Это интересно

ЧАСТЬ 2

    Корпус с фазоинвертором.
    Хотя Турасом (A. Thuras) еще в 1932 году была запатентована идея фазоинвертора, детальное исследование и теория его проектирования ПОЯВИЛИСЬ тридцатью годами позже благодаря Смоллу и Тиле (Small, Thielc). Типичная конструкция корпуса с фазоинвертором проста: отличие от закрытого ящика заключается в наличии дополнительного отверстия, нередко снабженного трубой. При этом в корпусе появляется вторая колебательная система, обязанная своим происхождением упругости воздуха в корпусе ("пружина") и массе воздуха в трубе ("грузик"). Теперь, когда на резонансной частоте диффузор головки желал бы раскачаться до полного изумления, ему что есть силы мешает труба фаэоинвертора.
    Представим, что диффузор "летит" внутрь корпуса. Но и труба фазоинвертора в это время всасывает воздух, подобно слону, увидевшему мышь. Давление в корпусе становится заметно больше, чем оно было в отсутствие фазоинвертора, и демпфирует диффузор гораздо сильнее.
    Колеблющаяся масса воздуха в трубе — это не диффузор на механическом подвесе. То есть не надо бояться, что, натянувшись как следует, что-то станет нелинейным либо вовсе оторвется...
    Но удовольствия никогда не бывают без последствий.
    Прежде всего, воздух — среда далеко ие идеальная. По-хорошему, так тек бы он и тек через трубу или другое фазоииверсное приспособление. Но возникают в газовых потоках всевозможные вихри, турбулентность и прочие очаги локальной неустойчивости. Это заставляет искать оптимум при проектировании фазоинверторов, исходя из большего числа привходящих...
    Известно, например, что если фаэоинвертор — просто отверстие, то для снижения частоты настройки надо уменьшать его площадь. Скорость воздушных потоков, и следовательно, вихреобразование будут расти. Поэтому и вводят еще одну степень свободы, используя не просто отверстие, а отверстие с трубой, у которой можно менять как диаметр, так и длину.
    Труба фазоинвертора имеет немало преимуществ перед просто отверстием. Как мы увидим позже, одна и та же частота настройки может быть получена при различных длинах и площадях, что позволяет решать массу других задач. К тому же и "ручная" настройка становится технологичнее: обрезать (укорачивать) пластмассовую трубу легче, чем менять площадь отверстия в панели.
    Но, к сожалению, проблема в вихреобразовании, несмотря на появившуюся возможность снизить скорость воздушных потоков, решается не полностью. Ток газа по трубам — процесс тоже непростой, и в трубе может возникнуть все — от вихрей до стоячих волн. И с тем, и с другим можно и нужно бороться. Тем, кто умеет, конечно.

Рис. 1. Типичные АЧХ фазоинверсной системы при реализации аппроксимаций по Чебышеву (1), Баттерворту (2) и квазитретьего порядка (3) (рис. а) и соответствующие им нормированные амплитуды колебаний диффузора (рис. б). Ясно, что там, где у диффузора .провал", у трубы - пик, тем более острый, чем острее провал у диффузора (fs -собственная резонансная частота головки в отсутствие акустического оформления)

    Если снижать частоту сигнала, подаваемого на акустическую систему, то по мере приближения к резонансу "отдача" диффузора будет падать, а трубы — расти (рис. 1).
    О резонансе мы уже побеседовали; замечу, что акустическая система с фазоинвертором при прочих равных создаст на частоте настройки фазоиивертора звуковое давление на 3 дБ выше, чем акустической системы с закрытым корпусом.
    Нередко приходится слышать о том, что причина этого явления в "сложении акустических волн, излученных передней и задней поверхностями диффузора". Кстати, как раз получается 3 дБ. Утверждение это дважды неверно. Во-первых, никаких волн там нет. Волны есть там, где L>>(лямбда)/2, то есть на ВЧ и СЧ. А во-вторых (как видно из рис. 1), на резонансе диффузор почти стоит, излучение его передней стороны мизерно, и говорить о каком-то "сложении", конечно, не приходится.
    Процессы в фазоинверторе не то чтобы сложнее, они просто не такие, как многие привыкли считать.
    По мере того как мы будем и дальше снижать частоту сигнала, между колебаниями диффузора и массы воздуха в трубе будет увеличиваться фазовый сдвиг, который весьма быстро приблизится к 180". Случится то самое акустическое короткое замыкание, о котором мы упоминали в предыдущем номере. И вот этот эффект будет воспринят головкой как практически полное отсутствие корпуса. А она на это совсем не рассчитана.
    Кстати, если ниже частоты основного резонанса что-то (а именно — постепенно становящийся противофазным фазоинвертор) мешает созданию звукового давления, оно должно падать слева от Fв быстрее, чем 12 дБ на октаву, характерные для закрытого корпуса. Так оно н происходит, и децибел оказывается 24. Но об этом мы поговорим в разделе "недостатки". Пока же продолжим перечисление достоинств.
    Дополнительное демпфирование головки на частоте резонанса позволяет обойтись меньшей массой и меньшим допустимым ходом подвижной системы. Это дает возможность повысить как чувствительность головки, так и ее верхнюю граничную частоту: системы с фазоинвертором сделать двух-, а не трехполосными легче, чем акустическую систему с закрытым корпусом.
    Главное преимущество фазоинвертора заключается в резком снижении искажении в низкочастотной области, достигаемом за счет уменьшения амплитуды колебаний нелинейного звена — диффузора на подвесе.
    Фазоинвертор имеет лишь один недостаток, но зато серьезный. Он крутит фазу. Чем больше децибел на октаву, тем больше накручивается фаза. Большой набег фазы — и бас уже не тот. Вязкий, гулкий. Отсюда, кстати, и название "boombox". Так что, рассчитывая, изготавливая или приобретая фазоинвертор — будьте бдительны.
    Радиотехники очень любят говорить про фазу. Акустики же чаще оперируют понятием "переходные характеристики" или "импульсный отклик".
    Действительно, чем меньшие отклонения от линейной ФЧХ обеспечивает система вблизи частоты раздела, тем лучше передается форма сигнала. Особенно четко это выявляется при импульсной его форме — отсюда и название "импульсный отклик".
    Кстати, нельзя сказать, что 24 дБ у фазоинвертора однозначно хуже, чем 12 у закрытого ящика с акустическим подвесом. Фазоинвертор — это, наверное, та золотая середина, когда уже и достоинств нажито немало, и импульсный отклик еще не столь безобразен, как, скажем, у какого-нибудь полосового резонатора, свойства которого мы обсудим позже.
    Удачно выполненный фазоинвертор еще обладает звуком, который можно назвать и высоковерным, и аудио-фильным. Кстати, ругая фазоинвертор за его единственный недостаток, многие лукавят, представляя его достоинства как чисто количественные. Рассуждая так и имея 30-процентный запас по объему корпуса, можно вообще забыть об идее фазоинвертора. Но напомню еще раз, главное преимущество фазоинвертора заключается не в его эффективности, а в снижении искажений на частоте резонанса. А за это кое-кто не откажется заплатить ухудшением импульсного отклика.
    Дело не только в "минимальнофазовости". Если бы акустическая система была хотя бы линейна, то, измерив АЧХ и ФЧХ и воспользовавшись аппаратом Фурье (в обобщенном смысле), можно было бы однозначно судить о переходной характеристике. Так. кстати, и поступают цифровые станции, то есть специализированные устройства для электроакустических измерений на базе ЭВМ (например, "Мелисса"). Штука эта измеряет именно импульсную характеристику и уже по ней рассчитывает АЧХ и ФЧХ.
    Ценность таких процедур для науки и общества весьма и весьма сомнительна: все измерения проводятся на очень малом уровне громкости, где нелинейность процессов сказывается в слабой степени. Поэтому более любознательные и терпеливые экспериментаторы оказываются вынуждены измерять спектральные и временные характеристики процессов в акустических системах отдельно. Еще одна древность — пассивный излучатель. Патент Олсона 1935 года. Относительно широкое коммерческое применение началось в 70-х годах. Впервые в коммерческом изделии конструкцию такого типа применила фирма "Celestion".
    В принципе, пассивный излучатель — разновидность фазоинвертора. У него имеются те же три степени свободы при настройке — площадь, масса подвижной системы и упругость подвеса Помимо очевидного недостатка — заметно более высокой стоимости, чем у трубы фазоинвертора.
    Пассивный излучатель имеет немало преимуществ, главное из которых — отсутствие тех самых вихрей и побочных резонансов в трубе.
    Звук систем с пассивным излучателем чище, менее окрашен, хотя вообще об окраске на басах можно говорить лишь с большой натяжкой. Между прочим, нередко главным доводом в пользу "пассивника" служит то, что трубу, даже свернутую, как шланг, поместить в корпусе некрупной акустической системы просто негде.
    С помощью несложных доводов, которые мы здесь не приводим, можно показать, что спад АЧХ у системы с пассивным излучателем будет на низких частотах несколько круче, чем у фазоинвертора, а импульсный отклик — несколько хуже.
    И еще одно. Так как теперь система может быть сделана совершенно симметричной, появится частота, на которой с огромной амплитудой, но в противофазе, будут гулять два диффузора.
    Излучать акустической системы в этот момент будет все что угодно, только не основной тон. А на АЧХ акустических систем с пассивным излучателем на этой частоте красуется великолепный провал почти до нуля.
    Нельзя сказать, что в области фазоинверторов и пассивных излучателей в наше время ничего не изобретается и все, что известно, придумано в тридцатые. Напротив, придумывают, и очень немало. Только вот в коммерческом смысле приживается далеко не все.
    Например, некто Госбах (Е. Hossbach) всего лет двадцать пять назад придумал любопытную вещицу, изображенную на рис. 1а. Корпус акустической системы состоит из двух отсеков и использует два сочлененных неравных по площади пассивных излучателя.
    Помимо роста КПД, по сравнению с обычной системой с пассивным излучателем, такая акустическая система характеризуется заметным сдвигом влево основных характерных частот (частоты среза, например). А это в ряде случаев радикально улучшает импульсный отклик, так как область частот, где наблюдаются резкие скачки фазы, попросту выхолит за пределы частотного диапазона остальных устройств (носителя, источника, УНЧ).
    Своего рода экзотику представляет корпус, использующий сдвоенный пассивный излучатель и две активные головки, установленные по типу изобарической нагрузки (рис. 2б). Такая конструкция объединяет все преимущества "изобарика" и пассивного излучателя, но чрезвычайно сложна в настройке.
    К сожалению, столь простое объяснение принципа работы фазоинвертора, которым ограничились мы в основной части нашего повествования, не может не грешить неточностями и недоговоренностями. Чем сильнее наше стремление упростить изложение, тем больше вероятность навлечь на себя гнев образованных коллег.
    Более или менее складное и достоверное изложение теории фазоинвертора может получиться, если использовать метод электроакустических аналогий. В этом случае эквивалентная схема устройства вырисовывается в виде двух связанных контуров. АЧХ такой системы, содержащей четыре реактивных элемента, описывается дробно-рациональным соотношением
    H(s) - 20 lg [s⁴T₀₄/(s⁴T₀₄+a₁s³T₀₃+a₂s²T₀₂+a₃sT₀+l)],
    и числитель и знаменатель которого — полиномы четвертой (а не второй, как у закрытого ящика) степени. Все коэффициенты a_i, оказываются при этом функциями номиналов элементов эквивалентной схемы (рис. 3), а те в свою очередь определяются главными "переменными" фазоинвертора: добротностью головки Q_TS, эквивалентным объемом V_AS, частотой резонанса головки в воздухе (без оформления) f_s.
    Стратегия выбора перечисленных переменных, как правило, бывает нацелена на получение наиболее гладкой АЧХ. Отправной точкой служит полная добротность Q_TS. Прин очень низких добротностях Q_TS < 0,3 наиболее гладкими из реализуемых АЧХ оказываются кривые квазитретьего порядка. Частота настройки фазоинвертора f_в при этом получается в 1,4-1,8 раза выше, чем f_s, а частота среза АЧХ f_ЗАЧХ — еще выше (кривая 3, рис. 1). При средних добротностях (Q_TS ≈ 0,4) наиболее гладкими оказываются баттервортовские кривые, для которых характерно совпадение f_s, f_в и f_ЗАЧХ. Дальнейший рост добротности (Q_TS > 0,5) для сохранения максимальной гладкости требует допущения колебании АЧХ в пределах прозрачности, кривая получается чебышевская. Как f_в, так и f_ЗАЧХ < f_в получаются заметно меньше f_s.
    Следует отметить, что "степеней свободы" у разработчика в его стремлении создать устройство с максимально гладкой АЧХ может и не хватить. На практике это означает, что величины объема ящика V_B, значения КПД устройства ή и (или) максимального создаваемого звукового давления P_max окажутся неприемлемыми.
    Приходится отказываться от максимальной гладкости и все пересчитывать. Объем и КПД становятся приемлемыми, но АЧХ получает выброс.
    "Капризность" фазоннвертора, заключающаяся в его достаточно высокой чувствительности к изменению исходных параметров Q_TS, f_s и V_as, нередко приводит к ошибкам проектирования, выбросам в АЧХ и, как следствие, к бубненню. Основой для бытующего мнения о гулкости и бубнении фазоинвертора являются случаи неправильного расчета, а не сама суть устройства. Хорошо выполненный фазоинвертор по натуральности баса не уступает закрытому ящику.
    Эквивалентная схема (рис. 3) как нельзя лучше трактует и зависимость модуля комплексного сопротивления фазоинвертора от частоты. Действительно, из общего курса электротехники известно, что система связанных контуров может иметь двугорбую характеристику, хотя оба контура настраиваются на одну н ту же частоту (баттервортовский случай). В той точке характеристики сопротивление имеет минимум (частота f_в). Здесь головка и фазоинверсное отверстие излучают в фазе, ход диффузора минимален. Выше н ниже частоты f_в = f_ЗАЧХ = f_s располагаются два резонанса - максимума сопротивления. Радиотехники называют частоты этих резонансов частотами связи. На этих частотах наблюдается явление компенсации собственной реактивности одного из контуров реактивностью, вносимой соседним контуром. Чем сильнее связь — тем больше максимумы разнесены по частоте. В случае баттервортовской аппроксимации горбы не приводят к выбросам АЧХ, в чебышевском случае — все гораздо сложнее, и на пальцах уже ничего не объяснить.

     Часть [1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [6] 

Ирина АЛДОШИНА, Константин НИКИТИН, АудиоМагазин, февраль 1999, с сокращениями

Статьи

Ламповый звук Тайны лампового звука Волшебство лампового звука [1] [2] Когда лампа лучше, чем транзистор [1] [2] Почему вакуумный триод звучит музыкально Схемотехника ламповых усилителей Лампы или транзисторы? Лампы! Однотактный ламповый усилитель для начинающих Двухтактные ламповые усилители Оконечный пушпульный усилитель - схема Уильямсона-Хафлера-Кероеса Рекомендации по повторению реплики схемы Уильямсона-Хафлера-Кероеса Однотактный усилитель с непосредственной связью. Схема Loftin-White [1] [2] Трехламповый усилитель Губина Однотактник на 300В Усилители низкой частоты Расчет каскада с нагрузкой в аноде Однотактный усилитель на лампе 807 [1] [2] Циклотрон. Мощный усилитель с выходными лампами ГУ-50 SE на RB300 Однотактный усилитель мощности на 300В. Модель WE91 для 90-х годов [1] [2] Как улучшить звучание HI-FI системы [1] [2] [3] [4] [5] [6] Лампы и звук: назад, в будущее [1] [2] [3] [4] [5] Однотактный ламповый ... [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] Апгрейд усилителя XD845MKIII [1] [2] "Усилитель" для наушников на SRPP [1] [2] [3] [4] [5] [6] Ламповый High-End [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [...] Обзор журнала Glass Audio за 1998 год [1] [2] Обзор журнала Glass Audio за 1999 год Корректор для винила Компенсированные регуляторы громкости Усилитель НЧ Даешь ONGAKU! Tubesaurus Rex Усилитель НЧ с комбинированной обратной связью Прибор для измерения напряжения накала высоковольтных кенотронов George Ohm живет в Харькове Ревизия однотактного усилителя с межкаскадным трансформатором Усилитель мощности НЧ с высоким КПД Двухканальный усилитель НЧ Усилитель НЧ с клавишным переключателем Радиотрансляционные установки ТУ-50 и ТУ-100 Портативный проигрыватель Усилитель НЧ Усилитель без выходного трансформатора Усилители без выходного трансформатора Лампово-полупроводниковый УМЗЧ Акустика Бытовые акустические системы [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] Там, где живут басы [1] [2] [3] [4] [5] [6] The Onken Enclosure Категории слухового восприятия [1] [2] Три взгляда на акустику помещений [1] [2] Акустика в которой мы живем [1] [2] Акустика офисов Мифы звукоизоляции Акустика отделочных материалов Акустический агрегат с объемным звучанием Акустические свойства домашней мебели Акустические линзы для громкоговорителей Акустические измерения в практике радиолюбителя Акустический фазоинвертор Акустика студий [1] [2] Полезные советы разработчиков Hi-End Триод против пентода. Что выбрать? [1] [2] SINGLE-ENDED VS PUSH-PULL [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] Одноламповые усилители низкой частоты Как пользоваться характеристиками электронных ламп Многоламповые усилители НЧ на импортных лампах Контактно-резисторный коммутатор входов Как проверять аппаратуру в салоне Что лучше: 4 или 8 Ом акустика? Выходной трансформатор для однотактника. Быть или не быть линейным Простая и быстрая проверка трансформаторов Десять способов усовершенствовать вашу аудиокомнату Испытатель ламп Понижение уровня фона в усилителях Evolution Пять правил рационального питания Трансформаторы в однотактных усилителях Выходные трансформаторы Измерение характеристик выходного трансформатора [1] [2] Однотактный «Magnum» Какая лампа нам нужна Какая лампа нам нужна и будет ли она? Улучшенная конфигурация листов трансформаторной стали Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление? [1] [2] Звук: интересные наблюдения Вся правда об акустике ProAc Немного теории лампового звука О заметности искажений История лампы 300B Краткая история возникновения Hi-Fi Возможен ли "виниловый ренессанс?" [1] [2] [3] Hi-End: Мифы и реальность [1] [2] Как не заблудиться в кабельных джунглях? Побалуйте свои уши! [1] [2] Ограничение сигнала усилителем – можно ли работать в клиппинге? "Хай-Энд" умер, да здравствует "Хай-Энд"! [1] [2] Блестящие звукозаписи [1] [2] [3] Семь слов об ошибках аудиоэкспертизы Частотные, нелинейные и фазовые искажения Внешние факторы, влияющие на восприятие звука Многоканальный окружающий звук [1] [2] [3] [4] Магнитная запись: мифы и реальность Теория схемотехники и звукотехники Для начинающих. Как работает усилитель [1] [2] Принципы схемотехники электронных ламп [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] Хрестоматия радиолюбителя, 1963г. [1] [2] [3] [4] [5] Конструктивный расчет входных и выходных трансформаторов [1] [2] Как работают звуковые трансформаторы Элементарная теория схем с обратной связью [1] [2] [3] Теория звукотехники Двухтактно-параллельный усилитель НЧ Особенности стандартов, описывающих мощность в звукотехнике Отрицательная обратная связь в усилителях Классы усилителей мощности Элементарная теория триода [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Как работает лучевой тетрод О мощности, ваттах, децибелах... [1] [2] Теория звука [1] [2] [3] [4] Звук и цифровые технологии [1] [2] [3] [4] [5] [6] Проектирование абсолютно устойчивых усилителей [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] Звуковые форматы Описание стандарта MP3 Правильная мощность Начинающим. Радиолампа Высококачественный усилитель низкой частоты Объемный звук [1] [2] [3] Парадоксы электрона Вибратор к гитаре Ламповый авометр Старая и популярная 12АХ7/ЕСС83 Принцип устройства и работы электро-вакуумных приборов Двухэлектродные лампы Трехэлектродные лампы Рабочий режим триода Многоэлектродные и специальные лампы Электронно-лучевые трубки Газоразрядные и индикаторные приборы Фотоэлектронные приборы Собственные шумы электронных ламп Особенности работы электронных ламп на СВЧ Специальные электронные приборы для СВЧ Надежность и испытание электровакуумных приборов Основы схемотехники ламповых усилителей Искажения в усилителях, их измерение, меры по снижению искажений Основные сведения о радиокомпонентах Источники питания Каскады усиления мощности Каскады предварительного усиления Широкополосные усилители Усилительный каскад с катодной нагрузкой [1] [2] Life in Vacuum. EL34 Life in Vacuum. 6H8C, 6H9C Life in Vacuum. SV572 SV6550 6C5C 6C3П/6C4П Двойной триод 6Н3П Пентод 6Ж5П 6П42С / 6П45С Лучевой тетрод 6П1П Пентод 6П14П в оконечном каскаде Двойной триод 6Н14П Кенотрон 1Ц11П Демпферный диод 6Ц10П Что и как мы слышим

Это интересно