Немного истории
Давайте, слегка, пройдёмся по истории появления самих параметров Тиля-Смолла (сокращённо ТС параметы). Копнуть придётся основательно, т.к. на русской Википедии ничего особо не сказано, спасибо англоговорящим редакторам, которые основательнее подошли к вопросу.
Параметры Тиля-Смолла, или сокращённо, параметры ТС – это совокупность параметров динамика (громкоговорителя), необходимых для расчёта оформления и последующего изготовления корпуса сабвуфера, а для более опытных, это представление о том, на что способен динамик и стоит ли его ставить в свою аудиосистему.
Почему они так называются? Всё просто: по именам создателей Невилла Тиля (Neville Thiele) и Ричарда Смолла (Richard Small). Основной принцип был описан господином Тилем в его труде, о различных параметрах, которые оказывают влияние на производительность в бесконечном экране и ФИ оформлении. В дальнейшем, господин Смолл, дополнил и закончил труд господина Тиля. Конечно, много других исследователей внесли свой вклад, но эти двое были первыми и основными, отсюда и название.
Само название группы параметров взято по фамилиям двух людей, внесших огромный вклад в развитие измерения: Невила Тиля и Ричарда Смолла. В 1959 году Дж.Ф.Новак опубликовал статью о практических решениях для получения отклика имеющего динамика в ящике и подтвердил их применимость измерениями. В 1961 году Н.Тиль, основывая на работах Дж.Ф.Новака опубликовал статью с описанием ряда ЗЯ и ФИ корпусов с полностью прогнозируемым поведением опираясь на резонансную частоту, подводимую мощность и перемещение диффузора. Следом, но не так быстро, Р.Смолл начиная с 1972 года, опубликовал серию статей, расширяющих и дополняющих труды Н.Тиля. С этих самых пор, мы имеем представление о параметрах ТС.
Переходим к теории
Все параметры, условно, разделены на три группы:
Основные (фундаментальные)
Это физические параметры динамика. Некоторые из них невозможно измерить у готового динамика, поэтому производитель получает их на этапе сборки.
- Sd – площадь диффуза + половина подвеса в кв.м.
- Mms – Масса диффузора, катушки, половины центрирующей шайбы, половина подвеса, а так же масса акустической нагрузки (масса воздуха в полости диффузора) в кг. Масса без акустической нагрузки известна, как Mmd
- Cms – упругость подвеса динамика в м/Н (эквивалент «жесткости»).
- Rms – Механическая жесткость подвеса динамика в Н*с/
- Le – Импеданс звуковой катушки в мГн (измеренные на 1 кГц).
- Re – сопротивление звуковой катушки постоянному току в Ом.
- Bl – Произведение силы магнитного потока в зазоре на длину провода находящемся в зазоре в Тл*м.
- Vas – Объём воздуха, который создаёт аналогичное значение упругости физического подвеса динамика.
Параметры слабого сигнала
Это параметры, которые можно получить, измерив импеданс динамика в области резонансной частоты на малом сигнале, когда механические перемещения динамика достаточно линейны. Эти параметры проще измерить в обычных условиях, чем основные.
- Fs – Резонансная частота динамика в Гц
- Qes – Электрическая добротность динамика на резонансной частоте.
- Qms – Механическая добротность динамика на резонансной частоте.
- Qts – Результирующая добротность на резонансной частоте.
- Vas – Эквивалент упругости воздуха, т.е. объём воздуха равный упругости физического подвеса динамика. Высчитывается по формуле, в которой используется плотность воздуха при 25 °C и скорости звука 346.1 м/с. Измеряется в куб.м для получения значения в литрах, необходимо умножить значение в куб.м на 1000. Примечательно, что при расчётах используются значения для идеального газа при 0% влажности.
Параметры сильного сигнала
- Xmax – Максимальное линейное перемещение диффузора в мм.
- Xmech — Максимальное физическое перемещение до физического разрушения. При существенно высоком уровне сигнала перемещение может вызвать повреждение звуковой катушки или других подвижных частей подвеса динамика.
- Pe – Тепловая мощность, выдерживаемая динамиком. Это значение сложно охарактеризовать, и оно часто переоценено производителями. При нагреве катушка несколько изменяет свои размеры и изменяется электрическое сопротивление. Такие изменения электрического взаимодействия звуковой катушки и пассивного кроссовера воздействуют на крутизну и частоту раздела.
- Vd – Пиковое вытеснение объёма воздуха, рассчитывается по формуле: Vd = Sd·Xmax
Для чего нужны параметры Тиля-Смолла?
А действительно, зачем? В первую очередь, имея полный список параметров мы можем смоделировать любое оформление, будь то ЗЯ, ФИ, бандпасс, система с пассивным излучателем или даже free-air при определённом понимании. Есть несколько программ для расчётов, такие как JBL SpeakerShop, WinISD, BassBox и множество других. Вносим параметры и получаем рекомендованные объёмы. Можно использовать и другие объёмы, при условии, что вы понимаете, что делаете. Следует принять во внимание, что не у всех программ есть поправка на объём, вытесняемый самим динамиком.
Одно из следующих применений, чёткое понимание того, что за динамик у нас в руках, как его «готовить» и какие динамики лучше подобрать к нему в пару. К примеру, можно обратить внимание на параметр Qms, он же механическая добротность. Ещё В.Карельский, в своих трудах обратил внимание на то, что динамики с высокой механической добротностью «вштыривают» и способны доставить больше драйва, чем оппоненты с меньшим значением. Если обратить внимание, то компания Focal свои топовые продукты старается делать с максимально возможным значением и это даёт свой результат. Но, во всём есть баланс и параметры ТС очень плотно завязаны друг на друга, поэтому слепо выбирать динамик по одному из них, попросту, глупо.
К сожалению, практика показывает, что большинство производителей, намеренно «улучшает» показатели своих продуктов, поэтому, для получения точных данных, стоит научится измерять параметры ТС. Об этом мы поговорим в следующей статье. А пока, попробуйте переварить то, что прочитали в этой.
О главном
Дальнейший анализ параметров ТС выявил один скрытый параметр, от которого, как оказалось, напрямую зависит ряд расчётов. Это пиковое значение импеданса на резонансной частоте. Некоторые производители его указывают, за это им спасибо. Но, большинство, к сожалению, просто не указывают его. Самое смешное, что график импеданса приложен почти к каждому динамику. И если обратить на это внимание, то можно посмотреть, насколько честны были с нами производители.
Среди параметров ТС есть несколько фундаментальных. Начнём с Mms. Это масса подвижной системы, которая должна быть измерена производителем до того, как он соберёт динамик плюс масса воздуха в полости диффузора (акустическая нагрузка) Mmr. Масса подвижной системы, это вес диффузора, звуковой катушки, половины подвеса и половины центрирующей шайбы.
Mmr = 0.575 * (Sd)1.5
Mms = Mmd + Mmr
Если Mmd неизвестно, или мы не доверяем параметру, который указал производитель, тогда можно вычислить Mmd сами. Для этого потребуется точно измеренный груз (до 0.01 гр), который должен иметь такой вес, чтобы снизить резонансную частоту минимум на 25%. Обозначаем этот вес, как Ma, производим замеры резонансной частоты с грузом и без и получаем Mmd по формуле:
Mmd = Ma / [(fs/fsa)2 – 1]
Идём дальше – Cms. Коэффициент упругости системы, который напрямую зависит от Mms и Fs. Его значимость можно отодвинуть, но для наглядности формула:
Cms = [(6.283 * fs)2 * Mms]-1
А теперь, самое интересное. Параметры добротности динамика. Есть два метода для их вычислений. Первый, эмпирическим путём, а второй по формулам.
Res – переменный параметр, который вычисляется путём вычитания Re (сопротивление постоянному току) из пикового значения кривой импеданса на частоте резонанса R:
Res = R – Re
Теперь у нас есть все данные для вычисления Qms:
Qms = Res / (BL2 * Cms * 6.283 * fs)
Затем вычисляем Qes:
Qes = Re / (BL2 * Cms * 6.283 * fs)
И, наконец, Qts:
Qts = (Qes * Qms) / (Qes + Qms)
Из всего вышеперечисленного, получается, что параметры добротности динамика очень сильно зависят от параметра R (пиковое значение импеданса на резонансной частоте).
Именно этот параметр производители скрывают, либо указывают не совсем верно. Именно про него нет никакой информации о зависимости от Mms, BL и Fs, а, ведь, эта троица и является основными параметрами, если мы рассматриваем динамик, как простую физическую систему с грузом и пружиной.
И напоследок
Порывшись на просторах интернета, полистав разные даташиты от разных производителей, я натыкался на разные варианты параметров Т-С. Чудесные параметры, которые сразу опровергались расчётами по приложенной к даташиту кривой импеданса. Чаще всего, если пик импеданса плохо читается на графике (т.е. почти нарочно скрыт), встречались значения в 2 раза превышающие расчётные. При хорошо читающимся пике импеданса, всё равно отмечены улучшения в параметрах от производителя, не такие значительные, но они есть.
Списывать неточности на прогрев нет смысла, по простой причине. При прогреве понижается значение резонансной частоты, что тянет за собой не повышение значений добротности, а наоборот, их понижение.
Вот и думайте, кому верить. Теперь только свои замеры, свои расчёты и последующие выводы.
P.s.: Немножко о справедливости. Исторические раскопки показали некоторую несправедливость, которую, я считаю, в праве исправить. Пока я искал информацию по ТС параметрам, я вынужден был обратится к английской версии статьи, находящейся на Википедии. Там были упомянуты разнообразные деятели области электроакустики, и среди прочих, как бы невзначай был упомянут труд Гарри Олсона, основываясь на котором, появилось всё остальное. В общем-то, ничего примечательного, за исключением того, что именно благодаря стараниям господина Г.Олсона мы практически не знакомы с трудами такого человека, как Эдгар Вильчур. Не вдаваясь в подробности, смело можно сказать, что именно Э.Вильчур стал изобретателем привычного для нас оформления – закрытый ящик (ЗЯ). Второе его изобретение, с его же позволения, используется повсеместно и это куполный ВЧ динамик. А Г.Олсон, отсудил у Э.Вильчура право на использование «акустического подвеса». Дело в том, что Э.Вильчур регистрировал патент сам и пропустил схожесть названия. Г.Олсон предлагал конструкцию динамика, а Э.Вильчур оформление. Но, американской фемиде было до лампочки, в итоге, патент Э.Вильчура был аннулирован.
Роман Фомин