35AC-015 и 90АС-001 – анализ фильтров в Multisim

Цель – разобраться в работе фильтров и озвучить рекомендации по улучшению звучания. Так как на сайте приведена АЧХ 35АС-015 (уточнял у администратора), то с неё и начнём:

Схема замещения НЧ динамика и СЧ динамика. ВЧ динамик замещен схемой, имеющей резонанс 3,5 кГц и 30 Ом на резонансе:


Необходимо пояснить некоторые моменты относительно применения Мультисима в проектировании АС.

1. В схемах, загружаемых в Мультисим, необходимо добавлять активные сопротивления всех деталей фильтра, хотя бы приблизительные. Можно на входе фильтра добавить реальное сопротивление соединительных проводов и выходное сопротивление УМ, если они известны и значительны.

2. Вместо динамиков подставляются подобранные схемы замещения. Использовать в схеме вместо динамиков резисторы – без толку. С применением схем замещения появляется возможность уточнить реальную разницу фаз звуковых волн на стыке НЧ/СЧ по графикам фаз токов, протекающих через динамики. Разница фаз по напряжению на НЧ/СЧ динамиках и по току в них может отличаться по диапазону на 0…40°.

3. Мультисим никак не может учесть фазовый сдвиг, возникающий по причине разной глубины установки динамиков на передней панели. А также – по причине отодвигания акустических центров динамиков с ростом частоты по расстоянию от слушателя. И если при частотах раздела ниже 800 Гц эти сдвиги не столь существенны, то при разделе выше 2 кГц они становятся соизмеримы со 180°. В результате Мультисим считает суммарную АЧХ исходя из предпосылки об идеальном расположении акустических центров динамиков по глубине на частоте стыка. Чего в реальности, скорее всего, не будет. (35АС-018 так и посчитана:

4. В Мультисим невозможно загнать АЧХ динамиков, как, например, в LSPCAD. Проблемные места АЧХ придётся исправлять изменениями в фильтрах, используя собственную голову.

5. Суммирование уровней соседних полос осуществляется простым суммированием напряжений, в комплексных числах. Вариант суммирования по мощности не прошёл проверку практикой.

По Мультисиму – всё.


Нам нужны АЧХ динамиков. Автор графиков – Lexus. Вероятно, реальные характеристики отличаются от приведенных (неизвестно расстояние до динамиков при данных измерениях, а также неизвестна область частот с достоверными результатами, она начинается минимум в 2 раза выше по частоте, чем показывает желтая линия снизу графика в программе АRТА, а здесь линии не видно), но они дают понять, с чем боремся.

НЧ брат. Идеально ровная АЧХ на низких частотах подсказывает, что снималось в упор к колпаку, отсюда мощный пик на 1,6 кГц от колпака:

У меня на ручных измерениях пик не столь страшный, синяя кривая, с 33 см.

СЧ брат (Страшный попался? И это тоже, плюс усреднение малое, 1/24 октавы):

Паспортная АЧХ СЧ, как всегда – сглаженная:

ВЧ братик (данные Lexus):

Здесь веселее (деление = 1 дБ): (10ГД-35=6ГДВ-6-16):

Заводская АЧХ:

АЧХ из справочника, сглаженная:

А вот АЧХ 35АС-015, с которой будем работать:

Средний уровень показан красной линией.

АЧХ полос (по напряжению, не по звуковому давлению!) и приблизительная суммарная АЧХ фильтра по напряжению от Мультисима:

Она же, расширенная вниз:

Крутизна ската ФНЧ СЧ звена соответствует четвертому порядку. Плюс у самого СЧ динамика выше 4,5 кГц АЧХ круто валится. Результат понятен: не слитное звучание СЧ и ВЧ полос. Режектор в НЧ звене делает полку выше 1,3 кГц по -17 дБ. А так как НЧ и СЧ включены в противофазе, то симулятор законно нарисовал провал, выделенный желтым цветом. На самом деле, вследствие смещения акустического центра НЧ динамика на этих частотах назад, разница фаз сигналов в области 1…3 кГц значительно отличается от 180°, и указанного провала не будет.

Частоты раздела – около 800 Гц (никак не заявленных 550 Гц) и 5 кГц. Высокая частота раздела НЧ/СЧ имеет свои плюсы и минусы. Плюсы: сжечь СЧ динамик при узкой полосе  тяжелее, амплитуда смещения диффузора СЧ минимальна=малые нелинейные и допплеровские искажения в диапазоне выше 800 Гц, экономия на меди и конденсаторах. Минусы: диапазон до 800 Гц играет НЧ динамик с большой массой подвижной системы, за пределами  области поршневого режима работы + более заметные интермодуляционные и допплеровские искажения в расширенной до 800 Гц полосе. Хотя в https://ldsound.club/index.php?threads/3-x-polosnaja-as-na-baze-35-as-028-start.366/ я делал раздел по звуковому давлению (который не обязан совпадать по частоте с разделом по напряжению) в пределах 700…900 Гц, и был вполне доволен. Правда, НЧ динамик был у меня с минимальным куполом, что убирает пик 1,3…1,8 кГц (кочующий у разных экземпляров): https://ldsound.club/index.php?threads/75-gdn-1-4-30-gd-2.121/post-7421, третий график, и я не слушал при громкостях, могущих вызвать приличные интермодуляционные искажения.

Пройдёмся по родной АЧХ звукового давления. До 800 Гц ничего интересного нет, НЧ дин отыграл свою полосу, и ФНЧ с режектором на частоту 1230 Гц его эффективно срезал. Срез достаточно крутой, будет окраска звука. Выше в работу включается СЧ, и на АЧХ видим повторение его горба в районе 1,5 кГц. Необходимо упомянуть, что АЧХ динамика 20ГДС-1-8 в области 1…2 кГц гуляет в зависимости от завода-изготовителя и года выпуска. И не факт, что с другим экземпляром сей горб вообще будет. Например, здесь вместо горба имеем провал на 1,3 кГц. У рижского в щите вот такая АЧХ, с ямкой на 1 кГц (синяя кривая). В боксе АЧХ будет другая. По непроверенным (пока) данным, тесный родной бокс как раз даёт прибавку в области 1,4 кГц.

На 3 кГц – провал от СЧ динамика. Происхождение провала на 4,5 кГц непонятно. Обычно там горб (3-х полосная AC пространственного звука):

Схема Шорова, в которой, как и в 35АС-015, фильтр СЧ звена мало влияет на АЧХ вверху рабочей полосы 20ГДС-1. У ВЧ динамика в области 4,5…5 кГц – тоже максимум. Нестыковка по глубине установки на передней панели? Дальше за вид АЧХ отвечает ВЧ головка, но почему-то нет завала выше 12 кГц.

Переходная характеристика (ПХ) полос фильтра по напряжению (при подаче на вход АС прямоугольной ступеньки 1 В):

Здесь и дальше: красный – выход НЧ звена фильтра, зеленый – СЧ, синий – ВЧ. Заметны затухающие колебания во всех звеньях, особенно в ВЧ. Само собой, динамики добавят свои бяки на разных частотах. Это – только то, что внесут фильтры.

Характеристика входного импеданса:

Для УМ, рассчитанного на 4 Ома, -неплохо, но хотелось бы лучше.

…И тут случилась 90АС-001. Конденсатор С7 на схеме не подписан, он равен 3,9 мкФ. Кстати, на схеме по этой ссылке ВЧ звено 90АС-001 – совпадает с таковым для 35АС-015. Я же рассмотрю схему:

Забрасываю в Мультисим:

Вай. Средний уровень СЧ стал больше относительно 35АС-015 на 2дБ. Частоты раздела по напряжению – 950 и 4500 Гц, по звуковому давлению – примерно там же. Удаление режекторного фильтра из НЧ звена не пошло на пользу. Не верится, что кому-то потребовался горб на 600 Гц. Тут и баффл-эффект +2 дБ добавляет. Пик 3 кГц призван выровнять провал на АЧХ. Стык на 4,5 кГц сделан по уровню -7,5 дБ вместо -6 дБ («появились» пики у СЧ и ВЧ динамиков?). Выше АЧХ испорчена «рекомендованным» фильтром ВЧ (http://ldsound.ru/6-gdv-6-16-10-gd-35/), которого уже обругали и исправили в темах http://ldsound.ru/35-as-015-elektronika/ и  http://ldsound.ru/90-as-001-elektronika/. Единственное слабое оправдание: при разделе 4,5 кГц очень крутой срез желателен, поскольку у примененной ВЧ головки резонансная частота может быть (по паспорту) 3,6 кГц. Результат – «веселая» ПХ:

НЧ и СЧ вносят окраску, ВЧ звенит вовсю☹. Гораздо хуже, чем у 35АС-015. Характеристика импеданса:

Плохо. Усилителю тяжело, детали фильтра излишне греются.

Результат проверки фазирования НЧ/СЧ по разнице фаз токов в НЧ и СЧ динамиках дал чёткую противофазу, как в схеме.

35 АС-015

Минимальная переделка фильтра ВЧ звена и/или СЧ+НЧ звеньев. Переставленные детали выделены зелёным, новые – оранжевым. Полярности динамиков не меняются.

Результат:

Уровень СЧ присажен, кроме частоты 3 кГц. Скаты полос смягчены и отсимметрированы. НЧ звено теперь имеет апериодический первый порядок. ПХ полос фильтра достаточно хорошие:

Импеданс- отличный:

90 АС-001

Минимальное вмешательство. Выделены новые и переставленные детали. Переделка реально для ленивых 😊.

АЧХ фильтра(по напряжению):

ПХ полос фильтра:

Входной импеданс АС – на «4»:

Второй вариант

Снижаю порядок фильтра СЧ звена. Полезно будет применить ПАС на СЧ динамик.

По меди мастер будет в выигрыше.😊 АЧХ схемы:

ПХ:

Видно изменение характера переходного процесса СЧ звена (зелёный) в сравнении с третьим порядком. Импеданс на «4+»:

Фильтр минимального порядка для 35АС-015

Для СЧ обязательна приличная ПАС, например, такая. Максимально использованы родные детали фильтра. Вот что вышло:

Обратите внимание на изменение полярности ВЧ головки. АЧХ фильтра:

ПХ звеньев фильтра наилучшие:

Характеристика импеданса – на «4», есть «провальчик» до 3 Ом на 110 Гц:

Мысли вслух

Если имеется ВЧ головка с очень низким резонансом, то можно сделать нижний раздел 600 Гц (по ув. Чалову Денису), два первых порядка, а горб на 1,5 кГц начать резать издалека с таким расчетом, чтобы  уже с 2 кГц среднечастотника подхватывал ВЧ динамик. И тогда мы получаем систему типа 25АС-027 с 10ГИ на ВЧ… Блин, уже придумали. Потому 25АС-027 и звучит. Правда, СЧ 20ГДС-3, установленный в -027, на мой ух приятнее, чем 20ГДС-1, но в -027-ке его почти неслышно, центр событий находится в ВЧ динамике. И перегрузка – там же))). Да и ВЧ динамик с резонансом 500 Гц стоит, как одна 35АС.

Примечания:

  1. Из приведённых схем проверена людьми переделка ВЧ звена (в выше упомянутых темах), а также связка НЧ+СЧ первыми порядками с похожими номиналами, с оценкой «очень слитно, интересно» (мной). Остальные схемы – чисто теоретические и могут отличаться от жизни плюс-минус лапоть по многим причинам.
  2. ВСЕ построенные симулятором АЧХ – это АЧХ разделительных фильтров по напряжению, учитывающие паспортные чувствительности головок. Суммарная АЧХ фильтра в зоне совместной работы динамиков, особенно СЧ/ВЧ, – сильно приблизительная. АЧХ по звуковому давлению– иная, по причине нелинейности АЧХ динамиков. Не обольщайтесь.
  3. Полярности динамиков – в соответствии с исходными схемами, кроме последней.
  4. Уровни СЧ и ВЧ при необходимости можно подрегулировать в разумных пределах гасящими резисторами, включенными на входах звеньев фильтров.
  5. Конденсатор 10 мкФ в двух последних схемах может оказаться лишним! Проверка на слух.
  6. (С) Чалова Дениса: правильно мерить железо вживую, микрофоном. Все разбросы и особенности будут учтены. Я совсем недавно начал работать с программами ARTA иLIMP, описание которых есть здесь на сайте и в клубе, море информации и куча удовольствия)))

Автор: Николай Марков

29 комментариев: 35AC-015 и 90АС-001 – анализ фильтров в Multisim

  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.

              • Марков Николай пишет:

                Негативное? Но в медном колпачке они больше, чем в стали. А его ставят. Когда-то он и полезен.

      • Марков Николай пишет:

        Неправильно посчитал. Одна скорость подставил в м/с, а другую – в км/ч.
        Правильно так : К=100%*(1,57/(344-1,57))=0,46%.
        Самому полегчало :-)

  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:
  5. Марков Николай пишет:

    Не прошло и года… Уточнены схемы замещения НЧ и СЧ динамиков, измерены их АЧХ самостоятельно. Чтобы не переделывать статью, внесу уточнения. АЧХ 20ГДС-1 с пьедесталом на 1,5кГц – большая редкость! Поэтому варианты с режектором – не применять, пока микрофоном сами горб не увидите. С учётом потерь на токи Фуко в новых схемах замещения выбросы на срезах фильтров НЧ и СЧ звеньев сглаживаются на 2…3 дБ, вид АЧХ гораздее. Горб на 3кГц я бы уже не делал, так как он одновременно тянет вверх основной пик 2,3кГц (https://ldsound.club/index.php?threads/20-gds-1-8-15-gd-11.309/), а это крик. Уж лучше пусть будет провал на 3кГц.

  6. Марков Николай пишет:

    Статью придётся полностью переделывать, поскольку я допустил существенную ошибку в суммировании уровней полос: https://ldsound.club/index.php?threads/po-grafikam-ot-multisima.472/. Заодно использую свежие схемы замещения и учту влияние баффл-эффекта.

  7. ldsound пишет:

    Статья обновлена

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *