Виной тому отсутствие внятной теории именно сведения, а не электрических фильтров, с ними все ясно, чего нельзя сказать про сведение, где все базируется на нюансах которые в литературе как правильно не описаны. Цель данной статьи поведать некоторые особенности проектирования фильтров на реальном примере. В этой статье, к величайшему сожалению, не будет полноценного расчета или инструкции как брать и делать, ибо каждый случай уникален и требует персонального рассмотрения, и в лучшем случае можно указать на что обратить внимание и задать вектор размышлений в целом.
Важные характеристики АС
Для начала разберёмся чем характеризуется акустическая система. Тут три характеристики: амплитудная, фазовая и импедансная.
- АЧХ считается наиболее важной, так как больше определяет звучание, впрочем не в ней счастье, ровная АЧХ еще не гарантия хорошего звука.
- ФЧХ сама о себе не слышна, может быть слышен резкий перегиб фазы в точке раздела.
- ИЧХ вовсе на звучание не влияет, зато влияет на усилитель, но не на каждый, а лишь на тот у которого высокое внутреннее сопротивление, в частности ламповые.
Из-за кривого импеданса многие колонки могут не спеться с лампой, вся неровность импеданса вылезет в АЧХ. В каком-то случае это может пойти на пользу, но надеяться на это не стоит, хотя бы потому, что такая акустика будет крайне чувствительна к усилителю, станут слышны лампы, их режимы, а сравнение с каменным усилителем становится вообще не корректным.
Потому, если задаться цель построить акустику мало чувствительную к усилителю, необходимо обеспечить постоянство импеданса во всем диапазоне частот, а это накладывает определенные ограничения. В частности это обязывает применять фильтра настроеные на равную частоту среза и имеющие равную добротность.
Это правило позволяет для настройки фильтра контролировать только линейность импеданса, что исключает необходимость измерения АЧХ фильтров и в случаи отсутствия хорошего микрофона в измерении ачх динамиков, то есть можно обойтись минимальным набором приборов: генератором (возможно программным) и вольтметром.
Полосовые фильтры
В прошлой статье мы с вами рассматривали один из примеров полосового фильтра
Вот так выглядит АЧХ этого фильтра.
Особенность таких фильтров такова, что они имеют две частоты среза. Определяются они также на уровне в -3дБ или на уровне в 0,707 от максимального значения коэффициента передачи, а еще точнее Ku max/√2.
Полосовые резонансные фильтры
Если нам надо выделить какую-то узкую полосу частот, для этого применяются LC-резонанcные фильтры. Еще их часто называют избирательными. Давайте рассмотрим одного из их представителя.
LC-контур в сочетании с резистором R образует делитель напряжения. Катушка и конденсатор в паре создают параллельный колебательный контур, который на частоте резонанса будет иметь очень высокий импеданс, в народе — обрыв цепи. В результате, на выходе цепи при резонансе будет значение входного напряжения, при условии если мы к выходу такого фильтра не цепляем никакой нагрузки.
АЧХ данного фильтра будет выглядеть примерно вот так:
В реальной же цепи пик характеристики АЧХ будет сглажен за счет потерь в катушке и конденсаторе, так как катушка и конденсатор обладают паразитными параметрами.
Если взять по оси Y значение коэффициента передачи, то график АЧХ будет выглядеть следующим образом:
Постройте прямую на уровне в 0,707 и оцените полосу пропускания такого фильтра. Как вы можете заметить, она будет очень узкой. Коэффициент добротности Q позволяет оценить характеристику контура. Чем большее добротность, тем острее характеристика.
Как же определить добротность из графика? Для этого надо найти резонансную частоту по формуле:
где
f0— это резонансная частота контура, Гц
L — индуктивность катушки, Гн
С — емкость конденсатора, Ф
Подставляем L=1mH и С=1uF и получаем для нашего контура резонансную частоту в 5033 Гц.
Теперь надо определить полосу пропускания нашего фильтра. Делается это как обычно на уровне в -3 дБ, если вертикальная шкала в децибелах, либо на уровне в 0,707, если шкала линейная.
Давайте увеличим верхушку нашей АЧХ и найдем две частоты среза.
f1 = 4839 Гц
f2 = 5233 Гц
Следовательно, полоса пропускания Δf=f2 — f1 = 5233-4839=394 Гц
Ну и осталось найти добротность:
Q=5033/394=12,77
Режекторные фильтры
Другой разновидностью LC схем является последовательная LC-схема.
Ее АЧХ будет выглядеть примерно вот так:
Как можно увидеть, такая схема на резонансной частоте и вблизи нее как бы вырезает небольшой диапазон частот. Здесь вступает в силу резонанс последовательного колебательного контура. Как вы помните, на резонансной частоте сопротивление контура будет равняться его активному сопротивлению. Активное сопротивление контура составляют паразитные параметры катушки и конденсатора, поэтому падение напряжения на самом контуре будет равняться падению напряжения на паразитном сопротивлении, которое очень мало. Такой фильтр называют узкополосным режекторным фильтром.
Индуктивность катушки. Формула есть по ссылке.
На практике звенья таких фильтров каскадируют, чтобы получить различные фильтры с требуемой полосой пропускания. Но есть один минус у фильтров, в которых имеется катушка индуктивности. Катушки дорогие, громоздкие, имеют много паразитных параметров. Они чувствительны к фону, который магнитным путем наводится от расположенных поблизости силовых трансформаторов.
Конечно, этот недостаток можно устранить, поместив катушку индуктивности в экран из мю-металла, но от этого она станет только дороже. Проектировщики всячески пытаются избежать катушек индуктивности, если это возможно. Но, благодаря прогрессу, в настоящее время катушки не используются в активных фильтрах, построенных на ОУ.
Видео на тему «Как работает электрический фильтр», рекомендую к просмотру:
Практическая работа
Плавно переходим от теории к практике. Достались мне винтажные колонки под названием Kompaktbox B 9251. И первое что было сделано — произведено прослушивание.
С холодным камнем звук был в среднем не плох, а если говорить конкретно, то местами хороший, а местами как попало. С теплой лампой играть вообще отказались. На основе этих наблюдений был сделан вывод о наличии глубоко зарытого потенциала. Вскрытие показало, что немецкие инженеры решили обойтись одним единственным конденсатором последовательно с ВЧ головкой. Измерение АЧХ дало страшную картину. На рисунке АЧХ одной колонки, кривая с глубокой дыркой на 6 кгц из-за плохого контакта разъема, на нее внимание не обращать. АЧХ отдельно ВЧ и НЧ приведены ниже.
↑ Печатная плата
В качестве ОУ я применил счетверенный ОУ типа К1401УД2. Эта плата под него. Для стереосистемы из двух двухполосных АС достаточно собрать 1 плату.
#09/02/2021
Печатка От Игоря (Datagor) под LM324, LM2902, LM224, LM124:
Причесал ПП, изменил питание под импортные ОУ (!), подписал компоненты согласно схеме, подписал входы и выходы и т.п. GND — общий питания, земля; +V, −V — питание ±12V … 15V; IN1, IN2 — аудиовходы (ЛК, ПК) от источника (зв.карта, ЦАП, пред, телефон); HF1, HF2 — выходы ВЧ-полос, на усилители; LF1, LF2 — выходы НЧ-полос, на усилители;
Конденсаторы по питанию, которых нет на схеме: С50, С53 — 100μF … 470μF 16V (электролит); С51, С52 — 0.1μF … 0.68μF (плёнка или керамика); ОУ — LM324, LM2902, LM224, LM124 и др, счетверённые (dip-14 quadruple opamp).
Обратите внимание:
у импортных ОУ и у К1401УД2 питание инверсное! Шутка отечественных разработчиков. Выбирайте ПП соответственно вашему ОУ.
Забирайте ПП в файлах.
Частота раздела
Тут самое время задуматься о частоте раздела. Обычно частота раздела выбирается на ровных горизонтальных участках, вдали от резонансов и завалов, стараясь обойти внезапные неравномерности как потенциальные источники искажений… А если вспомнить что существует фаза, о которой мало известно, а если известно, то векторно ачх на бумажке не сложишь, а из-за кривизны фаз даже на идеально ровной ачх что-то вылезет, что-то провалится в большей или меньшей степени. Также надо помнить что может дать сам динамик, особенно ВЧ, скажем не надо заставлять дюймовый купольник играть от двух, а тем более одного килогерца, даже если он способен их отыграть по АЧХ.
Не забывайте, что большой ход порождает интермодуляционные искажения, поэтому каждому размеру динамика соответствует свой диапазон частот. В свете вышесказанного понятие частоты раздела размазывается на область, куда стоить сводить, а конечную точку подбирать иначе, например на слух. Или вовсе не подбирать, но про это чуть позже.
Итак, смотрим какие уникальные динамики нам достались. Высокочастотник начинает валить с 1,3 кгц, значит ниже его пускать нельзя. С другой стороны низкочастотник пытается играть по самые 10 кгц, с переменным успехом. Однако здравый смысл подсказывает, что выше килогерца его пускать плохая затея. И что спрашивается делать, если рабочие диапазоны динамиков не пересекаются?
Тут есть два варианта: если спады имеют адекватную крутизну, то лучше всего сводить в ямку, особенно если ямка получается широкой. В случае же нашем, когда спады круты как обрывы, надо держатся подальше от самого крутого из них. Чаще всего это может случится с высокочастотником, им всегда тяжко работать у нижней границы диапазона, поэтому им целесообразнее облегчить жизнь возлагая воспроизведение нижней части диапазона на НЧ динамик, который отыграет хоть плохо, но не нагадит. Поэтому ограничиваем диапазон участком от 1,5 кгц до 2,2 кгц.
Создание акустики своими руками
- Главная
- Статьи
- Акустическая система своими руками\ AKTON
|
|
Процесс создания акустической системы своими руками (далее АС) можно подразделить на несколько основных этапов:
- Выбор состава динамиков, исходя из требований, предъявляемых к АС,
- Расчёт акустического оформления,
- Разработка конструкции и изготовление корпуса АС,
- Расчёт и изготовление разделительного фильтра,
- Отладка.
Приступая к конструированию АС, необходимо сформулировать требования, предъявляемые к ней:
- Назначение и условия эксплуатации,
- Необходимый уровень звукового давления,
- Воспроизводимый диапазон частот,
- Вариант исполнения (со встроенным усилителем или без усилителя),
- Габариты и допустимый вес.
Также необходимо определиться с типом конструкции:
- Тип акустического оформления,
- Количество полос,
- Конструктивные особенности и дизайн.
На основании этих сведений можно приступать к выбору динамиков и других компонентов системы, производить расчёт акустического оформления и фильтров.
Критерии выбора динамиков подробно рассматривались здесь. Расчёту фильтров для АС на нашем сайте так же посвящена отдельная статья. В данной же статье мы рассмотрим вопросы расчета и изготовления акустического оформления для АС.
Итак, после выбора динамиков производят расчёт акустического оформления, а затем приступают к разработке конструкции корпуса.
Расчёт акустического оформления
Напомним, что излучение АС в области НЧ определяется совместной работой НЧ динамика и акустического оформления. Акустическое оформление бывает нескольких типов: открытого, закрытого и фазоинверсного. В статье упор сделан на фазоинверсные системы, поскольку при условии правильного расчёта, они имеют максимальную эффективность излучения НЧ, благодаря чему получили широкое распространение среди систем, предназначенных для профессионального озвучивания.
Расчёт акустического оформления фазоинверсного типа производится по методике, предложенной инженерами Тилем и Смоллом. Согласно этой методике, АС представляет собой фильтр верхних частот.
Задача расчета АО сводится к определению необходимого внутреннего объёма и частоты настройки фазоинвертора, оптимальные для данного НЧ динамика. Критерии расчёта могут быть различными и зависят, прежде всего, от назначения АС. Системы, предназначенные для озвучивания мероприятий, как правило, должны иметь максимальную эффективность излучения в области НЧ. При этом субъективное ощущение «низов» должно сохраняться по мере добавления мощности. Частоту настройки фазоинвертора для таких АС выбирают обычно порядка 40-50 Гц. К примеру, такие системы с успехом применяются для озвучивания танцполов, где в большей степени нужен удар, чем субниз.
Современные методы расчёта АС подразумевают проведение компьютерного моделирования в специальных программах. Такой подход позволяет оптимизировать АС не только по амплитудно-частотной характеристике звукового давления, но и по целому ряду других параметров. Одной из таких программ является BassBox 6 Pro. Данная программа позволяет произвести комплексный расчёт характеристик АС, представляющей собой НЧ динамик в акустическом оформлении. Методика расчета позволяет найти компромисс между различными требованиями, предъявляемыми к АС, используя метод последовательных приближений.
Рассмотрим основные приёмы работы в программе BassBox:
Вход в программу осуществляется двойным щелчком мыши по соответствующему ярлыку на рабочем столе.
В окне выбора варианта работы (рис.1) выбираем OpenDesignWindow (Открыть проект).
На рис.2 показано главное окно программы.
Программа BassBox позволяет производить работу сразу с несколькими АС, производить их сравнение между собой по различным характеристикам. Данные на каждую АС сохраняются в отельной вкладке, которая называется Design. Проектирование Новой АС начинается с создания новой вкладки, нажав File->NewDesign.
Нажатие кнопки Driver на вкладке Design приводит к открытию окна параметров динамика (рис.3). В нём содержатся все сведения, относящиеся к конкретной модели динамика.
Данные можно занести вручную, но лучше загрузить требуемую модель динамика из базы.
Программа BassBox 6 Pro содержит обширную базу динамиков известных мировых производителей. Существует возможность дополнить эту базу другими динамиками. Для этого вначале необходимо занести в базу название нового производителя. Для этого нужно открыть в меню Edit->Database->EditCompanyData (рис.4). В поле Name следует указать название фирмы и поставить галочку напротив пункта Manufacturer, по желанию заполнить и другие поля, содержащие сведения о производителе, и затем нажать Save.
После этого следует сохранить в базе новую модель динамика. Для этого вносятся данные на динамик в окно DriverProperties (рис.5).
Во вкладке Description указываются общие сведения о динамике.
Во вкладке Paramerters указываются тиль-смолл параметры динамика (рис.6). При этом не обязательно заполнять все поля параметров, а достаточно указать лишь некоторые из них. При этом остальные параметры можно рассчитать с помощью встроенного калькулятора (Calc и CalculateAll).
Все тиль-смолл параметры в динамике взаимосвязаны друг с другом. О наличии или отсутствии противоречий между значениями параметров свидетельствует цвет сигнального светодиода, находящегося слева от поля параметра. Красный цвет светодиода указывает на сильное взаимное несоответствие параметров, жёлтый – незначительное, зелёный – отсутствие несоответствия.
Также можно заполнить вкладку Dimension, которая содержит сведения о геометрических размерах динамика (рис.7). Эти сведения будут автоматически использованы программой, когда будет необходимо рассчитать свободный внутренний объём корпуса.
После заполнения указанных вкладок следует нажать AddthisDrivertoDatabase (Добавить этот динамик в базу данных).
Для извлечения нужного динамика из базы данных нужно нажать LoadfromDatabase (Загрузить из базы данных) в окне DriverProperties (рис.3). Откроется окно, показанное на рис.8. В выпадающих списках следует выбрать CompanyName и DriverFound, после чего нажать Load.
После загрузки основных параметров НЧ динамика, требуется указать количество устанавливаемых динамиков, способ установки, а также схему взаимного подключения, если количество динамиков больше одного. Для этого предназначена вкладка Configuration (рис.9).
Для задания начальных параметров акустического оформления во вкладке проекта Design1 следует нажать Box. В результате этого откроется окно BoxProperties.
Вкладка Descriptionпредназначена для сохранения основных сведений об АС.
Параметры корпуса АС задаются во вкладках BoxDesign (см. рис.10) и Vents (см. рис.11). В первой указываются тип акустического оформления(Type = Vented Box — фазоинвертор), объём (Vb) или размеры корпуса (Dimensions) и частота настройки фазоинвертора fb.
Во вкладке Vents — указываются конструктивные параметры портов ФИ.
Задав требуемые параметры динамика и корпуса можно произвести пробное построение графических характеристик. Для этого следует нажать Plot на вкладке проекта Design. Откроется окно, показанное на рис.12. Дальше эти характеристики можно оптимизировать, изменяя параметры акустического оформления (размеры корпуса и фазоинвертора).
Вкратце рассмотрим наиболее важные характеристики и критерии их оценки:
- NA— АЧХ уровня звукового давления на расстоянии 1м, при подведении мощности 1Вт.
Нужно стремиться к достижению наибольшей равномерности; - CA — АЧХ уровня звукового давления на расстоянии 1м, при подведении номинальной мощности.
Показывает величину звукового давления, который способна обеспечить АС. - AP– Акустическая мощность.
Нужно стремиться уменьшить глубину провала в области НЧ и не допускать провала более 3-4 дб; - CD– Амплитуда смещения диффузора (звуковой катушки).
Нужно стремится не допускать превышения максимальной амплитуды смещения звуковой катушки больше Xmax в границах диапазона частот, воспроизводимых акустической системой; - VV– Скорость потока воздуха в трубах фазоинвертора.
Нужно стремится к уменьшению скорости воздушного потока в трубе ФИ, не более 15м/с.
Изготовление АС
Рассмотрим некоторые особенности изготовления корпусов АС:
В большинстве случаев корпуса АС изготавливают из фанеры толщиной 15 и 18 мм.
Конструкция корпуса должна быть прочной и герметичной. Следует учитывать, что в процессе работы АС внутри корпуса создаётся повышенное давление. Данное обстоятельство приводит к тому, что в негерметичном корпусе возникают потери, которые проявляются в том, что из щелей начинает просачиваться воздух. Это может проявляться в появлении дополнительных призвуков при работе АС. Для того, чтобы этого избежать, все соединения должны быть тщательно проклеены столярным клеем. Панели скручиваются саморезами через каждые 7-10см. Головки саморезов заглубляются и, впоследствии, зашпаклёвываются.
Панели значительных размеров желательно оснастить рёбрами жёсткости, т.к. в недостаточно укреплённых панелях может возникнуть колебательный процесс, приводящий к потере чёткости воспроизведения низких частот. Нежелательно использовать в конструкции съёмную крышку, т.к. данное конструктивное решение, как правило, также приводит к снижению герметичности и жёсткости корпуса.
Все динамики с открытой тыльной стороной, входящие в состав АС, кроме НЧ динамиков, необходимо изолировать от внутреннего объёма корпуса для исключения влияния на них НЧ излучения. Если планируется оснастить АС встроенным усилителем, то под него желательно выделить в корпусе АС отдельную камеру. Особенно это касается усилителей с открытым печатным монтажом. При проектировании АС следует обеспечить возможность вентиляции компонентов системы, и принять меры для создания более благоприятных условий их работы. Напомним, что при продолжительной работе на высокой мощности нагрев магнитной цепи динамика может достигать 70 градусов.
Подводя итог всему вышесказанному, ещё раз напомним, что для изготовления высококачественной АС необходимы не только качественные динамики. Важно правильно спроектировать и изготовить корпус АС, сделать рациональный выбор драйверов (ВЧ-головок) и произвести расчёт разделительного фильтра. Следует помнить, что параметры корпуса АС фазоинверсного типа рассчитываются применительно к конкретной модели НЧ динамика. Можно самостоятельно произвести расчёт фазоинвертора на основании Тиль-смолл параметров динамика, используя специализированные программы и методики. На основании рассчитанных данных об объёме корпуса и параметрах фазоинвертора спроектировать корпус АС. Для производимых динамиков, инженерами фирмы АКТОН спроектированы АС, подходящие для большинства задач озвучивания. Корпуса этих АС оптимизированы по ряду параметров, таких как максимальная отдача на низких частотах, наилучшие условия тепловой конвекции динамиков внутри корпуса, формо-габаритные показатели, удобство транспортирования и др. Разработана документация, содержащая набор чертежей на изготовление корпусов АС. Все АС прошли испытания в условиях реальной работы. Согласно документации, корпуса АС изготавливаются из стандартной фанеры. Наружная поверхность корпуса может быть окрашена краской или обтянута карпетом. Техническая документация на корпуса акустических систем в формате PDF размещена на нашем сайте в свободном доступе и по ней вы можете изготовить акустическую систему своими руками.
Порядок фильтра и его добротность
Следующий параметр, с которым надо определиться — это порядок фильтра и его добротность. В данной статье будут рассматриваться два порядка, первый и второй.
- С первым все просто: есть катушка, есть конденсатор, считаем их параметры под требуемую частоту среза и при надобности корректируем значения до получения желаемой АЧХ, ФЧХ, ИЧХ.
- Со вторым порядком по-хитрее, там уже две катушки и два конденсатора. От значений номиналов зависит такой параметр как добротность, он определяет крутизну спада АЧХ и в некоторой степени сдвиг фазы. Поскольку влияние фазового сдвига и крутизны умозрительно не прикинешь, остается просто выбрать в какую сторону думать. А думать тут в сторону низкой добротности, читай больше индуктивности в катушках, меньше емкости в конденсаторах.
Как выбрать порядок. Тут руководствуются уже знакомыми соображениями о том, на что способны излучатели, в особенности высокочастотник. Если большой ход ему противопоказан (как в нашем случае) то предпочтение отдаем второму порядку.
Для полноты картины следует упомянуть, что порядок также определяет степень совместной работы динамиков, но это уже информация для самостоятельного размышления.
Расчет кроссовера
Кроссоверы для акустики авто самодельные
Чтобы подключить 2-полосную(см.Акустическая двухполосная система и ее преимущества) или другую акустику с большим количеством полос к 1 каналу усилителя или ГУ, нужно некое отдельное устройство, разделяющее сигнал. При этом оно должно выделять для каждой полосы свои частоты. Именно такие устройства и называются фильтрами или кроссоверами.
Примечание. В комплекте с компонентной акустикой, как правило, уже идет пассивный кроссовер. Его готовил производитель и он рассчитан уже изначально.
Но что делать, если нужно разделить частоты по иной схеме (к примеру, если комплект акустики собран из отдельных компонентов)? В этом случае речь идет о расчете кроссовера.Отметим сразу, что рассчитать кроссовер совершенно не сложно и даже можно самостоятельно изготовить его.
Кроссоверы для акустики на авто Пионер профессиональные
Ниже приводится инструкция о том, как рассчитать кроссовер:
- Скачиваем специальную программу. Это может быть Crossover Elements Calculator на компьютер;
Специальная программа для расчета кроссовера Crossover Elements Calculator
- Вводим сопротивления низкочастотного и высокочастотного динамиков. Сопротивление – это номинальное значение сопротивления акустики, выражаемое в Ом. Как правило, средним значением является 4 Ом;
- Вводим частоту раздела кроссовера. Здесь полезно будет знать, что частоту надо вводить в Гц, но ни в коем случае не в кГц.
Примечание. Если кроссовер второго порядка, то надо еще ввести тип кроссовера.
- Получить ожидаемый результат можно, нажав на кнопку расчета.
Кроме того, надо знать следующее:
- Емкость конденсаторов, а вернее их значение вводится в Фарадах;
- Индуктивность рассчитывается в Генри (mH).
Схема расчета фильтра выглядит примерно так:
Как рассчитать фильтр
Импедансная характеристика динамиков
Когда с примерными параметрами все более или менее ясно, самое время переходить к практике. Снимаем импедансную характеристику динамиков. С целью оценки сопротивления на графике имеется лесенка с шагом в один Ом. Скачек на 110 герцах это переключение с 10 Ом на 20.
Разумеется с такими горбами ни один фильтр нормально, и уж тем более расчетно работать не будет, особенно фильтр НЧ. Фильтру ВЧ этот подъем работать в общем то не мешает, однако как упоминалось ранее такой подъем на конце диапазона приведет к подъему высоких частот, в случае если усилитель имеет высокое сопротивление. Это можно использовать и во благо, оставив подъем небольшим.
Для выравнивания этих подъемов применяют так называемую цепочку Цобеля. Она состоит из последовательно включенных резистора и конденсатора. Проще всего ее подобрать методом научного тыка: берется реостат, горсть конденсаторов, и все это двигается пока не получится ровная линия.
Для примерного представления что от чего зависит привожу набор графиков для различных емкостей и сопротивлений. Ступенька начинается с 10 Ом.
Зная минимальное сопротивление НЧ звена, нужно привести к такому же и ВЧ звено. Тут много вариантов как соединить два резистора и цепочку Цобеля, и каждый кто решился на такой отважный шаг как сведение сам способен определить вид подключения и номиналы резисторов, поэтому описывать данную процедуру здесь излишне. Конкретно в данных колонках по результатам предварительного прослушивания решено было оставить родные резисторы на 2,2 ома и цепочку Цобеля параллельно ВЧ динамику.
Квазиуниверсальный фильтр для 3-х полосных АС типа S-90, 50АС-106, 35АС-016, 35АС-021 и других
Статья для тех, кто слушает музыку качеством не ниже CD, а лучше по возрастанию качества:
- CD;
- SACD;
- рип виниловой пластинки 24/96, еще лучше 24/192, или 32/192;
- рип виниловой пластинки аппаратом Korg MR-1000.
В начале была вега…. 50 АС-106 (почти по библии). Звук был хорош, но все равно, непохоже передавался шум ветра, раскаты грома, шорохи ручья, да и голоса певцов небыли похожи на воспроизводимые наушниками Sennheiser HD-215II. Купил Корвет 150 АС-001. Восстановил динамики (больше ничего не делал). И голос певцов стал естественным ,и чтобы ни слушал – вся музыка стала воспроизводиться правильно (как в жизни). А в чем разница???
У тех и у других колонок по 3 динамика. При чем ВЧ практически одинаковые СЧ тоже, только НЧ у корветов больше. Хорошо, тогда играть они должны одинаково естественно, только корветы за счет больших НЧ должны играть громче. Но этого нет. Звук Веги за счет проклеек, герметизации и т.д. (был проведен ранее) особо не улучшился. И тогда мой взор упал на схемы их фильтров.
Корвет 150 АС-001:
Называется – найди три отличия. Стало понятно, что нужно менять фильтр. Инженерный подход подсказывал – нужно опираясь на имеющуюся структуру заведомо рабочего фильтра доработать имеющийся так чтобы:
- 1.переделка была минимальной;
- использовать максимально имеющиеся элементы фильтра;
- была возможность вернуть все в исходное состояние.
К сожалению на тот момент у меня не было инструмента для измерения индуктивности, и даже с этим условием удалось приблизить звук к оригиналу.
За тем купил 35 АС-016 “Орбита” и тоже доработал фильтр. Но полностью правильно изменить фильтр удалось у 35 АС-021 “Эстония”.
Вот где звук был убогий! А все их расхваливают. Да там динамики, да корпуса, Да звук – ну просто соловей. Да Вега на порядок лучше с родными фильтрами играет.
В купленных “Эстония” отсутствовали фильтры – очередной (не знаю как назвать) падаван наслушавшись Ёду убрал все фильтры и оставил вместо них 1 мкФ на ВЧ динамик и 10 мкФ на СЧ.(чтобы ламповый усилитель хоть что-нибудь шептал).
Спасибо этому сайту за программу RLC метр. Намотал катушки как в схеме, собрал фильтр по родной схеме и как уже говорил – при отсутствии фильтра они играли не хуже! Тогда мой взор обратился к схеме 35 АС-016 (в родной схеме не хватает только одной катушки в СЧ фильтре, С2 = 2 мкФ, R2 – убрать, в НЧ фильтре внести сопротивление 10 Ом/10 Вт – согласно схеме включения этого динамика. 5 Ом/2 Вт перед ВЧ динамиком (чтобы не выгорал), а схема значительно проще Корвета. Катушки были домотаны, конденсаторы добавлены, но звук все равно должен был быть лучше.
Посмотрев внимательно на характеристики динамиков стало понятно что ВЧ динамик 35 АС-021 не может воспроизвести частоты ниже 5000 Гц, а фильтр у 35 АС-016 СЧ/ВЧ 4600 Гц. Стало понятно что частота раздела должна остаться 6000 Гц. Еще добивало гудение НЧ динамика вместо ударов по барабану – удалось избавиться удалив (закоротив) резистор R3.
Полученная схема. Квазиуниверсальный фильтр для 35 АС-021:
Немного о дополнительных элементах фильтра:
- L5+C13 – это НЧ составляющая в фильтре средних частот;
- R3 ослабляет срез ВЧ составляющей музыки в фильтре СЧ;
- L2 дополнительно подрезает низкие частоты, проникающие после фильтра (C2+C3+C11)+L4+C12 (подобран экспериментально) – делает голос чистым и прозрачным не давая резонировать СЧ динамику. Убирает ощущение “недостаточности высоких частот” из-за чего добавляют эквалайзером ВЧ и палят ВЧ динамик.
С8+С1+С7 смещается ниже частота среза НЧ фильтра (враки, не воспроизводит нормально НЧ динамик частоты выше примерно 800 Гц.
Теперь, откуда взять провод и каркас для катушек. Каркас взял разобрав видеокассету и скинув за 5 минут с нее пленку. Провод взял от катушки пускателя на 36 В (если есть знакомый электрик на большом предприятии то не проблема – нужно 2 штуки). Диаметр провода примерно 0,45-0,55 мм, так как на СЧ протекают маленькие токи, то этого провода вполне достаточно. Можно разобрать и другую подходящую катушку, 120 витков на каркас бобинки видеокассеты – 0,32 мГн. Для получения 0,77 мГн – около 190 витков.
Делал так – наматывать старался сразу больше “культурным навалом” – виток к витку не обязательно, а затем сбрасывал витки до нужной индуктивности, не отсоединяя щупы контролируя процесс программой RLC фильтр. Или (если оказывалось меньше) изолировал зачищенный участок кусочком изоленты и добавлял предпологаемое число витков, а затем отматывал назад до нормы.
Немного о приколбасе к программе RLC фильтр. Не обязательно подбирать очень точно 100 Ом (расположить возле крокодильчиков). Все равно звуковая карта окажется слабовата. И еще, шнур, идущий на вход микрофона, лучше сделать экранированным, а с выхода звуковой карты можно взять от наушников. Общая длина прикалбаса должна составить 1-1,5 м (чтобы дотягиваться до катушек в колонке). Перед намоткой своих катушек показания программы нужно откалибровать – измерить имеющуюся катушку в колонке (отпаяв от нее один конец) и вычислить коэффициент поправки.
Пример: L3 = 0,17 мГн, а показывает 0,19 мГн. Значит 0,19/0,17=1,12. Так же проверяете на катушке L2 и выбираете средний коэффициент. Значит когда будите мотать 0,56 мГн показать должно 0,627 мГн, а 1,3 мГн – 1,456 мГн.
При проверке колонок заднюю стенку прикрутить хотя бы 4-мя шурупами! Если все динамики рабочие (а не застрявшие ВЧ на керне, и не цепляющийся СЧ за керн, обогащающий звук призвуками) схема работает сразу.
Расчет предпологает, а Бог распологает…….
- Сместил частоту раздела фильтров СЧ/НЧ и сдвинул их ближе друг к другу – в результате стали правильно слышны голос певца, напряженные средние частоты (между СЧ и НЧ) и щелчки пластинки. (Это индикаторные показатели).
- Сдвинул друг к другу частоты раздела фильтров ВЧ и СЧ. Результат – голос стал более естественным.
При разработке фильтров инженеры завода были не дураки ,но экономисты сэкономили 2% от стоимости колонок на фильтре и мы имеем то, что имеем…
Вариант фильтра окончательный ,изменения в схему вноситься больше не будут:
Сведение фильтров
Теперь начинается финальный этап — сведение фильтров. Пора намотать катушки… или не намотать? Мотать всегда лень, нет провода, каркасов, конкретных значений индуктивности. В виду этих причин поискав в хламе нашлись пары катушек на 0,8 мкг и 3 мкг — на них и пришлось строить. В крайнем случаи всегда же можно домотать или отмотать лишнее.
По графику видно, что раздел попал в район 1,8 кгц, что вполне вписывается в задуманные границы. Подбором конденсаторов удалось добиться следующего импеданса. На частоте раздела имеется два бугорка, но их высота меньше полу ома — это не критично. Это не конечный его вид, в последствии был несколько увеличен резистор в цепочке Цобеля пищалки.
На приведенных выше картинках АЧХ как самого фильтра, так и АЧХ динамиков с его включением.
Что такое электрический фильтр
Электрический фильтр — это устройство для выделения желательных компонентов спектра (частот) электрического сигнала и/или для подавления нежелательных. Для остальных частот, которые не входят в полосу пропускания, фильтр создает большое затухание, вплоть до полного их исчезновения.
Характеристика идеального фильтра должна вырезать строго определенную полосу частота и «давить» другие частоты до полного их затухания. Ниже пример идеального фильтра, который пропускает частоты до какого-то определенного значения частоты среза.
На практике такой фильтр реализовать нереально. При проектировании фильтров стараются как можно ближе приблизиться к идеальной характеристике. Чем ближе характеристика АЧХ к идеальному фильтру, тем лучше он будет исполнять свою функцию фильтрации сигналов.
Фильтры, которые собираются только на пассивных радиоэлементах, таких как катушка индуктивности, конденсатор, резистор, называют пассивными фильтрами. Фильтры, которые в своем составе имеют один или несколько активных радиоэлементов, типа транзистора или , называют активными фильтрами.
В нашей статье мы будем рассматривать пассивные фильтры и начнем с самых простых фильтров, состоящих из одного радиоэлемента.
Фазировка динамиков
На этом сведение подходит в концу. Остается только определиться с фазировкой динамиков. Тут есть как минимум три способа: на слух, по форме АЧХ и по фазовому сдвигу на частоте раздела. Если у динамиков АЧХ и ФЧХ в меру линейная, и фильтр фазу на разделе сильно не накручивает, то при смене правильной фазы на неправильную на частоте раздела появится глубокий провал, пропустить его сложно. В таком случае стоит подгонять фазу по по ее сдвигу. Сделать это можно осциллографом подавая на горизонтальную развертку сигнал с усилителя, а на вертикальное отклонение с микрофона.
Подают на вход усилителя синус с частотой раздела и не меняя взаимного расположения микрофона и колонки переключают ВЧ и НЧ динамики. По одинаковости фигур Лиссажу делается вывод о равенстве фаз излучателей. Этот метод хорошо подходит для фильтров первого порядка. С кривизной наших динамиков этот метод себя не оправдывает, поэтому сравниваем АЧХ при разной фазировке.
Второй вариант заметно хуже. Однако и первый не предел мечтаний, но так как двигать индуктивности катушек не просто, а ковыряться дальше уже лень, то все было оставлено как есть.
Сборка фильтров
В завершение пару слов про сборку. В фильтре применяются сравнительно большие емкости, 20 мкф, 27 мкф, а места в корпусе и так не много, бумаги или пленки не набрать. Приходится ставить электролиты. И если в фильтре НЧ звучание от их применения пострадает не сильно, а в цобеле их можно и вовсе не услышать, то в фильтре ВЧ звучанием конденсаторов пренебрегать опасно. Именно по этой причини были применены бумажный МБГЧ и пленочный К73-16, а все электролиты зашунтированы бумажными МБГО на 4 мкФ.
Не стоит увлекаться параллеленьем сильно разных конденсаторов. Основной критерий здесь тангенс угла потерь. Если к примеру поставить в шунт к бумажному конденсатору аудиофильский полипропилен, то скорее всего вылезут верха и будут они кислотные. Вероятно тут можно составить аналогию с внутренним сопротивлением, сравнив с ним тангенс угла потерь: чем он меньше, тем больше через конденсатор пройдет сигнала, а поскольку емкость у такого высококачественного конденсатора меньше, то через него пройдет только высокочастотная часть сигнала, отсюда и имеем повышенные уровень верхов. Но это только аналогия, для лучшего понимания влияния шунтов на звук.
Про то как надо разносить катушки и какой толщины применять провода статей написано предостаточно, повторяться здесь не буду. Проще показать картинку (тут неправильно припаян цобель высокочастотника, он должен стоять после резистора).
Одноэлементные фильтры
Как вы поняли из названия, одноэлементные фильтры состоят из одного радиоэлемента. Это может быть либо конденсатор, либо катушка индуктивности. Сами по себе катушка и конденсатор не являются фильтрами — это ведь по сути просто радиоэлементы. А вот вместе с выходным сопротивлением генератора и с сопротивлением нагрузки их уже можно рассматривать как фильтры. Здесь все просто. Реактивное сопротивление конденсатора и катушки зависят от частоты. Подробнее про реактивное сопротивление вы можете прочитать в этой статье.
В основном одноэлементные фильтры применяются в аудиотехнике. В этом случае для фильтрации используется либо катушка, либо конденсатор, в зависимости от того, какие частоты надо выделить. Для ВЧ-динамика (пищалки), мы последовательно с динамиком соединяем конденсатор, который будет пропускать через себя ВЧ-сигнал почти без потерь, а низкие частоты будет глушить.
Для сабвуферного динамика нам нужно выделить низкие частоты (НЧ), поэтому последовательно с сабвуфером соединяем катушку индуктивности.
Номиналы одиночных радиоэлементов можно, конечно, рассчитать, но в основном подбирают на слух.
Для тех, кто не желает заморачиваться, трудолюбивые китайцы создают готовые фильтры для пищалок и сабвуфера. Вот один из примеров:
На плате мы видим 3 клеммника: входной клеммник (INPUT), выходной под басы (BASS) и клеммник под пищалку (TREBLE).
