Импедансная характеристика динамиков
Когда с примерными параметрами все более или менее ясно, самое время переходить к практике. Снимаем импедансную характеристику динамиков. С целью оценки сопротивления на графике имеется лесенка с шагом в один Ом. Скачек на 110 герцах это переключение с 10 Ом на 20.
Разумеется с такими горбами ни один фильтр нормально, и уж тем более расчетно работать не будет, особенно фильтр НЧ. Фильтру ВЧ этот подъем работать в общем то не мешает, однако как упоминалось ранее такой подъем на конце диапазона приведет к подъему высоких частот, в случае если усилитель имеет высокое сопротивление. Это можно использовать и во благо, оставив подъем небольшим.
Для примерного представления что от чего зависит привожу набор графиков для различных емкостей и сопротивлений. Ступенька начинается с 10 Ом.
Зная минимальное сопротивление НЧ звена, нужно привести к такому же и ВЧ звено. Тут много вариантов как соединить два резистора и цепочку Цобеля, и каждый кто решился на такой отважный шаг как сведение сам способен определить вид подключения и номиналы резисторов, поэтому описывать данную процедуру здесь излишне. Конкретно в данных колонках по результатам предварительного прослушивания решено было оставить родные резисторы на 2,2 ома и цепочку Цобеля параллельно ВЧ динамику.
Практическая работа
Плавно переходим от теории к практике. Достались мне винтажные колонки под названием Kompaktbox B 9251. И первое что было сделано – произведено прослушивание.
С холодным камнем звук был в среднем не плох, а если говорить конкретно, то местами хороший, а местами как попало. С теплой лампой играть вообще отказались. На основе этих наблюдений был сделан вывод о наличии глубоко зарытого потенциала. Вскрытие показало, что немецкие инженеры решили обойтись одним единственным конденсатором последовательно с ВЧ головкой. Измерение АЧХ дало страшную картину
На рисунке АЧХ одной колонки, кривая с глубокой дыркой на 6 кгц из-за плохого контакта разъема, на нее внимание не обращать. АЧХ отдельно ВЧ и НЧ приведены ниже
чем лучше авто акустика с фильтрами
Приветствую всех поклонников высококачественного звука! В данной статье хотелось бы коснуться такой немаловажной темы, как фильтры (кроссоверы) располагающиеся непосредственно внутри колонок, ведь несмотря на свою явную пользу приносящую динамикам в извлечении звука есть и отрицательные стороны их нахождения. Практически невозможно создать физический кроссовер, который бы не изменял временную область и не влиял на групповую задержку в пределах своей области
Практически невозможно создать физический кроссовер, который бы не изменял временную область и не влиял на групповую задержку в пределах своей области.
Большое количество кроссоверов, а именно с более постепенным уклоном имеют отчетливо слышимые проблемы с фазовым сдвигом, вызываемые самим кроссовером.
Для чего акустическим системам нужны кроссоверы?
Все просто, потому что совершенно малое количество динамиков, в независимости от типа (динамические, электростатические, пленочные) способны воспроизвести весь звуковой диапазон с равной линейностью.
Основа для лучшего понимания его предназначения: кроссовером называется фильтр (или их группа), который предназначен для снижения частоты выше или ниже для определенной точки и измеряется в децибелах на октаку.
Проблема кроется в том, что в таком частотном диапазоне, где оба драйвера будут воспроизводить одну и туже ноту, появляется небольшая вероятность, того, что они будут работать немного не в фазе друг с другом из-за групповых и временных задержек, вызываемых такой перекрестной схемой.
Лучшими колонками будут являться те, которые способны уменьшить или замаскировать искажения, присущие в работе кроссовера.
Существует ли способ изготовить кроссовер без этих явно выраженных проблем?
В наше время существует технология позволяющая создавать цифровой кроссовер, способный делать с передаваемым звуковым сигналом все то, что делает и физический фильтр, но без всяких задержек, вызываемых в последних резисторами.
Но данную технологию невозможно применить в производстве колонок, потому что тогда сигнал должен быть цифровым, а не аналоговым.
Можно использовать в качестве цифрового кроссовера мастеринг-процессор Behringer Ultra-Curve DE 2496, он конечно не является последним словом в современных цифровых технологиях, но демонстрирует на 99% меньше искажений в звуке чем его физические собратья, однако и не является панацеей.
Цифровой мастеринг процессор Behringer Ultra-Curve DE 2496
Также существует специализированное программное обеспечение, такое к примеру, как Fab Filter позволяющее создавать виртуальные кроссоверы для любых динамиков.
А в совместной работе с многоканальным ЦАП она также дает гораздо более прозрачный и согласованный по времени звук, чем обычный физический фильтр.
Некоторые программы Fab Filter
Некоторые программы Fab Filter
p/s Возможно обычный кроссовер не так уж и плох для акустики, кто знает…
Подписывайтесь на канал, ставьте палец вверх, не стесняйтесь комментировать, ваше мнение очень важно для нас
Широкополосная акустика
Самая распространяя категория, через нее предпочитают слушать музыку порядка 95% всех людей. К этой группе можно отнести наушники, автоакустику. Так как автоакустика в большинстве случаев это не фильтрованный (нет искажений фазы) СЧ/НЧ динамик с добавлением к нему твиттера.
Общее, объединяющее всю широкополосную акустику, естественное, не утомляемое звучание. Нет искажений фазы, так как нет фильтров, которые ее крутят. В силу этого стерео звучание получается именно стереофоническим. А не причудливый псевдо-стерео-калейдоскоп. Как особенно ярко выражено у трехполосных систем. Понять, как на слух ощущаются фазовые искажения можно здесь.
Искажения фазы у широкополосной акустики происходит только в результате физического свойства самого динамика. На частоте резонанса у всех динамиков фаза уходит на опережение относительно основного сигнала.
Опережение фазы на частоте резонанса в оформлении фазоинвертор
Это опережение фазы будет зависеть от акустического оформления. У фазоинверторного оформления опережение фазы будет наибольшим. Важна еще масса подвижной системы, – чем “подвижка” тяжелее, тем опережение фазы будет больше.
Частота раздела
Тут самое время задуматься о частоте раздела. Обычно частота раздела выбирается на ровных горизонтальных участках, вдали от резонансов и завалов, стараясь обойти внезапные неравномерности как потенциальные источники искажений… А если вспомнить что существует фаза, о которой мало известно, а если известно, то векторно ачх на бумажке не сложишь, а из-за кривизны фаз даже на идеально ровной ачх что-то вылезет, что-то провалится в большей или меньшей степени. Также надо помнить что может дать сам динамик, особенно ВЧ, скажем не надо заставлять дюймовый купольник играть от двух, а тем более одного килогерца, даже если он способен их отыграть по АЧХ.
Итак, смотрим какие уникальные динамики нам достались. Высокочастотник начинает валить с 1,3 кгц, значит ниже его пускать нельзя. С другой стороны низкочастотник пытается играть по самые 10 кгц, с переменным успехом. Однако здравый смысл подсказывает, что выше килогерца его пускать плохая затея. И что спрашивается делать, если рабочие диапазоны динамиков не пересекаются?
Тут есть два варианта: если спады имеют адекватную крутизну, то лучше всего сводить в ямку, особенно если ямка получается широкой. В случае же нашем, когда спады круты как обрывы, надо держатся подальше от самого крутого из них. Чаще всего это может случится с высокочастотником, им всегда тяжко работать у нижней границы диапазона, поэтому им целесообразнее облегчить жизнь возлагая воспроизведение нижней части диапазона на НЧ динамик, который отыграет хоть плохо, но не нагадит. Поэтому ограничиваем диапазон участком от 1,5 кгц до 2,2 кгц.
Важные характеристики АС
Для начала разберёмся чем характеризуется акустическая система. Тут три характеристики: амплитудная, фазовая и импедансная.
АЧХ считается наиболее важной, так как больше определяет звучание, впрочем не в ней счастье, ровная АЧХ еще не гарантия хорошего звука.
ФЧХ сама о себе не слышна, может быть слышен резкий перегиб фазы в точке раздела.
ИЧХ вовсе на звучание не влияет, зато влияет на усилитель, но не на каждый, а лишь на тот у которого высокое внутреннее сопротивление, в частности ламповые.
Из-за кривого импеданса многие колонки могут не спеться с лампой, вся неровность импеданса вылезет в АЧХ. В каком-то случае это может пойти на пользу, но надеяться на это не стоит, хотя бы потому, что такая акустика будет крайне чувствительна к усилителю, станут слышны лампы, их режимы, а сравнение с каменным усилителем становится вообще не корректным.
Потому, если задаться цель построить акустику мало чувствительную к усилителю, необходимо обеспечить постоянство импеданса во всем диапазоне частот, а это накладывает определенные ограничения. В частности это обязывает применять фильтра настроеные на равную частоту среза и имеющие равную добротность.
Это правило позволяет для настройки фильтра контролировать только линейность импеданса, что исключает необходимость измерения АЧХ фильтров и в случаи отсутствия хорошего микрофона в измерении ачх динамиков, то есть можно обойтись минимальным набором приборов: генератором (возможно программным) и вольтметром.
Добавление сабвуфера
К указанным выше типам всегда можно добавить сабвуфер. В случаи когда требуется создать большое звуковое давление в самом низу диапазона, это очень простое, и очень дешевое решение
Особенно когда качество НЧ не особо важно (дискотека-взрывы-выстрелы)
Любители же слушать музыку сталкиваются с одной и той же неизбежной проблемой. На короткое время создается ощущение, что все звучит вроде очень замечательно.
После чего приходит понимание, что-то не совсем так, и сабвувер нужно подвигать или покрутит на нем ручки. Но как сабвувер не двигать, или крутить на нем ручки, всегда получится так… Если на один трек еще можно получить хороший результат, то в общем пласте музыки – саба будет то много то мало. И фонограмма каждого конкретного трека будет очень специфическим образом преображаться.
Причина заключается в том, что фильтры сабвуферы стоят очень низко по частоте. Обычно это регулируемый второй порядок на 40-160 Гц и нерегулируемый(он всегда включен) на 300-400 Гц. В купе с тем, что сам по себе динамик сабвуфера, как это было рассказано выше, крутит фазу именно в этом месте:
Получается то, что понятие фазы у сабвуфера по сути не существует. По тому как общая суммарная накрутка фазы в диапазоне рабочих частот сабвуфера приближается к пятому порядку. Нота всего на тон выше и ниже, звучит совершенно по-разному. С сильно другой фазой, – вплоть до противофазы…. От сюда и желание в беспрерывном подкручиванием ручек на сабфуфере от трека к треку.
Много свободного времени можно потратить на перемещая саба по комнате. Сдвинул его на метр, – и вот он совершенно по другому звучит. Клиент искренне думает, что тем самым он добивается более ровной АЧХ. Но проблема совершенно не в АЧХ, а в том, что у саба фаза накручена до уровня того, что фазы у него как таковой нет. Можно покрутить на нем фазу. Во всех случаях будет плохо. Но плохо будет по-разному.
На практике большинство слушателей музыки уже через пару месяцев перестают слушать музыку с сабвуфером. Если речь идет именно о музыке.
И включают его только время от времени, для получения ощущения давления.
Что на 20 раз становится уже не особо интересно. И от сабвуфера большинство слушателей музыки стараются избавится. В этом собственно и причина большого количество предложений сабвуферов на Авито с аномально огромным дисконтом (для дорогих моделей 3-6 раза кратно ниже цены розницы).
А с создание давления у сабвуферов все замечательно. С этим никто не спорит.
Вот собственно и все варианты “характеров звучания” акустических систем при пассивной фильтрации.
Определитесь с “характером” звучания, который вам больше нравится. Трехполосная, двухполосная и широкополосная акустика эта разная акустика. И бессмысленно ее сравнивать между собой.
После того как поймете, что вы хотите, – рассматривайте варианты разного качества внутри этой группы.
Весь выбор который у вас есть, – какие искажения вам более противны. Фазовые или нелинейные. Либо те и другие, но понемногу.
Читайте по теме:
Фазировка динамиков
На этом сведение подходит в концу. Остается только определиться с фазировкой динамиков. Тут есть как минимум три способа: на слух, по форме АЧХ и по фазовому сдвигу на частоте раздела. Если у динамиков АЧХ и ФЧХ в меру линейная, и фильтр фазу на разделе сильно не накручивает, то при смене правильной фазы на неправильную на частоте раздела появится глубокий провал, пропустить его сложно. В таком случае стоит подгонять фазу по по ее сдвигу. Сделать это можно осциллографом подавая на горизонтальную развертку сигнал с усилителя, а на вертикальное отклонение с микрофона.
Подают на вход усилителя синус с частотой раздела и не меняя взаимного расположения микрофона и колонки переключают ВЧ и НЧ динамики. По одинаковости фигур Лиссажу делается вывод о равенстве фаз излучателей. Этот метод хорошо подходит для фильтров первого порядка. С кривизной наших динамиков этот метод себя не оправдывает, поэтому сравниваем АЧХ при разной фазировке.
Второй вариант заметно хуже. Однако и первый не предел мечтаний, но так как двигать индуктивности катушек не просто, а ковыряться дальше уже лень, то все было оставлено как есть.
Звучание системы
И конечно же надо сказать про звук. Стало лучше, сцена получилась очень недурственная. Кривизна АЧХ особо не слышна, даже наоборот, подъем на середине поддает детальности, верхов как ни странно хватает. Был замечен интересный эффект на басу. Как можно заметить по АЧХ на сотне герц большой подъем, а за ним завал, разумеется качающего баса нет, но есть мид бас. К примеру партия гитары кажется немного просаженным, а нижний бас, партия бас гитары, переходит как бы в слышимую область и читается очень четко, создается впечатление наличия того самого низкого баса.
Конечно ящики маловаты, и порой слышно подбубнивание, для устранения этого эффекта в каждую колонку было добавлено по 30 грамм натуральней шерсти. В целом данная акустика играет тепло и мягко даже без лампового усилителя, сохраняя в звуке строгость и точность камня, а вот с теплой лампой получается перебор мягкости. Все же им нужен усилитель по-строже – триод или двухтакт, но это тема для следующих экспериментов. Специально для сайта Радиосхемы – SecreTUseR.
Форум по обсуждению материала ФИЛЬТР ДЛЯ АКУСТИКИ
|
| ||
|
|
Порядок фильтра и его добротность
Следующий параметр, с которым надо определиться – это порядок фильтра и его добротность. В данной статье будут рассматриваться два порядка, первый и второй.
- С первым все просто: есть катушка, есть конденсатор, считаем их параметры под требуемую частоту среза и при надобности корректируем значения до получения желаемой АЧХ, ФЧХ, ИЧХ.
- Со вторым порядком по-хитрее, там уже две катушки и два конденсатора. От значений номиналов зависит такой параметр как добротность, он определяет крутизну спада АЧХ и в некоторой степени сдвиг фазы. Поскольку влияние фазового сдвига и крутизны умозрительно не прикинешь, остается просто выбрать в какую сторону думать. А думать тут в сторону низкой добротности, читай больше индуктивности в катушках, меньше емкости в конденсаторах.
Как выбрать порядок. Тут руководствуются уже знакомыми соображениями о том, на что способны излучатели, в особенности высокочастотник. Если большой ход ему противопоказан (как в нашем случае) то предпочтение отдаем второму порядку.
Для полноты картины следует упомянуть, что порядок также определяет степень совместной работы динамиков, но это уже информация для самостоятельного размышления.
2.5 полосная акустика
У двухполосной акустики существует опция которою, принято называть 2.5 полосная акустика. Смысл ее в том, что в случаи если в АС два СЧ/НЧ динамика, один из них фильтруется как НЧ. А второй играет и СЧ и НЧ частоты.
Логика здесь в том, что таким образом повышают давление на НЧ без особых искажений фазы. Небольшое искажение фазы конечно происходит. Но приблизительно раз в десять меньше, чем у трехполосных АС.
Характер звучания 2.5 полосной акустики предельно близок к двухполосной. Но появляется вполне адекватный бас, – его становится в два раза больше чем у двухполосной акустики (два динамика играют НЧ и только один СЧ).
В редких случаях 2.5 называют акустику с двумя твиттерами. К примеру, один из популярных деревенских производителей акустики “Дали” делает:
Блок с двумя твиттерами
Это создает некоторую путаницу в терминологии. Но обычно 2.5 называют акустику где два СЧ/НЧ динамика, и один из них фильтруется как НЧ. Так как у слушателей проблема обычно с количеством и качеством НЧ, а совсем не ВЧ.
Качественно воспроизводить высокие частоты, при помощи всего одного твиттера, научились еще в прошлом веке. Но видимо не все.
Как раз в прошлом веке было модно пихать много мелких динамиков в АС. В ущерб здравому смыслу и плюя на физические законы. Делалось это в большей степени для создания завлекательного внешнего вида и увеличения продаж.
Сборка фильтров
В завершение пару слов про сборку. В фильтре применяются сравнительно большие емкости, 20 мкф, 27 мкф, а места в корпусе и так не много, бумаги или пленки не набрать. Приходится ставить электролиты. И если в фильтре НЧ звучание от их применения пострадает не сильно, а в цобеле их можно и вовсе не услышать, то в фильтре ВЧ звучанием конденсаторов пренебрегать опасно. Именно по этой причини были применены бумажный МБГЧ и пленочный К73-16, а все электролиты зашунтированы бумажными МБГО на 4 мкФ.
Не стоит увлекаться параллеленьем сильно разных конденсаторов. Основной критерий здесь тангенс угла потерь. Если к примеру поставить в шунт к бумажному конденсатору аудиофильский полипропилен, то скорее всего вылезут верха и будут они кислотные. Вероятно тут можно составить аналогию с внутренним сопротивлением, сравнив с ним тангенс угла потерь: чем он меньше, тем больше через конденсатор пройдет сигнала, а поскольку емкость у такого высококачественного конденсатора меньше, то через него пройдет только высокочастотная часть сигнала, отсюда и имеем повышенные уровень верхов. Но это только аналогия, для лучшего понимания влияния шунтов на звук.
Про то как надо разносить катушки и какой толщины применять провода статей написано предостаточно, повторяться здесь не буду. Проще показать картинку (тут неправильно припаян цобель высокочастотника, он должен стоять после резистора).
