hi-fi and stereo diy
 no vinyl and tubes now








hi-fi my hi-fi theory (acoustic hi-fi systems) cec utility

my 

index 
http://dev.azz.ru/
hi-fi loudspeakers DIY



  Методика создания акустических систем, II
автор: А. Клячин  

Начало статьи: Часть I

Если Вы обнаружите минимумы импеданса около 3 Ом, не расстраивайтесь. Некоторые модели АС известных фирм имеют минимум до 2,6 Ом. Одна - две модели даже 2 Ом! С другой стороны, ничего хорошего в таких "провалах" импеданса нет. Усилители перегреваются, работая на такую нагрузку, если Вы слушаете музыку громко. Растут искажения усилителя в области минимумов сопротивления АС.
Для ламповых триодных усилителей особенно опасны минимумы в области низких и средне-низких частот. При этом если импеданс падает ниже 3 Ом, возможен выход из строя выходных ламп. Выходные пентоды в таких случаях не ломаются.

Важно помнить, что выходное сопротивление усилителя участвует в настройке фильтра АС. Например, если обеспечить форсаж на 1 дБ области Fc, настраивая АС с транзисторным усилителем, у которого почти нулевое выходное сопротивление, то при подключении этих АС к ламповому усилителю (типовое выходное сопротивление ~2 Ом) от форсажа не останется и следа. АЧХ будет другой. Для повторения характеристики, достигнутой с транзисторным усилителем, в случае работы с ламповым аппаратом, придется создать другой фильтр.

Слушатель, способный к развитию собственной личности, со-временем приходит к пониманию ценности хороших ламповых усилителей. По этой причине я обычно настраиваю АС с ламповым усилителем, а при подключении к транзисторному усилителю последовательно с АС ставлю 10-и Ваттный малоиндукционный (не более 4-8 uН) резистор сопротивлением 2 Ом.

Если Вы обладаете транзисторным усилителем, но не исключаете возможность приобретения в будущем ламповой техники, то подключайте при настройке и последующей эксплуатации Ваши АС к выходу усилителя через вышеуказанные резисторы. Тогда, при переходе на ламповый усилитель, не потребуется настраивать АС заново, достаточно подключиться к нему напрямую, без резисторов.

Для тех, кто не может раздобыть генератор, рекомендую найти тестовый CD с дорожками, содержащими испытательные сигналы для оценки АЧХ. При этом Вы не сможете плавно менять частоту испытательного сигнала и пропустите точку самого глубокого падения импеданса в области его спада. Тем не менее, даже приблизительная оценка частотной характеристики импеданса будет полезна. Для ориентировочной оценки псевдошумовые сигналы в треть-октавных полосах даже удобнее, чем синусоидальные. Такие сигналы есть на тестовом CD журнала "Салон AV" (#07 от 2002 года).

В крайнем случае можно обойтись без измерений импеданса, если ограничить форсаж отдачи на частоте среза фильтра величиной 1 дБ. При этом условии импеданс вряд-ли упадет сильнее чем на 20%. Например, для 4-х Омной АС это соответствует минимуму в 3,2 Ом, что допустимо.

Учтите, что "поймать" параметры элементов фильтра, нужные для желаемой коррекции АЧХ, Вам придется самостоятельно. Предварительный расчет пробных фильтров нужен чтобы изначально не промахнуться "на километр".

В простой фильтр НЧ-СЧ головки можно добавлять резисторы для некоторых манипуляций с АЧХ, которые могут потребоваться при настройке Ваших АС.
Если средний уровень звукового давления этого динамика выше соответствующего параметра ВЧ головки, необходимо включить последовательно с динамиком резистор. Варианты включения - на Рис. 6а и 6б.

Величину необходимого снижения отдачи НЧ-СЧ головки, выраженную в дБ обозначим символом N. Тогда: , где Rд - среднее значение импеданса динамика.

Можете вместо расчетов воспользоваться следующей информацией:

Таблица 1.
1 дБ - ~10% или изменение уровня в 1,1 раза;
2 дБ - ~25% или изменение уровня в 1,25 раза;
3 дБ - ~40% или изменение уровня в 1,4 раза;
4 дБ - ~60% или изменение уровня в 1,6 раза;
5 дБ - ~80% или изменение уровня в 1,8 раза;
6 дБ - ~100% или изменение уровня в 2 раза.

, где Vус - действующее значение напряжения на выходе усилителя. Vд - то же на динамике. Vд меньше, чем Vс, благодаря ослаблению сигнала резистором R1. Кроме того, N = Nвч - Nнч, где Nнч и Nвч уровень звукового давления развиваемый, соответственно, НЧ и ВЧ головками. Эти уровни - усредненные по полосам воспроизводимым НЧ и ВЧ головками. Естественно, Nнч и Nвч измеряются в дБ.

Пример быстрой оценки необходимой величины R1:
Для N = 1 дБ; R1 = Rд (1,1 - 1) = 0,1 Rд.
Для N = 2 дБ; R1 = Rд (1,25 - 1) = 0,25 Rд.
...
Для N = 6 дБ; R1 = Rд (2 - 1) = Rд.

Более конкретный пример:
Rд = 8 Ом, N = 4 дБ.
R1 = 8 Ом (1,6 - 1) = 4,8 Ом.

Как рассчитать мощность R1?
Пусть Рд - паспортная мощность НЧ-СЧ громкоговорителя, PR1 - допустимая мощность, рассеиваемая R1.
Тогда:

Не следует затруднять отвод тепла от R1, то есть не надо обматывать его изолентой, заливать термоклеем и т. п.

Особенности предварительного расчета фильтра с R1:
Для схемы наРис. 6б значения L1 и C1 рассчитываются на воображаемый динамик, суммарное сопротивление которого RΣ = R1 + Rд. При этом L1 получается больше, а C1 - меньше, чем у фильтра без R1.
Для схемы на Рис. 6а- все наоборот: введение в схему R1 требует уменьшения L1 и увеличения С1. Проще рассчитывать фильтр по схемеРис 6б. Пользуйтесь именно этой схемой.

Дополнительная коррекция АЧХ при помощи резистора:
Если, для улучшения равномерности АЧХ, необходимо уменьшить подавление фильтром сигналов выше частоты среза, можно применить схему, приведенную на Рис. 7.
Применение R2 в этом случае приводит к уменьшению отдачи в Fс. Выше Fc отдача, напротив, растет по сравнению с фильтром без R2. Если необходимо восстановить близкую к исходной АЧХ (измеренной без R2), следует уменьшить L1 и увеличить C1 в одинаковой пропорции. На практике диапазон R2 находится в пределах: R2 ~= (0,1-1) * Rд.

Коррекция АЧХ:
Простейший случай: на достаточно равномерной характеристике имеется зона завышенной отдачи ("презенс") в области средних частот. Можно применить корректор в виде резонансного контура (Рис. 8).

На частоте резонанса

Контур имеет некоторое значение импеданса, в соответствии с величиной которого сигнал на динамике ослабляется. Вне частоты резонанса ослабление уменьшается, таким образом, контур может избирательно подавлять "презенс". Ориентировочно рассчитать, значения L2 и C2 в зависимости от Fp и степени подавления N2 (в дБ) можно так:

Удобно воспользоваться таблицей 1. Нарисую ее по другому:

Изменение уровня, в дБ Относительное
изменение уровня (Δ).
1 1,1
2 1,25
3 1,4
4 1,6
5 1,8
6 2
7 2,2
8 2,5
9 2,8
10 3,16
11 3,55
12 4



Пример. Необходимо подавить "презенс" с центральной частотой 1600 Гц. Импеданс громкоговорителя - 8 Ом. Степень подавления: 4 дБ.

Конкретная форма АЧХ громкоговорителя может потребовать более сложной коррекции. Примеры на Рис. 9.
Случай на Рис. 9а- самый простой. Легко подобрать параметры корректирующего контура, так как "презенс" имеет форму "зеркальную" возможной характеристике фильтра.
На Рис. 9бпоказан другой возможный вариант. Видно, что простейший контур позволяет "разменять" один большой "горб" на два маленьких с небольшим провалом АЧХ в придачу. В таких случаях нужно сначала увеличить L2 и уменьшить С2. Это расширит полосу подавления до нужных пределов. Затем следует зашунтировать контур резистором R3, как показано на Рис. 10. Величина R3 выбирается исходя из необходимой степени подавления сигнала, подаваемого на динамик в полосе, определяемой параметрами контура. R3 = Rд (Δ - 1)

Пример: Надо подавить сигнал на 2 дБ. Динамик - 8 Ом. Обращаться к Таблице 1. R3 = 8 Ом (1,25 - 1) = 2 Ом.

Как в этом случае происходит коррекция, показано на Рис. 9в.
Для современных громкоговорителей довольно характерно сочетание двух проблем: "презенс" в области 1000-2000 Гц и некоторый избыток верхней середины. Возможный вид АЧХ показан на Рис. 11а.

Наиболее свободный от вредных "побочных" эффектов способ коррекции требует небольшого усложнения контура. Корректор показан на Рис. 12.
Резонанс контура L2, С2 нужен, как обычно, для подавления "презенса". Ниже Fp сигнал почти без потерь проходит на динамик через L2. Выше Fp сигнал идет через С2 и ослабляется резистором R4.
Оптимизируется корректор в несколько этапов. Так как введение R4 ослабляет резонанс контура L2,C2, то изначально следует выбрать L2 больше, а C2 меньше. Это обеспечит избыточное подавление на Fp, которое нормализуется после введения R4. R3 = Rд (Δ - 1), где "Δ" - величина подавления сигналов выше Fp. "Δ" выбирается в соответствии с избытком верхней середины, сверяясь с таблицей 1. Этапы коррекции условно проиллюстрированы на Рис. 11б.
В редких случаях требуется обратное воздействие на наклон АЧХ при помощи корректирующей цепи. Ясно, что для этого R4 должен переместиться в цепь L2. Схема на Рис. 13.
Проблемная АЧХ и ее коррекция для этого случая показана на Рис. 14.

При опредленном сочетании величин L2, C2 и R4 корректор может не иметь особенного подавления на Fp. Пример, когда необходимо именно такая коррекция, показан на Рис. 15.

При необходимости можно использовать фильтр второго порядка и корректирующий контур совместно. Варианты включения - на Рис. 16.

При одинаковых номиналах элементов вариант а) обеспечивает большую отдачу на средних частотах и на частоте среза. В принципе, подбором значений элементов можно почти уровнять АЧХ АС для обоих вариантов фильтра. По некоторым причинам, о которых долго говорить, советую чаще применять вариант а). Иногда очень выраженный "презенс" требует применения варианта б). Совместная работа фильтра и корректора проиллюстрирована на Рис. 17.

Рассмотрим фильтры для ВЧ динамиков.
Для ВЧ головок гораздо чаще, чем для НЧ динамиков, применим фильтр первого порядка, то есть просто конденсатор включенный последовательно с громкоговорителем. То, что такой простой фильтр вносит ощутимый наклон в АЧХ динамика, не так пагубно влияет на звучание, как в случае НЧ динамика. Во-первых, нередко этот наклон частично компенсируется плавным комплементарным (взаимодополняющим) наклоном АЧХ НЧ динамика в той же частотной области. Во-вторых, некоторый "провал" в области нижнего верха (3-6 кГц) вполне допустим по результатам субъективных экспертиз. Возможный ход АЧХ ВЧ-динамика без фильтра, с фильтром и совместно с НЧ динамиком показан на Рис. 18.
Не следует бояться экспериментов с подключением ВЧ динамика в противофазе с НЧ громкоговорителем. Иногда это один из немногих способов добиться хорошего звучания. Наиболее вероятные результаты перемены полярности ВЧ головки показаны наРис. 19.

  

В 1993 году я пытался оценить роль фазовой характеристики АС. Для этого изготовил фазовый корректор с глубокой регулировкой фазочастотных характеристик в звуковом диапазоне частот. Кроме того, несколько моделей АС настроил по критерию максимально точной формы сигнала, вплоть до хорошей передачи разнообразных импульсных испытательных сигналов.
Пожалуй, при помощи этих АС можно было передавать данные в цифровой форме через канал АС - измерительный микрофон. Те эксперименты и вся последующая практика показали, что равномерность АЧХ на порядок важнее для верности воспроизведения, чем соблюдение фазовых соотношений. Разумеется, фазочастотные характеристики (ФЧХ) АС стереопары должны быть идентичны, но не обязательно линейны.

Если фазовая линейность противоречит линейности АЧХ, однозначно игнорируйте ФЧХ, иначе плачевный результат гарантирован. Человек очень чувствителен к моментам атаки звуковых сигналов. Но дело в том, что для слуха атака - это не фронт первой полуволны сигнала, а "пачка" (серия колебаний) в течение времени перехода от начала возбуждения струны или столба воздуха в духовом инструменте, до начала установившихся колебаний с частотой, соответствующей извлекаемой музыкантом из инструмента ноты. Поэтому для слуха важнее АЧХ, чем ФЧХ даже во время атаки.
Тем не менее, неистребимые инстинкты правоверного аудиофила заставляют меня, при прочих равных условиях, включать все динамики в фазе.

Фильтры второго порядка для ВЧ громкоговорителей.
Именно такие фильтры чаще позволяют добиться приемлемого звучания. Особенно хорошо, если полоса воспроизведения НЧ динамика ограничена таким же фильтром. Получается красивое решение проблемы совместной работы НС и ВЧ секций: - четкая передач эстафеты на частоте раздела. Возможные АЧХ приведены на Рис. 20.

Фильтр второго порядка, как и в случае НЧ динамика позволяет сильно влиять на АЧХ звукового давления. Простейший фильтр - наРис.21.

Необычное изображение схемы фильтра частично расшифровано в моей статье "Повторение возможно" (Приложение к журналу "Салон AV" #7, 2002 г., "Практика" #2(4), 2002 г., июль).
Выбор направленности кабелей и элементов определяется тем, что от источника (усилителя) к потребителю (АС) движется не ток, или электроны, а информация, то есть источник "знает" соотношение элементов музыки во времени по амплитуде и по спектру раньше, чем потребитель. Поэтому "край" цепи, подключенный к источнику, является "оперением" стрелы, а "край", подключенный к потребителю соответствует "острию" стрелы. А электроны и переменный ток никуда не идут, а только колеблются в ритме переменного тока.

В первом приближении элементы фильтра рассчитываются так же, как для НЧ секции.

, здесь Fсв - частота среза фильтра.

Интересно, что Fсв для ВЧ секции не обязательно совпадают со значением Fсн НЧ секции. Главное, чтобы результирующие АЧХ звукового давления НЧ и ВЧ динамиков суммировались в максимально равномерную АЧХ АС. Способы форсажа и подавления отдачи в области Fсв - такие же как для НЧ секции. Их надо творчески использовать для достижения наилучшего звучания.
Некоторые очень "музыкальные" ВЧ громкоговорители имеют недостаток: - "презенс" на частоте резонанса их подвижной системы (обычно от 1 до 2 кГц). Вредный подъем АЧХ может достигать 12-20 дБ! Не стоит отказываться от таких динамиков, если они отличаются натуральностью звучания выше частоты резонанса.

Есть простой и эффективный способ нормализации АЧХ.
Надо ввести в цепь L3 конденсатор С4, образующий с L3 резонансный контур, настроенный на частоту "презенса". Контур L3С4 имеет низкое сопротивление на частоте резонанса. Он поглощает сигнал в области "презенса", так как включен параллельно ВЧ динамику, то есть шунтирует его на частоте резонанса.

Расчет величины С4:

Если подавление отдачи избыточно, можно включить параллельно С4 резистор R5, который уменьшит добротность (способность к резонансу) контура L3C4 и, таким образом, уменьшит поглощение на Fp. Можно добиться того же, включая R5 последовательно с L3 и C4.По ряду причин, предпочтительно параллельное включение C4 и R5. Соответствующая схема - наРис. 22.

Значение R5 придется подобрать экспериментально. Вероятный диапазон значений: R5 = (1-10) Rд. Реально значение R5 может оказаться вне этого диапазона. Если отдача ВЧ динамика выше, чем у НЧ громкоговорителя, придется подавить ее резистором R6. При необходимой степени подавления, соответствующей некоторому значению "Δ" (см. таблицу 1), значение R6 рассчитывается по уже знакомому алгоритму: R6 = Rд (Δ - 1).

Пример: ВЧ динамик "громче", чем НЧ на 5 дБ, импеданс ВЧ головки - 4 Ом.
R6 = 4 Ом (1,8 - 1) = 3,2 Ом.
Рекомендуемая схема включения R6 - на Рис. 23.

Расчет значений С3 и L3:
В качестве RдΣ используется сумма R6 и Rд. RдΣ = R6 + Rд.
Соответственно:

Помните, расчет нужен для грамотного начала поиска оптимальных параметров фильтра! Упорно подбирайте параметры и конфигурацию фильтров, экспериментируйте с полярностью ВЧ динамика.

На первом этапе надо обеспечить приемлемую АЧХ. На втором этапе - найти вариант настройки, соответствующий наилучшему звучанию.

  

Требования к качеству формируются в процессе познания музыки. Для большинства слушателей изначально интуитивно ясно, что такое "хорошее звучание", так как музыка создается для воздействия на эмоциональную сферу и при адекватном воспроизведении не оставляет человека равнодушным. Наиболее склонны к ошибкам в оценке качества звучания люди, обладающие частичным опытом, находящиеся в процессе знакомства с аудиотехникой. Интуиция, природное "чутье" уже заблокированы потоком информации и впечатлений из мира аудиотехники, а исчерпывающего опыта еще нет. Если человек способен к развитию, то со временем все встанет на свои места. В данном случае лишний раз подтверждается известная истина: "полузнание - хуже, чем незнание". Так, что лучшие эксперты - люди, далекие от аудиотехники и те кто прошел весь возможный путь познания.

Что касается профессионалов (звукорежиссеров, музыкантов), то здесь тоже присутствует деление по типам восприятия. Музыканты - солисты и дирижеры превосходно понимают смысл и скрытые "пружины" музыкального искусства. У них есть чему поучиться создателям аудиотехники. Музыкантов-статистов дирижер превращает своим диктатом в бездумные, послушные "клавиши" огромного музыкального инструмента - оркестра. Среди этих музыкантов встречаются люди, равнодушные к ритму (ритм задает дирижер), глухие к эмоциональному содержанию музыки. Главной своей задачей они считают игру по нотам, без формальной фальши. Они испытывают зависть к солистам, не понимая причин их привилегированного положения. Поэтому не все музыканты - статисты могут помочь в субъективной экспертизе.

Звукорежиссер, в классическом понимании, - музыковед и специалист по аудиотехнике в одном лице. Так было примерно до 60-х годов XX века. Сегодня многие звукооператоры называют себя звукорежиссерами. Круг познаний звукооператора - аудиотехника. Они умеют грамотно, с технической точки зрения, эксплуатировать оборудование звуковой студии. Одна из главных задач - не допустить "клиппинга" (перегрузки) при записи. Понимание музыки для звукооператора - необязательно. Многие из них не в состоянии понять творчество музыкантов, записанных по старым технологиям, так как "не видят за деревьями леса", не слышат за звуками - музыку.
В данном случае, основная причина эмоциональной глухоты - привычная для звукооператора концентрация внимания на чистоте звучания. Психологическое состояние - "сторож", не пропускающий искажения. Тут не до музыки. В этом смысле восприятие звукооператора смыкается с мышлением музыканта-статиста.
К счастью, звукооператоры в роли звукорежиссеров, не могут принести музыке большого вреда, так как последнее слово - за продюсером. Задача продюсера - продать записи. Покупают только зажигательную музыку, поэтому продюсер выбирает не по критерию чистоты записи. Предпочтение - самым эмоциональным дублям, даже если не удалось избежать технических погрешностей.

Реальные жизненные ситуации, конечно, отличаются от изложенной мною схематичной картины. Тем не менее, благодаря большому опыту, я обрисовал основные типы слушателей довольно точно. По жанровым пристрастиям меломанов селектировать не стоит. В музыке нет высоких и низких жанров. Есть талантливые, артистичные исполнители, а есть - не очень.
Позвольте образный пример: интереснее слушать анекдоты, которые рассказывает хороший артист, чем смотреть классическую пьесу в исполнении новичков из самодеятельности.

Как человек воспринимает музыку? Текст состоит из букв, музыка из звуков. Но буквы - еще не текст, звуки не музыка. По этой причине хорошая передача звука не гарантирует адекватного воспроизведения музыки.
Психоакустика уже ответила на ряд вопросов из области слухового восприятия. Известно, что человек анализирует верность воспроизведения не так, как мог бы это делать простейший измерительный прибор, сверяющий идентичность звуковых колебаний при исполнении музыки с колебаниями, воспроизводимыми аудиосистемой.
Иногда приходится слышать наивные советы о необходимости точного восстановления исходного звукового поля. Эти рекомендации имеют такую же практическую ценность, как рецепт по искусственному созданию человека путем сборки точного аналога из соответствующих молекул. На первый взгляд, слух легко обмануть, воспроизводя только часть звуковой информации. С другой стороны, секреты слухового анализа до сих пор не раскрыты. Например: лучшие компьютерные системы анализа речи уверенно "понимают" голос только одного человека. "Правильный" механизм анализа звуков, несущих информацию, пока неизвестен.

Что известно на сегодняшний день о способах передачи эмоций при помощи музыки? Например, то, что ритмический рисунок важнее мелодии. Интересно, так же, что исполнение, богатое динамическими и эмоциональными контрастами, создает впечатление большей широты и "мощи", чем "плоское", но реально более громкое звукоизвлечение или пение.
Очень важный факт - анализ амплитудно-частотного спектра голосов вокалистов, показывает систематическую разницу при исполнении произведений с разными эмоциональным содержанием! Один спектр для "минора", совершенно другой - для "мажора" и т.д. Это явление имеет место не только для вокала, но и для звучания музыкальных инструментов.

Итак, установлено: тембр - одно из важнейших средств передачи художественного образа, который исполнитель обязан создать в соответствии с содержанием музыкального произведения.
Точность передачи тембра зависит от равномерности АЧХ аудиосистемы. Основной "вредитель", нарушающий идеальность АЧХ - акустическая система. Поэтому именно АС определяют адекватность воссоздания художественного образа, без которого музыка - не более чем набор звуков. В поисках новых знаний приходится экспериментировать. Важно не торопиться с выводами, один, два ... десять экспериментов могут привести к неправильным представлениям. Пытаясь выявить влияние одного фактора, исследователь невольно меняет некоторые другие, часто не замечая этого. Излишняя самоуверенность, желание найти подтверждение своим старым знаниям заставляют вступить на ложный путь, сойти с которого очень нелегко.
Поэтому мне пришлось проводить тысячи экспериментов, по крупицам добывая новые знания. Я буду учиться у жизни, уточнять свои методы, пока смогу слышать, чувствовать, думать.

Продолжение статьи: Часть III
to top  


TopList Каталог ресурсов Сибири