Здравей Гост

0 Потребители и 1 Гост преглежда(т) тази тема.

Неактивен Toshko

*
  • *****
  • 4237
    • Профил
Възпроизвеждане на Ниски Честоти
« -: Април 12, 2010, 10:27:28 22:27 »
Възпроизвеждане на Ниски Честоти

Преди да се занимаем с акустиката на възпроизвеждане на ниските честоти, смятам че е необходимо да сме наясно с ограниченията, които природата е решила да създаде при тяхното възпроизвеждане.

Напоследък воден от силното желание да се самопоставя в положение да мога да си оказвам акустическа самопомощ чета и експериментирам доста.

Сега ще ви запозная с нещо, което прочетох в тази книга:



Автора е Инж. Любомир Борисов Симеонов, изданието е на издателство "Техника" - 2008 г. - второ преработено и допълнено издание на излязлата през 1994 г. едноименна книга.

Сега по същество.

Възпроизвеждането на звук е свързано с честотно зависим минимален обем на изтласквания въздух за един цикъл на мембраната при дадено еднакво ниво. Разликите в изискванията за изтласкван обем за един цикъл нарастват още повече когато трябва да поддържаме еднаква субективна сила на звука в различните честоти, това е така защото човешкият слух не е еднакво чувствителен във всички честоти.

Това означава, че докато при по-високи честоти необходимият изтласкван обем за един цикъл може да бъде пренебрежим - от порядъка на 5-10 см3 за цикъл, то при честотите от първите две октави за поддържане на тонален баланс в системата е необходимо говорителя да изтласква по няколко литра въздух за цикъл.

Ето две таблици, които са много показателни:



А това са параметрите на някои нискочестотни говорители:



Последната таблица смятам, че е изключително ценна!

Както виждате говорителя с най-големи възможности от показаните в таблицата е 16 инчовият Визатон "TIW-400" той е в състояние да измести цели 1350 см3 въздух за цикъл и надминава дори 18 инчовия JBL.


Преди да продължа ще ви обърна внимание на кривата на чувствителността на човешкия слух и съотношението между отделните честоти в музикалния сигнал.

Кривата на чувствителността на слуха всеки може да намери сам в интернет, пък и е индиректно дадена в таблиците с абсолютното и субективното звуково налягане тук по-горе.

Разпределението на мощността и звуковото налягане също са добре известни величини и най-общо казано в музикалните стилове Блус, Джаз, Рок, Хард Рок и Метъл и Класическа музика, на нискочестотните струнни и ударни инструменти се пада повече от половината от енергията на звука, а самите те създават абсолютни нива между 114 и 122 децибела, при това не на 1 метър от тях а средна стойност в озвучаваното поле.
Субективно нивата на нискочестотните инструменти са винаги над 90 децибела (90phon).
Нивата на останалите инструменти винаги са субективно по-ниски от тези на нискочестотните.

Сега да се върнем на основната тема!

Какво ще чуем от ниските честоти ако имаме озвучителна система с чувствителност от 90 децибела за ват на метър и слушаме музика със средно ниво от 90 децибела?

- В честотите между 500 и 4000 херца субективната сила на звука възприеман от слушателя ще бъде същата като абсолютното средно звуково налягане - тоест 90 phon;
- От около 90 херца надолу българските 12 инчови ВКН ще започнат да работят като лимитери и няма да са повече в състояние да възпроизвеждат пикове в ниските честоти които да са поне равни на останалия музикален сигнал;
- От 80 херца надолу TIW-250 Ще започне също да орязва върховете в пиковете на ниските честоти;
- На 60 херца KEF - В300 ще направи същото...;
- На малко над 50 херца TIW-300 на Визатон също ще се предаде...;
- Между 40 и 50 херца 15 инчовият JBL-2235H също ще направи компромис и ще започне завал...;
- Нито един от говорителите няма за достигне 30 херца при ниво субективно съответстващо на останалия музикален сигнал!
Единствено 18 инчовият 2245Н на JBL и 16 инчовия TIW-400 на Визатон ще слязат под 40 херца (35-38) с ниво равно на останалият музикален сигнал!

Този анализ е напълно валиден само за акустично оформление тип Затворен Обем, но дори да прибавим максималните 6 децибела, които добре настроените Бас Рефлекс или Хорна могат да добавят, пак ще се окаже че най-много два говорителя от всички изброени ще успеят да възпроизведат 30 херца на ниво, което е равно на останалия музикален сигнал!

Подчертавам: Равно на останалия музикален сигнал! - Слушателя все още няма да е в състояние да възприеме пика в амплитудата на ниските честоти, който е присъствал в оригиналното изпълнение на музикантите! И дори +6 децибела в следствие на акустичното оформление означават, че нискочестотната секция на системата ще орязва действителните пикове в сигнала и това е ако не отчитаме компресията на мощност, ограниченията в записа и възпроизвеждането, ограниченията в динамиката на усилвателя и пред усилващото устройство!

За сметка на този отчайващ анализ на статистиката и на определени характеристики, надежда може да ни даде слушането на музика със средна стойност на звуковото налягане от 70 до 80 децибела - тогава ще се намерят поне няколко говорителя, които имат достатъчно резерв от капацитет за изтласкване за един цикъл, тоест способни да възпроизвеждат с достатъчно звуково налягане нискочестотните пикове в музиката.
- Тези говорители са с диаметър поне 10 инча за поддържане на същото субективно звуково налягане и задължително поне 12 инча ако искаме да се насладим на динамиката на изпълнението във всички честоти при средно ниво от 70-75 децибела!

Ето две извадки от текста на книгата адресиращ данните дадени в таблиците:



Нататък продължава малко на следващата и се обяснява, че ще са необходими десет говорителя.
(а в случая с ВКН-1233) ще трябват 13 броя за да покрият 2500 см3 изтласкан обем за цикъл! - това за равно субективно ниво!!! Не за възпроизвеждане на реалните пикове!

Карол Шелби го е казал: "There is no replacement for displacement!" - Нищо не може да замени работният обем! (има се предвид ходов обем на ДВГ, но в случая аналогията е директна!)

п.п. честотите под 30 херца изобщо не са разгледани в книгата, както и аз не се наемам да правя прогнози или изчисления в тази посока - там може да настъпи пълно отчаяние - слуха е още по-слабо чувствителен, а изискванията за изтласкан обем за един цикъл не могат да бъдат покрити от нито един самостоятелен говорител... Известни са ми 2-3 говорителя с диаметър над 20 и дори над 30 инча, но те са толкова непрактични, че просто не си заслужава дори да се мечтае в тази насока...

В книгата има страшно много полезна и разбираемо поднесена информация! Струва 13 лева и може да бъде намерена по големите книжарници.

Ето и посочената литература в края на книгата:



- Проф. Вълчев (№ 1) е същият, който ни радва с лентови високочестотни говорители? - неговият сайт: http://audioresearchlaboratory.eu/

Поздрави! Ще се радвам на отзиви и размишления по така изложената фактическа обстановка  

Неактивен Toshko

*
  • *****
  • 4237
    • Профил
Re:Възпроизвеждане на Ниски Честоти
« Отговор #2 -: Септември 23, 2010, 08:43:48 20:43 »
Ето кривите на чувствителността на човешкият слух!

Обърнете внимание, че човешкият слух е най-чувствителен между 3 и 4 килохерца и това е така, защото на такава честота пищят и викат децата, както и някои жени. Децата и жените по начало имат по-малък обем на гръдния кош и създават по-ниско звуково налягане, поради което слуха на всички хора (деца, жени и мъже  :D) е най-чувствителен в тези честоти в които най-слабите създават максимално звуково налягане.

Мъжете в зряла възраст могат да качат до 1.5 килохерца, но могат да го направят с по-големи децибели...

Обърнете внимание как 30 херца с налягане 90 децибела се чуват като еднакви по сила с 1 килохерц с налягане 60 децибела и 4 килохерца с 52 децибела! - Това е разлика от 30-38 децибела!!!

Грубо казано всеки 3-6 децибела покачване на звуковото налягане съответства на 10 кратно увеличение на подаваната мощност от усилвателя! 30 децибела разлика означават 5 до 10 пъти по-високо звуково налягане, което са 50 до 100 пъти повече мощност! - Това означава, че за да възпроизведете един тон с честота 30 херца и друг с честота 1000 херца с едно и също звуково налягане ще трябва да подадете на нискочестотния говорител например 100 вата мощност, докато на средночестотния ще му е необходим само 1 ват! (при условие, че са еднакво чувствителни)

Ако обаче искате не еднакво звуково налягане (мерната единица е sound pressure level (SPL)), а да чуете двата тона с еднаква субективна сила (да ви се сторят еднакво силни), тогава ако запазим примера с 1 ват подаден на средночестотния възпроизвеждащ 1 кхз., и ако чувствителността и на двата говорителя е = 90 дб/1 ват на 1 метър, то нискочестотния ще трябва да се захрани с 250 вата мощност за да възпроизведе 114 децибела, които вие ще чуете като 90 дб...

Отбележете си че 30 херца не е ужасно ниска честота! Един нормален Контрабас както вече казахме в уводното мнение има най-ниска нота от 31.5 херца!

До тук докарахме сметката до 251 вата необходима мощност за да чуете не особено силно последователно или едновременно изсвирени един клавиш на Пиано и удар на Бас каса на Барабан или най-ниската нота на Контрабас!

Имайте предвид, че в действителността мощен ритник по касата на барабана ще ви се стори доста по-силен от кой да е клавиш изсвирен на пиано! Тоест поне 3 или 6 децибела по-силно! Да не говорим за голям 21 инчов тъпан на селски оркестър!

96 децибела субективно ниво (phon) са равни на около 117 децибела звуково налягане (spl) - Ще са ви нужни точно 500 вата за тази цел (при чувствителност от 90 децибела за ват при тази честота! - не се надявайте на много повече... всъщност не се надявайте и на 90дб./ват там...)! Освен това ще ви трябват и 3750 кубически сантиметра въздух изтласквани за един цикъл на мембраната!
Тоест ще ви трябват и 3 броя 16 инчови говорители Визатон TIW400, а три броя 18 инчови JBL2245H за малко няма да ви стигнат!!!

500 вата са във възможностите само на усилватели като Крел, Гамут, два модела 25 годишни Ямахи (ямахите са малко с уговорки, защото ще трябва да ги натоварите с 4 ома и ще имат само 100 вата резерв нагоре). Хубавото е че има доста сериозни дискотечни усилватели с тези възможности, при това цената им е 1810-а и дори 1/100 от цената на "бижутата" за домашна употреба способни на над 500 вата при 8 ома...

Освен това ще ви трябват и колони високи поне 1.45 м с обем поне 250-500 литра (просто 3 18-ки иначе не биха се събрали). При добро акустично оформление бихте могли да минете и "само" с по 2Х 18 инча на колона, евентуално и с 2х15, но трябва да са наистина много сериозни 15-ки!!!

Неактивен Toshko

*
  • *****
  • 4237
    • Профил
Re:Възпроизвеждане на Ниски Честоти
« Отговор #3 -: Февруари 23, 2011, 09:15:52 21:15 »
И за да ви отчая още повече, ето един калкулатор в който въвеждате диаметъра на мембраната на нискочестотният си говорител и максималния ход на мембраната.
http://www.lautsprechershop.de/tools/index_en.htm?/tools/t_lautsprecher_en.htm
Ето от тук: http://www.lautsprechershop.de/english/index_tools.htm

Ако например въведете 42 см (колкото е мембраната на 18 инчов бас) и ход 3.5мм (това означава +/- 3.5 или общо 7мм ход), резултата за 28 херца е 104 децибела максимум!

103 дб при 28 хз. пък ще има 15 инчов бас (34 см диаметър на мембраната) с ход +/- 5мм или общо 1 см.

Не очаквайте много повече от ход +/- 5мм от повечето нормални говорители! Рядко има суб-бас говорители с ход достигащ до +/- 12мм, но те не са за слушане на музика, а за ефекти за домашно кино и подобни...

Един 20 см (8 инча) говорител с ход +/- 5мм ще е способен на едва 91 дб при 28 херца...

Два 6.5 инчови баса (16.5-17 см) със същия ход ще дадат 93 децибела... (Евентуално и то ако усилвателя успява да ги удържи)

Отвележете си, че посочените децибели важат само за добре направени басрефлекс кутии! Иначе звуковотоналягане може да бъде с до 4 дб по-ниско  :D

И докато 15 или 18 инчовият ви бас издъхват работейки на максимален ход, средата и пищялката ви ще се задоволят с 5-10 вата за да им изравнят звуковото ниво  ;D

Забележка: диаметъра на мембраната е по-малък от номиналния диаметър на говорителя. За ефективен диаметър се приема диаметъра на мембраната + 1/2-ра от гънката около нея. - така 45 сантиметровите 18-ки всъщност имат около 42 см диаметър на мембраната, а 15 инчовите обикновенно имат 34...

Поздрави!

Неактивен Toshko

*
  • *****
  • 4237
    • Профил
Re:Възпроизвеждане на Ниски Честоти
« Отговор #4 -: Април 15, 2011, 10:11:32 10:11 »
Малко нова информация по иначе отчайващата тема с възпроизвеждането на ниски честоти.

В тази тема още не съм ви казал, че освен че изискванията за изтласкван обем въздух са големи, което вече ви казах, та освен това, всички нискочестотни говорители и всички акустични оформления имат сериозен проблем с възпроизвеждането на честоти около и под 30 херца, дори да имат нужните характеристики да местят много въздух.

Малко факти, любимите на всички Таной рядко имат долна граница под 30 херца, обикновено имат 32-34 на -6 дб. Тези, които имат ~20-25 херца долна гранична честота обикновено имат кутии по 1 кубически метър и повече - 1000+ литра...
Сървин Вега 215 с по два 15 инчови говорителя на колона имат долна гранична честота ~24 херца на -10 децибела обаче...

JBL, Марк Левинсън, Инфинити (говоря за колоните на тези производители, които са с размери на хладилник) и всички Хай-Енд производители, рядко слизат под 30 херца на ниво по-високо от -6 или -10 децибела... Както и да е. Темата за акустичните оформления е отделна и ще я разгледаме друг път в нова тема.

Казано на кратко, някои хора, като Зигфрид Линкуиц и Род Елиът имат достатъчно гъвкаво мислене и са измислили начин да накарат нискочестотните говорители да използват наличният си ход на мембраната при ниски нива на звуковото налягане. По този начин докато говорителя не достигне физическите си ограничения, колоната възпроизвежда музикални програми без долна гранична честота, тоест с 20 херца на 0 дб спрямо средното ниво на системата или най-много на -3 дб.

Как става това?

Като на отделен нискочестотен усилвател се подава сигнал, който е със стръмност на корекцията към ниските честоти равна на стръмността на завала на комбинацията от говорител и кутия.
По този начин, ако например говорителя и кутията възпроизвеждат 20 херца на -20 децибела, то коригиращото устройство, ще подаде на усилвателя сигналите на 20 херца усилени с 20 децибела, така получаваме 20 херца на 0 децибела.  ;D Юбер Готино!

Ето две връзки към сайта на Род Елиът:

Това е устройството разработено от Зигфрид Линкуиц, обяснено от Род Елиът
http://sound.westhost.com/project71.htm

Това е устройството разработено от Род Елиът:
http://sound.westhost.com/project48.htm

Честито!

Неактивен Toshko

*
  • *****
  • 4237
    • Профил
Re:Възпроизвеждане на Ниски Честоти
« Отговор #5 -: Август 13, 2011, 05:05:33 17:05 »
Чичо Зигфрид Линквиц пише за възпроизвеждането на ниски честоти на сайта си:
http://www.linkwitzlab.com/thor_splmax.htm

По повод разработването на нов субуфер с 12 инчов дългоходов нискочестотен говорител с ниска резонансна честота марка Пиърлес серия Хикс Ел Ес (Peerless XLS), Зигфрид Линкуиц е написал серия от статии на дизайна и съображенията при проектиране на суб бас системи за възпроизвеждане на ниски честоти (субуфер).

Въведение (увод)
http://www.linkwitzlab.com/thor-intro.htm

Приблизителни Изчисления:
http://www.linkwitzlab.com/thor-estim.htm

Дизайн:
http://www.linkwitzlab.com/thor-design.htm

Измервания:
http://www.linkwitzlab.com/thor-measmt.htm

Еквализация (изравняване на нивата с пасивен филтър на ниво сигнал между предусилвател и усилвател (крайно стъпало/стъпало)):
http://www.linkwitzlab.com/thor-eq.htm

Ограничения на максималното звуково налягане:
http://www.linkwitzlab.com/thor_splmax.htm
Под резонансната честота на системата, максималното звуково налягане е ограничено от максималния ход на мембраната и обусловения от това максимален изтласкван обем за един пълен цикъл на мембраната, над резонансната честота звуковото налягане е ограничено от инерцията на мембраната и свързаните с това нарастващи с честотата изисквания за по-голяма енергия, която да преодолява тази инерция. Над резонансната честота на системата, говорителя никога не постига максимален ход, защото двигателят му (звукова бобина и магнитна система) не може да отдаде достатъчна енергия.

От цялата поредица статии, според мен най-научна и най-оригинална е тази за изчисленията и дизайна: http://www.linkwitzlab.com/thor-estim.htm в интернет не съм срещал никъде другаде превръщане от Thiele/Small параметри в стойности на електронни компоненти и обратно. Освен, че болави ловко с теорията (на която в голяма степен сам е автор), Зигфрид Линкуиц е единственият, който обяснява тези феномени на що годе разбираем език.

Тук в Пенкилер имаме статия за бързите и бавните говорители: http://penkiller.com/index.php/topic,256.0.html в нея е обяснено, че такова нещо не съществува. Сега вече знаем, не само, че ако даден говорител може да възпроизведе дадена честота, то той може да възпроизведе и всички по-ниски честоти, а и че възпроизвеждането на ниски честоти е по-лесно откъм изисквания за подадена мощност.
Също така, който прочете внимателно статията на чичо Линквиц, вече ще знае, защо нискочестотните (басови) високоговорители (говорители/басове/суб) с по-висок качествен фактор стигат по-ниски честоти по-лесно.
- Защото по-слабите им мотори (магнитна система и бобина/звукова бобина) дискриминират по-високите честоти, а нямат проблем да задвижват мембраната със скорости около или под резонасната честота. Това води до по-ниска обща чувствителност (ефективност), защото максималната чувствителност се постига и се отчита при по-високи честоти, като в същото време при определени условия представянето в ниските е същото или по-добро.

Линквиц Трансформ, разгледан отделно от практическото приложение: http://www.linkwitzlab.com/filters.htm#9

Поздрави!