КОМПОНЕНТЫ
 
АУДИОСИСТЕМЫ

Audi

BMW

Chevrolet

Chrysler

Citroen

Daewoo

Dodge

Fiat

Ford

Honda

Hummer

Hyundai

Jaguar

Jeep

Kia

Land Rover

Lexus

Mazda

Mercedes

Mitsubishi

Nissan

Opel

Peugeot

Plymouth

Porsche

Range Rover

Renault

Skoda

Subaru

Suzuki

Toyota

Volkswagen

Volvo

Yamaha

    Лучшие системы  
 
Поиск по сайту
 
               
 
Рубрики • Понятия Журнал "Автозвук" •  № 6 / 2001

Константин НИКИТИН

Иллюстрации, главным образом, автора

Фильтры-2

В предыдущей статье (см. «АвтоЗвук» №5 за этот год) мы с уважаемым читателем вместе, в ногу, так сказать, шли к мысли о необходимости частотного разделения в акустических системах. И пришли. Всем хороша идея воспроизведения звукового диапазона одним излучателем, но, как говорится, рад бы в рай... Качества звучания, адекватного современным требованиям, от однополосной системы не получить.

Сегодня мы познакомимся с не менее важными, чем в прошлый раз, особенностями частотного разделения в многополосных АС, попытаемся рассчитать реальную многополосную систему, побеседуем о преимуществах и недостатках так называемой активной фильтрации. Главный поток наших мыслей направлен, разумеется, в сторону автомобильного аудио, однако и обычное, домашнее, обижать не будем, истоки все-таки там...

Маленький словарик

Фаза – для синусоидального сигнала – аргумент, то есть то, что стоит под знаком синуса. Разность фаз двух сигналов – разность аргументов. Понятие фазы наиболее строго может быть введено только для синусоидальных сигналов. Фильтры вносят сдвиг по фазе между синусоидальным входным и выходным напряжением, который можно измерить фазометром или зарегистрировать двухлучевым осциллоскопом. Этот сдвиг зависит от частоты сигнала.

Частота – производная фазы по времени, проще – скорость изменения фазы, да еще поделенная на 2p (мгновенная частота). Для синусоидальных процессов – величина, обратная периоду. Для несинусоидальных процессов понятие частоты строго введено быть не может, так как не существует строгого определения фазы.

Нередко для любого периодического процесса за частоту принимают величину, обратную периоду, однако такой параметр характеризует процесс лишь в общих чертах, понятие мгновенной частоты в таком случае очень расплывчато. Иногда для сложных процессов приходится вводить понятие частость, как параметр, связанный с числом пересечений оси абсцисс в единицу времени: понятно, что за отрезок периодичности процесс может пересечь ось абсцисс сколько угодно раз.

Фильтр – устройство, обладающее зависимостью каких-либо физических параметров от частоты, причем эта зависимость может быть обнаружена через внешние проявления. Фильтр электрический имеет зависимость от частоты отношения нормированных амплитуд синусоидальных сигналов на выходе и входе (АЧХ), разности фаз между синусоидальными сигналами на выходе и входе (ФЧХ) и ряда других параметров. Эти свойства фильтра и используются в инженерной практике.

Фильтр нижних частот (ФНЧ) – фильтр, который пропускает синусоидальные сигналы до определенной частоты, а затем начинает пропускать их с ослаблением, называемым вносимым фильтром затуханием.

Фильтр верхних частот (ФВЧ) – то же, только наоборот.

Полосовой фильтр – пропускает или не пропускает сигналы, лежащие в определенной полосе частот, то есть те синусоидальные сигналы, частота которых выше определенной Fн, но ниже определенной Fв. Может интерпретироваться как совокупность ФНЧ и ФВЧ.

Всепропускающий фильтр – фильтр, имеющий плоскую АЧХ во всем диапазоне частот. Как фильтр, то есть, устройство, предназначенное для частотной фильтрации, смысла не имеет. Однако, обладая определенной ФЧХ, может использоваться как фазовый корректор. В акустических системах применяются всепропускающие фильтры, однако их всепропускающие свойства проявляются только после акустического сложения сигналов излучателей (динамиков) различных полос, для которых фильтр выполняет самые что ни на есть обычные, частотно-фильтрующие свойства.

Фазокогерентный фильтр – не совсем корректное название фильтров, имеющих нулевую либо постоянную, либо линейно нарастающую ФЧХ. Опять-таки, в АС фазокогерентные свойства начинают проявляться только после акустического сложения полосных сигналов. Каждый же полосный сигнал (сабвуфера, мидбаса и т.д.), пройдя через фильтр, получает нелинейный фазовый сдвиг.

Только всепропускающий фазокогерентный фильтр не изменяет форму несинусоидального сигнала. Человеческое ухо чувствительно к форме музыкального сигнала даже в отсутствие нелинейных искажений.

Пассивный фильтр – фильтр из пассивных линейных элементов – индуктивностей, емкостей, резисторов.

Линейные элементы – образуют линейные электрические цепи – те, которые не изменяют форму синусоидального сигнала.

Активный фильтр – устройство, использующее усилительные элементы (лампы, транзисторы, микросхемы и т.п.) и обладающее частотно-избирательными свойствами, то есть определенной АЧХ и ФЧХ. Как правило, применяются на малом уровне мощности и позволяют получать требуемые характеристики легче, чем пассивные.

Два вопроса. Оба – ребром

Сколько полос иметь. Где делить звуковой частотный диапазон? Эти два вопроса устойчиво стоят ребром, несмотря на все технологические потрясения, и требуют аккуратного отдельного обсуждения. Сначала рассмотрим его в общем, применительно к АС универсального назначения, а потом поставим все с ног на колеса.

Как только акустики научились кое-как осуществлять частотное разделение в многополосных АС, море им показалось по колено, и стали появляться двух-, трех-, четырех- и т.д. полосные системы. Новому богу стали класть поклоны так усердно, что в процессе расшибания лба звучание становилось все хуже и хуже. Однако мыслящая часть акустической братии неуклонно набирала статистику и пыталась под всякое ее проявление подводить теоретическую базу, порой небезуспешно.

Путь акустиков 60 – 70-х гг. был извилист и тернист, глубокие раскопки сочетались с поиском под фонарем, отсутствие адекватных моделей человеческого музыкального слуха приводило к созданию удивительных по своей бездарности громыхалок (здесь вклад в мировой процесс сделала и отечественная промышленность). Но наряду с ними были и шедевры, о которых хочется вспоминать до сих пор.

Умение производить высококачественные широкополосные головки кануло вместе с осколками Третьего Рейха, головки же, предназначенные для воспроизведения ограниченного частотного диапазона, явно не справлялись и с облегченной задачей.

Радиолюбители со стажем наверняка вспомнят, какой удивительно корявой АЧХ отличались детища отечественного гения – головки 10ГД-30, 15ГД-11, и как сильна была ностальгия их обладателей по томному и естественному звуку 8ГД-1, 2А-9 и им подобных.

Три частотные полосы в те далекие времена казались разумным минимумом, но даже в трехполосных системах НЧ-головка не справлялась с верхней частью отведенного ей диапазона. Двухполосные системы хоть и выпускались, но вообще никак не играли.*

*Некоторое исключение – первые отечественные малогабаритные системы 10МАС и 6МАС для своего времени, цены и размеров были, в общем-то, не катастрофой. Правда, и не мечтой.

Прошло время, и выяснилось: большинство современных домашних АС – двухполосные. По объему выпуска им немного уступают трехполосные системы, четырехполосные редки, пятиполосные – экзотика или бред, в зависимости от марки.

Двухполосная акустика производятся с предположением, что покупатель смирится с отсутствием баса. Ни одна двухполосная система баса не обеспечивает. Не скажу, что это невозможно, однако, не делают. Почему – скажу, но чуть позже. Итак, двухполосная система имеет НЧ-головку, на которую подаются частоты от нуля до частоты раздела и ВЧ-излучатель, потребляющий все остальные.

Главных достоинств у двухполосной системы два:

Первое – простота. Дальнейшие комментарии излишни.

Второе не столь очевидно, но на самом деле куда важнее. Как правило, частота разделения полос, если их две, выбирается в районе 3 – 5 кГц, то есть там, где уже заканчивается диапазон тонов и начинается зона сплошных обертонов. Напомним читателю, что самая высокая нота рояля имеет частоту чуть ниже 4 кГц и встречается в музыкальных произведениях реже, чем белые негры в Антарктике. Ухо же человеческое ослабляет свои капризные требования к изъянам ФЧХ, как только звук выйдет за пределы тонально значимого диапазона, и милостиво разрешает частотное разделение.

Недостатки. Главных, в общем случае, тоже два (применительно к использованию в автомобиле, появляются дополнительные):

В большинстве двухполосных систем НЧ-головка одновременно слишком велика и слишком мала. Приводит это к тому, что:

НЧ-головка не справляется с верхней частью отведенного ей диапазона (слишком большой диффузор теряет поршнеобразность движения, порождая искажения и изъяны в АЧХ и ФЧХ);

НЧ-головка слишком мала, чтобы корректно работать с басами. Недостаток площади диффузора она пытается скомпенсировать увеличенной амплитудой колебаний, в результате попадание на головку глубокого баса, как правило, а в фазоинверсных системах – с неизбежностью, вызывает чрезмерное увеличение амплитуды и безудержный рост искажений, в том числе и интермодуляционных.

Выбор сравнительно высокой частоты разделения НЧ/ВЧ при заметном, свойственном двухполосным системам разнесении акустических центров излучателей приводит к многолепестковости характеристики направленности на частоте разделения, с причинами которой мы ознакомились номером раньше. А слушатель, как всегда, недоволен. Ему нет дела до лепестковости – он слышит, что АС играет плохо, да сказать ничего не может...

В последнее время с появлением ВЧ-головок с существенно сниженной частотой резонанса появилась возможность заметного перераспределения частот по полосам. Все чаще встречается акустика с частотой раздела 2200, 2000 и даже 1800 Гц. Баса, конечно, в них побольше, так как уже не приходится тянуть диапазон НЧ-головки вверх до заоблачных вершин, и можно позволить ей заняться любимым делом. С лепестками опять же лучше: длина волны на частоте раздела увеличивается, и начинает превосходить расстояние между акустическими центрами. Да вот беда – гадкое ухо на частоте 2000 Гц оказывается наиболее чувствительным ко всякого рода фазовым и временным изъянам. Вот и играют АС так себе: и громкость, и динамика, и АЧХ, и искажения, – все в норме, а не радует...

Как правило, АС первого типа хороши (в пределах возможностей и с учетом недостатков) для воспроизведения вокала, небольших ансамблей и соло акустических инструментов. Второй тип более подходит для неклассических направлений, особенно неакустической, электронной музыки.

Трехполосные системы, как нетрудно догадаться, призваны обеспечить борьбу акустиков с недостатками двухполосных, естественно, кроме того, они просто обязаны наплодить новые недостатки, иначе будет скучно и неинтересно.

В трехполосных системах, исходя из их названия, три полосы и, следовательно, два частотных раздела. Раздел СЧ/ВЧ по своей сути ничем не отличается от такового в двухполосных системах, вот только размер СЧ-головки может оказаться небольшим, что упрощает борьбу с лепестками.

Что же касается раздела НЧ/СЧ, то здесь в аудиомире разыгрались настоящие баталии между приверженцами классических частот раздела (400 – 800 Гц), пониженных частот 200 – 400 Гц и совсем уж низких, 200 – 100 Гц и ниже. Желание снизить частоту разделения НЧ/СЧ понятно: и поршнеобразное движение диффузора сохранить легче, и ухо охотнее обманывается и не замечает изъянов в ФЧХ на более низких частотах разделения. Но одновременно повышаются требования к СЧ-головкам, и на самых низких частотах разделения во весь рост встают проблемы, характерные для двухполосных систем.

1 2 3 4 5


Рубрики • Понятия Журнал "Автозвук" •  № 6 / 2001
   

 
     

Информационный партнер в Украине - журнал AZ&FOR'Z

АРХИВ | РУБРИКИ | ПОДПИСКА | МАГАЗИН | ПОНЯТИЯ | КОНТАКТЫ | АУДИО ДОМА
Copyright © Издательский Дом "Сигма"

Rambler's Top100 Rambler's Top100 Яндекс цитирования