Выкрутил громкость, а бас всё равно «не давит», зато в ушах звенит от твитеров. Или на соревнованиях кто-то гордо называет цифру с дБ-метра, и ты не понимаешь, много это или мало. Разговор про громкость в автозвуке всегда упирается в одну величину: звуковое давление.
Звуковое давление - это переменная добавка к атмосферному давлению, которую создаёт звуковая волна. Измеряют его в паскалях, но на практике почти всегда говорят об уровне звукового давления (SPL) в децибелах относительно 20 мкПа, это примерно порог слышимости на 1 кГц.
Почему паскали никто не использует?
Потому что диапазон огромный. Шёпот и рок-концерт отличаются по давлению в тысячи раз, и считать такое в линейных единицах неудобно. Логарифмическая шкала сжимает всё в понятные числа: L = 20·lg(p / 20 мкПа).
| Уровень, дБ SPL | Давление, Па | Что это примерно |
|---|---|---|
| 0 | 0,00002 | Порог слышимости на 1 кГц |
| 60 | 0,02 | Спокойный разговор |
| 94 | 1 | Калибровочный уровень микрофонных калибраторов |
| 120 | 20 | Громко до боли, так долго слушать нельзя |
| 140 | 200 | Уровни SPL-соревнований |
Каждые +20 дБ это давление в 10 раз больше. Каждые +6 дБ примерно вдвое. Отсюда и дБ-метры: ни один калибратор не «пищит» на 1 Па случайно, 94 дБ выбраны ровно под это.
Сколько громкости дадут реальные динамики?
Возьмём три динамика из каталога сайта и прикинем, какой уровень каждый выдаст на метре при паспортной мощности. Формула простая: уровень при 1 Вт плюс 10·lg(P). Чувствительность беру «на 1 Вт», чтобы не путаться с 2,83 В (разница объяснена в статье про чувствительность 1 Вт/1 м и 2,83 В/1 м).
| Динамик | SPL 1 Вт/1 м | 10 Вт | Паспортная RMS | Уровень при RMS |
|---|---|---|---|---|
| ESB 9.1T-28 (твитер) | 91,5 дБ | 101,5 дБ | 110 Вт | ≈ 111,9 дБ |
| ESB 9.4m (СЧ динамик) | 87,6 дБ | 97,6 дБ | 120 Вт | ≈ 108,4 дБ |
| НОЭМА 300ГДН30-4 (сабвуфер) | 90 дБ | 100 дБ | 300 Вт | ≈ 114,8 дБ |
Смотри, что тут интересного. Разница в 4 дБ по чувствительности между твитером и СЧ динамиком выглядит скромно, но чтобы её закрыть мощностью, СЧ нужно в 2,5 раза больше ватт. А от 10 до 100 Вт уровень растёт всего на 10 дБ. Удвоил мощность, получил +3 дБ, и больше ничего.
Это расчёт «на бумаге». В реальности на больших мощностях катушка греется, и начинается компрессия мощности: ватты идут, а децибелы уже нет. Плюс динамик упирается в Xmax на низах, особенно мидбас.
Что уточняют про децибелы и ватты
Звуковое давление измеряют в точке, где стоит микрофон или голова слушателя, а звуковая мощность описывает сам источник. Давление зависит от расстояния и салона, мощность источника от них почти не зависит. Поэтому SPL всегда указывают с условиями: на каком расстоянии и при каком сигнале, иначе цифра ничего не значит.
Примерно в 10 раз. Субъективно «вдвое громче» соответствует прибавке около 10 дБ, а +10 дБ по звуковому давлению требуют в 10 раз больше ватт: от 10 Вт к 100 Вт или от 100 Вт к 1000 Вт. Удвоение мощности даёт только +3 дБ. Поэтому замена усилителя на вдвое более мощный слышна, но громче вдвое не станет.
Опасным для слуха считают долгое прослушивание от 85 дБА: по нормам шума на рабочем месте (NIOSH) такой уровень допустим до 8 часов в день, и каждые +3 дБ сокращают это время вдвое. На 94 дБА выходит около часа, на 100 дБА около 15 минут. Громкая прослушка в машине легко переходит за 100 дБ, так что долгие сессии на таком уровне бьют по слуху.
дБ(A) и дБ(C) это уровни звукового давления с частотной коррекцией. Кривая A повторяет чувствительность уха на тихих уровнях и сильно режет низ: на 50 Гц около −30 дБ, на 40 Гц около −35 дБ. Кривая C почти ровная и спадает только по краям диапазона. Для баса и сабвуфера в машине уровень в дБ(A) сильно занижен, смотри дБ(C) или без коррекции.
Расчёт по чувствительности даёт уровень на 1 метре в свободном поле, а в машине до ушей другое расстояние, рядом стёкла и обивка, на басу работает усиление салона. Плюс на большой мощности катушка греется, и компрессия мощности съедает часть децибел. Поэтому расчёт годится как прикидка запаса, а реальный уровень показывает только замер калиброванным микрофоном.
А что делает салон?
В открытом пространстве уровень падает на 6 дБ при каждом удвоении расстояния, это закон обратных квадратов. В машине до ушей 0,5–1,5 м, и стены рядом, поэтому на низах добавляется усиление салона. Сабвуфер в машине играет заметно громче, чем обещает паспорт на метре, а твитеру салон почти ничего не добавляет.
И ещё про сложение. Два источника по 90 дБ в фазе дают 96 дБ, а не 93. Давления складываются как амплитуды, и удвоение давления это +6 дБ. 93 дБ получается, только когда сигналы некоррелированы, например два разных шума. Я сам когда-то слепо верил, что «всегда +3», пока не пересчитал. Отдельно это разобрано в статье про интерференцию.
Во что упирается громкость в моей машине?
У меня в Mark X громкость системы упирается в мидбасы. Твитеры и СЧ запас имеют, сабы тоже, а мидбас первым начинает «сдаваться». План: поднять мощность на мидбас, чтобы выиграть около 3 дБ. Звучит мало, но по расчёту это вдвое больше ватт на каждый канал. Вот так 3 дБ превращаются в новые усилители.
Где чаще всего путаются с децибелами
- Сравнивать чувствительность «1 Вт» одного динамика с «2,83 В» другого. Для 4-омника разница 3 дБ, для 2-омника 6 дБ.
- Ждать от усилителя вдвое мощнее «в два раза громче». Это +3 дБ, на слух заметно, но не вдвое.
- Мерить уровень телефоном и спорить о десятых долях. Без калибровки это оценка, не замер.
- Гнаться за цифрой SPL в SQ-машине. Судьи слушают тональный баланс и сцену; громкость важна, пока звук не разваливается.
Когда подбираешь компоненты, смотри на чувствительность вместе с мощностью: тихий СЧ динамик в паре с громким твитером потребует запаса по усилению и поджатия твитера в процессоре. Как складывать это в одну систему, разобрано в шаге «Подбор компонентов».
Не уверен, хватит ли твоему фронту ватт на желаемую громкость? Напиши модели динамиков и усилителя в наш Telegram-чат, посчитаем запас вместе.
Источники
- IEC 60268-5: Sound system equipment. Loudspeakers
- Л. Беранек, «Акустика» (русский перевод, 1965)
- В. К. Иофе, В. Г. Корольков, М. А. Сапожков, «Справочник по акустике», 1979
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
См. также: дБ SPL, dBFS, dBV и dBu, Порог слышимости, Динамический диапазон.