В чем эффект заполнения внутреннего объема ящика волокном? Смотрите: в небольшом объеме изменения давления происходят не только из-за изменения объема ящика при колебаниях диффузора, но и из-за того, что воздух при сжатии нагревается, а при разрежении – остывает (а). А деваться теплу некуда.

В ящике большего объема изменения температуры меньше (б), потому что больше теплоемкость воздуха внутри. Колебания давления уменьшаются (при таком же ходе диффузора), то есть объем воздуха «мягче».

Отчасти такого же эффекта можно добиться без увеличения объема, если увеличить теплоемкость воздуха внутри закрытого ящика (в). Если часть объема заполнено тонковолокнистым материалом, тепло от воздуха отводится, колебания температуры уменьшаются, вслед за ними – колебания давления, и небольшой объем воздуха тоже становится «мягче», то есть как будто увеличивается.

ЗДРАВЫЕ И ДОСТУПНЫЕ ЗАМЕТКИ ПО ПОВОДУ ОБЩЕИЗВЕСТНОГО

Константин НИКИТИН

Аудиотехника безгранична. Она подразумевает изучение всех компонентов аудиотракта и их взаимодействия. Нельзя сказать, что исследования акустических систем чем-то важнее или в чем-то сложнее других направлений, но здесь и удачи, и промахи оказываются наиболее ощутимыми на слух, и многие в этом убедились. Лично. Итак, если вы готовы знакомиться с акустическими системами с позиций простейшей, но достоверной теории, давайте прямо сейчас договоримся о том, как нам это лучше сделать.

Разминка для ума

Популярный аудиожурнал не место для академического изложения даже очень интересных фрагментов аудиотехники. Это потребует от читателя скупки всех номеров, как книг в развес, и пропуск хотя бы одного номера изуродует логику изложения. Однако и заниматься латанием прорех в читательских знаниях по принципу «штопай там, где больше дыра», мне бы не хотелось. Поэтому я выбираю самый трудный для себя путь и попробую сделать каждую публикацию законченной и одновременно предполагающей возможность безболезненного пропуска. Конечно, постоянный читатель, с нетерпением ожидающий нового номера и аккуратно собирающий журналы в подшивку, будет вознагражден. Но и тот, кто, ударившись твердым местом о киоск и оттого принявший решение отовариться симпатичным журнальчиком, сможет читать и понимать любую статью этого цикла тут же, без экскурса в прошлое.

Давайте договоримся – пока никаких формул, они для многих – сильнейший аллерген. Но в какой-то момент без них станет трудно, ведь по плану дальше мы безбоязненно будем углубляться в суть процессов в поисках истины, ибо для отечественного аудиолюбителя она по-прежнему находится за семью замками. Начнем с наболевшего и самого актуального в разделе «Звук в автомобиле». С природы звука. А точнее – с того, что в нем зависит от акустических систем, что они собой представляют и по каким законам живут.

Итак, самый элементарный подход. Возбудить звук можно многими способами – от струйных течений (используется музыкантами-духовиками и болельщиками-свистунами) до детонационного горения (применяется киношниками и террористами). Получение звука при помощи колеблющейся мембраны – диффузора динамической головки – всего лишь один из способов, по понятным причинам для нас наиболее важный.

Что же нужно, чтобы колеблющаяся поверхность возбудила звук?

Первое и самое главное. Должна быть окружающая среда, обладающая определенными свойствами. Для нас, вышедших на сушу миллионы лет назад, в качестве такой среды выступает воздух. Именно реальные свойства воздуха, как окружающей среды, позволяют динамической головке излучать. Эти свойства – конечная плотность и конечная упругость, то есть стойкость к сжатию. Приведем примеры, которые части читателей очевидными могут и не показаться.

Пример первый и самый простой. Колебания поверхности в безвоздушном пространстве. Понятно, что звука не получится, и пояснять это не нужно.

Пример второй, посложнее. Допустим, что воздух разряжен – плотность его уменьшилась вдвое по сравнению с нормальной 1,2 кг/м3. Теперь эффективность возбуждения звука снизится в два раза: поверхность, сохранившая параметры своих колебательных движений, возбудит вдвое меньшую акустическую мощность.

Третий пример, еще сложнее. Пусть упругость среды изменится, например возрастет. Не путайте упругость с давлением. Разные газы при одном и том же давлении обладают различной упругостью. И в этом случае акустическая мощность, возбуждаемая колебаниями поверхности, изменится. Более того, если упругость устремится к бесконечности (это будет означать, что скорость звука станет очень большой, гораздо большей, чем 340 м/с), возбуждаемая акустическая мощность устремится к нулю!

Это – элементарный случай возбуждения упругих волн. Механизм возбуждения таких волн прост: движущийся диффузор гонит перед собой воздух; так как воздух имеет плотность, он инерционен, а следовательно, сжимается перед диффузором; волна сжатия не может улетучиться мгновенно, так как скорость ее распространения конечна и равна скорости звука, следовательно, часть энергии диффузора передается волне. Зарождается волновой процесс, со своими скоростью, направлением и конкретным количеством перенесенной энергии.

А теперь вспомним о названии нашего журнала. Ведь нас интересует звук, но АвтоЗвук интересует еще больше! И убедимся, что потратили время на рассуждения не зря: в автомобиле все может быть иначе.

Допустим, что рассмотренный механизм возбуждения звука почему-то испортился и не работает, – может газ неплотный или скорость звука возросла или в консерватории что надо подправить... В этом случае акустическая система, расположенная на открытом воздухе, звука создавать не будет. Но это – на открытом воздухе. А у нас, в автомобиле, динамическая головка, не возбуждая волн, станет исправно то сжимать, то растягивать воздух в салоне: поршень автомобильного насоса занимается примерно тем же, если заткнуть дырку у шланга пальцем. Как понимает уважаемый читатель, человеческому уху совершенно все равно, что является причиной изменения давления в слуховом проходе – волновой процесс или что-либо другое. Итак: в замкнутом объеме звук может существовать и в отсутствие звуковых волн!

Вот еще пример. Головка с объемным смещением диффузора на частоте 100 Гц, равным 0,1 дм3 (скажем, диффузор площадью 3,3 дм2 и с ходом 0,3 мм), развивает звуковое давление около 5 н/м2, на наши деньги – 108 дБ. Здесь речь пока идет о волне, наблюдаемой с расстояния 1 м. А в автомобиле с объемом салона 2 м3 такая головка, помимо возбуждения волны, будет еще и сжимать-разжимать весь воздух в салоне в пропорции 0,1 дм3/2 м3 = 5 x 10-5 атм. = 5 н/м2. Те же децибелы, только в профиль! Причем, независимо от расстояния. Теперь снизим частоту втрое. Если до резонанса головки еще далеко, то АЧХ сохранится плоской и давление волны не изменится и составит те же 108 дБ. Но (как мы покажем позже, а читатель наверняка наблюдал это неоднократно) со снижением частоты ход диффузора заметно возрастает. Не просто заметно, а со скоростью квадрата частоты, то есть в нашем случае – в 9 раз. Теперь объемное смещение составит 0,9 дм3 и вызовет давление сжатия-расширения не 5 н/м2, а 45 н/м2, то есть 126 дБ! Громкость звука радикально возрастет!

Итак: в замкнутых объемах, в первую очередь в любимом нами автомобиле, существует не один, а, по крайней мере, два механизма возбуждения звука. Чем ниже частота, тем удельная доля второго механизма весомее, так как объемное смещение диффузора больше. Это надо знать и понимать, а все данные из умных книжек примерять к своему автомобилю обязательно с учетом его ограниченного объема. Достижение давящего на уши баса в замкнутом объеме автомобиля – задача неизмеримо более простая, чем, скажем, в комнате (объем 50 м3) или в уже упомянутой консерватории (20000 м3). Если бы суть музыкального звуковоспроизведения сводилась лишь к созданию давлений, ой как бы просто жилось специалистам по звуку обычному и автозвуку! Однако затронутая невзначай тема, увы, предназначена не для сегодняшней беседы.

Разминка окончена.