^Нажмите для увеличения^
Рис. 1. Акустическая система заводского изготовления
С описанием и техническими данными можно ознакомиться на странице 35 АС-130 «Электроника». Немало отечественных акустических систем сегодня предано забвению: профессиональные музыканты не рассматривают их ни как современное студийное оборудование, ни как Hi-Fi системы с высокой разрешающей способностью. И всё же среди них встречается достаточно колонок, заслуживающих внимания при домашнем использовании.
За годы через мои уши прошло немало колонок — отечественных, зарубежных и самодельных. Среди них попалось несколько действительно удачных и любопытных конструкций, и одна из них — «Электроника 35 АС-130».
Немного истории
Мне посчастливилось лично побеседовать с одним из создателей этой акустики и узнать кое-какие детали. Так что же занятного поведал инженер о разработке колонок? Если говорить попросту, всё держится на нескольких основаниях:
- Физические закономерности и теоретические наработки.
- Опыты на практике и эмпирические коррективы, вносимые в теорию.
- Экономический расчёт и рамки стандартов.
- Авторское видение концепции, по которой строится конструкция, и субъективное суждение о её качестве.
- Технологические возможности производства.
Итак, отсчёт истории этих колонок идёт с того момента, когда в лаборатории акустики появились системы Technics SB-7 и SB-M5.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 2. Экземпляр Technics SB-7
^Нажмите для увеличения^
Рис. 3. Экземпляр Technics SB-M5
Перед предприятием поставили задачу: разобраться и дать оценку новой зарубежной разработке. В общем, их поставили в комнате для прослушивания, подсоединили к усилителям и принялись слушать. Чтобы оценка оставалась беспристрастной, все колонки прятались за занавесом из плотной ткани и обозначались как система 1, система 2, 3 и так далее — переключение шло одним щелчком тумблера на пульте. К прослушиванию привлекли музыкантов, специалистов по акустике и рядовых сотрудников предприятия. Сигнал подавался с эталонного усилителя, обладавшего крайне низким выходным сопротивлением, и со студийного магнитофона; кроме того, в аппаратной стояли и обычные бытовые усилители с проигрывателями того времени — чтобы оценить, как примерно это прозвучит у обычного покупателя в жилой комнате.
После прослушивания оценки экспертов разошлись. Части из них звучание пришлось не по вкусу — его сочли чересчур сухим и ненатуральным. Другие записали его в разряд так называемого «коммерческого звука», проще говоря — рассчитанного на «бум-цык-цык-цык». Нашлись и те, кому подача понравилась: отмечали чистую неокрашенную середину, удачное согласование излучателей и широкий диапазон. Если же сравнивать с крупными студийными мониторами весом под 90 кг, то этим системам недоставало чувствительности и масштаба. Зато как компактная настольная акустика ближнего поля они выглядят перспективно. Тем более что высокочастотники, стоявшие в SB-7, были заметно направленными и выстраивали хорошую сцену лишь по центру зала в первом ряду.
Чтобы понять, насколько перспективны сотовые излучатели в колонках нового поколения, предстояло создать отечественную технологию изготовления сотовых диффузоров, сделать опытные экземпляры и выйти на приемлемые акустические параметры. А затем — разработать и выпустить серию таких систем как ответ на модные веяния и достижения науки с техникой.
Энтузиасты принялись за дело: сначала сняли все характеристики подопытных колонок и обмеряли каждую деталь, разобрали схемы и подготовили структурные чертежи. Необычным показалось решение применить в высокочастотном излучателе сотовый алюминий и плоскую катушку, выполненную из плёнки. Начали думать, как из доступных отечественных головок и материалов собрать похожие АС — так, чтобы вышло экономически оправданно, недорого и технологически выполнимо на имеющемся оборудовании. Предлагали делать диффузоры из авиационного алюминия, ведь требовались лёгкие и прочные сплавы. В итоге материал нашли и заготовки излучателей сделали, однако соты получились не концентрическими относительно центра, а сетчатыми — как клетки в тетрадном листе.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 4. Концентрические соты у Technics
^Нажмите для увеличения^
Рис. 5. Соты в отечественном исполнении
Параметры сотовых пластин у нас были иными: они оказывались прочнее, немного тяжелее и толще. Помимо этого, пластину приклеивали через переходный алюминиевый конус с прямой образующей — он вёл себя как рядовой конусный диффузор и добавлял гармоник в суммарную АЧХ головки. И хотя пластина оставалась сотовой, абсолютной жёсткостью она не обладала, так что гармоники возникали и на ней. В бумажном диффузоре затухание этих призвуков шло быстрее, чем в алюминиевом. Масса сотового диффузора вдвое превосходила бумажный. Это слегка уронило чувствительность головок, и раскачать такие соты удавалось лишь с самой мощной на ту пору магнитной системой — аналогом 75 ГДН-1 и 100 ГДН-3. Затем подвижная система обзавелась более крепкой и надёжной резиной: гибкость у неё отличалась от зарубежных образцов, зато мы не сомневались, что подвес не развалится и через 10-20 лет. Словом, время текло, а разработали и опробовали на практике всего один сотовый НЧ динамик. Позже документацию на него отправили в Эстонию — наладить выпуск и применить в новой серии комплекса Эстония 010. Сперва, как и в Эстония 009, фазоинвертор ставить не планировали, однако ГОСТ требовал от системы высшего класса границы снизу в 31.5 Гц, а резонанс наших головок держался вблизи 40 Гц, отдельные экземпляры дотягивали и до 55 Гц. Так в системе «Эстония 35 АС-021» возникли две длинные трубы с настройкой на 31 Гц, и аттестационные испытания на класс система выдержала! Но мы отвлеклись от темы Электроника. Итак, изготовленные сотовые динамики показали весьма любопытные характеристики.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 6. Кривая амплитудно-частотной характеристики сотового излучателя 35 ГД-1, снятая в свободном поле
Пока диффузоры трудятся в поршневом режиме, то есть до критической частоты, амплитудо-частотная характеристика остаётся очень ровной. За этим порогом проступают резонансные горбы — там начинает звенеть алюминий. Однако, если разделительный фильтр настроить на частоту ниже критической, скажем 1000 Гц, сотовый динамик по поведению приблизится к теоретически идеальному излучателю.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 7. АЧХ головки 35 ГД-1 в составе Электроника 35 АС-130, снятая с фильтром
На очереди стоял среднечастотник. Под него заказали более тонкие листы сотового алюминия, а магнитную систему и корзину предполагали взять от рядовой СЧ головки 15 ГД-11 с типоразмером 5 дюймов. У первых опытных экземпляров тембр получился звенящим, алюминиевым, отчасти напоминавшим уличный рупор. Вдобавок приобретённая сотовая диафрагма оказалась толще расчётной, из-за чего отдача вышла ниже, чем рассчитывали. И всё же самый первый сотовый излучатель доказал, что направление перспективное. Согласовать между собой два-три динамика, которые дополняли бы друг друга по полосам, труднее, чем кажется со стороны. Когда в системе сотовые головки нового типа работали на низах, а привычные бумажные конусы — на средних и высоких, при прослушивании слышались лишние, мешающие призвуки именно в СЧ. Именно поэтому, скажем, для Эстония 35 АС-021 сделали отдельный купольный среднечастотник. За образец взяли купольные СЧ от Philips AD и японского Sanyo, однако переработали конструкцию под отечественные материалы и оборудование — скопировать зарубежные изделия один в один было невозможно в принципе. Купольные СЧ проектировали и выпускали на предприятии-смежнике, и, на мой взгляд, полноценного среднечастотника не вышло — помешали физические ограничения. Штамп диффузора упростили, отказавшись от тангенциального подвеса, центрирующая шайба после этого стала ненужной, а диаметр катушки и самого купола уменьшили. В итоге, по сути, вышла рядовая купольная пищалка типа 10 ГД-35, только больше по габаритам, с проделанным отверстием в керне и дополнительно с пластиковым стаканом. Полоса у неё вышла не слишком широкой, а чувствительность — невысокой.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 8. АЧХ купольного среднечастотного динамика 20 ГДС-1
Чтобы оценить музыкальные возможности акустики, полезно сопоставить их с тем, в каких пределах звучат голоса и инструменты. И человеческий голос, и любой инструмент содержит массу гармоник — обертонов, а именно они придают тембру узнаваемость и неповторимость. Главная гармоника задаётся взятой нотой: бас, к примеру, поёт начиная с нижнего ми большой октавы (82 Гц), сопрано добирается вверх до верхней до третьей октавы (1046 Гц), верхний же предел обертонов голоса уходит к 10000 Герц и выше. Оттого в системах с числом полос от трёх и выше голос идёт сразу через несколько динамиков.
Одновременно с нашими работами на заводах «Магнетон» и «Ферроприбор» изготавливали изодинамические излучатели с целым рядом ценных свойств:
- Диапазон частот заявлялся широкий — от 2000 до 31500 Гц.
- Высокая мощность 25 Вт.
- Низкие искажения.
Вдобавок конструкция у них тоже была плоской, а мембраны — сверхлёгкими.
Сами изодинамики чувствительностью не блистали, и это удачно совпадало с невысокой отдачей тяжёлых сотовых диффузоров из алюминия.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 9 АЧХ изодинамической ВЧ головки 25 ГДВ-1, дополненной накладным рупором
Разумеется, у высокочастотного изодинамического динамика хватало и других особенностей. Из-за крупного магнитного зазора отдача у него была небольшой, и высокие частоты он начинал воспроизводить как следует лишь тогда, когда появлялась согласующая акустическая нагрузка в виде ВЧ рупора. Пластмассовая накладка, выполненная как рупор, поднимает отдачу на верхних частотах и уменьшает интерференцию, а встроенная металлическая сетка оберегает мембрану от повреждения. Согласование акустического сопротивления потребовало расчёта специальных ВЧ рупоров. Накладные рупоры сдвигали резонансы из области средних частот в высокочастотную, а также подавляли интерференцию двух частей мембраны — за счёт этого чувствительность головки возрастала.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 10 АЧХ изодинамической головки 25 ГДВ-1 без накладки-рупора
Словом, к выпуску первой двухполосной серии систем всё располагало. Согласующие фильтры брали второго порядка, а точку раздела задавала нижняя граничная частота ВЧ излучателя. Выяснилось, впрочем, что заявленные 2000 Гц относятся к уровню -9 дБ — для стыковки с низкочастотным звеном это не подходит. Зато чуть выше, в районе 2500-3000 Гц, сотовый басовик уже удаётся состыковать.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 11 АЧХ компонентов АС (пассивного излучателя, басовика, пищалки)
Чтобы получить низкочастотный поддиапазон, рассчитали и поставили пассивный излучатель, настроенный на 40 Гц. Благодаря этому система вышла на удивление компактной для такого частотного диапазона. У подопытных Technics, к слову, ничего подобного не было: там применяли либо закрытый корпус с мягким подвесом динамика из ППУ, либо фазоинвертор, настроенный на «коммерческий» бум-цык-цык, то есть рассчитанный под совсем другой бас (вспомним BoomBox). В отечественных системах добиваются по возможности гладкой низкочастотной характеристики фазоинвертора, опираясь на аппроксимацию Баттерворта того или иного порядка, а не пытаются поразить покупателя запредельно громким басом. После небольшой корректировки и подгонки по чувствительности схема фильтров повторяет заводскую.
Рис.12 Заводская ПЭ схема фильтров:
^Нажмите для увеличения^
Именно так и появилась «Электроника 35 АС-130». Чуть позже сделали сотовые излучатели для средних и высоких частот. Тем самым всё подготовили к выпуску очередной, трёхполосной модификации акустики с сотовыми головками.
Но наступили 1990-е годы и дальнейшее развитие электроники приостановилось, позднее трехполосные АС на сотовых излучателях были переработаны и производились уже другой фирмой, они появились в очень ограниченных количествах и не дошли до массового пользователя. Остатки 5 дюймовых сотовых динамиков использовали для производства автомобильных АС и малогабаритных стерео комплексов Ода-102 Муромского РЗ.
Доработка
История подсказала, куда двигаться с доработкой «Электроники». Внешний вид я решил оставить прежним — иначе изменился бы объём акустического оформления, а вместе с ним и настройка пассивного излучателя. Остальные детали тоже остаются нетронутыми: добавляется отдельный корпус со среднечастотным динамиком и фильтром, а в схему вводятся переключатели. Они дают возможность выбирать между прежним двухполосным режимом и расширенным трёхполосным.
Зачем вообще понадобился третий динамик?
Дополнительная головка на средних частотах:
- Прибавляет системе уровня в голосовом диапазоне.
- Сокращает неравномерность АЧХ: было ±4 дБ, стало ±2 дБ.
- Снижает искажения, которые даёт низкочастотный динамик.
Каждая головка работает на линейном участке собственной амплитудно-частотной характеристики — отсюда общая линейность АЧХ системы и невысокий уровень искажений
Чем колонки «Электроника 35 АС-130» привлекают сегодня?
- Размеры компактны для её мощности и такого баса — для настольного варианта это куда удобнее, чем, скажем, «Вега 50 АС-104», «Радиотехника S-50B» и S-90 или «Эстония 021»
- Меньший вес (затаскивать на шкаф S-90 массой 23 кг или эту 130-ю, которая весит всего 12 кг)
- Но главное — исключительно детальный звук и сцена.
А какие есть недостатки и особенности:
- Чувствительность невысока (подключить к маломощному усилителю, конечно, можно, только звук получится не тот. Нужен УНЧ большой мощности, с низким выходным сопротивлением и солидным блоком питания).
- Слушатель обязан сидеть в зоне направленного действия высокочастотных головок — на расстоянии метра или двух.
- На стену их не повесить и к ней вплотную не приставить — сзади расположен пассивный излучатель низких частот.
Какую схему применить для разделительных фильтров
Продолжая логическую цепочку создания данных колонок, я изучил устройства и схемы упомянутых Technics, а также Эстонии 021, плюс сведения об акустике Нева и Русь.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 13 Схема ПЭ Technics SB-7
Что показывает схема на рис. 13? По сути, это почти полная копия нашей «Электроники»! Не хватает лишь СЧ динамика. Остаётся пересчитать номиналы элементов фильтра, чтобы согласовать их с головками сопротивлением 4 Ом и 8 Ом — формулы берём из книги № 2, они совпадают с измерениями.
Каким будет конструктивное исполнение АО
Изготовили два герметичных бокса из фанеры толщиной 8 мм; объём каждого изнутри — 2 литра, примерно столько же вмещают заводские стаканы СЧ в большинстве АС. Стенки соединили клеем ПВА, а сзади установили разъём, через который бокс подключается к усилителю.
Выбор среднечастотного динамика
Чтобы опытным путём отыскать лучший и наиболее подходящий динамик, были скуплены практически все существовавшие советские варианты среднечастотных головок.
Речь шла об экземплярах 15 ГД-11А, 20 ГДС-3-8, 20 ГДС-2 (купольном), 15 ГДШ-3, 15 ГДШ-14Д и 30 ГДС-1-8, а также о 2 декоративных сетках на 5 дюймов от «Радиотехники» S-90.
Частоту раздела фильтров я подбирал по такой логике: измерив АЧХ и послушав имеющиеся высокочастотные головки, пришёл к выводу, что в заводской схеме ВЧ-фильтра менять нечего. Пищалка используется на все 100%: ниже 3000 Гц она звучать не может, а забираться выше смысла нет — она способна очень точно и детально воспроизводить часть среднечастотного диапазона. Именно этим изодинамические пищалки отличаются от купольных типа 10 ГД-35 (6 ГДВ). Единственное, что стоит добавить, — предохранитель (он есть в Technics) на 0,5-1 А или лампочку на 6 В мощностью 6 Вт, включённую последовательно с головкой, чтобы защитить катушку от перегорания при нештатных ситуациях.
А вот после измерения АЧХ и прослушивания НЧ-динамика выяснилось: его лучше задействовать на линейном участке характеристики — до 1000 Гц. Поскольку фильтр 2 порядка имеет довольно пологую характеристику, расчётную частоту для НЧ-фильтра я взял 700 Гц — чтобы срезать характерный алюминиевый звон.
Расчёт номиналов СЧ-фильтра для динамика на 4 Ом:
L1 = Rн / (∏ • (fd2 – fd1)) = 4 / (3,14 • (4000 – 500)) = 0,36 мГн
здесь fd2 и fd1 — верхняя и нижняя граничные частоты соответственно.
f0 = √ (fd1 • fd2) = √ (500 • 4000) = 1414,2 Гц — это средняя частота полосового фильтра
C1 = 1 / (4 • ∏2 • f02 • L1) = 1 / 4 • 3,142 • 1414,22 • 0,36 • 10-3 = 35 мкФ
C2 = 1 / (4 • ∏ • (fd2 – fd1) • Rн) = 1 / (4 • 3,14 • (4000 – 500) • 4 = 5,6 мкФ
L2 = 1 / (4 • ∏2 • f02 • C) = 1 / (4 • 3,142 • 1414,22 • 5,6 • 10-6) = 2,26 мГн
^Нажмите для увеличения^
Рис. 14 Схема среднечастотных фильтров колонки под динамик 4 Ом (расчётные значения для полосы 500 – 4000 Гц)
Чтобы пересчитать СЧ-фильтр для головок на 8 Ом по тем же формулам, взяв за основу схему с Рис.14 для сопротивления 4 Ома, все ёмкости конденсаторов уменьшаем в 2 раза (округляя до ближайшего стандартного номинала), а индуктивности увеличиваем в 2 раза — и получаем такую схему:
^Нажмите для увеличения^
Рис. 15 Схема среднечастотных фильтров колонки под динамик 8 Ом. Динамик показан как резистор в программе EWB. Расчётные значения для полосы 500 – 4000 Гц.
Какой же динамик взять на роль среднечастотного? По каким параметрам и критериям его оценивать и как это делать? Как сделать оценку объективнее?
- Типоразмер я взял стандартный для советских СЧ-головок (5 дюймов).
- Психоакустика утверждает: при субъективном прослушивании слушатель оценивает головку с более широкой полосой как звучащую лучше. Значит, чтобы сравнение оставалось объективным, полосу у всех тестируемых динамиков надо уравнять — намеренно ограничив её фильтром.
- Ещё при субъективном прослушивании человеку кажется, что лучше звучит тот динамик, который громче и (или) чувствительнее. Значит, чувствительность и громкость заранее выравнивают по шумомеру, а подстраивают их резисторами фильтров.
- Не должны различаться и остальные условия: тот же объём корпуса акустического оформления, тот же демпфирующий материал, тот же музыкальный материал.
- Сравниваемые головки переключают мгновенно — выносным переключателем на проводе.
- Акустические замеры микрофоном производят с одного и того же расстояния, причём оно меньше дистанции до ближайшей поверхности, откуда придёт отражённый сигнал.
- Уровень испытательных сигналов держат много ниже номинального для каждого динамика.
- Сравнивать динамики можно как между собой по отдельности, так и в составе уже собранной системы.
- Кроме того, проверяют, как сказывается полярность — иначе говоря, фазировка — головок при согласовании ВЧ с СЧ и НЧ с СЧ. Обычно, если подать на акустику синусоидальный сигнал с частотой рядом с частотой раздела фильтров, зазвучат сразу обе головки: фильтр не разделяет сигнал идеально и не имеет строго вертикальной характеристики на этой частоте. Скажем, верхняя граница НЧ фильтра стоит на 700 Гц — это вовсе не значит, что динамик не отыграет 800 или 900 Гц: отыграет, просто тише, и чем выше частота, тем слабее звук. Так вот на частотах около раздела сигналы накладываются друг на друга: где-то общая амплитуда растёт, а где-то падает. Причина в том, что фазовый сдвиг между сигналами, прошедшими через разделительные фильтры, зависит от частоты. Переключая полярность, к одному из сигналов добавляют (или вычитают) 180 электрических градусов.
Какие изменения нужны в фильтрах Электроника 35 АС-130:
^Нажмите для увеличения^
Рис. 16 Схема доработки фильтра НЧ
В схему добавляют помеченные красным элементы: переключатель S1, конденсатор C3 и катушку L3. Когда S1 стоит в нижнем положении, к заводскому конденсатору фильтра C1 подключаются дополнительные C3 и L3 — частота раздела при этом опускается до 700 Гц. В верхнем положении C3 отключается, а L3 замыкается, и схема снова отвечает заводской.
Поскольку фильтр здесь второго порядка, согласуемые головки (НЧ с СЧ и СЧ с ВЧ) включают в противофазе — в заводской схеме так согласованы НЧ и ВЧ динамики. Когда схему дополняют ещё и СЧ-динамиком, СЧ-блок подключают параллельно основной акустике, а к усилителю — В ПРОТИВОФАЗЕ. А ВЧ динамик должен работать в фазе с НЧ. Для этого ставят ещё один сдвоенный переключатель.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 17 Схема доработки фильтра ВЧ
В верхнем положении полярность В ФАЗЕ — это режим трёх полос. В нижнем — В ПРОТИВОФАЗЕ (при этом СЧ-блок нужно отсоединить), и система работает как заводская двухполосная.
Переключатели подойдут разные, но лучше брать рассчитанные на ток не меньше 6 А — у таких контакты надёжнее. Где их разместить — тоже дело вкуса; я, например, поставил оба на панели терминалов.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 18 Терминал АС с переключателями «Частота» и «Фазировка ВЧ»
Терминал для подключения АС сделан из тонкого пластика, и в него можно поставить миниатюрные тумблеры MTS-202 или похожие. По центру находится разборная контактная панелька с пружинами — её снимают и переставляют на 5 мм выше. (Делается это так: откручивают один шуруп, отпаивают провода и снимают панельку; затем сверлят отверстие на 5 мм выше, выплавляют отвёрткой два гнезда под контакты и ставят панельку на новое место.) Тогда ниже освобождается место, куда прикручивают два переключателя. Если взять переключатель частоты со средним положением, добавится ещё одна ступень регулировки частоты фильтра.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 19 АЧХ НЧ динамика при разных положениях переключателя «Частота»
С точки зрения конструкции переделка двухполосной АС — это установка поверх основной колонки небольшого среднечастотного бокса, который подключается параллельно основной через собственный разделительный фильтр. Корпус делают из ДСП, фанеры или берут готовый, из толстого пластика. Снаружи дополнительный СЧ-бокс имеет размеры 140х160х170 мм. В передней панели прорезано посадочное гнездо под головку диаметром 115 мм и отверстия для крепежа 100х100 мм.
Чтобы убрать основной резонанс головки, окошки в корзине заклеивают хлопчатобумажной тканью. На задней стенке внутри корпуса ставят разделительный фильтр, а поверх укладывают звукопоглотитель. Забегая вперёд, скажу: по итогам сравнительного тестирования самым подходящим оказался… 25 ГДШ-2Н сотовой конструкции!
^Нажмите для увеличения^
Рис. 20 Корзина динамика с ПАС (окошки заклеены тканью)
Сравнительное тестирование среднечастотных динамиков
Образец номер один – обычный среднечастотник 15ГД-11А (по новому ГОСТу он же 20 ГДС-4-8):
^Нажмите для увеличения^
Рис. 21 20 ГДС-4-8
Эти динамики тестировались первыми, ещё на старте поисков звука, поэтому сравнивалось звучание акустической системы по заводской схеме в двухполосном режиме и по изменённой схеме — с дополнительными динамиками.
Когда систему дополнили, у колонки возник «голос» — она, что называется, «запела». Вот только вместе с этим вылезла и грязь.
Для начала я заклеил с тыльной стороны окошки в корзине динамика, а потом снял АЧХ до и после — чтобы понять, что это меняет.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 22. АЧХ 20 ГДС-4-8 — при открытых и при заклеенных окошках в корзине
Рис. 22 показывает: если заклеить тканью окошки в корзине, основной резонанс динамика падает, а отдача на более высоких частотах слегка подрастает.
Второй образец — широкополосный динамик 15 ГДШ-14Д.
Особенности работы разделительных фильтров
Когда появился второй образец, стало можно сравнить его с первым. Мне больше понравилось, как звучит широкополосный динамик, — его подача показалась естественнее. Ради большей объективности оба динамика подключались через фильтры с одинаковым ограничением полосы: срезались верха после 5000 Гц и низы ниже 500 Гц. Каждый динамик стоял в своём отдельном боксе, а переключались между ними почти мгновенно — переключателем. Заметил вот что: чем выше порядок разделительного фильтра и чем круче его характеристика, тем неприятнее его слушать. Если взять цифровой эквалайзер, способный оборвать частотный диапазон почти вертикально на граничной частоте, на слух это воспринимается как прослушивание файла mp3 с низким битрейтом, то есть слышны явные спектральные искажения. Самым музыкальным было бы вовсе не ограничивать частотный диапазон динамика, однако если подключить его в систему, где на занятых частотах уже работают другие динамики, начнётся наложение звука. Было бы прекрасно, если бы не было фазового, то есть временного, несоответствия между разными сигналами, проходящими через разделительные фильтры. На деле разделительный фильтр меняет не одну лишь амплитуду сигнала, но и фазу. В итоге в наших руках оказываются три степени свободы для регулировки: амплитуда, частота и фаза. Разберём подробнее, как работают заводские схемы разделительных фильтров колонок и каковы их характеристики.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 23. Схема ФНЧ вместе с его АЧХ; курсор выставлен на частоту раздела — 1,7 кГц по уровню минус 6 дБ
^Нажмите для увеличения^
Рис. 24. Схема ФНЧ – та же, и её ФЧХ в точке раздела: 1,7 кГц, фаза -85,7 эл. градусов
Рис. 24 стоит пояснить. На низких частотах, в начале графика, значения фазы невелики; с ростом частоты, по мере приближения к разделу фильтра, она меняется. Если отсчитывать частоту раздела по спаду минус 6 дБ, то у фильтров чётного порядка фазовый сдвиг доходит до минус 86 электрических градусов. Проще говоря, сигнал запаздывает практически на четверть периода — когда речь идёт о периодических колебаниях вроде синусоиды.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 25 Схема ФВЧ и её АЧХ в точке раздела
^Нажмите для увеличения^
Рис. 26. Схема ФВЧ и её ФЧХ в точке раздела
Обратимся к рис. 26: кривая ФЧХ фильтра ВЧ показывает, что низкие частоты, то есть отфильтрованные, приходят с фазой, начинающейся от 180 электрических градусов. Дальше она плавно уменьшается, на разделе достигает 137 эл. град. и продолжает падать почти до нуля. Картина та же, что у ФЧХ фильтра НЧ на рис. 24, — разве что там резистор на 5,1 Ом уменьшает добротность фильтра и немного «приподнимает» хвост кривой. Если добавить к функции фазы 180 электрических градусов, то есть опустить ФЧХ фильтра ВЧ вниз, обе кривые совпадут почти полностью. Что из этого следует? Приняв, что на частоте разделения у ФНЧ фаза равна минус 90 градусов, а у фильтра ВЧ — плюс 90, мы, включив одну головку в противофазе, получим полное согласование сигналов в точке, где сопрягаются полосы, — как по амплитуде, так и по фазе. Ровная, монотонная зависимость без скачков как раз и обеспечивает наименьшие искажения сигнала. На практике полного согласования не выходит: сказывается нелинейность характеристик динамических головок, к тому же приходится иметь дело не с единственной точкой на кривой, а с целой полосой частот.
Особый разговор – когда одновременно звучат два сигнала и больше, ведь тогда сигнал одной частоты модулируется сигналом другой. Об этом подробнее см. в [3].
Итак, выбор схемы разделительного фильтра — задача с подвохом: стоит улучшить один показатель, как проседает другой. Скажем, динамическую пищалку напрямую подключать нельзя — она попросту сгорит. Но если поставить перед ней конденсатор, фаза её сигнала сместится относительно басовика, работающего без фильтра. Мало того: одиночный конденсатор не даст нормального разделения полос — головки начнут звучать одновременно, складывая и вычитая волны друг друга. Фильтры высоких порядков разбивают широкополосный сигнал на полосы математически красиво и указывают каждому динамику его диапазон. Однако при сложении этих сигналов исходный мы уже не получаем — мешают фазовые сдвиги. Будь сигнал один, фаза роли не играла бы, как в наушниках. Но из-за неэффективного деления частот сигналов в общем случае становится два, и появляется эффект запаздывания басов. К тому же сами головки фазолинейными не являются. По сути, динамическая головка математически тоже пропускающий фильтр, а измеренная АЧХ представляет собой сумму передаточной функции фильтра, умноженной на функцию головки и акустического оформления. В логарифмическом виде умножение передаточных функций для удобства превращается в сложение децибел.
Перейдём к образцу номер 2 – динамику 15 ГДШ-14Д.
Такой динамик ставят в автомобильную акустику. У него мягкий подвес из ППУ, лёгкий бумажный диффузор гиперболической формы, бумажный пылезащитный колпачок (дополнительного рупора нет) и довольно мощный магнит. Делали его на 4 Ом и на 8 Ом в городе Гагарин.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 27. Динамик 15 ГДШ-14Д в боксе, фильтр 2 порядка — АЧХ
Звук у него отличный, а графики характеристик ровные.
Образец третий — динамик 15 ГДШ-3-8:
^Нажмите для увеличения^
Качество изготовления этого динамика мне очень понравилось — их до сих пор делают в Рязани, на РРЗ, фирма РусАудио. Цена невысокая, а исполнение и звук отличные. Чувствительность тоже приличная. Такой динамик можно советовать на замену 15ГД-11 в «Радиотехнике», если не гонять её на полной мощности.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 29. Динамик 15 ГДШ-3 в боксе, фильтр 2 порядка — АЧХ
Нужно понимать, что 100% объективным показателем измеренные амплитудно-частотные характеристики не являются: на них влияет масса факторов. Среди них, к примеру, характеристика измерительного микрофона и микрофонного усилителя, параметры усилителя мощности, акустика помещения, расстояние, с которого ведут замеры, температура, а также относительное давление воздуха.
А вот для определения правильной фазировки динамиков измерительный микрофон подходит отлично. Достаточно закрепить его неподвижно на стойке — тогда единственное, чем будут различаться параметры, это фазировка динамика.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 30. Как влияет фазировка ВЧ на графики АЧХ двухполосной АС
Рисунок 30 показывает: того простого сложения амплитуд при «верном» включении и вычитания при «неверном», о котором пишут в литературе, на практике нет. Обычно наблюдается и то и другое сразу — на одних частотах амплитуды сигналов гасят друг друга, на других складываются.
Отсюда и приходится поднимать порядок разделительных фильтров и (или) сильнее разводить соседние частоты раздела. Ещё один полезный шаг — подобрать полярность на слух, и такая доработка как раз даёт возможность сделать это без усилий, одним переключателем!
Образец четвёртый — купольный динамик СЧ 20 ГДС-1:
^Нажмите для увеличения^
Рис 31. СЧ динамик 20 ГДС-1 купольной конструкции
Начитавшись отзывов о том, как звучат колонки Эстония 35 АС-021 с такими динамиками, я решил их приобрести — послушать самому, а заодно измерить АЧХ и проверить, что пишут. Достать их оказалось очень непросто, и обошлись они недешево. Первое прослушивание разочаровало. Чтобы эксперимент был чистым, фильтр в одной из систем я переделал строго по схеме «Эстония 35 АС-021» — и всё без толку. Назвать этот динамик среднечастотным можно лишь с огромной натяжкой: чувствительность очень низкая, да ещё и резкий резонанс неподалёку от 1 кГц. В роли пищалки он тоже не работает.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 32. АЧХ динамика 20 ГДС-1 при разных фильтрах
Образец пятый — СЧ-динамики 30 ГДС-1-8:
^Нажмите для увеличения^
Рис. 33. Так выглядит 30ГДС-1
А вот эти динамики порадовали: чувствительность отличная, сборка приличная, правда цена высоковата.
По звучанию он близок к широкополосникам 15ГДШ-3, да и диффузоры у них похожи — разница в размере магнита и весе. Могу порекомендовать его как замену 15ГД-11, 20ГДС-3 и прочим СЧ, если магнит поместится.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 34. Динамик 30 ГДС-1: АЧХ в боксе с фильтрами 2 порядка и в свободном поле
Шестой по счёту — сотовый широкополосный динамик 25 ГДШ-2Н:
^Нажмите для увеличения^
Рис. 35. Как выглядят динамики 25 ГДШ-2Н
В этом динамике порадовала почти полная схожесть с низкочастотником 35 ГД-1 от «Электроники»: соты чуть мельче, подвес тоже резиновый, алюминиевый конус от катушки так же приклеен к диффузору через бумагу. Единственное отличие — в керне нет отверстия. Первое прослушивание попросту ошеломило! Столько верхов, словно у твитера, плюс очень прозрачная середина. Верхние частоты получаются за счёт лёгкой мембраны и большой скорости распространения волн в алюминии вместе с малым коэффициентом затухания. Словом, алюминиевый звон без труда срезается разделительным фильтром, который пропускает лишь линейную часть характеристики — ту, где динамик работает в поршневом режиме.
^Нажмите для увеличения^
Рис. 36. Кривые АЧХ динамика 25 ГДШ-2Н, снятые в боке: с фильтром и без него.
Из рис. 36 видно, что у этого динамика АЧХ ровная в полосе 600-4000 Гц — именно её и можно задействовать в нашей акустической системе. К тому же и НЧ, и СЧ динамики будут сотовыми с одинаково низкой чувствительностью, тогда как для 15ГДШ-3 и особенно для 30ГДС-1 придётся снижать уровень СЧ, добавляя в схему дополнительный резистор. Ещё любопытно, что алюминиевые головки не дают таких призвуков, как бумажные. Мы все привыкли к звучанию бумажных динамиков и воспринимаем его как натуральное, однако в нём полно лишних бумажных обертонов и гармоник. Их нет и у кевларовых головок — потому современные студии нередко работают с мониторами на кевларе: они почти не «красят» звук обертонами и звучат честнее.
В итоге доработанная акустика приобретает такой вид (рис. 37):
^Нажмите для увеличения^
По замыслу это перекликается с акустическими системами «Русь», «Нева», 200 АС-003 «Нева», а также с изделиями Philips:
^Нажмите для увеличения^
Рис. 38. Акустическая система «Русь»
^Нажмите для увеличения^
Рис. 39. Как выглядит АС PHILIPS F 9434 (1986 год)
Литература:
- И.А. Алдошина, В.Б. Бревдо. Справочник «Радиоэлектронные Устройства Бытовая Электроакустическая Аппаратура». Москва: 1996 г.
- И. А. Алдошина, Войшвилло. «Высококачественные акустические системы и излучатели». Издательство «Радио и связь», 1985 г.
- М.М. Эфрусси “Громкоговорители и их применение” Энергия, 1976, см. на стр.27
- И.М. Болотников, «Громкоговорители», 1971 г. — о том, как форма диффузора влияет на гармонические искажения
Автор материала: Дмитрий Н. (почта) homeaudio.chat.ru