Заметки о проектировании АС. АЧХ. Румкоррекция.

Кажется очевидным то, что аудиофилы-самодельщики понимают, что без хороших акустических систем (АС) им не обойтись. Тем более удивительно, что до сих пор взгляды большинства из них на критерии качества АС  существенно различаются. И более того – до сих пор не ясно, какие методы проектирования АС приводят к гарантировано хорошим результатам.

Теория относительности” АЧХ

Даже небольшого опыта прослушивания достаточно, чтобы заметить  разницу между воспроизведением одной и той же музыки разными АС. При этом, если верить данным производителей, основной параметр – амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) этих разных АС почти всегда близки к идеалу и очень похожи.

Поэтому многие самодельщики приходят к тому выводу, что проблема “ровной” АЧХ уже практически решена, а качество воспроизведения зависит только от конструкции и материалов динамиков, корпусов и разделительных фильтров.

Но действительно ли все в порядке с АЧХ? Независимые измерения не подтверждают оптимистических параметров, заявленных производителями. Каждая модель АС имеет реально свою “кривую” АЧХ, разительно отличающуюся от “аналогично- кривых” характеристик других АС и мой скромный опыт показывает, что это характерно для всех ценовых групп. Разница в звучании при воспроизведении одной и той же музыки разными АС – очевидна. Но при этом АЧХ от “производителей” всегда одинаково-ровные. 🙂

Удивительно, но эти “одинаково-ровные” АЧХ – в общем-то правдивы. Для рекламных проспектов измерения обычно производятся по методикам, обеспечивающим “правильный” вид характеристик. Например, можно провести измерения при повышенной скорости сканирования рабочего диапазона частот что усреднит и сгладит пики и провалы  АЧХ в процессе снятия характеристик.

Но гораздо интереснее другое – почему же одна “кривая” (по АЧХ) модель АС звучит хорошо, а другая вроде как более “ровная” – воспроизводит музыку гораздо хуже?

Получается, что даже независимые,”честные” 🙂 измерения хоть и позволяют представить реальную АЧХ акустики в реальной комнате, но не раскрывают ее связь с конкретными особенностями звучания.

Почему, обладая всем необходимым, разработчики не создают идеальных АС? Ведь по идее – “идеал”, эталон – только один! И вроде как очевидно, что все АС, близкие к эталону, должны звучать примерно одинаково (хорошо).

Некоторые проблемы метрологии и их влияние на конечный результат.

Я считаю, что основная проблема в том, что любой способ проведения измерений неизбежно дает целый комплекс разнообразных ошибок. Самые “вредные” ошибки – методические, то есть связанные с несовершенством самого метода измерений.

Существует ряд общепринятых методик измерения АЧХ. Одна из основных – настройка АС в заглушенной, безэховой камере.

При проведении таких измерений принципиально важны методические особенности. Например – где располагать микрофон относительно АС. Обычная рекомендация – на “акустической оси”, на расстоянии 1 метр от акустической системы. А где точно проходит эта “ось” в случае трехполосной АС? Вряд ли перед ВЧ динамиком. Тогда, видимо, правильнее разместить микрофон на “оси” СЧ динамика. А если сместить микрофон немного выше или ниже, то для одной и той же АС получим множество различных АЧХ. На какую из них ориентироваться? Почему-то в этом методе проведения измерений принято считать, что слушатель обязательно услышит “измеренную” АЧХ, то есть поместит ухо именно туда, где при измерении располагался микрофон 🙂

Но ведь – в обычном помещении на НЧ и “нижних” СЧ АС активно взаимодействуют с полом и потолком, влияние которых в безэховой камере отсутствует. Взаимодействие АС с помещением влияет на звучание принципиально – но его конкретные проявления настолько разнообразны, что даже не могут быть представлены посредством точной математической модели.

Более того, суммарная АЧХ стереопары существенно отличается от АЧХ одной АС, а общепринятые методики настройки АС не учитывают этого обстоятельства. Например – при стереовоспроизведении голоса вокалистов обычно локализуются в центре звуковой сцены, то есть воспроизводятся обеими АС стереопары. Я считаю очевидным и методически верным то, что даже для настройки уровня и тем более для получения разборчивой и “ровной” передачи голосового диапазона необходимо контролировать итоговую АЧХ обеих АС.

Есть и другие, вроде бы логичные и методически адекватные методы – например настройка АЧХ и ФЧХ по импульсным сигналам. Но и при этом – работая казалось бы по одинаковым алгоритмам, специалисты почему-то получают разные звуковые результаты. 

Даже учитывая только эти “нестыковки” можно сделать вполне уверенные выводы:

  • Во-первых, методика проведения акустических измерений – “волюнтаристична” – то есть произвольно не точна. При упомянутых мной методических допусках даже  “индивидуально-тонально-ровные АС” в обычном акустически неподготовленном помещении всегда дадут неровную итоговую АЧХ.
  • Во-вторых – получается совершенно очивидно, что результат работы зависит не только от метода измерений, но и от личного опыта конструктора АС. Мне известно множество превосходных АС, разработанных “традиционными” способами и во всех этих случаях общее было то, что разработчики этих АС были (и есть 🙂 ) выдающиеся профессионалы, любящие музыку и обладающие развитым музыкальным вкусом.

Примечание по поводу румкоррекции

Действительно высококачественное звуковоспроизведение в произвольном акустически неподготовленном помещении требует или подготовки помещения – то есть коррекции архитектурных особенностей и проведения акустической обработки соответствующими материалами и (или) обязательного наличия в составе звуковоспроизводящей аппаратуры некоторого модуля аппаратно-программной интерактивной румкоррекции. На всякий случай уточню – именно интерактивной румкоррекции.

Сейчас широко применяется адаптивная румкоррекция – то есть звуковоспроизводящая система оснащается небольшим измерительным комплексом, который обычно состоит из микрофона и сигнального процессора. На этапе калибровки системы микрофон размещается на месте слушателя и (иногда) поочередно в различных местах комнаты, сигнальный процессор генерирует некие сложные сигналы и фиксирует “отклик” от микрофона. Таким образом присходит создание матрицы данных для необходимой коррекции АЧХ и ФЧХ системы в заданных частотных и амплитудных диапазонах и воспроизведение происходит с учетом калибровочных данных. При изменении акустической обстановки в комнате необходимо проведение перекалибровки.

Интерактивная румкоррекция предполагает постоянную подстройку системы под имеющиеся акустические условия. В идеале – изменение акустических условий в помещении не должно быть заметно для слушателя. Проще говоря, если в процессе прослушивания музыки в комнату кто-то занес например шкаф или вынес из нее кресло – то слушатель может заметить изменение обстановки, но не должен заметить изменений в звучании системы 🙂

Октябрь 2022 г.Владивосток

Upgrade акустики KEF Reference Model Four

Уже довольно долго во Владивостоке живет Виталий – увлеченный творческий энтузиаст-аудиофил, с “правильными” руками и трезвым рассудком.

Виталий имеет богатый опыт в изготовлении кабелей, сборке и ремонте МС трансформаторов, проигрывателей винила, “рекаппинге” (recapping) усилителей мощности и предусилителей.

Весной этого года он поставил цель – провести разумный и эффективный upgrade и (может быть) некоторую доработку имеющейся в его системе акустики KEF Reference Modеl Four, выпуска 90-х годов прошлого века.

Из очевидно слышимых причин уже назревшей необходимости upgrade – ощутимый недостаток ВЧ и гулкость, расплывчатость звучания на НЧ. При этом звучание системы в целом – объемное, ровное, увлекающее. Помещение для прослушивания акустически обработано верно.

Сдерживающие факторы – небольшой опыт в подобной работе с АС, отсутствие требуемой измерительной аппаратуры и навыков проведения измерений, необходимых в процессе отладки.

Решение – пригласить меня в качестве консультанта и метролога 🙂

Акустика KEF Reference Mоdel Four устроена довольно оригинально. Вот здесь можно почитать о ней более подробно. На первый взгляд – внешний вид вполне традиционно – обычен:

А вот внутренее устройство – весьма не тривиально:

Как видно – то, что снаружи выглядит как порт фазоинвертора – таковым не является, НЧ динамики расположены во внутреннем объеме в комбинированном оформлении – ЗЯ, bandpass и ФИ одновременно 🙂

Фото и схема “старых” разделительных фильтров

Принципиальная схема разделительных фильтров акустики KEF Reference Model Four

Видно, что фильтры довольно многополосны и весьма “ветвисты” 🙂 , что отчасти объясняется особенностями акустического оформления. Я не увидел необходимости в коррекции частотного диапазона полос фильтров, пересчете номиналов элементов и последующей “пересшивке” полос. Тут разработчики потрудились весьма искусно и вмешиваться в результат их труда нет никакого смысла.

Было принято решение ограничиться (всего лишь) следующим

  • Заменить все конденсаторы и резисторы и пересобрать фильтры навесным монтажом. Убрать фильтры из внутреннего объема акустики и разместить их в во внешних коробах, которые будут крепиться к задним стенкам акустических систем.
  • Заменить контактные клеммы – терминалы.
  • Заменить всю внутренюю проводку.
  • Задемпфировать и акустически обработать внутрение поверхности корпусов акустических систем и корзины динамиков.

Что и было сделано Виталием 🙂

Собраны новые фильтры, для них изготовлены и закреплены на задних стенках внешние короба, заменена вся внутреняя проводка

Сделана механическая и акустическая доработка корпусов, корзины динамиков оклеены акустическим войлоком. Вырезы для крепления клеммных колодок на задних стенках корпусов были аккуратно закрыты фанерными вставками, внутренние поверхности корпусов задемфированы Шумоff, герметиком и акустическим войлоком. Свободный объем коробов, в которые установлены “новые” фильтры – заполнен демпферным материалом. Установлены новые высококачественные медные клеммы-терминалы.

Доработка в высшей степени благотворно сказалась на звучании акустики. Края дипазона слышимо расширились и особенно это стало заметно в ВЧ диапазоне. СубНЧ и НЧ “подсобрались”, стали более динамичными, четкими и разнообразно-детальными. СЧ область, голосовой диапазон стал более объемен, выразителен и “многослоен”. ВЧ – как бы “заново проявились”, их уровень стал ровно таким, сколько нужно – не больше и не меньше. Доработка полностью оправдала себя, акустика вышла на принципиально более высокий уровень.

Зависимость импеданса акустики от частоты.

График зависимости импеданса акустики KEF Reference Model 4 от частоты. Левый и Правый каналы.

АЧХ акустики, снятая в ближнем поле в реальной комнате для прослушивания.

АЧХ акустики KEF Reference Model 4. Сглаживание 1/3 октавы. Ближнее поле, комната для прослушивания.

Июнь…Сентябрь 2022 г. Владивосток

Небольшая полочная акустика на TB W8-2145

От прошлых опытов у меня осталась пара ШП динамиков Тang Band W8-2145. Это одни из немногих широкополосников, которые играют ровно, спокойно, без очевидно-явного назойливого выделения СЧ и особенно верхней СЧ областей. Некоторая неравномерность конечно присутствует, но в общем и целом на мой слух – все довольно терпимо по сравнению с аналогичными ШП динамиками.

В начале лета я удачно заказал в дружественной мастерской пару небольших полочных корпусов. Корпуса приехали в августе и я поставил их в комнате на заметное место – для того, чтобы иногда натыкаться на них (взглядом) и напоминать себе, что с ними пора уже что-то сделать. 🙂

Август этого года во Владивостоке выдался на удивление дождливый и “тепло-удушливый”. Влажность 100% и температура воздуха под 29 градусов – то еще сочетание – из прохладного помещения с кондиционером на улицу выходить совсем не хочется. “Световой день” при такой погоде выглядит очень странно – жарко, мокро и пасмурно, солнца мало. Настроение в эти “летние деньки” – довольно депрессивное. Охлажденный сухой германский рислинг конечно помогает, но не надолго. В общем – “… Туман, сэр. (с) 🙂 …”

Итак, в очередной раз наткнувшись в душных сумерках на пару пустых корпусов, притаившихся в углу комнаты – я решил что уже точно пора что-то с ними сделать. И вообще – мне не нравится, когда корпуса пылятся в углу, а динамики лежат без дела в шкафу. Хорошо, что все предварительные расчеты были сделаны до заказа корпусов 🙂 , а Шумоff и синтепон оказались в наличии – поэтому обработка внутренней поверхности и настройка фазоинверторов не заняли у меня много времени. В итоге – через несколько дней я уже слушал симпатичную пару хороших широкополосных полочников.

Основные технические характеристики динамиков Tang Band W8-2145:

  • Магнитная система – феррит, с алюминиевой фазовыравнивающей “пулей”.
  • Материал диффузора – бумага, Материал подвеса – сантопрен (специальная легкая силиконовая резина).
  • Диапазон воспроизводимых частот: 40 Гц…20 кГц
  • Сопротивление по постоянному току [Re]: 6.8 Ω
  • Резонансная частота [fs]: 40 Гц
  • Чувствительность [1 Вт⁄1м]: 90 дБ
  • Эквивалентный объем [Vas]: 67.67 л
  • Полная добротность [Qts]: 0.45
Зависимость импеданса динамика TB W8-2145 от частоты.
Зависимость импеданса полочной акустики на динамике TB W8-2145 от частоты.
  • Частота настройки акустического оформления (ФИ) = 48 Гц
  • Итоговая добротность акустического оформления = 0.89
  • Габариты акустики 42см (в) х 25.5см (ш) х 28см (г), вес каждой ~ 16 кГ
АЧХ акустики на динамике TB W8-2145 без корректирующего фильтра, центр комнаты, “качающийся” микрофон на расстоянии 1м, сглаживание 1/3 октавы.

В целом звучание – спокойное (не яркое и не сибилятивное), субъективно ровное с некоторым акцентом в голосовой области и сглаженной подачей ВЧ. Корректирующего фильтра нет, но при необходимости расширить стилевые предпочтения его можно установить, чувствительность после этого немного уменьшится. Такая акустика – находка для любителей классики, старого джаза, вокала и будет хорошим компаньоном для небольшого усилителя на лампах, например с выходным каскадом на пентоде.

Несколько фото. Качество фото – весьма посредственное, но это объяснимо. Духота, сумерки и туман. 🙂

P.S. Вторая пара клемм предназначена для (возможного) подключения супертвиттера.

Август 2022 г.Владивосток

Моя Система в Развитии. Акустика.

Акустика была анонсирована в октябре 2021 года. Здесь и сейчас – более подробный рассказ и (уже осознанные) 🙂 впечатления.

Итак, на начало 2021 года практически вся моя личная акустика, включая замечательные полочники на 8″ Eminence и 6.5″ ШП Tang Band уехали к новым счастливым владельцам. В итоге я остался один на один с вот таким набором динамиков: 12″ Woofer Eton Orchestra, 8″ Full Range Tang Band 2145 и парой ленточных твиттеров NeoX 2.0 от Fountek. Большие “тестово-отладочные” корпуса тоже остались у меня. (Как оказалось – ненадолго). Я довольно быстро собрал трехполосную акустику с “широкой” серединой и неторопливо проводил опыты с разделительными фильтрами, внимательно отслушивая разные варианты, а примерно в октябре 2021 года мой набор динамиков переселился в новые, специально изготовленные для них корпуса. Эти корпуса изначально разрабатывались так, чтобы можно было легко и (сравнительно) быстро изменить оформление НЧ звена между ЗЯ, ФИ и ПАС. В качестве ПАС я в очередной раз применил “знаменитый” Flow Resistor от ScanSpeak. Такой же Flow Resistor я применил и в оформлении СЧ звена.

В процессе “переселения динамиков” неожиданно открылась “страшная тайна” ленточных твиттеров Fountеk – а именно то, что они примерно через месяц интесивной эксплуатации заметно (до -6db) и, к сожалению, в разной степени теряют свою отдачу. Эта неприятная особенность вызвана растяжением ленты и снижение отдачи можно скорректировать, немного “подтянув” ленту. Иструкцию о том, как это делается можно легко найти на просторах интернета, но сразу скажу – если у вас нет необходимой сноровки и терпения, а так же измерительного оборудования – я настоятельно не рекомендую пытаться выполнить эту процедуру самостоятельно. В итоге, эта открывшаяся “страшная тайна” сильно подпортила репутацию Fountek и дальнейшее применение их ленточных твиттеров в моих конструкциях не планируется 🙂 .

Итерация № 1. Фильтр – традиционный параллельный.

Схема “традиционного” варианта фильтра выглядит так –

В общем – ничего особенного, первый порядок с цепью Зобеля на НЧ, второй порядок на СЧ, третий порядок с аттеньюатором – на ВЧ. Такая конфигурация практически гарантирует “правильную”, гладкую АЧХ и умеренно-неравномерную Z-ЧХ.

Расчеты:

Измерения:

В общем, практически с первого раза все (вроде бы) получилось “хорошо и правильно”. Звучание акустики с такими фильтрами – ровное, в меру выразительное, в меру строгое с хорошо локализуемыми КИЗ и довольно ограниченной областью “sweet spot” – то есть пришлось подвигать акустику (и диван) по комнате и внимательно выбрать точку для сосредоточенного прослушивания. И еще одна особенность – динамики не очень чувствительные, поэтому возникли особые требования к требуемой подводимой мощности. И да, конечно это ловушка – после примерно третьей доработки усилителя я начал подозревать что проблема не в нем и пожалуй уже точно пора дорабатывать акустику, а не усилитель. Первая мысль – снизить порядок фильтров и таким образом улучшить отдачу. Но, как я уже упоминал ранее – на практике это решение почти всегда ошибочно. Дело в том, что при низкой частоте раздела между НЧ и СЧ из-за параллельного соединения звеньев фильтра происходит наложение пиков импедансов НЧ динамика и ШП динамика в СЧ звене, что заметно снижает итоговую добротность НЧ звена, то есть пик итогового НЧ резонанса становится ниже и шире. На графике зависимости импеданса от частоты это проявляется как некоторая “полочка” на “седле” 🙂 между резонансными НЧ пиками. Это могло бы быть хорошо и “полезно”, если бы не вполне отчетливо слышимая модуляция СЧ диапазона в зависимости от уровня НЧ составляющей сигнала на средней и высокой громкости звучания – КИЗ размываются, локализация источников звука теряется. Поэтому параллельные фильтры первого порядка при низкой частоте раздела НЧ и СЧ (ВЧ) – это не самое лучшее решение. И тут я вспомнил о таком интересном варианте, как последовательный фильтр.

Итерация №2. Последовательный фильтр.

Этот тип фильтров стал широко известен в начале 70-х годов благодаря докладу Richard Н. Small на одной из сессий Audio Engineering Society. В материалах доклада в частности была такая интересная таблица.

Приведенная выше часть таблицы относится к расчету номиналов последовательного фильтра первого и квази-второго порядков.

(Почти) окончательный вариант схемы последовательного разделительного фильтра

Измерения:

Импеданс последовательного фильтра без нагрузки, импедансы НЧ и ВЧ звеньев

Импеданс НЧ звена – оформление ФИ и ПАС

Итоговый импеданс

Первоначальная АЧХ. Отчетливо видна “яма” на нижних СЧ, то есть полярность СЧ ВЧ динамика нужно поменять. В свою очередь это означает, что порядок фильтра скорее второй, чем первый

Коэффициент гармоник @1V@1000Hz

Я применил квази-второй порядок НЧ-СЧ фильтра. Это несколько ухудшило равномерность АЧХ и Z-ЧХ, но позволило сохранить сфокусированность КИЗ в широком диапазоне подводимой мощности. Уже при первом включении я заметил, что акустика “дышит”, музыка свободно льется и при небольшом уровне громкости. Идея о доработке и “подборе” требуемой мощности усилителя потеряла актуальность.

Несколько интересных фото.

Параллельный фильтр –

Последовательный фильтр –

“Лишние” детали 🙂

Фото готовой акустики.

P.S. (Апрель 2022)

Немного подкорректировал номиналы элементов разделительного фильтра. По-прежнему, обошелся без пассивной аттеньюации – то есть резисторов в фильтре нет. АЧХ акустики в моей системе, снятая в месте прослушивания (на диване), НЧ оформление – ФИ, ШП СЧ динамик – без виззера. Обратите внимание на то, что в диапазоне 50 Hz…20 kHz отклонение АЧХ укладывается в 5dB. Интересен и ход АЧХ на частотах ниже 40 Hz – это к вопросам об итоговой АЧХ всей системы и акустической подготовке комнаты для прослушивания. 🙂

Январь…Март 2022 г. Владивосток

Внезапно (небольшой анонс)

В ожидании нового (красивого) корпуса:

Все-таки решил добавить ВЧ динамик.

АЧХ до и после, микрофон по центру. Видно, что whizzer улучшает равномерность АЧХ и компенсирует провал в области 10К. Но, если микрофон отклонить на 40…60 градусов, то АЧХ становится примерно-аналогичной АЧХ без whizzer’а. 🙂

В итоге – удаление whizzer’а и добавление “правильного” ВЧ динамика дает более гладкую АЧХ и более широкую и равномерную диаграмму направленности на ВЧ.

Июнь 2021 г.Владивосток

Иногда они возвращаются. На этот раз с супертвиттером.

Хороший вариант. Пропорции сторон корпуса немного изменены, остальное – как обычно 🙂 . Комплектующие для фильтра – Erse, Mills MRA12, Jantzen. Клеммы- Cardas, внутренняя разводка проводом Supra Classic. Корпус – МДФ18 (+10), шпон, матовый лак.

Март 2020 г. Владивосток

Upgrade акустики Pioneer CS-100

Примерно с пару месяцев назад меня пригласили на “смотрины” и небольшую прослушку очень интересной и пожалуй даже в чем-то уникальной акустики Pioneеr CS-100, экземпляр который был недавно привезен из Японии. По результатам прослушки комплект акустических систем был приобретен и у счастливого владельца возник закономерный вопрос – а можно ли что-либо улучшить в акустике, которой в общем-то уже примерно 40 лет? (Спойлер: Можно!)

Но для начала немного технических подробностей. Pioneer CS-100 – полноразмерная напольная трехполосная акустическая система, выпускавшаяся в Японии с 1969 до примерно начала 80-х годов. Даже на сегодняшний день характеристики системы выдающиеся –

  • Схема построения: 3 полосы, 4 динамика, акустическое оформление закрытый ящик (!), напольное размещение.
  • Динамики: НЧ: 38cm (PW-38F). СЧ: 16cm (PM-16B, 2 шт, соединены параллельно), ВЧ рупорный (PT-102F, алюминиевая диафрагма)
  • Номинальный Импеданс: 8 или 16 Ом, выпускались два варианта
  • Номинальный диапазон воспроизводимых частот: 20…20000Hz
  • Номинальное звуковое давление: 97dB/W(!)
  • Максимальная подводимая мощность: 60W (@16 Ом)
  • Габаритные размеры. 600(ш) х960(в) x445(г) мм
  • Вес: 63kg


Схема фильтров довольно интересна. Фильтры НЧ (L1C1) и ВЧ (C4L4) звеньев – очень похожи на “классический” Linkwitz-Riley второго порядка с частотами раздела 600 и 6000 Hz, отсутствие цепей компенсации импеданса перед НЧ и ВЧ динамиками вероятно подразумевает, что их АЧХ исключительно ровны и свободны от нежелательных резонансов. Фильтр СЧ звена – более оригинален и представляет собой комбинацию фильтра первого порядка (L2C2), нагруженного на цепь увеличения импеданса в некоторой полосе частот (L3C3) и дополненного цепью выравнивания входного импеданса фильтра (L6R6C5). Вероятно, разработчики таким образом уходили от необходимости применения конденсаторов большой емкости. Элементы L5R5 шунтируют акустику ниже некоторой (довольно низкой) частоты, отбирая и рассеивая часть мощности усилителя, ограничивая тем самым амплитуду смещения диффузора НЧ динамика. Поскольку акустика – закрытый ящик – то в самом общем случае такое решение позволяет уменьшить уровень искажений в диапазоне ниже резонансной частоты НЧ динамика в этом оформлении и защитить подвес динамика от черезмерного смещения диффузора на пиках суб-НЧ сигналов. Переключатели SW1, SW2 и набор постоянных резисторов R1R2 R3R4 образуют “традиционные” для того времени L-Pad аттеньюаторы СЧ и ВЧ динамиков. Коммутация L-Pad в реальном фильтре немного отличалась от приведенной на схеме.

Импеданс (ZЧХ) акустики выглядит так:

В общем, “идеально-ровным” импеданс назвать вряд ли можно. Действие вспомогательных цепей L5R5 и L6R6C5 вполне очевидно проявляется на Z-ЧХ.

Примерно через неделю эксплуатации и “прогрева” акустики было принято решение провести небольшой upgrade – во первых, убрать из корпусов старый пыльный, колючий и практически “полу-распавшийся” 🙂 акустический наполнитель, демпфировать корпуса АС Шумоff и слоем синтепона, заменить проводку и немного модернизировать фильтры – заменить старые провода и конденсаторы на более современные, убрать “лишнее“, переделать монтаж – но без пересчета номиналов и пересведения фильтров. Оригинальный “звуковой почерк“. характерный для этой акустики – должен быть сохранен.

Поскольку эта акустика эксплуатируется в “винилово-ламповом” комплекте аудиооборудования, где выходная мощность усилителя сравнительно невелика (~ 20W на канал) и уровень суб-НЧ естественно ограничивается выходными трансформаторами и межкаскадными конденсаторами – то элементы L5R5 из схемы фильтра можно исключить. Далее, поскольку усилитель имеет сравнительно низкое выходное сопротивление (~ 1 Ом) и хорошо демпфирует 16-Ом акустику, то и в элементах L6R6С5 нет никакой необходимости. Без этих элементов с одной стороны, несколько увеличится неравномерность Z-ЧХ, но с другой стороны я считаю, что не стоит устанавливать компоненты без очевидной необходимости – чем меньше компенсирующих и(или) фазосдвигающих цепей, тем меньше их влияние на звук. Учитывая идею построения СЧ фильтра и особенности взаимодействия элементов L2C2 L3C3 я оставил все необходимые “родные” катушки индуктивности. Затем, поскольку акустические свойства помещения, в котором установлена эта акустическая система – известны и предсказуемы, то и переключатели SW1 SW2 можно исключить, перекоммутировав R1R2 R3R4 в необходимом соотношении. Таким образом после переделки не только уменьшилось чисто “контактных групп”, но и трассировка соединений элементов фильтра получилась логичнее и гораздо проще.
Естественно, “демонтаж винтажа” всегда вызывает массу эмоций, требует особой аккуратности, практических навыков и терпения. И конечно, пару раз в минуты искренности и просветления я весьма прямо и непосредственно выражал свое мнение о способе монтажа “плотная многослойная скрутка и пропайка”, старинном оргалите, “присохших” и хрупких от времени винтиках, “задубевшем” клее и кристаллизовавшемся припое… Кошки Муся и Фрося, с интересом наблюдавшие за процессом, очень внимательно и терпеливо выслушивали мои экспрессивные комментарии. 🙂

Схема Фильтра после небольшой доработки очевидна и в ее публикации нет особой необходимости. Уточню лишь, что R1=10.5 Ом, R2=42 Ом, R3=5.8 Ом, R4=42 Ом.

Z-ЧХ:


АЧХ, снятая в реальном помещении. “Качающийся” микрофон UMIK-1, True RTA (1/24 Oct, сглаживание до 1/3 Oct). АЧХ правого канала для наглядности сдвинута вверх. Пики на ~ 30 и 60 Гц – влияние комнаты.

Несколько Фото:

И да, совсем забыл. Звучание акустических систем до и после переделки – “…Это Небо и Земля…”. “Земля“, это конечно “до” 🙂 При этом – в результате доработки оригинальный “звуковой почерк” системы не пострадал.

Февраль…Март 2019 г.Владивосток

Еще один upgrade, на этот раз в традициах осени 2020 года – “дистанционно” 🙂 – для Игоря из Солнечногорска. Фильтры были присланы мне, а Игорь тем временем занимался акустической обработкой корпусов и другими улучшениями.

Несколько Фото:

И да, “винтаж” и в этом случае проявил себя – один из регулирующих резисторов оказался с дефектом и схему фильтра пришлось немного доработать. Диапазон регулировки уровня на “ослабление” стал несколько уже. Так же пришлось изготовить более крепкие металлические крепежные планки для акустических разъемов.

Впечатления Игоря

“…Виктор, спасибо за работу.  Колонки запустил. Думал что улучшения будут, но не думал что настолько! Недельку прогрею, потом отпишусь об изменениях. Первое впечатление ~ восторг…”

“….Касательно акустики: Что самое важное, общий характер (звучания) не поменялся. Но во всём произошли изменения. В верхнем регистре появилось ещё больше деталей. Середина стала ещё более певучей, вокальные партии очень живые. Баса больше не стало (да и не надо), но он стал более хлёстким и собранным. Сцена не стала шире, но увеличилась локализация инструментов и артистов. В целом всё очень понравилось. Ещё раз большое спасибо за работу…”

Ноябрь 2020…Январь 2021 г.Владивосток

“Широкая” середина. Искусство больших и малых форм.

Как вы вероятно заметили из моих недавних публикаций – из всех акустических систем я предпочитаю акустику на широкополосных динамиках. На это есть своя причина – помимо общеизвестных преимуществ – лучшей детальности, цельности и объемности звучания в звуке широкополосной акустики присутствует удивительное притяжение, вызывающее “сопричастность” с музыкантами. Очень многие замечали, что через 5…10 минут после начала прослушивания такой системы мысли об “анализе звучания” куда-то пропадают и хочется просто слушать музыку, подпевать за исполнителем, переживая те эмоции, которые передают нам музыканты. Такое прослушивание создает очень хорошее, радостное и светлое настроение и каждый раз вы чувствуете, что казалось бы в давно знакомом произведении есть что-то такое, что вы никогда не слышали раньше, и (или) на что не обращали внимания. В общем – волшебство и магия. 🙂

Представляемая акустическая система приносит “волшебство и магию” звука  в компактной форме, пригодной для удобного размещения в небольших комнатах меломанов.

Конструкция АС максимально проста – два динамика и кроссовер размещены в одном корпусе, при этом СЧ ВЧ динамик размещается в отдельном отсеке. НЧ оформление – ФИ, размеры корпуса и параметры оформления (итоговая добротность ~ 0.72) подобраны так, что ФИ не нуждается в дополнительной подстройке. То есть, – “при правильной сборке и отсутствии ошибок в монтаже конструкция начинает работать сразу после включения” 🙂

АЧХ, снятая c расстояния ~ 1м (True RTA, UMIK-1, снято 1/24 oct, сглажено до 1/6 oct) в обычной, то есть умеренно-подготовленной комнате для прослушивания:

Z-ЧХ и ФЧХ левого и правого каналов (DATS V2.1) – 

Из графиков видно, что динамики, попавшие ко мне из партий с разными датами выпуска сделаны очень качественно, так как разброс их параметров очень небольшой.

В области от 100 Гц и выше акустика имеет довольно ровный импеданс (4.2…5.5 Ом), хорошую чувствительность ( ~ 90…92 dB) и способна вполне успешно работать с однотактным или двухтактным усилителем на лампах мощностью не менее 5 Вт на канал, при этом к выходное сопротивление усилителя может быть довольно высоким (до ~2.5 Ом), и даже в этом случае итоговая добротность НЧ оформления все еще останется довольно низкой.

Часто меня спрашивают о последовательных разделительных фильтрах “постоянного импеданса”. На сегодняшний день мой опыт работы с такими фильтрами позволяет мне сделать вывод, что их можно успешно применять при сравнительно высоких частотах раздела и низких индуктивностях СЧ и ВЧ динамиков. Насчет “постоянного импеданса” – в самом общем случае это фантастика. На практике всегда приходится искать компромисс между более-менее ровным импедансом акустики и  номиналами элементов фильтра, требуемыми для конкретного набора динамиков. И еще – я считаю, что почему-то звучание акустики с такими фильтрами получается слишком уж “постным”, без “перчинки”. Поэтому, после ряда опытов с последовательными фильтрами, в этой конструкции я все-таки применил обычный параллельный фильтр первого порядка.

Схема разделительного фильтра:

Точные номиналы элементов фильтра я сообщаю по запросу только серьезным DIYer’ам – то есть тем, кто не только “как бы” захочет повторить конструкцию, но и хотя бы приобретет динамики 🙂 Полоса раздела НЧ и СЧ – примерно 500 Гц, резисторы R1 R2 и катушка L2 выравнивают импеданс СЧВЧ звена, обеспечивают необходимое согласование по уровням НЧ и СЧ ВЧ, а так же выравнивают АЧХ  в СЧ области. 

  • НЧ Динамик: Eminence 8″ Paper Cone # 290-4007
  • СЧВЧ Динамик: Tang Band W6-2144 6.5″ Full Range
  • Катушка кроссовера (НЧ): ERSE Solid Core 18AWG 
  • Катушка кроссовера (СЧВЧ): ERSE Perfect Layer Air Core 18AWG
  • Резисторы: Mills MRA12
  • Конденсатор: Solen Fast + Audyn Cap Q4 (можно только Аudyn)
  • Порт Фазоинвертора: Parts Express 2 1/2 ID Adjustable Port Tube
  • Клеммная колодка: Parts Express Carbon Fiber Gold Plated 091-3620 
  • Провод для внутренней разводки: Supra Classic 15AWG  

Чертеж одного из возможных вариантов корпуса:

Материал корпуса – МДФ 16…20мм + шпон. Внешние размеры (ш х в х г) 30х50х40 см. Идеально-точное соблюдение размеров корпуса не обязательно, некоторое увеличение внутреннего объема – не критично. В области расположения НЧ динамика стенки корпуса желательно обклеить вибропоглотителем Шумоff, вполне достаточно закрыть только часть площади каждой из поверхностей. Поверх Шумоff следует закрепить слой синтепона (“синте-шерстина”) толщиной 10…15 мм. Разделительные фильтры монтируются на отдельной плате и после закрепления в корпусе так же закрываются синтепоном. Заднюю стенку корпуса удобно сделать съемной – это существенно облегчит доступ к внутренним поверхностям и установку разделительных фильтров. Порт фазоинвертора можно вывести на переднюю панель, это может облегчить размещение акустики например в узкой и длинной комнате. В моем варианте порт ФИ размещен на задней стенке больше из эстетических, чем акустических соображений. Прямоугольное отверстие на задней стенке предназначено для крепления клеммной колодки. Снаружи в дно акустики вкручены резьбовые муфты M6, в которые ввинчиваются “стандартные” шипы или демпферные резиновые ножки.   При разработке конструкции я предполагал, что акустические системы будут расположены “правильно” – то есть на достаточном расстоянии от стен комнаты и установлены (на ножках или на шипах) на специальные акустические стойки высотой 60…80 см. Очень хорошие, практически “идеальные” стойки изготавливает компания “Айронком”, контакты которой можно найти на форуме Soundex.

О настройке и сведении фильтров “на слух”.

На мой “слух” 🙂 без измерения параметров динамиков и снятия их АЧХ в акустическом оформлении грамотно выбрать частоту раздела в разумные сроки – невозможно. “Свести” на слух по уровню 2…3 полосы – за несколько итераций – вполне возможно, но есть свои особенности. Во-первых, нужно доверять собственному слуху и быть в нем уверенным. Во-вторых – нужно периодически отдыхать и не стараться сделать “все и сразу”. В-третьих – нужно помнить о “прогреве” пайки и “приработке” динамиков, так как звуковые особенности новых ШП и ВЧ динамиков очень существенно меняются по мере “прогрева”.  В четвертых – если привлекаете для оценки результата так называемых “независимых экспертов”, то примите во внимание, что очень часто неподготовленные люди отдают предпочтение АЧХ  с некоторым подъемом в области верхней середины, отмечая как бы “эмоциональность и выразительность” вокала, скрипичной игры. Это известная ловушка и “засада” 🙂 – такая мнимая “выразительность” звучания очень возбуждает слух и сильно утомляет при длительном прослушивании. При настройке фильтров обязательно выравнивайте верхнюю середину.

О звуке.

Он хорош. Во-первых, акустика “растворяется”, то есть звук идет не из акустических систем, а возникает в пространстве между ними. Во-вторых звучание – не утомляет и не напрягает, слушать можно дни и ночи напролет и прослушивание приносит радость и удовольствие. В-третьих, часто спрашивают – “А что с басом у малогабаритной акустики ?”  Так вот, в области так называемого “баса” – все очень уверенно, он хорошо прорисован и выразительно звучат не только прекрасно записанные современные джазовые композиции – но и старый рок, который часто записан с известными “огрехами”. 

Несколько фото: 

 

PS Апрель 2019.  Акустика хорошо “прогрелась” и я решил немного доработать фильтр. Он стал еще проще 🙂 В результате импеданс акустики немного подрос и стал ровнее. Звучание стало еще лучше 🙂 , на мой слух очень удачно удалось добиться эффекта  звука, “отвязанного” от АС.

АЧХ, снятая в более-менее акустически подготовленном помещении, в точке прослушивания:

Схема Фильтра:

Я доволен результатом, проект вполне можно считать успешно завершенным 🙂

Сентябрь 2018…Апрель 2019                                                            г. Владивосток

Моя Система 2018. Акустика

К концу 2017 года моя система обрела устойчивую конфигурацию о которой, пожалуй имеет смысл сказать несколько слов.

Акустика

Акустические системы построены по принципу “широкой середины”, трехполосные, с 15″ НЧ динамиками, 8″ СЧ динамиками и ленточными ВЧ динамиками.

При выборе размеров излучателей я исходил во-первых из того, что у меня была парочка отличных больших корпусов, которые нужно было куда-то приспособить. Во-вторых, мой недавний проект на 15″ Klipsch и 8″ ШП Tang Band произвел очень сильное впечатление и я решил “закрепить успех”. В-третьих, у меня совершенно случайно 🙂  появилась пара  замечательных 8″ СЧ динамиков которые просто требовали срочной установки и тщательного прослушивания.

При выборе НЧ акустического оформления я считаю наиболее оптимальным применение ФИ или ПАС, в некоторых случаях – ЗЯ и еще реже – TL. Относительно TL (это же относится и к так называемому “лабиринту”) – это очень хорошее оформление, но найти подходящие для него динамики – проблема, на практике для достижения нужного уровня качества звука требуется очень особое сочетание характеристик. А в моем случае акустика должна быть еще и с высокой чувствительностью, что существенно ограничивает диапазон поиска. Поэтому я  прекратил искать и начал делать  – и остановился на оформлении ФИ, тем более, что имеющиеся у меня 15″ басовики идеально для этого подходили.

Итак, оформление НЧ звена – ФИ, 15″ Klipsch- подобные басовики от Bob Crites (Critesspeakers.com), эффективный внутренний объем ~ 160L, частота настройки оформления ~ 36Гц, Итоговая добротность ~ 0.8. Разделительный фильтр – первого порядка без дополнительных цепей коррекции. Чаcтота раздела ~ 330Гц. 

СЧ динамик установлен в ЗЯ с ПАС – это мои личные предпочтения, на практике – ЗЯ это то, что необходимо и достаточно для большинства СЧ динамиков. На мой взгляд (слух) это самоочевидно, но вероятно все-таки требуются некоторое пояснения.

В последнее время получила распространение идея так называемого “открытого” оформления СЧ динамиков. Утверждается, что только открытое оформление дает “открытый, свободный” звук. 🙂 Да, действительно – динамик на небольшом экране или в открытом корпусе – дает эффектное, объемное звучание. Но, ввиду особенностей “поведения” динамика в открытом оформлении – он должен иметь большой запас хода подвеса диффузора (Xmax)  и по этой же причине разделительный фильтр должен быть как минимум второго порядка, при этом частота раздела должна быть выбрана довольно высокой. И, конечно – применение корректирующих фильтров – обязятельно. Можно, конечно ничего этого не делать. Ведь это же так просто – конденсатор в качестве фильтра, а в качестве эелемента настройки –  L-Pad, динамик – Fostex или AudioNirvana с Хмах ~1 мм и вот – получаете акустику, которая отлично играет джаз малых (и очень малых) составов. С остальной музыкой такая акустика будет принципиально несовместима – догадайтесь почему 🙂  Поэтому – ну что я могу сказать?  Только то, что сказал на форуме AudioPortal лет 5 тому назад – “простота” открытого офомления – кажущаяся, а “открытость” звучания – лживая и однообразная, скрадывающая тонкости, размывающая истинный музыкальный рисунок. Но первое впечатление – да, эффектно и так …объемно. К сожалению, это именно тот случай когда первое впечатление – ложное.

Итак – СЧ звено на 8″ динамиках, оформление – ЗЯ + ПАС, частота раздела НЧ СЧ = 330Hz, СЧ ВЧ = 2500 Hz, фильтр второго порядка. Первоначально я надеялся поднять частоту раздела СЧ ВЧ хотя бы до 6 кHz, но некоторая “волнистость” и подъем АЧХ СЧ динамиков в этой области придавали звучанию однообразную истеричность, поэтому я  понизил частоту раздела фильтра и применил делитель-аттеньюатор сигнала. 

С ВЧ звеном все просто, я применил такие же ленточные динамики, как и в проекте “широкая середина”. Фильтр второго порядка, частота раздела = 3000 Нz, то есть эти динамики воспроизводят так же и часть СЧ диапазона. Частота раздела фильра ВЧ звена выбрана несколько выше, поскольку СЧ динамики имеют подъем АЧХ в этой области, а мне очень хотелось обойтись без дополнительных корректирующих цепей. Таким образом при помощи правильного выбора частоты раздела удалось сделать фильтр проще и эффективнее.

По звуку.

НЧ – быстры, подвижны, выразительны, глубоки и разнообразны. Никаких артефактов, которые обычно связывают с ФИ – не прослушивается. Поскольку порты у акустики расположены на задней стороне – некоторые из побывавших у меня слушателей посчитали, что это ЗЯ и было сказано, что дескать, “Да – вот он тот самый, узнаваемый настоящий быстрый, натуральный бас – характерный для оформления ЗЯ”.  Сюрприз-Сюрприз 🙂

СЧ – объемные, “живые” и ровные, без проявления “сибилянтов” “шепелявости” и прочих характерных аудиофильских артефактов. Звук естественно “льется” объемен, глубок и очень реалистичен. Я бы сказал –  временами даже пугающе реалистичен.

ВЧ – естественны, чисты и ровны. В этой области ленточные динамики вне конкуренции.

Некоторые измерения

Настройка порта

Импеданс акустики с ВЧ звеном и без него 

Импеданс акустики с портом, закрытым ПАС 

Схема и часть результатов моделирования разделительного фильтра 

Реальная АЧХ СЧ динамика в оформлении, без фильтра 

АЧХ Акустики в помещении с фильтрами версии 1 (частоты раздела СЧ и ВЧ совпадают, аттеньюатора нет) 

АЧХ с фильтрами версии 2, с разнесенными частотами и аттеньюатором 

Подъем в области 100 Гц вызван влиянием помещения в точке проведения измерения.

Несколько Фото. 

 

Список тем и вопросов, которые нужно изучить и над которыми следует подумать, перед тем, как браться за подобный проект.

  • Зачем вам нужны широкая середина и высокая чувствительность
  • Фильтры – можно ли обойтись без них
  • Смещение резонансной частоты и изменение добротности  в зависимости от амплитуды сигнала на катушке динамика
  • Интермодуляционные искажения в области совместной работы НЧ и СЧ и СЧ и ВЧ динамиков
  • Ограничение смещения диффузора СЧ динамика в НЧ области
  • Какие фильтры выбрать – Типы фильтров, добротность, ход АЧХ в области раздела, ФЧХ.
  • Согласование НЧ и СЧ, фильтры разных порядков, взаиморасположение НЧ и СЧ динамиков
  • Влияние ВЧ фильтра на СЧ, взаимодействие импедансов
  • Насколько ровным должен быть итоговый импеданс акустики
  • Усилители со сравнительно высоким выходным сопротивлением, локальное увеличение импеданса акустики как способ “прояснения” звучания системы
  • “Сшив” СЧ и ВЧ, фильтры и взаиморасположение динамиков, влияние на вертикальную и горизонтальную диаграммы направленности на ВЧ
  • Alan Parsons Sound Check – тестирование акустической фазы на СЧ и ВЧ

Апрель 2018г.                                                                                        г.Владивосток