Включаешь громче, и вокал вдруг становится «грязным», а бас начинает дребезжать, хотя уровень вроде бы не запредельный. Часто дело в гармониках: динамик добавляет к музыке звуки, которых в записи не было.
Чем гармоники инструмента отличаются от гармоник динамика?
Возьмём ноту 150 Гц. Её вторая гармоника 300 Гц, третья 450 Гц, четвёртая 600 Гц. У скрипки и у трубы на одной ноте набор гармоник разный, поэтому ты их отличаешь с закрытыми глазами. Это обертоны, про них подробно в статье «Тон и обертоны».
А теперь подай на СЧ динамик чистый синус 150 Гц. Если на выходе появились 300 и 450 Гц, их туда добавил сам динамик. Долю этой добавки считают как КНИ (коэффициент нелинейных искажений, THD).
| КНИ | Уровень гармоник относительно тона | Как это обычно воспринимается |
|---|---|---|
| 1% | −40 дБ | Ориентир для чистой работы в полосе |
| 3% | ≈ −30 дБ | На СЧ уже можно заметить на чистом тоне |
| 10% | −20 дБ | Явная грязь, на басе дребезг |
Чётные и нечётные: какая разница?
Вторая гармоника делает волну несимметричной: одна полуволна толще другой. На слух это звучит «теплее» и маскируется лучше, потому что вторая гармоника на октаву выше тона и музыкально с ним согласуется. Третья и дальше нечётные приплющивают вершины, это уже похоже на клиппинг. Высокие нечётные гармоники режут слух сильнее.
Откуда они в динамике? Когда диффузор уходит далеко от центра, катушка частично выходит из магнитного зазора и BL падает, подвес становится жёстче, индуктивность меняется с ходом. Всё это делает зависимость «сигнал → движение» кривой, а кривая передача и рождает гармоники. Эти эффекты измеряет система KLIPPEL, подробнее в статье о нелинейных параметрах.
Разбор на реальных динамиках
Самое полезное, что можно сделать с гармониками в машине, это найти, где динамик начинает их выдавать, и не пускать его туда.
СЧ ESB 9.4m: Fs 135 Гц, Xmax 2,8 мм. Около резонанса ход диффузора максимален, и искажения растут первыми именно там. У меня в машине он стоит во фри-эйр от ~150 Гц, и я не взял эту цифру из головы: измерил, КНИ ниже 1%. Если бы замер показал 5% на 150 Гц, раздел пришлось бы поднимать.
Твитер ESB 9.1T-28: Fs 900 Гц. Я ставлю раздел около 2,5 кГц, а без заметных искажений он играет примерно с 1,5 кГц. Этот запас в октаву с хвостиком и нужен, чтобы при громкости купол не ушёл в нелинейность.
Сабвуфер НОЭМА 300ГДН30-4: Xmax 12 мм. На 30 Гц гармоники падают на 60 и 90 Гц, куда слух гораздо чувствительнее (посмотри кривые равной громкости). Поэтому 10% искажений на сабе могут восприниматься как «бас стал громче и чётче», а на деле это призвуки выше по частоте.
Отсюда мой принцип для Mark X: все компоненты должны работать с искажениями меньше 1% в своей рабочей полосе.
Что уточняют про цифры КНИ
КНИ не выше 1%, то есть гармоники на 40 дБ тише основного тона, это ориентир для чистой работы динамика в своей полосе. При 3% (около −30 дБ) призвуки уже можно заметить на СЧ на чистом тоне, а 10% (−20 дБ) звучат как явная грязь и дребезг на басе. Одна цифра из паспорта мало что говорит, важно, на какой частоте и громкости мерили.
КНИ в децибелах считают по формуле 20·log10(КНИ/100). КНИ 10% даёт −20 дБ, 3% около −30 дБ, 1% ровно −40 дБ, 0,1% уже −60 дБ. В REW на вкладке Distortion кривые H2 и H3 показаны именно так, относительно основного тона, поэтому удобно держать в голове: «ниже −40 дБ» значит «меньше 1%».
Звук на громкости грязнеет потому, что растут гармоники: диффузор уходит далеко от центра, катушка частично выходит из магнитного зазора, BL падает, подвес становится жёстче. Передача «сигнал → движение» искривляется, и динамик добавляет кратные частоты, которых в записи не было. Вторая причина: усилитель уходит в клиппинг и срезает вершины волны.
Да, искажения сабвуфера часто не слышны как грязь. На 30 Гц его гармоники попадают на 60 и 90 Гц, а там слух гораздо чувствительнее, чем на самом басу. Поэтому 10% искажений на сабвуфере могут восприниматься как «бас стал громче и чётче», хотя на деле это призвуки выше по частоте. Проверяется это только замером КНИ, на слух легко обмануться.
Около частоты резонанса Fs ход диффузора СЧ динамика максимален, и гармоники растут там первыми. Если поставить раздел у самого Fs, на громкости он уйдёт в нелинейность. Пример из практики автора: у ESB 9.4m Fs 135 Гц, а раздел стоит от ~150 Гц, и замер подтверждает КНИ ниже 1%. Цифру раздела берут из замера.
Усилитель тоже добавляет гармоники, особенно когда упирается в напряжение питания и начинает клиппировать. Срезанные вершины волны дают в основном нечётные гармоники, а высокие нечётные режут слух сильнее всего. Если в REW при прибавке громкости на 6 дБ искажения растут резко, ты у предела хода динамика или у предела усилителя, и это стоит разделить отдельным замером.
Как проверить гармоники самому
- В REW запусти свип на средней громкости и открой вкладку Distortion.
- Смотри, где кривые H2 и H3 подходят ближе −40 дБ к основному тону.
- Подними громкость на 6 дБ и повтори. Если искажения растут резко, ты у предела хода или усилителя.
- Сдвинь раздел выше или крутизну больше и сравни.
Где чаще всего ошибаются с гармониками
- Судить о динамике по одной цифре КНИ из паспорта. Важно, на какой частоте и громкости его мерили.
- Путать гармоники с дребезгом двери. Сначала виброизоляция, потом выводы о динамике.
- Опускать раздел СЧ к самому Fs, потому что «так больше баса в середине».
На соревнованиях судьи отдельно слушают чистоту и призвуки, и дребезжащий на громкости мидбас там сразу стоит баллов. Лучше всего гармоники ловятся при подборе частот раздела, это часть шага «Настройка системы».
Снял график искажений и не понимаешь, это нормально или пора менять раздел? Скидывай скрин в Telegram EBAEVSQ, посмотрим вместе.
Источники
- Л. Беранек, «Акустика» (русский перевод, 1965)
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
- И. А. Алдошина, «Основы психоакустики» (цикл статей, журнал «Звукорежиссёр», 1999–2000)
- KLIPPEL GmbH, документация Large Signal Identification (LSI), klippel.de
См. также: Нелинейные искажения, Xmax, Спектр.