Посчитал ящик под сабвуфер по паспорту, собрал, а бас в машине гудит и «бубнит»? Одна из частых причин прячется в цифре, на которую почти никто не смотрит. Qes (электрическая добротность) в паспорте теряется между Qms и Qts, хотя именно она чаще всего и задаёт полную добротность динамика. Проверим на двух динамиках из нашего каталога: сабвуфере и СЧ динамике.
Откуда берётся электрическое торможение?
Когда диффузор движется, катушка в магнитном поле работает как генератор и выдаёт обратную ЭДС. Этот ток замыкается через низкое сопротивление усилителя и тормозит движение. Примерно как торможение двигателем: сбросил газ, и мотор сам придерживает машину. Чем сильнее магнитный привод, тем сильнее торможение и тем ниже Qes.
Qes = 2π × Fs × Mms × Re / BL²
BL стоит в квадрате. Мотор чуть сильнее, и Qes заметно падает. Тяжёлый диффузор и большое Re, наоборот, её поднимают.
Как посчитать Qes по паспорту?
| Параметр | НОЭМА 300ГДН30-4 | ESB 9.4m |
|---|---|---|
| Fs | 20 Гц | 135 Гц |
| Mms | 131 г | 4,5 г |
| Re | 3,2 Ом | 4,1 Ом |
| BL | 14,6 | 4,117 |
| Qes по формуле | ≈ 0,25 | ≈ 0,92 |
| Qes в паспорте | 0,24 | 0,931 |
| Qms | 7,52 | 3,645 |
| Qts в паспорте | 0,24 | 0,741 |
Формула сходится с паспортом в пределах пары процентов, значит, данным можно доверять. А разница между динамиками бросается в глаза: у сабвуфера с мощным мотором Qes низкая, у лёгкого СЧ динамика со скромным BL почти в четыре раза выше.
Почему Qts почти равна Qes?
У большинства динамиков Qms в разы больше Qes, поэтому в формуле Qts = Qes × Qms / (Qes + Qms) результат определяет в основном Qes. Если Qes = 0,4, а Qms = 8, то Qts ≈ 0,38. Почти то же самое.
У НОЭМА так и есть: Qms = 7,52 в тридцать раз больше Qes, и Qts ≈ 0,23–0,24 практически совпадает с ней. У ESB 9.4m Qms всего в четыре раза больше Qes, поэтому механика уже заметно тянет Qts вниз: 0,931 → 0,741.
Что поднимает Qes в реальной машине
- Провода и выходное сопротивление усилителя. Всё, что стоит последовательно с катушкой, работает как добавка к Re и поднимает Qes. Тонкий длинный кабель к сабвуферу съедает мощность и заодно ослабляет контроль баса. Для НОЭМА лишние 0,2 Ом в тракте дают Qes ≈ 0,255 вместо 0,24, лишние 0,5 Ом уже ≈ 0,28.
- Пассивный кроссовер. У катушки фильтра своё сопротивление, поэтому Qes мидбаса с «пассивкой» выше паспортной.
- Нагрев. Re растёт с температурой, вместе с ним растёт Qes. Подробнее в статье про Re.
Отсюда же быстрый ориентир для выбора корпуса, EBP = Fs / Qes. У НОЭМА он ≈ 83, у ESB 9.4m около 145.
Где чаще всего ошибаются с Qes
- Смотреть только на Qts и не понимать, откуда она взялась. Сравни Qts с Qes: если они почти равны, демпфирование в основном электрическое.
- Экономить на кабеле к сабвуферу. Паспортная Qes остаётся на бумаге, а в машине она выше.
- Считать ящик по паспорту для динамика, который будет работать через пассивный фильтр, и удивляться «бубнящему» басу.
Когда садятся считать ящик по Qes, обычно всплывает вот что.
Qes описывает электрическое торможение резонанса, Qms механическое. Qes задают магнит, катушка и всё сопротивление в цепи, Qms зависит от потерь в подвесе и центрирующей шайбе. Чем меньше добротность, тем сильнее гасится резонанс. У большинства динамиков Qms в разы больше Qes, поэтому полную добротность Qts определяет в основном Qes: у НОЭМА 300ГДН30-4 Qes 0,24 при Qms 7,52.
По EBP = Fs / Qes: примерно до 50 динамик тяготеет к закрытому ящику, около 100 и выше к фазоинвертору, между ними возможны оба варианта. Это ориентир, а не правило. У НОЭМА 300ГДН30-4 EBP около 83, это промежуточная зона. Окончательно решает расчёт корпуса под объём и задачу, а подходящие головы удобно сравнивать в разделе сабвуферов.
Поднять Qes можно, опустить почти нельзя. Любое сопротивление последовательно с катушкой работает как добавка к Re и повышает Qes: тонкий кабель, катушка пассивного фильтра, специальный резистор. У НОЭМА лишние 0,5 Ом в тракте поднимают Qes с 0,24 примерно до 0,28. Снизить Qes ниже паспортной можно только более сильным мотором, то есть другим динамиком.
Влияет, но у нормального усилителя слабо. Выходное сопротивление усилителя складывается с Re катушки. При демпинг-факторе 100 на нагрузке 4 Ом это около 0,04 Ом, и Qes у НОЭМА растёт с 0,24 лишь до 0,243. Провода и клеммы обычно добавляют больше, поэтому сначала смотри на кабель, а уже потом на демпинг-фактор.
Да, Qes растёт вместе с Re. Медь увеличивает сопротивление примерно на 0,39 % на градус, поэтому при нагреве катушки на 100 °C её Re вырастает почти на 40 %. Прикидка для НОЭМА: Qes поднимется с 0,24 примерно до 0,33, и бас на долгой громкой музыке станет менее собранным. Это одна из причин компрессии мощности.
Qes зависит от квадрата BL, а у лёгкого СЧ динамика мотор скромнее. По паспорту ESB 9.4m имеет BL 4,117 и Qes 0,931, а сабвуфер НОЭМА 300ГДН30-4 с BL 14,6 только 0,24. Для СЧ динамика это нормально: он работает выше резонанса, где добротность почти не влияет на звук, а низ ему срезает фильтр.
Лишнее сопротивление в тракте (тонкие провода, пассивные фильтры) делает бас менее собранным. На соревнованиях это слышно как размытые басовые ноты, и судьи отмечают это в оценке качества баса. Как слушать систему глазами судьи, разобрано в шаге «Оценка звучания и соревнования», а сечение кабеля и питание в шаге «Электрика и безопасность». Свой вариант ЗЯ, ФИ или бандпасса можно собрать в калькуляторе E.BAEV.Air.
Не сходится Qes по формуле с паспортом твоего динамика? Скинь цифры в Telegram-чат, пересчитаем вместе.
Источники
- KLIPPEL: определения и методика измерения параметров Тиля-Смолла
- R. H. Small, серия статей о закрытых и фазоинверторных системах, 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, Qts, Демпинг фактор.