Когда я собирал фронт, у меня был жёсткий принцип: каждый компонент должен играть в своей полосе с искажениями меньше 1 %. СЧ динамики ESB 9.4m я пустил во фри-эйр от 150 Гц только после того, как замер показал THD ниже 1 % на этой частоте. Почему именно на эту цифру смотрят все, кто делает SQ, и что она вообще значит?
Откуда берутся гармоники?
Любая нелинейность искривляет форму волны. У усилителя это ограничение по питанию и неидеальность транзисторов. У динамика это неравномерная сила магнитного поля по ходу катушки, жёсткость подвеса, которая растёт на краях, индуктивность, меняющаяся с положением катушки. Искривлённая волна раскладывается на основной тон плюс гармоники.
THD считают как корень из суммы квадратов амплитуд всех гармоник, делённый на амплитуду основного тона. 1 % означает, что гармоники примерно на 40 дБ тише основного тона, 10 % на 20 дБ.
Случай из машины: клиппинг и мидбас
У меня громкость системы ограничивают мидбасы. Если продолжать крутить ручку, первым сдаётся усилитель: он упирается в питание и срезает вершины синуса. Это клиппинг, и THD при нём растёт очень быстро.
Посчитал для идеального ограничителя: перегруз всего 0,24 дБ выше порога клиппинга уже даёт THD 1 %. При 2,2 дБ уже 10 %, при 3 дБ около 13 %. То есть граница между «чисто» и «грязно» укладывается в пару децибел громкости. Поэтому в планах у меня усиление мидбаса помощнее, ради запаса в +3 дБ.
Какой THD слышен?
Однозначной цифры нет. Слух прощает низкие чётные гармоники (2-я это октава, звучит «тепло») и хуже переносит высокие нечётные (5-я, 7-я): они звучат крикливо и «грязно». К тому же на басу гармоники попадают в диапазон, где слух чувствительнее, и маскировка работает против нас: 3-я гармоника от 40 Гц это 120 Гц, которые слышно лучше самих 40.
| THD | Гармоники ниже основного тона | Как обычно воспринимается |
|---|---|---|
| 0,01 % | на 80 дБ | Неслышимо, уровень хорошего усилителя |
| 0,1 % | на 60 дБ | Практически неслышимо |
| 1 % | на 40 дБ | Граница для динамиков в SQ |
| 3 % | на 30 дБ | На басу бывает заметно, на СЧ слышно |
| 10 % | на 20 дБ | Явная грязь, характерно для клиппинга |
Ориентиры в таблице грубые: многое зависит от номера гармоники и от частоты.
Чем THD усилителя отличается от THD динамика?
У нормального усилителя в рабочем режиме THD сотые доли процента. У динамиков это десятые и целые проценты, особенно на низах и у края хода. Поэтому в реальной системе искажения почти всегда определяет акустика. Паспортную цифру THD усилителя сравнивай только при одинаковой мощности и нагрузке: «0,05 % при 1 Вт» и «0,05 % при номинале» это разные вещи.
Для динамиков THD снимают измерительным микрофоном свипом, например в REW. Так я и выбирал частоты раздела: ESB 9.1T-28 играет без заметных искажений примерно от 1,5 кГц, а раздел я поставил около 2,5 кГц, с запасом.
На чём чаще всего ошибаются с THD
- Сравнивать THD усилителей при разной мощности.
- Резать динамик там, где он уже «хрипит», потому что так советовали в чате.
- Искать искажения в усилителе, когда хрипит сам динамик у края хода.
- Не оставлять запас по громкости: пара дБ перегруза превращает 1 % в 10 %.
Что спрашивают после первого замера THD
THD динамика в машине меряют свипом через измерительную программу вроде REW и измерительный микрофон с калибровкой. Микрофон ставят в ближнем поле, в нескольких сантиметрах от диффузора, чтобы отражения салона не путали картину. Мерить нужно на рабочей громкости и с включёнными фильтрами: на тихом уровне любой динамик покажет красивые цифры.
THD учитывает только гармоники основного тона, а THD+N добавляет к ним ещё и шум с фоном во всей полосе измерения. На малой мощности усилителя THD+N почти целиком состоит из шума, поэтому цифра там выше, чем чистый THD. В паспортах усилителей часто пишут именно THD+N, и сравнивать её с чужим «THD» без оговорок нельзя.
На низах THD динамика растёт, потому что для той же громкости диффузору нужен больший ход: на октаву ниже ход растёт примерно вчетверо. Катушка уходит туда, где магнитное поле слабее, а подвес жёстче, и нелинейности быстро набирают силу. Поэтому мидбас и сабвуфер почти всегда искажают больше твитера, и запас по Xmax на басу важнее всего.
Настройкой THD динамика часто удаётся снизить без замены железа. Подними частоту ФВЧ, чтобы убрать с динамика низы, на которых он выходит за линейный ход. Поставь сабсоник на сабвуфер, не допускай клиппинга усилителя и проверь крепление: дребезжащая панель тоже рисует «гармоники» на замере. После каждого шага повторяй замер на той же громкости.
Замер THD это самый честный способ выбрать частоты раздела и понять, на что способны твои динамики. Как это вписать в общий порядок работы, рассказано в шаге «Настройка системы», а про выбор компонентов с запасом в шаге «Подбор компонентов».
Снял THD своих динамиков и не понимаешь, где резать? Выкладывай графики в Telegram-чат EBAEVSQ, я там тоже бываю.
Источники
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
- IEC 60268-3, Sound system equipment, Part 3: Amplifiers
- KLIPPEL, документация по измерению нелинейных искажений громкоговорителей: klippel.de
См. также: Гармоники, Нелинейные искажения, Клиппинг, IMD, Нелинейные параметры KLIPPEL.