Отставание звука низкой частоты, high end, hi-fi, high Fidelity

Статьи и публикации › Несколько слов о «скорости» баса	Дмитрий ЧИНШЕВОЙ
Неоднократно упоминалось о субъективной медлительности, отставании баса от основного сигнала. Особенно остро возникает проблема на стадии состыковки сабвуферов и основных систем.
Предлагаю свою точку зрения на эту проблему. Я вижу две основных причины этого явления:
- неестественная форма АЧХ;
- особенностей типа акустического оформления.
Неестественная форма АЧХ большинства систем с сабвуфером
Этот пункт хочу отметить особо, так как мне кажется, здесь есть первопричина того, почему независимо от типа оформления сабвуфер нарушает «сцену» (фокусировку, локализацию), и тем сильнее, чем выше уровень его громкости по сравнению с громкостью основных акустических систем.
Природный натуральный спектр не имеет того подъема к низким частотам, которого мы добиваемся сабвуферами. Стоит внимательнее прислушаться к грому, прибою, звучанию симфонического оркестра и даже органа, в конце концов, к взрыву, что бы понять это.
Давайте представим себе, что происходит при ударе в барабан (или по струне рояля). К слову именно атака рояля считается самой сложной для воспроизведения аппаратурой. Палочка (колотушка, молоточек) с начальной скоростью соударяется с поверхностью мембраны (струны).

	Начинаются местные мелкие прогибы и волны около пятна касания, только потом вся мембрана (струна) смещается на максимальную амплитуду и появляется основная низкочастотная гармоника. Т. е. атака не начинается с самой низкой гармоники (отмечено звукотехниками, что у большинства инструментов атака начинается со второй и третьей гармоник). Т. е. что мы слышим «вживую»? – отчетливая атака, сопровождаемая низким послезвучием с природно ослабленным давлением.
	Теперь представим АЧХ с подъемом к низу. Начало атаки будет, но низкочастотная составляющая, появляющаяся и так с задержкой по другим физическим причинам, будет акцентирована.
	Т. е. если ударник к примеру работал синхронно с другими музыкантами (синхронным было начало удара!) мы воспримем не столько начало атаки, сколько акцентированный горб на нижней части АЧХ, воспроизводимой сабвуфером.
	Полагаю этот эффект усугубляется еще и бинауральной маскировкой: «Ели источники сигнала совмещены в пространстве (в данном случае источник один – барабан), то более низкий по частоте сигнал маскирует более высокий».

Т. е. «исчезает» звучание гармоник поверхности мембраны. Тот же эффект будет с любым другим музыкальным инструментом. При спадающей же АЧХ маскировка ослабнет, при возрастающей – усугубится.

Вспомните «ударное и быстрое» звучание дискотечных систем. Кажущаяся скорость баса исходит из особенности АЧХ: общий упор на средний бас с сильным горбом на 80-120 Гц с ослабленным нижним басом (ослабленным и подрезанным, посмотрите параметры Тиля-Смолла концертных басовых динамиков 15”: F3 большинства из них в оформлении редко опускается ниже 50 Гц, причем с легким спадом к низу уже от 80-100Гц).

А теперь вспомните звучание сабвуфера в автомобилях, пусть даже верхнего ценового ряда в оформлении ЗЯ или фриэйр. Без комментариев. Не раз в обзорах и тестах отмечалось, что включение сабвуферов в дополнение к основной системе разрушает «сцену» в независимости от стоимости и вида оформления этих сабвуферов.

Но мы прекрасно понимаем, что основные акустические системы воспроизводили материал совершенно одинаково в независимости от наличия сабвуфера. Он не может объективно что-то отнять, украсть. В разрушении «сцены», меньшей детальности и прочих субъективных моментах в данном случае виноват сам механизм нашего восприятия, а не особенности и параметры воспроизводящей аппаратуры. Потому считаю категорически неприемлемой АЧХ с подъемом к низу при воспроизведении «живой» музыки, когда акцент делается на достоверную натуральную передачу материала.

Напрашивается мысль о принципиальной невозможности создания универсальной акустики, способной одновременно передавать достоверно живые инструменты и добиваться «сочной» подачи баса для рок-музыки (в виде подъема на 40-50 Гц).

И еще: при конструировании акустики и настройке системы необходимо учитывать влияние помещения прослушивания, т. к. небольшая комната может создать значительный подъем АЧХ в области ниже 100 Гц, и даже при теоретически правильной АЧХ системы самой по себе бас будет ненатуральный по упомянутым причинам.

Особенности акустического оформления

	Фазоинвертор
	Фазоинвертор является резонатором высокой добротности. А любая резонансная система не выходит на максимальную установившуюся амплитуду с первых полупериодов раскачки!
	Причем чем выше добротность, тем выше время раскачки и успокоения. Отсюда и отставание (при разгоне), и «размазанность» (проглатывание атаки), и «хвостатость» (остановка).
	Расчетная АЧХ ФИ соответствует как раз установившемуся резонансу порта, а при быстром и коротком сигнале он может просто не успеть разогнаться, т. е. проглотить какой-то момент.
	Возможно Онкен звучит натуральнее стандартного ФИ, потому что:
	- не создает подъема самых нижних частот (выше опорной чувствительности);
	- е- результирующая добротность резонансной системы ГД-порт тоже ниже (имею в виду, что ящик намного просторнее стандартного «оптимального» ФИ);го частота настройки ниже (меньшая доля сигнала подвергается интерпретации порта);
	- групповая задержка в области «полезных» частот меньше и более пологая.

TL, TQWP

Все, то же самое касается и трансмиссионных линий (TL) поскольку они являются резонаторами, только основанными на другом физическом принципе.

По TQWP (труба Войта) затрудняюсь сказать что-то определенное, так как это тип «резонансного рупора». По форме АЧХ у TQWP может быть местный подъем на среднем басу, но к нижнему он начнет спадать, что натурально и естественно.

Закрытый ящик

	Традиционно считается, что с точки зрения динамики ЗЯ является одним из лучших видов оформления, к тому же прост в расчете и некритичен к отклонениям от оптимальных расчетных значений.
	Но я вижу некоторые «подводные камни». В первую очередь хочу отметить, что динамики, способные играть нижний бас в ЗЯ разумного размера, как правило, имеют очень большую массу подвижной системы и жесткие резиновые подвесы. Эти подвесы скрывают в себе нелинейности и вязкостные свойства, отрицательно сказывающиеся на звуке. Ну и низкая чувствительность. Кроме того, в них я подозреваю некоторые сюрпризы, на которых обычно не заостряют внимание.
	Математическая модель динамика в ящике – масса, подвешенная на пружине. Однако почему-то не учитывается конечная масса этой «пружины». Возьмем к примеру Scan Speak 254 мм. Масса подвижки 47 гр, ящик 50-60 л. Вспомним физику с химией: воздух 28 гр/моль, любой газ 22,4 л/моль. Получаем массу воздуха в ящике 70 гр!
	Это даже больше чем масса подвижки. Не могу сказать что-то определенное по поводу расчета такой уточненной модели, но заставляет задуматься, т. к. если динамик демпфируется усилителем, то что происходит с колеблющейся воздушной массой после прекращения сигнала? Какова реальная частота и добротность резонанса с учетом массы воздуха в ящике? В системах с высокой чувствительностью и легким диффузором соотношение массы подвижной системы и массы воздуха в ящике будет еще больше.

Еще момент. Ход динамика 5 мм, объем ящика 50 л, площадь диффузора 330 см2. Можно рассчитать силу, приложенную к задней части диффузора при максимальных амплитудах смещения по разности давлений на заднюю и переднюю поверхность. Приводить расчет не стану, получилось около 1,1-1,3 кгс (это в приближении к изотермическому процессу, при адиабатном величина будет большей). Много это или мало?
Можем рассчитать силы инерции и движущую силу катушки, для примера на 50 Гц с ходом в 5 мм. Опять же опущу расчет, получается около 1,8 кгс.

Как видите, величины вполне сопоставимы. (По катушке F=BLI, сила инерции F=Ma, a=2S/t2, с учетом что за 0,25 периода динамик сместится на 5 мм.) Это не имеет отношения к теме задержки, но видимо влияет на модальные режимы излучения динамика.

Еще один момент: работа по ходу сжатия и расширения неодинакова при реальном политропном процессе. Следовательно, сила сопротивления динамику по ходам сжатия-расширения несимметрична.

	Рупор
	С точки зрения динамики рупорный бас считается наиболее быстрым и точным. Что касается «отставания» рупоров - теоретически оно очень малое, но надо принять во внимание
	транспортное запаздывание по длине хода волны вдоль канала (внутри свернутого рупора при тыловом рупоре). Плюс у рупоров «естественная» АЧХ без подъема к самому низу. Транспортное запаздывание можно скомпенсировать физическим расположением излучателей относительно друг друга. Но применение рупоров – особенно басовых – ограниченно их габаритами.
	Здесь еще следует учесть что, как правило, басовые рупоры рассчитывают для излучения в одну восьмую пространства (угол помещения), что ограничивает область применения.
	Для «настоящего баса» размеры рупора очень внушительны, для реального жилого помещения практически нереализуемы. Уменьшенный же компромиссный вариант обладает очень большой неравномерностью АЧХ.

Экран, ОЯ

Теоретически самое музыкальное оформление (не могу судить о рупоре в этом смысле, т. к. не понимаю в достаточной мере физику процесса в нем). Единственное ограничение – прямая зависимость габаритов и нижней граничной частоты. Ну и ассортимент современных динамиков с параметрами, подходящими для данного вида оформления, очень беден. Небольшой всплеск АЧХ щита в виде горба порядка +3дб вполне можно простить.

Следует пересмотреть такую величину, как “acceleration factor” = (BL/sqrtRdc)/Mmc. Часто и повсеместно связывают скорость отклика динамика с такой величиной, как “acceleration factor”. Я же пришел к выводу, что данная величина никак не характеризует субъективное восприятие баса, т. е. не является показателем его субъективной «быстроты или медлительности». Объясню почему. Звуковое давление, развиваемое динамиком, пропорционально его ускорению и площади диффузора. Ускорение пропорционально движущей силе и обратно пропорционально массе подвижки. Т. е. “acceleration factor” является как бы показателем «чувствительности» электромагнитной системы и не более того. Эта величина характеризует ускорение подвижной системы при протекании тока в звуковой катушке (BLI=F, F/M=a). Динамик движется синхронно с током катушки с небольшим фазовым рассогласованием (точно также как ротор электромотора следует за вращающимся магнитным полем).

То есть, здесь нет какого-либо реального временного запаздывания, способного быть воспринятым на слух. Я настаиваю на том, что медлительность появляется тогда, когда переходной процесс разгона растянут во времени, и выход на номинальную амплитуду достигается за некоторое количество периодов раскачки. Именно это и дает эффект медлительности. А за это отвечает добротность. При низком же значении “acceleration factor” мы, как правило, имеем дело с низкой чувствительностью и жесткими подвесами. Возможно, здесь стоит искать причины «ленивого» баса. Выводы.

Вот и остается: либо искать легкий чувствительный динамик для ЗЯ, либо еще лучше…бесконечного экрана, либо строить бескомпромисный рупор с выходным сечением в несколько квадратных метров. Это для натурального звука.

Для рока и тем более танцевальной музыки вполне оправданы ФИ и TL. P. S.

Не претендую на научность и абсолютную достоверность изложенных фактов, но надеюсь, кого-то моя статья подтолкнет к размышлению на эту тему и, возможно, поиску новых путей решения проблемы.

			Все права © 2003-2011. Разрешается использование при условии указания живой ссылки на сайт http://inthouse.ru/	inthouse@list.ru	+7 (926) 906-6548
				jazz012@yandex.ru	+7 (495) 771-2800