НАПОЛНИТЕЛЬ ДЛЯ САБВУФЕРА

Сказ(ка) о синтепоне

Ложь должна быть чудовищной,

чтобы в нее поверили

Пауль Йозеф Геббельс

Впервые я столкнулся с темой демпфирования объемов НЧ динамиков прочитав статью T.Nousaine по многим известной ссылке в Сети а уже через несколько месяцев появилась возможность проверить рекомендации статьи на практике.

TOM NOUSAINE»: «Возьмите два совершенно одинаковых бокса, вставьте в них совершенно одинаковые динамики, заполните один из них, и вы воочию убедитесь, что заполненный бокс дает гораздо более убедительный низкий бас. Проще говоря, наполнитель обманывает динамик, заставляя его считать, что он стоит в ящике, большем по объему, чем есть на самом деле. А чем больше бокс, тем более низкие частоты он может воспроизводить».

На тот момент я располагал парой мидбасов, прекрасно подходящих параметрически (Fs=60, Qts=0.4, Vas=10) для установки в закрытый объем. Послушав их пару недель в объеме около 10 литров и более чем удовлетворившись качеством среднего баса, я решил попробовать заполнение ящиков демпфирующим материалом. Достаточно плотно набив объем распушенным листовым синтепоном, мы поставили хорошо знакомый «The Wall» и приготовились услышать «гораздо более убедительный низкий бас»…

Однако вопреки всем ожиданиям полученный звук можно было назвать разве что «глубоким СЧ», а бас (уж какой был) и мидбас как отрезало. Совершенно очевидным стало и снижение хода диффузора – более чем 100 Вт выходной мощности ранее довольно легко перегружали акустику. После заполнения даже выкрученная на максимум ручка громкости не приводила к перегрузке. Немало озадачившись данным результатом, вынужден был «списать» услышанное на слишком тугое заполнение: если верить автору, то «причиной этого следует считать то, что волокна лежат так плотно, что не могут двигаться и эффективно распределять тепло». Но и при некотором снижении плотности заполнения я получил почти аналогичный, пропорциональный результат. На тот момент эта проблема так и осталась для меня загадкой, разве что оставалось усомниться в качестве материала-наполнителя. Вернуться к теме пришлось только через четыре года.

За все это время удалось получить совсем немного достоверной практической информации по интересующей тематике. Если обратиться к Интернет, то 99% найденных сообщений представляли собой вольный пересказ все того же материала. Вот, например, одна из самых близких к первоначальному тексту цитат:

«Когда корпус набивается распушенным материалом (синтепон, вата). За счёт того, что волокна материалов, при работе динамика, активно шевелятся и трутся друг о друга, материалы активно участвуют в термодинамических процессах внутри бокса и при неких оптимальных соотношениях, дают виртуальную видимость бОльшего объёма бокса, кажущегося для динамика».

Другой автор более изобретателен: «Там же в колонке происходят идиобатические процессы во время колебания диффузора динамика и не всякая вата способствует полноценному глубокому процессу». А бывает и категоричнее: «Правильное количество ваты в корпусе может увеличит виртуальный объем до 30% (НЧ динамик думает что он стоит в большем ЗАКРЫТОМ корпусе, а это меньшая частота резонанса след. лучший басс). Тупо объяснил но неохота вдаваться в физику (НЕНАВИЖУ!). Но это так и есть».

Авторскую орфографию я решил сохранить.

Примерно аналогичные результаты принес и поиск в англоязычной сети – все это были ссылки и вольные цитирования материала T.N. Разве что отсебятины тамошняя публика не добавляет в таких количествах.

Немного позже мне попался другой материал: в 2001 году журнал « Автозвук » опубликовал статью проф. К. Никитина под названием «Начала: Здравые и общедоступные заметки по поводу общеизвестного», по сути, ничем не отличавшийся от статьи T.N. Более того, несмотря на больший объем, даже формально уступавшей ей в информативности. Для наглядности приведу нечто вроде сравнительной таблицы:

Автор

К.Никитин

T.Nousaine

Эффект снижения Fs

да

да

Эффект снижения Q

нет

да

Природа явления

да, термопроцесс

да, термопроцесс

Технология использования

нет

да, с практическими советами и цифрами

Результаты измерения импеданса

нет

да, дается характеристика импеданса ФИ

Результаты прослушивания

нет

да

Измерение АЧХ

нет

нет

Влияние на линейный ход

нет

нет

Снижение THD

да, в ранних материалах

нет

Влияние на системы ФИ

нет

да

Влияние на диапазон выше резонанса

нет

нет

Таблицу можно значительно расширить, однако совершенно очевидной становится малая пригодность этих материалов для практического использования. Это очень странно – статья почти не дает ответов, а лишь вызывает вопросы. Постараюсь быть последовательным: еще раз внимательно проанализировав прочитанное, мы получим примерно такие варианты ответов на главные вопросы «зачем» и «почему» в исполнении авторов:

«Зачем»:

T.NOUSAINE»: «Возьмите два совершенно одинаковых бокса, вставьте в них совершенно одинаковые динамики, заполните один из них, и вы воочию убедитесь, что заполненный бокс дает гораздо более убедительный низкий бас. Проще говоря, наполнитель обманывает динамик, заставляя его считать, что он стоит в ящике, большем по объему, чем есть на самом деле. А чем больше бокс, тем более низкие частоты он может воспроизводить»

К.НИКИТИН: Именно поэтому частичное заполнение корпуса низкочастотной АС ватой эквивалентно увеличению объема ящика. Температура воздуха внутри колеблется в меньших пределах, как будто ящик больше по объему и колебания давления в нем меньше. Динамическая термостабилизация – это главная (хотя и не единственная) задача, решаемая с помощью волокнистого заполнения внутреннего объема АС.

«Почему»:

T.NOUSAINE: «Физическая сторона работы заполнителя внутри бокса не менее интересна: воздух внутри бокса при работе динамика сильно нагревается и при этом становится «жестче». Когда внутреннее пространство бокса заполнено волоконной ватой, шевелящиеся волокна рассеивают тепло, создавая для динамика видимость бокса большего размера. Теоретически заполнение бокса может дать виртуальную прибавку объема до 40% от истинных размеров. Проще говоря, если у вас есть бокс объемом 20 литров, то при правильном его заполнении, с точки зрения динамика он будет выглядеть как бокс размером 28 литров»

К.НИКИТИН: «Если сжатие-растяжение сопровождается изменениями температуры с частотой подведенного сигнала, то есть процесс оказывается не изотермическим, а адиабатическим. То есть теплообмен между воздухом внутри корпуса акустической системы и окружающей средой отсутствует, и температура воздуха меняется в такт колебаниям диффузора, повышаясь при сжатии и понижаясь при разрежении. Здесь уже линейность воздуха как источника упругости становится неидеальной, потому и придумали способ вернуть процесс к изотермическим условиям. Делают это путем заполнения АС материалом с высокой теплопроводностью при высокой теплоемкости, например сверхтонковолокнистой минеральной ватой. Если при этом диффузор будет двигаться внутрь корпуса, сжимая воздух, адиабатический нагрев воздуха в корпусе АС приведет к активной теплопередаче «воздух – вата»: вата поглотит часть тепла, воздух согреется меньше. Обратный процесс – диффузор растягивает воздух. Воздух пытается остыть, а согревшаяся за предыдущий этап вата его нагревает. Температура воздуха в результате теплообмена стабилизируется, процесс в большей степени походит на изотермический, линейность воздушного подвеса растет.»

Для меня очень странно, что при объяснении физики реального процесса используются термины из теории идеального газа, такие как «изотермический», например. Почему же полностью игнорируется все характеристики и процессы, касающиеся с наполнителя, за исключением мнимой теплоемкости?

Для дальнейших объяснений, мне придется воспользоваться материалами собственных измерений. Кратко приведу основные результаты.

Использован мидбас 7” ScanSpeak 8545K00

Fs=27 Гц, Qts=0.5, Vas=~40. (Измерено при 1 Вт мощности)

Объем ящика, около 8 литров, нетто.

Исходные величины, без наполнения: Fc=66-67. Qtc=1

Заполнение синтепоном, плотное, около 30 г/л: Fc=62, Qtc=0.8

Заполнение ватой, аналогичное по массовой доле: Fc=63, Qtc=0.79

Практический вывод: снижение Fc примерно на 4-5 Гц (<8%), Qtc на 0.2 (-20%). Обратите особое внимание на диспропорциональное изменение частоты резонанса и добротности. Измерения проводились при помощи генератора мощностью 1 Вт, а также при помощи калиброванного в лаборатории акустики телецентра «Останкино» компьютерного спектроанализатора (погрешность не выше 0.1дБ, при разрешении 1/24 дБ/окт.). Результаты проведенного прослушивания ничем не отличаются от ранее полученных: ни о каком «глубоком басе» не может быть и речи. Все это заставило меня самостоятельно разобраться с данным вопросом, результатом чего и стала эта статья. Сначала подробно поговорим о демпфирующих материалах: Синтепон, вата и подобные наполнители широко используются в промышленности как термоизоляторы. Например, когда вы укрываетесь одеялом, выделяемая телом энергия (около 90 Вт/час в состоянии покоя) идет на нагрев воздуха. Через какое-то время скопившийся под одеялом теплый воздух позволяет вам согреться. Само одеяло не греет накрыв им любой предмет, имеющий температуру среды, и не имеющий собственного источника энергии, вы найдете его в таком же состоянии, сколько времени бы ни прошло. Откинув одеяло, вы тут же смешаете воздушные массы – процесс придется начинать сначала. Теперь рассмотрим тела с хорошей теплоемкостью и теплопроводностью. Возьмите в руки металлический шар комнатной температуры. Он покажется холодным на ощупь сразу же начинается интенсивный теплообмен из-за разности температур руки и шара. Это будет продолжаться довольно длительное время, пока температура тел не сравняется. Возвратив его на место, вы начнете обратный процесс – тепло, полученное шаром, будет некоторое время отбираться средой. Металл имеет хорошую теплоемкость и теплопроводность. Волокна подобных синтепону материалов очень плохо отбирают тепло, а также практически не способны его удерживать. Вспомните хлопковую рубашку, которую гладят утюгом, разогретым более чем до 200 градусов – обжечься об нее сложно. Теперь предположим, что термопроцесс – единственно правильное (а другого никто и не предлагал) объяснение процессов снижения резонансной частоты (добротности). Измерим, что при 1 Вт сигнала резонанс в ящике без заполнения равен примерно 67 Гц. Но и при 100 Вт – он будет равен примерно тем же 67. (На практике, будет ниже, но не ВЫШЕ, что принципиально важно для этого примера) «Примерно» лишь потому, что в зависимости от подводимой мощности характеристика резонанса самого динамика меняется, сказывается нелинейность электрических и механических величин, характеризующих резонанс подвижной системы. Изменение параметров будет примерно компенсироваться, если динамик поместить в оформление и не будет зависеть от мощности измерения в определенном диапазоне. Тепла от сжатия при увеличении хода выделилось больше, так как сжатие выросло ровно на порядок (линейный ход от 0.95 до 9.5 мм, объемное смещение увеличилось). Выделилось значительно больше тепла, а резонанс не поменялся парадокс. Теперь обратимся к T.Nousaine и спросим его, почему заполнение работает в системах с ФИ там совершенно свободная циркуляция воздуха. Более того – полностью хаотическая, при апериодическом сигнале. У порта ФИ есть собственная характеристика АЧХ – «port gain» «отдача трубы». Ей же примерно соответствует и второй график – скорость воздуха в трубе, также затрагивающей, как можно догадаться, довольно большой частотный диапазон. Конечно, модель поведения импеданса, в случае ФИ, несколько отлична от ЗЯ по внешнему виду и чтобы понять аналогию и правомерность, мне придется дать развернутое объяснение. Закрытый ящик является предельным случаем ФИ: два горба импеданса ФИ являются «сплюснутым», точнее «раздавленным» резонансным горбом этого же динамика в свободном поле. Именно поэтому их два и левый горб – горб, а не бесконтрольный рост импеданса ниже точки настройки порта вызванный раздемпфированием системы. Что же происходит с импедансом в случае внесения наполнения хорошо видно на этой иллюстрации: Дополнением к этому примеру может служить тот факт, что незначительные утечки практически не влияют на параметры резонанса динамика – это хорошо видно по влиянию величины Ql, характеризующей добротность утечек: при ее разумном значении импеданс практически неизменен. При подаче сигнала высокой частоты несколько сквозных отверстий (вынутые саморезы) фактически являются ФИ с настройкой на частоты в единицы герц. А ФИ имеет свойство «герметичности» (в данном случае, в смысле влияния на импеданс) для частот выше частоты настройки. Иными словами, характеристика импеданса будет практически идентичной в обоих случаях, но условие достаточной для нарушения «термопроцесса» вентиляции объема будет соблюдено. Как утверждают авторы, наполнение не дает теплу, выделяющемуся при сжатии, повысить упругость среды. Таким образом, снижается упругость воздушного подпора и понижается резонанс все вроде бы логично. Тогда почему линейный ход при заполнении снижается, а не растет, как это происходит в большем объеме? АЧХ – следствие линейного хода – значит и она не равноценна? (Пример не совсем корректен для рассмотрения в первой части статьи, но показателен как иллюстрация снижения линейного хода для демпфированного объема. В данном случае, требует особого рассмотрения не сам факт снижения линейного хода, который можно просто объяснить снижением добротности, а именно его частотная зависимость.) Для закрытого ящика: Для фазоинвертора: Очень странным следует признать тот факт, что о снижении добротности упоминает только T.Nousiane. Упоминает вскользь, всего в одной строчке: «При создании системы на основе этих данных надо иметь в виду, что Qes и, следовательно, Qts закрытых боксов понижается». Чуть забегу вперед и скажу, что фраза выглядит некорректно – изменение механических параметров оформления прямо на электрические величины влиять не может. Она должна звучать примерно как «…Qms, а, следовательно, Qes и, как следствие Qts понижается» разница, на самом деле, принципиальная. Но об этом позже. А так по всему видать, что он считает это уже заведомо ясным после объяснения сущности термопроцесса. Почему же пик резонанса (Z max) сильно снижается? Он же должен расти, а не снижаться в ящике большего объема пик резонанса растет, сдвигаясь влево по оси частот приближаясь к естественному резонансу в свободном пространстве здесь же снижается, в зависимости от плотности заполнения. Как же этому помогает термопроцесс, призванный снижать, а не увеличивать упругость воздушного подпора? Если механизм работы термопроцесса четко связан со снижением упругости среды, график импеданса должен выглядеть подобно: На практике же, он выглядит примерно вот так: Если отсутствует рост Zmax – отсутствует увеличение гибкости – улучшилось, а не ухудшилось, механическое демпфирование термопроцесс не работает. Эквивалентность эффекту «увеличения объема» отсутствует. Это самый наглядный и простой критерий – для измерения достаточно вольтметра и генератора сигнала. Какие бы не приводились косвенные доказательства обратного – без графика импеданса это только риторика. Зависимости параметров резонанса давно известны и наглядны: Попробуем теперь рассмотреть примеры сложнее, с формулами и без графиков. Итак, представим ящик без заполнения. 50 Вт RMS, сигнал типа синус. Работа переменного тока по нагреву проводника определяется через действующую амплитуду напряжения (RMS). КПД данного динамика около 0.2%. Итого, на нагрев катушки идет примерно 49.9 Вт, а на полезную работу всего около 0.1 Вт. Посчитаем их отношение – почти в пятьсот раз мощность, выделяемая на катушке, больше полезной. И это с учетом, что трансформация энергии поршневого хода диффузора в тепло от сжатия якобы происходит с невероятным КПД 100%, делает это строго как обещали: туда-обратно и без потерь, назло законам термодинамики. Вопрос почему в ящике без заполнения катастрофически не растет резонанс по мере выделения тепла катушкой? Это что, какое-то другое тепло, совсем не влияющее на упругость воздуха? Однако оно выделяется в 500 раз(!) интенсивнее, а значимого эффекта нет. Да и отводится оно значительно более медленно, нежели тепло от сжатия, причем тепло это черпается из того же источника – синтепона? Судя по отношению мощности, которая выделяется на катушке, к мощности идущей на сжатие, рассматривать всерьез влияние последнего, совершенно не упоминая первого, почти немыслимо – в том же объеме блуждает в пятьсот раз больше энергии и никак не участвует в общем торжестве термодинамического процесса. Насколько же способна поднять температуру в ящике с несколькими литрами воздуха условная нагревательная спираль, мощностью 0.1 Вт (она же, по сути, мощность поршневого сжатия – закон сохранения/видоизменения энергии в чистом виде)? Для сигнала частотой 50 Гц, это должно произойти за 1/100 часть секунды, чтобы динамик почувствовал это, и резонанс снизился (или повысился, в ящике без заполнения) на 6 Гц? Иной пример, назовем его «подобным»: для 9 литров объема (9000 см3.) объемное смещение при 1 Вт мощности составит примерно 13 см3 (эффективную площадь диффузора (140) умножаем на смещение в этом объеме, на этой частоте и при этой мощности около 0.9 мм). Для мощности 100 Вт уже в 10 раз больше ход динамика около 9.5 мм. Таким образом, объемное смещение составит примерно 133 см3. Отношение объемов: 9000 к 8987 (относительно изменение примерно 0.1%) и 9000 к 8867 (относительное изменение примерно 1%). Теперь рассуждаем логически: поглощение выделившегося тепла заполнением в этом объеме позволило снизить резонанс на 6 Гц. Какие же еще средства имеются для достижения этой благородной цели? Увеличение подвижной массы добавление грузика. Легко проверить, что для получения аналогичного результата к исходным 20 граммам подвижной массы потребуется добавить примерно 4 грамма! То есть примерно +20%! Увеличение объема ящика снижение упругости воздуха. Легко проверить, что для этого нам необходимо добавить примерно 2.3 литра к исходному объему, то есть, примерно все те же 20%. Очень показательный результат, логически ясный и понятный: объем и масса непосредственно связаны. Их влияние на резонанс прямое, не отягченное никакими побочными эффектами. Сравниваем эффективности: «синтепоновые» 0.1% от изменения объема сжатием и поглощенное при этом тепло делают то же, для чего требуется целых 20% изменения массы/объема разница опять более чем в 2 порядка. И снова отметим, что процесс якобы снова не будет зависеть от мощности. Только представьте себе относительную эффективность данного процесса. Это примерно как кинуть монетку в море и вызвать цунами – в двести раз(!) эффективнее влияния величин, напрямую влияющих на резонанс. Задумайтесь и над другой аналогией: не будь этого мнимого (подразумеваемого) тепла от незначительного сжатия (эффект поглощения тепла синтепоном), 9 литровый объем был бы эквивалентен 11.3 литровому по давлению, или же воздействию на подвижную массу с тыльной стороны диффузора. Но получены были эти «лишние» 2300 см3 по критерию давления путем сжатия всего 13 см3. Но все изопроцессы по определению пропорциональны. Новое противоречие. Рассмотрим и другой аналогичный пример, его назовем «объемным». Напомню, что в случае незаполненного объема при мощности 100 Вт их отношение определяется примерно как 9000 к 8867 (относительное изменение примерно 1%). Что дает фактическую потерю 6 Гц в сравнении с плотно заполненным объемом, где тепло выделившееся в результате сжатия поглощается. Давайте вспомним, что сам синтепон сам тоже вытесняет объем и посчитаем все последовательно и по отдельности: Для 100 Вт мощности в абсолютных цифрах: 1.Наполнение неплотное. Синтепон вытеснил примерно 0.5 литра из 9 исходных. Измеренное снижение разонанса составило 2 Гц. Относительное изменение объема сжатия 8500 к 8367, а именно почти 1.56% Резонанс при вытеснении такого объема поднялся бы, примерно, на 1.56 Гц. 2.Наполнение среднее. Синтепон вытеснил примерно 1 литр из 9 исходных. Измеренное снижение разонанса составило 4 Гц. Относительное изменение объема сжатия 8000 к 7867, а именно почти 1.66%. Резонанс при вытеснении такого объема поднялся бы, примерно, на 3.2 Гц. 3.Наполнение плотное. Синтепон вытеснил примерно 1.5 литра из 9 исходных. Измеренное снижение разонанса составило 6 Гц. Относительное изменение объема сжатия 7500 к 7367, а именно почти 1.77%. Резонанс при вытеснении такого объема поднялся бы, примерно, на 5 Гц. Только сам факт вытеснения синтепоном воздуха поднимает резонанс едва лишь меньше, чем он снижается в итоге. Но мало того отношение объемов сжатия растет увеличение тепла от сжатия должно увеличиваться. Странная получается зависимость: из «трубы», похоже, утекает едва ли не больше, чем в нее втекает. При наполнении с учетом «термотеории» должно наблюдаться не снижение, а рост резонанса! Тут необходимо пояснение по методике вычисления вытесняемого объема. Прессование материала в мерном объеме имеет, конечно же, определенную погрешность. Исходя из известной плотности х/б тканей, можно получить заметно меньшие цифры, которые, впрочем, ничего принципиально в данном примере не меняют. Но вопрос здесь не сколько в точном измерении вытесненного объема(!), сколько в измерении объема воздуха исключенного из взаимодействия(!). Подобно воздушному шарику, помещенному внутрь объема АС, «вытеснение воздуха» наполнителем не определяемо формально исходя только из его плотности. Фактическая же упругость полученной синтепоновоздушной смеси не может быть эквивалентна упругости составляющего ее воздуха, если этот «оставшийся» объем воздуха вычисляется именно как произведение плотности демпфирующего материала и его массы. Минное поле парадоксов можно было бы продолжать вспахивать дальше, однако обратимся к другим авторам. Например, к кандидатской диссертации «Modeling of Horns and Enclosures for Loudspeakers» за авторством Gavin Richard Putland. Эта объемная работа содержит и подробное описание модели демпфирования. На нее (но скорее, только на «провоцирующее» название определенных глав статьи, во времена их публикации в бюллетенях AES. Полный вариант диссертации тогда еще не был опубликован. Ибо сложно представить, как можно обращаться за подтверждением своих слов к документу, говорящему прямо противоположное(!) тому, о чем пишешь сам), как ни странно, прямо ссылается и проф. К. Никитин в одной из своих статей в журнале «Аудиомагазин», в очередной раз повествуя о загадочных термодинамических процессах. О чем же говориться в работе, которая, возможно, является первым столь подробным материалом по данной теме? Позволю себе процитировать выводы соответствующего параграфа: «Viscosity is the dominant mechanism of damping, thermal relaxation being of secondary importance». Дословно: «Вязкость – основной механизм демпфирования, термическая релаксация имеет вторичное значение». Насколько вторичное, хорошо видно из графика в статье, учитывающего при моделировании те самые, идеальные условия для идеального газа: Удивительно (ли?), но даже математическая модель процесса изотермического сжатия настоль незначительно влияет на АЧХ, что графики с ним и без его учета практически неразличимы. Интересно посмотреть, а не изобретаем ли мы очередной велосипед? Прильнем, так сказать, к истокам: обратимся к русскому варианту библии для начинающих строителей акустики, учебнику «В.К. Иоффе, М.В. Лизунков «Бытовые акустические системы»: «Без заполнения процесс сжатия-расширения воздуха внутри адиабатический. Заполняя объем рыхлым звукопоглощающим материалом, можно сделать так, чтобы адиабатический процесс сменился на изотермический. В этом случае, внутренний объем увеличивается в 1.4 раза» и, далее по тексту, «Вместе с тем, количество звукопоглощающего материала внутри ящика не должно быть чрезмерным, чтобы активные акустические потери внутри оформления не были значительными». Сразу хочется спросить, а что в этом, а также во многих других подобных случаях, понимают авторы под понятием «увеличение внутреннего объема»? Откуда взялась такая точность: «в 1.4 раза»? Очевидно, что подразумевается совместное снижение добротности и резонанса, параметрически эквивалентное кратному увеличению объема – значит и пропорциональное. Для этого, правда, необходимо доказать эквивалентность изменения также и всех остальных параметров, коих у динамика совсем немало и все взаимосвязаны. Кроме того, эту эквивалентность необходимо доказать для всех частных случаев, или же доказать независимость эффекта от конкретных условий. Но этого никто и никогда не делал. При проведении упомянутых ранее измерений уже выяснилось, что равная динамика снижения добротности и резонанса при заполнении не наблюдается и, предположительно, равное снижение является именно частным случаем. Я это еще докажу и объясню ниже. А пока получается, что прицепившись лишь к одному параметру, можно сделать совершенно абсурдные выводы. Например, можно буквально привязать к диффузору килограмм, измерить резонанс и сказать, что для подобного снижения частоты резонанса потребовалось бы увеличивать объем бесконечно – вот только что даст подобная аналогия? В случае снижения двух параметров хотя бы логика присутствует, а без таковых – какой толк и какая логика? В случае же их диспропорционального снижения механизм снижения упругости тут же исключается из рассмотрения, как и понятие виртуального увеличения объема – померили, обнаружили, обосновали. Несостоятельность теории совместного пропорционального снижения была бы очевидна уже после первого же измерения. Видимо, кому-то проще написать целую главу, чем один раз измерить. Полистаем другие страницы… Примерно аналогичный подход можно найти в очень известной книге Алдошиной и Войшвилло, где сначала вновь упоминается изотермический процесс, а затем, что ценно и показательно в нашем случае, дается очень доходчивый и подробный вывод, который я также процитирую: «Заполнение закрытого корпуса приводит к увеличению КПД системы. Реальный выигрыш в КПД не превышает 15%, поскольку при заполнении возникают следующие эффекты, ослабляющие соответствующее возрастание КПД: а) при заполнении возрастает гибкость воздуха в корпусе Cms, что приводит к уменьшению a в сравнении с закрытым корпусом. Возрастание Cms составляет не более 25%; б) внесение заполнения вносит дополнительные потери энергии, что приводит к уменьшению механической добротности Qms, т.е. увеличению демпфирования и соответственно уменьшению КПД. Обычно громкоговорители в пустых копусах имеют механическую добротность Qms=5..10, тогда как в заполненных Qms=2…5.; в) внесение звукопоглощающего материала может приводить к увеличению присоединенной массы подвижной системы за счет того, что часть материала, находящегося около тыльной стороны диффузора начинает колебаться вместе с ним. Увеличение эффективной массы подвижной системы может меняться от пренебрежимо малых величин до 20%. Эффект увеличения гибкости Cms при заполнении корпуса всегда имеет положительное значение для разработчика, так как это позволяет уменьшить объем корпуса Vb, при сохранении граничной частоты F-3 и КПД, либо увеличить КПД при сохранении объема Vb и частоты F-3, либо снизить F-3 при сохранении Vb и КПД. Уменьшение потерь, т.е. уменьшение Qms, проявляет свое отрицательное действие в уменьшении КПД, но этот эффект незначителен, так как может быть скомпенсирован за увеличением КПД за счет увеличения гибкости подвеса Cms». Совершенно корректными следует признать лишь пункты «б» и «в», в то время как все остальное, в особенности часть с рекомендациями разработчикам – вызывает недоумение. Начнем с граничной частоты f3, выгодные манипуляции с которой, по словам авторов, вполне возможны при заполнении. Вновь обратимся к работе Gavin Richard Putland, где отметим следующий вывод: «While the addition of fiber increases the output at infrasonic frequencies, it reduces the output in the bass rolloff region and does not lower the 3 dB rolloff frequency». «Введение наполнителя увеличивает отдачу в области СНЧ диапазона, но снижает отдачу в области резонанса и не снижает точку f3». Попробуем увидеть обещанный «рост КПД» и посмотреть, что же на самом деле происходит с граничной частотой. Все, кто хоть раз пользовался программами компьютерного моделирования, уже заподозрили неладное. И имеют на то все основания: обратим внимание на следующий график. На этом графике вы можете наблюдать две кривые, которые моделируют поведение АЧХ динамика Eton 7-375HEX в ящике закрытого объема (около 12 литров). Динамик имеет такие исходные параметры, что его передаточная функция в оформлении заданного объема не содержит и следов передемпфированного (Qtc около 0.5) резонанса. Заметим, что точка f3 повышается при демпфировании в данных условиях. Сразу же отметим этот частный случай, который специально приведен мной первым. Ниже мы еще вернемся к этому примеру. А теперь вспомним, что такое КПД динамика по определению (по Р. Смоллу): величина, пропорциональная кубу граничной частоты и объему корпуса. Демпфирование действительно эту частоту повышает, гарантируя… рост КПД согласно этой формуле. Но какое отношение КПД имеет к увеличению глубины баса? Или с формулой, или математической моделью что-то не то? Вот этот же динамик, измеренный в безэховой камере собственной лаборатории крупнейшего европейского производителя динамиков для акустических систем «Eton GmbH». Измерение выполнено по моей просьбе главным конструктором и руководителем исследовательского направления, профессором Д. Хофом. На графике совершенно четко видно общее снижение чувствительности АС на величину до 0.8 дБ. Некоторый рост отдачи действительно наблюдается в СНЧ области, но это объясняется исключительно снижением добротности резонанса – кривая спада (в линейном масштабе – прямая) становится более пологой. Обязательно будет и точка пересечения с более высокодобротной прямой, затухающей интенсивнее. В данном случае, ощутить «прибавку» на басу силой в доли дБ на частотах ниже 30 Гц вряд ли можно. Это ли нам обещали? А вот чувствительность к спаду отдачи в диапазоне 50-300 Гц прогнозируема с трудом. Посмотрим на формулу целиком и попробуем осознать ее физический смысл: где no=КПД kn = константа f3= граничная частота Vb=внутренний объем АС Главный параметр в этой формуле – граничная частота – КПД зависит от ее куба. Удостоверимся в справедливости этого выражения: Как видно, подобная зависимость выброса АЧХ на частоте механического резонанса, вызванного уменьшением объема корпуса Vb, характеризуется величиной КПД. Выше КПД – больше выброс. С увеличением полной добротности в оформлении увеличивается как частота резонанса, так и крутизна спада АЧХ – следовательно, становится выше и граничная частота. Так что же такое КПД? По определению, это отношение мощности подведенной к мощности полезной. Интеграл звукового давления по частоте – площадь под кривой АЧХ в области резонанса – единственная характеристика КПД динамика в области поршневого режима. Обратите внимание на самый «эффективный» график АЧХ – правый. Граничная частота равна примерно 100 Гц, выброс на АЧХ (с пиком в районе 170 Гц) – почти +5 дБ, результирующая добротность более 1.6. Все правильно – КПД такого резонанса действительно высок («горб» занимает почти всю октаву), но какой бас вы ожидаете услышать от этого динамика, имеющего спад АЧХ по уровню -3дБ уже на 100 Гц? Все дело в том, что частоты не равноценны друг другу. Именно поэтому масштаб принят логарифмическим. Самый важный диапазон – низкочастотный, тут счет «линейности» идет на герцы, в то время как на ВЧ даже целая октава порою не так важна. И чем выше по оси частот – тем менее важная там живет октава. Вся путаница, очевидно, взялась от полного непонимания понятия КПД применительно к особенностям ЧХ громкоговорителя. Согласно этой формуле, динамик с ровной АЧХ «как из учебника», результирующей добротностью 0.707, спадом -3дБ на 56 Гц, будет менее эффективен, чем тот же динамик в меньшем корпусе с параметрами резонанса Qtc=1.6 и граничной частотой 100 Гц. Парадокс: баса больше – эффективность меньше. На самом деле – никакого парадокса нет – этот КПД характеризует только сам резонанс. В случае его демпфирования, внесение активных потерь лишь снижает КПД – отдача в окрестности резонанса не может стать больше. Это факт от частоты не зависящий. Нельзя поставить фильтр воздуха в систему питания автомобиля и получить турбонаддув. Фильтр создает сопротивление (вносит потери), подобно синтепону. Попутно отметим, что увеличение пологости спада АЧХ из-за снижения добротности действительно может увеличить отдачу в области СНЧ… на доли дБ. В то же время, завал в этой области может составить уже целый десяток дБ. Это что-то типа бугорка на дне пропасти – сюда не стремятся альпинисты. Не гоже стремиться и разработчикам АС. Случаи, когда увеличение отдачи за счет снижения добротности имеет значение, рассмотрим позже. Иными словами, формула действительно справедлива и характеризует механический резонанс системы, но она не учитывает значимость частоты, на которой он происходит. А уместность ее использования в случае определения эффективности демпфированного объема вообще сомнительна. Подобные манипуляции с математическими величинами и их местом в сознании обывателя, часто являются предметом чьего-то заблуждения или даже спекуляций. К слову говоря, мне прислали любопытнейший пресс-релиз фирмы «KEF» под громким названием «Технологический прорыв в области громкоговорителей. Революционная технология ACE делает возможным получение глубокого баса от динамиков скромного размера». Пресс-релиз датирован началом 2004 года. Если кратко сформулировать суть, то инженеры KEF оборачивают корзину динамика бандажом из неплотной ткани с наполнителем на основе измельченного активированного угля. В тексте встречаются фразы типа «адсорбция молекул воздуха», тут мы прочитаем про «увеличение мнимого объема АС в три раза» (ого, новая цифра!), «снижение упругости среды» и так далее… Упомянуты даже современные форматы записи SACD и DVD-A, в контексте того, что им-де нужен как можно более широкий частотный диапазон (sic!). Процитировать себе позволю лишь один абзац, самый главный. «Увеличение мнимого объема в три раза равносильно: 1)30% (более трети октавы) снижению граничной частоты в области баса, при сохранении чувствительности и реального объема. 2)Более чем 4.8 дБ увеличения отдачи при сохранении граничной частоты и объема; 3)Снижение реального объема корпуса на 2/3 при сохранении граничной частоты и чувствительности». Удивительно что-то напоминает! Не иначе, как вышеприведенный текст за авторством Войшвилло и Алдошиной. Оба этих вывода потому так похожи, так как содержат в основе формулу вычисления КПД резонанса все ту же формулу, предложенную Р. Смоллом.