Диета для динамиков

Спектр музыкального сигнала

Какой он на самом деле?

Некто Джеймс Бойк из Калифорнийского технологического института проводил исследование на тему «Есть ли жизнь выше 20 кГц?». Ну во-первых он выяснил что есть но это сейчас нам как-то не в тему. Но параллельно он установил на некоторых типичных по его заключению фонограммах каково распределение по спектру мощностных требований и ограничений если измерять СРЕДНЮЮ и ПИКОВУЮ мощности сигнала. Ведь действительно пиковый характер музыкальных записей наиболее ярко выражается именно на верхних наиболее «скоростных» частотах. Вот что у братца Джеймса получилось. Он взял три записи и два кроссовера. Записи принадлежат перу певицы по имени Diana Krall группы Talking Heads и нашего соотечественника Дмитрия Шостаковича. А кроссоверы для опыта были взяты трехполосные с частотами раздела НЧ/СЧ 300 Гц СЧ/ВЧ – 3000 Гц или первого порядка (с характеристикой Баттерворта там другой и не получается) или же – четвертого с характеристикой Линквица – Райли. Во всех случаях мощность сигнала измерялась прямо и непосредственно на зажимах соответствующих полосных излучателей. Типа – что есть то и есть.

Вот какое распределение мощностей по полосам он получил когда речь шла о средних (RMS) мощностях:

Любо-дорого все по науке просто радость аспиранта. Если применяются фильтры с большой крутизной когда на динамик попадает только ему присущая полоса частот и ничего постороннего получается прямо по кривым на графиках уже вам знакомых. Единицы процентов мощности. При фильтрах с малой крутизной первого порядка понятное дело – побольше но тоже не бог весть сколько. На нижних частотах опять все по науке. Симфонисты (третий столбец) перетрудиться басовым динамикам не дают рокеры-попсовики – подбрасывают работенку. Обратите внимание: сумма процентов мощности не всегда складывается в 100 процентов поскольку таково свойство фильтров с равномерной АЧХ там мощность распределяется не поровну.

Посмотрим теперь что происходит если измерять пиковые значения мощности.

Вот вам и будьте любезны! Ни в чем противоправном не замеченная Дайана Кролл при измерениях по пиковой шкале показала что на ВЧ-полосу (выше 3 кГц) временами приходится больше 50% мощности. Так что принятая и очень комфортная для конструкторов аудиоаппаратуры школа маломощных ВЧ-каналов при многополосном усилении современных записей с большой динамикой может дать сбой и явно выиграет от критического взгляда. Практическая рекомендация: пиковую мощность ВЧ-канала многополосной системы при достаточно низкой частоте раздела СЧ/ВЧ (типа 3 кГц ниже у нас уже не бывает) надо выбирать одного порядка с мощностью СЧ-канала.

Комфортная школа маломощных ВЧ-каналов мало приспособлена к современным записям с большой динамикой.

А насколько далеко и насколько энергично проникают музыкальные инструменты в верхнечастотную область? Не вдаваясь в ситуацию выше 20 кГц куда уж там ограничимся тем что творится в привычном нам звуковом диапазоне. Вот например академические оркестровые цимбалы. Кто последний раз в консерватории был никогда поясним: цимбалы – это тарелки которые музыкант держит в руках (с помощью петель на тыльной стороне тарелок) и по сигналу дирижера шарашит ими друг об дружку придавая драматизм исполнению произведения в соответствии с замыслом автора. Звучат цимбалы с точки зрения спектра частот – вот так как на графике.

Забавно конечно что немало энергии этих казалось бы очень даже высокочастотных ударных инструментов сосредоточено на средних частотах вплоть до 200 Гц. Главный вклад трудяги-стукача в общий спектр – выше 2 кГц при этом даже на верхней границе нашей зоны внимания на 20 кГц – амплитуды – будьте любезны. И все же такой инструмент будет в ЛЮБОЙ аудиосистеме воспроизводиться как минимум двумя динамиками в каждом канале.