что такое звуковая мощность и звуковое давление

Форум для экологов

Форум для экологов

Звуковое давление и звуковая мощность

Модераторы: Лёха, masm0

Звуковое давление и звуковая мощность

Сообщение мася » 17 мар 2009, 01:39

Re: Звуковое давление и звуковая мощность

Сообщение aartemy » 17 мар 2009, 01:39

Re: Звуковое давление и звуковая мощность

Сообщение kustik » 17 мар 2009, 01:39

Re: Звуковое давление и звуковая мощность

Сообщение aartemy » 17 мар 2009, 01:39

Re: Звуковое давление и звуковая мощность

Сообщение Ariesrubs » 17 мар 2009, 01:39

Re: Звуковое давление и звуковая мощность

Сообщение zankl » 17 мар 2009, 01:39

Re: Звуковое давление и звуковая мощность

Сообщение aartemy » 17 мар 2009, 01:39

Re: Звуковое давление и звуковая мощность

Сообщение riorita » 17 мар 2009, 01:39

Re: Звуковое давление и звуковая мощность

Сообщение riorita » 17 мар 2009, 01:39

Re: Звуковое давление и звуковая мощность

Сообщение serge_vw » 17 мар 2009, 01:39

Ответственность

Форум «Форум для экологов» является общедоступным для всех зарегистрированных пользователей и осуществляет свою деятельность с соблюдением действующего законодательства РФ.
Администрация форума не осуществляет контроль и не может отвечать за размещаемую пользователями на форуме «Форум для экологов» информацию.
Вместе с тем, Администрация форума резко отрицательно относится к нарушению авторских прав на территории «Форум для экологов».
Поэтому, если Вы являетесь обладателем исключительных имущественных прав, включая:

— исключительное право на воспроизведение;
— исключительное право на распространение;
— исключительное право на публичный показ;
— исключительное право на доведение до всеобщего сведения

и Ваши права тем или иным образом нарушаются с использованием данного форума, мы просим незамедлительно сообщать нам по электронной почте.
Ваше сообщение в обязательном порядке будет рассмотрено. Вам поступит сообщение о результатах проведенных действий, относительно предполагаемого нарушения исключительных прав.
При получении Вашего сообщения с корректно и максимально полно заполненными данными жалоба будет рассмотрена в срок, не превышающий 5 (пяти) рабочих дней.

Наш email: eco@integral.ru

ВНИМАНИЕ! Мы не осуществляем контроль за действиями пользователей, которые могут повторно размещать ссылки на информацию, являющуюся объектом Вашего исключительного права.
Любая информация на форуме размещается пользователем самостоятельно, без какого-либо контроля с чьей-либо стороны, что соответствует общепринятой мировой практике размещения информации в сети интернет.
Однако мы в любом случае рассмотрим все Ваши корректно сформулированные запросы относительно ссылок на информацию, нарушающую Ваши права.
Запросы на удаление НЕПОСРЕДСТВЕННО информации со сторонних ресурсов, нарушающей права, будут возвращены отправителю.

Источник

Акустические системы: читаем технические характеристики (часть 6)

Тем, кто видит характеристики акустических систем впервые и никогда раньше не сталкивался со всем этим набором информации, можно только посочувствовать. На первый взгляд, все сложно. Хотя с другой стороны, для того, чтобы разобраться, вполне достаточно знания школьного курса физики.

Сохранить и прочитать потом —

Наверное, все упростится, если прокомментировать по порядку реальный набор характеристик, который, кстати, я бы рекомендовал получать из фирменного документа под названием Info Sheet — Информационный лист. Такой PDF-файл можно скачать на сайте практически любого изготовителя акустики для практически любой его модели. Именно там, как правило, все описывается наиболее коротко и ясно.

Сопротивление или импеданс

Итак, по порядку. Сопротивление или импеданс. В одних случаях указывается одно, в других — другое, и в этом есть определенное лукавство. Да, если подсоединить омметр к клеммам акустического кабеля, мы получим требуемые 4, 6 или 8 Ом с точностью ±10%. Только вот беда, это измерение некорректно: мы используем постоянный ток, а нас интересует сопротивление переменному току в звуковом диапазоне частот. И заметим: голосовая катушка динамика по определению не может иметь линейное (не зависящее от частоты) электрическое сопротивление — ведь это индуктивность! А если учесть, что у динамика есть резонансные частоты, и в составе колонки таких динамиков несколько, плюс все это объединяет и вовсе нелинейная схема кроссовера, то измеренное нами сопротивление постоянному току становится просто ориентировочной цифрой.

График замера импеданса (сопротивления)

Корректным параметром становится импеданс, под которым, как правило, имеется в виду сопротивление переменному току — в нашем случае различное на разных частотах. Чаще всего, он представляется в виде графика такой зависимости. В серьезных моделях колонок такой график часто прилагается. Для колонок сопротивлением 8 Ом на определенных частотах импеданс может «проседать» втрое — скажем, до 2-3 Ом — и это способно стать серьезной проблемой для работы подключенного к колонке усилителя. Более-менее ровная кривая импеданса у многополосной системы — признак серьезного уровня разработки АС.

Диапазон воспроизводимых частот

Следующий параметр — диапазон воспроизводимых частот. Если в этом пункте указано что-то типа «35 Гц – 25 кГц» — и все, то в этом случае я рекомендую сразу воскликнуть что-то типа режиссерского «Не верю!». Поскольку перед нами — очередное лукавство, и у продавцов недорогих систем оно встречается довольно часто. Да, наша колонка может воспроизводить 35 герц. Но на этой частоте ее чувствительность (о которой, в данном случае, изготовитель скромно умолчал) может быть очень небольшой. В результате в этом месте (оно называется нижний предел) частотная характеристика может иметь «завал» — спад децибел на 20. А это, в свою очередь, означает, что на этой заветной низкой частоте, которая так важна для воспроизведения «панча», колонка звучит, по ощущениям, тише раза в 3-4. То есть, практически молчит. То же самое касается и верхней граничной частоты диапазона.

Пример измерения АЧХ акустики

Корректно диапазон частот, указанный в технических характеристиках, будет выглядеть только в сочетании с показателем неравномерности частотной характеристики в децибелах во всем этом диапазоне. И данные типа «диапазон частот 35 Гц – 25 кГц при неравномерности ±3 децибела» сразу же вызывают уважение и серьезное отношение к продукту. Оптимально, если в документации эти данные проиллюстрированы графиком АЧХ — амплитудно-частотной характеристики, где по горизонтальной оси отложена частота, а по вертикальной — звуковое давление.

Важным, хотя и не так часто встречающимся, является указание диапазона частот и его неравномерности при отклонении от оси на угол, как правило, 15-30 градусов. Этот параметр позволяет оценить, насколько широка направленность звучания колонок. От нее, в частности, зависит величина «пятна» объемного звучания — области, в которой слушатели получат качественный пространственный эффект. От этого, в свою очередь, зависит, сколько «посадочных мест» может располагаться в образованном новыми колонками зрительном зале в условиях конкретной комнаты, что особенно важно не только для классического стерео, но и при использования акустики в системах домашнего кинотеатра.

Чувствительность

В связи со всем вышесказанным, перейдем и к параметру «чувствительность». Она измеряется в децибелах. Этот показатель, в какой-то степени указывает на степень совершенства нашей колонки. Практически это — ее КПД, коэффициент полезного действия. Для современной акустики этот параметр находится в пределах около 83-95 децибел. Понятно, что высокие значения чувствительности, особенно для классической многополосной системы, достигаются путем множества серьезных и часто затратных технологических усовершенствований.

Схема измерения чувствительности колонок

Повышение чувствительности на 6 децибел приводит к ощущению, что при том же входном сигнале акустика звучит приблизительно вдвое громче! И кстати, для того чтобы поднять громкость на 3 децибела, диффузор динамика должен колебаться с приблизительно удвоенной амплитудой. Для маломощного усилителя, а это, в частности, большинство ламповых моделей, звук которых столь привлекателен, нужна акустика именно с высокой чувствительностью.

Максимальное звуковое давление

В технических параметрах пользовательской акустики (в отличие от профессиональных моделей) этот показатель указывается достаточно редко. Максимальное звуковое давление, естественно, также измеряется в децибелах и, очевидно, может быть косвенно вычислено из данных о чувствительности и максимальной мощности.

Сознательно не залезая в подробности и условия измерения этих параметров, скажем только, что для получения полной совокупности впечатлений от аудио, более-менее устоявшимся считается предел в 90 дБ — на этой громкости (фиксируемой, как правило, в метре от излучателя, в то время, как слушатели располагаются гораздо дальше), многие протоколы испытаний рекомендуют производить тестовое прослушивание. Для сравнения, комплекты дискотечной аппаратуры для залов работают на уровнях до 130 (топы) – 140 (субы) дБ. Это уровень, приближающийся к болевому порогу. Серьезная домашняя акустика, в среднем, выдает максимальные 100–110дБ, и, ради всего святого, пожалейте своих соседей!

Коэффициент нелинейных искажений

Это очень важная характеристика, которая, тем не менее, также нечасто фигурирует в параметрах колонок. Методики ее измерения бывают не совсем корректны. И все же, для качественных моделей она не превышает одного процента, для колонок хорошего уровня это треть процента (0,32% – 0,37%) практически во всем диапазоне частот, и лишь на низах этот параметр может перевалить за 1 процент. Если учесть, что именно на низких частотах наши уши не очень восприимчивы к искажениям, то такой «скачок» не критичен.

Еще одна особенность: КНИ резко возрастает при высокой громкости. Следует понимать, что в звуковом тракте «источник — межкомпонентный кабель — предварительный усилитель — межкомпонентный кабель — оконечный усилитель — акустический кабель — колонка», именно акустическая система является источником наиболее серьезных искажений, хотя подробнее об искажениях, наверное, стоило бы поговорить в связи с усилителями.

Мощность

И раз упомянуты усилители — самое время перейти к мощности. Это тема также «усилительная», но и в приложении к колонкам в ней немало интересного. В параметрах колонки, чаще всего, указывается рекомендованная мощность усилителя в виде двух чисел — минимального и максимального значения. Например, читаем, что для некоей напольной пассивной акустики, указывается минимальная мощность усилителя 20 Вт, максимальная — 200. Это значит, что при мощности усилителя ниже 20 Ватт колонка не сможет обеспечить приемлемый диапазон звукового давления (громкости), ограниченный ее чувствительностью. А при мощности выше 200 Ватт изготовитель, очевидно, не гарантирует сохранность колонки.

При превышении максимальной мощности (часто используется термин «пиковая» мощность или другое, на усмотрение изготовителя) происходит лавинообразное нарастание искажений, затем динамик может перейти в режим клиппирования — когда части подвижной системы ударяются в ограничивающие их смещение детали динамика. Это отмечается характерными щелчками. Появление таких щелчков — верный признак того, что динамику осталось работать совсем недолго. Не стоит доводить до этого.

Окно программы для разработки акустики VituixCAD

Как ни странно, очень важно при выборе колонок обратить внимание не только на цифры технических характеристик, но и на типы излучателей, их особенности и размеры. Особенно стоит оценить совокупный размер диффузоров низкочастотных драйверов. Наличие единственного прямонаправленного низкочастотного динамика с диффузором диаметром 5 дюймов очень плохо сочетается с заявленной нижней граничной частотой 30 Гц, особенно при неравномерности 3 децибела — а такие надписи доводилось видеть у недобросовестных изготовителей.

Все вышеупомянутые параметры акустики важны не только для понимания того, как она зазвучит, но и для того, чтобы правильно подобрать комплект «колонки-усилитель». Общие принципы достаточно просты. Максимальная мощность усилителя должно быть заведомо меньше, чем максимальная мощность акустики. А ее чувствительность, поведение импенданса, особенности схемы требуют серьезного анализа для понимания, какой усилитель станет оптимальным выбором. Но это — тема для другого рассказа.

Источник

Звуковое давление и его уровни (spl)

В настоящее статье поговорим о том, что такое звуковое давление, рассмотрим понятие (импеданс) — удельное акустическое сопротивление среды. Также поговорим об уровнях звукового давления и интенсивности звука.

Чтобы лучше понимать о чём сегодня пойдёт речь, советую прочитать предыдущую статью по этой теме ( звуковые волны, виды, длина волны и скорость звука ).

Звуковое давление

Звуковая волна, как мы уже рассматривали в прошлой статье, распространяется в среде в виде волн сжатия и разряжения плотности.

В газах (в том числе и воздухе) плотность и давление связаны между собой:

p = RTp

А поскольку у волны имеются области сжатия и разряжения, то в первой области давление будут выше статического атмосферного. А в случае разряжения – ниже.

Вот как это выглядит:

Разность между мгновенным значением давления в данной точке среды и атмосферным давлением называется звуковым давлением.

Звуковое давление измеряется в паскалях (Па): 1 Па = 1 Н/м².

Наша слуховая система может определять очень большой диапазон разностей между мгновенным значением звукового давления и атмосферным.

На рисунке ниже представлено, различное звуковое давление от звуковых источников в децибелах (про децибелы подробнее читай далее):

Импеданс

Рассматривая звук, в прошлой статье ( читать ) мы выяснили, что звуковая волна зависит от частоты и амплитуды звукового давления. Если тело оказывает большое сопротивление приложенному звуковому давлению, то частицы приобретают малую скорость.

Поэтому импеданс – это удельное акустическое сопротивление среды. Представляет из себя отношение звукового давления к скорости колебаний частиц среды:

Z = p/v

Измеряется в (Па · с)/м или кг/(с · м²).

Удельное акустическое сопротивление для воздуха составляет (при температуре 20 С°) 413 кг/(с · м²). В металле, к примеру, оно составляет 47,7 × 10 кг/(с · м²). Так как в воздухе импеданс достаточно мал, то и излучаемая полезная энергия также мала.

Если рассматривать КПД (коэффициент полезного действия) музыкальных инструментов, голосового аппарата, громкоговорителей и т. п., то оно в воздухе находится в пределах 0,2-1%.

Энергетические параметры

Звуковая волна переносит энергию механических колебаний, значит она имеет энергетические параметры. Среди которых: акустическая энергия P (Дж); мощность W – энергия, переносимая в единицу времени (Вт); интенсивность I – количество энергии, проходящее в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной к направлению распространения волны (Вт/м²); плотность – количество звуковой энергии в единице объёма (Дж/м²).

Уровни звукового давления (анг. SPL, sound pressure level)

Восприятие громкости человеком происходит не по линейному закону, пропорционально амплитуде колебаний, а по логарифмическому. Поэтому для определения параметров звука применяют логарифмические шкалы.

Человек различает огромный диапазон изменения звукового давления от тихого 2 × 10 ⁻⁵ Па до очень громкого 20 Па. Разница составляет 10⁶.

Использовать такую школу очень неудобно. Поэтому в измерительных приборах пользуются логарифмическими единицами – децибелами (дБ). Эта единица происходит от другой – бел, который равен десятикратному изменению интенсивности звука. Однако бел – единица крупная и неудобная для измерений. Поэтому применяется её десятая часть – децибел.

Уровень звукового давления определяется как:

L = 20 lg p/p₀

Например, если звуковое давление p = 2 Па, то уровень звукового давления равен: L = 20 lg (2 Па/(2 × 10 ⁻⁵) Па) = 20 lg (1 × 10⁺⁵) = 20 × 5 = 100 дБ.

Один децибел – примерно та наименьшая разница в громкости, которую человеческое ухо может почувствовать.

Полезно запомнить следующее. Изменение громкости в 3 дБ равно отношению 2:1. Поэтому если мы берем два одинаковых источника звука, т. е. удваиваем мощность, то громкость увеличиться на 3 дБ. Например, если к голосу присоединяется ещё один, равный по громкости, то уровень звука увеличится на 3 дБ. Если нужно ещё увеличить на 3 дБ, потребуется вдвое увеличить имеющийся состав.

Также можно обратиться к следующей таблице (в ней показано на сколько дБ нужно убавить, чтобы получить звучание в 2 раза тише, в 3 и т. д.):

Для определения суммарного уровня давления нескольких инструментов их никогда не складывают. Вначале необходимо рассчитать значение звукового давления каждого инструмента. Допустим играют две скрипки. Одна с уровнем 80 дБ, другая 86 дБ. У первой звуковое давление равно — 0,2 Па, второй — 0,4 Па.

Рассчитывается так: L = 20 lg p/p₀, значит 80 дБ = 20 lg p / (2 × 10 ⁻⁵), далее lg p / (2 × 10 ⁻⁵) = 4. Следовательно 10⁴ = p / (2 × 10 ⁻⁵), отсюда значение звукового давления будет p = 0,2 Па.

После этого определяется суммарное звуковое давление

В нашем случае суммарное давление равно p = 0, 447 Па. Затем определяется суммарный уровень звукового давления. Который равен 86,98 дБ.

Уровень интенсивности звука

Уровень интенсивности звука также измеряется в децибелах по формуле:

L₁ = 10 lg I/I₀

I₀ – нулевой уровень, равный 10⁻¹² Вт/м².

Мощность, напряжение, ток

Перечисленные электрические характеристики также часто приводятся в децибелах и имеют свои специальные обозначения. Приведём несколько примеров:

L dBm = 10 lg WВт/ 1мВт – уровень мощности отнесённый к 1 мВт

L dBv = 20 lg UB/1B – уровень напряжения, отнесённый к 1 В (Америка)

L dBv = 20 lg UB/0,775 B – уровень напряжения, отнесённый к 0,775 В (Европа)

Спасибо, что читаете New Style Sound ( подписаться на новости )

Источник

Как мощность влияет на громкость колонок

Содержание

Содержание

Мощность акустических систем — раздолье для спекуляции цифрами. Разнообразие подходов производителей акустики к измерению этого параметра и документирования результатов заставляет подчас задуматься даже опытного аудиофила. Рассмотрим несколько популярных заблуждений на эту тему.

Миф первый. Колонки «выдают» ватты

Первым делом нужно разобраться с несколькими понятиями. Колонки бывают активные и пассивные.

Первые имеют встроенный усилитель, а для вторых он необходим в виде отдельного устройства.

Именно усилитель в обоих вариантах преобразует ток от блока питания и передаёт сигнал определённой мощности на динамики, которые в свою очередь преобразуют его в звук. Причём делают это с низким КПД, рассеивая большую часть получаемой энергии в тепло. Поэтому говорить, что колонки выдают столько-то ватт, корректно только если они активные.

В любом случае, усилитель служит поставщиком мощности (электрической), а динамик — потребителем. За редкими исключениями (их рассмотрим позже) для активной акустики указывается выходная мощность встроенного усилителя.

Например, внутри двухкомпонентной системы SVEN MC-30 установлены TAS5342R. Его номинал 100 Вт, и производитель колонок честно указывает такую выходную мощность.

При этом динамики рассчитаны на такую мощность, иначе долго такая колонка не проживёт.

С пассивной акустикой всё немного сложнее. Согласование параметров нужно обеспечивать самостоятельно. Здесь уже у каждого компонента будет “своя” мощность: у усилителя — выходная, а у колонок — потребляемая.

Дотошный акустик может заметить, что есть такая величина как звуковая мощность, но она не измеряемая, а расчётная. А вычисляется эта величина из уровня звукового давления, который и отвечает за способности колонки. Он будет подробно рассмотрен далее.

Миф второй. Громкость определяется мощностью

Начнём с того, что громкость — параметр субъективный. Если вам в разгар вечеринки захочется прибавить звука, вряд ли это понравится соседу. То есть зависит громкость от нашего основного приёмника — уха. Правильнее говорить об уровне звукового давления. Именно этот параметр часто встречается в документации на аудиоаппаратуру под именем SPL. Измеряется он в децибелах (дБ) в отличие от мощности, единица измерения которой — ватт. Децибел — величина относительная и индицирует насколько текущий уровень SPL превышает порог слышимости (0 дБ).

Мощность приходится SPL очень «дальним родственником». Как правило, это параметр, указывающий какую максимальную электрическую энергию можно направить в динамики колонки, чтобы они при этом не вышли из строя. За то, насколько эффективно эта энергия будет использоваться, отвечает другой параметр — чувствительность. Она характеризует уже динамик, а не усилитель. Измеряется как SPL на расстоянии метра от динамика, при подаче на него сигнала частотой 1 кГц и мощностью 1 Вт. Отсюда единица измерения — дБ/Вт/м.

Например, чувствительность 84 дБ/Вт/м позволит вам на одном ватте получить SPL в 84 дБ. Каждое удвоение мощности прибавит к SPL 3 дБ. Таким образом, чтобы получить внушительные для небольшого помещения 90 дБ, в такой динамик нужно «влить» 4 ватта. Если же взять более чувствительный динамик (90 дБ/Вт/м), то достаточно будет 1 Вт. Почувствуйте разницу.

Интересно, что у некоторых производителей этот параметр значится как «эффективность». Проведём следующую аналогию. Как далеко вы проедете на автомобиле на 10 литрах бензина? Зависит от расхода топлива. Также и с динамиком, который «заправляют» 10 ваттами мощности — насколько громко он заиграет? Зависит от чувствительности. В случае с 10 Вт прибавьте к её значению 10 дБ и ответ готов.

Миф третий. Существует универсальный показатель мощности

В этой области больше решает репутация производителя, который старается придерживаться стандартов измерения характеристик, а не гонится за баснословными цифрами. Вспомните магнитолы производства известных мастеров доступной бытовой электроники, на которых гордо красовались наклейки с киловаттами. Это как раз те исключения, оговоренные в мифе №1. Казалось бы, магнитола — активная акустическая система, да ещё и портативная, откуда такие цифры?

А это не мощность усилителя, а максимально возможная пиковая нагрузка на динамики, которая может длиться миллисекунды. Да, недорогой динамик возможно выдержит такой всплеск, но это ничего не имеет общего со штатным режимом работы.

Измерять мощность можно разными способами, по-разному учитывая качество звука. Ниже приведены несколько стандартизированных показателей мощности:

Представляется ассоциация с водонепроницаемостью смартфона. Поместили на пару метров в воду на несколько минут — всё работает. А если утопить метров на пять на то же время, то бесследно это для аппарата не пройдёт. Сначала могут появиться проблемы с тачскрином, при следующем погружении перезагрузится и т.д. После серии таких погружений вода постепенно выведет из строя плату. Аналогично с тестированием динамика. Кратковременно он выдержит высокую нагрузку, но при увеличении времени воздействия начнётся перегрев со всеми вытекающими последствиями.

Стоит обратить внимание на такой простой параметр как потребляемая мощность.

Миф четвёртый. RMS — «честная» мощность

Это могло быть так, если бы не маркетинг и подчас повышенный оптимизм производителей акустики. RMS — это наиболее часто встречающийся показатель мощности акустической системы. Он говорит о максимальной мощности, при подведении которой динамики могут работать определённое время и не получат повреждений. То есть при следующем тесте будут функциональны. В идеале если ещё при этом не будет превышен заданный уровень нелинейных искажений. Но это для многих производителей совсем не точно. THD свыше 10% в зависимости от частоты вызывают призвуки, хрипы, скрипы и т.п., что делает прослушивание музыки некомфортным. Зато заявленная мощность будет обеспечена.

Безусловно RMS — более значимый параметр, чем любая пиковая мощность. Но лучше если производитель указывает какие уровни THD соблюдались при проведении испытаний. В идеале, если указан также и максимальный SPL.

Миф пятый. Мощность — главный параметр при выборе акустики

Чтобы дать возможность звуку полностью раскрыться, нужна громкость, равно как и обеспечивающая её мощность. Но упомянутые искажения могут сильно испортить картину. За чистоту звука на всём диапазоне SPL отвечают другие важные параметры: АЧХ, согласованность импедансов, акустическое оформление и др. Каждый из них по-своему влияет на восприятие. Не забывайте, что и помещение, в котором расположена акустическая система, тоже играет немаловажную роль. Да и особенности музыкальных композиций тоже нужно учитывать, не зря же существуют эквалайзеры. Всё эти детали в совокупности и формируют сочный насыщенный звук.

Источник