Подавление помех от коробления грампластинок.

[Корвет 200УМ-088С]

Встроить warp-фильтр в цепь RIAA-коррекции не получилось.
Сравнение работы пассивной RC-цепи с работой встроенной показывает явное преимущество первой.
Придётся добавить после неё буфер с высокоомным входом.

Warp-фильтр в RIAA-коррекции хоть и выглядит простым и "красивым", даёт - при любом порядке его ФНЧ, - небольшое добавочное подавление, - те самые ~13dB. Вклад пассивной цепи растёт с понижением частоты.

Как я теперь понимаю, встроенный в RIAA-цепь фильтр противофазного сигнала работает параллельно с основной цепью ООС, и, соответственно, он не может вносить бóльшее затухание, чем его (warp-фильтра) весовой коэффициент. А включенный последовательно - может, так как на выходе получается перемножение передаточных функций, а не их пропорциональное сложение.
(Могу очень сильно ошибаться.)

Добавил в список найденного по данной теме страничку из личной коллекции Douglas'а Self'а.

А если поставить анти-варпы и в ООС, и в пассив после него? С понижением частоты срабатывания каждого из них вдвое.

Мне что-то мерещится про последовательное включение в петле ООС цепи формирования RIAA-характеристики и цепи этого фильтра.
Но будет необходимо каким-то образом изменить величины R и C, чтобы в итоге постоянные времени не нарушились. Не знаю, как этого добиться...

Сугубо пассивная RC-цепь мне не нравится, так как её необходимо буфферизировать.

 

[Vadim Tver]

зачем слушать плохие или точнее убитые пластинки ?

 

[Russ]

С другой стороны полГерца фильтруется нараз, если тракт не УПТ.

 

[Корвет 200УМ-088С]

С другой стороны полГерца фильтруется нараз, если тракт не УПТ.

Эти "полгерца" лезут с огромным уровнем. Сравните амплитуду движения иглы от неровностей с амплитудой модуляции канавки звуком.
На ИНЧ у корректора наименьшее петлевое усиление, перегрузить его в этом диапазоне частот - легко. Поэтому и желательно сделать корректор - схемотехнически - невосприимчивым к разностному сигналу на ИНЧ+НЧ. Такой сигнал отсутствует в фонограмме, записанной на грампластинке, всё, что противофазно попадает на вход УК - помехи.
Помехи от движущего механизма, помехи из-за акустической связи ЭПУ+АС, помехи от поверхностного шума канавки.

Попробуйте перевести усилитель в режим "МОНО", пока игла находится на вводной канавке, сравните с тем, что вы постоянно слышите в режиме "СТЕРЕО". Разница существенная.

Добавил в список найденного по данной теме страничку из личной коллекции Douglas'а Self'а.

Пытаюсь постичь эту схему в LTspice, какая-то ерунда получается...
"Левый" вход устройства как-то странно подключен к верхней половине LF353, - прямо в точку суммирования, где импеданс равен нулю. "Правый" тоже выглядит подозрительно.

PS
Схему в журнале явно рисовала девочка.
Должно было быть так:


PPS
Хочу избавиться от инвертора (U3), но не могу придумать, как.

PPPS
Подавление помех вполне даже неплохое:

 

[Корвет 200УМ-088С]

Посетила меня идея:

• что будет, если R4 и R7 заменить на цепочки RIAA? Не получится ли столь желанное мной встраивание фильтра в корректор?

Сейчас LTspice под руками нет, быстро проверить не могу. Но очень интересно!
Наверняка оно будет неслабо шуметь, но, надеюсь, если идея в основе своей правильная, то удастся и по шумам оптимизировать схему.


Не получается встроить туда RIAA-цепочки. Там неспроста "всё по 47к", чуть тронешь, и сразу расползается вся красота...

Перерисовал схему поаккуратнее.


Зелёная эпюра - синфазный сигнал, синяя - противофазный.


В целом - схема мне понравилась, надо подумать, на каких ОУ её следует строить. Например, К157УД2 - сгодятся?

В качестве переключателей режима использованы улучшенные Бордодыновские элементы SWeq.
Вот их устройство:

.subckt SWeq 1 2 x=1 y=1 Rmin=1u Rmax=9T
Rs1 1 N001 R=if((x==y),Rmin,Rmax)
Rs2 2 N001 R=if((x==y),Rmin,Rmax)
Rp1 0 N001 R=if((x==y),Rmax,Rmin)
.ends SWeq

.subckt SWneq 1 2 x=1 y=1 Rmin=1u Rmax=9T
Rs1 1 N001 R=if((x==y),Rmax,Rmin)
Rs2 2 N001 R=if((x==y),Rmax,Rmin)
Rp1 0 N001 R=if((x==y),Rmin,Rmax)
.ends SWneq

.subckt SW_AC 1 2 Rmin=1u Rmax=9T
Rs1 1 N001 R=if((smallsig()),Rmin,Rmax)
Rs2 2 N001 R=if((smallsig()),Rmin,Rmax)
Rp1 0 N001 R=if((smallsig()),Rmax,Rmin)
.ends SW_AC

.subckt SW_TRAN 1 2 Rmin=1u Rmax=9T
Rs1 1 N001 R=if((smallsig()),Rmax,Rmin)
Rs2 2 N001 R=if((smallsig()),Rmax,Rmin)
Rp1 0 N001 R=if((smallsig()),Rmin,Rmax)
.ends SW_TRAN

Судя по всему, идея фильтрации помех от коробления грампластинок появилась впервые в 1979 году (№1 в списке), именно с обсуждения её и началось развитие/усложнение подобных фильтров.

Я нашёл статью Wireless World 1980 March, p.061, в которой вместо транзисторов применили ОУ, и несколько улучшили параметры.

Пока ничего лучше фильтра с "биквадратным ФНЧ" я не встретил.

 

[Russ]

Тут ездил в лабаз за пластинками, купил кучу классики и одну органную, фирмы Балкантон. Домой приехал, поставил на вертушку и ошалел, вдруг откуда ни возмись рокот, да такой внятный, полез смотреть откуда рокот на прямом приводе, м.б. возбуд, в наушниках тоже самое. Потом дошло, это двигатель насоса воздушного для органа

 

[Корвет 200УМ-088С]

Да, поскольку это записано на пластинку в моносигнале, подавить обсуждаемым фильтром не получится, только с помощью характеристики RIAA-78 или "обычными" поканальными ФВЧ (с потерей НЧ-составляющих в музыкальном сигнале).

 

[Vadim Tver]

про рокот насоса вы загнули

 

[Leoniv]

Вряд ли есть необходимость совмещать фильтр противофазных сигналов с RIAA-коррекцией. Прелесть такого фильтра в том, что он позволяет фильтровать помехи в низкочастотной части слышимого диапазона, в частности, уменьшает поверхностный шум винила и вертикальную составляющую рокота и других вибраций. Но в звуковом диапазоне нет помех с большой амплитудой, способных перегрузить усилитель. Такие помехи могут быть в ИНЧ-области (коробление пластинки, основной резонанс тонарма), и подавить их можно обычным рокот-фильтром, представляющим собой ФВЧ. В цепи RIAA-коррекции достаточно иметь постоянную времени 7950 мкс, проблем с перегрузкой НЧ-помехами быть не должно. А фильтр противофазных сигналов лучше выполнить отдельно, тогда его можно сделать отключаемым. Лучше всего дополнить его и обычным рокот-фильтром в виде ФВЧ высокого порядка, потому что не все НЧ-помехи противофазны. Подавлять противофазные сигналы на НЧ можно начиная примерно с 200 - 300 Гц, так как на НЧ практически нет локализации источников звука. К тому же, при записи пластинок используется так называемый "эллиптический эквалайзер", который уменьшает переходное затухание ниже 300 Гц с наклоном фильтра первого порядка. При подавлении противофазных сигналов возникают такие же проблемы, как и в кроссоверах АС. Из-за фазового сдвига в фильтре крутизна спада не превышает 6 дб/окт., а в переходной области возникает паразитный подъем АЧХ. Для устранения этих явлений можно использовать фазовый (all-pass) фильтр в ветке прямого сигнала. Такое решение применяет Дуглас Селф в своем "The Devinyliser" (подавителе винилового звучания), описание которого есть в книге "Electronics for Vinyl". Второй способ - применение фильтров Линквица-Райли. Обсуждение схем фильтров рокота было на форуме diyaudio.com, там есть несколько веток, в том числе и ветка Дугласа Сэлфа.

 

[Юджин Кинг]

Книга "Electronics for Vinyl" https://ldsound.club/threads/knigi.1732/page-2#post-351586

 

[Корвет 200УМ-088С]

Вряд ли есть необходимость совмещать фильтр противофазных сигналов с RIAA-коррекцией.

Необходимость есть совершенно обоснованная:

• в фонограмме нет звуковых составляющих, записанных противофазно в диапазоне частот ниже 200 Hz, они (противофазные сигналы ниже 200 Hz) подавлены в процессе изготовления матрицы. Соответственно, - все противофазные сигналы в указанном диапазоне частот являются помехами. Усиливать помехи, чтобы потом с ними бороться всякими ФНЧ, включаемыми после корректора, - мягко говоря - глупо. На ИНЧ и НЧ у корректора и так петлевое усиление минимально (читай - наименьшая глубина ООС), что приводит не только к отклонению АЧХ от требований RIAA, но и к росту нелинейных искажений, - перегрузке корректора сверхбольшим входным сигналом. Сравните размах модуляции канавки звуковым сигналом и амплитуду качания ГЗМ из-за неровностей/коробления грампластинки. Эта перегрузка ведёт к интермодуляции СЧ и ВЧ-сигналов с ИНЧ-помехой.

Yo! Идея!!!

• А не включить ли эту схему целиком в RIAA-цепи корректора? Её Linp|Rinp - к соответствующим выходам ОУ корректора, её Lout|Rout - к началам RIAA-цепочек, отключенных от выходов ОУ, то есть - поместить её в разрыв петель ООС?

 

[Leoniv]

в фонограмме нет звуковых составляющих, записанных противофазно в диапазоне частот ниже 200 Hz, они (противофазные сигналы ниже 200 Hz) подавлены в процессе изготовления матрицы. Соответственно, - все противофазные сигналы в указанном диапазоне частот являются помехами.

Это не совсем так. При записи используется эллиптический эквалайзер, но его крутизна соответствует 1-му порядку. Частота, с которой начинается подавление противофазных составляющих, может регулироваться в некоторых пределах (примерно 100 - 300 Гц), это зависит от записываемого материала, в частности. О полном подавлении противофазного сигнала (на 20 дБ и более) можно говорить лишь для частот ниже 50 Гц.

Усиливать помехи, чтобы потом с ними бороться всякими ФНЧ, включаемыми после корректора, - мягко говоря - глупо.

А почему бы и нет? ФНЧ следом за RIAA-корректором выглядит не такой плохой идеей. К тому же, в каскаде с RIAA-корекцией можно предусмотреть спад на НЧ, хотя бы 1-го порядка с тау 7950 мкс. При желании, можно организовать и более крутой спад. Но делать сразу подавление противофазных помех - нерационально. Потому что такой подавитель имеет собственные проблемы (о которых я писал выше). Качественно подавить противофазный сигнал можно только с помощью отдельного фильтра.

Сравните размах модуляции канавки звуковым сигналом и амплитуду качания ГЗМ из-за неровностей/коробления грампластинки[/U]. Эта перегрузка ведёт к интермодуляции СЧ и ВЧ-сигналов с ИНЧ-помехой.

Верно, ведет к интермодуляционным искажениям. Которые возникают в самой головке звукоснимателя. Усилитель тут вряд ли что-то сильно поменяет. Более того, коробление пластинки вызывает колебания мгновенной скорости воспроизведения (детонацию). Так что о высоком качестве воспроизведения с таких пластинок говорить не приходится. Поэтому нет смысла подавлять противофазный сигнал в каскаде с RIAA-коррекцией.

 

[Корвет 200УМ-088С]

Верно, ведет к интермодуляционным искажениям. Которые возникают в самой головке звукоснимателя. Усилитель тут вряд ли что-то сильно поменяет.

Вы проверяли эпюру петлевого усиления своего корректора? У него К.У.хх превышает 140dB? Если так, то я вам завидую, пожалуйста, поделитесь его схемой. Я - совершенно серьёзно!

 

[Leoniv]

У него К.У.хх превышает 140dB?

Из каких соображений там надо 140 dB?

 

[Корвет 200УМ-088С]

Чтобы на 20Hz осталось хотя бы 80dB глубины обратной связи (петлевого усиления). Вот тут попробуйте менять свойства ОУ, посмотрите на то, как уходит результирующая характеристика от идеала. Про способность корректора бороться с перегрузкой на ИНЧ - уже говорил.

 

[Leoniv]

Чтобы на 20Hz осталось хотя бы 80dB глубины обратной связи (петлевого усиления).

Это совершенно лишнее. Механическая звукозапись сама по себе имеет высокий уровень искажений, поэтому добиваться сверхлинейности усилителя-корректора совершенно бессмысленно.

попробуйте менять свойства ОУ, посмотрите на то, как уходит результирующая характеристика от идеала.

Уходит на десятые доли dB, что пренебрежимо мало по сравнению с погрешностью АЧХ реальных головок.

Про способность корректора бороться с перегрузкой на ИНЧ - уже говорил.

Откуда там перегрузка? Даже только за счет тау 7950 мкс будет достаточное ослабление на частотах, характерных для сигнала коробления.

Если вернуться к задаче подавления противофазных помех, то в решении Дугласа Селфа и при использовании фильтров Линквица-Райли есть один некрасивый момент. Для синфазных сигналов вид ФЧХ далек от идеала. Скорее всего, это никак не скажется на звучании, но можно попробовать данный недостаток устранить. На форуме diyaudio другой вариант схемы предложил Marcel van de Gevel, там ФЧХ гораздо красивей, но ценой ухудшения равномерности АЧХ. Так что есть еще над чем подумать.

 

[Корвет 200УМ-088С]

Откуда там перегрузка?

От огромной амплитуды сигнала ИНЧ и максимального усиления корректора в этой области частот.

Даже только за счет тау 7950 мкс будет достаточное ослабление на частотах, характерных для сигнала коробления.

А вы попробуйте нажать кнопку "МОНО", пока игла едет по вводной канавке.
Эта схема - так же, как кнопка "МОНО", - убирает/снижает поверхностный шум грампластинки, при этом - не затрагивая сам музыкальный сигнал. То есть, улучшает отношение сигнал/шум.
RIAA-78 я пользовался во времена "Сухова-Байло", звуковоспроизведением был - тогда - доволен. Совместное использование такой коррекции с таким подавлением ИНЧ - весьма привлекательно.

 

[Leoniv]

От огромной амплитуды сигнала ИНЧ и максимального усиления корректора в этой области частот.

Магнитная головка звукоснимателя реагирует на скорость, поэтому при снижении частоты пропорционально падает амплитуда сигнала на выходе. Для получения линейной АЧХ в звуковом диапазоне усиление корректора монотонно растет с понижением частоты (в первом приближении). Но даже для RIAA 53 этот рост прекращается ближе к нижнему краю звукового диапазона, что при постоянной амплитуде колебаний иглы даст спад уровня сигнала, как у фильтра 1-го порядка. Для RIAA 78 там вообще вместо роста усиления - спад. Это даст спад сигнала как у фильтра 2-го порядка. Ниже прикрепил сравнительный график выходного сигнала RIAA 53 и RIAA 78 при постоянной амплитуде колебаний иглы. В результате сигнал ИНЧ помех будет значительно ослаблен, до перегрузки усилителя там далеко. Да и пластинки с сильным короблением вообще нет смысла рассматривать, качество с них все равно не получить. Но если есть такой большой страх перегрузки, то в каскаде RIAA можно сформировать еще более резкий спад АЧХ на ИНЧ. И это будет эффективней в плане борьбы с перегрузкой, чем делать компенсацию противофазных сигналов. Во-первых, компенсация будет иметь наклон фильтра 1-го порядка, во-вторых, ИНЧ помехи имеют не только противофазную составляющую, но и синфазную.

А вы попробуйте нажать кнопку "МОНО", пока игла едет по вводной канавке.
Эта схема - так же, как кнопка "МОНО", - убирает/снижает поверхностный шум грампластинки, при этом - не затрагивая сам музыкальный сигнал. То есть, улучшает отношение сигнал/шум.

Мне не надо это объяснять, у меня есть макет подобного фильтра. Эффект уменьшения поверхностного шума заметный, об этом я писал в самом начале. Такой фильтр - очень хорошая штука, поэтому не надо его намеренно ухудшать, пытаясь впихнуть в каскад RIAA.

Совместное использование такой коррекции с таким подавлением ИНЧ - весьма привлекательно.

Да, совместное использование привлекательно. Для компенсации противофазных сигналов есть решения получше, чем по этой ссылке, они перечислялись выше. Там достигается подавление более 40 dB на частоте 10 Hz (хотя еще есть над чем подумать). Дополнительно можно сделать крутой фильтр высокого порядка, который будет подавлять и противофазный, и синфазный сигнал, но не будет затрагивать звуковую полосу частот. Эти фильтры можно сделать отключаемыми - на всякий случай.

 

[Корвет 200УМ-088С]

Во-первых, компенсация будет иметь наклон фильтра 1-го порядка

А вы точно прочитали и поняли, что тут за схема?!
Откуда в ней "первый порядок"?

ИНЧ помехи имеют не только противофазную составляющую, но и синфазную.

Какое соотношение амплитуд этих составляюших?
Синфазной займётся RIAA-78, но с противофазной, имеющей гораздо большую амплитуду, должен бороться именно warp-фильтр.

 

[Leoniv]

А вы точно прочитали и поняли, что тут за схема?! Откуда в ней "первый порядок"?

Так в этой схеме нет RIAA. Речь шла про объединение RIAA-коррекции и warp-фильтра, вот для такого варианта я и написал, что будет первый порядок. Можете удивить, если получится больше.

Схема по ссылке обеспечивает 2-й порядок (наклон 12 дБ/окт.) для противофазного сигнала. Но плохо то, что переходное затухание с повышением частоты растет с наклоном 6 дБ/окт., и на частоте 1 кГц оно получается всего 16 дБ. Это можно проверить, подав сигнал только на один вход схемы, когда на другом входе - ноль.

Подавление противофазного сигнала тоже может быть больше, ниже привел графики, где синим цветом показана схема по ссылке (наклон 12 дБ/окт.), желтым и зеленым - два варианта Дугласа Селфа (с режекцией и без, наклон 18 дБ/окт.), красным - вариант с фильтрами Линквица-Райли (наклон 24 дБ/окт.).

Второй график - рост переходного затухания с повышением частоты для этих трех вариантов.

Какое соотношение амплитуд этих составляюших?

Зависит от условий. Например, если коробление пластинки маленькое, то эксцентриситет может дать соизмеримый уровень синфазной помехи на частоте 0.55 Гц. Основной резонанс тонарма тоже может дать соизмеримые по величине противофазные и синфазные колебания.

 

[Корвет 200УМ-088С]

если коробление пластинки маленькое, то эксцентриситет может дать соизмеримый уровень синфазной помехи на частоте 0.55 Гц. Основной резонанс тонарма тоже может дать соизмеримые по величине противофазные и синфазные колебания.

С короблением и радиальным боем грампластинки, а так же с основным резонансом тонарма я борюсь в источниках проблем.
Warp-фильтр я воспринимаю в качестве меры, снижающей акустическую обратную связь и поверхностный шум грампластинки (шум - в первую очередь).

 

[Leoniv]

шум - в первую очередь

С этим никто не спорит. Warp-фильтр - хорошая вещь. Речь шла только о том, что совмещать его с коррекцией RIAA - плохая идея.