Громкость звука, чувствительность и отдача акустических систем

Звук представляет собой волны, распространяющиеся в воздушной среде, то есть колебания давления воздуха. Как известно, единица измерения давления — паскаль, в этих единицах и измеряется звуковое давление, соответствующее амплитуде звуковой волны.

Звуковые волны переносят энергию и могут характеризоваться плотностью потока мощности (то есть энергией, переносимой звуковой волной через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения) в единицу времени. Как же связать все эти величины? Ответ можно найти, покопавшись в старинных справочниках и журналах и переведя внесистемные единицы в систему СИ. Результаты сведены в табл. 3.1:

Таблица 3.1 Громкость, звуковое давление и поток мощности

Громкость, дБ

Характеристика звука

Звуковое давление, Па Плотность потока мощности, мкВт/м2

0

Порог слышимости 2×10-5 10-6

10

Тихий шепот на расстоянии 1 м 6,4×10-5 10-5

20

Шелест листвы 2×10-4

10-4

30

Шепот на расстоянии 1 м 6,4×10-4 0,001

40

Тихий разговор на расстоянии 1 м 0,002 0,01

50

Слабая работа громкоговорителя 0,0064 0,1

60

Обычный разговор на расстоянии 1 м 0,02 1

70

Громкая работа громкоговорителя 0,064 10

Таблица составлена по данным справочника Г. Г. Гинкина для хорошо слышимой ухом частоты 1000 Гц. Заметим, что увеличение громкости на каждые 10 дБ (одинаковое субъективное увеличение) вызывается увеличением потока мощности в 10 раз, поэтому при больших громкостях требуемая мощность растет очень быстро.

Если принять расстояние до громкоговорителя равным 1 м, как обычно и делается при акустических измерениях, и предположить, что излучение ненаправленное, можно вычислить и акустическую мощность, излучаемую громкоговорителем, просто умножив плотность потока мощности на площадь сферы радиусом 1 м (вспомните, что точно так же рассчитывался поток мощности для радиоволн). Для трех последних случаев, приведенных в таблице и представляющих для нас практический интерес, излучаемая акустическая мощность составит 1,26, 12,6 и 126 мкВт соответственно.

Необходимую электрическую мощность можно найти, разделив акустическую мощность на КПД громкоговорителя. Здесь начинаются слезы! Для обычных бытовых динамиков малой мощности он составляет, по порядку величины, около 1%. Тогда получаем электрическую мощность порядка единиц милливатт. Электромагнитные громкоговорители (конструкция которых напоминает устройство телефона), широко распространенные в ранние годы, теперь вышли из употребления из-за плохих характеристик и заменены головками электродинамической системы с постоянными магнитами. Их отдача прямо зависит от магнитной индукции в зазоре, где размещена звуковая катушка. Большую отдачу имеют головки с малым зазором и сильным магнитом.

В справочных данных на динамические головки часто указывается среднее стандартное звуковое давление (отдача). Оно измеряется на расстоянии 1 м при подведении электрической мощности 100 мВт и колеблется, для большинства типов громкоговорителей, в пределах от 0,1 до 0,4 Па. Имеются сообщения о головках, отдающих до 0,6 Па. Любопытно сосчитать, какая электрическая мощность нужна при этом для получения громкости 60 дБ. Результаты приведены в табл. 3.2.

Наглядно видно даже по этой небольшой подборке, что для наших целей нужны громкоговорители с большой отдачей, что у мощных динамиков отдача больше, а менее всего подходят малогабаритные динамики от карманных и портативных приемников. Огромное влияние на отдачу оказывает акустическое оформление динамика.

Таблица 3.2 Отдача широко распространенных громкоговорителей

Тип громкоговорителя Отдача, Па Требуемая мощность сигнала ЗЧ для громкости 60 дБ, мВт

0.025ГД-2

0,075

3,6

0.05ГД-1

0,15

1,8

1ГД-5, 1ГД-28, 1ГД-36, 2ГД-7

0,2

1,0

1ГД-4, ЗГД-1.4ГД-4, 4ГД-5

0,3

0,45

5ГД-1.6ГД-1 РРЗ, 6ГД-3

0,4

0,25

8ГД-1 РРЗ

0,45

0,2

Высококачественные АС с обилием поглощающего материала имеют отдачу от 0,08 Па (25АС16, 25АС416) до 0,11 Па (35АС2), следовательно, малопригодны.

Для импортных акустических систем часто указывают чувствительность — уровень громкости на расстоянии 1 м при подведении электрической мощности в 1 Вт. Она обычно колеблется от 87 до 92 дБ. Если мы на сколько-то децибел снизим громкость, то на столько же децибел уменьшится и требуемая электрическая мощность. Очень легко сосчитать, что для получения нужной нам громкости 60 дБ требуемая мощность сигнала 34 должна составить на 27-32 дБ меньше, то есть от 2 мВт до 0,63 мВт.

Больший КПД и соответственно раза в три большую отдачу имеют рупорные громкоговорители, во-первых, за счет лучшего согласования электромеханической системы со средой и, во-вторых, за счет некоторой направленности излучения. Это подтверждает и радиолюбительский опыт, начиная с 20-х гг., когда в журналах было немало сообщений о том, что наушник, помещенный в стакан или на дно кастрюльки, звучит громче, и описаний всевозможных рупоров из бумаги, картона и фанеры, до наших дней, когда (весьма редко) еще появляются описания очень удачных конструкций АС с большой отдачей.

Рупорная АС с фазоинвертором, свернутым в «подкову», по утверждению изобретателей и разработчиков, обеспечила с громкоговорителем 6ГД-1 КПД около 2,3%, а на низких частотах даже до 3,4%. Поскольку для получения громкости 60 дБ надо излучать 12,6 мкВт акустической мощности, эта система потребует для своей работы с такой громкостью 12,6 / 3,4% = 0,56 мВт. Думается, что авторы несколько занизили КПД своей АС, поскольку головка 6ГД-1 при стандартных акустических измерениях на большом экране требует несколько меньшей мощности и, следовательно, обладает большим КПД.

Итак, мы установили, что с высокочувствительной АС, например с восьмиваттным динамиком Рижского радиозавода 8ГД-1 РРЗ в корпусе большого объема, нам достаточно мощности сигнала ЗЧ около 0,2 мВт, а с плохой, например с маленьким динамиком от карманного приемника в пластмассовой коробочке, и 3 мВт будет недостаточно. Согласитесь, разница существенная.

Источник: amfan.ru

Лучший способ выразить благодарность автору - поделиться с друзьями!

0

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *