Выбираешь сабвуфер и тянешься к модели с самой низкой Fs, мол, раз 20 Гц, значит, бас до самого пола? Не спеши. В паспорте сабвуфера НОЭМА 300ГДН30-4 указано Fs = 20 Гц, у СЧ динамика ESB 9.4m 135 Гц, у твитера ESB 9.1T-28 900 Гц. Три числа с разницей в 45 раз. На этих трёх динамиках и разберём, что такое резонансная частота Fs и что с ней делать.
Откуда берётся резонанс?
Динамик устроен как грузик на пружине. Грузик это масса подвижной системы Mms, пружина: подвес и центрирующая шайба с гибкостью Cms:
Fs = 1 / (2π × √(Mms × Cms))
Как проверить паспорт своими руками?
Формула пригодится и на практике: по ней видно, не противоречат ли друг другу цифры в паспорте. Подставим данные наших динамиков.
| Динамик | Mms | Cms | Fs по формуле | Fs в паспорте |
|---|---|---|---|---|
| НОЭМА 300ГДН30-4 | 131 г | 0,46 мм/Н | ≈ 20,5 Гц | 20 Гц |
| ESB 9.4m | 4,5 г | 0,306 мм/Н | ≈ 135,6 Гц | 135 Гц |
Оба паспорта сходятся с расчётом, значит, параметры сняты в одном измерении и им можно доверять. Если расхождение больше 10 %, часть цифр, скорее всего, взята из другого замера или маркетинговой таблицы. Не забудь перевести единицы: граммы в килограммы, мм/Н в м/Н.
Где искать Fs на графике?
Вдали от резонанса импеданс близок к Re, а на Fs резко растёт. Частота вершины пика и есть Fs. Так её и измеряют: DATS, REW с простой приставкой или KLIPPEL. По форме того же пика считают Qes, Qms и Qts.
Что Fs значит для сабвуфера, СЧ и твитера?
20 Гц у НОЭМА не означают, что сабвуфер сыграет 20 Гц в машине. Воздух в корпусе добавляет жёсткости, и резонанс системы уходит вверх: в закрытом ящике это уже Fc, в фазоинверторе важна частота настройки Fb. Насколько сдвинется резонанс, решают Vas, Qts и объём корпуса. Без них Fs ничего не говорит о глубине баса.
У ESB 9.4m резонанс 135 Гц. Возле него динамик хуже контролирует ход и сильнее искажает, поэтому классическое правило велит ставить HPF на октаву выше, от 270 Гц.
Но правило задаёт стартовую точку, а не закон. В моём Mark X эти ESB 9.4m стоят во фри-эйр и играют от 150 Гц, почти у самого резонанса. Можно так только потому, что я их померил: искажения от 150 Гц ниже 1 %. Зато они закрывают провал ближнего мидбаса в районе 160–190 Гц и поднимают сцену. Нет замера искажений, держи запас в октаву.
Для ESB 9.1T-28 с Fs 900 Гц запас в полторы-две октавы даёт срез 2,5–3,6 кГц. У меня он как раз стоит около 2,5 кГц. Чем ниже срез и громче система, тем больше нужен запас: твитер у резонанса быстрее всего выходит на механический предел.
Почему у твоего экземпляра Fs другая?
- Разброс производства: несколько герц даже в одной партии.
- Разминка подвеса. Новый подвес жёстче, после первых часов работы Fs обычно немного снижается (см. разминка динамика).
- Температура. Зимой в холодной машине резина жёстче, Fs выше.
- Уровень сигнала. Параметры снимают на малом сигнале, а на громкости подвес работает нелинейно.
Пять коротких ответов про Fs
Само по себе ни то ни другое. Fs сабвуфера показывает резонанс без корпуса, а глубину баса в машине задают корпус и связка Fs, Qts и Vas. Динамик с Fs 20 Гц в тесном закрытом ящике может сыграть выше, чем динамик с Fs 30 Гц в подходящем фазоинверторе. Сравнивай сабвуферы по расчёту корпуса, а не по одной цифре в паспорте.
Fs - это резонанс динамика в свободном воздухе. Fc - резонанс того же динамика в закрытом ящике: воздух внутри работает как дополнительная пружина, поэтому Fc всегда выше Fs. Fb - частота настройки фазоинвертора, её задают объём корпуса и размеры порта. Для расчёта ящика нужна Fs, а в готовом сабвуфере работают уже Fc или Fb.
Можно, но только по замеру искажений. Классическое правило советует срез на октаву выше Fs: для СЧ динамика с Fs 135 Гц это около 270 Гц. Автор в своей машине ставит такие СЧ от 150 Гц, потому что замер показал искажения ниже 1 %. Без замера держи запас в октаву, иначе на громкости СЧ динамик начнёт призвучивать.
У большого динамика тяжелее подвижная система и обычно мягче подвес, а резонансная частота Fs падает с ростом массы Mms и гибкости Cms. Поэтому у 12-дюймового сабвуфера Fs бывает около 20 Гц, у компактного СЧ динамика больше 100 Гц, у твитера сотни герц. Посмотреть, как это выглядит у реальных моделей, можно в разделе сабвуферов каталога.
Желательно, если корпус считают под конкретный объём и настройку. Fs меняется от экземпляра к экземпляру, после разминки подвеса и от температуры, поэтому паспорт даёт только среднюю цифру. Замер импеданса через DATS или REW с приставкой покажет реальную Fs, а заодно Qts, по которым и стоит считать закрытый ящик или фазоинвертор.
На чём горят, выбирая динамик по Fs
- Сравнивать сабвуферы по одной Fs и выбирать «самый низкий».
- Ставить HPF твитера по совету «как у всех», не заглянув в его Fs.
- Брать Fs из каталога магазина, где цифры часто перепутаны между моделями. Лучше смотреть даташит производителя.
Что спросить у установщика
- По каким параметрам рассчитан корпус: по паспорту или по замеру моего экземпляра?
- На какой частоте стоит HPF СЧ динамика и твитера и какой запас до их Fs?
На соревнованиях СЧ динамик или твитер, которые работают слишком близко к своей Fs, на громкости дают призвуки. Судьи снимают за это баллы в «тональной точности» и «отсутствии искажений», так что запас по HPF окупается. Как проходит оценка, смотри в шаге «Оценка звучания и соревнования». Дальше по пути: выбор оформления и настройка системы. Проверить это на своём динамике можно в калькуляторе оформления E.BAEV.Air.
Посчитал Fs своего динамика, и цифры не сошлись с паспортом? Принеси замер в Telegram-чат, разберём вместе.
Источники
- KLIPPEL: определения и методика измерения параметров Тиля-Смолла
- R. H. Small, «Closed-Box Loudspeaker Systems», Journal of the Audio Engineering Society, 1972–1973
- Л. Беранек, «Акустика» (русский перевод, 1965)
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
- Э. Л. Виноградова, «Конструирование громкоговорителей со сглаженными частотными характеристиками» (Массовая радиобиблиотека, вып. 966)
- С. Д. Бать, «Любительские громкоговорители»
См. также: Параметры Тиля-Смолла, Резонанс, ЗЯ (Закрытый ящик), ФИ (Фазоинвертор).