просто неудачное расположение деталей внутри корпуса, как и неправильный выбор материала и других особенностей коробки – приводят к появлению провалов в амплитудно-частотной характеристике как низкочастотных динамиков, так и фазоинвертора. Иногда недостатки издаваемого диапазона проявляются даже на среднечастотных громкоговорителях и твиттерах, что совершенно недопустимо, так как воспроизведение ими резонансных частот приведет к постоянному появлению искажений и посторонних звуков при работе колонок.

Чтобы избежать каких-либо проблем, при выборе колонок нужно обращать внимание на следующие их характеристики:

• Номинальная, или рабочая, мощность – такой показатель мощности подводимого к динамику сигнала, при котором обеспечивается наиболее чистое воспроизведение звука.
• Максимальная мощность – показатель мощности, при котором достигается наибольшая громкость звука, но отсутствие искажений звуковых волн уже не гарантируется.
• Номинальный импенданс – рабочее сопротивление колонок, измеренное при частоте звука, равной 1 кГц – как правило, этот параметр находится в пределах 4-8 Ом. Важно учитывать, что для обеспечения безопасности функционирования колонок, суммарное сопротивление всех колонок в системе должно равняться или быть меньше, чем сопротивление источника звука. На этот параметр нужно обращать внимание едва ли не в первую очередь, особенно если колонки покупаются отдельно от источника звука, а не представляют собой часть единой акустической системы – например, музыкального центра или домашнего кинотеатра.
• Чувствительность. Представляет собой звуковое давление на барабанную перепонку уха с расстояния в 1 м при мощности звука, равной 1 Вт. Измеряется в децибелах. Напрямую влияет на громкость вместе с мощностью и напрямую от нее зависит. Так, при снижении чувствительности всего на 3 децибела для поддержания той же громкости звуковых волн придется увеличить мощность излучателей в два раза.
• Амплитудно-частотная характеристика – это график, представляющий зависимость давления звука в децибелах от частоты сигнала в герцах. Для получения идеально чистого звука данный график должен представлять собой прямую линию, параллельную горизонтальной оси. Любые проседания на графике выражаются в более или менее серьезных искажениях издаваемого динамическими излучателями звука.
• Частотный диапазон. Разность между максимальной и минимальной частотами, которые способна воспроизводить колонка с помощью всех используемых динамических излучателей. Диапазон может полностью реализовываться одним широкополосным динамиком или разделяться между двумя или тремя излучателями. В таком случае сверхнизкие частоты отходят сабвуферу, а сверхвысокие – твиттеру. Качество воспроизводимых частот напрямую зависит от диаметра динамиков и материалов, использованных при их конструировании.

От этих сугубо физических параметров качество звука зависит больше всего, поэтому именно информацию об этих показателях нужно узнавать в первую очередь. Конечно, по большей части все это относится только к первоклассным колонкам из средней и высокой ценовой категории. При покупке простых колонок, тем более портативных, ничто, кроме мощности, смысла особого не имеет и даже, как правило, не указывается производителями в спецификациях той или иной модели.

На что же еще стоит обращать внимание при покупке колонок?

Общие характеристики

Более общие параметры колонок помогут понять, будет ли удобно пользоваться данными устройствами.

Тип системы

Существуют аналоговые и цифровые, стерео и многоканальные акустические системы. Определить первую характеристику можно по типу используемых для соединения элементов системы кабелей и разъемов:

• аналоговые системы низкой категории объединяются при помощи стандартных разъемов диаметром 3,5 мм (миниджек) или акустических двух кабелей с клеммами (красный и черный – по одному на каждый канал);
• передача цифрового звука осуществляется посредством кабелей, присоединяемых к разъемам S/PDIF, HDMI и подобным.

Что же касается количества каналов, на которые разделяется поток звуковой информации звуковой картой, то тут все еще проще. Этот параметр определяется количеством колонок. Это количество может варьироваться в широких количествах, могут комбинироваться следующие типы акустических устройств:

• фронтальные – выводят основные каналы, создающие большую часть звукового наполнения, количество – 2, могут называться стереопарой, формируя акустическую систему 2.0;
• боковые (сателлиты) – дополняют общий звуковой фон;
• задние – создают эффект окружения, показывая дистанцию до источников звука и помогая слуху примерно представить их расположение в пространстве;
• центральная – придает звуку наполненность, используется зачастую для распределения каналов – при этом только эта колонка соединяется со звуковой платой источника звука, а также с помощью этой колонки осуществляется управление акустической системой;
• сабвуфер – специальная колонка больших размеров, наполняющая звук сверхнизкими частотами, находящимися на грани слышимости.

Соответственно, количество каналов может варьироваться от 2 – в системах с двумя фронтальными колонками до 7.1 – в полноценных системах со всеми каналами, включая сателлиты и сабвуфер.

Количество динамиков

Одна колонка может комплектоваться не только одним динамическим излучателем, поскольку такая схема не позволяет полноценно раскрыть весь диапазон звуковых частот. Динамиков в одном корпусе может быть 1, 2, 3 и, в некоторых случаях, даже больше.

• низкочастотный – отвечает за воспроизведение сверхнизкой области звукового спектра – это единственный динамик, имеющийся в сабвуфере, он имеет зачастую очень большие размеры;
• среднечастотный – излучает основной спектр звуков;
• высокочастотный (твиттер) – воспроизводит самые высокие звуки, в пределах 2-20 кГц.

Динамиков любого типа может быть один или два; обычно дополнительный громкоговоритель используется для увеличения мощности звука. Если полный спектр частот лежит на одном динамике, то такая колонка называется широкополосной.

Материалы изготовления

На качество звука весьма косвенно, но все же влияют материалы, из которых изготовлены все элементы колонки.

В первую очередь влияние имеет, конечно, качество диффузорной мембраны. Она может быть изготовлена как из тонкого пластика, так и из простой бумаги – любого материала, способного вибрировать под действием движущейся катушки. В дорогих моделях колонок может использоваться титан.

Не менее важны особенности корпуса. Он должен хорошо поглощать и направлять звуковые волны. Для этого при его изготовлении должен использоваться либо высококачественный пластик, либо древесина средней плотности – ДСП, фанера или ДВП. Кроме того, изнутри стенки корпуса должны быть отделаны звукопоглощающим материалом. В конструкции желательно присутствие фазоинвертора.

Основываясь на знании всех факторов, влияющих на качество издаваемого колонками звука, любой человек сможет подобрать наиболее качественную акустическую систему для своего дома. Но главное, как уже было сказано – полагаться на свой слух, который никогда не обманет.