Корекция на акустичния отговор с помощта на пасивни филтри. Принципи на корекция на честотната характеристика. Предназначение на коригиращи контури. Изравняване на задните канали

Какво може да ни даде цифровата обработка в акустичните системи? Първо, искам веднага да уточня, че няма магическа дъска, която, като я инсталираме в евтина система, ще получим магически звук. Акустичните проблеми на високоговорителите трябва да се третират акустично. Например, цифровата обработка не може да елиминира проблемите, свързани с резонансите на корпуса на акустичната система, стоящите звукови вълни вътре в корпуса или органните резонанси на басрефлексната тръба. На първо място, имате нужда от правилно проектирана система от високоговорители с добре подбрани компоненти. Но все пак някои параметри могат да бъдат коригирани с помощта на цифрова аудио обработка. Нека да разгледаме резултатите с пример на живо.

Като опитно зайче използваме системата CL3212, произведена от PARK AUDIO. Системата представлява високоговорител, състоящ се от 12” глава 12CL76 и 1” драйвер DE250 произведени от италианската фирма B&C Speakers (Италия). Първо, нека разгледаме работата на пасивна система. Пасивна система е система, която няма вграден усилвател и използва пасивен кросоувър, за да раздели честотния спектър на ленти. В системата CL3212 за нискочестотния високоговорител се използва филтър от 2-ри ред с наклон 12 dB/октава, а за високочестотния високоговорител се използва филтър от 3-ти ред с наклон 18 dB/октава.

Фиг. 1Сега нека измерим акустичната честотна характеристика на разстояние 1 метър от високоговорителя

Фиг.2АЧХ на пасивната система CL3212, измерена на разстояние 1 метър, входна мощност – 1W

Виждаме, че докато честотната характеристика на системата е доста линейна, фазовата характеристика не може да се похвали с това. Възможностите на пасивния филтър са ограничени. По-специално е доста трудно да се използва за комбиниране на акустичните центрове на главите. Това изисква въвеждане на закъснение в електрическия сигнал, подаван към една от главите, а това е трудно осъществимо в пасивен филтър. Можете да опитате да коригирате честотната характеристика на пасивна система, като използвате параметрично изравняване.

Фиг.3АЧХ на изравнената пасивна система CL3212, измерена на разстояние 1 метър, входна мощност – 1W

Зелен – обща честотна характеристика на системата Червен – фазово-честотна характеристика

Както виждаме, честотната характеристика на системата е станала по-линейна, но фазовата характеристика не може да бъде изравнена. Съвременните методи за цифрова обработка на сигнала могат да решат този проблем. Първо, бих искал да поговоря малко за теоретичните основи. В описанията на акустични системи или звукови процесори периодично се среща терминът FIR филтриране.

Какво е? Нека разгледаме накратко разликата между двата класа филтри, използвани в аудио обработката: IIR филтри От Infinite Impulse Response, на руски - филтри с безкрайна импулсна характеристика.Това е цифрова реализация на аналоговите филтри, с които сме запознати. Те са описани с познати термини: високочестотен филтър на Butterworth от 4-ти ред (наклон на спадане 24 dB/октава), честота на срязване 1500 Hz. Този тип филтър включва и параметрични коректори на честотната характеристика (познати ни еквалайзери). Те обикновено се описват чрез параметри: честота на настройка, ниво на усилване/отслабване и честотна лента или качествен фактор). Такива филтри са лесни за изпълнение. Те са така наречените филтри с минимална фаза. Това означава, че всяка промяна в честотната характеристика неизбежно променя съотношенията на фазите в сигнала. Колкото по-голям е наклонът на граничната стойност на филтъра или качественият фактор на лентовия филтър, толкова по-голямо е фазовото изместване при граничната честота.

FIR филтри От Finite Impulse Response, на руски - филтри с ограничена импулсна характеристика.Невъзможно е да се реализират такива филтри в аналогова форма. Основното предимство на FIR филтрите е, че ви позволяват да коригирате честотната характеристика на сигнала, без да засягате неговата фаза. С тях можем да използваме кросоувър филтри, които не въвеждат фазови отмествания при честотата на коляното и да използваме изравняване, което не въвежда фазови отмествания при коригираните честоти. Като цяло можем да кажем следното: тези филтри правят точно това, което трябва да правят, и нищо повече. Но, за съжаление, не е без своите недостатъци. FIR филтрите въвеждат забавяне в обработения сигнал и колкото по-нискочестотен сигнал трябва да обработим, толкова по-голямо времезакъснение ще въведе нашия филтър. Ако за битови системи, които обикновено работят независимо, могат да бъдат разрешени доста големи стойности на забавяне, тогава в професионална система от високоговорители, която почти винаги работи заедно с други системи (например субуфери), забавянията са повече от 2 ms неприемливо. Следователно честотният диапазон на обработка на FIR филтрите обикновено е ограничен до средни и високи честоти. За коригиране на нискочестотния диапазон се използват традиционни IIR филтри. Нека да видим как ще изглежда нашата система след разделяне на лентите и коригиране на честотната характеристика с помощта на FIR филтри. Нека конфигурираме същата система в активна Bi-Amp конфигурация. Всяка от главите е свързана към собствен канал за усилване, а кросоувър филтрите и корекцията на честотната характеристика се реализират с помощта на процесор (DSP), включен в усилвателния модул DX700DSP.

Фиг.4Честотна характеристика на системата CL3212, отделни нискочестотни и високочестотни усилватели, обработка чрез FIR филтриране. Измерена на разстояние 1 метър, входяща мощност – 1W

Зелен – обща честотна характеристика на системата Червен – фазово-честотна характеристика

Както виждаме, честотната характеристика на системата е станала почти права линия, а фазово-честотната характеристика в областта на средната честота също е станала почти права линия. В нискочестотния диапазон не е възможно да се изравни фазата, т.к поради големи забавяния на обработката при ниски честоти, FIR филтрирането не може да се използва. Сега нека се опитаме да разберем как линейността на фазовата характеристика влияе върху възпроизвеждането на звука от акустиката. За тестване използваме квадратна вълна (правоъгълни импулси) като тестов сигнал. „Идеалната“ квадратна вълна е сборът от безкраен брой синусоиди, всяка от които има своя собствена амплитуда и фаза. Следователно, когато квадратна вълна преминава през аудио система, могат да бъдат идентифицирани проблеми във времевата област. Всички синусоидални компоненти трябва да бъдат предадени от системата без изкривяване на времето на пристигане, за да се получи отново правоъгълна вълна на изхода. Важно е да се разбере, че системното времезакъснение не трябва да бъде нула. Но трябва да е еднакъв за всички честоти в честотната лента на системата. Това условие ще бъде лесно изпълнено, ако тестваната система има гладка фазова характеристика. Въпреки че никой не слуша квадратната вълна през високоговорител, той осигурява ясен тестов сигнал, който прави много лесно да се види временно изкривяване в сигнала, преминаващ през високоговорителя. Амплитудните или времевите изкривявания се виждат веднага и това помага да се разберат причините за изкривяванията. И така, нека се опитаме да прекараме сигнал с квадратна вълна през нашата система с пасивен филтър:

Ориз. 5Правоъгълен изход CL3212 с пасивен филтър

На челата на получените импулси се вижда несъвършена времева връзка на сигнали от нискочестотни и високочестотни глави, а на плоската част има неравномерност, причинена от неравномерната честотна характеристика на системата. Това ни дава два ключа за подобряване на формата на изходната вълна: - изглаждане на честотната характеристика. — подобряване на временното свързване на високоговорителите един с друг (това, наред с други неща, ще изравни фазовата характеристика на системата). Сега нека извършим подобно измерване за активна система с FIR филтриране.

Ориз. 6Правоъгълна вълна на изхода на CL3212 с отделни LF и HF усилватели, обработка чрез FIR филтриране.

Виждаме, че всички временни несъответствия на фронтовете на сигнала са изчезнали, плоската част на импулса е станала напълно гладка. Преходните характеристики на системата са значително подобрени. Това ще има благоприятен ефект върху яснотата и прозрачността на възпроизвеждането на звук от системата на високоговорителите. Системата също ще стане по-предсказуема, когато се направи опит за допълнително изравняване при специфични акустични условия. Многобройни прослушвания потвърдиха тези резултати.

Всеки радиолюбител, който поне веднъж е изграждал самостоятелно акустични системи (АС), знае, че дори точното изпълнение на проекта и препоръките на авторите на проекта не винаги водят до желания резултат. Въпреки сложността или просто невъзможността да се оцени качеството на домашно направените високоговорители у дома, освен „на ухо“, авторите на проекти често не предоставят нито методи за оценка на своите проекти, нито препоръки за тяхното използване (поставяне и свързване на високоговорители) . Случва се след повторение на следващия „шедьовър“, когато радостта от завършването на работата по него изчезне, започва период на болезнени оценки и заключения. Ентусиазмът и моментната еуфория често отстъпват място на почти разочарование. Наистина е трудно да се търсят причини за незадоволително представяне в завършен дизайн, когато „всичко е направено както трябва“. А може би дизайнът е добър, но усилвателят „не е такъв“ или нещо друго... Звучи ли ви познато?

Потърсете в минали радиолюбителски списания за статии относно проектирането на акустични системи. Уважаваните автори създават своите версии почти сляпо, без да вземат предвид физиката на електромеханичните трансформации и акустиката като такава. Несъмнено редица домашни дизайни на високоговорители, методи за модифициране на индустриални високоговорители и динамични глави са успешни и заслужават внимание. Много дизайни са се превърнали в добро „училище“ за любителите на висококачествено възпроизвеждане на звука в безкрайния цикличен процес на създаване или преработване на високоговорители според принципа: „На път е да стане наистина добро...“. Но имайте предвид, че авторите сравняват своите разработки (максимум) с промишлени дизайни на AS инсталации на заводи от бившия СССР. Да се ​​опитат да сравнят проектите си с продуктите на компании като BOSE или JBL...

Възражението срещу закупуването на вносни високоговорители в по-ниските и средните ценови категории е следното: „Кой ви каза, че такъв високоговорител в хола ви ще звучи, а не ще издава сладки звуци?“ Мотиви като: „Ти така или иначе не можеш да го направиш“ не са убедителни. Разбира се, има примери за маркова акустика, които са несравними по своя дизайн и звук, но цената им (както всички ноу-хау) е много висока.
Дори сега, когато има реална възможност за използване на висококачествени съвременни динамични глави, продължават да се срещат описания на домашно произведени високоговорители (вече на нова елементна база), наследявайки дизайнерските грешки от предишни години. Изглежда, че при сегашното разнообразие от избор на изходен материал, можем само да изчислим и компетентно да изградим тялото (кутията) на високоговорителя. Всъщност не само силата на звука на високоговорителя е определящият показател за качество. Понякога дори шкаф, правилно изчислен от гледна точка на еднаква честотна характеристика, не звучи. Чрез намаляване на основния недостатък на съществуващите динамични глави - значителна неравномерност на честотната характеристика в средно-високочестотния диапазон, те няма да бъдат много по-ниски от една трета от вносните и е възможно да се изгради система от високоговорители върху тях, ще задоволи взискателния слушател.

Цялата красота на процеса на създаване на високоговорители сами се крие в свободата да изберете дизайн и да получите желания резултат независимо (или почти независимо) от разходите, което не може да бъде постигнато при масово производство. Това означава, че е имало и остава смисъл да се опитвате да разширите знанията си и да започнете отначало. Въпреки факта, че в този материал не е даден конкретният дизайн на акустичната система, някои аспекти на работата на нискочестотната част на системата от високоговорители са представени от практическа гледна точка и са достъпни за повторение или независим анализ с достатъчна точност.

Първо. Акустиката на стаята, или по-просто казано на хола, далеч не е идеална. Ако не можете да подобрите акустиката на помещението според всички правила (пропорции на „златното съотношение 0,618: 1: 1,618“, разумно използване на звукопоглъщащи материали, избор на разположение на високоговорителите, избор на точка за слушане и т.н.), тогава наистина трябва да погледнете мини-комплекс и да се успокоите. Иначе да продължим. От една страна, всяка стая звучи различно дори и след като направи всички разумни промени в средата. От друга страна, всеки от нас познава характеристиките на нашия дом, ние сме свикнали с „домашната“ окраска на звуците. Мозъкът ни подсъзнателно започва да трансформира това, което чуваме, в първоначалния му цвят. Следователно това, което наистина трябва да се опитате да направите в стаята, е да минимизирате стоящите вълни, да доведете нивото на реверберация до приемливо ниво, да премахнете или навлажните резониращите обекти (повърхности) и да създадете правилната зона за слушане.

Второ. Появата на нови източници на звук, базирани на цифрови технологии, като Hi-Fi видео (с FM аудио запис), касетофони, персонални компютри (MPEG), компактдискове и мини-дискове, поставя нови изисквания към високоговорителите: повишена равномерност на фазовата честота и амплитудно-честотни характеристики, широк динамичен диапазон, минимално интермодулационно изкривяване. Естеството на изкривяванията в високоговорителите се определя от физиката на процеса на възпроизвеждане на звука и е толкова многостранно, че всички видове изкривявания трудно могат да бъдат елиминирани на практика. Някои от тях обаче са добре проучени в света на радиолюбителите и следователно могат да бъдат контролирани по време на процеса на проектиране. Основното правило трябва да бъде следното: всеки тип изкривяване се намалява индивидуално и внимателно.

трето. Разходи за работа. Във всеки случай цената на материалите и компонентите, изразходвани за направата на добър „домашен“ високоговорител, ще бъде непропорционално по-малка от цената на високоговорителя, който бихте закупили, ако съществуваше такава възможност. Това означава, че инвестирането на вашите знания в дизайна, който се нарича „за себе си“, е много изгодно.

Последно нещо. Когато купувате марков високоговорител, никой друг освен производителя няма да ви даде препоръки за неговото разположение и правилна „настройка“ за конкретна ситуация. Тази информация не е достъпна нито от продавачи, нито в интернет - само субективни мнения на „експерти“ от същите магазини. С изключение на някои модели високоговорители, които са придружени от разпечатки на измерената честотна характеристика и хармоничен коефициент в работната честотна лента, ние сме принудени да купуваме почти всяка маркова акустика според принципа „прасе в джоба“.

Започваме с избора на динамични глави. Това ще определи вида на високоговорителя, а именно двупосочен или трипосочен дизайн. От опит мога да кажа, че изграждането на трилентов високоговорител у дома е много трудно. Разходите за изследване и експериментиране се удвояват в сравнение с двулентов високоговорител. Опитайте се да изберете динамични глави за двулентови високоговорители въз основа на тяхната акустична мощност (номинална мощност, като се вземе предвид чувствителността) LF-MF до MF-HF като 1,5...3,0 до 1,0. Припокриването на честотните диапазони на главите трябва да бъде най-малко 2 октави (4 пъти), в противен случай няма да е възможно да се осигури точно съвпадение и плавни преходи на фазово-честотните характеристики на главите в честотната област на кръстосания филтър. Препоръчително е да се използват разделителни филтри от 2-ри ред за ниски честоти и трети ред за HF глави. Тези на пръв поглед тривиални изисквания всъщност са трудни за изпълнение, но по-лесни, отколкото да направите същото за трилентов високоговорител.

Колкото по-нисък е Ff, толкова по-близко е сходството на честотната характеристика. При ниска честота Fph също се наблюдават по-малки фазови изкривявания и по-кратко групово време на забавяне на излъчването на високоговорителя при ниски честоти (фиг. 1-4).
Глава 6GD-2, Qts(5=0.62, Fр=31 Hz, Vas=241 l, SPL=92.3 dB/W*m. Изчислени данни за различни акустични решения: 1. Тонколони с бас рефлекс, оптимален обем 550 литра, Fph=20 Hz 2. Тонколони с бас рефлекс, обем 32 литра, Fph=25 Hz 3. Тонколони затворен тип, оптимален обем 386 литра 4. Тонколони затворен тип, обем 32 литра Ниво 108 dB се осигурява от главата в широка честотна лента от 300- 2000 Hz при номинална входна мощност b W. Изчислените размери на FI са както следва: За колони с обем 550 литра - диаметър 15 см, дължина 7 см За колони с обем 32 литра - диаметър 5 cm, дължина 24 cm В резултат на експерименти с реални динамични глави беше възможно да се извлече приблизителна формула, която може да се използва за изчисляване с точност от 10-15%, оптималното (минимално възможно) FI честота на настройка (Ffi min) за конкретна нискочестотна глава.В противен случай това е критерий за определяне на честотата, от която конкретна динамична глава (при високоговорители с FI) е в състояние да осигури максимално акустично налягане не по-малко от това при средни честоти когато към него се подава номинална електрическа мощност: Ffi min=0,8/SQRT(Dg*sqrt(Ng)) * SPL/Xmax, където Ng е броят на подобни глави Dg, инсталирани в корпуса на високоговорителя - диаметър на дифузора (в центъра на гофрирането), cm SPL - - чувствителност на главата dB/W*m Xmax - максимално изместване на дифузора (на една страна), cm Основното нещо е, че честотата Ffi min, под която се създава максималното звуково налягане главата започва рязко да намалява, практически не зависи нито от обема на корпуса, нито от естествената резонансна честота на главата. По този начин няма смисъл да изчислявате корпус с FI, настроен на честота под Ffi min - няма да можете да получите приемлива акустична реакция от нискочестотна глава в шкаф с високоговорители дори с много голям обем, въпреки че честотната характеристика на високоговорителя може да е оптимална. Примери: 10GD-34 (25GDN-1-4): Ffi min = 0,8/sqrt10,5 * 84/0,6 = 35 Hz (98dB) 6GD-2: Ffi min = 0,8/sqrt21 * 91, 4/0,5 = 32 Hz (104 dB) 10GD-30 (20GDN-1-4): Ffi min = 0,8/sqrt16,7 * 86/0,8 = 21 Hz (98 dB) 30GD-2 (75GDN -1-4): Ffi min = 0,8/ sqrt21 * 86/0,8 = 19 Hz (105 dB)

Питате: „Това ли е тайната на дълбокия бас?“ . Това са реални честоти на настройка на FI, до които посочените глави могат да осигурят акустично налягане, съизмеримо с налягането при средни честоти при номиналната входна мощност. Тогава всичко е просто: 1. Ако главата има собствена резонансна честота не по-ниска от Ffi min и качествен фактор Qts = 0,3...0,5, тогава не се колебайте да изчислите корпуса с FI, като използвате добре познат метод. В резултат на това ще получите оптимален високоговорител с плоска честотна характеристика, без да прилагате допълнителна корекция на PA. 2. Ако главата има собствена резонансна честота не по-ниска от Ffi min и качествен фактор Qts = 0,6...1,5, тогава има шанс да се създаде високоговорител с всякакъв приемлив обем с FI, настроен на честотата Ffi min. В този случай гладка честотна характеристика на високоговорителя може да се получи само чрез подходяща корекция на честотната характеристика на PA (Linkwitz коректор - виж по-долу). 3. Ако главата има собствена резонансна честота Fр< 0,85*Fфи min, то можно подумать об установке в АС двух или более однотипных головок, а дальше по варианту 1 или 2 или вовсе отказаться от применения этого типа головок в низ­кочастотном звене Вашей АС. Иные способы «заставить» низкочастотную головку работать на все 100% заключаются в построении двух-, трехобъемных АС с размещением НЧ головки внутри корпуса с излучением через порт (порты) ФИ. Подобную АС действительно сложно рассчитать в домашних условиях. Немного о конструкциях фазоииверторов. Стандартная конструкция трубчатого ФИ должна удовлетворять следующим условиям: жесткость и отсутствие резонансных призвуков в материале трубы, диаметр отверстия (трубы) ФИ следует вы­бирать не меньше 1/4 диаметра диффузора низкочастотной головки. Поскольку ФИ как и динамическая головка является источником звуковых колебаний, труба ФИ не должна созда­вать никаких дополнительных призвуков. Постучите каранда­шом по стенке трубы ФИ. Если она «звенит», то обклейте вне­шнюю поверхность трубы ФИ в один слой резиной, линолеу­мом и/или обмотайте пластырем, изоляционной лентой (не скотчем) в 5-6 слоев. Отверстие ФИ на лицевой панели АС необходимо разместить не ближе 10-15 см от края низкочас­тотной головки. В принципе, выход ФИ можно разместить на любой боковой или задней стенке корпуса АС. Только в том случае, если АС будет установлена в пространстве между ме­бельными секциями или вплотную к стене или к другим пред­метам, ограничивающим излучение сбоку или сзади - отвер­стие ФИ обязательно располагают на лицевой панели. При расчете длины трубы ФИ исходят из того, что внутренний край трубы должен отстоять, по крайней мере, на расстояние ее диаметра от внутренней поверхности противоположной стен­ки корпуса АС. Если это условие не выполняется, то произво­дят перерасчет ФИ с меньшим диаметром. Вместо одного ФИ можно применить два с внутренним диаметром 0,71 от рас­считанного одного АИ. Полезно также скруглить торцы труб. Наполнение корпуса АС звукопоглотителем - по желанию, ис­ключая область ФИ, но не более 15 г/литр. Еще один вид искажений, влияющий на качество звучания любой АС - это потери дифракции звуковых воли. Этот тип искажений проявляется в частотной области 100-800 Гц и пред­ставляет собой плавное уменьшение акустического давления, создаваемого АС, ниже определенной частоты. Несмотря на то, что этот вид искажений хорошо известен, его описание в нашей радиолюбительской литературе было подано неверно, видимо при первых переводах зарубежных статей на русский язык. Этот вид искажений нам объяснялся как «Искажения АЧХ различных форм корпусов АС» . Тем не менее, при разме­щении АС «в стенке» искажения дифракции могут быть малы­ми при любой форме корпуса. На самом деле, когда оклеива­ют внутреннюю поверхность стенок АС звукопоглощающим материалом можно сделать внутреннюю поверхность АС по­чти сферической. Изменится ли, в принципе, поведение АХ такой АС? - нет. Суть вот в чем. На низких частотах длина волны, излучае­мая АС гораздо больше физических размеров самой АС, по­этому звуковые волны огибают корпус АС, т.е. излучаются в пространство 2пи (вокруг). На высоких частотах, где длина из­лучаемой волны меньше размера передней панели АС, излу­чение возможно только вперед, т.е. в полупространство . Таким образом, при неизменной электрической мощности, под­водимой к АС, и при горизонтальной АХ динамической го­ловки (а в области 200-500 Гц редкие экземпляры НЧ головок имеют аномалии), начиная с некоторой частоты АХ системы по оси излучения возрастает до уровня +6 дБ. Наиболее плав­ное поведение АХ наблюдается при отсутствии острых вне­шних граней в конструкции АС (рис.5). В случае стандартного корпуса АХ искажений дифракции имеет локальные миниму­мы и максимумы, но с увеличением частоты отдача АС по оси излучения все равно повышается в 2 раза (рис.б). Средняя частота (Гц), на которой отдача АС (в идеале) по­вышается на 3 дБ может быть рассчитана в Гц по следующей эмпирической формуле: Fd=115/W, где W-ширина передней панели АС в метрах. Величина искажений, обусловленная потерями дифракции +6 дБ имеет место быть только при размещении АС в свобод­ном пространстве, коим жилая комната не является. Низкоча­стотные звуковые волны, огибающие АС, в какой-то мере от­ражаются от стены, около которой обычно устанавливают АС и приходят к слушателю. Таким образом, реально измерен­ное значение потерь составляет 3-4 дБ. О существовании ис­кажений дифракции можно убедиться по АХ промышленных АС, приводимых изготовителями (рис.7-9):

Съвсем лесно е да се компенсират тези AX изкривявания чрез включване на най-простата коригираща верига R4C4R5 в пътя за възпроизвеждане на звука между предусилвателя и усилвателя на мощност (фиг. 10). След като избрахме съотношението на съпротивлението R4 = R5/2 (корекционната стойност е около 3,5 dB) и техните стойности в kOhm, определяме капацитета C4 в μF по формулата: C4 = 130/(R5*Fd).

Пример за изчисление: 1. Ширина на предния панел на високоговорителя: 25 cm 2. Определете честотата Fd = 115/0,25 = 460 Hz 3. Изберете R5 = 4,7 kOhm, R4 = 4,7/2 = 2,4 kOhm 4. Определете C4= 130/(4.7*460)=0.062 µF (62 nf) Трябва да се отбележи, че изкривяванията на дифракционните загуби могат да бъдат компенсирани веднъж завинаги за конкретни високоговорители (или подобни по размер), след което съществуването на каквато и да е корекция Вие просто не можете помня. След прилагане на такава корекция към някои високоговорители, последните може да започнат да „мърморят“. Това е съвсем нормално, защото... резултатният качествен фактор на повечето високоговорители с малък обем, изградени върху обикновени LF глави, очевидно е по-висок от 0,71. Всеки любител на висококачественото възпроизвеждане на звук може да забележи, че при поставяне на високоговорители на стойки с височина 0,4...0,7 метра, особено ако са отдалечени от стената с 0,3...0,6 метра, изходното ниво на високоговорителите забележимо пада на LF. В този случай интуитивно увеличете нивото на сигнала при ниски честоти, като използвате контрола на тона +3...+5 dB и какво наблюдавате? Точно така - по-„истински“ звук и може би „бумтящ“ звук. Контролът на тона на нискочестотния усилвател в този случай намалява изкривяването на дифракцията на звуковите вълни. Между другото, такова разположение на високоговорителите по дългата стена на стаята е най-оптималното от гледна точка на минимизиране на влиянието на акустиката на помещението върху честотната характеристика на високоговорителите.

Сега си представете характеристиките на високоговорителите, показани на фигури 7-9, ако дизайнерите на тези „домакински“ високоговорители са се погрижили да компенсират този тип изкривяване с пасивни филтри. КАТО "Корвет" и "Вега" биха "мърморили", но "Естония" не би. Между другото, първият е направен в затворен корпус, „Естония“ и „Вега“ - с AI, настроен на 40-45 Hz. Анализът на характеристиките на тези високоговорители показва, че: 15AC-111 “Vega” - поради високия качествен фактор на нискочестотната глава, използвана в високоговорителите, характеристиките на характеристиките на високоговорителите се повишават с 2-3 dB при честота 80-90 Hz (коефициентът на качество на високоговорителя е 1,3). Във всеки случай се наблюдава "мърморене" и се налага корекция на климатика с активни филтри. Използването на AI, настроен на 40 Hz, е близко до оптималното (35 Hz), но не трябва да се използва за коригиране на AC, а за съвсем друга цел - да се осигури максимална акустична мощност на нискочестотната глава. 35AC-021 „Естония“ е практически най-плавният AX, но настройката на AI на честота от 45 Hz не позволява да се използва пълният потенциал на главата на високоговорителя. Би било полезно да увеличите обема на кутията с 15-20% и да намалите честотата на настройка на AI до 21-27 Hz. 75AC-001 “Corvette” - няма спад при честота 180 Hz с 3 dB, а повишение при честота 90-95 Hz с 3 dB, причинено от получения Q фактор на високоговорителя, равен на 1,3 -1.4 поради малкия обем на касата. Акустичната мощност на високоговорителите при ниски честоти се осигурява само от висококачествена нискочестотна глава 100GDN-3. Препоръчително е да използвате AI и AX коректор. Така, ако полученият качествен фактор на АС е 1,1...2, т.е. на AX на високоговорителите има повишение от +1...6 dB в района на 60-110 Hz (очевидни признаци на "мърморене"), а силата на звука на високоговорителите е поне 2-3 пъти по-малка от еквивалентният обем на нискочестотната глава Vas, т.е. има смисъл да се приложи корекцията AX върху активни филтри съгласно схемата за преобразуване на Linkwitz, пример за веригата е показан на фиг. 10 (с изключение на R4C4R5).

Едновременно с AX корекцията, схемата осигурява локална корекция на фазата на сигнала в областта под резонансната честота, което намалява фазовите изкривявания на високоговорителите. Характеристиките на AX и фазовата характеристика на коректора са показани на фиг. 11 и фиг. 12. Характеристиките са изчислени за Q фактор на 32-литров високоговорител, равен на 1,8 при честота от 98 Hz, за да се получи хоризонтална акустична реакция по отношение на звуковото налягане от 500 до 32 Hz (-3 dB) с получено Q коефициент равен на 0,71 (басов високоговорител 6GD-2, Qts=0,62, Fр=31 Hz). Амплитудната характеристика на коректора има повишение от 12 dB на октава в областта на ниските честоти, за да компенсира сходния характер на спада в амплитудата на затворения високоговорител. Но точно при тези честоти капацитетът на претоварване на затворен високоговорител е нисък. Следователно е оптимално да се използва такава AX корекция за високоговорители с AI, настроен на честотата Ffi min. Определянето на това за завършена (или в процес на изграждане) система от високоговорители е доста просто. Първо затваряме и запечатваме отвора за басрефлекс и измерваме съпротивителния модул на нискочестотната глава в затворения корпус на високоговорителя. Въз основа на максималната стойност на съпротивителния модул определяме резонансната честота на нискочестотната глава Fs в корпуса на високоговорителя. След това отваряме дупката на AI и измерваме отново модула за съпротивление на главата. Ние определяме резонансната честота на AI ​​Ff чрез минималния модул на съпротивление. Обикновено при честоти над и под установения минимум модулът на съпротивление на главата има ясно изразени пикове. Ако Ff е по-висок или равен на Fs, тогава AI ​​AC е конфигуриран неправилно във всеки случай. Ако Fph е по-висок от Ffi min, тогава увеличете дължината на AI тръбата пропорционално на квадрата на желаното намаление на Fph и настройте AI на честотата Ffi min. В случай, че AI тръба с изчислена дължина не може физически да бъде монтирана в корпуса на AC, се използва тръба с по-малък диаметър. Има мнение, че инсталирането на друг AI в системата на високоговорителите, подобен на съществуващия, намалява честотата на настройка на AI. Това мнение е погрешно. Всъщност честотата на настройка на AI увеличава sqrt2 пъти, като същевременно намалява скоростта на въздуха вътре в AI, което е полезно в някои случаи (освен това тръбата с по-малък диаметър е по-твърда). С други думи, инсталирането на два идентични AI е еквивалентно на използването на един AI с еднаква дължина с вътрешен диаметър sqrt2 пъти по-голям от диаметъра на тръбата на един от AI на двойката. Сега е необходимо да се определи резултантният качествен фактор на главата на високоговорителя при честота Fs в високоговорители с AI, настроен на честота Ffi min. У дома е почти невъзможно да се направи това чрез директно измерване на честотната характеристика на високоговорителите чрез звуково налягане. Много по-лесно и по-точно е да се получи Q стойността на високоговорителя чрез изчисление на компютър с помощта на специализиран софтуер. Въпреки това, всеки метод на математическо моделиране изисква до 10-30 известни параметъра на конкретна динамична глава, които отново са трудни за измерване у дома. Предлагам много прост метод за определяне на качествения фактор на високоговорителите с точност от около 10-15%, който допълнително ще изисква всеки електретен микрофон (IEC-3) и предусилвател за него с плоска честотна характеристика от 10 до 10 000 Hz. Затворете отново и запечатайте отвора на FI AS (ако има такъв). След това микрофонът се поставя в непосредствена близост на 2-5 mm от дифузора на нискочестотната глава на разстояние 2/3 от радиуса на дифузора от центъра му. AC волтметър е свързан към изхода на микрофонния усилвател и сигнал от AF генератора се подава към главата (чрез PA с равна честотна характеристика). Мощността, подадена към главата, не трябва да надвишава 0,1-0,5 W. Чрез промяна на честотата на генератора от 500 на 20 Hz се изгражда честотната характеристика на високоговорителя. Уверете се, че има „гърбица“ в областта Fs и спад в честотната характеристика с наклон от 12 dB/октава под тази честота. Намерете отношението на максималното изходно напрежение при честота, близка или малко по-висока от Fs, към изходното напрежение при честота 500 Hz. Получената стойност се повдига на квадрат. Резултатът ще бъде равен на стойността на качествения фактор на АС с ФИ. Привържениците на всякакви методи за намаляване на коефициента на качество на нискочестотна глава (PAS, отрицателен изходен импеданс на PA и т.н.) на този етап могат да изберат количеството звукопоглъщащ материал в корпуса на затворен високоговорител (PAS дизайн , стойността на Rout PA), докато се получи желаната стойност на Q фактора. При използване на значително количество шумопоглъщащ материал, но не повече от 15...23 g/l, препоръчително е да се „организира“ свободно пространство от 3-5 литра с помощта на телена рамка между FI и ниско- честотна глава. За тези, които могат да изчислят или определят коефициента на качество на нискочестотен драйвер (с известни измерени параметри), инсталиран в конкретен шкаф за високоговорители, съществуващите стандартни методи са за предпочитане. Резултатите от измерванията на коефициента на качество и резонансната честота на главата в затворен високоговорител (Fs) могат да се използват за избор на стойностите на коректора (фиг. 10) само за случая, когато FI е настроен на честотата Ffi min, при поне 2 пъти по-ниска от честотата Fs. Нека започнем да определяме оценките на етапа на корекция на RC. Препоръчителният операционен усилвател е 157UD2 (за стерео версията на коректора веригата за коригиране на операционния усилвател е за единично усилване). Тъй като изчисляването на коректорните елементи е доста сложно, резултатите от компютърното изчисляване на стойностите на RC са показани в таблица 1 за различни стойности на коефициента на качество на високоговорителя и честота Fs = 80 Hz. При други стойности на честотата Fs, капацитетът на кондензаторите просто се преизчислява по формулата: C1"= 80 C1/P"z.

Капацитетите на кондензаторите C2 и C3 се изчисляват по същия начин. Можете да оставите капацитета на кондензаторите непроменен и да преизчислите съпротивленията B1-VZ по същия начин. Единственото ограничение е, че съпротивлението на резистора B2 не трябва да бъде по-малко от 2 kOhm, т.к е основното натоварване на операционния усилвател при високи честоти. Когато коректорът е включен пред PA (пред тембърния блок), реалната честотна характеристика на системата по отношение на звуковото налягане ще бъде хоризонтална с толеранс от ±2 dB към по-ниската работна честота (посочена в таблицата, при спазване на Ffi мин< F(-ЗдБ)), а эквивалент­ная добротность АС равна 0,71. Номиналы RC необходимо подобрать с точностью 1%. При значениях добротности АС, равной 1,6 и выше (4-5-6-7 строки таблицы 1), корректор имеет значительный подъем АЧХ на ча­стотах 30-20 Гц (13-16-20-24 дБ). Для предотвращения явной перегрузки УМ и АС реальным сигналом, снимаемым с выхо­да корректора, на входе УМ (или темброблока) желательно применить ФВЧ первого порядка с частотой среза 30-35 Гц. Это можно сделать заменой (или установкой) конденсатора на входе УМ, емкость которого в нФ рассчитывается по фор­муле 5000/Ввх., где Rвх. - входное сопротивление УМ (или темброблока), кОм. Звучание АС, АЧХ которой скорректирована двумя указан­ными способами, Вас не просто порадует - поразит. Вы нако­нец-то ощутите полное отсутствие окраски звука в НЧ диапа­зоне - «бубнения» не станет как такового. Регулировка темб­ров усилителя по НЧ будет наконец-то работать как ей и поло­жено-эффективно. Совершенно достаточной окажется глуби­на регулировки тембра по НЧ ±3-5 дБ. Отдача по звуковому давлению на нижней рабочей частоте АС будет максимально возможной для примененной низкочастотной динамической го­ловки.

Моделирането и директното измерване на характеристиките на главите и високоговорителите (за потвърждаване на резултатите от изчисленията) бяха извършени с помощта на мултимедиен компютър Intel Pentium III клас с калибрирана звукова карта (честотна характеристика 15...17000 Hz ±0,2 dB). Използван е различен свободно разпространяван софтуер, включително демо версии на програми от JBL, Blaupunkt и Peerless (емулатори на генератор на сигнали, измерватели на честотната характеристика за „бял“ шум, 1/2-1/12 октавни спектрални анализатори за „розов“ шум, програми за изчислете параметрите на затворени високоговорители, високоговорители с FI и т.н.) Настройките на софтуера задават честотна резолюция на по-малко от 0,3 Hz. Допълнително използвахме: 60 W PA с леко изкривяване в диапазона 10-40000 Hz и електретен микрофон (в комплект с предусилвател) с известна честотна характеристика в диапазона 30-15000 Hz ±1.0 dB.

Правилността на заключенията беше проверена експериментално, както следва. Закупени “случайно” затворени високоговорители “Bifrons” (Унгария, Будапеща, завод “BEA6”, 1975 г., обем 36 литра, многослоен корпус от масивна дървесина, пълен с вата 12 g/l, монтирани 9 (!) широколентови глави тип BEA6 HX-125-8 с номинална мощност 12 W всеки и резонансна честота 68-71 Hz, Qts = 1,02...1,08) перфектно възпроизвежда класическа музика и джаз. Веднага щом се стигна до слушане на рок или съвременна електронна музика, високоговорителите веднага „загубиха“ позициите си (това е при 108 W номинална мощност и чувствителност от 88 dB/W*m). Измерването на параметрите на главите HX-125-8 и моделирането на високоговорителите на компютър показаха всички недостатъци на фабричния дизайн. Със затворен дизайн тези високоговорители практически не успяха да произведат дори мощността, която 10MAS-1 развива при честота от 60 Hz (намаляването на честотната характеристика започна при честота от 110 Hz). Смяната на един от 9-те високоговорителя с FI (вижте снимката), настроен на 38 Hz, даде невероятни резултати. Високоговорителите започнаха да звучат. Сравняването на резултатите от измерването на честотната характеристика на високоговорителите преди и след модификацията (честотната характеристика практически не се е променила) не е толкова важно, колкото промяната в характера на звука на високоговорителите - те са станали „всеядни“. Дори в записите на камерни оркестри и хорове се появи несъществуваща преди ефирност, дълбочина и яснота. Допълнително честотната характеристика на системата в областта 35-200 Hz беше коригирана от описания активен филтър, включен на входа на PA. Благодарение на корекцията на честотната характеристика и, най-важното, фазовата характеристика, високоговорителите започнаха да възпроизвеждат басовия регистър с наистина висока прецизност. При описанието на звука на високоговорителите стана възможно да се използват такива епитети като „коректност“, „еластичност“, „мощ“, „емоционалност“. Например, при възпроизвеждане на звука на приближаващ хеликоптер в албума „The Wall” на Pink Floyd, всичко в стаята започна да вибрира. Това беше направено от честни 10 W при честоти от 40 Hz. След тези подобрения високоговорителите заеха полагащото им се „водещо“ място в системата за домашно кино (повярвайте ми, субуферът стана без значение).

внимание! Ако максималната изходна мощност на вашия PA надвишава номиналната мощност на главата на нискочестотния високоговорител три или повече пъти, препоръчвам да защитите високоговорителя от претоварване с предпазител за ток, който може да се изчисли по формулата: 1=2^ (Pnom/Rg), където Pnom е номиналната мощност на НЧ главите, Rg - съпротивление на главата на постоянен ток.

Тъй като операционният усилвател е многостъпален усилвател с много високо усилване, вероятността той да се самовъзбуди, когато се въведе отрицателна обратна връзка, е много голяма. Следователно, за да се гарантира стабилността на операционната система, е необходимо да се вземат специални мерки. Стабилността на операционния усилвател се оценява с помощта на логаритмични амплитудно-честотни (AFC) и фазово-честотни (PFC) характеристики.

При конструирането на честотната характеристика обикновено се използва логаритмична скала и на двете координатни оси, т.е. усилването се изразява в децибели. Използвайки формули (4.42), (4.46) и приемайки, че 2, е лесно да се конструира честотната характеристика и фазовата характеристика за една каскада. За удобство на анализа характеристиките са апроксимирани под формата на прави линии (фиг. 6.15).

Честотната характеристика е хоризонтална линия на нивото. При граничната честота пречупването и честотната характеристика са права линия с наклон от 20 dB, когато честотата се променя с коефициент 10, т.е. 20 dB на десетилетие. По този начин скоростта на затихване на честотната характеристика, начертана за един етап при , е равна на .

Ако оценим скоростта на намаляване на честотната характеристика с помощта на октава (промяна на честотата наполовина), тогава можем да предположим, че скоростта на намаляване на честотната характеристика на едностъпален усилвател е (фиг. 6.15, а).

Граничната честота, съответстваща на прекъсването в приближената честотна характеристика, е приблизително равна на граничната честота на усилването в реалната честотна характеристика. Максималната грешка на тяхното равенство при апроксимиране на честотната характеристика е 3 dB.

Кривата на фазовата характеристика (Фиг. ), конструирана с помощта на израз (4.46), може също да бъде апроксимирана като права линия, начертана от точка до точка, при която 90°. При честоти фазовата характеристика се появява като хоризонтална права линия на нивото. При тази идеализация отклонението от реалната фазова характеристика е не повече от 5,7°.

Амплитудно-честотната характеристика на многостъпалния усилвател се изгражда чрез сумиране на честотната характеристика на отделните му етапи и има няколко прекъсвания, чийто брой съответства на броя на етапите.

На фиг. 6.16 и е показана честотната характеристика на тристъпален усилвател, конструирана чрез сумиране на честотната характеристика на етапи с гранични честоти и усилвания в нискочестотната област.

Фазовата честотна характеристика на многостъпалния усилвател (фиг. 6.16, b) се конструира чрез сумиране на фазовите характеристики на отделните етапи с честотната характеристика, конструирана по-горе.

От фиг. 6.16, и е ясно, че в честотния диапазон от до скоростта на затихване на честотната характеристика е , от до , а в диапазона от до стотици - 60 dB (е единичната честота на усилване).

По този начин всеки етап увеличава скоростта на затихване на честотната характеристика с .

Фазовото изместване при честота е -45°, при честота - 135° и при честота - 225° (фиг. 6.16, b).

При въвеждане на отрицателна обратна връзка ъгълът на изместване между изходното и входното напрежение на усилвателя трябва да бъде 180 °, ако мрежата за обратна връзка с четири извода няма реактивни елементи, т.е. [виж. формула (2.34)].

С положителна обратна връзка, като вземем предвид, че имаме.

По този начин, за да стане отрицателната обратна връзка положителна поради реактивните елементи на усилвателя, допълнителното фазово изместване трябва да бъде 180 °.

За да осигурим граница на фазова стабилност на усилвателя, приемаме, че изместването не трябва да надвишава 135°. Тогава можем да предположим, че областта на стабилност на работата на многостъпален усилвател, по-специално операционен усилвател, с въвеждането на отрицателна обратна връзка се определя от секцията на честотната характеристика с разпад, тъй като при честота фазовото изместване е 135 °.

С дълбока отрицателна обратна връзка.

На фиг. 6.16, a, изразено в децибели, може да бъде представено с прави линии 2 и 3, отразяващи различни дълбочини на обратната връзка. В точките на пресичане на тези прави линии с честотната характеристика на усилвателя без обратна връзка А и В имаме, т.е. именно в тези точки е изпълнено друго условие за самовъзбуждане на усилвателя

По този начин при честоти усилвателят не се самовъзбужда, тъй като въпреки изпълнението на условието (6.22) се осигурява достатъчен запас на стабилност на фазата. При честоти усилвателят работи нестабилно, тъй като могат да бъдат изпълнени и двете условия за самовъзбуждане на усилвателя (6.22) и (2.34).

За да се увеличи стабилността на операционния усилвател при въвеждане на дълбока отрицателна обратна връзка, честотната корекция на честотната характеристика се извършва с помощта на пасивни вериги, включени в схемата на операционния усилвател. Коригиращите вериги променят честотната характеристика по такъв начин, че нейният спад при всички честоти е (фиг. 6.16, а). Най-лесният начин за коригиране на честотната характеристика е да се включи кондензатор с достатъчно голям капацитет във веригата на операционния усилвател, така че времевата константа на коригиращата верига да надвишава . Тогава честотната характеристика на усилвателя ще се измести наляво и точката, съответстваща на неговата гранична честота, ще се определя от стойността на капацитета, а спадът на честотната характеристика е в честотния диапазон. Ако честотата е по-голяма от честотата на единично усилване сто kor на коригираната честотна характеристика, тогава усилвателят ще бъде стабилен при всяка дълбочина на обратната връзка в целия диапазон от работни честоти от 0 до . Недостатъкът на този метод на корекция е, че като гарантираме стабилността на усилвателя, ще ограничим неговата честотна лента.

В момента нашата индустрия произвежда операционни усилватели с общо предназначение, чийто дизайн отчита използването на коригиращ кондензатор. Операционните усилватели, наречени вътрешно коригирани усилватели, не изискват допълнителни коригиращи елементи и са стабилни при всяка дълбочина на обратната връзка в целия работен диапазон, но тясната честотна лента ограничава използването на вътрешна корекция.

Ако е необходимо да се усилят високочестотни сигнали, използвайте операционен усилвател с външна корекция, когато усилвателят има допълнителни външни щифтове за свързване на коригиращи вериги.

Тези щифтове ви позволяват да изберете оптималната корекция на честотната характеристика на усилвателя чрез свързване на окачени кондензатори или -вериги към коригиращите щифтове. Спецификациите на производителя на операционни усилватели обикновено предоставят инструкции за използване на външни коригиращи вериги.

При запис на грамофонни плочи, за да се увеличи съотношението сигнал / шум, се осигурява повишаване на високите честоти. А самият електромагнитен пикап, както беше отбелязано, дава почти линейно увеличение на ЕМП с честота, като се започне от най-ниските честоти. Поради това, за да работите с електромагнитни пикапи, е необходимо да използвате коректорни усилватели с нормализирана честотна характеристика. Два участъка от честотния диапазон подлежат на корекция. В честотния диапазон от 50 до 500 Hz усилването трябва да пада с наклон от 20 dB/десетина години. В диапазона от 500 до 2000 Hz тя остава постоянна, а започвайки от честота 2,12 kHz отново трябва да намалява линейно. Кривата на честотната характеристика е обратната крива на зависимостта на осцилаторната скорост на ножа по време на запис, която е стандартизирана съгласно международните стандарти.

И така, на честотната характеристика се виждат три характерни честоти, определящи нейния външен вид: 50, 500 и 2120 Hz. Те съответстват на времеви константи от 3180, 318 и 75 μs. Те ви позволяват да изчислите коригиращи RC вериги във веригата усилвател-коректор. Тези вериги могат да бъдат направени под формата на пасивни коригиращи вериги или под формата на коригиращи елементи, включени във верига с отрицателна обратна връзка.

Необходимостта от въвеждане на корекция усложнява веригата на усилвателя. Обикновено се използва специален коригиращ усилвател, който довежда сигнала от изхода на звукоприемника до ниво, типично за други източници на сигнал от около 0,15-0,3 V. Разбира се, предвид ниското ниво на изходно напрежение на съвременните звукоприемници, усилвателят трябва да бъде с изключително ниско ниво на собствен шум и смущения. Феновете смятат, че ламповият коригиращ усилвател е най-високият шик, въпреки че получаването на ниско ниво на шум от него е повече от проблематично.

Съкращението RIAA, въпреки че принадлежи към Асоциацията на звукозаписната индустрия на Америка, от 1954 г. всъщност се свързва в целия свят със стандарта за коригиране на честотната характеристика на дългосвирещи винилови плочи, за разлика от многобройните стандарти, съществуващи за по-стари грамофони записи, които са проектирани за скорост на въртене от 78 оборота в минута. Въпреки че въвеждането на стандарта, разработен от Асоциацията на звукозаписната индустрия на Америка (стандарт RIAA), не беше приветствано в Европа, въвеждането на общ международен стандарт все пак се превърна в призива на времето. Международната електротехническа комисия, IEC, въведе стандарт за изравняване на честотите за дългосвирещи винилови плочи, който се оказа почти идентичен с американския стандарт. Единствената разлика беше, че IEC стандартът препоръчва намаляване на по-ниските звукови честоти в режим на възпроизвеждане на запис и, за да се намали нискочестотното тътнене (така наречения ефект на тътнене, причинен от биенето на скоростта на въртене на диска), е препоръчва се въвеждане на затихване с ниво от -3 dB на честота от 20 Hz (когато се преведе във времеви характеристики, това съответства на времева константа от 7950 μs). Повечето производители на висококачествени предусилватели вярваха, че оборудването им ще бъде оборудвано с висококачествени грамофони, така че проблемът с тътнежа няма да ги засяга и затова пренебрегнаха изискванията на IEC. Следователно стандартът за изравняване на записи, който те използваха, всъщност беше стандартът на RIAA.
Въпреки това, все още често има силен натиск върху производителите на оборудване да променят параметрите на плейърите, които отговарят на стандарта RIAA, чрез въвеждане на корекция на амплитудно-честотната характеристика в областта на ниските честоти.

Тази политика се определя от факта, че:

• някои лампови усилватели на мощност се оказват чувствителни към насищане на магнитната сърцевина на изходния трансформатор в случаите, когато се получава сигнал с голяма амплитуда при ниски честоти (по-малко от 50 Hz) (включително от ефекта на тътен);
• Отражателните високоговорители се претоварват много лесно при честоти под техните гранични честоти поради твърде малкото затихване, причинено от движението на конуса. Светлоотразителните високоговорители, монтирани на преградни дъски, обикновено имат гранична честота малко под 100 Hz, докато свободностоящите отразяващи високоговорители имат гранична честота от 50 Hz или дори по-ниска;
• Записите на дългосвирещи винилови плочи се характеризират с нискочестотен (под 20 Hz) шум, дължащ се на деформации и вибрации на диска на плейъра.

Следователно от горното следва, че всички тези проблеми могат да бъдат елиминирани чрез въвеждане на корекция на ниските честоти в етапа на възпроизвеждане на оборудване, което отговаря на стандартите на RIAA.
Един възможен положителен подход към този проблем е възможното приемане на препоръките на IEC за времева константа от 7950 µs, но по-разумно решение би било да се въведе подходящо проектиран високочестотен филтър, имащ затихване на границата на диапазона от около 12 dB на октава или дори повече, с резонансна честота около 10 Hz (т.нар. резонансни тътнещи филтри за потискане на нискочестотен шум, обусловен от несъвършенството на механичната част на плейъра). CD плейърът по някакъв начин не успя да идентифицира необходимостта от въвеждане на нискочестотен филтър с резонансна честота от 10 Hz за решаване на проблеми, свързани с лошо проектирани високоговорители или проблемни изходни трансформатори. Но тогава веднага възниква въпросът какво общо имат с това виниловите дългосвирещи плочи? Изкривяването и бученето са чисто механични проблеми и следователно трябва да се справят само в рамките на тези граници, а не с използването на електрически трикове.

Задачата за неизкривено предаване на звукова програма от изпълнител на слушател е стара като света. Като света на електроакустиката...

Реймънд Скурулс е радиоинженер и звуков инженер, основател и собственик на Acoustic Power Lab. През 2005 г., след три години работа, той получава латвийски патент (LV1334213) за нова технология за коригиране на честотните характеристики на високоговорителите. Списание Pro Sound News Europe определя технологията за изравняване AJFL като една от трите най-добри иновации в тази област в Европа. След резултатите от изложението AES в Ню Йорк, новата разработка беше отличена с наградата за отлични постижения за 2007 г. През 2010 г. авторът разработи версия на технологията за използване в автомобил.

Едно от необходимите условия за това е липсата на линейно изкривяване. От бърз академичен поглед всичко изглежда много просто: измерихме честотната характеристика, създадохме коригиращ филтър и работата беше свършена. Правени са много такива опити, но резултат няма. Разбира се, според авторите на тези опити и поддържащия ги маркетинг резултат има. Но безстрастният свят на професионалистите остава на друго мнение.

Проблемът е, че техническите средства за оценка на звуковите системи приемат и оценяват звука по различен начин от човешкия слух. Те „виждат“ повече „проблеми“, отколкото нашето слухово възприятие (колкото и парадоксално да звучи). Тези проблеми произтичат от физическата интерференция на звуковите вълни на мястото на измерване на звуковото налягане. Но смущения възникват само когато в най-простия случай пристигнат два сигнала - директен и отразен (устойчив случай). Но за кратък момент има само директен сигнал и няма смущения. Този кратък миг е достатъчен на слуха ни, за да направи оценка.

Ще се опитам да докажа времевата селективност на слуха и способността му да игнорира смущенията с два лесни за повторение експеримента. Първи опит.Чирп тестовият сигнал (синусоида с бързо променяща се честота), къс, 150 - 300 ms, логаритмичен, субективно звучи съвсем различно, когато се възпроизвежда от ниски към високи честоти и обратно. Възпроизвеждайки, сигналът изглежда тъп, със загубени високи стойности. Надолу звучи красиво, музикално, с ясно изразени високи. Но за спектрален анализатор и двата случая са еднакви и неразличими.

Опит две.Нека седнем пред класическа стерео система. Нека изпратим моно сигнал. Ако всичко в системата е наред, ще чуем тесен въображаем източник на звук точно по средата между високоговорителите. Сега ние самите се движим от една страна на друга. В този случай ще чуем само, че въображаемият източник ще се движи леко в същата посока като нас. Сега нека поставим микрофон на нашето място. Ще слушаме сигнала от този микрофон и ще го преместим. Нека чуем красивия фленджър ефект, създаден от сменящия се гребен филтър. Пробвам.

Така. По мое мнение (което превръщам в реална технология от почти десетилетие), трябва да измерваме и оценяваме звуковата система по същия начин, по който го прави нашия слух. Това се оказа възможно, ако вместо да се опитваме да разберем нещо от резултатите от измерването на звуковото налягане в една точка, измерихме честотната характеристика на излъчената звукова мощност на високоговорителя. Това е основата на моята работа и решения.

Искам да си позволя да преразгледам подхода за неизкривено излъчване на аудио програма. Ето класическия принцип. В стая (студио, открита зона) пред изпълнителя има микрофон, който преобразува звуковото налягане в пропорционален електрически сигнал, независимо от честотата. Зад него има предавателен път (предусилвател, радиоканал, устройство за забавяне на времето и т.н. и т.н.), завършващ с усилвател и високоговорител в стаята за слушане. Пътят трябва да предава сигнала еднакво, независимо от честотата, а високоговорителят трябва пропорционално да преобразува електрическия сигнал в звуково налягане. И отново - независимо от честотата. Ние проверихме дали високоговорителят отговаря на това изискване в атенюираната камера на неговата „акустична ос“ и сега чакаме успех. Често това очакване се оказва напразно и наивно.

Подходът, който развивам, е различен. За да се получи неизкривен звуков образ, високоговорителят на мястото на слушане трябва да излъчва същата или пропорционална по спектрален състав и времеви характеристики звукова мощност, която музикантът излъчва на мястото на изпълнение.

Правилността на този подход вече е многократно тествана на практика и беше демонстрирана с голям успех на изложението AES през май 2007 г., когато запис на дует на акордеон беше възпроизведен през коригирана пътека, завършваща с високоговорители Radiotehnika S90, добре познати на руснаците, и сравнено с изпълнение на живо на същия дует, който се съгласи да участва в експеримента.

Между другото: ето още един епизод от живота на S90. Малка компания, останала от флагмана на съветската електроакустика - Рижския радиозавод, имаше смелостта да участва в теста на водещо руско аудио списание със своите високоговорители от бюджетен клас. Резултатите бяха впечатляващи, без нито един упрек към звука и с коментара: „Не е ясно защо звучи добре“, въпреки факта, че кривите на честотната характеристика не показват това по никакъв начин. Решението е просто: при настройката на този високоговорител са използвани програмата AJFL и техниката на измерване.

Точността на метода позволява да се използва в студия с най-висококачествени монитори, като в същото време възможностите за дълбочина на корекция са толкова големи, че дори кофа ще звучи. Направихме такъв експеримент...

Как се прилага на практика методът за корекция на излъчената акустична мощност? Акустичното налягане се измерва в много (около 200) точки в пространството, разположени върху някаква въображаема повърхност или неин сегмент. Просто казано: измервателният уред рисува въображаема мрежа от вертикални линии във въздуха с микрофон, това отнема около минута. Специално разработена програма независимо записва стойността на звуковото налягане в отделни точки и след това изчислява честотната характеристика на акустичната мощност (AJFL), която отчита факторите на смущения и фазови измествания. Въз основа на тази характеристика се синтезира корекционна крива. Създава се като огледален образ по отношение на кривата на честотната характеристика на излъчената мощност и е възможно да се следва тази крива с точност, недостъпна за традиционните еквалайзери. Факт е, че технологията AJFL използва филтър с ограничена импулсна характеристика - FIR - като еквалайзер. Не е ново за радиотехниката, но досега се използва изключително рядко в аудио оборудване. Може дори да се каже, че изобщо не е използван (знам само за едно устройство с FIR филтър; самите му създатели всъщност не знаят как да работят с него). Това се случва по три причини: високи изисквания за изчислителна мощност, незначителни практически ползи от получената точност и сложност на управлението, следователно връщането към разбираеми и познати параметрични и графични еквалайзери.

И още нещо: фазова корекция. В технологията AJFL това се случва автоматично. Факт е, че ако проблемът (неравномерността) е причинен от минимална фазова система (а това са повечето електрически вериги и филтри с един път на сигнала от входа до изхода), тогава чрез създаване на минимален фазов коректор проблемът се коригира идеално - както по амплитуда, така и по фаза. Коригиращият филтър-еквалайзер, използван в системата AJFL, е точно такъв, минимална фаза.

През 2010 г. се появи решение за автомобили. Тук трябваше леко да модифицираме както техниката на измерване, така и инструменталния блок, отговорен за последващата корекция. Като се вземе предвид по-сложната акустика, отколкото в нормална стая, честотната характеристика на излъчената мощност в кабината се измерва в няколко стъпки и в три (а не в две) координати. Резултатите от измерването се интерпретират от специална версия на програмата на лаптоп и се зареждат в модул, който остава на борда между източника на сигнала и усилвателите. По време на измерване и настройка (това е важно) е възможно, в допълнение към автоматичната корекция по "огледалната" крива, да се правят ръчни настройки, за тази цел е предвидена високопрецизна параметрична подсистема за еквалайзер.

Размерите на блока с аналогови и цифрови входове/изходи са 18 x 15 x 5 cm, захранващо напрежение от 7 до 16 V. Има дистанционен вход и дистанционен дистанционен изход за управление на включването на усилвателите. Сега е в действие опростена модификация на устройството, наполовина по-малка и само с аналогови входове/изходи. И след няколко месеца ще бъде готово „бързо“ зареждане на филтри през USB интерфейса. Така че, мисля, че все пак ще имаме причина да се срещнем тук. Ако не искате да чакате, не е трудно да ме намерите, адресът е в този брой на списанието.

Според метода AJFL измерванията се правят не в една, а в много точки, образуващи повърхностен сегмент

Демонстрация на метода на изложението AES във Виена през 2007 г

Използвайки излъчваната честотна характеристика на мощността, синтезирана от много точкови измервания, програмата изгражда „огледална“ коригираща крива

Резултатът от корекцията: честотна стъпка от единици херц не е налична за традиционните еквалайзери

Един от тежките случаи (в кола). Резултатът е подобен

Първият автомобилен модел на корекционния блок