Понимание параметров Тиля–Смолла

Подробный разбор параметров Тиля–Смолла — основного языка в проектировании акустических систем. Разберём, что означают Fs, Vas, Qts и другие характеристики, как они влияют на звук и каким образом помогают в расчётах корпусов в программе Speaker Box Lite.

AlexExiv

Published 5 Sep, 18:13

Введение: зачем нужны параметры Тиля–Смолла

Каждый динамик — это не просто конус и магнит. За бумажным диффузором, резиновым подвесом и стальной корзиной скрывается целая математическая модель, описывающая, как именно этот динамик будет звучать. Эта модель выражается через

параметры Тиля–Смолла, названные в честь А. Невилла Тиля и Ричарда Смолла, которые в 1970-х годах предложили универсальную систему для описания взаимодействия динамика и корпуса.

На первый взгляд таблица в техническом паспорте динамика может показаться непонятной: загадочные символы вроде Fs, Vas, Qts стоят рядом с цифрами. Но это не случайные буквы. Это — язык инженерии звука, позволяющий предсказать, будет ли динамик воспроизводить глубокий бас, упругий панч или мягкую середину.

Понимание параметров Тиля–Смолла важно не только инженерам. Автолюбители, домашние мастера, создатели hi-fi систем — все опираются на них. А благодаря современным инструментам вроде Speaker Box Lite даже новичок может превратить абстрактные значения в реальные проекты корпусов и слышимый результат.

Большая тройка: Fs, Vas и Qts

Среди множества параметров три считаются основой любой симуляции: Fs, Vas и Qts.

Fs – резонансная частота

Fs — это собственная резонансная частота динамика в свободном воздухе. Представьте, что вы ударяете по бокалу, и он начинает «звенеть». Конус динамика ведёт себя похоже: у него есть точка, где он колеблется особенно легко. Это и есть Fs.

На значение влияют масса подвижной системы и жёсткость подвеса (подвес и центрирующая шайба). Чем ниже Fs, тем глубже бас способен воспроизвести динамик. Высокие значения Fs указывают, что динамик больше подходит для среднечастотного или даже высокочастотного диапазона.

В проектировании корпусов Fs играет роль отправной точки. Герметичный ящик усиливает частоты выше Fs, а фазоинвертор с правильно настроенным портом позволяет «заглянуть» ниже этой границы. Ошибка в понимании этого параметра приводит к разочарованию: маленький динамик с Fs = 80 Гц никогда не выдаст по-настоящему глубокого саббаса, каким бы большим ни был корпус.

Vas – эквивалентный объём

Vas описывает объём воздуха, который обладает такой же упругостью, как подвес динамика. Проще говоря, это «воздушная

пружина», эквивалентная пружине динамика.

В практическом плане Vas показывает масштаб динамика:

Большое Vas — мягкий подвес, динамику нужен крупный ящик.
Малое Vas — жёсткий подвес, допускающий компактные корпуса.

Если пренебречь этим параметром, получится несбалансированная система. Например, динамик с высоким Vas в слишком маленьком ящике будет «задыхаться» и работать неэффективно.

Qts – общая добротность

Qts, пожалуй, самый тонкий и многозначный параметр из «большой тройки». Это полный добротностный фактор динамика, объединяющий электрическое демпфирование (Qes) и механическое демпфирование (Qms). Другими словами, он показывает, насколько «контролируемо» или «свободно» ведёт себя динамик вблизи резонанса.

Низкий Qts (<0.3) — сильный контроль со стороны магнитной системы, идеален для фазоинверторных ящиков.
Высокий Qts (>0.6) — слабое демпфирование, лучше работает в закрытых ящиках.
Средние значения (0.4–0.5) универсальны и позволяют выбирать между разными типами корпусов.

Именно эти три параметра — Fs, Vas и Qts — позволяют рассчитать корпус даже в упрощённой модели. Поэтому большинство производителей публикуют хотя бы их: они дают общее представление о характере динамика.

Остальные важные параметры

Чтобы глубже понять динамик, нужно смотреть и на дополнительные параметры.

Qes и Qms

Qes (Electrical Q): электрическая добротность, связанная с магнитной системой и сопротивлением катушки.
Qms (Mechanical Q): механическая добротность, отражающая свойства подвеса.

Они вместе формируют Qts.

Cms – податливость подвеса

Cms измеряется в метрах на ньютон. Высокое значение означает мягкий подвес и низкую резонансную частоту. Жёсткий подвес (низкий Cms) повышает Fs.

Sd – площадь диффузора

Sd — эффективная площадь излучающей поверхности. Чем больше диффузор, тем больше воздуха он может переместить, а значит — выше потенциал по звуковому давлению.

Re – сопротивление катушки

Re — это простое постоянное сопротивление звуковой катушки. Обычно оно ниже номинального импеданса (например, у «8-омного» динамика Re может быть около 6.3 Ом).

Mms – масса подвижной системы

Mms включает массу диффузора, катушки, пылезащитного колпака и части подвеса. Лёгкая система быстрее реагирует, но хуже воспроизводит глубокий бас. Тяжёлая снижает Fs, но уменьшает чувствительность

Bl – силовой фактор

Bl = магнитная индукция × длина катушки. Это показатель того, насколько мощно магнитная система управляет катушкой. Большое

Bl = сильный контроль и точность

Rms – механические потери

Rms описывает, сколько энергии подвес теряет в виде тепла и трения. Это влияет на эффективность и атаку звука.

Импеданс

Импеданс динамика меняется с частотой. Вблизи Fs он достигает пика, а затем стабилизируется около номинального значения. Это важно учитывать при проектировании фильтров и соединении нескольких динамиков.

Мощность – RMS и Max

RMS мощность — сколько энергии динамик может выдерживать длительно без перегрева.
Max Power — кратковременный «пиковый» запас, обычно в 2–3 раза больше RMS.

Эти значения напрямую не входят в параметры Тиля–Смолла, но крайне важны для реальных систем.

Две группы: Тиля–Смолл и электромеханические параметры

Все параметры условно делятся на два класса:

Параметры Тиля–Смолла: Fs, Vas, Qts, Qes, Qms. Это рабочие величины для расчётов корпусов.
Электромеханические параметры: Cms, Sd, Re, Mms, Bl, Rms, импеданс, мощность. Они описывают физические и электрические свойства динамика.

Параметры Тиля–Смолла — это своего рода «сжатая версия» полной картины. Для базового проектирования они удобны, но для точного моделирования нужны все данные.

Почему одни бренды публикуют больше параметров, чем другие

Зайдя на сайты производителей, можно заметить, что многие указывают только Fs, Vas и Qts. Этого достаточно для простых расчётов корпуса.

Но серьёзные hi-fi и профессиональные бренды обычно приводят полный список параметров: от Mms до Bl. Это даёт инженерам возможность строить более точные модели и проектировать сложные системы.

Разница связана с целевой аудиторией: любителям достаточно «большой тройки», а инженерам нужны все детали.

Как измерить параметры самостоятельно

Не всегда производитель предоставляет полный список характеристик. Иногда мы имеем дело с неизвестными динамиками — винтажными, безымянными или снятыми с техники. В таких случаях параметры можно измерить самому.

Для этого используют специальные приборы, например Dayton Audio DATS. Подключаете динамик, запускаете тест, и программа выдаёт все параметры. Существуют и другие системы: от дорогих Klippel до самодельных стендов на базе звуковой карты.

Такие измерения позволяют уточнить характеристики, проверить правдивость паспорта или просто лучше понять возможности динамика.

От цифр к музыке: симуляция в Speaker Box Lite

Знать параметры мало — нужно уметь их использовать. Здесь и помогает Speaker Box Lite.

В программе предусмотрены два режима моделирования:

Простая модель: требует лишь Fs, Vas и Qts. Этого достаточно, чтобы подобрать объём корпуса, частоту настройки порта и оценить частотный отклик. Подходит большинству динамиков, так как именно эти параметры всегда указываются в паспортах.
Сложная модель: учитывает широкий набор характеристик: Mms, Bl, Re, Sd, Cms и другие. Она позволяет точнее смоделировать импеданс, механические потери и поведение системы.

Таким образом, можно начать с быстрой оценки, а затем уточнить проект, если доступны все данные или если вы измерили их сами.

Резонансы и реальный звук

Интересно наблюдать, как сухие цифры превращаются в характер звучания:

Низкое Fs и большое Sd = саббас, который ощущается телом.
Высокое Bl и лёгкое Mms = быстрый отклик и чёткий панч.
Высокий Qts в закрытом ящике = тёплый и мягкий бас.
Низкий Qts во ФИ = высокая эффективность и расширенный низ.

Каждый параметр — это своеобразный «отпечаток звука». Понимая их, конструктор получает в руки инструмент для создания характера будущей акустики.

Заключение: как читать паспорт динамика

Параметры Тиля–Смолла — это мост между физикой и музыкой.

Они позволяют превратить числа в прогноз того, как зазвучит динамик в конкретном корпусе.

Fs, Vas, Qts дают основу, а Bl, Mms, Cms и прочие раскрывают тонкости. Кто-то ограничится минимумом, кто-то раскроет всю палитру. Но в любом случае с помощью современных инструментов можно собрать недостающие данные самостоятельно.

Со Speaker Box Lite эти параметры становятся ещё полезнее: в Простом режиме достаточно трёх значений, а в Сложном можно добиться почти идеальной точности. В результате сухие цифры превращаются в реальный проект, а проект — в музыку.