Доработка акустической системы “Электроника 35 АС-130”

Рис. 1 Акустическая система в заводском исполнении

Технические характеристики и описание можно почитать на странице 35 АС-130 “Электроника”. Многие акустические системы отечественного производства сейчас забыты и не оцениваются профессиональными музыкантами как современное студийное оборудование или HI-FI системы высокой разрешающей способности. Однако среди них есть немало достойных внимания АС для домашнего применения.

Прослушав не один десяток акустических систем отечественного, зарубежного и самодельного производства мне удалось найти несколько достаточно качественных и интересных разработок одной из которых является система “Электроника 35 АС-130”.

Немного истории

Мне удалось лично пообщаться с одним из разработчиков этих колонок и знать пару секретов. Итак, что же интересного инженер рассказал о акустических разработках? Если объяснять на пальцах, то всё строится на нескольких принципах:

  1. Законы физики и теоретические разработки.
  2. Практические опыты и эмпирические поправки в теорию.
  3. Экономический расчёт и ограничивающие стандарты.
  4. Авторский подход в выборе концепции построения конструкции и субъективная оценка её качества.
  5. Технологические возможности производства.

Итак, история создания наших колонок начинается с появления в акустической лаборатории акустических систем Technics SB-7  и SB-M5.

Рис. 2 Образец Technics SB-7

Рис. 3 Образец Technics SB-M5

Предприятию было дано задание, изучить и оценить новую зарубежную разработку. В общем, установили их в комнате прослушивания, подключили к усилителям, начали слушать. Для объективности оценки все колонки находились за ширмой из непрозрачной ткани и назывались система 1, система 2, 3 и т.д. переключались одним щелчком выключателя на пульте. Для прослушивания были приглашены музыканты, эксперты акустики и простые штатные сотрудники. Источником сигнала были эталонный усилитель со сверхнизким выходным сопротивлением и студийный магнитофон, также в аппаратной были и некоторые типичные бытовые усилители и проигрыватели тех времён для оценки примерного качества звучания у типичного покупателя в жилой комнате.

По результатам прослушивания мнения экспертов разделились. Некоторым звучание не понравилось, его посчитали очень сухим и неестественным, другие отнесли его в группу т.н. «коммерческий звук» т.е говоря по простому, звук ориентированный на «бум-цык-цык-цык», были и те кому звук понравился, в нем была чистая неокрашенная середина и хорошее согласование работы излучателей. Широкий диапазон частот. В общем если сравнивать с большими студийными мониторами, весом под 90 кг, то эти системы проигрывали им по чувствительности и масштабности, но если их использовать, как компактные настольные акустические системы ближнего поля, то в этом есть перспектива. Тем более что применённые в SB-7 высокочастотные излучатели обладали выраженной направленностью и давали хорошую сцену только по середине зала в первом ряду.

Для оценки перспективности использования сотовых излучателей в акустических системах нового поколения нужно было разработать отечественную технологию производства сотовых диффузоров, сделать опытные образцы и добиться приемлемых акустических показателей. Разработать и произвести серию подобных систем,  как наш ответ современным веяньям моды и достижениям науки и техники.

Энтузиасты взялись за работу, для начала измерили все характеристики подопытных колонок, размеры каждой детали, проанализировали схемы и изготовили структурные чертежи. Не обычным было применение сотового алюминия и плоской пленочной катушки в высокочастотном излучателе. Стали думать как из имеющихся отечественных головок и материалов изготовить подобные АС и так чтобы было экономически целесообразно и недорого и технологически выполнимо на нашем оборудовании. Предлагалось сделать диффузоры из авиационного алюминия, т.к. нужны были лёгкие и прочные сплавы. В общем, материал был найден и заготовки излучателей изготовлены, но соты были не концентрические вокруг центра, а сеточные как клетки тетрадного листа.

Рис. 4 Концентрические соты Technics

Рис. 5 Отечественный вариант сот

Параметры наших сотовых пластин несколько отличались, они были прочнее, чуть тяжелее и толще. К тому же пластина приклеивалась через промежуточный алюминиевый конус с прямой образующей, который работал как обычный конусный диффузор и добавлял гармоник в общую АЧХ динамика. При этом пластина хоть и была сотовой, всё равно не была абсолютно жёсткой и на ней также появлялись гармоники. В бумажном диффузоре они быстрее затухали, чем алюминиевом. Сотовый диффузор был в два раза тяжелее бумажного. Это несколько снизило чувствительность головок для раскачки таких сот пришлось использовать самую мощную магнитную систему на тот момент аналог 75 ГДН-1 и 100 ГДН-3. Далее подвижная система получила более прочную и надёжную резину, параметры гибкости несколько отличались от импортных образцов, но зато мы были уверены, что такой подвес не развалится через 10-20 лет. В общем, время шло, а был разработан и опытно опробован только один сотовый НЧ динамик. В дальнейшем его документацию передали в Эстонию для изготовления и использования в новой серии комплекса Эстония 010. Изначально, как и в Эстония 009 не планировалось использовать фазоинвертор, но по ГОСТ для системы высшего класса нужна нижняя граничная частота 31.5 Гц у наших динамиков резонансная частота была около 40 Гц, но были некоторые образцы и до 55 Гц доходило. Так в системе “Эстония 35 АС-021” появились две длинные трубы настроенные на 31 Гц и аттестационные испытания на класс система прошла! Но что-то мы отвлеклись от темы Электроника. Так вот изготовленные сотовые динамики показали весьма интересные характеристики.

Рис. 6 График АЧХ сотового излучателя 35 ГД-1 в свободном поле

До критической частоты, когда диффузоры ещё работают в поршневом режиме амплитудо-частотная характеристика имеет весьма гладкую характеристику, после критической частоты появляются резонансные горбы, где алюминий начинает звенеть. Но если настроить разделительный фильтр на докритическую частоту, например 1000 Гц, то сотовый динамик приближается к теоретически идеальному излучателю

Рис. 7 График АЧХ 35 ГД-1 в Электроника 35 АС-130 с фильтром

Следующим элементом системы был среднечастотный динамик. Для него заказали листы сотового алюминия меньшей толщины, предполагалось использовать корзину и магнитную систему от обычной СЧ головки 15 ГД-11 типоразмера 5 дюймов. Первые опытные образцы обладали звонким алюминиевым звучанием, звук немного напоминал уличный рупорный громкоговоритель. Также закупленная сотовая диафрагма была толще расчетной, и чувствительность динамиков становилась ниже ожидаемой. Но всё-таки первый сотовый излучатель показал перспективность их применения. Подобрать два или три динамики взаимодополняющих друг друга по частотному диапазону не так просто как кажется. При комплектовании системы динамическими головками нового сотового типа в качестве НЧ излучателя и традиционных конусных бумажных в качестве СЧ и ВЧ при прослушивании отмечались мешающие, лишние призвуки в СЧ динамиках. Поэтому, например, для системы Эстония 35 АС-021 был специально разработан купольный СЧ динамик. Прототипом был купольный СЧ динамик Philips AD, и японский Sanyo, но конструктивно адаптированный под использование отечественных материалов и технологического оборудования, полного копирования зарубежных аналогов не было и быть не могло. Купольные СЧ разрабатывали и изготавливали на смежном предприятии, я считаю, полноценного СЧ динамика сделать не получилось по ряду физических причин, упростили штамп диффузора убрав тангенциальный подвес, центрирующая шайба стала таким образом не нужна, к тому же уменьшили диаметр катушки и соответственно купола диффузора, получилась обычная купольная пищалка типа 10 ГД-35, но увеличенного размера с отверстием в керне и дополненная пластиковым стаканом. Диапазон частот был не особо широк, чувствительность низкая.

Рис. 8  АЧХ купольного СЧ динамика 20 ГДС-1

Оценивая музыкальные способности акустических систем, можно сравнить их с диапазонами звучания музыкальных инструментов и голосов. Человеческий голос, как и звук музыкального инструмента, обладает множеством гармоник т.н. обертонов, которые и определяют неподражаемость и уникальность тембра. Основная гармоника определяется исполняемой нотой, например, бас поёт от нижней ноты ми-большой октавы (82 Гц), сопрано до верней до-третьей октавы (1046 Гц), верхняя же граница обертонов голоса достигает 10000 и более Герц. Поэтому в трех и более полосной системе голос воспроизводится сразу несколькими динамиками.

Параллельно с нами на заводах “Магнетон” и “Ферроприбор” были произведены изодинамические излучатели, обладающие весьма полезными характеристиками:

  1. Широкий диапазон частот (как заявлялось 2000 – 31500 Гц).
  2. Высокая мощность 25 Вт.
  3. Низкие искажения.

Ко всему прочему они были тоже плоские и со сверхлёгкими мембранами.

Невысокая чувствительность изодинамиков хорошо подходила к невысокой чувствительности тяжёлых алюминиевых сотовых диффузоров.

Рис. 9 АЧХ изодинамического ВЧ динамика 25 ГДВ-1 с накладным рупором

Конечно, высокочастотный изодинамический динамик имел и другие особенности, ввиду большого магнитного зазора он имел низкую чувствительность и начинал эффективно воспроизводить высокие частоты только при наличие согласующего акустическую нагрузку высочастотного рупора, таким образом пластмассовая накладка в виду рупора повышает отдачу на высоких частотах, снижает интерференцию, а встроенная металлическая сетка защищает мембрану от повреждений. Для согласования акустического сопротивления были рассчитаны акустические ВЧ рупоры. Накладные высокочастотные рупоры и резонансы смещали из СЧ в ВЧ области и интерференцию двух частей мембраны подавляли соответственно чувствительность головки повысили.

Рис. 10 АЧХ изодинамической головки 25 ГДВ-1 без рупорной накладки

В общем для изготовления первой двухполосной серии систем всё было готово. Согласующие фильтры использовались второго порядка, частота раздела определялась нижней граничной частотой высокочастотного излучателя. Как оказалось заявленная в 2000 Гц оказалась на уровне -9 дБ, что для согласования с НЧ не годится, а немного выше 2500-3000 Гц уже можно состыковать с сотовым басовиком.

Рис. 11 АЧХ составляющих АС (пассивный излучатель, басовик, пищалка)

Для обеспечения низкочастотного поддиапазона рассчитали и применили пассивный излучатель на 40 Гц. Таким образом система получалась максимально компактной для системы с таким частотным диапазоном. Кстати этого не было в подопытных Technics, там оформление – закрытый корпус и мягкий ППУ подвес динамика, либо фазоинвертор настроенный на «коммерческий» бум-цык-цык т.е. рассчитанный на другой бас, (BoomBox например). В отечественных системах стараются получить как можно более гладкую НЧ характеристику фазоинвертора с характеристиками используя аппроксимацию Баттерворта разных порядков, а не удивить покупателя невероятно громким басом.  Схема фильтров после небольшой корректировки и согласования по чувствительности соответствующая заводской.

Рис.12 Заводская ПЭ схема фильтров:

Так была выпущена “Электроника 35 АС-130”. Позднее были изготовлены сотовые среднечастотные и высокочастотные излучатели. Всё было готово к производству следующей трехполосной модификации акустической системы с сотовыми излучателями.

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

Из истории стало понятно, в каком направлении можно доработать Электронику, оригинальный внешний вид решил сохранить, чтобы не повлиять на объём акустического оформления и соответственно настройку пассивного излучателя. Также все детали останутся в неизменном виде будет добавлен дополнительный корпус со среднечастотным динамиком и фильтром, а в схему введены переключатели, позволяющие переключиться между старым двухполосным режимом работы и расширенным трёхполосным.

Для чего нужен этот третий динамик?

Дополнительный динамик для СЧ:

  1. Добавляет уровень голосового диапазона в систему.
  2. Снижает неравномерность АЧХ с ±4 дБ до ±2 дБ.
  3. Уменьшает уровень искажений НЧ динамика.

Каждый динамик будет использоваться на линейном участке своей амплитудо-частотной характеристики, обеспечивая общую линейность АЧХ системы и низкий уровень искажений

Чем интересны колонки Электроника 35 АС-130 сейчас?

  1. Компактный размер для такой мощности и таких басов (для настольного применения это более подходящий вариант, чем скажем Вега 50 АС-104 или Радиотехника S-50B и S-90, Эстония 021)
  2. Меньшая масса (поднимать на шкаф S-90 весом 23 кг или эту 130-ю всего 12 кг)
  3. Самое главное – очень детальный звук и сцена.

Какие существуют недостатки или особенности:

  1. Низкая чувствительность (к маломощному усилителю подключить можно, но звук будет не тот. Нужен мощный УНЧ с низким выходным сопротивлением и мощным БП).
  2. Необходимость слушателю находиться близко (метр, два) в области направленности ВЧ динамиков.
  3. Нельзя повесить на стену или придвинуть вплотную к стене т.к. на задней стенке находится пассивный низкочастотный излучатель.

Выбор схемы разделительных фильтров

В общем развивая логическую историю создания этих АС я рассмотрел конструкции и схемы тех самых Technics также Эстонии 021 и информацию о АС Нева и Русь.

Рис. 13  ПЭ Схема  Technics SB-7

Что мы видим на схеме рис. 13? Это практически полный аналог нашей Электроники! Осталось только добавить СЧ динамик. Только нужно пересчитать (по формулам из книги [2], совпадают с измерениями) значения элементов фильтра для согласования с динамиками сопротивлением 4 Ом и 8 Ом.

Выбор конструктивного исполнения АО

Были изготовлены два герметичных бокса внутренним объёмом 2 литра (примерно такой объём имеют заводские стаканы СЧ в большинстве АС) из 8 мм фанеры. Стенки склеены ПВА клеем, на задней стороне установлен разъём для подключения к усилителю.

Выбор среднечастотного динамика

Для экспериментального нахождения лучшего и наиболее подходящего динамика были закуплены почти все существовавшие варианты среднечастотных динамиков советского производства.

Это были образцы 15 ГД-11А, 20 ГДС-3-8, 20 ГДС-2 (купольный), 15 ГДШ-3, 15 ГДШ-14Д, 30 ГДС-1-8 и 2 декоративные сетки 5 дюймов от Радиотехники S-90.

Частота разделения фильтров выбиралась по следующей логике, измерив АЧХ и прослушав имеющиеся высокочастотные головки я пришёл к выводу в заводской схеме ВЧ фильтра ничего менять не нужно, пищалка используется на все 100% ниже 3000 Гц она звучать не может, а использовать её выше теряется смысл, поскольку она может очень точно и детально воспроизводить часть СЧ диапазона. Это главное отличие изодинамических пищалок от купольных типа 10 ГД-35, (6 ГДВ). Единственное что стоит добавить это предохранитель (который есть в Technics) 0,5-1 А или лампочку последовательно с головкой на 6 В мощностью 6 Вт для защиты от перегорания катушки из-за внештатных ситуаций.

А вот измерив АЧХ и прослушав НЧ динамик стало ясно, что его лучше использовать на линейном участке характеристике до 1000 Гц. Поскольку фильтр 2 порядка имеет сравнительно пологую характеристику, то расчётную частоту для НЧ фильтра выбрал 700 Гц. Чтобы отфильтровать характерный алюминиевый звон.

Расчёт значений СЧ фильтра под динамик сопротивлением 4 Ом:

L1 = Rн / (∏ • (fd2 – fd1)) = 4 / (3,14 • (4000 – 500)) = 0,36 мГн

где fd2 и fd1 – соответственно верхняя и нижняя граничные частоты.

f0 = √ (fd1 • fd2) = √ (500 • 4000) = 1414,2 Гц – средняя частота полосового фильтра

C1 = 1 / (4 • ∏2 • f02 • L1) = 1 / 4 • 3,142 • 1414,22 • 0,36 • 10-3 = 35 мкФ

C= 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

Рис. 14 Схема фильтров СЧ колонки для динамика 4 Ом (расчётные значения для частотного диапазона 500 – 4000 Гц)

Для пересчёта СЧ фильтра для динамиков с сопротивлением 8 Ом по тем же формулам, используя схему Рис.14 для сопротивления 4 Ома все ёмкости конденсаторов уменьшим в 2 раза (округлив до ближайшего стандартного номинала), а индуктивности увеличим в 2 раза, получим схему:

Рис. 15  Схема фильтров СЧ колонки для динамика 8 Ом. Динамик нарисован как резистор в программе EWB. Расчётные значения для частотного диапазона 500 – 4000 Гц.

Какой динамик выбрать для использования в качестве среднечастотного? Как и по каким параметрам и критериям оценивать? Как повысить объективность оценки?

  1. Габаритный размер выбрал стандартный для советских СЧ динамиков (5 дюймов).
  2. Из психоакустики известно, что при субъективном прослушивании человек считает, что динамик с более широким диапазоном звучит лучше – значит, для объективности восприятия диапазон всех испытуемых динамиков должен быть одинаковым т.е. искусственно ограничен фильтром.
  3. При субъективном прослушивании человек считает, что лучше звучит тот, который громче и (или) имеет большую чувствительность – значит, чувствительность и громкость предварительно выравнивается по шумомеру и настраивается резисторами фильтров.
  4. Все возможные параметры (объём корпуса акустического оформления, демпфирующий материал, музыкальный материал должны быть одинаковыми).
  5. Переключение между сравниваемыми динамиками должно производиться мгновенно – с помощью выносного на проводе переключателя.
  6. Акустические измерения микрофоном – производятся с одинакового расстояния и оно меньше чем расстояние от ближайшей поверхности, от которой придёт отражённый сигнал.
  7. Уровень испытательных сигналов много ниже номинального каждого динамика.
  8. Прослушивание и сравнивание динамиков производят как между разными динамиками, так и в готовой собранной системе.
  9. Дополнительно проверяется влияние полярности т.е фазировки динамиков при согласовании СЧ и ВЧ, СЧ и НЧ динамиков. В общем случае при подаче на акустическую систему синусоидального сигнала с частотой находящейся вблизи частоты раздела фильтров звучат сразу два динамика, поскольку фильтр не идеально разделяет и не имеет вертикально отвесной характеристики на частоте раздела. Например, если верхняя граничная частота НЧ фильтра 700 Гц это не значит, что динамик не будет воспроизводить частоты 800 или 900 Гц – будет они просто будут тише, чем выше их частота. Так вот для частот близких к частоте раздела фильтров возникает взаимное наложение двух сигналов, которое на некоторых частотах увеличивает общую амплитуду сигнала, а на других уменьшает. Так как фазовый сдвиг между сигналами прошедших через разделительные фильтры зависит от частоты. Переключая полярность мы добавляем (вычитаем) к одному из сигналов 180 эл. градусов.

Необходимые изменения в схеме фильтров Электроника 35 АС-130:

Рис. 16  Схема доработки НЧ фильтра

Добавить элементы обозначенные красным цветом на схеме, один переключатель S1, конденсатор C3 и катушку L3. В нижнем положении переключателя S1 дополнительно к заводскому конденсатору фильтра C1 подключается дополнительный C3 и катушка L3, таким образом, частота раздела снижается до 700 Гц. В верхнем положении переключателя конденсатор C3 отключается, а катушка L3 замыкается т.е. схема соответствует заводской.

Так как используется фильтр второго порядка, то согласуемые головки (НЧ согласуется с СЧ, и СЧ согласуется с ВЧ) включаются в противофазе, в заводской схеме это согласование происходит между НЧ и ВЧ динамиками. При дополнении схемы ещё СЧ динамиком, СЧ блок включается параллельно основной акустической системе и к усилителю В ПРОТИВОФАЗЕ. А ВЧ динамик должен включаться в фазе с НЧ. Для этого устанавливается ещё один сдвоенный переключатель.

Рис. 17  Схема доработки ВЧ фильтра

В верхнем полярность В ФАЗЕ используется для трёхполосного режима подключения, в нижнем положении переключателя В ПРОТИВОФАЗЕ (СЧ блок должен быть отсоединён ) система работает в двухполосном заводском варианте.

Переключатели можно выбрать разные, но желательно на ток не менее 6 А т.е. имеющие хорошие контакты. Место расположения переключателей тоже по желанию, я например, установил оба переключателя на панели терминалов.

Рис. 18  Терминал АС с установленными переключателями «Частота», «Фазировка ВЧ»

Терминал подключения АС пластмассовый и тонкий, в него можно установить миниатюрные тумблеры переключатели MTS-202 или аналогичные, в центре контактная панелька с контактами и пружинами разборная она снимается и переустанавливается на 5 мм вверх. (Это можно сделать открутив один шуруп и отпаяв провода снять панельку, а после просверлив одно отверстие на 5 мм. выше и выплавить два отвёрткой для контактов установить панельку выше).  Тогда ниже можно прикрутить два переключателя. Если переключатель частоты взять со средним положением, то это добавит ещё одну ступень в регулировке частоты фильтра.

Рис. 19 Графики АЧХ НЧ динамика в зависимости от положения переключателя «Частота»

Конструктивно доработка двухполосной АС представляет собой установку сверху основной колонки маленькой среднечастотной колонки, которая подключается через свой разделительный фильтр параллельно основной. Корпус можно изготовить из ДСП, фанеры или подобрать готовый из толстого пластика. Внешне дополнительный среднечастотный бокс имеет размеры 140х160х170 мм. На передней панели сделано установочное отверстие под динамик диаметром 115 мм и крепёжные отверстия 100х100 мм.

Для устранения основного резонанса динамика окошки в корзине заклеиваются Х/Б тканью. На задней стенке внутри корпуса смонтирован разделительный фильтр поверх помещён звукопоглотитель. Забегая вперёд, скажу что в качестве динамика по результатам сравнительно тестирования наиболее подходящим оказался……. 25 ГДШ-2Н сотовой конструкции!

Рис. 20 Корзина динамика дополненная ПАС (заклеены тканью «окошки»)

Сравнительное тестирование среднечастотных динамиков

Первый образец – типовой СЧ динамик 15ГД-11А (по новому ГОСТу 20 ГДС-4-8):

Рис. 21 20 ГДС-4-8

Поскольку эти динамики были первыми в тестировании и поисках звука, то сравнивалось звучание заводской схемы акустической системы в двухполосном режиме и изменённой схемы с дополнительными динамиками.

После дополнения системы появился «голос» колонки что называется «запели». Однако появилась и грязь.

Для начала были заклеены окошки в корзине динамика с обратной стороны и измерены АЧХ до и после, чтобы узнать что это даёт.

Рис. 22 Графики АЧХ 20 ГДС-4-8 с открытыми окошками в корзине и заклеенными

Из рис. 22 видно, что заклеивание тканью окошек в корзине снижает основной резонанс динамика и немного увеличивает отдачу на более высоких частотах.

Образец номер два – широкополосный динамик 15 ГДШ-14Д.

Особенности работы разделительных фильтров

С появлением второго образца появилось возможность сравнить его с первым. Звучание широкополосного динамика мне понравилось больше, оно было более естественное. Чтобы был более объективным динамики включались через фильтры одинаково ограничивающие диапазон т.е. убирались высокие после 5000 Гц и низкие частоты ниже 500 Гц. Каждый динамик был в своём отдельном боксе, переключались почти мгновенно переключателем. Что было замечено – чем выше порядок разделительного фильтра и круче характеристика, тем менее приятно его слушать. При использовании цифрового эквалайзера имеющего возможность оборвать частотный диапазон почти вертикально на граничной частоте на слух это воспринимается как прослушивание файла mp3 с низким битрейтом т.е. присутствуют явные спектральные искажения. Самым музыкальным являлось бы вообще не ограничивать частотный диапазон динамика, но тогда при включении его в систему с уже работающими на занятых частотах динамиках возникнут явления наложения звука. Было бы отлично если бы не существовало явления фазового т.е. временного несоответствия между разными сигналами, которые проходят через разделительные фильтры. В реальности разделительный фильтр изменяет не только амплитуду сигнала, но и фазу. В результате мы имеем три степени свободы, которыми можем регулировать, это – амплитуду, частоту и фазу. Рассмотрим подробнее работу заводских схем разделительных фильтров колонок и их характеристики.

Рис. 23 Схема ФНЧ и его АЧХ курсор на частоте раздела (1,7 кГц по уровню -6 дБ)

Рис. 24 Та же схема ФНЧ и его ФЧХ на частоте раздела (1,7 кГц, фаза -85,7 эл.градусов)

Рис. 24 требует пояснения, в начале графика на низких частотах, значения фазы имеют малые значения с ростом частоты с приближением к частоте раздела фильтра фаза изменяется. На частоте раздела отсчитанной по уровню -6 дБ для фильтров чётного порядка фазовый угол составляет -86 электрических градусов, т.е. сигнал запаздывает  почти на четверть периода (если мы имеем дело с периодическими сигналами, например синусоидой)

Рис. 25 Схема ФВЧ и её АЧХ на частоте раздела

Рис. 26. Схема ФВЧ и её ФЧХ на частоте раздела

На рис. 26 из графика ФЧХ фильтра ВЧ мы видим, что низкие частоты т.е. отфильтрованные имеют фазу начиная со значения 180 эл. градусов, которая постепенно уменьшается и на частоте раздела составляет 137 эл.град. и далее уменьшается практически до нуля. Наблюдается аналогия с графиком ФЧХ схемы  фильтра НЧ Рис. 24 (только там резистор 5,1 Ом снижает добротность фильтра и слегка «приподнимает» конец графика ФЧХ). При добавлении 180 эл. градусов к функции фазы, т.е. сдвинув ФЧХ фильтра ВЧ вниз, оба графика будут практически одинаковые. Это означает, что если считать, что на частоте разделения у ФНЧ фаза равна (минус) -90 градусов, а у фильтра ВЧ (плюс) +90°, то включив один из динамиков в противофазе, мы получим полное согласование сигналов и по амплитуде и по фазе в точке сопряжения частот. Монотонная функция без резких скачков и обеспечивает минимум искажений сигнала. В практическом эксперименте из-за не линейности характеристик динамических головок полного согласования не происходит, к тому же мы имеем дело не с одной точкой на характеристике, а целой полосой частот.

Отдельной темой для разговора является присутствие двух и более одновременно звучащих сигналов, в этом случае происходит модуляция сигнала одной частоты сигналом другой. Подробнее об этом см. в [3].

Поэтому, выбор схемы разделительного фильтра является непростой задачей т.к. улучшая один показатель ухудшается другой. Например, включить динамическую пищалку без фильтра нельзя она просто сгорит, а включив её через конденсатор, мы изменим её фазу сигнала по сравнению с включённым напрямую басовиком. Более того один конденсатор не обеспечит эффективного разделения частот и динамики будут воспроизводить звуковые волны одновременно взаимоусиливать их и взаимовычитать. Использование же фильтров высоких порядков математически эффективно разделяет широкополосный сигнал на полосы и распределяет какому из динамиков какой диапазон играть, но при сложении этих сигналов мы не получаем исходный из-за фазовых изменений. Если бы сигнал был один, то фаза не имела бы значения, как в наушниках, но поскольку из-за неэффективного разделения частот сигналов становится в общем случае два возникает эффект звукового запаздывания басов. К тому же сами динамические головки не являются фазолинейными. По сути, математически, динамические головки тоже являются пропускающими фильтрами и реальная измеренная АЧХ является суммой передаточной функции фильтра умноженной на функцию динамической головки и акустического оформления. Умножение передаточных функций для удобства в логарифмическом виде преобразуется в сложение (дБ).

Продолжим, исследовать образец номер 2 – динамик 15 ГДШ-14Д.

Этот динамик предназначен для установки в автомобильную АС, имеет мягкий ППУ подвес, бумажный лёгкий диффузор гиперболической формы, бумажный пылезащитный колпачёк (без дополнительного рупора) и сравнительно мощный магнит. Выпускался на сопротивление 4 Ом и 8 Ом в г. Гагарин.

Рис. 27 АЧХ динамика 15 ГДШ-14Д с фильтром 2 порядка в боксе

Имеет отличный звук и гладкие графики характеристик.

Третий образец – динамик 15 ГДШ-3-8:

Очень понравилось качество изготовления данного динамика, их до сих пор ещё выпускают в Рязани на РРЗ фирма РусАудио. Стоит недорого, а качество изготовления и звука на высоте. Чувствительность тоже достаточно высокая. Можно рекомендовать для замены 15ГД-11 в «Радиотехнику», если не использовать последнюю на полную мощность.

Рис. 29 АЧХ Динамика 15 ГДШ-3 в боксе с фильтром 2 порядка

Следует понимать, что измеренные амплитудо-частотные характеристики не являются 100% объективным показателем т.к. на них влияют многие факторы такие как, например, АЧХ измерительного микрофона, микрофонного усилителя, усилителя мощности, акустические параметры помещения, расстояние с которого производится измерения, температура и относительное давление воздуха.

Измерительный микрофон хорошо применять для определения правильной фазировки динамиков. Если его установить неподвижно на стойке и единственное отличие в параметрах будет фазировка динамика.

Рис. 30 Графики АЧХ двухполосной АС. Влияние фазировки ВЧ

Как видно из рисунка 30, описанного в литературе простого сложения амплитуд при «правильном» включении и вычитании при «неправильном» включении не происходит, в общем случае происходят сразу оба явления, на одних частотах амплитуды сигналов взаимовычитаются и ослабляются на других суммируются.

Приходится повышать порядок разделительных фильтров и (или) шире разносить смежные разделительные частоты. Так же полезно выбрать полярность на слух, данная доработка позволяет это легко сделать с помощью одного переключателя!

Четвёртый образец купольный СЧ динамик 20 ГДС-1:

Рис 31.  Купольный СЧ динамик 20 ГДС-1

Прочитав много отзывов о звуке колонок Эстония 35 АС-021 с этими динамиками решил их купить послушать, а также изучить измерить АЧХ и проверить отзывы. Динамики было очень трудно достать и стоили они дорого. При первом прослушивании они вызвали разочарование. Для чистоты эксперимента был переделан фильтр одной из систем в полном соответствии со схемой “Эстония 35 АС-021” – всё тщетно. «Среднечастотным» этот динамик можно назвать с большой натяжкой, плюс чувствительность очень низкая, плюс резкий резонанс на частоте близкой к 1 кГц. Как пищалка он тоже не работает.

Рис. 32 АЧХ динамика 20 ГДС-1 с разными фильтрами

Пятый образец СЧ динамики 30 ГДС-1-8:

Рис. 33 Внешний вид 30ГДС-1

Вот эти динамики порадовали, чувствительность отличная, качество приличное, цена несколько высокая.

Звучание похоже на звук широкополосных динамиков 15ГДШ-3, в общем и диффузоры похожи, отличается размер магнита и вес. Могу рекомендовать их как замену динамикам 15ГД-11, 20ГДС-3 и другим СЧ, если магнит влезет.

Рис. 34 Графики АЧХ динамика 30 ГДС-1 в свободном поле и в боксе с фильтрами 2 порядка

Шестой образец сотовый широкополосный динамик 25 ГДШ-2Н:

Рис. 35 Внешний вид динамиков 25 ГДШ-2Н

Что понравилось в данном динамике почти полная аналогия с НЧ динамиком 35 ГД-1 от Электроники, соты чуть меньше, подвес такой же резиновый, алюминиевый конус от катушки приклеен к диффузору также через бумагу. Что не было это отверстия в керне. При первом включении звук просто удивил! такое количество высоких частот как будто это пищалка и очень чистая середина. Высокие частоты определяются лёгкой диафрагмой и высокой скоростью распространения волн в алюминии в сочетании с низким коэффициентом затухания. В общем алюминиевый звон легко фильтруется разделительным фильтром, который оставляет только линейный участок характеристики в котором динамик работает в поршневом режиме.

Рис. 36. Графики АЧХ динамика 25 ГДШ-2Н в боке без фильтра и с фильтром

Как видно из рис. 36, этот динамик имеет ровный участок АЧХ 600-4000 Гц, который можно использовать для нашей акустической системы. Также оба динамика НЧ и СЧ будут сотовые с одинаково низкой чувствительностью, в то время как для использования 15ГДШ-3 и особенно 30ГДС-1 необходимо уменьшать уровень СЧ вводя дополнительный резистор в схему. Что ещё интересно, алюминиевые динамики не издают таких призвуков как бумажные. Все мы привыкли к звуку бумажных динамиков и считаем его естественным, но он полон дополнительных бумажных обертонов и гармоник. Такого нет также в кевларовых динамиках, поэтому современные студии часто используют мониторы с кевларовыми динамиками которые почти не «окрашивают» звук обертонами, звучат более честно.

Доработанная акустическая система выглядит следующим образом (рис. 37):

По концепции напоминает акустические системы Русь, Нева, 200 АС-003 «Нева», а также Philips:

Рис. 38 Акустическая система “Русь”

Рис. 39 Внешний вид  АС PHILIPS F 9434 (1986 год)

Литература:

  1. И.А. Алдошина, В.Б. Бревдо Справочник «Радиоэлектронные Устройства Бытовая Электроакустическая Аппаратура» Москва: 1996 г.
  2. Алдошина И.А., Войшвилло «Высококачественные акустические системы и излучатели» Радио и связь, 1985 г.
  3. М.М. Эфрусси “Громкоговорители и их применение” Энергия, 1976, см. на стр.27
  4. И.М. Болотников “Громкоговорители” 1971 г. о влиянии формы диффузоров на гармонические искажения

Автор работы: Дмитрий Н. (почта) homeaudio.chat.ru

27 комментариев: Доработка акустической системы “Электроника 35 АС-130”

  1. Александр Р. пишет:

    “Невысокая чувствительность изодинамиков хорошо подходила к невысокой чувствительности тяжёлых алюминиевых сотовых диффузоров” – гораздо существеннее то, что сверхлёгкие мембраны изодинамиков плохо подходят к тяжелым диффузорам.

    • прим.автора пишет:

      была идея попробовать кавларовый среднечастотник, но по приемлемой цене их найти не удалось

      • Александр Р. пишет:

        4ГД-6 РРЗ или 1ГД-1 ВЭФ будут дешевле, но найти непросто. 4ГД-8 легкий, но требует возни с подвесом.
        Из современного импорта можно попробовать Visaton R 10.

        • прим.автора пишет:

          4гд-6 нашёл, его не тестировал т.к. он другого размера (4 дюйма). 4ГД-8 тестировал 1шт., на базе него позже стали делать динамик 15ГДШ-14Д у которого та же корзина и магнитная система, только другой диффузор (гиперболической формы) и мягкий ППУ подвес. 1ГД-1 очень редкий и маленький, лучше 3ГД-15 поискать,но их то же не найти. Visaton SC13 пробовал, дорогой, но качественно сделан. Visaton R10 SC (не рассматривал т.к. он 10 см.) на АЧХ есть провал на 2кГц, но это надо слушать

  2. Николай пишет:

    Полагаю, что диффузор поставлялся гладким, а “соты” – лишь результат механического воздействия. Он многослойный, и наружу проступили ячейки сетки.

  3. Дмитрий пишет:

    да, верхний слой нового диффузора динамика обычно гладкий (такой я и показал в своей статье, админ сайта переоформляя статью заменил некоторые фотографии). Всего три слоя, нижний – плоская фольга, средний – соты, верхний – плоская фольга или тонколистовой алюминий). При неаккуратном хранении и эксплуатации верхний слой проминается, становятся видны соты, при этом жесткость диффузора уменьшается. Можно сравнить с новым листом бумаги и уже мятым, который мнётся по существующим линиям сгиба. В данном случае диффузор изгибается по рисунку сетки, каждая элементарная ячейка которой испытывает деформацию сжатия-растяжения на поверхности плоского слоя 1 и 3. Если слой уже промят, то он теряет упругость, такой динамик имеет большие неровности на АЧХ. Проверялось на двух образцах 25ГДШ-2Н

    • LDSmod пишет:

      Заменю картинку нашего сотового, но она почти такая же.

    • Николай пишет:

      А как по звуку они? Чувствуется ли “металл”? Хороши ли басы?

      • прим.автора пишет:

        при подключении динамика 35ГД-1 (50ГДН-1)без фильтра алюминиевые призвуки есть на частотах выше 1…2 кГц (см. характерные гармоники на графике АЧХ), при подключении через фильтр призвуки не слышны. Басы отличные! главным образом из-за применения пассивного излучателя большого размера. Могу рекомендовать для колонок объёмом 25-30 литров (типа 10МАС-1) применить пассивный излучатель (подвес заказывается в НПП Диффузор (СПб) диаметр 20 см. для АС Союз, в центре приклеивается диск из стеклотекстолита, по краям прикручивается к задней стенке фланцем). Динамик 35ГД-1 (50ГДН-1)более мощный, чем 25ГД-26б(35ГДН-1)

  4. Игорь пишет:

    Сотовые вч сч нч динамики были разработаны в ВНИИРПА за долго до появления Электроники 35ас-130,эту акустику “Ферроприбор” делал без участия института,к серийному выпуску сотовой трёх полосной системы ни кто не готовился,она была разработана в двух вариантах полностью сотовая и с купольными вч сч,Т.П.Романовой удалось “пропихнуть” “Эстонию” перво начально она была оформлена в закрытом ящике 40 литров “умельцы”на заводе сделали фи что бы “притянуть” её к высшей группе сложности и продавать дороже, институт провёл работу по изучению данного вида динамиков и составил отчёт о том что сотовые динамики в качестве звука не имеют перспективы для производства,бывшие сотрудники института создали фирму “Звук” и там начали выпускать сотовую акустику.

    • Евгений пишет:

      А не расскажете поподробнее, почему сотовые головки не катят? По экономическим соображениям или по качеству/музыкальности?

    • прим.автора пишет:

      Игорь, а как так получается динамики были разработаны, но “к выпуску ни кто не готовился”? Есть какая-нибудь информация о полностью сотовом трех полосном варианте АС кроме Русь и Нева фирмы “Звук”? Фото или хотя бы год разработки

  5. Дмитрий пишет:

    А если крамольный вариант, 25ГДВ заменить на “ширик” например 2гд-40 или 3гд-42 от 1 кГц? Да мощность уменьшиться общая, но вариант вполне годный может быть. Правда эти “ширики” надо отбирать. Может кто делал?

    • Евгений пишет:

      Зачем так делать? 25ГДВ тут вполне нормально работает, а при выходе из строя меняется мембрана – их сейчас выпускает НПО “Диффузор”

      • Александр Ростов-на-Дону пишет:

        25 гдв хорошие динамики с ясным спокойным звуком. Единственный минус- щели , через которые басовик выдувает мембрану наружу. Желательно их промазать. Тем же пластилином.

    • Alik пишет:

      Ну так 2гд-40 до +- 12,5 кГц играет.Получится двух полоска без ВЧ.Да и не стоит оно того,эти колонки и так хороши.

  6. Дмитрий пишет:

    Есть у некоторых решение http://www.klyachin.ru/D-1-2012.htm например. Для мониторов на близком расстоянии такой вариант может быть неплохим.

  7. Станислав пишет:

    К ГИ-шкам хорошо подходил 30ГДШ28Д в качестве СЧ:
    http://ldsound.ru/uluchshenie-zvuchaniya-25-as-027-amfiton/

    “Звон” сотового диффузора хорошо убирается напылением из баллончика акрилового лака. Попшикать на диффузор снаружи и изнутри (в т.ч. и на алюминиевый конус).

    • LDS пишет:

      Станислав, есть целая страница с Вашими работами:
      http://ldsound.ru/ky3ne4ik/

    • Дмитрий пишет:

      30ГДШ-28Д это более поздний упрощённый аналог применённого в статье динамика 25ГДШ-2Н. Тут есть паспортные данные 30ГДШ:

      Интересное предложение покрыть диффузор акрилом, но его нужно проверять, измерять АЧХ до и после, определить добавленную массу лака, измерить параметры ТС до и после, прослушать и сравнить пару один покрытый лаком второй нет

      • Vip Kit пишет:

        Акриловый лак обычно напыляют на звенящие алюминиевые и титановые ВЧ головы, с высокой чувствительностью.

        • прим.автора пишет:

          в данной конструкции лаком покрывать ничего не нужно, поскольку электрические разделительные фильтры не пропускают высоких звенящих частот на НЧ и СЧ динамики. График АЧХ на участке сопряжения ВЧ и СЧ динамиков прямая линия. Влияние лака не было протестировано и прослушано

  8. Слухач пишет:

    Спасибо за информацию.

  9. прим.автора пишет:

    дополнительно проводились испытания НЧ сотовой головки в различных акустических оформлениях. Так вот наиболее эффективным по воспроизведению НЧ является именно заводской корпус, даже в корпусе равного объёма, но с другим соотношением сторон такого баса уже не было (была колонка где широкая передняя панель и небольшая глубина, а на задней стенке точно также ставился заводской пассивный излучатель) В книгах по акустике в расчётах обычно указывают только объём колонок, но не говорят о соотношении сторон, а это также влияет. Также проверялось утверждение, что для более низкого баса нужна колонка большего размера, для этого сотовый НЧ динамик устанавливался в 90 литровую колонку – также бас становился менее эффектным

  10. Сергей Гудков пишет:

    один человек тоже сделал подобную систему на динамиках Sony https://46.img.avito.st/1280×960/6188759946.jpg

    • Александр Бокарёв пишет:

      В конце 90-х сочинил похожую колонку на каком-то сотовом динамике на раме 10ГД34, ватт 15 по памяти и изодинамическом 25ГДВ, в скромном ящике литров на 6. Долго работала на подхвате для ремонта и проверки усилителей и от радиоприёмника. звучало неплохо, хотя пищалка явно недотягивала по отдаче.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *