Добрый день.
Мой знакомый товарищ лет 10 назад написал статью о постройке полочной акустики.
[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]
С его разрешения публикую этот материал.
Не исключено, что вы это уже встречали на Веге или Аудиопортале.
Хочу обратить внимание на 2 вещи:
применение автором последовательного фильтра и учет в измерениях и расчетах отраженного звука и внеосевых АЧХ АС.
Еще неплохо бы прочесть статью А. Клячина " Повторение возможно", с которой совбственно все и началось.
http://www.klyachin.ru/Povtorenie.htmИзвините, вам запрещён просмотр содержимого спойлеров.
Описание динамиков. Vifa M17SG-09-08
Диффузор динамика изготовлен из бумажной массы с добавлением
волокон ненатурального происхождения и покрыт слоем демпфирующей
мастики.
Результаты измерения параметров T\S оказались более чем странными,
предварительно размятый динамик показал Fs=68 Гц, Vas=16L, Qts=0.419,
после 10 минутного разогрева на синусе 30Гц: Fs=54 Гц, Vas=18 L,
Qts=0.409, ещё через 10 минут: Fs=50 Гц, Vas=20 L, Qts=0.403, через час,
остывший динамик опять показал Fs=68 Гц.
[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]
Всё это наводит на мысль о значительной механической нелинейности
подвеса и центрирующей шайбы динамика.
Измерения АЧХ порадовали стабильностью производителя.
[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]
Измерения проводились с расстояния 50 см на оси динамика,
установленного в корпус, собранный из 18 мм MDF, в полном соответствии
с чертежами Александра, ширина передней панели 210 мм.
Измерения Baffle Step совпадают с данными опубликованными в
Интернете, в соответствии с эмпирической формулой (F –
частота, W – ширина передней панели в метрах), спад в 4.5 дБ, начался с
частоты ~547 Гц.
Vifa D19SD-09-08
Полудюймовая пищалка, с куполом из полипропилена. Звучание не отличается детальностью, и отягощено пластмассовыми резонансами, которые отлично видны на измеренной АЧХ.
[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]
Единственное отличие от АЧХ производителя, это провал в диапазоне от 2000 Гц до 3000 Гц, что, на мой взгляд, есть результат реакции пластмассового корпуса пищалки на резонанс подвижной системы
(Fs=1600 Гц).
Фильтр Александра Клячина, особенности его методики. Основу философии производства Александра, составляет особый способ измерения АЧХ, так называемый “метод качающегося микрофона”. Благодаря опубликованной статье стало понятно как им пользоваться, но
его суть так и осталась тайной. Для того чтобы дальнейшей повествование было понятно и неподготовленному читателю, я позволю себе небольшое лирическое отступление.
Как известно основу системы слуховой ориентации человека составляет способность мозга различать разницу (доли миллисекунды) задержки звукового сигнала между правым и левым ухом. Высчитывая эту разницу мозг делает вывод о расположении источника в пространстве, т.е. наш мозг является идеальным анализатором импульсных сигналов.
Исходя из этого звучание АС (справедливо и для реальных музыкальных инструментов) в помещении для человека состоит из трёх основных составляющих:
1. Сигнал прямого излучения.
2. Сигнал отражаемый от стен и потолка (первичные отражения)
3. Сигнал отражённый от стенки расположенной за слушателем
(вторичные отражения)
Все эти составляющие в неизученной пропорции суммируются мозгом на подсознательном уровне, и уже из этой суммы вытекает наше впечатление от звучания АС. С осевой АЧХ всё вроде бы понятно, правильно проектируя фильтр АС можно получить очень ровную осевую АЧХ. Первичные и вторичные отражения формируются внеосевым (горизонтальным и вертикальным) излучением АС, следовательно от неравномерности внеосевых АЧХ зависит неравномерность АЧХ отражений. Эмпирически уже
давно было доказано что хороший впечатления производят АС с равномерными осевыми и внеосевыми АЧХ.
Вопрос как правильно учитывать внеосевые АЧХ стоит уже давно, но производители, дабы не будоражить умы покупателей кривыми графиками, решили его просто игнорировать. Аудиофильские издания в лучшем случае публикуют две горизонтальных внеосевых АЧХ на 30 и 60 градусов. Выбор
покупателей и экспертов не всегда совпадает с какой либо закономерностью в этих графиках.
Вопрос так и остался открытым если бы не Александр Клячин (или Bruel&Kjaer). Так при использовании метода качающегося микрофона можно измерить сумму осевой и внеосевых АЧХ АС в данном конкретном помещении. Следовательно, используя эту методику для настройка АС в некой среднестатистической комнате, можно получить хорошо звучащую систему в большинстве помещений покупателей.
Теперь можно показать график двух осевых АЧХ полочников Клячина.
[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]
Более тёмная кривая отображает влияние подключения к АС двухомного резистора (для имитации высокого выходного сопротивления лампового усилителя).
Из графика создаётся достаточно отрицательные впечатления, но субъективно ни я, ни владельцы АС не слышат глобального тонального перекоса в звучании, даже наоборот звучание системы можно
охарактеризовать как излишне комфортное. Объяснение дают графики горизонтальных и вертикальных внеосевых АЧХ.
[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]
Как видно из последнего графика основной вклад в формирование внеосевых АЧХ вносит равномерно ухудшающаяся направленность НЧ\CЧ Vifa M17SG-09-08, для 6 дюймового динамика это вполне естественно.
[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]
В вертикальной плоскости ситуация значительно усложняет лучевая направленность возникающая на границе раздела СЧ\ВЧ.
Из вышепривёденных графиков можно сделать косвенный вывод о том что полная сумма осевой и внеосевых АЧХ в помещении будут давать достаточно равномерную общую АЧХ.
Но к сожалению не все так однозначно, как я уже упоминал, человеческий мозг на подсознательном уровне различает прямое и отражённое излучение, их вклад в общее впечатление различен, возьмём к
примеру запись скрипки, её атака будет передана с искажением в плюс 4 дБ на 5000 Гц, а затухание (отражения) будет иметь минус 4 дБ на 5000 Гц, вы не сможете сознательно классифицировать подобное как искажение, но субъективно звучание потеряет натуральность.
Мой фильтр и его звучание Проектирование фильтра для любой пары динамиков, это всегда компромисс с целью избежать наихудших, по мнению автора, проблем связанных с принципиальными недостатками любых фильтров.
В моей концепции частота раздела должна быть настолько низкой, насколько это разрешает высокочастотный громкоговоритель. Это позволяет:
1. Избежать лучевой направленности на частоте раздела.
2. Максимально использовать СЧ динамик в диапазоне точечного источника, когда линейные размеры излучающей поверхности меньше длинны волны излучаемой этой поверхностью, что является залогом хорошей направленности динамика
3. Избежать диапазона зонального излучения диффузора СЧ.
4. Масса подвижной системы пищалок всегда много меньше чем у СЧ, следовательно звучат они более детально.
Импеданс ВЧ Vifa D19SD-09-08 не позволяет выбрать частоту раздела
ниже2.5-3 кГц
[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]
При проектировании была выбрана редко используемая
последовательная схема подключения фильтров.
[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]
По сути это фильтры 2-го порядка, в высокочастотной цепи фильтра,
один параллельный режектор (1041) настроен на собственный резонанс ВЧ
громкоговорителя, второй (1031) корректирует недостатки АЧХ ВЧ.
[attachment=10]
Общая АЧХ имеет неравномерность при сглаживании 1/3: +/- 1.5 дБ в
диапазоне 85-20000 Гц, нижняя граница -3 дБ 65 Гц, -12 дБ 30 Гц.
[attachment=11]
[attachment=12]
Внеосевые АЧХ в горизонтальной плоскости весьма стабильны.
[attachment=13]
Раздел между СЧ\ВЧ оказался недостаточно низким для полного искоренения лучевой направленности, что создало провал вертикальных внеосевых АЧХ. Интерпретировать влияние этих искажений на общее
звучание без метода качающегося микрофона сложно, но оно безусловно
существует.
Измерения.
Измерительный комплекс состоит из:
1. Измерительный микрофона DBX-RTA M.
2. Микрофонной стойки “Warwick”.
3. Предусилитель с аккумуляторным питанием.
4. Звуковой карты Creative Audigy 2 (драйвера KX-project 3537).
5. Программного измерительного комплекса JustMLS.
Во избежание обвинений в несостоятельности результатов измерений
привожу полное описание процесса.
1) Первым этапом проводиться измерения АС по акустической оси, которая вопреки всеобщему мнению, проходит через геометрическую середину между осями измеряемых динамиков, с расстояния 60 см.
[attachment=14]
2) В ближнем поле, с расстояния 3-4 ммизмеряется НЧ динамик.
[attachment=15]
3) Микрофон помещается в фазоинвертор
[attachment=16]
Поскольку на практике фазоинвертор не препятствует излучению среднечастотной звуковой энергии, на графике мы видим высокодобротные зубцы на 300 и 600 Гц, именно это частая причина вывода фазоинвертора назад.
4) Всё суммируется.
[attachment=17]
5) Получается достаточно странный график с задранным верхним басом.
[attachment=18]
6) Поскольку измерения проводились в ближнем поле, то BaffleStep остался неучтённым. Учитываем как спад с 547 Гц
[attachment=19]
7) Совмещаем по уровням измерения в дальнем поле с измерениями в ближнем поле.
[attachment=20]
ИтоговаяАЧХ.
[attachment=21]
Приложение.
Этот раздел я специально отделил для описания практической реализации вышеизложенного материала.
Корпус Так как производство абсолютно мёртвых корпусов достаточно дорогое удовольствие, а издержки не всегда оправдывает звучание остальных частей АС, выбор материала для корпуса это сложный компромисс между
жёсткостью, внутренним демпфирование, технологичностью при обработке и себестоимостью. Лучшим соотношением всех этих качеств на сегодняшний день обладают два материала ДСП и MDF. Обладая
одинаковой жёсткостью, они различаются по характеру затухания механических колебаний, призвуки ДСП имеют более низкочастотный характер, но излучаемый спектр колебаний намного шире чем у MDF. На
мой взгляд MDF более предпочтителен.
Наполнение корпуса оказывает огромное влияние на звучание правильно рассчитанного баса, по ставшему уже ортодоксальным мнению синтепона (ваты, войлока) в корпусе должно быть много. К сожалению это
массовое заблуждение, любой наполнитель нарушает физическую линейность объёма воздуха в акустическом оформлении, что приводит к значительному ухудшению импульсных характеристик баса. Но это относиться к поршневому диапазону работы НЧ динамика, выше 500 Гц, фронт волны отражаясь от стенок корпуса переизлучается через диффузор и порт фазоинвертора, приводя к смазыванию средних частот. При решении конфликта между качеством баса и середины, необходимо выбирать материалы с хорошим коэффициентом поглощения на средних и плохим на низких. Я использую пропитанный вибропоглощающей мастикой, самоклеющейся поролон питерской фирмы STP. В передней панели корпуса выфрезерованы углубления для крепления динамиков заподлицо.
Фильтр Компоненты для изготовления фильтра требуют тщательной подгонки по номиналам, свой вариант я сделал с 1% точностью. Обращаю внимание, фильтр последовательный, и применение некачественных элементов
приводит к потери звучание не только в цепи текущего динамика. В качестве конденсаторов больше всего подходят советские МБГЧ, чуть хуже МБГО, можно использовать буржуйские полипропиленовые, очень плохие результаты дали К73-17(11,16 и т.д.), К71-7. Катушка на НЧ (2021)
намотана эмалированным проводом 1.4 мм в диаметре, остальные 0.8 мм,
очень важно точно соблюсти сопротивление R(1011) катушки L(1011).
Резисторы только плёночные, подходят советские ОМЛТ. На готовой паре можно подстроить характер звучания изменением R(1051) от 0.4 до 1.2 Ом.
Динамик Фильтр рассчитан на использование только модифицированных Vifa M17SG-09-08, на керн динамика необходимо установить короткозамкнутый виток (медное кольцо) и фазовыравнивающее тело (алюминиевая или медная пуля).
Пулю и кольцо необходимо выточить точно по чертежам(SolidWorks) и прочно вклеить на керн магнитной системы, лучше всего с помощью эпоксидной смолы, обращаю внимание что плохо закреплённое кольцо является источником повышенных искажений.
Настройка ФИ.
Для измерения многих важных параметров низкочастотного акустического оформления необходимы сложные и дорогостоящие комплексы, что не всегда экономически оправданно, поэтому
использование компьютера как инструмента для эффективной разработки абсолютно необходимо. Существующая математическая модель поведения подвижной системы динамика в большинстве случаев даёт вполне адекватные результаты, но как я уже описывал выше, очень часто коррективы вносят нелинейность материалов используемых при изготовлении упругих элементов динамика, к сожалению, программ учитывающих подобные нелинейности полностью я не встречал.
Небольшой набор подобных функций встроен в LSPCad.
Для симуляции поведения динамика были использованы параметры T\S измеренные сразу после 10 минутного прогрева на 30 Гц синусе.
[attachment=22]
На графике видно серьёзное несоответствие с результатами измерения, граница в -3 дБ на 55 Гц, что на 10 Гц ниже измеренной.
[attachment=23]
При увеличении мощности до 10 ватт картина становиться знакомой, -3 дБ по 64 Гц, это результат влияния нелинейности подвеса и магнитного поля динамика.
Реальная мощность любого низкочастотного оформления определяют не те фантастические цифры рассеиваемой тепловой мощности, которые с гордостью указываю производители, любой динамик характеризуется максимальным линейным ходом (Xmax), при смещении подвижной системы за этот диапазон, витки звуковой катушки выходят за границы магнитного поля, что приводит к компрессии излучаемой мощности и росту искажений.
[attachment=24]
На графике изображёна зависимость смещения звуковой катушки установленного в корпус динамика от подаваемой частоты, на мощности 4.1 ватт. Vifa M17SG-09-08 обладает линейным ходом в 6мм, следовательно в полосе от 20 Гц неискажённая мощность системы составит 4.1 ватт.
[attachment=25]
Но реальной музыкальный спектр почти не содержит на достаточном уровне частот ниже 40 герц, поэтому в полосе от 40 Гц неискажённая мощность составит 10 ватт.
[attachment=26]
Но если не слушать басовые композиции, то в полосе от 80 Гц неискажённая мощность составит 21 ватт. Выше по частоте мощность определяет способность звуковой катушки рассеивать тепло и зависит от
её диаметра.
Все.
Тема: Статья: Проект полочных АС на Vifa M17SG-09-08 и Vifa D19SD-09-08 (Прочитано 8108 раз)
19 Декабря 2010, 18:06:11