Вадим КАРЕЛЬСКИЙ

МЕХАНИКА ЭМОЦИЙ

Ну вот, собственно, долго ли, коротко ли, но подошли мы к характеристике излучателей, которую я (лично, остальные пусть сами за себя отвечают) считаю узловой и ответственной почти за всё.

Часть 6. Как хвост виляет импульсом

Это, как я и говорил в самом начале, импульсная характеристика. И, как и в самом начале, стартовал я с поисков информации по этому вопросу в Интернете, дабы не повторять то, что интересующийся может найти, так сказать, в открытых общедоступных источниках самостоятельно.

И опять, как и в случае с эмоциональным воздействием музыки, из десятков тысяч ссылок непосредственно по существу вопроса оказалось не более 10 — 15, да и они по большей части состояли в обезличенных графиках реакции громкоговорителя на ступенчатый или импульсный сигнал без каких-либо попыток сравнительного анализа полученных результатов. При этом фраза «...обладает прекрасными (исключительными/отличными/превосходными...) импульсными характеристиками» встречается практически во всех рекламных материалах, относящихся к акустическим системам, как у известных производителей, так и у тех, у которых и труба пониже, и дым пожиже, при этом даже в тех исключительных случаях, когда картинки и присутствуют, ни малейших попыток их трактовки нет. Расчёт идёт на то, что обыватель поверит на слово, а совершенно непонятная картинка добавит эффекта, ведь чем непонятнее — тем убедительнее. Вооружённый же знанием взгляд специалиста на этих иллюстрациях легко обнаруживает всякие измерительно-маркетинговые фокусы, типа ограничения частотного диапазона или разрядности буфера, выбора расстояния измерения, сглаживания и прочие приёмы лакировки действительности.

Для начала определимся с терминологией и основами. Под импульсной характеристикой громкоговорителя будем понимать отклик на единичный импульс напряжения на входе (клеммах) электроакустического преобразователя, длительность которого составляет 10 — 12 мкс. Почему столько? Не вдаваясь в теоретические основы выбора параметров импульсного сигнала, отметим лишь: чем короче импульс, тем шире его спектр, т.е. шире диапазон частот, в котором можно проводить измерения.

На рис. 1 показан импульс в его первозданном, электрическом виде. Вернее — так. В первозданном, математически точном (и математически же абстрактном) виде импульс малоинтересен: это тонкий вертикальный штрих, можете взять карандаш и линейку и сами нарисовать, это несложно, но и не очень интересно.

Мы же, не витающие в математических облаках, будем считать исходным импульс, получившийся из первоначальной математической абстракции после прохождения через широкополосный, но не бесконечно широкополосный тракт. На рис 2. показана АЧХ тракта, соответствующая приведенной форме импульса.

Совершенно очевидно, что, несмотря на некоторые погрешности в форме импульса в области начала фронта и окончания спада, равномерность вычисленной по нему АЧХ находится в цивильных пределах, т.е. инструмент заточен, и им можно резать по живому.

В этом месте сделаем небольшое отступление относительно того, чем резать и кого. За последние пять лет в архиве автора накопилось более 12000 результатов измерений самых разных акустических систем и преобразователей, от антикварных легенд до современных вулканических выбросов высоких технологий. И в качестве иллюстраций этой части нашей повести мы приведем лишь некоторые примеры реальных характеристик без упоминания имён создателей (или продавцов), дабы никого не обидеть. Хотя всегда остаётся шанс, что именно создатели смогут узнать свои произведения.

Теперь определимся, какую такую особенную пользу мы сможем извлечь из современной цифровой измерительной системы по сравнению с пристальным разглядыванием АЧХ, полученной на аналоговой мериловке или формы импульсного отклика громкоговорителя в реальном масштабе на экране осциллографа или «Спектралаба».

Дело в том, что в импульсных системах существует возможность произвольно установить время начала и окончания процесса измерения, что изначально делалось для повышения достоверности результатов в условиях незаглушенных помещений, за счет отсечения первых отражений и реверберационного процесса. Однако оказалось, что при определенных умодвижениях эти же средства позволяют выделить особенности поведения громкоговорителей, которые раньше были недоступны для визуализации и оценки.

Измерения проводились в ближнем поле (5 — 10 мм от центрального колпака или пули), в сравнении с расположением микрофона на традиционном метровом расстоянии такие измерения, как оказалось, являются более информативными с точки зрения вычленения собственных колебаний подвижной системы и резонансов во внутренних полостях самой головки. Возьмем для начала анонимный (как договаривались) 8-дюймовый динамик и посмотрим, что он сотворит (рис. 3 и 4).

А теперь посмотрим, какая АЧХ соответствует такому отклику. Совершенно очевидно, что собственные колебания, возникающие по времени на спаде импульсного отклика, являются паразитными, не было их в том, что подали на клеммы громкоговорителя. Однако источник и природа их возникновения различны. Первая засечка на спаде — результат отражения изгибной волны, распространяющейся по диффузору от подвеса, а длинный колебательный «хвост» — сумма колебаний диффузора, колпака и центрирующей шайбы вместе с каркасом катушки, в общем, все, что может создавать паразитные колебания, их создает.

Здесь возникает законный вопрос: мало ли что там происходит в придиффузорном пространстве, ведь при измерении на общепринятом расстоянии в 1 м импульс будет (поверьте, будет. Иногда) выглядеть гораздо чище и приличнее, но не надо себя обманывать, мы не маркетологи. Вся эта бяка все равно излучается в пространство и после многократных отражений создает некую диффузную подкладку, которая взаимодействует с диффузным полем помещения, результат — лишняя, никем не заказанная порция каши в звучании, неразборчивость сигналов низкого уровня, потеря микроструктуры. Попытки решить проблему повышением громкости приводят к обострению недуга и больше ни к чему.

Поскольку мы рассматриваем явление применительно к car audio, где всё, что излучается в салон автомобиля, в нем и остаётся, то совершенно очевидно: требования к чистоте импульса для автомобильных ГГ существенно выше, чем в остальных случаях.

Этим, кстати, и можно объяснить неудачи адептов car audio в опытах с так называемыми концертными громкоговорителями, у которых в связи с высокой чувствительностью и особенностями конструкций эти процессы усугубляются.

Теперь посмотрим, какую дополнительную информацию можно извлечь из импульсного отклика, пользуясь присущими современным измерительным системам функциями выделения временного окна. Это значит, что из полного импульсного отклика можно вырезать лишь часть и только с ней осуществлять преобразования временной зависимости в частотную. Произведем следующие манипуляции:

1. Установим временную границу окончания измерительного процесса по первой засечке (точка 1 на графике) на спаде импульса и тем самым отсечем полезную часть от паразитных собственных колебаний, то есть волюнтаристскими, силовыми методами превратим корявый импульс в максимально приличный, посильный этому громкоговорителю.

2. Установим конечную временную границу в точку первого перехода спада импульса через ноль (точка 2), выделяя тем самым максимально энергетичную часть импульса из его полного отпечатка.

3. Теперь в ту же точку 2 установим временную границу начала измерительного окна, тем самым мы выделим для дальнейшей работы только длительные колебательные процессы, к коим относятся и основной резонанс подвижной системы, и долгозатухающие паразитные колебания среднечастотного диапазона.

4. Ну и наконец отменим все временные границы, да здравствует свобода!

Кривые на рис. 5 пронумерованы в той же последовательности, что и наши опыты. Красная кривая (1) — это АЧХ гипотетически правильного импульса, когда мы отсекли первое же следствие паразитных колебаний в динамике. Синяя кривая (2) — суммарный продукт «правильного» импульса и максимального выброса собственных колебаний. Зелёная кривая (3) выразила в частотнозависимой форме все длительные колебательные процессы без первого тела импульса. И наконец, чёрная кривая (4) — суммарная АЧХ в ближнем поле.

Для того чтобы убедиться в наличии существенных различий по приведенным характеристикам для громкоговорителя с иными соотношениями полезных и паразитных составляющих в импульсном отклике, просто возьмем другое произведение электроакустического искусства и подвергнем тем же пыткам (рис. 6 и 7).

Для образца №2 временное окно по пункту 2 предыдущего перечня не имеет смысла устанавливать по причине отсутствия на основной части импульса каких-либо нерегулярностей. Поэтому действуем по пунктам 1, 3 и 4. Так и пронумерованы АЧХ на рис. 7.

Почувствовали разницу? Теперь можно приступить к сопоставлению и анализу полученных результатов. Первое, что хотелось бы отметить: если при единой методике получаются очевидно разные результаты, то это означает, что образцы по своим характеристикам разные, т.е. их параметры можно сравнить визуально и количественно

Верхний срез АЧХ, не замаскированный собственными колебаниями, характеризует скорость фронта, а значит, и способность воспроизводить ту же бочку или малый барабан с их поразительной динамикой. Амплитуда и длительность собственных колебаний говорит о способности громкоговорителя сделать это без лишней грязи, а отклонение АЧХ, построенной по полезной части импульсного отклика от суммарной АЧХ, позволяет предсказать тембральные отклонения при работе ГГ на реальных сигналах. Отрицательная засечка перед фронтом свидетельствует о низкой для данной массы подвижной системы индукции в зазоре, что приводит к дополнительным задержкам и вредному повышению добротности.

Здесь хотелось бы отметить, что все эти паразитные продукты импульсной реакции по духу (хотя и не по происхождению) сродни нелинейным искажениям, ведь это то, чего не было в исходном сигнале, но оказалось в выходном. Однако если продукты гармонических искажений измеряются процентами, уровни собственных колебаний почти равны по амплитуде полезному сигналу.

Впрочем, только что исследованные образцы №1 и №2 — еще из приличных, вот вам несколько неприличных, для примера, у вас уже глаз немного намётанный (рис. 8, 9, 10).

Таких примеров — тьма тьмущая, как в pro audio, так и в home, уж не говоря про car. Поэтому построить приличную для уха систему путем бесконечного перебора компонентов, практически не имея информации о перебираемых пациентах — задача труднорешаемая. Однако производители предпочитают не выкладывать подобную информацию по причине врожденной стыдливости или потому, что просто не занимаются подобными исследованиями, а жаль. Мы вот с вами занялись, но по-прежнему — в самом начале пути, не расслабляйтесь...

Рис. 1. Импульс, принятый нами за исходный и первозданный

Рис. 2. Широкополосный (как бы эталонный) тракт

Рис. 3. Импульсный отклик громкоговорителя №1 в ближнем поле

Рис. 4. АЧХ, вычисленная из импульсного отклика образца №1

Рис. 5. АЧХ, соответствующие манипуляциям с временным окном на образце громкоговорителя №1

Рис. 6. Импульсный отклик образца №2

Рис. 7. АЧХ для образца №2 с различными временными окнами

Рис. 8. Имульсный отклик 15-дюймового гитарного громкоговорителя с алюминиевым диффузором

Рис. 9. 10-дюймовый громкоговоритель с претензией на хай-энд

Рис. 10. 16-сантиметровый автомобильный мидбас с алюминиевым диффузором