Модели между собой отличаются по номинальному напряжению, сопротивлению и перегрузке. Современные устройства способны работать в экономном режиме. Подключение балластов осуществляется через контроллеры. Как правило, они применяются электродного типа. Также схема подключения модели предполагает применение переходника.

Стандартная схема устройства

Схемы электронных балластов включают в себя набор трансиверов. Контакты у моделей применяются коммутируемого типа. Обычное устройство состоит из до 25 пФ. Регуляторы в устройствах могут применяться операционного либо проводникового типа. Стабилизаторы в балластах устанавливаются через обкладку. Для поддержания рабочей частоты в устройстве имеется тетрод. Дроссель в данном случае крепится через выпрямитель.

Устройства низкого КПД

Балласт электронный (схема 2х36) низкого КПД подходит для ламп на 20 Вт. Стандартная схема включает в себя набор расширительных трансиверов. Пороговое напряжение у них составляет 200 В. Тиристор в устройствах данного типа используется на обкладке. С перегрузками борется компаратор. У многих моделей используется преобразователь, который работает при частоте 35 Гц. С целью повышения напряжения применяется тетрод. Дополнительно используются переходники для подключения балластов.

Устройства высокого КПД

Электронный балласт (схема подключения показана ниже) имеет один транзистор с выходом на обкладку. Пороговое напряжение элемента равняется 230 В. Для перегрузок используется компаратор, который работает на низких частотах. Данные устройства хорошо подходят для ламп мощностью до 25 Вт. Стабилизаторы довольно часто применяются с переменными транзисторами.

Во многих схемах используются преобразователи, и рабочая частота у них равняется 40 Гц. Однако она может повышаться при возрастании перегрузок. Также стоит отметить, что у балластов используются динисторы для выпрямления напряжения. Регуляторы часто устанавливаются за трансиверами. Операционные налоги выдают частоту не более 30 Гц.

Устройство на 15 Вт

Балласт электронный (схема 2х36) для ламп на 15 Вт собирается с интегральными трансиверами. Тиристоры в данном случае крепятся через дроссель. Также стоит отметить, что есть модификации на открытых переходниках. Они выделяются высокой проводимостью, но работают при низкой частоте. Конденсаторы используются только с компараторами. при работе доходит до 200 В. Изоляторы используются только в начале цепи. Стабилизаторы применятся с переменным регулятором. Проводимость элемента составляет не менее 5 мк.

Модель на 20 Вт

Электрическая схема электронного балласта для ламп на 20 Вт подразумевает применение расширительного трансивера. Транзисторы стандартно используются разной емкости. В начале цепи они устанавливаются на 3 пФ. У многих моделей показатель проводимости доходит до 70 мк. При этом коэффициент чувствительности сильно не снижается. Конденсаторы в цепи используются с открытым регулятором. Понижение рабочей частоты осуществляется через компаратор. При этом выпрямление тока происходит благодаря работе преобразователя.

Если рассматривать схемы на фазовых трансиверах, то там имеется четыре конденсатора. Емкость у них стартует от 40 пФ. Рабочая частота балласта поддерживается на уровне 50 Гц. Триоды для этого используются на операционных регуляторах. Для понижения коэффициента чувствительности можно встретить различные фильтры. Выпрямители довольно часто используются на подкладках и устанавливаются за дросселем. Проводимость балласта в первую очередь зависит от порогового напряжения. Также учитывается тип регулятора.

Схема балласта на 36 Вт

Балласт электронный (схема 2х36) для ламп на 36 Вт имеет расширительный трансивер. Подключение устройства происходит через переходник. Если говорить про показатели балластов, то номинальное напряжение равняется 200 Вт. Изоляторы для устройств подходят низкой проводимости.

Также схема электронного балласта 36W включает в себя конденсаторы емкостью от 4 пФ. Тиристоры довольно часто устанавливаются за фильтрами. Для управления рабочей частотой имеются регуляторы. У многих моделей используется два выпрямителя. Рабочая частота у балластов данного типа максимум равняется 55 Гц. При этом перегрузка может сильно возрастать.

Балласт Т8

Электронный балласт Т8 (схема показана ниже) имеет два транзистора с низкой проводимостью. У моделей используются только контактные тиристоры. Конденсаторы в начале цепи имеются большой емкости. Также стоит отметить, что балласты производятся на контакторных стабилизаторах. У многих моделей поддерживается Коэффициент тепловых потерь составляет около 65 %. Компаратор устанавливается с частотой 30 Гц и проводимостью 4 мк. Триод для него подбирается с обкладкой и изолятором. Включение устройства осуществляется через переходник.

Использование транзисторов MJE13003A

Балласт электронный (схема 2х36) с транзисторами MJE13003A включает в себя только один преобразователь, который находится за дросселем. У моделей используется контактор переменного типа. Рабочая частота у балластов составляет 40 Гц. При этом пороговое напряжение при перегрузках равняется 230 В. Триод в устройствах применяется полюсного типа. У многих моделей имеется три выпрямителя с проводимостью от 5 мк. Недостатком устройства с транзитами MJE13003A можно считать высокие тепловые потери.

Использование транзисторов N13003A

Балласты с данными транзисторами ценятся за хорошую проводимость. У них малый коэффициент тепловых потерь. Стандартная схема устройства включает проводной преобразователь. Дроссель в данном случае используется с обкладкой. У многих моделей низкая проводимость, но рабочая частота равняется 30 Гц. Компараторы для модификаций подбираются на волновом конденсаторе. Регуляторы подходят только операционного типа. Всего в устройстве имеется два реле, а контакторы устанавливаются за дросселем.

Использование транзисторов КТ8170А1

Балласт на транзисторе КТ8170А1 состоит из двух трансиверов. У моделей имеется три фильтра для импульсных помех. За включение трансивера отвечает выпрямитель, который работает при частоте 45 Гц. У моделей используются преобразователи только переменного типа. Они работают при пороговом напряжении 200 В. Данные устройства замечательно подходят для ламп на 15 Вт. Триоды в контроллерах используются выходного типа. Показатель перегрузки может меняться, и это в первую очередь связано с пропускной способностью реле. Также надо помнить о емкости конденсаторов. Если рассматривать проводные модели, то вышеуказанный параметр у элементов не должен превышать 70 пФ.

Использование транзисторов КТ872А

Принципиальная схема электронного балласта на транзисторах КТ872А предполагает использование только переменных преобразователей. Пропускная способность составляет около 5 мк, но рабочая частота может меняться. Трансивер для балласта подбирается с расширителем. У многих моделей используется несколько конденсаторов разной емкости. В начале цепи применяются элементы с обкладками. Также стоит отметить, что триод разрешается устанавливать перед дросселем. Проводимость в таком случае составит 6 мк, а рабочая частота не будет выше 20 Гц. При напряжении 200 В перегрузка у балласта составит около 2 А. Для решения проблем с пониженной чувствительностью используются стабилизаторы на расширителях.

Применение однополюсных динисторов

Электронный балласт (2х36 схема) с однополюсными динисторами способен работать при перегрузке свыше 4 А. Недостатком таких устройств является высокий коэффициент тепловых потерь. Схема модификации включает в себя два трансивера низкой проводимости. У моделей рабочая частота составляет около 40 Гц. Кондукторы крепятся за дросселем, а реле устанавливается только с фильтром. Также стоит отметить, что у балластов имеется проводниковый транзистор.

Конденсатор используется низкой и высокой емкости. В начале цепи применяются элементы на 4 пФ. Показатель сопротивления на этом участке составляет около 50 Ом. Также надо обратить внимание на то, что изоляторы используются только с фильтрами. Пороговое напряжение у балластов при включении равняется примерно 230 В. Таким образом, модели можно использовать для ламп разной мощности.

Схема с двухполюсным динистором

Двухполюсные динисторы в первую очередь обеспечивают высокую проводимость у элементов. Электронный балласт (2х36 схема) производится с компонентами на коммутаторах. При этом регуляторы используются операционного типа. Стандартная схема устройства включает в себя не только тиристор, но и набор конденсаторов. Трансивер при этом используется емкостного типа, и у него высокая проводимость. Рабочая частота элемента составляет 55 Гц.

Основной проблемой устройств является низкая чувствительность при больших перегрузках. Также стоит отметить, что триоды способны работать только при повышенной частоте. Таким образом, лампы часто мигают, а вызвано это перегревом конденсаторов. Чтобы решить эту проблему, на балласты устанавливаются фильтры. Однако они не всегда способны справиться с перегрузками. В данном случае стоит учитывать амплитуду скачков в сети.

Я уже не раз говорил что множество вещей которые нас окружают могли бы быть реализованы гораздо раньше, но почему-то вошли в наш быт совсем недавно. Все мы сталкивались с люминесцентными лампами – такими белыми трубками с двумя штырьками на торцах. Помните, как они раньше включались? Вы нажимаете клавишу, лампа начинает промаргивать и наконец, входит в свой обычный режим. Это реально раздражало, поэтому дома подобные штуковины не ставили. Ставили в общественных местах, на производстве, в офисах, в цехах заводов — они действительно экономичные по сравнению с обычными лампами накаливания. Вот только моргали они с частотой 100 раз в секунду и многие это моргание замечали, что раздражало еще больше. Ну и еще для запуска к каждой лампе полагался пускорегулирующий дроссель, такая себе, железячка с массой под килограмм. Если он был собран недостаточно качественно, то довольно мерзко жужжал, тоже с частотой 100 герц. А если в помещении где вы работаете таких ламп десятки? Или сотни? И все эти десятки синфазно включаются-выключаются 100 раз в секунду и дросселя жужжат, пусть и не все. Неужели это никак не воздействовало?

Но, в наше время можно сказать, что эпоха жужжащих дросселей и моргающих (как при старте, так и при работе) ламп закончилась. Сейчас они включаются сразу и для человеческого глаза их работа выглядит совершенно статичной. Причина – вместо тяжелых дросселей и периодически залипающих стартеров в оборот вошли ЭПРА – электронные пускорегулирующие аппараты. Маленькие и легкие. Однако при одном лишь взгляда на их электрическую схему, возникает вопрос: а что мешало наладить их массовый выпуск еще в конце 70-начале 80х годов? Ведь вся элементная база была уже тогда. Собственно, кроме двух высоковольтных транзисторов там задействованы самые простые детали, буквально копеечной стоимости, которые были и в 40-е годы. Ну ладно СССР, тут производство слабо реагировало на технический прогресс (например, ламповые телеки были сняты с производства только в конце 80-х годов), но на Западе?

Итак, по порядку…

Стандартная схема включения люминесцентной лампы была, как и практически всё в ХХ веке, придумана американцами накануне Второй Мировой войны и включала в себя кроме лампы, уже упоминаемые нами дроссель и стартер. Да, еще параллельно сети вешали конденсатор для компенсации фазового сдвига вносимого дросселем или выражаясь еще более простым языком, для коррекции коэффициента мощности.

Дросселя и стартеры

Принцип работы всей системы довольно хитрый. В момент замыкания кнопки включения по цепи сеть-кнопка-дроссель-первая спирать-стартер-вторая спираль-сеть начинает течь слабый ток – примерно 40-50 мА. Слабый потому, что в начальный момент сопротивление промежутка между контактами стартера достаточно велико. Однако этот слабый ток вызывает ионизацию газа между контактами и начинает резко возрастать. От этого электроды стартера разогреваются, а поскольку один из них биметаллический, то есть состоит из двух металлов с разной зависимостью изменений геометрических параметров от температуры (разным коэффициентом теплового расширения — КТР) то при нагреве пластина из биметалла изгибается в сторону металла с меньшим КТР и замыкается с другим электродом. Ток в цепи резко возрастает (до 500-600 мА), но всё же его скорость роста и конечная величина ограничены индуктивностью дросселя, собственно индуктивность – это и есть свойство препятствовать мгновенному индуктивность тока. Поэтому дроссель в данной схеме официально называется «аппарат пускорегулирующий». Этот большой ток разогревает спирали лампы которые начинают излучать электроны и подогревать газовую смесь внутри баллона. Сама лампа наполнена аргоном и парами ртути – это важное условие возникновения стабильного разряда. Само собой, что при замыкании контактов в стартере прекращается разряд в нем. Весь описанный процесс на самом деле занимает доли секунды.

Теперь начинается самое интересное. Остывшие контакты стартера размыкаются. Но в дросселе уже запасена энергия равная половина произведения его индуктивности на квадрат тока. Она не может мгновенно исчезнуть (см. выше про индуктивность), а потому вызывает появление в дросселе ЭДС самоиндукции (проще говоря – импульса напряжения примерно в 800-1000 вольт для 36-ваттной ламы в 120 см. длиной). Складываясь с амплитудным сетевым напряжением (310 В), оно создает на электродах лампы напряжение достаточное для пробоя – то есть для возникновения разряда. Разряд в лампе создает ультрафиолетовое свечение паров ртути, а оно в свою очередь воздействует на люминофор и заставляет его светиться в видимом спектре. При этом еще раз напомним, дроссель, имея индуктивное сопротивление, препятствует неограниченному возрастанию тока в лампе, что привело бы к ее разрушению или срабатыванию защитного автомата в вашем жилище или другом месте где эксплуатируются подобные лампы. Заметим, что лампа не всегда зажигается с первого раза, иногда нужно несколько попыток чтобы она вошла в устойчивый режим свечения, то есть те процессы которые мы описали, повторяются 4-5-6 раз. Что, действительно, довольно неприятно. После того как лампа вошла в режим свечения ее сопротивление становится значительно меньшим чем сопротивление стартера поэтому его можно вытащить, лампа при этом будет продолжать светиться. Ну и еще, если вы разберете стартер, то увидите что параллельно его выводам подключен конденсатор. Он нужен для ослабление радиопомех создаваемых контактом.

Итак, если совсем кратко и без углубления в теорию, скажем, что включается люминесцентная лампа большим напряжением, а удерживается в светящемся состоянии значительно меньшим (например включается при 900 вольтах, светится при 150). То есть любое устройство включения люминесцентной лампы – это устройство создающее большое напряжение включения на ее концах, а после зажигания лампы уменьшающее его до определенной рабочей величины.

Эта американская схема включения была фактически единственной и только лет 10 назад ее монополия стала стремительно рушиться – на рынок массово вошли Электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА). Они позволили не просто заменить тяжелые жужжащие дроссели, обеспечить мгновенное включение лампы, но и ввести массу других полезных вещей таких как:

— мягкий пуск ламы – предварительный прогрев спиралей что резко увеличивает срок эксплуатации лампы

— преодоление мерцания (частота питания лампы значительно выше 50 Гц)

— Широкий диапазон входного напряжения 100…250 В;

— понижение энергопотребления (до 30%) при неизменном световом потоке;

— увеличение среднего срока службы ламп (на 50%);

— защиту от скачков напряжения;

— обеспечить отсутствие электромагнитных помех;

— отсутствие бросков коммутационных токов (важно, когда одновременно включается много ламп)

— автоматическое отключением дефектных ламп (это важно, устройства часто бояться работы на холостом ходу)

— КПД качественного ЭПРА — до 97%

— регулирование яркости ламп

Но! Все эти вкусняшки реализованы только в дорогих ЭПРАх. И вообще, не всё так безоблачно. Точнее – может быть всё и было бы безоблачно, если бы схемы ЭПРов сделать по-настоящему надежными. Ведь представляется очевидным, что электронный балласт (ЭПРА) должен быть во всяком случае не менее надежным чем дроссель, особенно если он стоит в 2-3 раза дороже. В «бывшей» схеме состоящей из дросселя, стартера и самой лампы как раз именно дроссель (пускорегулирующий элемент) был самым надежным и, в общем, при качественной сборке мог работать практически вечно. Советские дросселя 60-х годов работают до сих пор, они большие и намотаны довольно толстым проводом. Аналогичные по параметрам импортные дроссели даже таких известных фирм как «Philips» работают не столь надежно. Почему? Вызывает подозрение очень тонкий провод которым они намотаны. Ну и сам сердечник значительно меньше по объему чем у первых советских дросселей, оттого эти дросселя очень сильно нагреваются, что, наверное, тоже влияет на надежность.

Да, так вот, как мне представляется, ЭПРА, во всяком случае дешевые – то есть стоимостью до 5-7 долларов за штуку (что выше чем у дросселя), сделаны заведомо ненадежными. Нет, они могут работать годами и может даже будут работать вечно, но тут как в лотерее – вероятность проигрыша куда выше чем выигрыша. Дорогие ЭПРА сделаны условно-надежными. Почему «условно» мы расскажем чуть позже. Начнем же свой маленький обзор с дешевых. Как по мне, так они составляют 95% покупаемых балластов. А может и почти 100%.

Рассмотрим несколько таких схем. Кстати, все «дешевые» схемы практически одинаковы по конструкции, хотя есть нюансы.

Дешевые электронные балласты (ЭПРА). 95% продаж.

Подобного типа балласты стоимостью в 3-5-7 долларов просто включают лампу. В этом состоит их единственная функция. Никаких других полезных наворотов не имеют. Я срисовал пару схем чтобы объяснить как работает это новомодное чудо, хотя как мы говорили выше, принцип работы такой же как и в «классическом» дроссельном варианте — зажигаем большим напряжением, удерживаем малым. Вот только реализован он по-другому.

Все схемы электронных балластов (ЭПРА) которые я держал в руках – и дешевые и дорогие — представляли собой полумост – различались только варианты управления и «обвязка». Итак, переменное напряжение 220 вольт выпрямляестя диодным мостом VD4-VD7 и сглаживается конденсатором C1. Во входных фильтрах дешевых электронных балластов, из-за экономии цены и места, используются конденсаторы небольшой ёмкости, от которых зависит величина пульсаций напряжения с частотой 100 Гц, притом, что расчет примерно таков: 1 ватт лампы – 1 мкФ емкости фильтра. В этой схеме 5,6 мкФ на 18 ватт, то есть явно меньше чем надо. Оттого (хотя и не только поэтому), кстати, лампа светится визуально тусклее чем от дорогого балласта на ту же мощность.

Дальше через высоокоомный резистор R1 (1,6 МОм) начинает заряжаться конденсатор С4. Когда напряжение на нем превысит порог срабатывания двунаправленного динистора СD1 (примерно 30 вольт), он пробивается и на базе транзистора T2 появляется импульс напряжения. Открытие транзистора дает старт работе полумостового автогенератора образованного транзисторами Т1 и T2 и трансформатором TR1 c управляющими обмотками включенными противофазно. Обычно эти обмотки содержат по 2 витка, а выходная обмотка 8-10 витков провода.

Диоды VD2-VD3 гасят отрицательные выбросы возникающие на обмотках управляющего трансформатора.

Итак, генератор запускается на частоте близкой к резонансной частоте последовательного контура образованного конденсаторами С2, С3 и дросселем С1. Эта частота может быть равна 45-50 кГц, во всяком случае более точно у меня ее измерить не получилось, не было под рукой запоминающего осцилографа. Обратим внимание, что емкость конденсатора С3 включенного между электродами лампы примерно в 8 раз меньше чем емкость конденсатора С2, следовательно, скачек напряжения на нем во столько же раз выше (так как в 8 раз больше емкостное сопротивление – чем выше частота, тем больше емкостное сопротивление на меньшей емкости). Вот почему напряжение такого конденсатора всегда выбирается не менее 1000 вольт. Одновременно по этой же цепи идет и ток, разогревающий электроды. Когда напряжение на конденсаторе С3 достигнет определенной величины, происходит пробой и лампа зажигается. После зажигания ее сопротивление становится значительно меньшим сопротивления конденсатора С3 и он на дальнейшую работу никакого влияния не оказывает. Частота генератора также понижается. Дроссель L1 как и в случае с «классическим» дросселем теперь выполняет функцию ограничения тока, но поскольку лампа работает на высокой частоте (25-30 кГц), то размеры его во много раз меньше.

Внешний вид балласта. Видно, что в плату не впаяны некоторые элементы. Например там, куда я после ремонта впаял токоограничительный резистор, стоит проволочная перемычка.

Еще одно изделие. Неизвестного производителя. Здесь не пожертвовали 2 диода чтобы сделать «искусственный ноль».

«Севастопольская схема»

Есть такое мнение что дешевле чем сделают китайцы не сделает никто. Я тоже был в этом уверен. Уверен до тех пор, пока мне в руки не попали ЭПРА некоего «севастопольского завода» — во всяком случае человек который их продавал, сказал именно так. Рассчитаны они были на лампу 58 W то есть 150 см длины. Нет, не скажу что они не работали или работали хуже чем китайские. Они работали. Лампы от них светились. Но…

Даже самые дешевые китайские балласты (ЭПРА) – это пластмассовый корпус, плата с отверстиями, маска на плате со стороны печатного монтажа и обозначение — где какая деталь со стороны монтажа. «Севастопольский вариант» был лишен всех этих избыточностей. Там плата была одновременно и крышкой корпуса, в плате (по этой причине) не было никаких отверстий, не было никаких масок, никаких нанесенных обозначений, детали были размещены со стороны печатных проводников и всё что можно было выполнено из SMD-элементов, чего я никогда не видел даже в самых дешевых китайских устройствах. Ну и сама схема! Я пересмотрел их великое множество, но никогда не видел ничего похожего. Нет, вроде всё как у китайцев: обычный полумост. Вот только назначение элементов D2-D7 и странное подключение базовой обмотки нижнего транзистора мне решительно непонятно. И еще! Создатели этого чудо-устройства совместили трансформатор полумостового генератора с дросселем! Просто намотали обмотки на Ш-образный сердечник. До такого не додумался никто, даже китайцы. В общем, эту схему проектировали или гении или люди альтернативно-одаренные. С другой стороны, если они так гениальны, ну почему не пожертвовать пару центов для введения токоограничительного резистора предотвращающего бросок тока через конденсатор фильтра? Да и на варистор для плавного разогрева электродов (тоже центы) — могли бы разориться.

В СССР

Приведенная выше «американская схема» (дроссель + стартер + люминесцентная лампа) работает от сети переменного тока частотой 50 герц. А если ток постоянный? Ну, например, лампу надо запитать от аккумуляторов. Тут уже электромеханическим вариантом не обойдешься. Нужно «лепить схему». Электронную. И такие схемы были, например в поездах. Мы все ездили в советских вагонах разной степени комфортности и видели там эти люминесцентные трубки. Но они питались постоянным током напряжением в 80 вольт, такое напряжение выдает вагонный аккумулятор. Для питания была разработана «та самая» схема – полумостовой генератор с последовательной резонансной цепью, а для предотвращения бросков тока через спирали ламп введен терморезистор прямого подогрева ТРП-27 с положительным температурным коэффициентом сопротивления. Схема, надо сказать, отличалась исключительной надежностью, а чтобы переделать ее в балласт для сети переменного тока и использовать в быту, нужно было по сути добавить диодный мост, сглаживающий конденсатор и немного пересчитать параметры некоторых деталей и трансформатора. Единственное «но». Такая штуковина получилось бы довольно дорогой. Я думаю, ее стоимость была бы не меньше 60-70 советских рублей, при стоимости дросселя в 3 рубля. В основном, из-за высокой стоимости в СССР мощных высоковольтных транзисторов. И еще эта схема издавала довольно неприятный высокочастотный писк, не всегда, но иногда его можно было услышать, возможно, со временем менялись параметры элементов (подсыхали конденсаторы) и частота работы генератора понижалась.

Схема питания люминесцентных ламп в поездах в хорошем разрешении

Дорогие электронные балласты (ЭПРА)

В качестве примера простого «дорогого» балласта можно привести изделие фирмы TOUVE. Он работал в системе освещения аквариума, проще говоря – от него питались две ламы зеленого свечения по 36 ватт. Хозяин балласта сказал мне, что эта штука какая-то особенная, специально разработанная для освещения аквариумов и террариумов. «Экологичная». В чем там экологичность я так и не понял, другое дело что этот «экологический балласт» не работал. Вскрытие и анализ схемы показал, что по сравнению с дешевыми она существенно усложнена, хотя принцип – полумост + запуск через тот самый динистор DB3 + последовательная резонансная цепь – сохранен в полном объеме. Поскольку лампы две, то мы видим два резонансных контура T4C22C2 и T3C23C5. Холодные спирали ламп от броска тока защищают терморезисторы PTS1, PTS2.

Правило! Если вы покупаете экономную лампу или вот электронный балласт, проверьте как включается эта самая лампа. Если мгновенно – балласт дешевый, что бы вам там про него не рассказывали. В более менее нормальных, лампа должна включаться после нажатия кнопки примерно через 0,5 секунд.

Дальше. Входной варистор RV защищает конденсаторы фильтра питания от броска тока. Схема оснащена фильтром питания (обведен красным) – он препятствует попаданию высокочастотных помех в сеть. Корректор коэффициента мощности (Power Factor Correction) обведен зеленым контуром, но в данной схеме он собран на пассивных элементах, что отличает ее от самых дорогих и навороченных, где коррекцией управляет специальная микросхема. Об этой важной проблеме (коррекции коэффициента мощности) мы поговорим в одном из следующих статей. Ну и еще добавлен узел защиты в аномальных режимах – в этом случае прекращается генерация путем замыкания тиристором SCR базы Q1 на землю.

Скажем, дезактивация электродов или нарушение герметичности трубки, приводят к возникновению «открытой схемы» (лампа не зажигается), что сопровождаются значительным ростом напряжения на пусковом конденсаторе и ростом тока балласта на частоте резонанса, ограниченными лишь добротностью контура. Длительная работа в этом режиме ведет к повреждению балласта за счет перегрева транзисторов. Вот в этом случае и должна сработать защита — тиристор SCR замыкает базу Q1 на землю прекращая генерацию.

Видно, что данное устройство по размерам гораздо больше чем дешевые балласты, но после ремонта (вылетел один из транзисторов) и восстановления, выяснилось что эти самые транзисторы нагреваются, как мне показалось, сильнее чем надо, примерно до 70 градусов. Почему бы не поставить небольшие радиаторы? Я не утверждаю что транзистор вылетел из-за перегрева, но возможно работа на повышенных температурах (в закрытом корпусе) послужила провоцирующим фактором. В общем, поставил я небольшие радиаторы, благо место есть.

Я купил bluetooth-наушники Motorola Pulse Escape. Звучание в целом понравилось, но остался непонятен один момент. Согласно инструкции, в них имеется переключение эквалайзера. Предположительно, наушники имеют несколько вшитых настроек, которые переключаются по кругу. К сожалению, я не смог определить на слух, какие там настройки и сколько их, и решил выяснить это при помощи измерений.

Итак, мы хотим измерить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) наушников — это график, который показывает, какие частоты воспроизводятся громче, а какие — тише. Оказывается, такие измерения можно произвести «на коленке», без специальной аппаратуры.

Нам понадобится компьютер с Windows (я использовал ноутбук), микрофон, а также источник звука — какой-нибудь плеер с bluetooth (я взял смартфон). Ну и сами наушники, конечно.

(Под катом — много картинок).

Подготовка

Конечно, такой микрофон имеет свою АЧХ (и, забегая вперёд, диаграмму направленности), поэтому сильно исказит результаты измерений, но для поставленной задачи подойдёт, потому что нас интересуют не столько абсолютные характеристики наушников, сколько то, как они изменяются при переключении эквалайзера.

У ноутбука имелся всего один комбинированный аудиоразъём. Подключаем туда наш микрофон:

Тем самым единственный аудиоразъём оказывается занятым, поэтому и нужен дополнительный источник звука. Скачиваем на смартфон специальный тестовый аудиосигнал — так называемый розовый шум. Розовый шум — это звук, содержащий весь спектр частот, причём равной мощности по всему диапазону. (Не путайте его с белым шумом! У белого шума другое распределение мощности, поэтому его нельзя использовать для измерений, это грозит повреждением динамиков).

Настраиваем уровень чувствительности микрофона. Нажимаем правую кнопку мыши на значке громкоговорителя в Windows и выбираем регулировку устройств записи:

Устанавливаем на ноутбук измерительную программу. Я люблю TrueRTA за возможность видеть сразу много графиков на одном экране. (RTA — по-английски АЧХ). В бесплатной демо-версии программа измеряет АЧХ с шагом в октаву (то есть соседние точки измерения отличаются по частоте в 2 раза). Это, конечно, очень грубо, но для наших целей сойдёт.

При помощи скотча закрепляем микрофон около края стола, так чтобы его можно было накрыть наушником:

Измерения

Выставляем границу измерений 20 Hz и количество измерений, скажем, 100. Программа будет автоматически делать указанное количество измерений подряд и усреднять результат, для шумового сигнала это необходимо. Выключаем отображение столбчатых диаграмм, пусть вместо них рисуются графики (кнопка сверху с изображением столбиков, отмечена на следующем скриншоте).

Сделав настройки, производим первое измерение — это будет измерение тишины. Закрываем окна и двери, просим детей помолчать и нажимаем Go:

Теперь будем измерять настоящий тестовый сигнал. Включаем плеер на смартфоне, начав с малой громкости.

Запускаем измерение в TrueRTA кнопкой Go и постепенно прибавляем громкость на смартфоне. Из свободного наушника начинает доноситься шипящий шум, а на экране возникает график. Добавляем громкость, пока график не достигнет по высоте примерно -10...0dBu:

Этот график мы возьмем в качестве эталонного. Наушники получали сигнал по проводу, в этом режиме они работают как пассивные динамики без всяких эквалайзеров, их кнопки не действуют. Занесём график в память номер 1 (через меню View → Save to Memory → Save to Memory 1 или нажав Alt+1). В ячейках памяти можно сохранять графики, а кнопками Mem1..Mem20 в верхней части окна включать или отключать показ этих графиков на экране.

Теперь отсоединяем провод (как от наушников, так и от смартфона) и подключаем наушники к смартфону по bluetooth, стараясь не сдвинуть их на столе.

Теперь переключаем эквалайзер кнопками наушников. Наушники рапортуют бодрым женским голосом «EQ changed». Включаем измерение и, дождавшись стабилизации графика, видим:

На этом, в принципе, можно заканчивать работу и делать вывод: у этих наушников работающего эквалайзера нет . (Теперь понятно, почему его не получалось услышать).

Однако тот факт, что мы не увидели никаких изменений в результатах, огорчает и даже вызывает сомнения в правильности методики. Может, мы измеряли что-то не то?

Бонусные измерения

Мы продолжаем нашу традицию, и публикуем очередную статью из серии "методика тестирования". Подобные статьи служат как общетеоретическим базисом, помогающим читателям получить введение в тему, так и конкретным руководством по интерпретации результатов тестов, полученных в нашей лаборатории. Сегодняшняя статья по методике будет несколько необычной - мы решили посвятить значительную ее часть теории звука и акустических систем. Зачем это нужно? Дело в том, что звук и акустика - практически самая сложная из всех освещаемых нашим ресурсом тематик. И, пожалуй, среднестатистический читатель подкован в этой области меньше, чем, скажем, в оценке разгонного потенциала различных степпингов Core 2 Duo. Мы рассчитываем, что справочные материалы, которые легли в основу статьи, а также непосредственное описание методики измерения и тестирования позволят заполнить некоторые пробелы в знаниях всех любителей хорошего звука. Итак, начнем с основных терминов и понятий, которые обязан знать любой начинающий аудиофил.

Основные термины и понятия

Небольшое введение в музыку

Начнем оригинально: с начала. С того, что звучит через колонки, и о прочих наушниках. Так уж повелось, что среднестатистическое человечье ухо различает сигналы в диапазоне от 20 до 20 000 Гц (или 20 кГц). Этот довольно солидный диапазон в свою очередь делится обычно на 10 октав (можно поделить на любое другое количество, но принято именно 10).

В общем случае октава - это диапазон частот, границы которого вычисляются удвоением или ополовиниванием частоты. Нижняя граница последующей октавы получается удвоением нижней границы предыдущей октавы. Кто знаком с булевой алгеброй, то тому этот ряд покажется странно знакомым. Степени двойки с дописанным нулем в конце в чистом виде. Собственно, зачем нужно знание октав? Оно необходимо для того, чтобы прекратить путаницу в том, что надо называть нижним, средним или еще каким басом и тому подобное. Общепринятый набор октав однозначно определяет, кто есть кто с точностью до герца.

Последняя строка не нумерована. Это связано с тем, что в стандартную десятку октав она не входит. Обратите внимание на столбец "Название 2". Здесь содержатся названия октав, которые выделяются музыкантами. У этих "странных" людей нет понятия глубокого баса, зато есть одна октава сверху - от 20480 Гц. Поэтому такое расхождение в нумерации и названиях.

Теперь можно говорить более предметно о частотном диапазоне акустических систем. Следует начать с неприятной новости: глубокого баса в мультимедийной акустике нет. 20 Гц подавляющее большинство любителей музыки на уровне -3 дБ попросту никогда не слышало. А теперь новость приятная и неожиданная. В реальном сигнале таких частот тоже нет (за некоторым исключением, естественно). Исключением является, например, запись с судейского диска IASCA Competition. Песенка называется "The Viking". Там даже 10 Гц записаны с приличной амплитудой. Этот трек записывали в специальном помещении на огромном органе. Систему, которая отыграет "Викингов", судьи увешают наградами, как новогоднюю елку игрушками. А с реальным сигналом все проще: басовый барабан - от 40 Гц. Здоровенные китайские барабаны - тоже от 40 Гц (есть там среди них, правда, один мегабарабан. Так он аж от 30 Гц начинает играть). Живой контрабас - вообще от 60 Гц. Как можно заметить, 20 Гц здесь не упоминаются. Поэтому можно не расстраиваться по поводу отсутствия настолько низких составляющих. Они для прослушивания реальной музыки не нужны.

На рисунке представлена спектрограмма. На ней две кривые: фиолетовая DIN и зеленая (от старости) IEC. Эти кривые отображают распределение по спектру среднего музыкального сигнала. Характеристика IEC применялась до 60-х годов 20-го века. В те времена предпочитали не издеваться над пищалкой. А после 60-х эксперты обратили внимание на то, что предпочтения слушателей и музыка несколько поменялись. Это отразилось в стандарте великого и могучего DIN. Как видно, высоких частот стало гораздо больше. Но баса не прибавилось. Вывод: не нужно гоняться за супербасистыми системами. Тем более что желанных 20 Гц там все равно не положили в коробку.

Характеристики акустических систем

Теперь, зная азбуку октав и музыки, можно приступить к пониманию АЧХ. АЧХ (амплитудно-частотная характеристика) - зависимость амплитуды колебания на выходе устройства от частоты входного гармонического сигнала. То есть системе подают на вход сигнал, уровень которого принимается за 0 дБ. Из этого сигнала колонки с усилительным трактом делают, что могут. Получается у них обычно не прямая на 0 дБ, а некоторым образом изломанная линия. Самое интересное, кстати, заключается в том, что все (от аудиолюбителей до аудиопроизводителей) стремятся к идеально ровной АЧХ, но "пристремиться" боятся.

Собственно, в чем польза АЧХ и зачем авторы TECHLABS с завидным постоянством стараются замерить эту кривую? Дело в том, что по ней можно установить настоящие, а не нашептанные "злым маркетинговым духом" производителю границы частотного диапазона. Принято указывать, при каком падении сигнала граничные частоты все-таки проигрываются. Если не указано, то считается, что были взяты стандартные -3 дБ. Вот здесь и кроется подвох. Достаточно не указать, при каком падении были взяты значения границы, и можно абсолютно честно указывать хоть 20 Гц - 20 кГц, хотя, действительно, эти 20 Гц достижимы при уровне сигнала, который сильно отличается от положенных -3.

Также польза АЧХ выражается в том, что по ней, хотя и приблизительно, но можно понять, какие проблемы возникнут у выбранной системы. Причем системы в целом. АЧХ страдает от всех элементов тракта. Чтобы понять, как будет звучать система по графику, нужно знать элементы психоакустики. Если коротко, то дело обстоит так: человек разговаривает в пределах средних частот. Поэтому и воспринимает их же лучше всего. И на соответствующих октавах график должен быть наиболее ровным, так как искажения в этой области сильно давят на уши. Также нежелательно наличие высоких узких пиков. Общее правило здесь такое: пики слышны лучше, чем впадины, и острый пик слышен лучше пологого. Подробнее на этом параметре мы остановимся, когда будем рассматривать процесс его измерения.

Фазочастотная характеристика (ФЧХ) показывает изменение фазы гармонического сигнала, воспроизводимого АС в зависимости от частоты. Однозначно может быть вычислена из АЧХ с помощью преобразования Гильберта. Идеальная ФЧХ, говорящая, что система не имеет фазочастотных искажений, прямая, проходящая через начало координат. Акустика с такой ФЧХ называется фазолинейной. Долгое время на эту характеристику не обращали внимания, так как существовало мнение о том, что человек не восприимчив к фазочастотным искажениям. Сейчас же измеряют и указывают в паспортах дорогих систем.

Кумулятивное затухание спектра (КЗС) - совокупность осевых АЧХ (АЧХ, измеренных на акустической оси системы), полученных с определенным временным промежутком при затухании единичного импульса и отраженных на одном трехмерном графике. Таким образом, по графику КЗС можно точно сказать, какие области спектра с какой скоростью будут затухать после импульса, то есть график позволяет выявлять запаздывающие резонансы АС.

Если КЗС имеет много резонансов после верхней середины, то такая акустика субъективно будет звучать "грязно", "с песочком на ВЧ" и т.д.

Импеданс АС - это полное электрическое сопротивление АС, включая сопротивления элементов фильтра (комплексная величина). Это сопротивление содержит в себе не только активное сопротивление, но и реактивные сопротивления емкостей и индуктивностей. Так как реактивное сопротивление зависит от частоты, то и импеданс целиком подчиняется также ей.

Если говорят об импедансе, как о численной величине, начисто лишенной комплексности, то высказываются о его модуле.

График импеданса трехмерный (амплитуда-фаза-частота). Обычно рассматриваются его проекции на плоскости амплитуда-частота и фаза-частота. Если объединить эти два графика, то получится график Боде. А проекция амплитуда-фаза - график Найквиста.

Учитывая то, что импеданс зависит от частоты и не постоянен, по нему можно легко определить, какую сложность представляет собой акустика для усилителя. Также по графику можно сказать, какая это акустика (ЗЯ - закрытый ящик), ФИ (с фазоинвертором), как будут воспроизводиться отдельные участки диапазона.

Чувствительность - см. в параметрах Тиля-Смолла.

Когерентность - согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов во времени. Означает, что сигнал от разных ГГ акустических систем придет к слушателю одновременно, то есть говорит о сохранности фазовой информации.

Значение комнаты прослушивания

Комната прослушивания (в среде аудиофилов часто сокращают до КдП), да и его условия крайне важны. Некоторые ставят КДП на первое место по важности и уж после нее - акустику, усилитель, источник. Это в некоторой степени оправданно, так как комната способна делать все, что угодно, с измеряемыми микрофоном графиками и параметрами. Могут появляться пики или провалы на АЧХ, которых не было на измерениях в заглушенной комнате. Изменится и ФЧХ (вслед за АЧХ), и переходные характеристики. Для того чтобы уяснить, откуда берутся такие изменения, нужно ввести понятие комнатных мод.

Комнатные моды - это красиво названные комнатные резонансы. Звук излучается акустической системой во все стороны. Звуковые волны отражаются от всего, что только есть в комнате. В общем случае поведение звука в отдельно взятой комнате для прослушивания (КДП) абсолютно непредсказуемо. Есть, конечно же, расчеты, позволяющие оценить влияние различных мод на звук. Но они существуют для пустой комнаты с идеализированным покрытием. Поэтому приводить здесь их не стоит, они не имеют практической ценности в бытовых условиях.

Надо, однако, знать, что резонансы и причины их появления напрямую зависят от частоты сигнала. Так, например, низкие частоты возбуждают моды комнаты, которые обусловлены размерами КДП. Гулкость баса (резонанс на 35-100 Гц) - яркий представитель появления резонансов в ответ на сигнал низкой частоты в стандартной комнате 16-20 м 2 . Высокие частоты порождают несколько иные проблемы: появляются дифракция и интерференция звуковых волн, которые делают характеристику направленности АС частотно-зависимой. То есть направленность АС с ростом частоты становится все более узкой. Из этого следует, что максимальный комфорт получит слушатель на пересечении акустических осей колонок. И только он. Все остальные точки пространства недополучат информации или получат ее искаженной тем или иным образом.

Влияние комнаты на АС можно значительно уменьшить, если заглушить КДП. Для этого применяются различные звукопоглощающие материалы - от плотных штор и ковров до специальных плит и хитрых конфигураций стен и потолка. Чем глуше помещение, тем больший вклад вносит в звучание именно АС, а не отражения от любимого компьютерного стола и горшка с геранью.

Рецепты расстановки колонок в комнате

Фирма Vandersteen рекомендует ставить АС вдоль длинной стены комнаты в точках, где наименьшая вероятность возникновения низкочастотных мод. Нужно начертить план комнаты. На плане поделить длинную стену последовательно на три, пять, семь и девять частей, провести соответствующие линии перпендикулярно этой стене. То же самое проделать и с боковой стеной. Точки пересечения этих линий укажут те места, где возбуждение низких частот в комнате минимальное.

Недостаточность баса, отсутствие плотного и четкого баса:

попробуйте подвинуть АС поближе к задней стене;

проверьте, устойчивы ли подставки под АС: при необходимости примените шипы или конусные ножки;

проверьте, насколько тверда стена за АС. Если стена хлипкая и "призвучивает", поставьте АС перед мощной (капитальной) стеной.

Стереокартина не выходит за пределы пространства, ограниченного АС:

подвиньте АС поближе друг к другу.

Отсутствует глубина звукового пространства. В центре между АС нет четкого звукового образа:

подберите оптимальную высоту расположения АС (примените подставки) и вашего положения при прослушивании.

Резкое раздражающее звучание в области средних и высоких частот:

если АС новые, прогрейте их на музыкальном сигнале в течение нескольких дней;

убедитесь, нет ли сильных отражений от боковых стен или от пола перед слушателем.

Искажения

От субъективизма нужно переходить к техническим понятиям. Начать стоит с искажений. Они делятся на две большие группы: линейные и нелинейные искажения . Линейные искажения не создают новых спектральных составляющих сигнала, изменяют только амплитудные и фазовые составляющие. (Искажают АЧХ и ФЧХ соответственно.) Нелинейные искажения вносят изменения в спектр сигнала. Количество их в сигнале представляется в виде коэффициентов нелинейных искажений и интермодуляционных искажений.

Коэффициент нелинейных искажений (КНИ, THD - total harmonic distortion) - это показатель, характеризующий степень отличия формы напряжения или тока от идеальной синусоидальной формы. По-русски: на вход подается синусоида. На выходе она сама на себя не похожа, так как тракт вносит изменения в виде дополнительных гармоник. Степень отличия сигнала на входе и на выходе отражается этим коэффициентом.

Коэффициент интермодуляционных искажений - это проявление амплитудной нелинейности, выраженной в виде модуляционных продуктов, появляющихся при подаче сигнала, состоящих из сигналов с частотами f 1 и f 2 (исходя из рекомендации МЭК 268-5, для измерений берутся частоты f 1 и f 2, такие, что f 1 < f 2 /8. Можно взять и другое соотношение между частотами). Количественно интермодуляционные искажения оценивают по спектральным компонентам с частотами f 2 ±(n-1)f 1 , где n=2,3,… На выходе системы сравнивают количество лишних гармоник и оценивают, какой процент спектра они занимают. Результатом сравнения и является коэффициент интермодуляционного искажения. Если измерения проводятся для нескольких n (обычно 2 и 3 достаточно), то итоговый коэффициент интермодуляционных искажений вычисляется из промежуточных (для разных n) путем взятия квадратного корня из суммы их квадратов.

Мощность

О ней можно говорить очень долго, так как видов измеряемых мощностей динамиков много.

Несколько аксиом:

громкость не зависит только от мощности. Она зависит также от чувствительности самого динамика. А для акустической системы чувствительность определяется чувствительностью самого большого динамика, так как он и есть самый чувствительный;

указанная максимальная мощность не означает, что можно подать ее на систему и колонки будут отлично играть. Все как раз неприятней. Максимальная мощность в течение длительного времени с высокой вероятностью чего-нибудь повредит в динамике. Гарантия производителя! Мощность следует понимать, как недостижимую границу. Только меньше. Не равно и уж тем более - больше;

мало того! При максимальной или близкой к ней мощности система будет играть на редкость плохо, потому что искажения вырастут до совершенно неприличных значений.

Мощность акустической системы бывает электрической и акустической. Акустическую мощность увидеть на коробке с акустикой нереально. Видимо, чтобы не отпугнуть клиента маленькой цифрой. Дело в том, что КПД (коэффициент полезного действия) ГГ (головки громкоговорителя) в очень хорошем случае достигает 1%. Обычное же значение лежит до 0.5%. Таким образом, акустическая мощность системы в идеале может составить одну сотую его электрического потенциала. Все остальное рассеивается в виде тепла, тратится на преодоление упругих и вязких сил динамика.

Основные виды мощностей, которые можно увидеть на акустике, такие: RMS, PMPO. Это электрические мощности.

RMS (Root Mean Squared - среднеквадратичное значение) - усредненное значение подводимой электрической мощности. Мощность, измеренная таким образом, имеет смысловую нагрузку. Измеряется подачей синусоиды с частотой 1000 Гц, ограничена сверху заданным значением КНИ (THD). Обязательно необходимо изучить, какой же уровень нелинейных искажений производитель считал допустимым, чтобы не обмануться. Может оказаться так, что система заявлена в 20 Ватт на канал, но измерения проведены при 10% КНИ. В итоге слушать акустику на данной мощности невозможно. Также на RMS-мощности колонки могут играть длительное время.

PMPO (Peak Music Power Output - пиковая выходная музыкальная мощность). Какая польза от того, узнает ли человек о том, что его система, возможно, перенесет коротенький, меньше секунды, синус низкой частоты с большой мощностью? Тем не менее, производители очень любят этот параметр. Ведь на пластиковых колоночках размером с детский кулачок может стоять гордая цифра 100 Ватт. Здоровые коробки советских С-90 и рядом не валялись! :) Как ни странно, к реальной PMPO такие цифры имеют очень отдаленное отношение. Эмпирическим путем (исходя из опыта и наблюдений) можно получить приблизительно реальные ватты. Возьмем Genius SPG-06 для примера (PMPO-120 Ватт). Надо PMPO разделить на 10 (12 Ватт) и на 2 (число каналов). На выходе - 6 Ватт, что похоже на реальный показатель. Еще раз: этот метод не научный, а основан на наблюдениях автора. Обычно работает. Реально этот параметр не так и велик, а огромные цифры основаны только на бурной фантазии маркетингового отдела.

Параметры Тиля-Смолла

Эти параметры полностью описывают динамик. Есть параметры как конструктивные (площадь, масса подвижной системы), так и неконструктивные (которые следуют из конструктивных). Их всего 15 штук. Для того чтобы примерно представить себе, что за динамик работает в колонке, достаточно четырех из них.

Резонансная частота динамика Fs (Гц) - частота резонанса динамика, работающего без акустического оформления. Зависит от массы подвижной системы и жесткости подвеса. Важно знать, так как ниже резонансной частоты динамик практически не звучит (уровень звукового давления сильно и резко падает).

Эквивалентный объем Vas (литры) - полезный объем корпуса, нужный для работы динамика. Зависит только от площади диффузора (Sd) и гибкости подвеса. Важен потому, что, работая, динамик опирается не только на подвес, но и на воздух внутри ящика. Если давление будет не таким, какое нужно, то не видать идеальной работы динамика.

Полная добротность Qts - соотношение упругих и вязких сил в подвижной системе динамика вблизи частоты резонанса. Чем выше добротность, тем выше упругость в динамике и тем более охотно он звучит на резонансной частоте. Складывается из механической и электрической добротностей. Механическая - это упругости подвеса и гофра центрирующей шайбы. Как ни привычно, но именно гофр оказывает большую упругость, а не внешние подвесы. Механическая добротность - 10-15% полной добротности. Все остальное - электрическая добротность, образованная магнитом и катушкой динамика.

Сопротивление постоянному току Re (Ом). Пояснять особо как-то здесь и нечего. Сопротивление обмотки головки постоянному току.

Механическая добротность Qms - отношение упругих и вязких сил динамика, упругость считается только механических элементов динамика. Складывается из упругости подвеса и гофра центрирующей шайбы.

Электрическая добротность Qes - отношение упругих и вязких сил динамика, упругие силы возникают в электрической части динамика (магнит и катушка).

Площадь диффузора Sd (м 2) - меряется, грубо говоря, линейкой. Никакого тайного смысла не имеет.

Чувствительность SPL (дБ) - уровень звукового давления, развиваемого громкоговорителем. Измеряется на расстоянии 1 метра при подводимой мощности 1 Ватт и частоте 1 кГц (обычно). Чем выше чувствительность, тем громче играет система. В двух- и более полосной системе чувствительность равна SPL самого чувствительного динамика (обычно это басовый лопух).

Индуктивность Le (Генри) - это индуктивность катушки динамика.

Импеданс Z (Ом) - комплексная характеристика, которая появляется не на постоянном токе, а на переменном. Дело в том, что в таком случае, реактивные элементы начинают вдруг сопротивляться току. Сопротивление зависит от частоты. Таким образом, импеданс - отношение комплексной амплитуды напряжения и комплексной силы тока на определенной частоте. (Комплексное сопротивление, зависящее от частоты, другими словами).

Пиковая мощность Pe (Ватт) - это PMPO, которая рассмотрена выше.

Масса подвижной системы Mms (г) - эффективная масса подвижной системы, которая включает в себя массу диффузора и колеблющегося вместе с ним воздуха.

Относительная жесткость Cms (метров/ньютон) - гибкость подвижной системы головки громкоговорителя, смещение под воздействием механической нагрузки (например, пальца, который целится потыкать динамик). Чем больше параметр, тем мягче подвес.

Механическое сопротивление Rms (кг/сек) - активное механическое сопротивление головки. Все, что может оказать механическое сопротивление в головке, сюда входит.

Двигательная мощность BL - значение плотности магнитного потока, умноженного на длину провода в катушке. Также этот параметр называется силовым фактором динамика. Можно сказать, что это та мощность, которая будет действовать на диффузор со стороны магнита.

Все перечисленные параметры тесно взаимосвязаны. Это довольно очевидно из определений. Вот основные зависимости:

Fs растет при увеличении жесткости подвеса и падает с увеличением массы подвижной системы;

Vas уменьшается при увеличении жесткости подвеса и растет с увеличением площади диффузора;

Qts растет при увеличении жесткости подвеса и массы подвижной системы и падает при увеличении мощности BL .

Итак, теперь вы знакомы с базовым теоретическим аппаратом, необходимым для понимания статей по акустическим системам. Перейдем же непосредственно к методике тестирования, которой пользуются авторы нашего портала.

Методика тестирования

АЧХ. Методика измерения и трактовка

В начале данного раздела немного отклонимся от основной темы и объясним, зачем все это делается. Во-первых, мы хотим описать наш собственный метод измерения АЧХ, чтобы у читателя не возникало дополнительных вопросов. Во-вторых, мы подробно расскажем, как воспринимать полученные графики и что можно сказать по приведенным зависимостям, а также чего говорить не стоит. Для начала методика.

Измерительный микрофон Nady CM-100

Наша методика измерения АЧХ вполне традиционна и мало чем отличается от общепринятых принципов проведения подробных экспериментов. Собственно сам комплекс состоит из двух частей: железной и софтовой. Начнем с описания реальных приборов, которые используются в рамках нашей работы. В качестве измерительного микрофона мы применяем высокоточный конденсаторный микрофон Behringer ECM-8000 с круговой диаграммой направленности (всенаправленный), при относительно низкой цене он обладает довольно хорошими параметрами. Так сказать, это "сердце" нашей системы. Данный инструмент разработан специально для использования с современной техникой в составе бюджетных измерительных лабораторий. Также в нашем распоряжении имеется похожий микрофон Nady CM-100. Характеристики обоих микрофонов практически повторят друг друга, однако мы всегда указываем каким микрофоном была измерена та или иная АЧХ. Для примера приведем заявленные технические характеристики микрофона Nady CM-100:

импеданс: 600 Ом;

чувствительность: -40 дБ (0 дБ = 1 В/Па);

частотный диапазон: 20-20000 Гц;

максимальное звуковое давление: 120 дБ SPL;

питание: фантомное 15…48 В.

АЧХ измерительного микрофона

Микрофонный предусилитель M-Audio AudioBuddy

В качестве микрофонного предусилителя мы используем внешнее компактное решение M-Audio AudioBuddy. Предусилитель AudioBuddy разработан специально для применения в области цифровой звукозаписи и оптимизирован для работы с микрофонами, которым необходимо фантомное питание. Плюс к этому в распоряжении пользователя оказываются независимые выходы: балансные или небалансные TRS. Основные параметры предусилителя таковы:

частотный диапазон: 5-50 000 Гц;

микрофонное усиление: 60 дБ;

входное сопротивление микрофонного входа: 1 кОм;

усиление инструментов: 40 дБ;

входное сопротивление инструментального входа: 100 кОм;

питание: 9 В АС, 300 мА.

Звуковая плата ESI Juli@

Для дальнейшего анализа сигнал с выхода усилителя поступает на вход компьютерного аудио интерфейса, в качестве которого используется PCI-плата ESI Juli@. Данное решение смело можно отнести к классу полупрофессиональных устройств или даже профессиональных начального уровня. Основные параметры:

количество I/O: 4 входа (2 аналоговых, 2 цифровых), 6 выходов (2 аналоговых, 4 цифровых);

АЦП/ЦАП: 24-бит/192 кГц;

частотный диапазон: 20 Гц - 21 кГц, +/- 0.5 дБ;

динамический диапазон: АЦП 114 дБ, ЦАП 112 дБ;

входы: 2 аналоговых, 2 цифровых (S/PDIF Coaxial);

выходы: 2 аналоговых, 2 цифровых (S/PDIF Coaxial или Optical);

MIDI: 1 MIDI вход и 1 MIDI выход;

интерфейс: PCI;

синхронизация: MTC, S/PDIF;

драйверы: поддержка EWDM драйвера для Windows 98SE/ME/2000 и XP, MAC OS 10.2 или старше.

В целом, неравномерность тракта всей системы в диапазоне частот 20-20000 Гц лежит в пределах +/- 1…2 дБ, поэтому наши измерения можно считать довольно точными. Основным негативным фактором является то, что все замеры проводятся в среднестатистическом жилом помещении со стандартной реверберацией. Площадь комнаты составляет 34 м 2 , объем - 102 м 3 . Использование безэховой камеры, естественно, повышает точность получаемого результата, однако стоимость такой камеры составляет минимум несколько десятков тысяч долларов, поэтому позволить себе такую "роскошь" могут лишь крупные производители акустических систем или же иные весьма обеспеченные организации. Однако есть в этом и ощутимые плюсы: так, АЧХ в реальном помещении всегда будет далека от АЧХ, которая получена производителем в тестовой камере. Поэтому по нашим результатам мы можем сделать некоторые выводы по взаимодействию конкретной акустики со среднестатистической комнатой. Данная информация тоже очень ценна, ведь любая система будет эксплуатироваться в реальных условиях.

Популярная утилита RightMark Audio Analyzer

Вторым немаловажным моментом является программная часть. В нашем распоряжении есть несколько профессиональных программных комплексов, таких как RightMark Audio Analyzer ver. 5.5 (RMAA), TrueRTA ver. 3.3.2, LSPCad ver. 5.25, и т.д. Как правило, мы используем удобную утилиту RMAA, при условии бесплатного распространения и постоянных обновлений она весьма практична и обеспечивает высокую точность измерений. Фактически, она уже стала стандартом среди тестовых пакетов во всем рунете.

Программа TrueRTA

Измерительный модуль JustMLS программы LSPCad

Казалось бы, любое измерение должно проводиться по строго установленным правилам, однако в области акустики данных правил слишком много, и зачастую они несколько расходятся между собой. Например, основные нормы и методы измерения приводятся сразу в нескольких весьма весомых документах: устаревшие ГОСТЫ СССР (ГОСТ 16122-87 и ГОСТ 23262-88), рекомендации МЭК (публикации 268-5, 581-5 и 581-7), немецкий стандарт DIN 45500, а также американские положения AES и EIA.

Свои измерения мы производим следующим образом. Акустическая система (АС) устанавливается в центре комнаты при максимальном удалении от стен и объемных предметов, для инсталляции используется качественная стойка высотой 1 м. Микрофон устанавливается на расстоянии порядка метра на прямой оси. Высота выбирается таким образом, что бы микрофон "смотрел" примерно в центральную точку между динамиками СЧ и ВЧ. Полученная АЧХ называется характеристикой, снятой на прямой оси, и в классической электроакустике считается одним из важнейших параметров. Считается, что верность воспроизведения напрямую зависит от неравномерности АЧХ. Однако об этом читайте чуть ниже. Также мы всегда измеряем угловые характеристики системы. В идеальном случае необходимо получать целый набор зависимостей в вертикальной и горизонтальной плоскостях с шагом 10…15 градусов. Тогда вполне обосновано можно сделать выводы о диаграмме направленности колонок, дать советы по верной расстановке в пространстве. По сути, угловые АЧХ имеют не меньшее значение, нежели АЧХ по прямой оси, поскольку они определяют характер звука, доходящего до слушателя после отражения от стен помещения. По некоторым данным, доля отражений в точке прослушивания достигает 80% и более. Также мы снимаем все возможные характеристики тракта при всех имеющихся частотных регулировках, режимах типа 3D, и т.д.

Упрощенная блок-схема процесса измерений

По этим графикам можно сказать многое…

Субъективное прослушивание

Итак, графики АЧХ получены. Что можно сказать, подробно изучив их? На самом деле сказать можно много, но оценить однозначно систему по данным зависимостям невозможно. Мало того, что АЧХ - это не очень информативная характеристика, и требуется еще целый ряд дополнительных измерений, например, импульсной характеристики, переходной характеристики, кумулятивного затухания спектра, и др., так даже по этим исчерпывающим зависимостям дать однозначную оценку акустики довольно сложно. Веским доказательством тому может служить официально заявление AES (Journal of AES, 1994 год), что субъективная оценка просто необходима для получения полного представления об акустической системе в сумме с объективными измерениями. Иными словами, человек может слышать некий артефакт, а понять, откуда он берется, можно, лишь проведя ряд точных замеров. Иногда измерения помогают выявить несущественный недостаток, который запросто может проскользнуть мимо ушей при прослушивании, и "поймать" его можно, только акцентировав свое внимание именно на этом диапазоне.

Для начала необходимо разбить весь частотный диапазон на характерные участки, чтобы было понятно, о чем идет речь. Согласитесь, когда мы говорим "средние частоты", ведь непонятно, сколько это: 300 Гц или 1 кГц? Посему предлагаем пользоваться удобной разбивкой всего звукового диапазона на 10 октав, описанной в предыдущем разделе.

Наконец, переходим непосредственно к моменту субъективного описания звука. Существуют тысячи терминов для оценки слышимого. Наиболее оптимальным вариантом является использование некой документированной системы. И такая система есть, ее предлагает авторитетнейшее издание с полувековой историей Stereophile. Относительно недавно (в начале 90-х гг. прошлого века) был опубликован акустический словарь Audio Glossary под редакцией Гордона Холта. В словаре изложена трактовка более 2000 понятий, которые тем или иным образом относятся к звуку. Мы предлагаем ознакомиться лишь с малой их частью, которая относится к субъективному описанию звука в переводе Александра Белканова (Журнал "Салон АВ"):

ah-ax (рифмуется с "rah" - Ура). Окраска гласных, вызываемая пиком в АЧХ в районе 1000 Гц.

Airy - воздушность. Относится к ВЧ, звучащим легко, нежно, открыто, с ощущением неограниченного верха. Свойство системы, имеющей очень ровную характеристику на высоких частотах.

aw - (рифмуется с "paw" [ро:] - лапа). Окраска гласных, вызываемая пиком в АЧХ в районе 450 Гц. Стремится подчеркнуть, приукрасить звучание больших медных (тромбон, труба).

Boomy - прочтите слово "бум" с долгим "м". Характеризует избыток среднего баса, зачастую с преобладанием узкой полосы НЧ (очень близко к "one-note-bass" - бас на одной ноте).

Boxy (дословно - "ящичный"): 1) характеризуемый "oh"- окраской гласных, будто внутри ящика говорит голова; 2) используется для описания верхнего баса/нижней середины звучания акустических систем с чрезмерными резонансами стенок корпуса.

Bright, brilliant - яркий, с блеском, сверкающий. Зачастую неверно употребляемый в аудио термин, он описывает степень твердости грани воспроизводимого звука. Яркость относится к энергии, содержащейся в полосе 4-8 кГц. Это не относится к самым верхним частотам. Все живые звуки обладают яркостью, проблема возникает лишь при ее избыточности.

Buzz - жужжащий НЧ звук, имеющий пушистый из-за некоторой неопределенности или усаженный остриями характер.

Chesty - от chest (грудная клетка). Резко выраженная плотность или тяжесть при воспроизведении мужского голоса из-за чрезмерной энергии в верхнем басе/нижней части СЧ.

Closed-in (дословно - спрятанный, закрытый). Нуждается в открытости, воздухе и хорошей детальности. Закрытое звучание обычно вызвано спадом ВЧ выше 10 кГц.

Cold - холодный, более сильный, чем cool - прохладный. Имеет некоторый избыток ВЧ и ослабленные низкие.

Coloration - окраска. Слышимая "сигнатура", которой воспроизводящая система окрашивает все сигналы, проходящие через нее.

Cool - прохладный. Умеренно лишенный плотности и теплоты вследствие монотонного затухания, начиная с частоты 150 Гц.

Crisp - четкий, ясно очерченный. Точно локализованный и детальный, иногда чрезмерно из-за пика в середине ВЧ диапазона.

Cupped-hands - рупор из ладоней. Окраска с носовым призвуком или в крайнем проявлении - звук через мегафон.

Dark - темный, мрачный (дословно). Теплое, мягкое, чрезмерно богатое звучание. Воспринимается на слух как наклон АЧХ по часовой стрелке во всем диапазоне, так что выходной уровень ослабляется с ростом частоты.

Dip (дословно - погружение, провал). Узкий провал посреди ровной АЧХ.

Discontinuity (дословно - разрыв). Изменение тембра или окраски при переходе сигнала от одной головки к другой в многополосных акустических системах.

Dished, dished-down - в виде блюдца, перевернутого блюдца. Описывает АЧХ с проваленной серединой. В звучании много баса и верхних частот, глубина преувеличена. Восприятие, как правило, безжизненное.

Dry (дословно - сухой). Описывает качество баса: обедненный, скудный, как правило, передемпфированный.

Dull (дословно - тупой, тусклый, скучный, вялый, подавленный). Описывает безжизненное, завуалированное звучание. Такой же, как "soft" - мягкий, но в большей степени. Слышимый эффект спада ВЧ после 5 кГц.

ее - рифмуется с we. Окраска гласных, вызванная пиком в АЧХ в районе 3,5 кГц.

eh - как в "bed". Окраска гласных, вызванная коротким подъемом АЧХ в районе 2 кГц.

Extreme highs - сверхвысокие. Диапазон слышимых частот выше 10 кГц.

Fat (дословно - обильный, богатый, жирный, маслянистый). Слышимый эффект умеренной избыточности среднего и верхнего баса. Чрезмерно теплый, больше "warm".

Forward, forwardness (дословно - выдвинутый на передний план, придвинутость). Качество воспроизведения, создающее впечатление, что источники звука расположены ближе, чем они находились при записи. Как правило, это результат "горба" в среднем диапазоне плюс узкой направленности акустических систем.

Glare (дословно - ослепительный, сверкающий). Неприятное качество жесткости или яркости вследствие чрезмерной энергии нижнего или среднего верха.

Golden (дословно - золотой). Благозвучная окраска, характеризуемая округлостью, богатством, мелодичностью.

Hard (дословно - твердый, жесткий). Стремящийся к стальному, но не столь пронзительный. Часто это результат умеренного "горба" в районе 6 кГц, иногда вызван небольшими искажениями.

Horn sound - рупорный звук, сделанный через рупор. Окраска "aw", присущая многим акустическим системам, имеющим среднечастотный рупорный излучатель.

Hot (дословно - горячий). Резкий резонансный выброс в высоких частотах.

Hum (дословно - жужжание). Непрерывный "зуд" на частотах, кратных 50 Гц. Вызван прониканием основной частоты питания либо его гармоник в тракт воспроизведения.

Humped (дословно - сгорбленный). Характеризует звучание, выдвинутое вперед (по пространственной характеристике). Общее звучание вялое, скудное. Вызвано широким подъемом средних частот и довольно ранним спадом низких и высоких.

ih - как в слове "bit". Окраска гласных, вызванная пиком в АЧХ в районе 3,5 кГц.

Laid-back (дословно - отодвинутый назад, задвинутый). Подавленное, отдаленное звучание, с преувеличенной глубиной, обычно из-за проваленного в виде блюдца среднего диапазона.

Lean - худой, тощий, хилый. Эффект слабого спада АЧХ вниз, начиная с 500 Гц. Выражен слабее, чем "cool" - прохладный.

Light - светлый. Слышимый эффект наклона АЧХ против часовой стрелки относительно середины. Сравни с "dark" - темный.

Loose - рыхлый, болтающийся, неустойчивый. Относится к плохо выраженному/размытому и плохо управляемому басу. Проблемы с демпфированием усилителя или динамических головок/акустического оформления колонок.

Lumpy (дословно - комковатый). Звучание, характеризуемое некоторой прерывностью АЧХ в нижней части, начиная с 1 кГц. Некоторые области кажутся выпяченными, другие - ослабленными.

Muffled - приглушенный. Звучащий очень вяло, тупо, вовсе не имеющий в спектре высоких частот. Результат спада высоких частот выше 2 кГц.

Nasal (дословно - гнусавый, носовой). Звучание похоже на то, если говорить с заложенным или зажатым носом. Похоже на окраску гласного "eh". В акустических системах причиной этого часто является измеряемый пик давления в верхней части среднего диапазона, сопровождаемый последующим провалом.

oh - произношение как в слове "toe". Окраска гласного, вызываемая широким выбросом в АЧХ в районе 250 Гц.

One-note-bass - бас на одной ноте. Преобладание одной низкой ноты - следствие острого пика в нижнем диапазоне. Обычно вызван плохим демпфированием НЧ головки, так же могут проявляться резонансы помещения.

оо - произношение как в слове "gloom". Окраска гласного, вызвана широким выбросом в АЧХ в районе 120 Гц.

Power range - диапазон максимальной энергии. Область частот примерно 200-500 Гц соответствует диапазону мощных инструментов оркестра - медных духовых.

Presence range (дословно - диапазон присутствия). Нижняя часть верхнего диапазона примерно 1 -3 кГц, создающая ощущение присутствия.

Reticent (буквально - сдержанный). Умеренно отодвинутый назад. Описывает звучание системы, АЧХ которой имеет форму блюдца в среднем диапазоне. Противоположно forward.

Ringing (буквально - звон). Слышимый эффект резонанса: окраска, смазанное/размытое звучание, пронзительность, гудение. Имеет природу узкого выброса на АЧХ.

Seamless (дословно - без шва, из единого/цельного куска). Не имеет ощутимых разрывов во всем слышимом диапазоне.

Seismic - сейсмический. Описывает воспроизведение НЧ, при котором создается впечатление, будто дрожит пол.

Sibilance (буквально - свист, шипение). Окраска, подчеркивающая вокальный звук "с". Может быть связана с монотонным подъемом АЧХ от 4-5 кГц либо с широким выбросом в полосе 4-8 кГц.

Silvery - серебристый. Несколько жесткое, но чистое звучание. Флейте, кларнету, альтам придает очерченность, но гонгу, колокольчикам, треугольнику может сообщить навязчивость, чрезмерную резкость.

Sizzly - шипящий, свистящий. Подъем АЧХ в районе 8 кГц, добавляется шипение (присвист) ко всем звукам, особенно к звучанию тарелок и шипящим в вокальных партиях.

Sodden, soggy (буквально - промокший, набухший от воды). Описывает рыхлый и плохо определенный бас. Создает ощущение неясности, неразборчивости в нижнем диапазоне.

Solid-state sound - транзисторное звучание, звук полупроводников. Комбинация звуковых качеств, общая для большинства транзисторных усилителей: глубокий, плотный бас, слегка отодвинутый яркий характер сцены и ясно очерченные, детальные ВЧ.

Spitty (дословно - плюющий, фыркающий, шипящий). Резкая "ts" - окраска, излишне подчеркивающая музыкальные обертоны и шипящие. Похожа на шум поверхности виниловой пластинки. Обычно, результат острого пика АЧХ в области крайних ВЧ.

Steely - стальной, сталистый. Описывает пронзительность, резкость, назойливость. Подобно "hard", но в большей степени.

Thick - жирный, густой, тупой. Описывает промокший/тупой или громоздкий, тяжелый бас.

Thin - жидкий, хилый, истонченный. Очень недостаточный по басу. Результат сильного, монотонного затухания вниз, начиная с 500 Гц.

Tizzy (дословно - волнение, тревога), "zz" и "ff"-окраска звука тарелок и вокальных шипящих, вызванная ростом АЧХ выше 10 кГц. Подобна "wiry", но на более высоких частотах.

Tonal quality - тональное качество. Точность/корректность, с которой воспроизводимый звук повторяет тембры оригинальных инструментов. (Мне кажется, этот термин будет хорошей заменой тембральному разрешению - А. Б.).

Tube sound, tubey - звук, обязанный присутствию ламп в тракте записи/воспроизведения. Комбинация звуковых качеств: сочность (богатство, живость, яркость красок) и теплота, избыток среднего и недостаток глубокого баса. Выпирающее изображение сцены. Верха гладкие, тонкие.

Wiry - жесткий, напряженный. Вызывает раздражение искаженными верхними частотами. Подобен удару щеточек по тарелкам, но способен окрасить все звуки, воспроизводимые системой.

Wooly - вялый, расплывчатый, мохнатый. Относится к болтающемуся, рыхлому, плохо определенному басу.

Zippy - живой, быстрый, энергичный. Незначительное выделение верхних октав.

Итак, теперь, глядя на приведенную АЧХ, можно охарактеризовать звучание одним или несколькими терминами из данного списка. Главное, что термины системные, и даже неопытный читатель может, посмотрев их значение, понять, что хотел сказать автор.

На каком же материале тестируется акустика? При выборе тестового материала мы руководствовались принципом разнообразия (ведь каждый использует акустику в совершенно различных применениях - кино, музыка, игры, не говоря уже про различные вкусы в музыке) и качества материала. В этой связи набор тестовых дисков традиционно включает:

DVD-диски с фильмами и записями концертов в форматах DTS и DD 5.1;

диски с играми для PC и Xbox 360, обладающими качественными саунд-треками;

качественно записанные CD-диски с музыкой различных жанров и направлений;

MP3-диски со сжатой музыкой, материал, который в основном прослушивается на MM-акустике;

специальные тестовые CD и HDCD-диски аудиофильского качества.

Остановимся подробнее на тестовых дисках. Их предназначение - выявлять недостатки акустических систем. Выделяют тестовые диски с тестовым сигналом и с музыкальным материалом. Тестовые сигналы представляют собой сгенерированные реперные частоты (позволяют определить на слух граничные значения воспроизводимого диапазона), белый и розовый шумы, сигнал в фазе и противофазе и так далее. Наиболее интересными нам кажутся популярный тестовый диск FSQ (Fast Sound Quality) и Prime Test CD . Оба этих диска помимо искусственных сигналов содержат фрагменты музыкальный композиций.

Ко второй категории относятся аудифильские диски, содержащие целые композиции, записанные в студиях высочайшего качества и прецизионно сведенные. Мы используем два лицензионных HDCD-диска (записанные с разрядностью 24 бита и частотой семплирования 88 КГц) - Audiophile Reference II (First Impression Music) и HDCD Sampler (Reference Recordings), а также CD-сэмплер классической музыки Reference Classic того же лейбла Reference Recordings.

Audiophile Reference II (диск позволяет оценить такие субъективные характеристики, как музыкальное разрешение, вовлеченность, эмоциональность и эффект присутствия, глубину нюансов звучания различных инструментов. Музыкальный материал диска - классические, джазовые и фольклорные произведения, записанные с высочайшим качеством и спродюссированные известным кудесником звука Уинстоном Ма. На записи можно встретить великолепный вокал, мощные китайские барабаны, глубокий струнный бас и на действительно качественной системе получить настоящее наслаждение от прослушивания.

HDCD Sampler от Reference Recordings содержит симфоническую, камерную и джазовую музыку. На примере его композиций можно отслеживать способность акустических систем строить музыкальную сцену, передавать макро- и микродинамику, натуральность тембров различных инструментов.

Reference Classic демонстрирует нам настоящий конек Reference Recordings - записи камерной музыки. Основное предназначение диска - проверять систему на верность воспроизведения различных тембров и способность к созданию правильного стереоэффекта.

Z-характеристика. Методика измерения и трактовка

Наверняка даже самый неопытный читатель знает, что любая динамическая головка, а, следовательно, и акустическая система в целом обладает постоянным сопротивлением. Данное сопротивление может расцениваться как сопротивление постоянному току. Для бытовой аппаратуры наиболее привычны цифры 4 и 8 Ом. В автомобильной технике зачастую встречаются динамики с сопротивлением 2 Ом. Сопротивление хороших мониторных наушников может достигать сотен Ом. С точки зрения физики данное сопротивление обусловлено свойствами проводника, из которого намотана катушка. Однако динамики, как и наушники, предназначены для работы с переменным током звуковой частоты. Ясно, что с изменением частоты изменяется и комплексное сопротивление. Зависимость, характеризующая это изменение, называется Z-характеристикой. Z-характеристика довольно важна для изучения, т.к. именно с помощью нее можно сделать однозначные выводы о правильности согласования динамика и усилителя, правильности расчета фильтра, и т.д. Для снятия данной зависимости мы используем программный пакет LSPCad 5.25, а точнее - измерительный модуль JustMLS. Его возможности таковы:

Размер MLS (Maximum-Length Sequence): 32764,16384,8192 и 4096

Размер FFT (Fast Fourier Transform): 8192, 1024 и 256 точек, используемых в различных полосах частот

Частота дискретизации: 96000, 88200, 64000, 48000, 44100, 32000, 22050, 16000, 1025, 8000 Гц и выбираемая пользователем Custom (Выбрать).

Окно: Половинное смещение

Внутреннее представление: От 5 Гц до 50000 Гц, 1000 частотных точек с логарифмической периодичностью.

Для измерения необходимо собрать простенькую схему: последовательно с динамиков включается эталонный резистор (в нашем случае С2-29В-1), и сигнал с данного делителя подается на вход звуковой платы. Вся система (динамик/АС+резистор) подключается через усилитель мощности ЗЧ к выходу той же звуковой карты. Мы используем для этих целей интерфейс ESI Juli@. Программа очень удобна тем, что не требует тщательной и долгой настройки. Достаточно откалибровать звуковые уровни и нажать кнопку "Измерить". Через доли секунды мы видим готовый график. Далее происходит его анализ, в каждом конкретном случае мы преследуем разные цели. Так, при изучении низкочастотного динамика нас интересует резонансная частота для проверки правильности выбора акустического оформления. Знание резонансной частоты высокочастотной головки позволяет проанализировать правильность решения разделительного фильтра. В случае пассивной акустики нас интересует характеристика в целом: она должна быть максимально линейной, без резких пиков и провалов. Так, например, акустика, импеданс которой проседает ниже 2 Ом, придется "не по вкусу" практически любому усилителю. Такие вещи следует знать и учитывать.

Нелинейные искажения. Методика измерения и трактовка

Нелинейные искажения (Total Harmonic Distortion, THD) являются важнейшим фактором при оценке акустических систем, усилителей, и т.д. Данный фактор обусловлен нелинейностью тракта, вследствие чего в спектре сигнала появляются дополнительные гармоники. Коэффициент нелинейных искажений (КНИ) рассчитывается как отношение квадрата основной гармоники к корню квадратному из суммы квадратов дополнительных гармоник. Как правило, при расчетах учитывается только вторая и третья гармоника, хотя точность можно повысить, учтя все дополнительные гармоники. Для современных акустических систем коэффициент нелинейных искажений нормируется в нескольких полосах частот. Например, для нулевой группы сложности по ГОСТ 23262—88, требования которого значительно превышают минимальные требования МЭК класса Hi-Fi, коэффициент не должен превышать 1.5% в полосе частот 250-2000 Гц и 1% в полосе 2-6.3 кГц. Сухие цифры, конечно, характеризуют систему в целом, однако фраза "КНИ=1%" еще мало о чем говорит. Яркий пример: ламповый усилитель с коэффициентом нелинейных искажений порядка 10% может звучать намного лучше транзисторного усилителя с тем же коэффициентом менее 1%. Дело в том, что искажения лампы в основном обусловлены теми гармониками, которые экранируются слуховыми порогами адаптации. Поэтому очень важно анализировать спектр сигнала в целом, описывая значения тех или иных гармоник.

Так выглядит спектр сигнала конкретной акустики на контрольной частоте 5 кГц

В принципе посмотреть распределение гармоник по спектру можно любым анализатором, как хардварным, так и софтовым. Без проблем это делают те же программы RMAA или TrueRTA. Как правило, мы используем первую. Тестовый сигнал генерируется с помощью простейшего генератора, используется несколько контрольных точек. Так, например, возросшие на высоких частотах нелинейные искажения значительно уменьшают микродинамику музыкального образа, а система с высокими искажениями в целом может просто-напросто сильно искажать тембральный баланс, хрипеть, иметь посторонние призвуки, и т.д. Также данные измерения позволяют более детально оценить акустику в комплексе с другими измерениями, проверить правильность расчета разделительных фильтров, ведь нелинейные искажения динамика сильно возрастают вне его рабочего диапазона.

Структура статьи

Здесь мы опишем структуру статьи по акустическим системам. Несмотря на то, что мы стараемся сделать прочтение максимально приятным и не втискиваем себя в определенные рамки, статьи составляются с учетом данного плана, для того чтобы структура была четкой и понятной.

1. Введение

Здесь пишется общая информация о компании (если мы впервые знакомимся с ней), общая информация о линейке продукции (если впервые берем на тест), даем очерк состояния рынка на текущий момент. Если предыдущие варианты не подходят - пишем о тенденциях на рынке акустики, в дизайне и т.д. - чтобы было написано 2-3 тысячи символов (в дальнейшем - к). Указывается тип акустики (стерео, объемного звучания, трифоник, 5.1 и т.д.) и позиционирование на рынке - как мультимедиа-игровая для компьютера, универсальная, для прослушивания музыки для домашнего театра начального уровня, пассивная для домашнего театра и т.д.

Тактико-технические характеристики, сведенные в таблицу. Перед таблицей с ТТХ делаем небольшое вступление (например "от акустики стоимостью ХХХ мы вправе ожидать серьезных параметров YYY"). Вид таблицы и набор параметров следующий:

Для систем 2.0

Для систем 2.1

Для систем 5.1

За основу мы берем приведенные таблицы, при наличии дополнительных данных делаем еще графы, графы для которых данных нет, просто убираем. После таблицы с ТТХ небольшие предварительные выводы.

3. Упаковка и комплектация

Описываем комплект поставки и коробку, минимум две фотографии. Тут оцениваем полноту комплекта, описываем характер входящих в комплект кабелей, по возможности оцениваем их сечение/диаметр. Делаем вывод о соответствии комплекта ценовой категории, удобстве и дизайне упаковки. Отмечаем наличие русскоязычного руководства по эксплуатации, его полноту.

4. Дизайн, эргономика и функциональность

Описываем первое впечатление от дизайна. Отмечаем характер материалов, их толщину, добротность. Оцениваем дизайнерские решения с точки зрения потенциального влияния на звук (не забывая добавлять слово "предположительно"). Оцениваем качество изготовления, наличие ножек/шипов, гриля/акустической ткани перед диффузорами. Ищем крепления, возможность установки на стойку/полку/стену.

Описывается эргономика и впечатления от работы с акустикой (исключая прослушивание). Отмечается наличие щелчка при включении, достаточна ли длина проводов, удобно ли пользоваться всеми органами управления. Реализация органов управления (аналоговые ползунки или "крутелки", цифровые валкодеры, тумблеры и т.д.) Несколько фотографий органов управления, ПДУ если есть, фото колонок в обстановке или в сравнении с обычными предметами. Удобство и скорость коммутации, необходимость проверки фазировки, помогает ли инструкция и т.д. Отмечаем эффективность магнитного экранирования (на ЭЛТ-мониторе или телевизоре). Обращаем внимание на дополнительные входы, режимы работы (псевдо-сюрраунд звучание, встроенный FM-тюнер и т.р.), сервисные возможности.

5. Конструкция

Разбираем колонки, если есть сабвуфер - то ещё и его. Отмечаем следующие конструктивные особенности:

Тип акустического оформления (открытое, закрытий ящик, фазоинвертор, пассивный излучать, трансмиссионная линия и т.д.) + общее фото внутреннего строения;

Размеры и внутренний объем корпуса, предположить сочетаемость АО с ГГ;

Расположение головок громкоговорителя (ГГ), способ крепления к акустическому оформлению;

Качество внутреннего монтажа, сборки, крепления + 1-2 фото с деталями внутреннего монтажа;

Наличие механического демпфирования, качество его исполнения и примененные материалы + фото;

Форма и размеры фазоинвертора (если есть), его расположение (предположительное влияние на звук) и вероятные приспособления изготовителя для устранения струйных шумов + фото;

Качество внутренней проводки, наличие защиты от перегрузки, предложения по модернизации;

Используемые ГГ - тип, материал изготовления (бумага, пропитанный шелк, алюминий, пластик и т.д.), характер поверхности диффузора (конический, экспоненциальная поверхность, гофрированный, с "ребрами жесткости" и т.д.) и защитного колпачка (плоский, "акустическая пуля" и т.д.), подвес (резиновый, бумажный и т.д.), степень жесткости подвеса), диаметр катушки, охлаждение у твиттера, маркировка, сопротивление + фото каждой ГГ;

Тип крепления провода к колонкам (безразъемное, винтовые зажимы, пружинные зажимы, под "банан" и т.л.) + фото;

Разъемы для сигнального кабеля - типы, количество, качество исполнения.

Схемами и графиками мы иллюстрируем следующие вещи:

Усилительная микросхема(ы) - таблица с ключевыми характеристиками, их анализ на соответствие ТТХ и динамикам, если есть возможность - привести график зависимости мощности от КНИ и фото, можно фото радиатора;

Трансформатор питания - таблица с токами, тип трансформатора (тор, на Ш-образных пластинах и т.д.) с указанием общей мощности в ВА, выводы о наличии запаса мощности по питанию, наличие фильтра питания и т.д. + фото;

Разделительный фильтр - зарисовываем схему, указываем порядок фильтра (и соответственно ослабление сигнала), делаем вывод об оправданности; применения (при наличии соответствующих измерений), делаем расчет частоты среза в случае если в дальнейшем измеряем резонанс и/или Z-характеристику;

Делаем расчет резонансной частоты фазоинвертора, приводим формулу и обосновываем ее использование.

6. Измерения

Делаем следующие измерения и приводим анализ по каждому из них, делаем предположения по характеру звучания.

Осевая АЧХ колонки с подробным анализом;

АЧХ колонок по углами 30 и 45 градусов, анализ характера дисперсии динамика;

АЧХ сабвуфера (если есть) + суммарная АЧХ систем, анализ качества; согласования трифоника, влияние резонанса фазоинвертора;

Осевая АЧХ в зависимости от регулировок тембра (если есть);

АЧХ у фазоинвертора, анализ;

Спектр гармонических искажений;

АЧХ динамиков по отдельности (например НЧ и ВЧ), если в этом есть необходимость.

7. Прослушивание

Вначале даем первую субъективную оценку характеру звучания, указываем, достаточна ли громкость для различных режимов воспроизведения. Отмечаем особенности работы акустики в каждом из типичных применений - кино (для 5.1 систем делаем упор на качество позиционирования), музыка и игры. Указываем тип помещения для прослушивания, его площадь и объем, а также степень требовательности данной акустики к помещению. Далее мы разбираем звучание колонок, используя описанный выше список характеристик и терминологию. Стараемся избегать субъективных замечаний и при каждой возможности делаем сноску на результат измерений, подтвердивший ту или иную особенность звучания. Вообще весь анализ звучания делается в ключе увязки с измерениями. Обязательно обращается внимание на следующие параметры:

Характер работы акустики в каждом из ключевых диапазонов частот, насколько тот или иной диапазон акцентируется;

Характер и качество стереоэффекта (ширины сцены, позиционирования на ней источников звука и инструментов), для акустики 5.1 отдельно дается оценка пространственного позиционирования. Не забываем правильно расставить акустику (угол на фронтальную пару 45 градусов, расстояние чуть больше стереобазы, тыловая пара вдвое ближе к слушателю, чем фронтальная, все колонки на уровне ушей);

Детальность, прозрачность звучания, "зернистость" (послеимпульсная активность на средних и высоких частотах);

Наличие окраски и её характер в разных диапазонах, тембральный баланс и естественность звучания;

Четкость звуковой атаки (импульсная характеристика) и отдельно - работа сабвуфера (если есть);

Насыщенность сигнала гармониками (теплота или холодность звучания);

Микро- и макродинамика звучания, детальность фоновых звуков, "открытость" или "зажатость" звучания (ширина динамического диапазона, качество переходной характеристики ГГ);

Оптимальные значения регулировок тембра.

Здесь дается общая оценка акустике, в первую очередь, соответствие примененных в ней решений конечному результату и ценовой категории. Оценивается, насколько акустика удачна, перспектива, подходит в качестве "заготовки" для модификаций. Дается список плюсов и минусов системы.

Заключение

Усидчивый читатель, завершив чтение этой статьи, наверняка вынес что-то новое и интересное для себя. Мы не пытались объять необъятное и осветить все возможные аспекты анализа акустических систем и, тем более, теории звука, оставим это профильным изданиям, у каждого из которых свой взгляд на ту грань, где кончается физика и начинается шаманство. Зато теперь все аспекты тестирования акустики авторами нашего портала должны быть предельно ясны. Мы не устаем повторять, что звук - дело субъективное, и руководствоваться при выборе акустики одними тестами нельзя, однако надеемся, что наши обзоры значительно помогут вам. Хорошего вам звука, уважаемые читатели!

Перед тем как подходить к обзору комбиков для игры на улице хотелось бы разобраться с главным. С тем, как формируется звук, который мы слышим?
Звук в процессе формирования проходит примерно такой путь:

Звукосниматель или микрофон --->
предварительный усилитель --->
эквалайзер / набор эффектов --->
усилитель мощности --->
акустическая система.

Акустическая система(динамик) у нас находится на выходе. И хотя на картинке спикер занимает очень мало места - он формирует звук, а значит, во многом и определяет.

Другими словами: если акустическая система хреновая, то какой бы сигнал высокого качества не шел с УМ, мы услышим то, что соизволит передать АС. Стоит отметить, что иногда производители портативных комбиков забывают об этом, устанавливая на свои конструкции совершенно посредственные динамики, которые просто не в состоянии сделать звук качественным и хорошо передать то, что вы играете. Этим недостатком грешат многие комбики.
Однако:

АКУСТИКА В ПЕРВУЮ ОЧЕРЕДЬ ОПРЕДЕЛЯЕТ ЗВУЧАНИЕ СИСТЕМЫ!
И является наиболее важным ее компонентом.
Вообще странно, что в музыкальной среде идёт много разговоров о , дереве и гитарах, наборах эффектов, пред. усилителях и усилителях мощности, проводах, но о динамиках и акустических системах упоминается очень мало.
Для меня же этот вопрос встал, прежде всего, когда стал разбирать проблемы плохого звучания портативной аппаратуры. Основная беда – маленькие невнятные, дешевые динамики с плохой чувствительностью.

В начале 90-х, когда Hi-End впервые стал появляться в России, имела место быть замечательная эмпирическая формула о распределении ресурсов. Выглядела она примерно так: 50% - акустика, 10% - все кабели, 40% - источник и усилитель.
И это в целом верно, т.к. именно правильно выбранная акустика является первоосновой, вокруг которой можно строить свою систему и получить качественный звук.

И так, давайте перейдём к динамикам:

Основные части динамика - магнит, катушка, мембрана(диффузор), рама(корзина, диффузородержатель). Основными составными частями, влияющими на звук, параметры, конфигурацию - назначение являются первые три.
Также хочется упомянуть сразу о параметрах, которые на динамиках указываются и по которым их можно выбрать. (А уж вникнем в суть каждого из них и как каждая часть динамика влияет на него - чуть позже.)

ПАРАМЕТРЫ ДИНАМИКА:

«Чувствительность» - это стандартное звуковое давление (SPL), которое развивает громкоговоритель. Оно измеряется на расстоянии 1 метр при подводимой мощности 1 Ватт на фиксированной частоте (обычно 1 кГц, если в документации на динамик не указано особо).
Чем выше чувствительность акустической системы, тем более громкий звук она способна выдать при заданной подводимой мощности. Имея АС с высокой чувствительностью, можно иметь не слишком мощный усилитель, и напротив, чтобы «раскачать» АС с малой чувствительностью, потребуется усилитель большей мощности.
Численное значение чувствительности, например, 90 дБ/Вт/м, означает, что эта АС способна создать звуковое давление в 90 дБ на расстоянии 1 м от динамика при подводимой мощности 1 Вт. Чувствительность обычных АС лежит в пределах от 84 до 102 дБ. Условно чувствительность 84-88 дБ можно назвать низкой, 89-92 дБ - средней, 94-102 дБ - высокой. Если измерения проводятся в обычном помещении, то к прямому излучению АС примешивается звук, отраженный от стен, повышая уровень звукового давления. Поэтому некоторые компании указывают для своих АС «безэховую» (anechoic) чувствительность, измеренную в безэховой камере. Понятно, что безэховая чувствительность - более «честная» характеристика.

«Диапазон воспроизводимых частот» указывает частотные границы, в пределах которых отклонение звукового давления не превосходит некоторых пределов. Обычно эти пределы указаны в такой характеристике, как «неравномерность АЧХ».

АЧХ - амплитудно-частотная характеристика динамика.
Показывает уровень звукового давления динамика в зависимости от воспроизводимой частоты. Обычно представленна в виде графика. Вот пример АЧХ для динамика Celestion Vintage 30:

«Неравномерность АЧХ» - показывает неравномерность амплитуды в диапазоне воспроизводимых частот. Обычно от 10 до 18 дБ.

(Поправка - да, ± 3дБ - это характеристика АС, необходимая для более «честного» воспроизведения сигнала в указанном диапазоне.)

«Импеданс»(СОПРОТИВЛЕНИЕ) - полное электрическое сопротивление динамика, обычно 4 или 8 Ом. Некоторые динамики имеют импеданс 16 Ом, некоторые - не стандартные значения. 2, 6, 10, 12 Ом.

«Номинальная электрическая мощность» RMS (Rated Maxmum Sinusoidal) - постоянная долговременная подводимая мощность. Обозначает ту мощность, которую громкоговоритель может выдержать в течение продолжительного периода времени без повреждения подвеса диффузора, перегрева звуковой катушки и других неприятностей.

«Пиковая электрическая мощность» - максимальная подводимая мощность. Обозначает ту мощность, которую громкоговоритель может выдержать в течение короткого времени(1-2 секунды) без риска повреждения.

Теперь можно рассмотреть, как каждая из частей динамика влияют на параметры динамика и на звук - в целом. :) Но об этом в следующих статьях.

Другие параметры динамика – такие, как размер и материал мембраны. И их влияние на свойства и звук. Рассмотрим в другой статье.

Кирилл Труфанов
Гитарная мастерская.