Какво е ниво на звука? Обемни единици

Много хора понякога трябваше да се чудят какво точно означава мощността, която е дадена под една или друга форма в паспортите на акустичните системи и звукоусилващото оборудване. Има изненадващо малко материали по тази тема в интернет и в печатни издания, както и малко ясни отговори на въпроси. Ще се опитам по някакъв начин да намаля броя на белите петна в тази област. В диалога ми възникнаха някои по-точни описания на дефиниции, докато се опитвах да обясня по-добре значението им на моя събеседник.

Разнообразието от стандарти, използвани за измерване на изходната мощност на усилвателя и мощността на високоговорителя, може да бъде объркващо за всеки. Ето блок усилвател на реномирана фирма с 35 W на канал, а ето евтин музикален център с лепенка 1000 W. Подобно сравнение очевидно ще предизвика объркване сред потенциалния купувач. Време е да се обърнем към стандартите...

Чужди и международни стандарти и определения

SPL(Ниво на звуково налягане) е нивото на звуково налягане, развивано от високоговорителя. SPL е продукт на относителната чувствителност на системата от високоговорители (звукова система) и подадената електрическа мощност.

Трябва да се има предвид, че слухът е нелинеен инструмент и за да се оцени субективната сила на звука, трябва да се направят корекции на тегловните криви, които на практика се различават не само за различните нива на сигнала, но и за всеки отделен човек.

А-претегляне(weighting curve) - това е кривата на теглото.

Връзка, описваща нивата на звуково налягане при различни честоти, които се възприемат от ухото като еднакво силни. Амплитудно-честотна характеристика на претеглящ филтър, използван при измерване на нивото на звуковото налягане и отчитащ честотните свойства на човешкия слух.

RMSСредно квадратна стойност е средната квадратна стойност на електрическата мощност, ограничена от определеното хармонично изкривяване.

Или по друг начин - максималната (гранична) синусоидална мощност - мощността, при която един усилвател или колона може да работи един час с реален музикален сигнал без физическа повреда. Обикновено 20-25 процента по-високи от DIN.

Мощността се измерва със синусоида при 1 kHz, когато се достигне 10% THD. Изчислява се като произведение на средните стойности на напрежението и тока с еквивалентно количество топлина, създадено от постоянен ток.

За синусоидален сигнал средната квадратична стойност е V2 пъти по-малка от стойността на амплитудата (x 0,707). Като цяло, това е виртуална величина; терминът "rms", строго погледнато, може да се приложи към напрежение или ток, но не и към мощност. Добре известен аналог е ефективната стойност (всеки го знае за мрежата за захранване с променлив ток - това са същите 220 V за Русия).

Ще се опитам да обясня защо това понятие не е много информативно за описание на звуковите характеристики. RMS силата е работата, която произвежда. Тоест има смисъл в електротехниката. И не е задължително да се отнася до синусоида. В случай на музикални сигнали, ние чуваме силните звуци по-добре от слабите. И слуховите органи се влияят повече от стойностите на амплитудата, отколкото от средните квадратични стойности.

Тоест обемът не е еквивалентен на мощност. Следователно средноквадратичните стойности имат смисъл в електромера, но стойностите на амплитудата имат смисъл в музиката. Още по-популисткият пример е честотната характеристика. Спадовете на честотната характеристика са по-малко забележими от върховете. Тоест силните звуци са по-информативни от тихите, а средната стойност ще каже малко.

По този начин стандартът RMS беше един опит да се опишат електрическите параметри на аудио оборудването като потребител на електроенергия.

В усилвателите и акустиката този параметър също, всъщност, има много ограничена употреба - усилвател, който произвежда 10% изкривяване не при максимална мощност (когато настъпи изрязване - ограничаване на амплитудата на усиления сигнал с възникване на специфични динамични изкривявания), все още изглежда .

Преди да достигне максимална мощност, изкривяването на транзисторните усилватели, например, често не надвишава стотни от процента и вече над него се увеличава рязко (ненормален режим). Много акустични системи вече могат да се повредят, ако работят дълго време при това ниво на изкривяване.

За много евтина техника е посочена друга стойност - PMPO, напълно безсмислен и нестандартизиран от никого параметър, което означава, че нашите китайски приятели го мерят както Бог иска. По-точно в папагалите, всеки по свой начин. Стойностите на PMPO често надвишават номиналните стойности с до коефициент 20.

PMPO(Peak Music Power Output) е пиковата краткосрочна музикална мощност, стойност, която означава максималната постижима пикова стойност на сигнала, независимо от изкривяването като цяло, за минимален период от време (обикновено 10 mS, но като цяло, не е стандартизиран), мощността, която високоговорителят може да издържи за 1-2 секунди на сигнал с ниска честота (около 200 Hz) без физическа повреда.

Обикновено 10-20 пъти по-високи от DIN.

Както следва от описанието, параметърът е още по-виртуален и безсмислен за практическа употреба. Съветвам ви да не приемате тези стойности на сериозно и да не разчитате на тях. Ако се случи да закупите оборудване с параметри на мощността, посочени само като PMPO, тогава единственият съвет е да се вслушате в себе си и да определите дали ви подхожда или не.

100 W (PMPO) = 2 x 3 W (DIN)

DINе съкращение от Deutsches Institut für Normung.

Германска неправителствена организация, посветена на стандартизацията за по-добра интеграция на пазара на стоки и услуги в Германия и на международния пазар. Продуктите на тази организация са различни стандарти, покриващи голямо разнообразие от приложения, включително такива, свързани с областта на възпроизвеждането на звук, което е това, което ни интересува тук.

DIN 45500, който описва изискванията за висококачествено звуково оборудване (известен още като Hi-Fi - High Fidelity), включва:

  • DIN 45500-1 Висококачествено аудио оборудване и системи; минимални изисквания за ефективност.
  • DIN 45500-10 Висококачествено аудио оборудване и системи; минимални изисквания за производителност на слушалките.
  • DIN 45500-2 Hi-Fi техника; изисквания за тунер оборудване.
  • DIN 45500-3 Hi-Fi техника; изисквания към оборудването за възпроизвеждане на дискови записи.
  • DIN 45500-4 Висококачествено аудио оборудване и системи; минимални изисквания за ефективност на оборудването за магнитно записване и възпроизвеждане.
  • DIN 45500-5 Висококачествено аудио оборудване и системи; минимални изисквания за производителност на микрофоните.
  • DIN 45500-6 Висококачествено аудио оборудване и системи; минимални изисквания за производителност на усилвателите.
  • DIN 45500-7 Hi-Fi-техника; изисквания към високоговорителите.
  • DIN 45500-8 Hi-Fi техника; изисквания към наборите и системите.

DIN МОЩНОСТ- стойността на изходната мощност при действителния товар (за усилвателя) ​​или подадена (към високоговорителя), ограничена от посочените нелинейни изкривявания. Измерва се чрез подаване на сигнал с честота 1 kHz към входа на устройството за 10 минути. Мощността се измерва, когато достигне 1% THD (нелинейно изкривяване).

Има и други видове измервания, например DIN MUSIC POWER, който описва мощността на музикалния (шум) сигнал. Обикновено посочената стойност на DIN музика е по-висока от тази, дадена като DIN. Приблизително еквивалентна на мощност на синусоида - мощността, при която усилвател или високоговорител може да работи за продължителен период от време със сигнал от розов шум без физическа повреда.

Вътрешни стандарти

В Русия се използват два параметъра на мощността - номинална и синусоидална. Това е отразено в имената на системите от високоговорители и обозначенията на високоговорителите. Освен това, ако преди това се използваше основно номиналната мощност, сега по-често тя е синусоидална. Например високоговорители 35AC впоследствие бяха обозначени като S-90 (номинална мощност 35 W, мощност на синусоида 90 W)

Номинална мощност(GOST 23262-88) е изкуствена стойност, оставя свобода на избор на производителя. Проектантът е свободен да определи номиналната стойност на мощността, съответстваща на най-изгодната стойност на нелинейното изкривяване.

Обикновено посочената мощност се адаптира към изискванията на GOST за класа на сложност с най-добрата комбинация от измерени характеристики. Предназначен както за високоговорители, така и за усилватели. Понякога това води до парадокси - със стъпаловидно изкривяване, възникващо в усилватели от клас AB при ниски нива на звука, нивото на изкривяване може да намалее, когато изходната мощност на сигнала се увеличи до номиналната.

По този начин бяха постигнати рекордни номинални характеристики в спецификациите на усилвателя с изключително ниско ниво на изкривяване при висока номинална мощност на усилвателя. Докато най-високата статистическа плътност на музикалния сигнал е в амплитудния диапазон от 5-15% от максималната мощност на усилвателя.

Вероятно това е причината руските усилватели да са значително по-ниски по отношение на слуха от западните усилватели, чието оптимално изкривяване може да бъде при средни нива на звука, докато в СССР имаше надпревара за минимум хармонични и понякога интермодулационни изкривявания на всяка цена при един номинал (почти максимално) ниво на мощност.

Номинална мощност на шума- това е електрическа мощност, ограничена изключително от термични и механични повреди (например: приплъзване на навивките на звуковата намотка поради прегряване, изгаряне на проводници в местата на огъване или запояване, счупване на гъвкави проводници и др.), когато има розов шум захранвани през коригиращата верига за 100 часа.
Синусоидална мощност- мощността, при която един усилвател или високоговорител може да работи дълго време с реален музикален сигнал без физическа повреда.

Обикновено 2-3 пъти по-висока от номиналната.

Максимална краткотрайна мощност- това е електрическата мощност, която високоговорителите могат да издържат без повреда (проверено по липса на тракане) за кратък период от време.

Розовият шум се използва като тестов сигнал. Сигналът се изпраща към високоговорителя за 2 секунди. Тестовете се провеждат 60 пъти на интервали от 1 минута. Този тип мощност дава възможност да се прецени краткотрайните претоварвания, които високоговорителят може да издържи в ситуации, които възникват по време на работа.

Максимална дълготрайна мощност- това е електрическата мощност, която колоните могат да издържат без повреда за 1 минута.

Тестовете се повтарят 10 пъти с интервал от 2 минути. Тестовият сигнал е същият.

Максималната дългосрочна мощност се определя от нарушаването на топлинната якост на високоговорителите (плъзгане на завоите на гласовата бобина и др.).

Розов шум(използван в тези тестове) е група от сигнали със случаен характер и равномерна спектрална плътност на разпределение на честотата, намаляваща с увеличаване на честотата със спад от 3 dB на октава в целия диапазон на измерване, със зависимостта на средното ниво от честотата под формата 1/f.

Розовият шум има постоянна (с времето) енергия във всяка част от честотната лента.

Бял шуме група от сигнали със случаен характер и еднаква и постоянна спектрална честотна плътност на разпределение.

Белият шум има еднаква енергия във всеки честотен диапазон.

октавае музикална честотна лента, чието крайно честотно съотношение е 2.
Електрическа мощност- това е мощността, разсейвана от омично еквивалентно съпротивление, равно по стойност на номиналното електрическо съпротивление на AC, при напрежение, равно на напрежението на AC клемите.

Тоест при съпротивление, което емулира реално натоварване при същите условия.

Не забравяйте за импеданса на високоговорителя. Най-често на пазара има високоговорители със съпротивление от 4, 6, 8 ома, 2 и 16 ома са по-рядко срещани. Мощността на усилвателя ще варира при свързване на високоговорители с различни импеданси.

Инструкциите на усилвателя обикновено посочват за какъв импеданс на високоговорителя е проектиран или мощността за различни импеданси на високоговорителите. Ако усилвателят позволява работа с високоговорители с различни импеданси, тогава неговата мощност се увеличава с намаляване на импеданса.

Ако използвате високоговорители с импеданс, по-нисък от указания за усилвателя, това може да доведе до прегряване и повреда; ако е по-високо, няма да бъде постигната определената изходна мощност. Разбира се, силата на звука на акустиката се влияе не само от изходната мощност на усилвателя, но и от чувствителността на високоговорителите, но повече за това следващия път.

Основното нещо е да не забравяме, че мощността е само един от параметрите, а не най-важният за получаване на добър звук.


Основни термини и определения

Звук– вид кинетична енергия, която се нарича “” и представлява пулсация на налягането, възникваща във физическата среда по време на преминаването на звукова вълна.

Интензивност на звука– сила на звука, средна за времето енергия, пренесена от звукова вълна през единица площ, перпендикулярна на посоката на разпространение на вълната за единица време.

Сила на звука- субективната стойност на слуховото усещане, която зависи от интензивността на звука и неговата честота. При постоянна честота силата на звука нараства с увеличаване на интензитета. При същата интензивност най-силните звуци са в честотния диапазон 700-6000 Hz. Нулевото ниво на звука съответства на звуково налягане от 20 µPa и интензитет на звука от 10-12 W/m2 при честота от 1 kHz.

Звуково налягане– звукова енергия, която пада върху единица площ, разположена в дадена посока от източника на звук и отдалечена от него на определено разстояние (обикновено 1 m). Звуковото налягане се измерва в паскали (Pa).

Децибел– логаритмична единица от нива, затихвания и усилвания, безразмерна характеристика на носителя, която ви позволява да сравнявате необходимите количества помежду си:

Стойност в децибели = 10 lg (изчислена стойност/референтна (основна) стойност).

Основна информация за звука


В звука могат да се разграничат следните определящи елементи: височина (висока/ниска), интензивност (слаба/силна), тембър (мек, ясен и т.н.). Тембърът, определен от хармониците, формира слуховите усещания, т.е. позволява да се различи един музикален инструмент или глас от друг. Скоростта, с която се разпространява звукът, е тясно свързана с природата (естеството) на еластичните среди. След това ще разгледаме преминаването на звука само през въздуха. Скоростта на звука във въздуха е приблизително 340 m/s и се променя с температурата. За да се изчисли скоростта на звука при различни температури, се използва следната формула:

V – скорост на звука в m/s

°C – температура на въздуха в градуси по Целзий

Ако честотата на звуковите вибрации е между 20 и 20 000 пъти в секунда (Hz), тогава тези вибрации предизвикват слухово усещане в човек. Смята се, че човек чува звуци в честотния диапазон от 16 Hz до 20 kHz, но практически чуваемият диапазон е в диапазона от 100 Hz до 10 kHz (нисък мъжки глас 400 Hz, женски сопран 9 kHz). Съотношението на скоростта на звука към неговата честота е разстоянието, изминато от звуковата вълна за един период, което иначе се нарича дължина на звуковата вълна:


Къде
λ – дължина на вълната
V – скорост на звука, m/s
f – честота, Hz

Пълният период на вълново трептене (звуково налягане) се състои от полупериод на компресия (увеличаване на налягането) и последващ полупериод на разреждане на въздушните молекули (намаляване на налягането). Звуци с по-голяма амплитуда (силни) причиняват повече компресия и изхвърляне на въздушни молекули, отколкото звуци с по-малка амплитуда (тихи).

Има много различни дефиниции на звука в зависимост от контекста:

Звукса еластични вълни, които се разпространяват надлъжно в среда и създават механични вибрации в нея. За да разберем как се разпространяват тези вълни, нека допълним това определение:
Звуке процесът на последователно предаване на вибрационно състояние в еластична среда.

В съвременната физика е установен възглед, в който много процеси се идентифицират с енергията.

Звук- това е вид кинетична енергия, която се нарича "акустична" и представлява пулсация на налягането, която възниква във физическата среда по време на преминаването на звукова вълна. Звукът се разпространява според вълновите закони, следователно такива общи физически понятия като интерференция и дифракция са приложими към него. Резултатът от смущението може да бъде както повишаване, така и намаляване на нивото на звука, например при добавяне на един и същ сигнал, но с различно фазиране. При изчисляване на параметрите на звуковото поле в открити пространства трябва да се вземат предвид много различни фактори, например влажност, вятър, температура, например при високи температури звукът се разпространява нагоре, а при ниски температури - надолу.

Честотен и динамичен обхват


На фиг. 2.3 показва честотата и динамичните диапазони на различни звукови източници. Фигурата показва, че динамичният диапазон на човешката реч варира от 30 до 100 dB. Ниво от 30 dB съответства на тих разговор, 100 dB на силен писък. Прагът на чуваемост се отнася до минималните стойности на звуковото налягане, при които звукът все още се възприема от човек. Общоприето е, че човек чува сигнали от 1 до 130 dB. Ниво от 1 dB се нарича праг на чуване, 130 dB е праг на болка.


ориз. 2.3 Честота и динамични диапазони
различни източници на звук

Ниво на шум

Един от най-важните параметри при изчисляване на нивото на звуково налягане е нивото на шума. Установено е, че човек е в състояние да (чува) долавя звуци с ниво от 1 dB (20 μPa, 10-12 W/m2), което се нарича праг на чуване. Но това е възможно само при добър слух и при липса на шум. Тъй като в реални условия шум винаги присъства, е възможно да се различи полезна (звукова) информация от фоновия шум, при условие че нивото на звука надвишава нивото на шума с най-малко 3 dB (2 пъти). За добра разбираемост тази разлика трябва да бъде поне 6 dB (4 пъти). В регулаторната документация този марж е 15 dB.


ориз. 2.4 Нива на шум за различни пространства

Анализ на околната среда

Средата, в която работи EMS, трябва да се разглежда като компонент на системата. Задълбоченият анализ на тази среда е определящ фактор при избора на елементи от формираната верига. Двата най-често използвани инструмента за анализ на околната среда са шумомерът, който оценява нивото на околния шум, и нелинейният метър, който показва нивото на изкривяване и влошаване, на което е подложен аудиосигналът. Последният има предавател и приемник, работещи с криптирани сигнали (метод RASTI), за да осигурят стойности на разбираемост за няколко секунди, като се вземе предвид ехтенето на околната среда. Тази стойност се характеризира с „индекс на разбираемост” (между 0 и 1). За обекти, чиято специфика не е критична от гледна точка на акустиката (търговски центрове, офиси, къщи), не е необходимо да се използват по-сложни измервателни уреди.

Реверберация

В акустиката има много различни фактори, които трябва да се вземат предвид при избора и подреждането на аудио оборудване и. Един такъв фактор е реверберацията. Звукът се разпространява по различен начин в затворени или открити пространства. Стените на стаята отразяват звуковите вълни, докато на открито вълните преминават практически без да се сблъскват с никакви препятствия. В затворено пространство, поради отражения, нивото на звука е по-високо. В открито пространство звукът се разпространява почти по права линия. Директният звук е идентичен с оригинала по качество и форма. Отразеният звук, напротив, силно зависи от отразяващата способност на мястото (след неопределен брой отражения той достига до слушателя от всички страни и слушателят не може точно да определи точката на произхода му). Разпространението на звука в този случай става чрез първични и вторични отражения на оригиналния звук от хоризонталните и вертикалните повърхности на помещението. Нивото на отражение зависи до голяма степен от естеството на стените, вида на материала, от който са направени, тяхната гладкост, абсорбционните свойства и вариациите на абсорбцията при различни честоти. Мебелите също могат да играят решаваща роля в предаването на звука, в зависимост от тяхното разположение и капацитет за поглъщане. Слушателят трябва да възприема както директен, така и отразен звук. Времето от момента, в който източникът на звук спира да излъчва, до момента, в който звукът вече не се възприема, се определя като време на реверберация. Беше отбелязано, че всяка среда се характеризира със собствена „музикална окраска“, свързана с разпространението на отразените звуци и времето на реверберация, което характеризира тази среда. Единствената променлива във вече съществуващата структура са мебелите. Най-добри резултати могат да се получат, когато се вземе предвид дизайнът на мебелите, материалът, от който са изработени и разположението им в стаята.

Реверберация- това е явление, което възниква, когато не се чува директен звук от източника, а се отразява от препятствия или смущения от различен тип, срещани по пътя на звуковата вълна. За да се предотврати нежеланото въздействие на отразения звук върху пряката линия, е необходимо последният със закъснение над 50 ms да достигне до слушателя намален с не повече от 10 dB. Времето на реверберация е пропорционално на обема на околното пространство и обратно пропорционално на общото поглъщане на повърхностите, които го изграждат. Отразеният звук, който достига до ухото на слушателя 40-50 ms след директния звук, се разглежда като усилване и оцветяване на оригиналния звук. Отразените звуци, които пристигат със закъснение от 50-80 ms, напротив, изкривяват оригиналния сигнал и могат да причинят загуба на разбираемост.

Обща информация за звуковото налягане

Звуковото налягане е звукова енергия, която пада върху единица площ, разположена в дадена посока от източника на звук и отдалечена от него на определено разстояние (обикновено 1 m). Звуковото налягане се измерва в паскали (Pa).

Ниво на звуково налягане(англ. SPL, Sound Pressure Level) – стойността на звуковото налягане, измерена в относителна скала, отнесена към еталонното налягане Рspl = 20 μPa, съответстващо на прага на чуваемост на синусоидална звукова вълна с честота 1 kHz. SPL се измерва в децибели (dB). Децибелите, за разлика от паскалите, се използват по-често на практика поради по-голямо удобство. Смята се, че човек чува в диапазона 0-120 dB (20 - 20000000 µPa). Таблица 2.2 показва връзката между звуковото налягане в µPa и нивото на звука в dB.

Звуково налягане (µPa) Ниво на звука (dB)
20 0
60 10
200 20
600 30
2.000 40
6.000 50
20.000 60
60.000 70
200.000 80
600.000 90
2.000.000 100
6.000.000 110
20.000.000 120


Таблица 2.2

Зависимост на нивото на звуково налягане от входната мощност

Слухът, подобно на други човешки усещания, възприема въздействието според логаритмичен закон (виж фиг. 2.6). За да се удвои звуковото налягане, не е достатъчно да се удвои броят на източниците на звук или електрическата мощност на високоговорителите, а е необходимо да се увеличи десетократно. Увеличаване на акустичното налягане може да се получи чрез инсталиране на няколко високоговорителя близо един до друг и ориентирани в една и съща посока или за всяко удвояване на мощността на високоговорителя, и в двата случая увеличението (или намаляването) на акустичното налягане ще бъде ±3 dB (ние ще формулира по-точно правило по-късно). За да начертаем зависимостта на нивото на звуковото налягане от подадената мощност, нека се обърнем към теорията. Моментната стойност на звуковото налягане в точка от средата се променя както с времето, така и при преместване в други точки на средата, следователно средната квадратична стойност на това количество, наречено интензитет на звука, е от практически интерес.

Интензивносте потокът от енергия във всяка точка на средата за единица време, преминаващ през единица повърхност (1 m2), която е нормална спрямо посоката на разпространение на звуковата вълна (измерена във W/m2). Интензитетът иначе се нарича звукова мощност. Интензитетът определя силата на звука, който чуваме. Не можем да го измерим директно (особено в затворени пространства), така че на практика тази стойност се свързва с мощността на източника с помощта на логаритмично съотношение.

Силазвук (относително) - остарял термин, описващ количество, подобно на интензитет на звука, но не идентичен с него. Наблюдаваме приблизително същата ситуация за светещи сили(единица - кандела) - подобна стойност радиационна сила(единица - ватна стерадиан).

Интензивността на звука се измерва чрез относителен мащабот праговата стойност, която съответства на интензитет на звука 1 pW/m² при честота на синусоида от 1 kHz и звуково налягане 20 µPa. Сравнете това определение с определението на единицата за интензитет на светлината: „ канделаравен на интензитета на светлината, излъчвана в дадена посока от монохроматичен източник, с честота на излъчване 540 THz и интензитет на излъчване в тази посока 1/683 W/sr.

Тази версия на страницата не е провереноучастници със съответните права. Можете да прочетете най-новото стабилна версия, прегледана на 25 април 2010 г., но може да се различава значително от текущата версия. Изискват се проверки 10 редакции.

Сила на звука- субективен възприятиесила звук(абсолютна стойност на слуховото усещане). Обемът зависи главно от звуково налягане, амплитудиИ честотизвукови вибрации. Също така силата на звука се влияе от неговата честота, спектрален състав, локализация в пространството, тембър, продължителност на излагане на звукови вибрации и други фактори (виж. , ).

Единицата на скалата за абсолютна сила на звука е сънувам . Обемът на 1 син е обемът на непрекъснат чист синусоидален тон с честота 1 kHz, създавайки звуково налягане 2 mPa.

Ниво на звука- относителна стойност. Изразява се в фонове и е числено равно на нивото звуково налягане(В децибели- dB), произведен от синусоида с честота 1 kHzсъщата сила като звука, който се измерва (равна сила на дадения звук).

Зависимост на силата на звука от звуковото налягане и честотата

Фигурата вдясно показва семейство от криви на еднаква сила на звука, наричани още изофони. Те са графики на стандартизирани (международен стандарт ISO 226) зависимости на нивото на звуковото налягане от честотата при дадено ниво на звука. Използвайки тази диаграма, можете да определите нивото на силата на звука на чист тон с всяка честота, като знаете нивото на звуковото налягане, което създава.

оборудване за звуково наблюдение

Например, ако синусоида с честота 100 Hz създава ниво на звуково налягане от 60 dB, тогава чрез изчертаване на прави линии, съответстващи на тези стойности на диаграмата, намираме в пресечната им точка изофон, съответстващ на ниво на звука 50 von. Това означава, че този звук има ниво на звука от 50 фона.

Изофон „0 фон“, обозначен с пунктирана линия, характеризира праг на чуванезвуци с различни честоти за нормално слух.

На практика това, което често представлява интерес, не е нивото на звука, изразено във фонове, а стойността, показваща колко по-силен е даден звук от друг. Друг интересен въпрос е как се сумират обемите на два различни тона. Така че, ако има два тона с различни честоти с ниво от 70 фона всеки, това не означава, че общото ниво на звука ще бъде равно на 140 фон.

Зависимостта на силата на звука от нивото на звуковото налягане (и интензитет на звука) е чисто нелинейна крива; има логаритмичен характер. Когато нивото на звуковото налягане се увеличи с 10 dB (т.е. 10 пъти), силата на звука ще се увеличи 2 пъти. Това означава, че нивата на сила на звука от 40, 50 и 60 von съответстват на обеми от 1, 2 и 4 сона.

  • Сравнително тестване на стерео високоговорители Edifier и Microlab (април 2014 г.)

    • Мощност

    Под думата сила в разговорната реч мнозина означават „мощ“, „сила“. Следователно е съвсем естествено купувачите да свързват мощността с обема: „Колкото повече мощност, толкова по-добре и по-силно ще звучат високоговорителите.“ Това популярно схващане обаче е напълно погрешно! Не винаги е така, че високоговорител с мощност от 100 W ще свири по-силно или по-добре от този с номинална мощност „само“ 50 W. Стойността на мощността по-скоро говори не за обема, а за механичната надеждност на акустиката. същото 50 или 100 W изобщо не е сила на звука, публикувани от рубриката. Самите динамични глави имат ниска ефективност и преобразуват само 2-3% от мощността на подадения към тях електрически сигнал в звукови вибрации (за щастие обемът на произведения звук е напълно достатъчен за създаване на звук). Стойността, посочена от производителя в паспорта на високоговорителя или системата като цяло, показва само, че когато се подаде сигнал с определената мощност, динамичната глава или системата на високоговорителите няма да се повредят (поради критично нагряване и късо съединение на жицата, „захапване” на рамката на бобината, скъсване на дифузора, повреда на гъвкави окачвания на системата и др.).

    По този начин мощността на акустичната система е технически параметър, чиято стойност не е пряко свързана с силата на звука на акустиката, въпреки че е донякъде свързана с нея. Стойностите на номиналната мощност на динамичните глави, пътя на усилвателя и системата на високоговорителите може да са различни. Те са посочени по-скоро за ориентация и оптимално сдвояване между компонентите. Например, усилвател със значително по-ниска или значително по-висока мощност може да повреди високоговорителя в максималните позиции на регулатора на силата на звука и на двата усилвателя: на първия - поради високото ниво на изкривяване, на втория - поради неправилната работа на говорителят.

    Мощността може да се измерва по различни начини и при различни условия на изпитване. Има общоприети стандарти за тези измервания. Нека разгледаме по-отблизо някои от тях, най-често използвани в характеристиките на продукти от западни компании:

    RMS (Номинална максимална синусоидална мощност— задайте максимална синусоидална мощност). Мощността се измерва чрез прилагане на синусоида от 1000 Hz до достигане на определено ниво на хармонично изкривяване. Обикновено в паспорта на продукта е написано така: 15 W (RMS). Тази стойност показва, че системата от високоговорители, когато се захранва с 15 W сигнал, може да работи дълго време без механични повреди на динамичните глави. За мултимедийна акустика се получават по-високи стойности на мощност във W (RMS) в сравнение с Hi-Fi високоговорителите поради измервания при много високо хармонично изкривяване, често до 10%. При такива изкривявания е почти невъзможно да се слуша звукът поради силни хрипове и обертонове в динамичната глава и тялото на високоговорителя.

    PMPO(Пикова музикална мощност Изходна пикова музикална мощност). В този случай мощността се измерва чрез прилагане на краткотрайна синусоида с продължителност под 1 секунда и честота под 250 Hz (обикновено 100 Hz). В този случай нивото на нелинейните изкривявания не се взема предвид. Например, мощността на високоговорителя е 500 W (PMPO). Този факт предполага, че системата от високоговорители след възпроизвеждане на краткотраен нискочестотен сигнал не е имала никакви механични повреди на динамичните глави. Единиците за ватова мощност (PMPO) са популярно наричани „китайски ватове“ поради факта, че стойностите на мощността, използващи тази техника на измерване, достигат хиляди ватове! Представете си - активните високоговорители за компютър консумират 10 VA електрическа мощност от АС мрежата и в същото време развиват пикова музикална мощност от 1500 W (PMPO).

    Наред със западните има и съветски стандарти за различни видове мощност. Те се регулират от GOST 16122-87 и GOST 23262-88, които са в сила и днес. Тези стандарти дефинират понятия като номинален, максимален шум, максимална синусоидална, максимална дългосрочна, максимална краткосрочна мощност. Някои от тях са посочени в паспорта за съветско (и постсъветско) оборудване. Естествено, тези стандарти не се използват в световната практика, така че няма да се спираме на тях.

    Правим изводи: най-важното на практика е стойността на мощността, посочена във W (RMS) при стойности на хармонично изкривяване (THD) от 1% или по-малко. Въпреки това, сравнението на продукти дори по този показател е много приблизително и може да няма нищо общо с реалността, тъй като силата на звука се характеризира с нивото на звуковото налягане. Ето защо информационното съдържание на индикатора „мощност на високоговорителя“ е нула.

    Чувствителност

    Чувствителността е един от параметрите, посочени от производителя в характеристиките на системите за високоговорители. Стойността характеризира интензитета на звуковото налягане, развивано от високоговорителя на разстояние 1 метър при подаване на сигнал с честота 1000 Hz и мощност 1 W. Чувствителността се измерва в децибели (dB) спрямо прага на чуване (нулевото ниво на звуково налягане е 2*10^-5 Pa). Понякога използваното обозначение е характерното ниво на чувствителност (SPL, ниво на звуково налягане). В този случай за краткост в колоната с мерни единици се посочва dB/W*m или dB/W^1/2*m. Важно е да се разбере, че чувствителността не е линеен коефициент на пропорционалност между нивото на звуковото налягане, мощността на сигнала и разстоянието до източника. Много компании посочват характеристиките на чувствителност на динамичните драйвери, измерени при нестандартни условия.

    Чувствителността е характеристика, която е по-важна, когато проектирате вашите собствени системи за високоговорители. Ако не разбирате напълно какво означава този параметър, тогава при избора на мултимедийна акустика за компютър не можете да обърнете специално внимание на чувствителността (за щастие не се посочва често).

    честотна характеристика

    Амплитудно-честотна характеристика (честотна характеристика) в общия случай е графика, показваща разликата в амплитудите на изходния и входния сигнал в целия диапазон на възпроизвежданите честоти. Честотната характеристика се измерва чрез прилагане на синусоидален сигнал с постоянна амплитуда, когато неговата честота се променя. В точката на графиката, където честотата е 1000 Hz, е обичайно да се нанася нивото от 0 dB на вертикалната ос. Идеалният вариант е, при който честотната характеристика е представена с права линия, но в действителност такива характеристики не съществуват в акустичните системи. Когато разглеждате графиката, трябва да обърнете специално внимание на размера на неравностите. Колкото по-голяма е стойността на неравномерността, толкова по-голямо е честотното изкривяване на тембъра в звука.

    Западните производители предпочитат да посочат обхвата на възпроизвежданите честоти, което е „изстискване“ на информация от честотната характеристика: посочени са само граничните честоти и неравномерностите. Да кажем, че пише: 50 Hz - 16 kHz (±3 dB). Това означава, че тази акустична система има надежден звук в диапазона от 50 Hz - 16 kHz, а под 50 Hz и над 15 kHz неравномерността се увеличава рязко, честотната характеристика има така нареченото „блокиране“ (рязък спад на характеристиките ).

    какво значи това Намаляването на нивото на ниските честоти предполага загуба на богатство и наситеност на басовия звук. Повишаването на нискочестотната област предизвиква усещане за бумтене и бръмчене на високоговорителя. При блокиране на високи честоти звукът ще бъде тъп и неясен. Високите честоти показват наличието на дразнещи, неприятни съскащи и свистящи звуци. При мултимедийните високоговорители големината на неравномерността на честотната характеристика обикновено е по-висока, отколкото при така наречената Hi-Fi акустика. Всички рекламни изявления на производителите относно честотната характеристика на високоговорителите от типа 20 - 20 000 Hz (теоретична граница на възможността) трябва да се третират с доста скептицизъм. В същото време често не се посочва неравномерността на честотната характеристика, която може да достигне невъобразими стойности.

    Тъй като производителите на мултимедийна акустика често „забравят“ да посочат неравномерността на честотната характеристика на системата от високоговорители, когато срещнете характеристика на високоговорител от 20 Hz - 20 000 Hz, трябва да държите очите си отворени. Има голяма вероятност да закупите нещо, което дори не осигурява повече или по-малко равномерна реакция в честотната лента 100 Hz - 10 000 Hz. Невъзможно е да се сравни обхватът на възпроизвежданите честоти с различни нередности.

    Нелинейно изкривяване, хармонично изкривяване

    Kg фактор на хармонично изкривяване. Акустичната система е сложно електроакустично устройство, което има нелинейна характеристика на усилване. Следователно сигналът, след преминаване през целия аудио път, задължително ще има нелинейно изкривяване на изхода. Едно от най-очевидните и най-лесни за измерване е хармоничното изкривяване.

    Коефициентът е безразмерна величина. Посочва се като процент или в децибели. Формула за преобразуване: [dB] = 20 log ([%]/100). Колкото по-висока е стойността на хармоничното изкривяване, толкова по-лош е обикновено звукът.

    Теглото на високоговорителите до голяма степен зависи от мощността на подавания към тях сигнал. Следователно е глупаво да се правят задочни заключения или да се сравняват високоговорители само по коефициент на хармонично изкривяване, без да се прибягва до слушане на оборудването. Освен това, за работните позиции на регулатора на звука (обикновено 30..50%), стойността не е посочена от производителите.

    Общо електрическо съпротивление, импеданс

    Електродинамичната глава има определено съпротивление на постоянен ток, в зависимост от дебелината, дължината и материала на жицата в намотката (това съпротивление се нарича още резистивно или реактивно). При подаване на музикален сигнал, който е променлив ток, съпротивлението на главата ще се променя в зависимост от честотата на сигнала.

    Импеданс(импеданс) е общото електрическо съпротивление на променлив ток, измерено при честота 1000 Hz. Обикновено импедансът на системите с високоговорители е 4, 6 или 8 ома.

    По принцип стойността на общото електрическо съпротивление (импеданс) на една акустична система няма да каже на купувача нищо, свързано с качеството на звука на конкретен продукт. Производителят посочва този параметър само за да се вземе предвид съпротивлението при свързване на системата от високоговорители към усилвателя. Ако стойността на импеданса на високоговорителя е по-ниска от препоръчителната стойност на натоварване на усилвателя, звукът може да бъде изкривен или защитата от късо съединение ще работи; ако е по-високо, звукът ще бъде много по-тих, отколкото при препоръчителното съпротивление.

    Корпус на високоговорителя, акустичен дизайн

    Един от важните фактори, влияещи върху звука на една акустична система, е акустичният дизайн на излъчващата динамична глава (високоговорител). При проектирането на акустични системи производителят обикновено се сблъсква с проблема с избора на акустичен дизайн. Има повече от дузина видове.

    Акустичният дизайн е разделен на акустично ненатоварен и акустично натоварен. Първият предполага дизайн, при който вибрациите на дифузора са ограничени само от твърдостта на окачването. Във втория случай трептенето на дифузора е ограничено, освен от твърдостта на окачването, от еластичността на въздуха и акустичната устойчивост на радиация. Акустичният дизайн също се разделя на системи с едно и двойно действие. Системата с едно действие се характеризира с възбуждане на звука, пътуващ до слушателя само през едната страна на дифузора (излъчването от другата страна се неутрализира от акустичния дизайн). Системата с двойно действие включва използването на двете повърхности на дифузора за произвеждане на звук.

    Тъй като акустичният дизайн на високоговорителя практически няма ефект върху високочестотните и средночестотните динамични драйвери, ще говорим за най-често срещаните опции за нискочестотен акустичен дизайн на корпуса.

    Акустичната схема, наречена „затворена кутия“, е много широко приложима. Отнася се за натоварен акустичен дизайн. Това е затворен корпус с дифузьор на високоговорителя, показан на предния панел. Предимства: добра честотна и импулсна характеристика. Недостатъци: ниска ефективност, необходимост от мощен усилвател, високо ниво на хармонично изкривяване.

    Но вместо да се налага да се справяте със звуковите вълни, причинени от вибрации на гърба на дифузора, те могат да се използват. Най-често срещаният вариант сред системите с двойно действие е басрефлексът. Това е тръба с определена дължина и напречно сечение, монтирана в корпус. Дължината и напречното сечение на басрефлекса се изчисляват така, че при определена честота в него да се създават трептения на звукови вълни, синфазни с трептенията, причинени от предната страна на дифузора.

    За субуферите широко се използва акустична верига, обикновено наричана „резонаторна кутия“. За разлика от предишния пример, дифузьорът на високоговорителя не се намира на панела на корпуса, а се намира вътре, на преградата. Самият високоговорител не участва пряко във формирането на нискочестотния спектър. Вместо това, дифузьорът възбужда само нискочестотни звукови вибрации, които след това се увеличават многократно по обем в басрефлексната тръба, която действа като резонансна камера. Предимството на тези дизайнерски решения е висока ефективност при малки размери на субуфера. Недостатъците се проявяват във влошаване на фазовите и импулсни характеристики, звукът става уморителен.

    Оптималният избор биха били средно големи високоговорители с дървен корпус, направени в затворена верига или с басрефлекс. Когато избирате субуфер, трябва да обърнете внимание не на неговия обем (дори евтините модели обикновено имат достатъчен резерв за този параметър), а на надеждното възпроизвеждане на целия нискочестотен диапазон. По отношение на качеството на звука най-нежеланите колони са тези с тънък корпус или много малки размери.