Доработка фильтра 35 АС-018 с родными динамиками (Nivaga)


Описание акустической системы 35 АС-018 “Амфитон”


Часть I

В исходном виде сей опус советской промышленности звучит мощно, но невыразительно. Только на отдельных композициях удаётся поймать стереопанораму и приблизительно локализовать кажущиеся источники звука (КИЗ). С приходом DVD и домашнего кинотеатра захотелось улучшить пространственные параметры системы. Стал смотреть – что думают люди по этому поводу. Предложения на сайте сводятся в основном к замене среднечастотного динамика. Прикинул – дорого и хлопотно. Стал анализировать схему фильтра в части средних и высоких частот. Обнаружил, что на среднечастотник приходит только 20% подводимой энергии. С чего же ему петь-то, если суммарное реактивное сопротивление С1 и L2 (по родной схеме) составляет примерно 33 Ома в диапазоне от 500 до 5000 Гц и держит бедолагу на голодном пайке. Пришлось увеличить ёмкость конденсатора С1 до 40 мкФ, уменьшить индуктивность дросселя L2 до 0,43 мГн и совместить его с L3, чтобы обеспечить среднечастотник энергией на уровне около 50% от подводимой, т.е. в 2,5 раза больше исходного. И он запел! И ещё как запел! Стереопанорама по всей комнате, а не только по оси между колонками, чёткая локализация КИЗ, эффект присутствия, даже какая-то объёмность. Все старые, давно известные композиции зазвучали по новому, настолько тонкой и витиеватой стала музыкальная ткань. Получившаяся схема представлена на рис.1.

Рис. 1. Схема фильтра громкоговорителя 35АС-018. Этап 1

Я постарался использовать все родные элементы исходного фильтра. Дополнительно пришлось докупать конденсатор С1.1 ёмкостью 30 мкФ и устанавливать его на место удалённого L2 (по родной схеме), для чего в шасси кроссовера пришлось сверлить 2 отверстия d3,3 и нарезать резьбу М4. Всё остальное – паяльничком с пинцетиком. По пути увеличил сечение проводов, по которым бегает ток низкочастотного звена, до 1 мм2 и исправил схемную ошибку: оторвал резистор R2 от L3 (по моему – это ошибка копировщицы) и установил его параллельно высокочастотному динамику – там его присутствие логично и оправданно.

И да простят меня гуру от акустики, но я не обнаружил прока в звене Цобеля ни в низкочастотном звене, ни в среднечастотном. Может я заблуждаюсь, но в своих колонках я закоротил резисторы R3, R4 и R1, что на схеме показано пунктиром. Кто верит – пусть оставляет, кто сомневается – пусть проверяет, благо через трубу фазоинвертора можно вывести переключатели и пощёлкать ими.

25.05.2009


Часть II

Когда я написал, что в результате доработки «среднечастотник запел и ещё как запел», то я немного слукавил. Ибо запел он не один, а вместе с высокочастотником, причём синхронно и синфазно, что пока не может обеспечить ни один из известных мне фильтров для трёхполосных акустических систем. А в паре динамики работают в самом чувствительном для человеческого уха диапазоне 3 – 6 кГц, где малейшие искажения терзают слух. Здесь же расположен спектр большинства музыкальных инструментов и обертоны человеческого голоса. Поэтому здесь очень важна синхронность и синфазность работы динамиков, которая обеспечивается автоматически при нагрузке обоих элементов фильтра.

Теперь подумаем и пойдём дальше. На высоких частотах конденсаторы С2 и С5 (Рис.1. в Части I) фактически работают параллельно, но с небольшим фазовым сдвигом, создаваемым С1+С1.1. Следуя предложенному механизму взаимодействия становится ясно, что конденсатор С2 уже не нужен. Его функции вполне может выполнять С5, так как воздействие С1+С1.1 на высоких частотах ничтожно мало.

Теперь о стыковке с низкочастотным звеном. Чтобы точнее состыковать фильтр низкочастотного звена (120 мкФ х 4 Ом =480 мс) и фильтр СЧ +ВЧ, необходимо сблизить их постоянные времени, для чего пришлось увеличить ёмкость конденсатора С1+С1.1 до 60 мкФ (60 мкФ х 8 Ом =480 мс).

Получившаяся схема показана на рис.2. Она уже значительно отличается от исходной:

Рис. 2. Схема фильтра 35АС-018. Этап 2

Резисторы R3,R4 я предпочитаю закорачивать, но это не обязательно. В процессе обсуждения выяснилось, что многие заменили в своих колонках СЧ и ВЧ динамики советского производства на импортные фирмы Visaton, и на основании этого утверждали, что моя доработка им не подходит. Почему же? Подходит! Специально для такого случая разработаны схемы на Рис.3 и Рис.4.

Рис. 3. Схема фильтра 35АС-018. Этап 2.1

В варианте Рис.3 индуктивность дросселя L3 остаётся без изменений, но частота раздела между СЧ и ВЧ динамиками – около 3,5 кГц, что ведёт к повышению нагрузки на ВЧ динамик.

Рис. 4. Схема фильтра 35АС-018. Этап2.2

В варианте Рис.4 индуктивность дросселя L3 уменьшается до 0,27 мГн путем сматывания 20 витков, а конденсатор С5.1 удаляется. Частота раздела между СЧ и ВЧ динамиками приближается к 5 кГц. Я бы предпочёл такой.

Во всех вариантах схем диапазон воспроизводимых частот СЧ динамика ограничен параметрами фильтра, что нивелирует индивидуальные особенности разных моделей. Разница только в громкости (чувствительности), под которую приходится подстраивать НЧ и ВЧ звенья громкоговорителя. Поэтому я не сторонник без особой нужды менять динамики в колонках.

И профессионалы и любители, занимающиеся усовершенствованием акустических систем, гоняются в основном за линейностью АЧХ, упуская другие параметры. Я же решил погоняться за стереоэффектом, за объёмом, за панорамой, даже в ущерб линейности АЧХ.

Как известно, мысль не стоит на месте. Идея получения диффузного звукового поля во всём диапазоне воспроизводимых частот ищет новые решения. Но об этом в следующий раз.

08.07.2009


Часть III

С момента публикации предыдущих частей прошло уже полгода. Народ активно читал, но ничего не предпринимал. Только в январе один из читателей попробовал переделать одну колонку. Вроде понравилось. Обещал дать полный отзыв после переделки обоих колонок и пропал. Видимо при прослушивании комплекта как открыл рот от удивления, так никак закрыть не может. Ну да бог с ним, пусть радуется. В конце последней статьи я обещал продолжить рассказ о доработках фильтра. После определённого этапа оптимизации можно опубликовать полученное решение. Чтобы понять ход преобразования фильтра перерисуем схему на рис.2 из Части II в виде, представленном на рис.5.

Рис. 5. Схема альтернативного фильтра 35АС-018. Этап 3.1

Это та же самая схема, только с перевёрнутым порядком подключения СЧ +ВЧ звена. При этом все динамики подключаются синфазно. По звучанию колонки с этой схемой ничем не отличаются от исходных, собранных по схеме рис.2.

Анализ полученной схемы показывает, что конденсатор С1+С1.1 в общем-то лишний. Его функции на средних и высоких частотах вполне может выполнять батарея конденсаторов С2-С5. Но вот дроссель L1 будет сильно шунтировать СЧ+ВЧ звено. Так его индуктивность можно увеличить. При этом частота раздела между НЧ и СЧ звеньями снизится, но не выйдет за пределы диапазона СЧ динамика, а диапазон работы НЧ динамика сузится до сабвуферного. Полученная схема представлена на рис.6. Все конденсаторы и резисторы берутся от родного фильтра. Дроссель индуктивностью 0,3 мГн получается из исходного в 0,43 мГн путём смотки с него 16 витков. С дросселем индуктивностью 3 мГн сложнее. Я доматывал основную катушку в 1,2 мГн проводом с освобождённой ранее катушки L2 в 1 мГн до полного заполнения (примерно 60-70 витков), мерил индуктивность и подгонял под 3 мГн. Колонки именно с этим фильтром приводят просто любителей хорошего звука в неописуемый восторг, а технарей к сильнейшему удивлению: этого не может быть! Оказывается может! Можете проверить сами. Я проверил на 6 парах колонок разного типа. Везде эффект потрясающий. Дерзайте, если интересно, если любите слушать хорошую музыку в хорошем качестве!

Рис. 6. Схема альтернативного фильтра 35АС-018. Этап 3.2

15.02.2010


Часть IV

Последний вариант фильтра, предложенный в части III, вызвал заметный интерес среди любителей музыки, умеющих держать в руках паяльник. Но почему-то больше всего им заинтересовались юные радиолюбители, не знающие как и чем померить индуктивность катушек индуктивности, ёмкость конденсаторов, сопротивление резисторов и вообще с трудом читающие электрические схемы (по их собственным признаниям). Ну прямо «детский сад» какой-то. Чтобы уйти от технологических дискуссий о том, как что сделать, как соединить и как померить, я разработал специальный «детсадовский» вариант фильтра, который можно реализовать из деталей исходного фильтра, ничего не дорабатывая, не докупая и не меряя. Для оценки предлагаемой структуры фильтра этого варианта вполне достаточно. После определённого этапа прослушивания и накопления статистики достоинств и недостатков можно постепенно переходить к решению по рис.6 в части III или более оптимальному по собственному усмотрению (если понадобится).

В этой схеме для получения индуктивности почти вдвое большей, чем исходная, но достаточной для развязки с СЧ звеном фильтра, использовано последовательное соединение имеющихся штатных индуктивностей L1+L2=1,2+1,0=2,2 мГн. При этом сами катушки остаются на своих местах, а подсоединить L2 к L1 можно в любом направлении – как удобнее. Делитель R1/R2 изменён в сторону увеличения потока энергии в ВЧ динамик. Практика показала, что такой делитель более оптимален, а совсем отказываться от него нельзя – ВЧ шум заметно возрастает. Структура фильтра не изменилась. Перепаять фильтр – полдела. Надо найти оптимальное решение для собственных ушей в конкретных условиях прослушивания. Как это делается? Примерно так: Берём отвёртку, разбираем колонки, берём паяльник, перепаиваем фильтры в обоих колонках, собираем, подключаем к аппаратуре, ставим любимую музыку без улучшайзеров, тихо балдеем одну, две, три , пять, десять композиций. Постепенно в голове формируется образ разногласий между желаемым и действительным. Эти разногласия распределяются по трём корзинам: НЧ, СЧ, ВЧ.

Анализируем полученную информацию: 

Если выперают басы, то надо увеличивать ёмкость батареи конденсаторов С2-С5 на 10; 20; 30 мкФ в зависимости от уровня выпячивания низов, или увеличить индуктивность L1+L2, чем мы и занимались в части III.

Если выпирает середина, то надо увеличивать ёмкость конденсатора С1 на 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 мкФ в зависимости от уровня назойливости средних частот.

Если звенит в ушах от высоких частот, то надо сматывать с катушки L3 постепенно 4; 8; 12; 16 витков в зависимости от уровня дискомфорта.

Чтобы не мучиться со сборкой-разборкой колонок, рекомендую вывести наружу через фазоинвертор провода параллельно батарее С2-С5 и параллельно С1. Катушку L3 придётся выносить целиком на удлинительных проводах. Когда поиск оптимального решения закончится, все эти хвосты надо будет убрать.

Итак смотрим на схему на рис.7, сравниваем с исходной, чешем затылок:

Рис. 7. Альтернативный фильтр 35АС-018 начального уровня

11.06.2010


Часть V и последняя

Последняя схема фильтра (рис.6 в Части III моих статей) всё же произвела некоторое впечатление на сообщество любителей хорошего звука. Кто поверил и доработал свои колонки, те наслаждаются новым качеством звука, недостижимым в исходной структуре фильтра. Кто не поверил – остались пока при своих заблуждениях. У них всё ещё впереди. Всё это время мои колонки постоянно тестировались новыми ушами, новыми композициями, сравнивались с другими решениями. Волей случая пришлось столкнуться с активными мониторами, в которых разделение по полосам производится на уровне предварительного усилителя, а динамики подключаются на выходы УМ безо всяких промежуточных фильтрующих элементов. В результате сравнения стало понятно, что всякий резистор последовательно с СЧ или ВЧ динамиком влияет на звук в худшую сторону, и от него желательно избавляться.

Стал думать. Резистивный делитель на ВЧ динамике в упомянутой выше схеме подгоняет чувствительность этого звена под СЧ динамик с сохранением общего сопротивления нагрузки. Но при данном наборе сопротивлений динамиков (4, 8, 16 Ом) нет необходимости упираться в номинальное значение сопротивления динамика, а достаточно просто не снижать сопротивление нагрузки ВЧ и СЧ звена ниже 4 Ом. Другими словами в данной структуре фильтра можно регулировать чувствительность СЧ и ВЧ звена в определённых пределах с помощью подключения параллельно динамикам балластных резисторов, отбирающих часть энергии на себя. При этом последовательно динамикам никаких резисторов, что соответствует наибольшему их демпфированию в данных условиях включения. Полученная схема представлена на рис.8:

Схема альтернативного фильтра 35АС-018. Этап 6

Здесь R1 управляет отдачей СЧ звена, а R2 – отдачей ВЧ звена. Колонки с этой схемой показали самые лучшие качественные параметры из всех представленных в предыдущих моих статьях о доработках фильтра. Всё, дальше некуда. Можно подводить итоги.

Что я получил в результате всех этапов разработки своего фильтра “Nivaga”?

  1. Во-первых: Диффузность создаваемого звукового поля позволяет находясь рядом с одной колонкой слышать другую, а находясь посередине между колонками без напряжения представлять всю звуковую панораму. В исходном виде (до всех доработок) этих эффектов не было.
  2. Во-вторых: Легко и свободно идёт классика. От фортепиано до большого симфонического оркестра, от пианиссимо до фортиссимо. Голос просто осязаем. Слышно всё, включая ошибки. Эмоциональное воздействие колоссальное. В исходном виде (до всех доработок) слушать классику на этих колонках было сплошным насилием над слухом.
  3. В-третьих: Пришлось пересмотреть свои взгляды на тонкомпенсацию. Это был шок. Десятки лет во всех встречавшихся системах упорно не хватало баса и его приходилось добавлять с помощью довольно глубокой тонкомпенсации. И вдруг не надо добавлять! Я вынужден был передвинуть частоту начала НЧ коррекции с 200 до 100 Гц, а на современных блюзовых композициях вообще от неё отказываться. Рушится стереотип. Мозги кипят. Ищут новую точку опоры.

В общем, только через 50 лет после разработки стандартов и запуска в жизнь стереофонической звукозаписи удалось реализовать голубую мечту её создателей – перенести атмосферу концертного зала или студии звукозаписи в место прослушивания. Что же раньше то мешало? Наверное заблуждения, особенно коллективные.

Например: Как в самом начале создания 3-полосных акустических систем было предложено использовать три независимых фильтра (НЧ, ВЧ и полосовой), так до сих пор эта структура и остаётся неизменной при их производстве, несмотря на многочисленные исследования отклонений фазовых характеристик и их влияния на качество звука. И все 50 лет идёт поиск компромиссов между АЧХ и ФЧХ в рамках однажды заданной неоптимальной структуры. Или ещё, в те же незапамятные времена кто-то написал, что предпочтительней использовать фильтры 2-го порядка, а то и выше. И до сих пор этот тезис периодически всплывает, хотя давно показано, что они сильно искажают импульсную передаточную характеристику акустической системы. Но самое коварное заблуждение затаилось в применении формул расчёта фильтра, которые выводились из условия одновременной нагрузки обоих плеч LC-фильтра, а применяются для схем с нагрузкой одного из плеч, что не корректно и приводит к искажённым результатам. И это не считая мелких брызг про специальные кабели, суперконденсаторы, хитро намотанные катушки индуктивности, золочёные разъёмы и т.п., которые все вместе может и дают 0,1% прироста качества, но их роль всячески раздувается. Преодоление этих заблуждений – процесс тяжёлый, длительный, драматический, потому и затянулся.

Сей трактат составлен 28.10.2011

Автор: Николай Васильевич ник: Nivaga


Заключение

На одной из выставок «Русский Hi-End» я разговорился с Александром Сырицо, патриархом звукоусилительной техники. Его статьи ещё в журнале «Радио» Советского времени вызывали много размышлений и дискуссий. Так вот, он рассказал о своих исследованиях по оптимизации условий работы СЧ и ВЧ динамиков. Я запомнил его выводы: оптимальный режим для динамических СЧ и ВЧ головок – по току, а вот для ленточных ВЧ излучателей лучше по напряжению. Его аргументация показалась мне убедительной, и возразить было нечего. Позже я проверил на своей системе приведённые доводы и убедился в их справедливости. Этот разговор помог мне посмотреть на фильтр для любимых 35АС-018М, который я тут упорно предлагал и совершенствовал, с необычного ракурса.

Я долго размышлял над феноменом яркого и чистого звучания СЧ динамика после доработки фильтра по предлагаемой в предыдущих своих статьях структуре. В какой-то момент до меня дошло, что вероятно это может быть из-за отсутствия в этой структуре специального фильтра для СЧ динамика, в отличие от всех серийно выпускаемых трёхполосных акустических систем. Когда я начал говорить об этом на последней выставке «Русский Hi-End», на меня смотрели как на идиота, несущего ахинею. Предлагаю посмотреть на эту ахинею поближе.

Возьмём с одной стороны типовой фильтр 2 порядка (L1C1) для НЧ динамика, который выделяет сигналы ниже 400 Гц (±100 Гц) как полезные, а те, что выше, отбрасывает. Возьмём с другой стороны типовой фильтр 2 порядка (L2C2) для ВЧ динамика, который выделяет сигналы выше 6 кГц (±1 кГц) как полезные, а те, что ниже, отбрасывает. Как видим, спектр «отбросов» обоих фильтров совпадает со спектром работы СЧ динамика, и если ими запитать этот СЧ динамик, то дополнительный фильтр для него не понадобится. Как это сделать? В рамках типовой структурной схемы, состоящей из 3-х параллельно работающих независимых НЧ, СЧ и ВЧ фильтров с опорой на общий провод, это не получается. Но если один из фильтров подключить «вверх ногами», т.е. с опорой на сигнальный провод, тогда появляется разность напряжений нужной величины и спектра для работы СЧ динамика. Получившаяся структурная схема изображена на следующем рисунке:

Рис. 6.1. Структурная схема альтернативного фильтра 35АС-018

В чистом виде эта схема не готова к эксплуатации. Здесь отсутствуют элементы выравнивания звукового давления всех составляющих. Я их убрал для наглядности. На рисунке хорошо видно, что на низкой частоте СЧ динамик закорочен низким сопротивлением L1, на высокой частоте он закорочен малым сопротивлением С2, на средней частоте СЧ динамик подключён к линии через L2 и С1, суммарное сопротивление которых не больше половины сопротивления СЧ динамика. То есть все условия для нормальной работы СЧ динамика соблюдаются. А поскольку последовательно ему всегда подключено какое-то комплексное сопротивление, то рекомендации Александра Сырицо о режиме по току автоматически выполняются. И ещё немного теории. В курсе электротехники при рассмотрении LC контура указывается, что его вырождение в фильтр происходит при нагрузке обоих реактивных элементов на сопротивление, равное характеристическому. Из этого условия вытекают все формулы расчётов акустических фильтров, которыми мы все пользуемся. Но на практике обычно нагружается один из элементов (L или С), а другой остаётся без нагрузки, что приводит к отклонениям от задуманных параметров. Моя попытка нагрузить эти элементы балластными резисторами (смотрите мои предыдущие статьи) провалилась, так как вылезли подводные камни в виде снижения общего сопротивления системы. А вот в описываемой здесь структуре сопротивление СЧ динамика является такой недостающей нагрузкой как для L1 в контуре L1C1, так и для С2 в контуре L2C2, что выравнивает фазовые и переходные характеристики обоих фильтров.

Перейдём к практике. Поскольку низкочастотный спектр является самым энергонасыщенным, то НЧ динамик должен работать на всю свою мощь безо всяких ограничителей. А вот СЧ и ВЧ динамики должны под него подлаживаться для выравнивания АЧХ всей системы. Для этого используются обычные резистивные делители. Моя попытка регулировать отдачу СЧ и ВЧ динамиков простым шунтированием не выдержала испытания опытом, и я вынужден от неё отказаться. Делитель эффективнее, и звук лучше. Таким образом, получилась практическая схема, изображённая на следующем рисунке:

Практическая схема альтернативного фильтра 35АС-018

Вот та же схема (рис. 6.2) только изменён внешний вид:

Схема мне представляется достаточно универсальной. Вместо делителей R1/R2, R4/R3 вполне можно поставить переключатели с наборами делителей, и получится схема для 35 АС-212 (S-90) или аналогов. А если поставить переменные резисторы с подпоркой, то получится схема для S-90B,D,F, а также для 75 АС-065 и им подобных. Правда, для этих наборов динамиков придётся перестроить ещё и фильтры L1C1 и L2C2.

Схема фильтра отличается от предыдущих моих вариантов только подключением С2 к общему проводу: через С1 или непосредственно. На звук это влиять не должно, так как емкостное сопротивление С1 на ВЧ очень мало и оказать влияние на С2 уже не может. Хотя… у некоторых товарищей и провода поют.

Результат доработки довольно точно оценил мой приятель музыкант: колонки звучат как наушники. А наушники – это широкополосники, в которых фазовые искажения просто не могут появляться. Значит и в доработанных АС фазовые искажения очень малы, а синхронность работы всех трёх динамиков высока. Результат – объём и детальность. Можете проверить.

Автор: Николай Васильевич (Nivaga) 24.06.15

58 комментариев: Доработка фильтра 35 АС-018 с родными динамиками (Nivaga)

  1. RA9YUP пишет:

    всем желаю здравия! почитал….. спор не о чем,это похоже на – “мерседес плохая машина , но я на нем не ездил…” кто сомневается, возьмите соберите,и потом уже можно конкретно говорить о недостатках, а так – бла..бла..бла.У всех уши разные, разное восприятие музыки,слушают ушами а не осциллографом….тому кто не сравнивал в живую и не слушал акустику с этими фильтрами,доказывать что то,всё равно что слепому объяснять что такое “зелёный”….

  2. Александр Р. пишет:

    Это тот самый случай, когда теория позволяет успокоить зуд в руках, жаль, что автор ей пренебрег.
    Схему типа рис.6.1 я рассчитывал давно в прошлом веке и убедился в ее крайней неэффективности – хуже, чем у простейших фильтров.
    Фокус, однако, состоит в том, что некоторые (если не все) трехполоски звучат лучше после переделки в двухполосные и/или упрощения фильтров.

Добавить комментарий

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