Черновик по расчёту фильтров (часть 1)

[Марков Николай]

Предлагаю к обсуждению первую часть черновика статьи по расчёту АС, основное внимание уделено фильтрам и фазам, которых все боятся. А зря.
Что нужно добавить/уточнить/выбросить - пишите.
Конкретные вопросы тоже задавайте.

 

[Drakonian]

Скачал,почитаю.Может что и пойму)Частично точно должен.

 

[KSV]

Что нужно добавить/уточнить/выбросить - пишите.
Конкретные вопросы тоже задавайте.

Вряд ли сразу будет много вопросов. Труд надо переварить, мне надо его прочитать раз десять.
Пока просьба кроме ссылок вставлять в текст картинки (они есть , но не все).
Надеюсь, что в продолжении будут примеры по конкретному сравнению теории и замеров, лучше на доступных динамиках.
Особо интересно сравнение сведения одних динамиков на разных частотах, с фильтрами разных порядков.
Понимаю, что труд большой (я за него не возьмусь), но раз взялся за гуж...

 

[Марков Николай]

Вряд ли сразу будет много вопросов. Труд надо переварить, мне надо его прочитать раз десять.
Пока просьба кроме ссылок вставлять в текст картинки (они есть , но не все).
Надеюсь, что в продолжении будут примеры по конкретному сравнению теории и замеров, лучше на доступных динамиках.
Особо интересно сравнение сведения одних динамиков на разных частотах, с фильтрами разных порядков.
Понимаю, что труд большой (я за него не возьмусь), но раз взялся за гуж...

Картинки проверю. Вторая часть черновика - на подходе. Третья - в разработке. Что в сумме получится, я сам не в курсе.
Можно писАть и сообща.

 

[KSV]

Что в сумме получится, я сам не в курсе.
Можно писАть и сообща.

Когда напишете всё и прочитаете всё, то сами увидите что не так и что надо переделать.
Относительно сообща - вы соберете претензии и сами решите что и как подправить. Достаточно одной няньки.
Свои пожелания я в основном написал.
Обычно бывает, что свести можно несколькими вариантами и на разных частотах, но звук при этом может изменяться от хорошего до плохого. Порядок фильтров часто навязывают сами динамики (у одних вне полосы пропускания плавный спад, а у других рядом жуткие выбросы вверх), поэтому в разных случаях нужны разные фильтры, Вы лучше меня это понимаете.
Относительно вашей любимой фазы, это еще та пакость. Динамики по отдельности нормально звучат и нормально управляются фильтрами, а пожениться не хотят и при сближении, начинают бить горшки.
Можно даже пригладить их суммарную АЧХ (при посторонних супруги ведут себя чинно и благородно), но на стыке слышно что-то не то, особенно вне оси (супруги устраивают скандал, когда гости уходят и они остаются вдвоём).
Вот Бокарёв насобачился определять это на слух по шуму и измеряет АС вне оси.
А для меня нормально свести хотя бы на оси - уже достижение. Достижение хотя бы потому, что немало фабричных АС плохо сведены даже по оси, про фазу уж не говорю.
Хе. Думаю, по мере написания, Вы сами начнёте лучше разбираться в данном вопросе. Объяснять что-то другим, особенно бестолковым, полезно самому для лучшего понимания темы.

 

[Марков Николай]

Почему мне никто не крутит пальцем у головы по поводу рисунка

и последующего вывода о том, что фаза звукового давления при работе от источника с низким выходным сопротивлением совпадает с фазой тока через ЗК, построенной при работе от источника тока? Ведь этим приведённым ФЧХ соответствуют и АЧХ при работе от источника тока (ИТ), с дикими выбросами в плюс! В реальных условиях работы добротность НЧ будет 0,7...0,8, а добротность СЧ с помощью ПАС (и катушки на землю в ФВЧ второго порядка) также можно довести до 0,7...1. Следовательно, изменения фазы звуковых давлений в зоне механических резонансов будут гораздо более гладкими, а значения фаз будут определяться работой не от ИТ, а от ИН в оформлении ЗЯ. И полученным АЧХ по звуковому давлению (ФВЧ второго порядка по Баттерворту, однако!) будут соответствовать и ФЧХ по звуковому давлению оного фильтра, но не ФЧХ токов в режиме ИТ. Красный алярм.

 

[Meshin]

Почему мне никто не крутит пальцем у головы по поводу рисунка

Я даже не подумаю. Потому как ни в зуб ногой ни в жопу пальцем. Полный некопенгаген в этом.
А опубликованный труд значительный и замечательный.

 

[Святослав_]

Велкам в теорию ИТУН-АС, панове. )))
Без неё и в стандартной практике ИНУН-АС делать нечего. Если по-серьёзному.
Потому как придётся в обязательном порядке добротность СЧ/ВЧ головок на основных резонансах снижать к приемлемым значениям, даже если они и за полосой их работы. И выбирать динамики с Z поближе к резистивной.
Режектор на резонанс СЧ или ШП головки даже лучше ПАС в окна рамы. Его действие чётче.

 

[Марков Николай]

Что я накопАл.

Практическая реализация активного 3-х полосного кроссовера.

Предлагаю практическую конструкцию 3-х полосного активного кроссовера с аппроксимацией по Linkwitz-Riley на State Variable Filter : http://www.rane.com/pdf/linriley.pdf Основные особенности: суммарная плоская АЧХ, совпадение электрической фазы на частотах раздела НЧ/СЧ и СЧ/ВЧ, крутизна...

forum.vegalab.ru

Объясните про фильтры, фазу и время

Ничего не понимаю :) Возьмем бас и мид. Считаем их идеальными динамиками, не поворачивающими ни фазу, ни АЧХ никуда. Например частота раздела 100 Гц. На оба динамика навешаны фильтры LR 4 (Линквица Райли 4-го порядка). На бас LowPass, на мид HighPass. Каждый из этих фильтров перекрутит...

forum.vegalab.ru

ФЧХ самого НЧ динамика

Для тяжелых головок он приблизительно такой http://s14.radikal.ru/i187/0909/ff/8ed553710be8.jpg (красная кривая) Для более легких меньше. Но всегда есть, и фазовый сдвиг весьма значительный. (фазоинвертор, про ящик не говорим). Причем если брать нижние две октавы получается, что ряд нот в...

forum.vegalab.ru

Итого, ФЧХ динамика в ЗЯ (и ОЯ) можно принять следующей: от ИНЧ до частоты электромеханического резонанса - равна соответствующей ФЧХ фильтра НЧ со своей добротностью. Выше этой частоты - согласно черновику1.
Вот с Вегалаба ФЧХ тяжёлого динамика

Если так, то для примера из черновика, откуда картинка, и для зоны возможных частот раздела 500...1000 Гц значение разницы фаз почти не поменялось. Впредь надо быть внимательнее с фАзой.

Велкам в теорию ИТУН-АС, панове. )))
Без неё и в стандартной практике ИНУН-АС делать нечего. Если по-серьёзному.
Потому как придётся в обязательном порядке добротность СЧ/ВЧ головок на основных резонансах снижать к приемлемым значениям, даже если они и за полосой их работы. И выбирать динамики с Z поближе к резистивной.
Режектор на резонанс СЧ или ШП головки даже лучше ПАС в окна рамы. Его действие чётче.

Спасибо за статью! Показана для изучения ВСЕМ.
Не в токовом ли режиме работы кроется причина того, что, по мнению некоторых*, ВЧ после гасящего резистора звучит лучше, чем после делителя? В первом случае сопротивление источника сигнала для ВЧ головки выше. То же самое наблюдаем в ламповых УМ с высоким сопротивлением. Выравниваем реальную АЧХ и имеем токовый режим.
Также понятно, почему мало последователей токового тежима. Требуются знания, умения и инструмент гораздо выше среднего радиолюбительского уровня.

 

[Святослав_]

Спасибо за статью! Показана для изучения ВСЕМ.
Не в токовом ли режиме работы кроется причина того, что, по мнению некоторых*, ВЧ после гасящего резистора звучит лучше, чем после делителя? В первом случае сопротивление источника сигнала для ВЧ головки выше. То же самое наблюдаем в ламповых УМ с высоким сопротивлением. Выравниваем реальную АЧХ и имеем токовый режим.
Также понятно, почему мало последователей токового тежима. Требуются знания, умения и инструмент гораздо выше среднего радиолюбительского уровня.

Не так всё и сложно, как кажется.
Пример из практики, измерения и часть расчёта работы СЧ звена в простом фильтре трёхполоски, с частотами раздела 700 и 6000 Гц.
Комплексное сопротивление фильтра со стороны СЧ головки, при зашунтированном накоротко входе фильтра (работа АС от ИНУН)), выпаянной СЧ головке, все остальные динамики подключены.
F, кГц......0,1.....0,2......0,3......0,5......0,6......0,7......1........1,5.......2.........3.......4.......4,5
Z, Ом......7,1....7,6......8,5.....13,5....21,5.....37....12,3.....6,8......6,1....6,4....7,3....7,7
Основные резонансы трёх кандидатов в СЧ звено в районе 140-230 Гц, выбираем сопротивление источника сигнала Rg=7,6 Ом. Влиянием объёмистого бокса под СЧ для упрощения пренебрегаем.
Их параметры Т-С:
......................................Re, Ом;........Fs, Гц;.........Qa;.........Qe;.........Qt
15ГД-11(апгр)..............6,7.............143..........3,39........1,52.......1,05
30ГДС-1..........................6,8.............219..........7,80........0,81.......0,73
5ГДШ-5-4......................3,6.............182...........8,70........3,20........2,0
Пересчитываем полную добротность динамиков, с учётом работы от источника 7,6 Ом:
.............................................Q*t
15ГД-11(апгр)..............1,66
30ГДС-1..........................1,40
5ГДШ-5-4......................4,64
Очевидно, ПАС в окна рамы первым двум динамикам не требуется, а вот для 5ГДШ-5-4 да, нужна.
Апгрейдированный 15ГД-11 "выкрутился" благодаря низкой механической добротности.
30ГДС-1 с механической почти как у 5ГДШ-5, высокие показатели Qa у обоих, зато электрическая добротность 30ГДС-1 несравнимо ниже, что и сыграло свою роль - Rg всё же не слишком большое, из-за фильтра второго порядка. А будь там ФВЧ третьего, чего ожидать?
Глядя на выходное сопротивление фильтра, таки да, работа СЧ звена почти в режиме от ИТУН.
Паразитные резонансы диффузоров (и подвижек в целом, там есть чему резонировать), должны быть конструктивно приглушены ещё на стадии производства, или при апгрейде.
Комплексное входное сопротивление АС, СЧ головка - 15ГД-11(апгр), но другая, с номинальным сопротивлением 4 Ом. Все динамики подключены, находятся вне корпуса АС.
F, кГц.......0,1.....0,2......0,3......0,5......0,6......0,7......1......1,5.......2.........3.........4..........5........6......7.......10......15....20.....40.....80
Z, Ом......5,4......5,7......5,6......4,1......5,3.....5,6.....4,2....5,4......6,8......9,3....11,5....9,8....5,1....4,5...6,8.....7,5....8,6...15,2...22
Девиация Z не такая уж и большая, 2,8 раза.

 

[Марков Николай]

Исправил первую часть черновика в соответствии с #7 и #10 и загрузил в первый пост. Старый вариант в этом посте. Существенных изменений не последовало, поскольку в зоне совместной работы и НЧ, и СЧ уже выше электромеханического резонанса. А в случае первого порядка и включения НЧ и СЧ в противофазе синфазность ниже частоты раздела даже улучшилась )))

 

[Просто Коля]

Ну, посчитали, до десятой дБ , дальше что, как будем оценивать точность попадания? Слухометром ?
Вся эта арифметика выеденного гроша не стоит.

Согласен полностью!!! ВСЕ расчёты примитивно-радиотехнические. То есть, они НЕ учитывают Реального излучения динамика.
Привожу пример из практики. Излучение НЧ динамика неравномерно. И увеличивается В СВОБОДНОМ поле примерно на 6 дБ на октаву - теоретически без всяких фильтров и БЕЗ Экрана (сиречь, передняя панель). При этом, естественно, не учитывается "помощь" прилегающих к корпусу стен.
Но это только до верхней границы поршневого диапазона. Опять-таки, примерно.
И какой фильтр подходит? Если 1-го порядка, то совместная работа происходит на ширине 2-х октав. А в этом промежутке излучение динамика может меняться значительно.
Николай, в Ваших расчётах учитываются граничные условия расположения динамика?

 

[Марков Николай]

Согласен полностью!!! ВСЕ расчёты примитивно-радиотехнические. То есть, они НЕ учитывают Реального излучения динамика.
Привожу пример из практики. Излучение НЧ динамика неравномерно. И увеличивается В СВОБОДНОМ поле примерно на 6 дБ на октаву - теоретически без всяких фильтров и БЕЗ Экрана (сиречь, передняя панель). При этом, естественно, не учитывается "помощь" прилегающих к корпусу стен.
Но это только до верхней границы поршневого диапазона. Опять-таки, примерно.
И какой фильтр подходит? Если 1-го порядка, то совместная работа происходит на ширине 2-х октав. А в этом промежутке излучение динамика может меняться значительно.
Николай, в Ваших расчётах учитываются граничные условия расположения динамика?

Тёзка, я обычно Вас не вижу, простите, игнорю.
Если Вы читали первую часть, то я упомянул, что переходить от сферического коня в вакууме к реальным динамикам буду ПОСТЕПЕННО, В том числе, учитывать реальные АЧХ и ФЧХ динамиков. Вторая часть чуть ближжжже.

 

[Святослав_]

2,8 неплохо для трёхполоски, работающей от ИНУН-ов.
Для маломощных ИТУН надо (желательно) в два раза меньше, на участке 0,1-20 кГц.
Хотя отлично работает и комплекс ИТУН (9 Вт) с девиацией Z двухполосной акустики больше пяти.

Во вложении примеры последовательных фильтров для мощных комплексов с ИТУН (усилитель "Бриз").
Комплексы работают как основные.


С темы, по ссылке в статье. "По ходу дела, центр 20ГДС не пропитан."
Он там пропитан, но в основном клеем приклейки колпачка.
Центр диффузора почти плоская полочка, требует дополнительной жёсткой пропитки, с внутренней стороны, миллиметров на пятнадцать вверх по ходу. Не помешает и демпфирующая пропитка остальной части диффузора.

Ещё вопрос - зачем цепочка RC, параллельно входу фильтра АС, при работе от ИНУН?

 

[Марков Николай]

Велкам в теорию ИТУН-АС, панове. )))
Без неё и в стандартной практике ИНУН-АС делать нечего. Если по-серьёзному.

Разбудили во мне зверя (суслика))). Занялся теорией токового режима работы динамика. Очень интересно, временами до непредсказуемости. Да, при конструировании ИНУН-АС тему ИТУН надо знать обязательно, подтверждаю. Есть подводные камни, вылезающие, правда, при максимальных смещениях диффузора. То есть, если слушать АС всегда на 1/10 номинальной мощности, то тема ИТУН действительно лишняя, если только СЧ после первого порядка на резонансной частоте не болтается. Если же надо вытянуть максимум мощности при минимуме искажений - тему надо знать наизусть. Чем сейчас и занимаюсь: пишу статью, делаю расчёты. Уже могу оценивать, какой динамик до какой частоты в какой схеме будет играть с минимумом искажений, вызванных изменением индуктивности звуковой катушки. Фокус - в обработке ФЧХ входного импеданса динамика. На пальцах показывается, почему 10МАС не может нормально звучать при номинальной мощности и так далее. Ждите)

 

[Просто Коля]

Разбудили во мне зверя (суслика))). Занялся теорией токового режима работы динамика. Очень интересно, временами до непредсказуемости. Да, при конструировании ИНУН-АС тему ИТУН надо знать обязательно, подтверждаю. Есть подводные камни, вылезающие, правда, при максимальных смещениях диффузора. То есть, если слушать АС всегда на 1/10 номинальной мощности, то тема ИТУН действительно лишняя, если только СЧ после первого порядка на резонансной частоте не болтается. Если же надо вытянуть максимум мощности при минимуме искажений - тему надо знать наизусть. Чем сейчас и занимаюсь: пишу статью, делаю расчёты. Уже могу оценивать, какой динамик до какой частоты в какой схеме будет играть с минимумом искажений, вызванных изменением индуктивности звуковой катушки. Фокус - в обработке ФЧХ входного импеданса динамика. На пальцах показывается, почему 10МАС не может нормально звучать при номинальной мощности и так далее. Ждите)

Николай, а что ты понимаешь под "искажениями"? И как ты собираешься их оценивать? По ЧХ или по осциллографу? Или по измерителю гармоник? И что такое "номинальная мощность"? Мощность в чём должна выражаться? В Ваттах или дБ. А главное. Зачем это надо, особенно для 10 МАС.
И, вообще, как это Будет привязано к ГОСТу? Или в Каменец-Подольском свой будет ОСТ (ГОСТом назвать нельзя. Всё-таки посёлок с Государством не идентифицируется).

 

[Сергей ДВ]

Привожу пример из практики. Излучение НЧ динамика неравномерно. И увеличивается В СВОБОДНОМ поле примерно на 6 дБ на октаву - теоретически без всяких фильтров и БЕЗ Экрана (сиречь, передняя панель).

Это пусть заботит любителей открыток и динамиков без оформления.

 

[Святослав_]

То есть, если слушать АС всегда на 1/10 номинальной мощности, то тема ИТУН действительно лишняя, если только СЧ после первого порядка на резонансной частоте не болтается.

Тема не лишняя и при 1/100 от номинальной мощности. Вашей бы лаборатории, да современный ИТУН, обязательно безоосный. Хотя бы один канал. Ухи ведь тоже один из приборов.
ОООСный ИНУН с резистором на выходе, имитирующий ИТУН, годится только для измерений.

 

[Марков Николай]

Тема не лишняя и при 1/100 от номинальной мощности. Вашей бы лаборатории, да современный ИТУН, обязательно безоосный.

Без смещения ЗК преобразование напряжение/ток линейно, ибо параметры ЗК стабильны, итун = инун, минус головомойка. Лаборатории нет и в ближайшее время не будет.

 

[Святослав_]

Если взять 4 Ом НЧ головку с Zmin 3,8 Ом на 150 Гц, и Z 80 Ом на Fs, то незначительные 0,1 В от ИНУН будут во всей полосе. Катушка останется почти без смещения.
ИТУН даст те же мелкие 0,1 В на 150 Гц, но 2,1 В на Fs, что совсем не мало.

 

[Марков Николай]

Если взять 4 Ом НЧ головку с Zmin 3,8 Ом на 150 Гц, и Z 80 Ом на Fs, то незначительные 0,1 В от ИНУН будут во всей полосе. Катушка останется почти без смещения.
ИТУН даст те же мелкие 0,1 В на 150 Гц, но 2,1 В на Fs, что совсем не мало.

НЧ в таком режиме не используется. Пик АЧХ +26дБ на резонансной, говорить не о чем.

 

[Святослав_]

Не обязательно будет хоть какой-то пик на АЧХ, это только горб на Z.

 

[Марков Николай]

Велкам в теорию ИТУН-АС, панове. )))
Без неё и в стандартной практике ИНУН-АС делать нечего. Если по-серьёзному.

Статья по теме готова https://ldsound.club/index.php?threads/tokovyj-rezhim-raboty-dinamika-i-ne-tolko.1143/
После изучения темы моё мнение следующее: без ИТУН лет 300 можно прожить. Токовый режим - не панацея, а скорее головомойка. )))

 

[Сергей ДВ]

Предлагаю к обсуждению первую часть черновика статьи по расчёту АС, основное внимание уделено фильтрам и фазам, которых все боятся. А зря.
Что нужно добавить/уточнить/выбросить - пишите.
Конкретные вопросы тоже задавайте.

Сравнительное прослушивание двух вариантов заводских фильтров 25ас109 выявило явное преимущество "упрощенного варианта" с двумя полярными конденсаторами над усложненным с тремя катушками индуктивности.
Последний характеризуется мутностью и картонностью звука. Кроме того повышенная добростность на НЧ из-за катушки(боязнь железа или расточительство меди?) без сердечника еще заставляло последний вариант "бубнеть".

 

[Святослав_]

Статья по теме готова https://ldsound.club/index.php?threads/tokovyj-rezhim-raboty-dinamika-i-ne-tolko.1143/
После изучения темы моё мнение следующее: без ИТУН лет 300 можно прожить. Токовый режим - не панацея, а скорее головомойка. )))

Частично изучен только хвост слона слепых мудрецов.
Да и ИТУНы бывают ну очень разными - перевёртыш с ИНУНа в ИТУН перекоммутацией цепей ОООС точно не то пальто.

 

[Марков Николай]

Сравнительное прослушивание двух вариантов заводских фильтров 25ас109 выявило явное преимущество "упрощенного варианта" с двумя полярными конденсаторами над усложненным с тремя катушками индуктивности.
Последний характеризуется мутностью и картонностью звука. Кроме того повышенная добростность на НЧ из-за катушки(боязнь железа или расточительство меди?) без сердечника еще заставляло последний вариант "бубнеть".

Против прослушивания не попрешь. Попереть можно против заводских фильтров.

 

[Сергей ДВ]

Против прослушивания не попрешь. Попереть можно против заводских фильтров.

Других в магазин не завозили.

 

[Святослав_]

Читал откровения неких мудрецов, утверждающих, что усилитель с сосиской на выходе, превращающей его в ИТУН - якобы надругательство над святыней. И нужен именно ИТУН чистопородный, настоящий, голубых кровей. Без этой вашей обратной связи, порочащей арийскую кровь . Оно конечно можно сочинить унч на пентоде или транзисторе, без ООС и гордиться подходом к теме. А что касаемо звука-......да кому он нужен, тот звук. Главное- святая идея.

Если ближе к телу, то ИТУН, с перекоммутированной под такое Rout общей обратной связью, это который без балластного резистора-сосиски на выходе, не должен иметь ОООС с выхода. От АС уровень противо-ЭДС сигнала будет просто громадным, на уровне выходного сигнала, и смешав его с выходным сигналом и подав на вход, получим дикую динамическую интермодуляцию. Куда более дикую, чем в случае простых ооосных ИНУНов.
Обычный ИНУН, с общей ОООС, с ИТУНизирующим его резистором-сосиской на выходе, на порядок большей Z AC, очень неэкономное решение. Но так часто запитывают наушники.
Усилитель без ОООС с выхода, с выходным током, пропорциональным входному напряжению, самое то.
Близки к этому ламповые безоосники, правда Rout у них обычно порядка Z AC. Что даёт им некоторую универсальность стыковки с АС, и одновременно частично преимущества ИТУН.
Ламповый РР, у которого по баллону 6Н5С в плечо (см. фото), имеет измеренное выходное 8,5 Ом.
Отлично работает с АС заточенной под ИТУН. Но на краях диапазона, по звуку, немного уступает "Бризу".
На средних частотах неразличимы.
Вот непонятно, почему "ламповики" так упираются и стесняются показывать реальное Rout своих усилителей. С них можно выдавить разве что сопротивление вторички ТВЗ постоянному току.

 

[Александр Бокарёв]

Если ближе к телу, то ИТУН, с перекоммутированной под такое Rout общей обратной связью, это который без балластного резистора-сосиски на выходе, не должен иметь ОООС с выхода. От АС уровень противо-ЭДС сигнала будет просто громадным, на уровне выходного сигнала, и смешав его с выходным сигналом и подав на вход, получим дикую динамическую интермодуляцию. Куда более дикую, чем в случае простых ооосных ИНУНов.
Обычный ИНУН, с общей ОООС, с ИТУНизирующим его резистором-сосиской на выходе, на порядок большей Z AC, очень неэкономное решение. Но так часто запитывают наушники.
Усилитель без ОООС с выхода, с выходным током, пропорциональным входному напряжению, самое то.
Близки к этому ламповые безоосники, правда Rout у них обычно порядка Z AC. Что даёт им некоторую универсальность стыковки с АС, и одновременно частично преимущества ИТУН.
Ламповый РР, у которого по баллону 6Н5С в плечо (см. фото), имеет измеренное выходное 8,5 Ом.
Отлично работает с АС заточенной под ИТУН. Но на краях диапазона, по звуку, немного уступает "Бризу".
На средних частотах неразличимы.
Вот непонятно, почему "ламповики" так упираются и стесняются показывать реальное Rout своих усилителей. С них можно выдавить разве что сопротивление вторички ТВЗ постоянному току.

и кстати да, есть усилитель тока , с высоким выходным за счет оос, забыл про него. Остальное- странные выверты сознания и обман себя и дргуих.