Существует множество международных и национальных стандартов, описывающих методики испытания акустических систем, например, IEC 60268-5:2003, IEC 581-7, IEC 268-13, IEC 61305-5:2003, ГОСТ Р 53575-2009, ГОСТ 16122-88, ГОСТ 23262-88, DIN 45-500, ANSI S 4.26-1484. Все характеристики акустических систем можно условно разделить на связанные с качеством передачи звука и с их производительностью.

Качественные характеристики преимущественно зависят от линейных искажений сигнала, к ним относятся все производные частотной характеристики – амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), эффективно воспроизводимый диапазон частот, неравномерность АХЧ и недооцененная до недавнего времени фазово-частотная характеристика. К качественным также можно отнести связанные с нелинейными процессами коэффициенты гармонических и интермодуляционных искажений.

Характеристики производительности обусловлены нелинейными искажениями, связанными с появлением в спектре новых составляющих, которые изменяют структуру сигнала в зависимости от его уровня. Основным параметром, характеризующим производительность концертных акустических систем, принято считать максимальный уровень звукового давления, который громкоговоритель способен обеспечить без изменения структуры сигнала (max SPL). Тут следует напомнить, что уровень звукового давления (SPL) измеряется в децибелах (дБ) по относительной порогу восприятия звука человеком логарифмической шкале, а непосредственно звуковое давление (P), как и любое давление в системе СИ, измеряется по линейной шкале в паскалях (Па). SPL просто преобразуется в единицы давления P, так как в основе логарифмической шкалы лежит эталонное давление 20 мкПа.

Отдельно можно выделить характеристики, связанные с назначением систем и возможностью их применения для определенных задач – направленность рупора, влагозащищенность и т.д.

Как мы видим, оценка громкоговорителей производится по довольно большому набору характеристик, из которых выше приведены далеко не все. Встает вопрос: на какие данные в первую очередь ориентироваться пользователю при выборе оборудования и как можно упростить эту задачу? И тут я предлагаю вернуться к несколько забытому в звукоусилении КПД.

Как и любые преобразователи энергии, электроакустические преобразователи имеют формулу расчета КПД. В классическом представлении она выглядит как отношение излучаемой акустической к подводимой электрической мощности при измерении на заданной частоте или в полосе частот. Громкоговорители при расчете по этой формуле имеют довольно низкий КПД, что связано с небольшим сопротивлением воздушной среды и значительными потерями при нагревании звуковой катушки. Лишь рупорные громкоговорители способны достигать КПД до 10%.

Среди распространенных характеристик излучателей аналогом КПД является «чувствительность», которая показывает уровень звукового давления, формируемый динамиком при подаче на него мощности 1 Вт. С помощью нее несложно рассчитать SPL при определенной мощности, а также мощность, необходимую для достижения max SPL.

В обеих приведенных выше зависимостях подводимая к громкоговорителю мощность рассматривается не как полезная, а как затраченная энергия, что является более объективным, так как от мощности зависит энергопотребление. Также это указывает на некорректность оценки громкоговорителей по мощности, что до недавнего времени было принято повсеместно. Проблема в том, что в них не учитывается максимальная производительность систем, а для оценки фактически затраченной энергии логичнее применить энергопотребление усилителя мощности, так как оно зависит от ряда факторов (тип усилителя, мощность, режим работы и т.д.). Максимальную производительность при расчете отношения к абсолютным величинам правильнее выражать в единицах линейной шкалы звукового давления – P (Па).

Таким образом в контексте энергопотребления расчет КДП может выглядеть, как отношение max P (Па) к максимальной потребляемой электрической мощности (Вт или А). Например, первый громкоговорители обеспечивает max P – 200 Па (140 дБ) при этом имеет максимальное энергопотребление – 1000 Вт, второй – 126 Па (136 дБ) и 980 Вт. КПД первого будет составлять – 0,2, второго – 0,12. Несмотря на практически одинаковое энергопотребление, КПД первого громкоговорителя получается на 67% больше за счет разницы в звуковом давлении. Примечательно, что для прямого сравнения результатов аналогичных зависимостей мы вправе использовать любые данные – и чем доступнее они пользователю, тем лучше. Главное, чтобы применяемые значения были получены с помощью одинаковых методик измерений.

Продолжая эксперименты с КПД, можно пойти дальше и, если принять, что качественные характеристики сравниваемых громкоговорителей соответствуют одним требованиям, вывести КПД, зависящие от производительности и затрат на эксплуатацию систем. Основные затраты связаны с приобретением оборудования и было бы интересно рассмотреть зависимость от стоимости. Но в наших услоиях стоимость является настолько непостоянной величиной, что можно только представить, как она меняется прямо во время прочтения статьи.

К стабильным данным, формирующим расходы на содержание, можно отнести габариты и вес оборудования. Они влияют на стоимость хранения, транспортные расходы, затраты на внедрение систем в сценический комплекс. Более того, шоу-индустрия с каждым годом становится более требовательна к весу и габаритам техники, что связано с увеличением зрелищности и использованием большего количества оборудования.

Далее по отношениям max P к энергопотреблению, габаритам и массе произведем расчет КПД для новинок оборудования одного из мировых лидеров среди производителей – компании Meyer Sound – и сравним полученные значения с показателями систем, выпускаемых ранее.

Можно выделить следующие новинки Meyer Sound.

• Представленный в этом году низкочастотный элемент 2100-LFC, к нему в сравнение идеально подходит 1100-LFC, признанный за свою десятилетнюю историю практически эталонным концертным сабвуфером;

• Новинку 2022 года и флагман среди актуальных моделей линейных массивов PANTHER в паре с системой LYON, которая является ее аналогом по конфигурации излучателей и габаритам;

• Из полноформатных точечных источников выберем отлично зарекомендовавшую себя систему ULTRA-X40 в паре с легендарным громкоговорителем UPQ-1P;

• Для сравнения компактных точечных источников используем новинку 2020 года ULTRA-X20 в паре с системой UPJ-1P.

• Новый 21" динамик с четырьмя звуковыми катушками. Опираясь на более чем удачный опыт применения двух звуковых катушек в 15" и 18" НЧ-динамиках, Meyer Sound пошел дальше и разработал динамик большего размера c четырьмя катушками. Это уникальное решение позволяет эффективно распределять мощность и добиться более высокой производительности.

• Новый усилитель класса D, отличающийся небольшим весом и исключительной производительностью. При пиковой мощности 8000 Вт его энергопотребление вдвое ниже, чем у усилителя системы 1100-LFC.

• Система охлаждения подвижных частей динамика. Концепция активных громкоговорителей позволяет значительно расширить возможности за счет применения схемы охлаждения не только усилителя мощности, но и магнита и звуковой катушки динамика, что позволяет сохранить линейность характеристик даже в максимальных режимах работы.

• Адаптированные для работы с остальными системами Meyer Sound частотную и фазовую характеристики.

• Множество вариантов установки и подвеса, в том числе возможность формирования направленных НЧ-конфигураций за счет симметричной системы крепления.

• Возможность объединения систем в цифровую сеть передачи аудио Milan/AVB, что позволяет более гибко конфигурировать оборудование и сокращает расходы на организацию кабельных трасс.

• Возможность телеметрического мониторинга состояния компонентов системы без применения дополнительного оборудования.

• Универсальность и масштабируемость. Габариты и производительность позволяют использовать систему как на небольших мероприятиях, так и в составе больших звукоусилительных комплексов.

При выборе акустической системы, помимо объективной оценки соответствия ее характеристик поставленным задачам, важно учитывать аспекты, связанные с затратами на эксплуатацию. В этом может помочь предложенный выше метод, с помощью которого можно проводить сравнения по любому интересующему набору параметров. В целом следует отметить, что применение более технологичных решений увеличивает срок актуальности и службы оборудования и позволяет рассматривать вложения в акустические системы не как траты, а как инвестиции.