Добротность динамика – один из ключевых параметров при проектировании акустических систем. Многие путают его с качеством сборки, но это не так. Разберемся, что скрывается за аббревиатурами Qts, Qes и Qms, и как эти значения влияют на качество звука.

Не зная значения добротности, невозможно вразумительно оценить потенциал динамика. Часто в среде аудиофилов и автозвуковиков встречаются неуверенные ответы про «потери», «упругие силы» и «резонансную полку», а при вопросах о расчетах – полный ступор.

Если говорить простыми словами, добротность (Quality Factor) описывает поведение динамика после прекращения подачи сигнала. Это параметр колебательной системы, определяющий ширину резонанса и соотношение запасенной энергии к потерям за один цикл.

Давайте разберем, что именно отвечает за запасы энергии, а что – за её потери.

Механическая и электрическая добротность: в чем разница?

Запас энергии обеспечивают подвесы: внешний подвес и центрирующая шайба. Они работают как пружины, стремящиеся вернуть диффузор в исходное положение.

С потерями всё сложнее. Механическая добротность (Qms) включает потери на трение в подвесах и затраты энергии на звукоизвлечение. Для низкочастотных динамиков её среднее значение составляет от 2 до 10. Однако этот компонент не является доминирующим.

Главную роль играет электрическая добротность (Qes или Qel). В моторе динамика происходит интересный процесс: катушка, двигаясь в магнитном поле, генерирует ЭДС (Электродвижущую силу). Когда сигнал от усилителя пропадает, динамик работает как генератор тока с практически закороченными выводами (сопротивление усилителя близко к нулю).

Эта нагрузка создает мощную тормозящую силу, заставляя диффузор быстро остановиться. Среднее значение Qes для НЧ-динамиков – от 0,2 до 0,9. Как видно из цифр, гашение колебаний происходит преимущественно за счет электрической составляющей.

Попробуйте эксперимент: постучите по диффузору НЧ-динамика. Вы услышите резонансный гул. Если закоротить выводы катушки и постучать снова – гула не будет. Колебания мгновенно гасятся магнитной системой.

Формула расчета полной добротности Qts

Полная добротность (Qts) – это именно тот параметр, который используется для расчета акустического оформления. Она складывается из механической и электрической добротностей по формуле, аналогичной параллельному сопротивлению:

Qts = (Qes * Qms) / (Qes + Qms)

Из формулы следует важный вывод: чем мощнее мотор динамика (сильнее магнитное поле), тем ниже будет значение Qts. Именно поэтому в мощных сабвуферах часто устанавливают несколько жестких центрирующих шайб, чтобы компенсировать падение добротности.

Для понимания физических процессов и методов подбора компонентов рекомендуется изучить материалы о влиянии обратной связи и параметров цепи на работу динамика.

Как добротность влияет на звучание?

Высокая добротность означает малые потери и долгий «звон» динамика на резонансной частоте после прекращения сигнала. Это приводит к окрашенности звука, бубнежам и монотонности. Динамик начинает «доигрывать» самовольно, добавляя ложные ноты к исходному сигналу.

Низкая добротность означает быстрое затухание колебаний. Динамик воспроизводит только то, что подано на вход, без импровизаций. Однако слишком низкая добротность (ниже 0,5) создает завал низких частот в зоне резонанса.

Оптимальные значения добротности для различных типов АС:

1. Q = 0,577 (функция Бесселя) – характеризуется минимальными временными задержками и быстрым откликом.
2. Q = 0,707 (фильтр Баттерворта) – обеспечивает максимально гладкую АЧХ без вбросов.

Добротности выше 1.0 приводят к явному вбросу на частоте резонанса, что делает звук резким и неестественным.

От чего зависит добротность динамика?

На значение Qts влияют четыре основных фактора. Разберем каждый из них с практической точки зрения.

1. Сила мотора (магнитная система)

Чем мощнее магнит и больше проводника в зазоре, тем ниже добротность. Экспериментально доказано: добавление дополнительного магнита к динамику существенно снижает Qts, не меняя при этом резонансную частоту.

2. Жесткость подвесов

Более жесткие подвесы запасают больше энергии, что ведет к росту добротности. Если задача стоит снизить Qts, можно размягчить подвесы пропитками или заменить их на более эластичные. Однако вырезание секторов из центрирующей шайбы – рискованный метод, который может привести к задирам катушки.

3. Масса подвижной системы

Увеличение массы диффузора (например, добавлением груза) делает усилия мотора менее эффективными, что приводит к росту добротности и падению резонансной частоты.

4. Сопротивление проводов и цепи

Любое сопротивление в цепи (провода, резисторы) снижает тормозящее действие мотора, что ведет к росту добротности. Например, подключение динамика через 4-омный резистор может поднять Qts с 1.1 до 2.3. Поэтому кабели должны иметь минимальное сечение и сопротивление.

Влияние акустического оформления на добротность

Объем воздуха в закрытом ящике (ЗЯ) работает как дополнительная пружина, повышая жесткость системы и, следовательно, добротность. Чем меньше объем, тем выше Qts в готовой колонке.

В фазоинверторе (ФИ) и четвертьволновом туннеле (ЧВ) к массе диффузора добавляется масса воздуха в трубе, что также повышает итоговую добротность. В открытых ящиках (ОЯ) и бесконечном экране (БЭ) влияние на Qts минимально.

Для достижения идеальной АЧХ (Qts ~0.7) в готовой акустике, исходный динамик должен иметь низкую добротность (0.3–0.7). Иначе в корпусе она вырастет до нежелательных значений.

К сожалению, 99% бюджетных динамиков (от компьютерных колонок до автомобильных СЧ-динамиков) имеют высокую добротность (ближе к 1.0 и выше). Это часто делается для удешевления мотора или создания агрессивного звучания на низких частотах, за счет потери точности.

Если вы планируете конструировать акустику, важно учитывать эти нюансы. Для глубокого понимания процессов модификации драйверов рекомендуем ознакомиться с разделом доработка динамиков.

Помните, что выбор акустического оформления должен базироваться на реальных измерениях, а не только на теоретических выкладках. О том, какие заблуждения мешают создать качественную акустику, читайте в материале наши заблуждения.

Автор: Денис (АЗвука – теория звука) 29.12.19