Увеличение мощности в 2 раза даёт увеличение уровня на 3 дБ, независимо от начальной мощности. Увеличение от 1 Ватта до 2 Ватт дает такое же пропорциональное изменение, как увеличение от 500 до 1000 Ватт – и это не совсем интуитивно. Вот почему звуковые соотношения обычно строятся на логарифмических шкалах.
Также интересен тот факт, что обычно требуется изменение 2 к 1, чтобы иметь ощущаемую разницу, когда рассматривается человеческое восприятие.
Большинство из нас слышали притчу про «удвоение копейки». Правитель предложил мужчине выбор между единовременной выплатой в 1 миллион долларов или одной копейкой, которая будет удваиваться каждый день в течение одного месяца. Мудрый человек взял копейку, понимая, что темпы роста 2 к 1 сделают его намного богаче, чем всего один миллион долларов.
И на самом деле, быстро наступило время, когда было бы невозможно удвоить сумму с каждым последующим днем, потому что этот человек уже обладал всеми богатствами королевства!
Разработчики аудиосистем должны понимать, когда они достигают точки уменьшения отдачи – тот момент, когда уже на практике невозможно (или возможно) удвоение рассматриваемых параметров. Давайте рассмотрим несколько примеров.
Усилитель мощности
Один электрический ватт является удобной контрольной величиной при рассмотрении того, усилитель какого размера покупать. Это относительно небольшое количество энергии может быть практически удвоено примерно 10 раз, прежде чем достигнет точки уменьшения отдачи.
Другими словами, первые несколько повышений уровня на 3 дБ довольно экономичны. Затем становится все труднее и дороже получать следующие 3 дБ. Это значительно повышает затраты на пикрум (peakroom) усилителя, поскольку его необходимо добавить только после того, как будет определена мощность, необходимая для создания необходимой воспринимаемой громкости.
Каждое уменьшение на 3 дБ в желаемом пикруме уменьшает размер усилителя наполовину. Так что пиковые лимитеры являются важной частью сигнальной цепи!
Разработчики системы должны иметь и другие способы достижения желаемого уровня. И эти другие способы также достигают точки уменьшения отдачи. Одним из таких способов является повышение направленности громкоговорителей.
Коэффициент направленности
Всенаправленный громкоговоритель излучает звук во всех направлениях. Считается, что он имеет коэффициент направленности (или Q), равный единице.
Если звуковое излучение ограничено половиной сферы, коэффициент направленности становится равным 2, а уровень звука в полосе воспроизведения увеличивается на 3 дБ.
Следующие 3 дБ требуют, чтобы коэффициент направленности был увеличен до 4 и т.д. Примерно через пять удвоений разработчик системы достигает точки уменьшения отдачи.
Когда Q равен 32, чтобы получить еще 3 дБ коэффициента усиления, его нужно увеличить до 64. Если еще 3 дБ, то до 128. Это одна из причин, по которым громкоговорители со средним значением Q (Q <= 20) доминируют на рынке. Они отмечают точку уменьшения отдачи для достижения усиления по направленности на средних частотах.
Также учтите: поскольку направленность связана с длиной волны, диаметр рупора должен удвоиться, чтобы увеличить его низкочастотный выход на одну октаву. Это приводит к тому, что рупоры для частот 250 Гц и ниже непрактичны для некоторых применений. Мы достигли точки уменьшения отдачи.
Прямой и отраженный звук
Способ увеличения уровня прямого поля — использование нескольких громкоговорителей. Добавление второго громкоговорителя обеспечивает повышение уровня на 3 дБ. Но для следующего увеличения на 3 дБ требуется четыре громкоговорителя, а для следующего — восемь. Вскоре у нас больше громкоговорителей, чем можно практически разместить.
Принцип точки уменьшения отдачи может также работать для проектировщика системы. В реверберационных пространствах добавление второго идентичного (и идентичной мощности) громкоговорителя для покрытия некоторых удаленных мест слушателей увеличивает и уровень реверберационного поля на 3 дБ, что часто затрудняет разборчивость. Требуется еще два, чтобы повысить уровень реверберации еще на 3 дБ и еще четыре на следующие 3 дБ.
В конце концов, это просто не имеет большого значения для уровня реверберации, сколько громкоговорителей вы добавите. Как только у вас будет 100, вы можете добавить еще 100 с небольшим увеличением уровня реверберации.
Уровень и расстояние
Закон обратного квадрата утверждает, что уровень звукового давления снижается на 6 дБ, когда расстояние от точечного источника удваивается в свободном поле. Это означает, что уровень звука близко к источнику будет падать намного быстрее, чем на приличной дистанции. Это затрудняет сдерживание звука, создаваемого на открытых площадках, что часто является источником конфликтов с соседями.
Это также затрудняет достижение равномерного охвата больших аудиторий при размещении громкоговорителей типа «точечный источник». Подвесные системы выравнивают дифференциалы расстояния до различных мест в аудитории. Стремление многих дизайнеров к созданию акустического образа от говорящего на сцене привело к появлению многих плохо работающих систем.
Демпинг фактор
Демпфирование громкоговорителей можно улучшить за счет уменьшения сопротивления проводника динамика, но только в ограниченной степени. Быстро наступает момент, когда более практично уменьшить наполовину сопротивление, увеличивая диаметр провода или сокращая его длину.
Когда пользователь понимает, что для повышения производительности требуются пропорциональные изменения, он перестает тратить время и деньги, пытаясь затащить размер кабелей для громкоговорителей за пределы уменьшающейся отдачи.
Другие области
Конечно, пропорциональные отношения не ограничиваются только звуком. Свет ведет себя аналогичным образом. Помните об этом в следующий раз, когда покупаете видеопроекторы.
Для значительных изменений требуется удвоение количества люменов, поэтому обновление с 800 до 1000 люмен, вероятно, будет разочарованием. В компьютерном мире скорость процессора и системная память также воспринимаются пропорционально. Изменения меньше, чем в два раза выше от первоначальной суммы, вероятно, не являются хорошими инвестициями. (Разве что психологически!)
Наша нынешняя технология достигнет точки уменьшения отдачи в течение нескольких лет, ограниченная скоростью электричества на печатных платах. То же самое можно сказать и про сравнение рейтингов лошадиных сил, когда вы совершаете покупку своего следующего автомобиля, или рейтинги отдачи тепла для обогревателей.
Пропорциональные изменения — это то, что заставляет наши инвестиции расти со временем, и поэтому «время» на фондовом рынке — это то, что обеспечивает возврат инвестиций. (Или, по крайней мере, так было раньше.) Те, кто начинают вкладывать небольшие деньги в молодом возрасте, могут оказаться намного богаче тех, кто вкладывает значительные средства в более позднее время.
Принцип пропорционального изменения является сердцем децибельной системы.
