Компенсирующая цепочка Буше-Цобеля для динамика в картинках

Компенсирующей цепочкой (компенсатором) Буше-Цобеля (дальше в статье – КЦ) называется RC-цепочка, при подключении которой параллельно RL-цепочке входное сопротивление полной цепи становится независимым от частоты:

Условие компенсации: R_C = R_L = R, C = L/R² (в единицах системы СИ)

Например, при R_L = 4 Oм и L = 1 мГн получаем С = 62,5 мкФ. Во всех примерах по умолчанию будут применены эти исходные данные. Рассмотрим графики зависимости входного сопротивления полной цепи от параметров КЦ:

Для нашего случая RL-цепочка – или отдельный динамик, или АС с фильтром, имеющая индуктивную составляющую комплексного сопротивления. Случай подключения такой нагрузки к усилителю мощности рассмотрен в статье Реактивное сопротивление АС: с чем едят и что делать?. Здесь же подробно рассмотрим подключение динамика к фильтрам низкой частоты (ФНЧ) разного порядка с КЦ и без неё. Для упрощения область механического резонанса динамика не рассматривается, а элементы фильтров не имеют сопротивлений потерь.

ФНЧ первого порядка с индуктивностью катушки 1 мГн и его АЧХ с КЦ и без неё:

Обратите внимание, что без КЦ АЧХ имеет вид ступеньки, разница уровней которой зависит от соотношения индуктивностей фильтра и динамика. Такой вид АЧХ полезен для коррекции отдачи НЧ и ШП динамиков, у которых есть ровная СЧ-ВЧ полка выше басовой. Но без КЦ нет спада -6 дБ/октаву, поэтому настоящий первый порядок ФНЧ для динамика – индуктивность + КЦ, и никак не иначе. Кстати, для СЧ и ВЧ динамиков, у которых активное сопротивление и чувствительность выше, чем у НЧ брата, допустимо вместо RC-цепочки ставить просто резистор. Полной компенсации не будет, зато подровняется ЧХ сопротивления на частоте механического резонанса, что очень полезно. Понятно, что фильтр надо рассчитывать с его учётом.

ФНЧ Баттерворта второго порядка с индуктивностью катушки 1 мГн и ёмкостью конденсатора 30 мкФ:

Расчёты в калькуляторах дадут в результате красную крокозябу вместо нормальной АЧХ, так как по умолчанию нагрузка считается активной! Вдогонку – такая же чумовая фазовая ЧХ и дыра на ЧХ сопротивления. Немного выручают сопротивления потерь в индуктивности и конденсаторе фильтра, уменьшая выброс. Без КЦ нереально угадать частоту среза и крутизну ската. Но на практике на КЦ экономят («и так сойдёт!»), ведь для НЧ динамика потребуется ёмкость порядка 30-120 мкФ, плюс мощный резистор. На помощь приходит ФНЧ «полторашного» порядка, в котором КЦ и конденсатор фильтра совмещены (зелёная линия – АЧХ предыдущего ФНЧ 2-го порядка с КЦ):

Его характеристики близки к ФНЧ 2-го порядка с КЦ в полосе частот, которые надо подавить. Кроме того, ступенчатый характер АЧХ позволяет скомпенсировать подъём АЧХ НЧ динамика на средних частотах. Если ещё вспомнить о влиянии баффл-эффекта, дающего +1,5-2 дБ в диапазоне 500-1000 Гц для большинства стандартных корпусов объёмом 30-100 литров, то станет очевидно, что именно «полторашник» и есть оптимальный вариант для 50 ГДН– и 75 ГДН-. Но рассчитать его с наскока не получится, нужен симулятор в помощь, плюс надо знать индуктивность катушки динамика конкретного типа. За всё надо платить: при той же частоте среза ЧХ сопротивления «полторашника» хуже L:

Схемы 1 и 2 – как на предыдущем рисунке. Второй вариант экономии – неполная компенсация (оранжевая линия на первом рисунке). Применяется, когда частота раздела и индуктивность динамика высокие. В таком случае расчёт фильтра ведут по сопротивлению не динамика, а резистора в КЦ, который хорошо выбрать равным сопротивлению ВЧ динамика (8 или 16 Ом). При этом увеличивается номинал катушки фильтра (а конденсатора – уменьшается):

Напоминает «полторашник», те же полки и проблемы с ЧХ сопротивления.

Ещё способ обойтись без КЦ, похуже, – значительное увеличение индуктивности катушки фильтра:

Получаем: большой расход провода, большое комплексное сопротивление катушки фильтра, увеличивающее добротность динамика, плохие АЧХ, ФЧХ и ЧХ сопротивления.

Вот такой вариант ФНЧ и стоит в S-90 без букв. Экономисты…

Автор: Николай Марков