35 AC-015 – анализ фильтров с применением Мультисима

Цель статьи – разобраться в работе фильтров данных АС и, по возможности, озвучить рекомендации по улучшению их характеристик. Так как на сайте приведена АЧХ именно АС 35 АС-015, то с неё и начнём. Вот фильтр:

А вот что загонялось в Мультисим

Здесь нужны пояснения.

0,1 Ома сразу после источника сигнала на фильтр не влияют, он там в качестве датчика тока для вычисления входного сопротивления АС. Последовательно со всеми катушками добавлены их приблизительные активные сопротивления, исходя из диаметра провода 1,5 мм в НЧ звене и 0,7 мм – все остальные. Аналогично с конденсаторами добавлены их приблизительные (очень) активные сопротивления, исходя из того, что они МБГО, МБМ и подобные им. Там, где по схеме последовательно с конденсатором уже есть резистор значительной величины, эти собственные сопротивления опущены. Динамики представлены схемами замещения из последовательно соединённых  активного сопротивления катушки, индуктивности катушки и параллельного контура с потерями, имитирующим сопротивление на частоте резонанса. Для нас наличие контура в СЧ не существенно (потом покажу, что ниже 700 Гц СЧ здесь не работает); в НЧ звене – это имитация верхнего горба характеристики сопротивления, на АЧХ даёт горб ниже 100 Гц, выше – не влияет; в ВЧ – частота резонанса около 3 кГц, будет влиять.  Индуктивности динов приняты 1300, 500 и 50 мкГн, их отклонения ±20%  влияют  на поведение фильтра в районе среза сверху, не изменяя общий ход АЧХ.

По работе Мультисима. Суммировал квадраты напряжений (т.е., мощности) на динамиках с учётом их сопротивления и чувствительности, потом добывал корень квадратный из суммы (получаем опять размерность напряжения). Мультисим считает в комплексных числах, сумма  а2+b2 бывает меньше a2, т.е., учитывает фазу. НО! Тут надо ограничить область применения данного симулятора при работе со схемами АС.

Во-первых, невозможно учесть сдвиг (запаздывание) фазы из-за влияния индуктивности звуковой катушки. Движущей силой выступает ток, а мы считаем напряжения. Если же дать Мультисиму считать мощность как (I2)·R, то столкнёмся с большим завалом АЧХ выше элетромеханического резонанса динамика, так как все АЧХ снимаются в режиме постоянного подведённого напряжения, а не постоянной мощности. Поэтому считаем по напряжению и получаем неизвестный сдвиг фазы на частоте раздела со следующим динамиком.

Во-вторых, на частотах выше границы поршневого режима работы диффузора (например, для 75 ГДН около 500 Гц) фаза звукового давления может вести себя неадекватно.

В-третьих, невозможно учесть фазовый сдвиг из-за смещения акустических центров по расстоянию до слушателя. Актуально для СЧ-ВЧ раздела.

В результате, реальное соотношение фаз в зоне раздела неизвестно, и получить правильный результат в Мультисиме невозможно. Поэтому в зоне совместной работы двух разных динамиков их отдельные АЧХ считаются правильно, а суммарной АЧХ доверять нельзя. Кроме того, Мультисимом нельзя проверить правильность совместной фазировки. По ограничениям всё. В бой!

Нам нужны АЧХ динамиков. Автор графиков –  Lexus. Возможно, реальные характеристики отличаются от приведенных, но они дают понять, с чем боремся.

Здесь веселее, но не виден вертикальный масштаб: (10 ГД-35 = 6 ГДВ-6-16)

А вот драгоценная АЧХ 35 АС-015. Средний уровень выделен красной линией.

Результат симуляции. Тут средний уровень равен  -1 дБ.

Итак, что мы имеем? Частоты раздела близки к 900 Гц (никак не заявленных 550 Гц!) и 5,5 кГц.  Высокая частота раздела НЧ-СЧ имеет плюсы и минусы, минусов больше. Плюсы: сжечь СЧ динамик при узкой полосе  тяжелее, амплитуда смещения диффузора СЧ  минимальна=малые нелинейные и Допплеровские искажения в диапазоне выше 900 Гц, экономия на меди и конденсаторах. Минусы: диапазон до 900 Гц играет НЧ динамик с большой массой подвижной системы, за пределами  области поршневого режима работы + большие интермодуляционные и Допплеровские искажения в расширенной до 900 Гц полосе.

Пройдёмся по АЧХ.  До 900 Гц ничего интересного нет, НЧ дин отыграл свою полосу и ФНЧ с режектором его эффективно срезал.  Дальше включается в работу СЧ. На АЧХ видим повторение его горба в районе 1,5 кГц, который срезали резистором R2, но слабо. Потом – провал от СЧ дина на 3 кГц, потом – пик на 4 кГц от фильтра (!). Происхождение провала на 4,5 кГц  непонятно, скорее всего,  АЧХ  снята с экземпляром 15 ГД-11, у которого нет пика на этой частоте.  Дальше  за вид  АЧХ отвечает ВЧ головка,  но почему-то нет завала выше 12 кГц. Боюсь, что желаемое было выдано за действительное.

Что хотелось бы исправить? Опустить «ступеньку» на 1,5 кГц, но при этом не потерять 1 и 2,5 кГц; вытянуть 3 и опустить 4 кГц; по ВЧ – просто выровнять.

И тут случилась 90 АС-001. Кстати, С7 на схеме не подписан, думаю, он 4 мкФ.

Забрасываем в Мультисим:

Первая мысль: «Я убью тебя, лодочник!..» Вот это крокозябы! Поехали разбираться. Во-первых, общий уровень на СЧ стал больше на 1 дБ. Во-вторых, частоты раздела изменились на 1 кГц и 4,5 кГц. Замена режекторного фильтра в НЧ звене пошла не на пользу АЧХ (не верится, что настолько изменилась АЧХ НЧ динамика того же типа, чтобы потребовался такой подъём на 750 Гц). Полка от 1 до 2 кГц стала на 1 дБ выше=выше ступенька на АЧХ, это из-за уменьшения гасящего резистора с 3,3 до 1 Ома. А вот дальше немного интереснее. Пик с 4 кГц, где его не надо, сместился на 3,3 кГц, где он нужен (лучше было бы на 3 ровно)! Два горбыля сгладились. Дальше имеем большущий провал на 4,5 кГц у обеих полос – наверное, пик у СЧ появился-таки… Дальше АЧХ изуродована имховским фильтром ВЧ, которого уже обругали и исправили в темах «35 АС-015» и «90 АС-001». Из-за уменьшения резистора последовательно с катушкой 0,3 мГн  добротность просто зашкалила. Единственное оправдание, которое приходит в голову: при разделе 4,5 кГц нужно очень круто срезать частоты с 4 кГц и ниже, а у 6 ГДВ-6 резонансная частота может быть 3,6 кГц, если не повезёт. Но АЧХ при этом… И ФЧХ…


35 АС-015

Улуччайзинг первого уровня (начальный) заключается в переделке фильтра ВЧ звена:

То есть, 3,3 Ома ставим перед фильтром, вместо 2 мкФ ставим 1 мкФ, а 2 мкФ – на место 0,5 мкФ. Получаем:

Красная линия – родная, зелёная – новая. Частота среза не изменилась, зона 8-15 кГц поднялась на 2-3 дБ.

Почему так сразу не сделали?

И добавлении 1 Ома последовательно с 2 Ома в НЧ звене для уменьшения неравномерности в районе 500-1000 Гц. Результат ниже:

Улуччайзинг второго уровня (продвинутый) для данной АС заключается в изменении номиналов в СЧ звене а ля «90 АС-001» с некоторыми отклонениями. Изменённые или новые детали выделены:

И АЧХ фильтров (не  АКУСТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, а только фильтров)

Итого: до 1 кГц снизу – чуть поровняли; ступеньку 1,5 кГц опустили на 1,5 дБ; 2 кГц, к сожалению, завалили на тех же 1,5 дБ, а 3 кГц – подняли всего на 1 дБ, ибо резистор 1,5 Ома в СЧ звене – решение компромиссное… Но, так как разброс АЧХ разных экземпляров головок, к сожалению, очень велик, его оптимальный номинал может быть и 1 Ом (как в 90 АС-001),  и 5 Ом, а все мои теория – сплошная домысла… В данном случае все танцы – от приведённой АЧХ.  Выше 4,5 кГц – всё гуд.


90 АС-001

«Первый уровень» и его АЧХ:

«Первый уровень» по НЧ и его АЧХ  с этими изменениями:

«Второй уровень» = «Первому» 90 АС + СЧ фильтр 35 АС-015 «Второго».


Улуччайзинг третьего уровня (для тех, кто любит поломать ВСЁ)

Идея в следующем. Используя данный фильтр за основу, расширить зону работы СЧ динамика вниз. Вот что вышло:

И ещё вариант с режектором (в обеих вариантах нижний раздел около 650 Гц):


Поломайзинг четвёртого уровня

Если имеется ВЧ головка с очень низким резонансом, то можно сделать нижний раздел 600 Гц (по ув. Чалову Денису), а горб на 1,5 кГц начать резать с таким расчётом, чтобы  уже с 2 кГц его подхватил ВЧ. И тогда мы получаем систему типа 25 АС-027 с 10 ГИ-1 на ВЧ… Блин, уже придумали. Потому 25 АС-027 и звучит.

Выводы:

  1. Поломать можно всё.
  2. ВСЕ построенные симулятором АЧХ – это АЧХ разделительных фильтров! АЧХ по звуковому давлению = исходная АЧХ + (АЧХ нового фильтра – АЧХ старого фильтра),  в децибелах.
  3. Полярность динамиков – в соответствии с исходными схемами.
  4. Любая критика принимается как благодарность.
  5. Необходимо измерить и сравнить АЧХ 20 ГДС-1, 3, 4 (4, 8, 16 Ом) разных годов и заводов.
  6. Ещё раз копирайт Чалова Дениса: правильно мерять железо вживую, микрофоном. Все разбросы и особенности будут учтены.
  7. Спасибо всем, кто смог дочитать.

Автор работы: Марков Николай

20 комментариев: 35 AC-015 – анализ фильтров с применением Мультисима

  1. Чалов Денис пишет:

    Ну, что… Красава. Я так писать не умею и не люблю. По теме: Вы забыли про баффл. Или, по-русски, дифракцию. Она влияет на ачх в диапазоне 1-5 КГц, и у меня предположение, что этот 20гдс проектировался с учетом этих особенностей. А может, показалось. Но его ачх заметно ровнее в штатном корпусе, чем в маленьком боксе.

    • Марков Николай пишет:

      Баффл уже учтён на родной АЧХ, хотим мы того или нет.) А все танцы, как и писал, от неё.
      Просьба уточнить индуктивности катушек 75ГДН-1-4 и 20ГДС-1-8, пригодятся при дальнейших рассчётах для повышения точности. Есть задумка просимулировать последовательный фильтр, например.

  2. Vip Kit пишет:

    Эффект Доплера, в работе динамика ?
    ,,Доплер”можно услышать, когда объект издающий звук, приближается к Вам, на большой скорости в бесконечном пространстве, а затем пролетев или проехав мимо Вас, удаляется прочь, например вертолёт.
    С динамикой, всё иначе и чтобы услышать – Доплера, слушатель должен находится внутри звуковой катушки, когда диффузор приближается к слушатель, а затем удаляется от него.))

    • Марков Николай пишет:

      К сожалению, ситуация с Допплером хуже. Амплитуда и ускорение диффузора НЧ динамика достаточны для частотной модуляции СЧ сигнала НЧ сигналом, а ухо к этому типу искажений достаточно чувствительно (Вахитов, стр.167). Лучше всего слышно в диапазоне 2-4 кГц (неудивительно), потому двухполосник в проигрыше относительно трёхполосника.

      • Vip Kit пишет:

        Каким боком ,,..частотная модуляция СЧ сигнала НЧ сигналом..”, относится к эффекту Доплера ?
        У диффузора динамика, амплитуда, в среднем 10мм., и не высокая скорость движения. Тогда как, для – Доплера, нужна высокая скорость и движение в протяженном пространстве.
        Интермоды, больше связаны с выходом ГГ из поршневого режима, когда диффузор начинает ,,ломать”.

        • Марков Николай пишет:

          Эффект Допплера есть изменение частоты излучаемого сигнала в случае, если источник движется по направлению к наблюдателю (или от него). Проявляется всегда и везде: “скорая помощь” мимо с сиреной (звук), красное смещение в спектральных линиях разлетающихся галактик (световое излучение). И протяжённость пространства тут ни при чём.
          Посчитаем скорость диффузора. Возьмём амплитуду в одну сторону 2,5мм (от пика до пика 5мм) и частоту 100 Гц. Скорость есть производная от смещения.
          Смещение: X=Xmax*sin(2*pi*f*t), где f – частота, t – время.
          Скорость: V=2*pi*f*Xmax*cos(2*pi*f*t)
          Максимальная скорость при переходе через нулевое смещение диффузора: Vmax=2*pi*f*Xmax
          Подставляем: Vmax=2*3,14*100*0,0025=1,57 м/с=5,65 км/ч
          А теперь скажите, с какой минимальной скоростью должна ехать “скорая”, чтобы Вы явно услышали изменение тона? Километров 20-40 в час. Теперь учтите, что диффузор движется ТОЧНО к наблюдателю, а “скорая” проезжает мимо, и изменения в скорости к наблюдателю в момент, когда машина проезжает точно возле него НЕТ, вектор скорости перпендикулярен направлению к наблюдателю, а мы слышим разницу на подъезде и на отъезде от нас. Вывод: скорости сопоставимы. Надеюсь, убедил.)
          Ещё один “прикол”. При существенной амплитуде смещения диффузора НЧ динамика изменяется B*L, т.е., в крайних положениях диффузора чувствительность головки РАЗНАЯ. Если подан и СЧ сигнал, то его уровень будет меняться по закону изменения B*L, и получаем амплитудную модуляцию… Динамик – вещь в принципе нелинейная, отсюда выводы:
          1. Всегда стремиться уменьшить амплитуду (в том числе при помощи ФИ и ПИ).
          2. Переход от одно- и двух- к трёх- и четырёхполоснику в общем случае из гуд.

          • Vip Kit пишет:

            Вы, забыли, ещё про одного участника – звук. Ему не нашлось места в ваших расчетах, а без него – ,,немое кино”. Скорость звука 340 м/с, при норм. влажности и 20с°.
            Поэтому, эффект Доплера, можно наблюдать, только на бесконечном пространстве и больших скоростях
            объекта, издающего шум.
            Приведенный Вами пример, с галлактиками, это подтверждает.
            Бесконечное пространство и огромные скорости, удаляющихся и приближающихся галлактик, позволяют наблюдать эффект Доплера.
            Звуковые колебания тыльной стороны динамика, уходят в ящик.
            Ящик – замкнуто пространство, особенно ЗЯ. Какой тут может быть эффект Доплера ?

  3. Александр Ростов-на-Дону пишет:

    Допплер есть и никуда не денется. Другое дело- стоны о нём. И насколько выражен этот эффект в среднестандартной колонке- скорее всего – ни на сколько.
    4 полосы вместо двух не только не из гуд, а просто убийство и развал звука на осколки. Сколько доводилось участвовать в настройке одиозных монструозных суперпроектов на 4 полосы – итог один : гулкий разваленный отстающий бас, отсутствие слитности и скорости в звучании, неспособность колонок звучать в небольших помещениях. Дикая лажа вместо звука.

    • Марков Николай пишет:

      Ну так я ж и посчитал для этого скорость диффузора – приличная! Дальше – дело за слухом, кто-то и стука катушки о керн не слышит, говорит, что бас нравится.)
      По разваленному звуку: написал В ОБЩЕМ СЛУЧАЕ. Касается интермодуляционных искажений, частотной и амплитудной модуляции. Четырёхполосника ещё не сочинял, не скажу. Тут всё решает его величество человеческий слух.
      Но всё же давайте посчитаем.
      Частота, регистрируемая неподвижным приёмником, если источник приближается
      f=f(0)/(1-v/c), где f(0)- частота при неподвижном излучателе, v – скорость сближения, c – скорость распространения колебаний (для Vip Kit: внимание! В “немом кино” включили звук!)
      Глубина частотной модуляции
      К=(f-f(0))*100%/f(0)=100%*(v/(c-v))=100%*(5,65/(340-5,65))=1,7%. Это много! Загляните-таки в Вахитова. Спасает то, что максимум чувствительности уха при частоте модуляции 4 Гц, а звуковые составляющие с приличным уровнем – с 25 Гц (приблизительно). Правильно будет поставить эксперимент типа С90 без задней стенки посреди комнаты (чтоб амплитудка была…), на неё подать 1 кГц, сигнал слушать и смотреть спектрометром. А потом добавить 50 Гц ватт под 20 и сравнить результат: появились побочные продукты на слух и по анализатору или нет, прикинуть порог, если слышно.

      • Александр Ростов-на-Дону пишет:

        Думаю, что на чистых тонах эффект Допплера будет заметен, на сложном музыкальном сигнале-как бы вряд ли.

        • Vip Kit пишет:

          Трудно найти чёрную кошку, в тёмной комнате, если её там нет !))
          Можно загубить и двухполоску, неудачным сведением и плохо подобранными динамиками и АО.

          • Марков Николай пишет:

            Согласен. Похоже, пора оставить ув. Кристиана Допплера в покое.
            Хватит нам и остальных искажений.

            • Vip Kit пишет:

              Абсолютно с Вами согласен.
              Например, токи Фуко, действительно оказывают негативное влияние на звук.

  4. Инженер пишет:

    “И тогда мы получаем систему типа 25 АС-027 с 10 ГИ-1 на ВЧ… Блин, уже придумали. Потому 25 АС-027 и звучит.”

    Не звучит,35АС-016 играет значительно лучше. У 25 АС-027 провал воспроизведения между НЧ динамиком и СЧ(нет шороха пластинки и голос неестественный). На СЧ фильтр придется менять…

    • Марков Николай пишет:

      Пишу статью о 25АС-027. По провалу – частично согласен, но звучит она приятно.

      • Дмитрий Большаков пишет:

        Николай,подскажите пожалуйста мощность резисторов в “улучшайзинге” первого уровня.Моя компетенция практически нулю равна.А прочитав написанное хочется попробовать сделать лучше звук таких весьма неплохих АС)) П.С. Всегда ориентируюсь на мнения профессионалов.

        • Марков Николай пишет:

          По ВЧ достаточно двух Ватт, используйте резистор, имеющийся в фильтре ВЧ, тот, что последовательно с катушкой. По НЧ надо 5 Ватт (или больше).

          • Дмитрий Большаков пишет:

            Катушку сажаю освободившимся контактом на “минус” а резистор перепаиваю на новое место?Спасибо за Ваше участие!

      • Марков Николай пишет:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *