Меня периодически спрашивают про методику настройки и согласования динамиков многополосной акустической системы для выполнения условия по время когерентности. Чтобы не отвечать всем, т.к. тема очень обширная, я решил написать серию статей, в которых на примере дешевой пассивной 2-х полосной АС SVEN HP-780S максимально подробно опишу весь процесс доработки до состояния, когда уже "не стыдно" за звук :). Несмотря на то, что доработанная АС (при использовании пассивных фильтров 2-го порядка) не будет фазолинейной и обладать идеальной АЧХ, тем не менее временная когерентность излучения драйверов в области совместного действия - это уже очень близко к идеалу, хоть и с некоторым компромиссом.
Почему именно эта акустика? Все просто - ее абсолютно не жалко раздербанить для экспериментов и у нее неплохой корпус со скругленными боковыми гранями, требующий лишь небольших доработок. Тем не менее звучание акустики "по дефолту", мягко говоря, не очень... Ощущение, что она играет из бочки - бас пустой и гулкий, верхний СЧ диапазон придавлен, сцена размыта, нет эффекта присутствия. Слушать что-либо на такой АС очень скучно и вредно для формирования правильного слуха.
Замеры характеристик АС до доработки
Чтобы понять, с чем придется иметь дело, провожу замеры АЧХ (Рис. 1) и ПХ (Рис. 2). Расстояние от АС до микрофона - 1 м. Микрофон расположен на оси твитера.
Рис 1. Амплитудно-частотная характеристика АС до доработки
На АЧХ имеется плавный провал в области СЧ с последующим подъемом амплитуды до 16 кГц. Неравномерность на низких частотах большей частью обусловлена резонансами комнаты, в которой проводились измерении (при измерении АЧХ мидбаса в ближнем поле, характеристика существенно выравнивается).
Рис 2. Переходная характеристика АС до доработки
На ПХ видно, что динамики включены синфазно - отклики твитера и мидбаса направлены в одну сторону
(а это уже интересно... как правило, в таких системах используется фильтр Баттерворта/Линквица-Райли 2-го порядка и правильным считается противофазное включение драйверов). Отклик твитера существенно опережает по времени отклик мидбаса, что впрочем не удивительно, учитывая расположение драйверов на одной вертикальной плоскости. Переворот акустики на 180 градусов, когда микрофон находится на оси мидбаса, недостаточен для компенсации временной задержки за счет увеличения расстояния до твитера и уменьшения расстояния до мидбаса.
Кроссовер
Схема кроссовера акустики представлена на Рис. 3, внешний вид кроссовера на Рис. 4.
Обратите внимание на расположение катушек индуктивности. Можно простить применение электролита в НЧ фильтре, но такое расположение катушек - нет!
Рис 3. Принципиальная схема кроссовера (R1011 и R2031 - сопротивление индуктивностей).
Рис 4. Внешний вид кроссовера
Кроссовер в данной АС представляет собой типичный фильтр 2 порядка (но почему включение драйверов синфазное!? ладно смотрим дальше...). Твитер подключен через делитель напряжения (R2041/R2051) для согласования чувствительности драйверов.
Акустические измерения драйверов
Отпаиваю кроссовер, провожу измерения АЧХ и импеданса динамиков (при замере АЧХ динамики из корпуса не доставал). На Рис. 6 и 7 приведены АЧХ и импеданс мидбаса, на Рис. 9 и 10 твитера.
Рис. 5. Внешний вид мидбасового динамика
Рис. 6. АЧХ мидбаса
Рис 7. Импеданс мидбаса
Резонансная частота мидбаса равна 60 Гц. На АЧХ идет спад с 2 кГц, что не позволяет выбрать частоту раздела выше 2.5 кГц. В реальности она должна быть даже ниже. "Сшивать" такой динамик с твитером ой как непросто, ввиду высокой резонансной частоты твитера (как правило).
Рис 8. Внешний вид твитера
Рис. 9. АЧХ твитера
Рис. 10. Импеданс твитера
АЧХ твитера приемлемая, если бы не резкий всплеск амплитуды на 15 кГц. Резонансная частота составляет 1.4 кГц, что достаточно высоко, и частота раздела для такого твитера должна быть значительно дальше 1.4 кГц, примерно 3-4 кГц.
Очевидно, что эти динамики невозможно согласовать для получения относительно ровной АЧХ в области от 200 до 20000 Гц и низким коэффициентом нелинейных искажений.
Моделирование и анализ характеристик АС в LspCAD
Импортирую значения измерений в LspCAD для программного моделирования характеристик АС с родным кроссовером. На Рис. 11 представлены смоделированные характеристики АЧХ и ПХ.
Рис 11. Рассчитанные в LspCAD АЧХ и ПХ акустики
Характеристики акустики, схожие с измеренными, получаются при сдвиге акустических центров твитера и мидбаса dZ~23 мм и расстоянии между фактическими центрами dY=120 мм. По рисунку можно установить, что частота раздела полос равна 3.5 кГц, что не является оптимальным для мидбаса.
На Рис. 12 приведен график группового времени задержки (Group Delay)
Рис. 12. Групповое время задержки АС, смоделированное в LspCAD
ГВЗ в области совместного действия драйверов скачет аки бык с матадором, что не лучшим образом сказывается на формировании сцены и эффекта присутствия. Ни о какой когерентности излучения драйверов и речи быть не может.
Но что произойдет, если изменить полярность твитера на корректную (в противофазе)? Смотрим Рис. 13.
Рис. 13. АЧХ акустики при противофазном включении драйверов
Оказывается, что в этом случае на АЧХ возникает сильный провал, и вдобавок конвульсивная ФЧХ. Хитрые китайцы, вместо того, чтобы сделать все по-уму, совместив акустические центры динамиков и выбрав другую частоту раздела, пошли по пути наименьшего зла :). Ну хоть измерили свое творение и выбрали оптимальный вариант.
Выводы
1. Ввиду неудовлетворительных характеристик отнести данную АС к Hi-Fi уровню никак нельзя.
2. Применяемые в акустике динамики невозможно интегрировать друг с другом для получения приемлемых характеристик из-за сильного завала АЧХ мидбаса на допустимой для твитера частоте радела полос.
3. При доработке АС твитер придется заменить на другой, с резонансной частотой ниже 1 кГц.
Что дальше?
На этом, пожалуй, первую часть можно завершить. Что планируется дальше:
1. Подбор и замена твитера на более подходящий из недорогих. Затем моделирование и оптимизация характеристик в LspCAD под новый твитер и кроссовер, и тестовая сборка кроссовера с последующими измерениями.
2. Доработка корпуса для смещения динамиков относительно друг друга (под мидбас будет сделана дополнительная подложка из фанеры, чтобы совместить акустические центры драйверов с учетом ФЧХ фильтров).
3. Расчет и добавление фазоинвертора для повышения отдачи на НЧ и виброизоляция стенок корпуса.
Остальные статьи по теме:
Часть 2
Часть 3
Комментарии
Отправить комментарий