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:

Компенсирующая цепочка Буше-Цобеля для динамика - ldsound.ru

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

Например, при RL = 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:

Компенсирующая цепочка Буше-Цобеля для динамика - ldsound.ru

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:

Компенсирующая цепочка Буше-Цобеля для динамика - ldsound.ru

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:

Компенсирующая цепочка Буше-Цобеля для динамика - ldsound.ru

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):

Компенсирующая цепочка Буше-Цобеля для динамика - ldsound.ru

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:

Компенсирующая цепочка Буше-Цобеля для динамика - ldsound.ru

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):

Компенсирующая цепочка Буше-Цобеля для динамика - ldsound.ru

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

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

Компенсирующая цепочка Буше-Цобеля для динамика - ldsound.ru

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

6 комментариев: Компенсирующая цепочка Буше-Цобеля для динамика в картинках

  1. Марков Николай пишет:

    Полезное дополнение. Быстро найти значение корректирующей ёмкости можно так: Реально принимаем R=Rmin*1,2, C=Смкф*0,7.

    • Марков Николай пишет:

      Работает для НЧ динамиков в полосе до 1 кГц ориентировочно. На более высоких частотах вследствие влияния токов Фуко действующая индуктивность катушки уменьшится, в 1,5…2 раза для головок без медного колпачка на керне, а активное сопротивление вырастет, эта формула даст перекомпенсацию. Так, для 20ГДС-1-8 при частотах до 1,5 кГц оптимальна цепочка с номиналами 9 Ом+11мкФ, расчёт фильтра на сопротивление 8,8 Ом, а на частотах 2…6 кГц – 12 Ом+8мкФ, расчёт фильтра на 10 Ом.

  2. Александр Ростов-на-Дону пишет:

    В теории красиво, на деле бессмыслица и бесполезняк.
    Ничего близко нет в реале с нарисованным цветными линиями.
    Презрение к микрофонным методам измерения с коррекцией поведения динамика по реальной ачх и рождает такие бесполезные на практике картинки .
    Думал, отдохну от вегалабовских бойцов на картонных мечах -симуляторах, с вечными спорами, чей симуль круче, ан нет…..И сюда доехало.

    • Марков Николай пишет:

      Не обижайтесь и поймите правильно: чем больше людей поймёт принципы, тем меньше вопросов мимо звука на сайте. Не заставляю никого ставить Цобеля у каждого стульчика на кухне, но прошу людей понять, что Цобель – мощный инструмент влияния на поведение АЧХ и ФЧХ фильтров (в частности, по выравниванию и резкому повышению предсказуемости результатов).

  3. Stas пишет:

    Очень полезно, спасибо!

  4. Димон пишет:

    Сталкивался с горбиком, на разделе 2,5 кгц 4порядок, с КЦ эксперементировал т.к расчетный сильно заваливал, в итоге поставил кондер в 4 раза меньше по емкости , головка без медной вставки на керне, и я так понял, что динамикам с этой вставкой КЦ противопоказана т.к убивает микродинамику и у них соответственно горбика не бывает

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *