Приобретая новые акустические системы (АС) для кинотеатра или стерео, мы руководствуемся самыми различными соображениями. Нас могут привлечь и известность марки, и отзывы о модели, и ее умение сыграться с другими компонентами тракта, и понравившийся дизайн, и, разумеется, цена. А самые любознательные пытаются изучать паспортные технические характеристики. Такие, например, как «неравномерность АЧХ», «чувствительность», «частотный диапазон» «коэффициент нелинейных искажений» (THD) и, наконец, совсем уж пугающий «номинальный импеданс». Что означают все эти термины и что за ними реально кроется?

Арсений ПОЛАТОВСКИЙ

Часть 1

Что скажет паспорт?
В паспортных данных акустической системы на первой строке обычно фигурирует чувствительность (Sensivity). С этим понятием неразрывно связана трехбуквенная аббревиатура, вынесенная в заголовок этой статьи. АЧХ — это не то, о чем вы подумали, а всего лишь «амплитудно-частотная характеристика акустической системы по звуковому давлению». Эта графическая характеристика показывает нам, звуки каких частот умеют эффективно воспроизводить данные колонки. Оговорка насчет эффективности не случайна, ведь, несмотря на пас
портные 20 Гц — 20 кГц, в то, что маленькие полочники сумеют взять первую ноту контрабаса, верится с трудом…
Итак, чувствительность АС характеризует ту эффективность, с которой электрическая энергия преобразуется в звуковую. Измеряется чувствительность в децибелах на ватт на метр. Типичная запись в паспорте «Sensivity — 90 dB/W/m» означает, что одна колонка при подаче на ее клеммы сигнала мощностью 1 Вт развивает уровень звукового давления (УЗД) 90 дБ на расстоянии 1 м от своей лицевой панели. Из довольно громоздкого определения вытекает важное следствие — в подавляющем большинстве случаев электрическая мощность, развиваемая усилителем при комфортном уровне громкости (ему соответствуют УЗД в 85–90 дБ), не превышает нескольких ватт. При дальнейшем увеличении уровня громкости требуемая мощность быстро возрастает по логарифмическому закону. По этим причинам в профессиональной звукотехнике, от которой требуется развивать огромное звуковое давление, используются колонки с очень высокой чувствительностью — 100–112 дБ/Вт/м. Что же касается бытовой акустики, то чувствительность большинства моделей лежит в пределах 86–96 дБ.
Нижнее и верхнее значения частот, ограничивающих график АЧХ, образуют эффективно воспроизводимый частотный диапазон (рис. 1). Типичный паспортный частотный диапазон подавляющего большинства АС чудесным образом вмещает в себя все слышимые звуки (20–20 000 Гц). Однако в реальности, о чем мы поговорим ниже, басы у средних размеров напольника начинаются примерно от 40–50 Гц, а у полочных моделей нижняя граница воспроизведения редко опускается глубже 70 Гц.
Под мощностью в акустических системах подразумевается мощность электрическая, а не акустическая. Всей акустической энергии, которую колонки, играя очень громко, способны выделить за целую сотню лет, едва ли хватит на то, чтобы вскипятить чашку чая. Дело в том, что коэффициент полезного действия (КПД) даже у современных громкоговорителей редко превышает 1–2 %. К сожалению, в паспортах АС можно встретить большое разнообразие трактовок мощности, что никак не способствует ясности в этом вопросе. Многие производители берут за точку опоры рекомендуемый диапазон мощностей усилителя (Recommended Amplifi er Power), в котором оговариваются нижнее и верхнее значения подаваемой на колонки допустимой электрической мощности музыкального сигнала.
Крайне редко в техническом описании современной акустики можно встретить параметр, характеризующий ее гармонические искажения (THD, total harmonic distortion). А между тем он имеет огромное значение, поскольку говорит о чистоте звучания АС. Любое ухудшение чистоты, или прозрачности, звучания, как правило, напрямую связано с ростом искажений в какой-либо частотной области. Нелинейные искажения на басах слышны в виде характерной грязи при передаче игры струнных инструментов (контрабас, виолончель). На высоких частотах искажения принимают форму «жесткости», особенно часто проявляющейся при воспроизведении звучания скрипок и вокала. Наконец, уровень нелинейных искажений напрямую определяет то, что именуется «динамикой звучания» музыкального тракта.
Сопротивление — это сугубо электрическая характеристика колонок, однако она зависит (хотя и неявно) от механоакустических свойств АС. В частности, от типа акустического оформления (фазоинвертор, закрытый корпус и т. д.), параметров разделительного фильтра и даже от наличия поролоновых заглушек в трубе фазоинвертора… Термином «импеданс» в технике обозначают так называемое полное сопротивление устройства, зависящее от частоты. На рис. 2 показаны характеристики импеданса колонок с различным типом акустического оформления. Видно, что в обоих случаях (фазоинвертор и закрытый ящик) кривая сопротивления явно зависит от частоты, особенно в басовой области. При паспортном значении 8 Ом перепады сопротивления на разных частотах могут достигать нескольких десятков ом! Разумеется, чем меньше масштаб этих колебаний, тем конкретные колонки объективно лучше — то есть «удобнее» — для усилителя. Однако откуда берется цифра в паспорте? Номинальным импедансом называется минимальное значение сопротивления АС чуть выше частоты основного резонанса басовой головки. У фазоинверсной акустики сопротивление на басах всегда имеет «двугорбый» профиль, тогда как у закрытого корпуса резонансный пик только один. Частота настройки фазоинвертора находится строго во впадине между двумя пиками. Таким образом, номинальный импеданс всегда соответствует практически минимальному значению сопротивления во всем частотном диапазоне АС. Из этого правила встречаются и исключения — например, у электростатических АС, вследствие их «конденсаторной» природы, сопротивление иногда опускается ниже 1 Ом на высоких частотах. Но такое бывает редко.
На средних и высоких частотах решающее влияние на характер сопротивления колонки оказывает разделительный фильтр-кроссовер — устройство, осуществляющее разделение аудиосигнала на несколько частотных полос. Сделать хороший кроссовер, который корректно разделяет полосы частот и одновременно не приводит к появлению больших перепадов импеданса, — это особое искусство, и на практике его применяют далеко не все производители. Наиболее часто для выравнивания кривой импеданса в фильтрах используют так называемые цепи Цобеля — конденсатор и резистор с номиналами, подбираемыми в зависимости от сопротивления и индуктивности звуковой катушки динамика. Цепь Цобеля, включаемая параллельно динамику, предотвращает рост его полного сопротивления с повышением частоты. Применение этих цепочек для всех динамиков многополосной АС позволяет эффективно сгладить колебания сопротивления и тем самым сделать колонку более «покладистой» по отношению к усилителю мощности.

Аршином общим не измерить…
У современных акустических систем класса Hi-Fi измерения чувствительности выполняются чистым тоном на частоте 1000 Гц при соблюдении ряда условий. Как нетрудно догадаться, полученная на 1 кГц характеристика будет информативной лишь в том случае, если у колонки на всех частотах АЧХ ровная, как поверхность соленого озера. Ряд компаний приводит также результаты измерений и графики АЧХ (рис. 3), по которым можно определить, как ведет себя акустика на всех частотах. Чем ровнее такая частотная характеристика, то есть чем меньше ее неравномерность в децибелах, тем лучше звучат колонки.
Совершенно очевидно, что соображения маркетинга требуют, чтобы паспортный частотный диапазон АС был как можно шире. При этом измеренные значения частот, ограничивающих этот диапазон, существенно зависят от методологии проведения самых измерений. А параметры АЧХ далеко не всегда могут дать исчерпывающее представление о характере звучания АС. На практике может получиться так, что дорогие полочные колонки с узеньким по всем меркам частотным диапазоном 70 Гц — 20 кГц будут звучать ощутимо чище и «правильнее», чем недорогие напольники с обескураживающими цифрами 20 Гц — 25 кГц…
Один из самых важных параметров АС — ее нелинейные искажения. В общем случае нелинейные искажения представляют собой звуки тех частот, которых не было на входе устройства. Появляются они по разным причинам. В случае с громкоговорителями решающее значение имеет качество изготовления динамиков, а именно: постоянство магнитного поля в зазоре, линейность упругого подвеса и пр. По сравнению со всеми остальными типами аппаратуры у акустических систем нелинейные искажения достигают наибольших величин и могут составить единицы и даже десятки процентов. На рис. 4 приведены типичные характеристики искажений для хороших напольной и полочной АС при уровне звукового давления 94 дБ. Можно заметить, что практически во всем частотном диапазоне график представляет собой прямую линию и только на низких частотах уровень искажений заметно растет. Причем у напольной колонки искажения с уменьшением частоты начинают возрастать позже, нежели у малокалиберного полочника. Отметим, что используемые методики измерений нелинейных искажений накладывают ряд ограничений — в частности, измерения АС производятся при фиксированном уровне звукового давления 90 дБ в полосе частот выше 100 Гц.