Анализ фильтров 35АС-015 и 90АС-001 в Multisim

Разбор работы фильтров акустических систем и с помощью симулятора Multisim. Статья содержит схемы замещения динамиков, анализ фазовых сдвигов и практические рекомендации по настройке звука.

Так как на сайте приведена АЧХ (уточнял у администратора), то с неё и начнём:

Схема замещения НЧ динамика и СЧ динамика. ВЧ динамик замещен схемой, имеющей резонанс 3,5 кГц и 30 Ом на резонансе:

Необходимо пояснить некоторые моменты относительно применения Мультисима в проектировании АС.

1. В схемах, загружаемых в Мультисим, необходимо добавлять активные сопротивления всех деталей фильтра, хотя бы приблизительные. Можно на входе фильтра добавить реальное сопротивление соединительных проводов и выходное сопротивление УМ, если они известны и значительны.

2. Вместо динамиков подставляются подобранные схемы замещения. Использовать в схеме вместо динамиков резисторы – без толку. С применением схем замещения появляется возможность уточнить реальную разницу фаз звуковых волн на стыке НЧ/СЧ по графикам фаз токов, протекающих через динамики. Разница фаз по напряжению на НЧ/СЧ динамиках и по току в них может отличаться по диапазону на 0…40°.

3. Мультисим никак не может учесть фазовый сдвиг, возникающий по причине разной глубины установки динамиков на передней панели. А также – по причине отодвигания акустических центров динамиков с ростом частоты по расстоянию от слушателя. И если при частотах раздела ниже 800 Гц эти сдвиги не столь существенны, то при разделе выше 2 кГц они становятся соизмеримы со 180°. В результате Мультисим считает суммарную АЧХ исходя из предпосылки об идеальном расположении акустических центров динамиков по глубине на частоте стыка. Чего в реальности, скорее всего, не будет. (35АС-018 так и посчитана:

4. В Мультисим невозможно загнать АЧХ динамиков, как, например, в LSPCAD. Проблемные места АЧХ придётся исправлять изменениями в фильтрах, используя собственную голову.

5. Суммирование уровней соседних полос осуществляется простым суммированием напряжений, в комплексных числах. Вариант суммирования по мощности не прошёл проверку практикой.

По Мультисиму – всё.

Нам нужны АЧХ динамиков. Автор графиков – Lexus. Вероятно, реальные характеристики отличаются от приведенных (неизвестно расстояние до динамиков при данных измерениях, а также неизвестна область частот с достоверными результатами, она начинается минимум в 2 раза выше по частоте, чем показывает желтая линия снизу графика в программе АRТА, а здесь линии не видно), но они дают понять, с чем боремся.

НЧ брат. Идеально ровная АЧХ на низких частотах подсказывает, что снималось в упор к колпаку, отсюда мощный пик на 1,6 кГц от колпака:

У меня на ручных измерениях пик не столь страшный, синяя кривая, с 33 см.

СЧ брат (Страшный попался? И это тоже, плюс усреднение малое, 1/24 октавы):

Паспортная АЧХ СЧ, как всегда – сглаженная:

ВЧ братик (данные Lexus):

Здесь веселее (деление = 1 дБ): (10ГД-35=6ГДВ-6-16):

Заводская АЧХ:

АЧХ из справочника, сглаженная:

А вот АЧХ , с которой будем работать:

Средний уровень показан красной линией.

АЧХ полос (по напряжению, не по звуковому давлению!) и приблизительная суммарная АЧХ фильтра по напряжению от Мультисима:

Она же, расширенная вниз:

Крутизна ската ФНЧ СЧ звена соответствует четвертому порядку. Плюс у самого СЧ динамика выше 4,5 кГц АЧХ круто валится. Результат понятен: не слитное звучание СЧ и ВЧ полос. Режектор в НЧ звене делает полку выше 1,3 кГц по -17 дБ. А так как НЧ и СЧ включены в противофазе, то симулятор законно нарисовал провал, выделенный желтым цветом. На самом деле, вследствие смещения акустического центра НЧ динамика на этих частотах назад, разница фаз сигналов в области 1…3 кГц значительно отличается от 180°, и указанного провала не будет.

Частоты раздела – около 800 Гц (никак не заявленных 550 Гц) и 5 кГц. Высокая частота раздела НЧ/СЧ имеет свои плюсы и минусы. Плюсы: сжечь СЧ динамик при узкой полосе тяжелее, амплитуда смещения диффузора СЧ минимальна=малые нелинейные и допплеровские искажения в диапазоне выше 800 Гц, экономия на меди и конденсаторах. Минусы: диапазон до 800 Гц играет НЧ динамик с большой массой подвижной системы, за пределами области поршневого режима работы + более заметные интермодуляционные и допплеровские искажения в расширенной до 800 Гц полосе. Хотя в https://audioclub.ru/threads/3-x-polosnaja-as-na-baze-35-as-028-start.366/ я делал раздел по звуковому давлению (который не обязан совпадать по частоте с разделом по напряжению) в пределах 700…900 Гц, и был вполне доволен. Правда, НЧ динамик был у меня с минимальным куполом, что убирает пик 1,3…1,8 кГц (кочующий у разных экземпляров): https://audioclub.ru/threads/75-gdn-1-4-30-gd-2.121/post-7421, третий график, и я не слушал при громкостях, могущих вызвать приличные интермодуляционные искажения.

Пройдёмся по родной АЧХ звукового давления. До 800 Гц ничего интересного нет, НЧ дин отыграл свою полосу, и ФНЧ с режектором на частоту 1230 Гц его эффективно срезал. Срез достаточно крутой, будет окраска звука. Выше в работу включается СЧ, и на АЧХ видим повторение его горба в районе 1,5 кГц. Необходимо упомянуть, что АЧХ динамика 20ГДС-1-8 в области 1…2 кГц гуляет в зависимости от завода-изготовителя и года выпуска. И не факт, что с другим экземпляром сей горб вообще будет. Например, здесь вместо горба имеем провал на 1,3 кГц. У рижского в щите вот такая АЧХ, с ямкой на 1 кГц (синяя кривая). В боксе АЧХ будет другая. По непроверенным (пока) данным, тесный родной бокс как раз даёт прибавку в области 1,4 кГц.

На 3 кГц – провал от СЧ динамика. Происхождение провала на 4,5 кГц непонятно. Обычно там горб ():

Схема Шорова, в которой, как и в 35АС-015, фильтр СЧ звена мало влияет на АЧХ вверху рабочей полосы 20ГДС-1. У ВЧ динамика в области 4,5…5 кГц – тоже максимум. Нестыковка по глубине установки на передней панели? Дальше за вид АЧХ отвечает ВЧ головка, но почему-то нет завала выше 12 кГц.

Переходная характеристика (ПХ) полос фильтра по напряжению (при подаче на вход АС прямоугольной ступеньки 1 В):

Здесь и дальше: красный – выход НЧ звена фильтра, зеленый – СЧ, синий – ВЧ. Заметны затухающие колебания во всех звеньях, особенно в ВЧ. Само собой, динамики добавят свои бяки на разных частотах. Это – только то, что внесут фильтры.

Характеристика входного импеданса:

Для УМ, рассчитанного на 4 Ома, -неплохо, но хотелось бы лучше.

…И тут случилась . Конденсатор С7 на схеме не подписан, . Кстати, на схеме по этой ссылке ВЧ звено 90АС-001 – совпадает с таковым для . Я же рассмотрю схему: