Как измерить параметры Тиля-Смолла динамиков с помощью ПК и выбрать для них правильный корпус

Любой динамик предназначен для установки в корпус определенных размеров и конструкции (точнее сказать, акустического оформления). Если динамик установить в несоответствующий ему корпус (например, слишком малого объема или неподходящего акустического оформления), то играть такая колонка будет плохо. Будет глухой и плоский звук, отсутствие басов и/или верхов, искажения и призвуки, бубнение на одной частоте и т.п. Какое оформление требуется для конкретного динамика, определяют его параметры Тиля-Смолла (T/S параметры). Но проблема в том, что даже брендовые производители не всегда их указывают для всех моделей своих динамиков, не говоря уже о безродных китайских динамиках с Али. В обзоре будет показано, как самостоятельно их измерить с помощью простого кабеля и компьютера, а также рассчитать по полученным T/S параметрам правильные размеры и конструкцию корпуса под динамик.

Для измерения параметров Тиля-Смолла я подготовил следующие динамики (для всех из них T/S параметры производителем не указаны):

— JBL CS760C ru.jbl.com/CS760C.html
6-1/2", 50W RMS/150W max., 55 Гц– 20 кГц, 4 ом, 92 дБ (2,83 В на 1 м)
Эти динамики стоят сейчас у меня в дверях машины. Один из них когда-то сломался (внутренний обрыв катушки) и я купил еще один комплект для замены. Если из такого неисправного динамика снять магнитную систему, из него можно сделать пассивный излучатель (ПИ) для повышения отдачи АС в области низких частот. Снятый магнит тоже пойдет в дело, о чем будет рассказано ниже.

— JVC CS-J420X ru.jvc.com/mobile-entertainment/speakers/CS-J420X/
4', 21W RMS/210W max., 45 Гц– 22 кГц, 4 ом, 90 дБ/мВт
Это бюджетные брендовые автодинамики, купленные для экспериментов.

— 2 динамика 5W 8Ohm, один из которых уже установлен в свое акустическое оформление.

Измерения параметров Тиля-Смолла будем проводить с помощью программы AudioTester.

Также можно использовать программу Limp из пакета Arta Software, кабель в обоих случаях используется один и тот же, и результаты измерений обеих программ должны практически полностью совпадать — за подсказку благодарю Vairon и yopopt.

Программа AudioTester дает повторяемый результат. Я измерял один и тот же динамик на основном ПК, дополнительном ПК и ноутбуке. Все эти измерения показывают очень схожие результаты. Также результаты измерений AudioTester признаются Роспатентом, например, вот патент RU 2707905 (акустическая система с щелевым настраиваемым резонатором Гельмгольца).

Для измерений с помощью AudioTester требуется сделать несложный кабель с одним резистором. Готовим 2 куска экранированного кабеля (т.е. кабеля, состоящего из 2-х отдельных многожильных проводов с общей медной оплеткой, типа кабеля для наушников), 2 разъёма «джек» 3.5мм для подключения к ПК, резистор 10 ом, провода с крокодилами и/или с автоклеммами для подключения к динамикам. Для изготовления таких проводов лучше использовать акустический кабель достаточного сечения (я сделал их из кабеля 2х1.5мм2).

Схема кабеля:
Паяем такой кабель, фиксируем провода стяжками, затем закрываем этот узел термоусадкой. Чтобы не перепутать, на штекер для подключения к аудиовыходу ПК надеваем зеленую термоусадку:


Скачиваем программу с официального сайта www.audiotester.de/ и устанавливаем. На компьютере ставим громкость динамиков и микрофона 100% и отключаем все улучшайзеры, если включены (типа объемный звук, тонкомпенсация и т.д.). Полностью убираем усиление микрофона. Подключаем кабель к компьютеру. В программе нажимаем кнопку TSP.

Но прежде чем измерять динамики, нужно сделать калибровку для учета сопротивления изготовленного кабеля. Вместо динамика к другому концу кабеля подключаем резистор с сопротивлением, близким к динамику. Я использовал для калибровки резистор 6.6 ом. Нажимаем Start и смотрим по зеленой кривой, насколько правильно AudioTester измеряет сопротивление резистора. При необходимости изменяем значение в поле Impedance, пока не получим максимально точного соответствия:


Теперь можно приступать к измерению динамика. Насчет того, как это правильно делать, встречаются 2 противоположные точки зрения. Одни утверждают, что динамик нужно подвешивать за люстру в центре большой комнаты со стенами завешенными коврами). Другие доказывают, что динамик нужно наоборот зажимать в тиски. На мой взгляд, правильно делать так, как рекомендует сам автор AudioTester — динамик при измерении нужно положить на мягкую подушку диффузором вверх.

В видео ниже показано, как сделать настройки с учетом измеряемого динамика и выполнить процедуру измерений:



Итак, мы измерили параметры Тиля-Смолла нашего динамика. Что с ними делать дальше?

Сохраняем результаты в текстовый файл кнопкой List / Print и затем вбиваем эти значения в одну из программ расчета корпусов, например JBL SpeakerShop, Bassbox Pro, UniBox и т.п. Там выбираем желаемый тип корпуса под этот динамик и программа сама рассчитывает размеры выбранного корпуса.

Программу расчета корпусов мы запустим позже, а сейчас попробуем бегло проанализировать полученные T/S параметры нашего динамика JBL CS760C.

Самых главных параметров Тиля-Смолла всего три: Fs, Qts и Vas.

Fs — это собственная резонансная частота динамика (без корпуса). Частоты ниже Fs динамик воспроизводит плохо.

Qts — это полная добротность динамика. Значение Qts может определить тип акустического оформления, наиболее подходящего для динамика, а также склонность динамика к бубнению на своей резонансной частоте (чем выше добротность, тем больше будет бубнить, при некоторых условиях).

Есть разные классификации предназначения динамиков в зависимости от Qts, до сих пор к единому знаменателю по этому вопросу так и не пришли. Например, вот одна из таких классификаций:

Qts > 1,2 —динамики для открытых ящиков, оптимально 2,4;
0,6 < Qts < 1,2 — динамики для закрытых ящиков, оптимально 0,7–0,8;
0,4 < Qts< 0.6 — динамики для фазоинверторов, оптимум — 0,4;
0,2 < Qts< 0.8 — динамики для систем с пассивным излучателем;
Qts < 0.4 — динамики для рупоров.

Vas — это эквивалентный объём, по нему можно примерно прикинуть минимальный объем корпуса для установки динамика. Например, если Vas равен объему корпуса, то Fс и Qtс увеличится в 1.4 раза. А если объем корпуса будет больше Vas в 3-5 раз, это практически не ухудшит звучания акустики.

Итак, динамик JBL CS760C имеет T/S параметры: Fs=75.5 Гц, Qts=1.02, Vas=10.37 л.
Этот динамик автомобильный, предназначен для установки в двери. Высокая добротность этого динамика вполне уместна, т.к. внутренний объем двери не является полностью закрытым из-за щелей и технологических отверстий. Vas=10.37 л говорит о том, что, если ставить такой динамик в закрытый ящик, его объем должен быть от 30 литров минимум (например, куб с размерами 31х31х31см), что немало.

А есть ли способы еще сильнее уменьшить размеры корпуса без заметного изменения качества звучания АС?

Да, есть. Их как минимум три:

— Панель акустического сопротивления (ПАС), позволяет снизить добротность динамика в корпусе, конструкция ПАС подбирается опытным путем;

— Набивка корпуса демпфирующим материалом типа ваты или синтепона с плотностью до 24 г на литр объема, позволяет получить виртуальную прибавку объема корпуса до 40%;

— Обратный магнит, позволяет снизить электрическую добротность динамика. Попробуем на практике проверить его эффективность. Приклеим снятый с неисправного динамика магнит к рабочему динамику. Магниты должны отталкиваться, а не притягиваться!


Измерим динамик с прикрепленным обратным магнитом:


Видим, что добротность динамика JBL CS760C уменьшилась с 1.02 до 0.84. Насколько существенно это позволит уменьшить объем корпуса, будет показано чуть ниже.

А пока продолжим наши измерения.

Динамик JVC CS-J420X



T/S параметры: Fs=135,9 Гц, Qts=2.39, Vas=1.57 л.

Да уж…. Кроме автомобиля, такой динамик можно поставить только в открытый ящик. Добротность 2.39 ни обратный магнит, ни ПАС до приемлемого уровня не понизит.

Noname динамик SJ H9053201, 8Ohm 5W



T/S параметры: Fs=420,5 Гц, Qts=4.96, Vas=0.13 л.

Этот динамик стоял в телевизоре, качеством звучания не блистал)

Noname динамик 55085-010, 8Ohm 5W (в корпусе)



Этот динамик я измерил просто из интереса). Он тоже из телевизора, имеет собственный корпус, который я снимать не стал. Корпус интересен тем, что имеет вибродемпфирующий элемент в форме конуса, перераспределяющий звуковые волны в закругленные углы корпуса:


Такое решение уменьшает вибрации и резонансы корпуса. Звучал этот динамик, в отличие от такого же по мощности и импедансу собрата выше, гораздо приятнее. Даже какие-то низы можно было услышать.

Расчет корпуса под динамик на основе параметров Тиля-Смолла

Имея на руках T/S параметры интересующего динамика, можно приступать к расчету корпуса для него. Программ расчета корпусов достаточно много: JBL SpeakerShop, Bassbox Pro, UniBox и т.п. Эти программы, а также дополнительные материалы по теме можно скачать например здесь doctorbass.ru/zagruzki/

Попробуем просчитать корпус для динамика JBL CS760C в программе JBL SpeakerShop.

Создаем новый проект, копируем T/S параметры из текстового файла AudioTester в SpeakerShop. Программа просчитывает по ним оптимальный корпус в вариантах фазоинвертора (Vented Box) и закрытого ящика (Closed Box) и строит расчетную АЧХ (амплитудно-частотную характеристику) для каждого варианта. Нажимаем Ctrl-D и появляется окно с объемом и размерами корпуса. Всего в SpeakerShop 21 вариант корпусов на выбор: прямоугольный, куб, призмы разной формы, эллипсоид, сфера, конус, цилиндр и т.д. Как видим ниже, для динамика JBL CS760C размеры получаются немалыми:


Попробуем их уменьшить с помощью заполнения корпуса демпфирующим материалом. Выбираем заполнение “normal” и объем закрытого ящика уменьшается почти в полтора раза, АЧХ при этом практически не меняется:


Теперь проверяем эффективность обратного магнита для дальнейшего уменьшения объема корпуса. Создаем новый проект, копируем в него T/S параметры динамика с обратным магнитом и смотрим:


Объем закрытого ящика уменьшается еще в два раза, АЧХ при этом также существенно не меняется.

Таким образом, в нашем примере с динамиком JBL CS760C, использование заполнения и обратного магнита позволяет снизить объем корпуса почти в 3 раза, с 43.2 литров до 14.9 литров, без существенного изменения АЧХ. При этом добротность в корпусе будет 0.96.

Магниту из неисправного динамика мы нашли применение, теперь попробуем найти применение и оставшейся части этого динамика, т.е. корзине с диффузором.

Из нее можно сделать пассивный излучатель (Passive Radiator). Такой ПИ устанавливается в одном корпусе с основным динамиком и оба диффузора работают синфазно, но диффузор ПИ настраивается на более низкую резонансную частоту, что повышает отдачу АС в области низких частот:


Для расчета такого пассивного излучателя в SpeakerShop нужно ввести 3 параметра: объем ящика Vb, эквивалентный объем Vap (его значение такое же как Vas) и резонансную частоту Fp. Ранее при измерении T/S параметров с помощью AudioTester мы уже настраивали этот динамик на более низкую резонансную частоту 45 Гц добавлением груза 20 г. Поэтому вводим Fp=45 Гц и смотрим, какая АЧХ пассивного излучателя у нас получается:


Поднятая в области НЧ АЧХ фазоинвертора и пассивного излучателя дает мощный жесткий бас (то самое «мясо»). А равномерно падающая АЧХ закрытого ящика делает басы чистыми и прозрачными, но относительно слабыми. Такое звучание больше понравится музыкальным веганам).

Подводя итог, программа JBL SpeakerShop позволяет на основе T/S параметров рассчитать размеры корпуса под динамик в нескольких акустических оформлениях и показать в виде АЧХ звучание каждого из вариантов.

Резюме обзора

Какое оформление и размеры корпуса требуются для конкретного динамика, определяют его параметры Тиля-Смолла (T/S параметры). Если эти параметры неизвестны, их можно определить самостоятельно с помощью самодельного кабеля и компьютера. В обзоре подробно описана процедура измерений T/S параметров при помощи программы AudioTester, измерено 4 разных динамика, показано как влияют значения T/S параметров на конструкцию и размеры корпуса динамика. Рассмотрен расчет корпуса для динамика на основе T/S параметров в программе JBL SpeakerShop, приведены способы уменьшения размеров корпуса (заполнение демпфирующим материалом, обратный магнит) и показана их эффективность. Также описан расчет пассивного излучателя, который можно сделать из динамика без магнита.

Спасибо за просмотр этого обзора! Буду рад, если какая-то информация окажется вам полезной.