Времякогерентная 2-х полосная АС из дешевки или правильная доработка акустической системы (часть 2)

Продолжаю описание процесса доработки недорогой акустической системы SVEN. В предыдущей статье я писал о результатах акустических измерений АС. Также были смоделированы характеристики АС в программе LspCAD для оценки потенциала доработки. Выяснилось, что твитер лучше заменить на другой, с более низкой резонансной частотой. Это связано с тем, что частота раздела полос для получения ровной АЧХ должна быть меньше 2.5 кГц, т.к. АЧХ мидбаса не позволяет сделать ее выше.

Твитер

С одного из проектов у меня остался относительно недорогой твитер Wavecor TW022WA05-01. Его резонансная частота по паспорту равна 775 Гц, что существенно ниже резонансной частоты оригинального, свеновского, твитера. Его и попробую интегрировать с мидбасом.

Рис. 1. Wavecor TW022WA05-01

Неравномерность АЧХ  твитера укладывается в +/- 2 Дб в полосе от 2 до 20 кГц, что очень даже неплохо (см. Рис. 2). Судя по импедансу, резонансная частота твитера соответствует паспортному значению (Рис. 3).

Рис 2. Измеренная АЧХ Wavecor TW022WA05-01

Рис 3. Измеренный импеданс Wavecor TW022WA05-01

Проектирование кроссовера

Итак, выполнены все необходимые измерения динамиков для проектирования кроссовера и оптимизации характеристик в программе LspCAD. Можно приступать к самому интересному и ответственному этапу. 

Приблизительный расчет кроссовера можно сделать на этом ресурсе. Почему приблизительный? Потому что он верен только для идеальных динамиков, с линейной АЧХ и импедансом. 

Доверяя опыту Troels Gravesen в изготовлении качественной акустики, который пишет в своей статье:

Making the stepped baffle and implementing a true LR2 filter made a world of a difference. Suddenly music started flowing and sense of depth and perspective improved vastly. I never heard the difference between a flat baffle/2nd-3rd order crossover and a stepped baffle/true LR2 filter so clearly. It's night and day. (Создание ступенчатой панели и реализация настоящего фильтра LR2 сделали мир другим. Внезапно музыка начала течь, и ощущение глубины и перспективы значительно улучшилось. Я никогда не слышал столь четкой разницы между плоской панелью + кроссовер 2-го и 3-го порядка и ступенчатой ​​панелью  + фильтр LR2. Ночь и день.)

я выбрал фильтр Линквица-Райли 2 порядка с частотой раздела 2500 Гц, получив следующие значения, см. Рис 4.

Рис 4. Приблизительный расчет кроссовера

Эти значения и внес в LspCAD для кроссовера в первом приближении (замечу, что твитер включен в противофазе мидсабсовому драйверу).

Рис. 5. Схема пассивного кроссовера до оптимизации

Как можно убедиться по Рис. 6, АЧХ системы, при таких параметрах кроссовера, далека от возможного идеала (все графики ниже по тексту - это результат моделирования АС в программе, а не реальных измерений.)

Рис. 6. АЧХ акустики с приблизительным расчетом кроссовера (акустические центры драйверов совпадают)

На АЧХ, без учтенной разницы в чувствительности динамиков, появился существенный подъем амплитуды в области СЧ-ВЧ, и это еще при условии, что акустические центры динамиков совпадают. Поведение фазы  (пунктирная линия) выглядит вполне себе неплохо. Но что будет если акустические центры разнести, как на реальной АС (расстояние между фактическими центрами динамиков - 120 мм (dY), смещение акустических центров - 23 мм (dZ). Смотрим Рис. 7.

Рис. 7. АЧХ акустики с приблизительным расчетом кроссовера (акустические центры драйверов разнесены, как в реальной АС)

На первый взгляд изменения незначительны - появился небольшой подъем АЧХ в области раздела полос, немного поднялся уровень ВЧ. А вот ФЧХ изменилась существенно, резко устремившись вверх, что не лучшим образом скажется на формировании сцены и локализации источников.

Вот теперь можно заняться оптимизацией параметров кроссовера для получения максимально гладкой АЧХ и приемлемой ФЧХ. 

Сведение выполнялось для расстояния 2 метра от АС до точки прослушивания. В итоге, после небольшой автоматической оптимизации АЧХ в LspCAD, был смоделирован следующий кроссовер, см. Рис. 8. Частота раздела полос составляет 2 кГц (увы, достаточно низко, хотелось бы чуть выше). Если кого-то смущает частота раздела в 2 кГц, потому что никто, как правило, эту частоту раздела не использует при разделении полос, то рекомендую прочитать эту статью.
Отмечу, что для согласования драйверов по чувствительности я не стал применять L-pad аттенюатор, а включил последовательно резистор 5 Ом, таким образом убив двух зайцев: уменьшится отдача твитера и исключается падение импеданса на ВЧ, ввиду того, что твитер имеет сопротивление 4 Ом, а не 6 Ом, как у мидбаса.

Рис. 8. Кроссовер после оптимизации (R1011 и R2031 сопротивления индуктивностей)

Рис. 9. Суммированная АЧХ акустики поле оптимизации кроссовера в LspCAD

Я не ставил себе цель получить максимально ровную АЧХ. Думаю, что при желании ее можно еще больше сгладить, введя дополнительные цепи коррекции  (по этой теме советую прочитать книгу "Любительские громкоговорители 3" Бать С.Д.). Плюс мне не нравится применение большого количества реактивных элементов на пути от усилителя до динамиков. Помимо того, что такие цепи не всегда могут в положительную сторону отразиться на звуке, вдобавок они существенно удорожают кроссовер. Правильнее все-таки применять динамики с ровными АЧХ в "своей" области частот.

Рассчитанный импеданс акустики (Рис. 10) не опускается ниже 6 Ом, следовательно АС будет легкой нагрузкой для усилителя.

Рис. 10. Расчетный импеданс АС

На что особенно стоит обратить внимание при оптимизации АЧХ, так это на характеристики ФЧХ (Phase response) и ГВЗ (Group Delay). Гладкая АЧХ абсолютно не гарантирует хорошие ФЧХ и ГВЗ, но в итоге именно от них будет зависеть, насколько хорошо АС будет прорисовывать сцену и формировать эффект присутствия. Влиять на эти параметры можно через задержку для ВЧ, смещая акустические центры динамиков (dZ) от вертикальной плоскости в глубину. Необходимо добиться, чтобы индивидуальные ФЧХ драйверов были максимально близки друг к другу в области раздела полос (см. Рис. 11). Т.е. динамики в этой области частот будут работать практически синфазно.

Рис. 11. Индивидуальные ФЧХ драйверов

При этом характеристика ГВЗ (Рис. 12) в той же области должна быть максимально равномерной (без всплесков).

Рис 12. Расчетная характеристика группового времени задержки (Group Delay)

На этом пока все. Теоретические расчеты и эксперименты можно переводить в реальную плоскость. О том, как установить правильное смещение драйверов (dZ) для реальной АС, читайте в следующей статье.

Остальные статьи по теме:
Часть 1
Часть 3