<< Пред.           стр. 6 (из 6)           След. >>

Список литературы по разделу

  Классификация АС, построенных на основе нескольких излучателей:
  1) излучатели работают в совмещенной полосе частот;
  2) излучатели работают в различных диапазонах частот (многополосные АС);
  3) комбинированные варианты.
  Рассмотрим второй вариант построения акустических систем.
 
  2.7.1 Многополосные акустические системы
 
  Практически все современные АС многополосные. Дело в том, что сконструировать один излучатель, который бы одинаково хорошо работал в диапазоне десяти октав, чрезвычайно сложно и дорого. Причины этого следующие.
  1. Для того чтобы создать достаточное давление на низких частотах, в громкоговорителях с умеренной площадью излучения необходима большая амплитуда смещения диффузора - до 10 мм и более. Это приводит к тому, что чувствительность головки к высокочастотному сигналу изменяется при смещении подвижной системы низкочастотным сигналом, т.е. возникают интермодуляционные искажения.
  2. Для того чтобы уменьшить амплитуду смещения диффузора, увеличивают площадь подвижной части. С увеличением площади диффузора возрастает его деформация на высоких частотах. Это приводит к росту как нелинейных искажений, так и уменьшению эффективной излучающей поверхности, т.е. к линейным искажениям.
  3. Катушка низкочастотного громкоговорителя, будучи намотана толстым проводом (для того чтобы выдержать большую мощность), имеет большую длину провода и, следовательно, большую индуктивность. В результате, если громкоговоритель питается от источника напряжения, образуется LR-фильтр низких частот, ограничивающий воспроизводимый диапазон сверху. При питании от источника тока этого не происходит, но на высоких частотах источник тока оказывается практически на холостом ходу.
  Многополосное построение АС является способом борьбы с перечисленными проблемами и состоит в следующем:
  1. Полный спектр звукового сигнала разделяется на полосы.
  2. Каждая полоса частот воспроизводится громкоговорителем, оптимизированным для воспроизведения именно этого диапазона частот.
  Проблемы синтеза многополосных АС.
  1. Выбор числа полос. Чем меньше полос, тем проще разделительный фильтр, лучше фазовые и переходные характеристики, но выше интермодуляционные искажения и больше номер комбинационных составляющих, а также выше номер гармоник. И наоборот.
  2. Выбор частот раздела.
  3. Выбор порядка и вида характеристик разделительного фильтра.
  4. Выбор головок.
  Все эти задачи должны решаться только в совокупности.
 
  2.7.2 Разновидности многополосных акустических систем
  Пассивные акустические системы
  При пассивном построении многополосной АС широкополосный усилитель питает несколько головок громкоговорителей, включенных через пассивные LC-разделительные фильтры.
  Преимущества данного построения: становится возможным фрактальное деление системы (деление на относительно независимые части): на источник сигнала, усилитель и акустическую систему. Несмотря на то что технически пассивное построение имеет практически только недостатки, с системной точки зрения, фрактальная разделимость обеспечивает возможность поступательного усовершенствования системы путем совершенствования каждого блока "узкими специалистами", адаптируемость системы к требованиям конкретного потребителя.
  Недостатки:
  1. Головка громкоговорителя - нагрузка далеко не линейная, и, когда реактивное устройство - пассивный фильтр - имеет нелинейную нагрузку, сочетание реактивных и нелинейных эффектов значительно усложняет характер нелинейности.
  2. Значительная мощность и требование малых ее потерь делают сложным изготовление одновременно качественного и недорогого фильтра. В частности, в катушках иногда применяют сердечники, что снижает линейность фильтра.
  3. Частотная неравномерность входного сопротивления АС может быть значительной, особенно на частотах раздела полос, что может отрицательно сказаться на работе усилителя.
  Для дополнительного снижения интермодуляционных искажений, иногда применяют раздельные провода для передачи сигналов к головкам. Четырехпроводное подключение АС к усилителю (пара проводов на НЧ и пара на ВЧ) в англоязычной литературе называется bi-wiring. Можно пойти еще дальше и применить раздельные усилители для разных частотных каналов, тогда придем к активному построению АС.
  Активные акустические системы
  В случае активного построения АС сигнал от источника подается на несколько усилителей, к каждому из которых подключена головка громкоговорителя. В англоязычной литературе такое построение называется bi-amping (для двух усилителей). Преимущества такого построения следующие.
  1. Каждый усилитель усиливает только часть сигнала, что уменьшает интермодуляционные и гармонические искажения в усилителе. Особенно это значимо для ВЧ-канала, поскольку общая мощность спектральных компонент в этом диапазоне в несколько раз ниже общей мощности сигнала.
  2. Те искажения, которые в усилителе все-таки образуются, но не входят в рабочую полосу частот головки данного канала, будут дополнительно подавлены.
  3. Открываются возможности дополнительной оптимизации системы усилитель ? головка.
  Недостаток - активная система с трудом поддается разделению на части для раздельного производства и реализации компонентов. Поэтому активное построение акустических систем нашло применение в основном в профессиональной технике (например, мониторы Genelec), в бескомпромиссных Hi-End-системах и в автомобильном аудио, где продаваемые компоненты все равно не являются потребительски законченными устройствами.
 
  2.7.3 Разделительные фильтры (кроссоверы)
 
  Необходимой составляющей многополосной АС является фильтр, разделяющий полную частотную полосу сигнала на совокупность сопряженных частотных полос. Такой фильтр называется либо разделительным, либо разветвляющим, либо кроссовером (от английского crossover).
  Кроссовер представляет собой набор фильтров с сопряженными характеристиками. Особенности отношений характеристик фильтров, составляющих кроссовер, и должны являться главным предметом внимания при проектировании кроссоверов.
  При строгом подходе синтез кроссовера должен выполняться с учетом собственных АЧХ и ФЧХ головок, однако результаты в этом направлении недостаточно "канонизированы" для учебного пособия, поэтому рассмотрим работу кроссоверов без учета характеристик головок (точнее в качестве модели головки будем использовать резистор).
  Кроссоверы постоянного сопротивления
  Основное свойство кроссоверов постоянного сопротивления (рис. 2.38) - не зависящая от частоты мощность, потребляемая от источника сигнала (постоянное входное сопротивление). В условиях одинакового КПД головок, если понимать его как отношение полной излученной акустической мощности к полной потребленной, это означает независимость от частоты полной, излученной во всех направлениях мощности.
 
 Рис. 2.38 ? Кроссовер постоянного сопротивления
 
  Формальные признаки:
  1) на частоте раздела коэффициент передачи обоих фильтров составляет -3 дБ;
  2) выходные сигналы фильтров имеют фазовый сдвиг 90° во всем диапазоне частот для фильтров нечетного порядка (1,3... порядок), 180° для фильтров четно-нечетного порядка (2,6,10... порядок) и 0° для фильтров четно-четного порядка (4,8,12...).
  Если порядок канальных фильтров нечетный, то сумма напряжений на выходах фильтров является постоянной, что в пренебрежении геометрическим разнесением излучателей, их собственной АЧХ и ФЧХ и взаимным влиянием означает плоскую АЧХ звукового давления на оси АС. Если порядок фильтра четно-четный то суммарная АЧХ звукового давления на оси имеет выброс на частоте раздела величиной 3 дБ. Если порядок фильтра четно-нечетный, то суммарная АЧХ на частоте раздела имеет провал теоретически до нуля. Это может быть устранено противофазным включением излучателей, но при этом на частоте раздела также образуется выброс величиной 3 дБ.
  Недостатки:
  1. ФЧХ суммы выходных сигналов не является линейной для фильтров выше первого порядка, что является источником временны?х искажений сигнала. Ситуация усугубляется при геометрическом разнесении излучателей. При конструировании таких фильтров нужно внимательно следить за тем, не превышают ли временны?е искажения критической, с точки зрения, заметности величины.
  2. Неравномерность АЧХ для фильтров четного порядка.
  3. Для фильтров нечетного порядка максимум диаграммы направленности на частоте раздела полос не совпадает с осью АС, а в зависимости от полярности включения головок направлен либо вверх, либо вниз, и АЧХ в этом направлении имеет выброс величиной 3 дБ. В некоторых случаях, однако, это явление используется с пользой - либо для компенсации различной глубины установки излучателей, либо для направления максимума диаграммы направленности вверх для "низкорослых" АС.
  Преимущества:
  1. Если предположить одинаковую чувствительность, плоскую АЧХ, отсутствие взаимного влияния, геометрическое совмещение излучателей, то излучаемая мощность частотно-независима.
  2. Фазовый сдвиг между сигналами каналов и нелинейность суммарной ФЧХ могут восприниматься довольно музыкально.
  Реализация кроссоверов постоянного сопротивления
  С точки зрения передаточных характеристик, кроссоверы постоянного сопротивления реализуются в виде ФНЧ и ФВЧ Баттерворта. Это так называемые фильтры с максимально плоской АЧХ, их основное свойство - равенство нулю всех производных АЧХ на нулевой частоте (для ФВЧ на бесконечной частоте). Схемотехнически они реализуются либо в виде RC- и LR-цепочек, либо в виде лестничного LC-фильтра, либо в виде активных фильтров, чаще всего Салена-Ки (Salen & Kelly). LC фильтры применяются при пассивном построении АС, активные - при активном.
  Кроссоверы всепропускающего типа
  Устройства с частотно-независимой АЧХ, но с нелинейной ФЧХ называются всепропускающими (или фазовыми) фильтрами [18]. В частности, таким свойством обладают кроссоверы постоянного сопротивления нечетных порядков. Отдельный интерес представляют всепропускающие кроссоверы четных порядков, которые, помимо плоской суммарной АЧХ, удовлетворяют еще одному условию: выходные сигналы каналов синфазны на любой частоте.
  Идея и механизм работы всепропускающих фильтров четного порядка состоят в следующем. Пусть мы имеем АЧХ и ФЧХ ФВЧ и ФНЧ первого порядка (рис. 2.39).
  ФНЧ ФВЧ
 
 
 Рис. 2.39 ? АЧХ и ФЧХ ФВЧ и ФНЧ первого порядка
 
  Поставим каскадно два таких фильтра и будем иметь АЧХ и ФЧХ, представленные на рис. 2.40.
  ФНЧ ФВЧ
 
 
 Рис. 2.40 ?АЧХ и ФЧХ двух каскадно включенных ФВЧ и ФНЧ
 первого порядка
  Проинвертируем сигнал в ВЧ-канале (например, переполюсуем ВЧ-головку). АЧХ останутся те же, а ФЧХ станут одинаковыми (рис. 2.41).
  ФНЧ ФВЧ
 
 Рис. 2.41 ? ФЧХ двух каскадно включенных ФНЧ и двух каскадно
 включенных ФВЧ, сигнал в которых проинвертирован
 
  Таким образом:
  1) сигналы каналов синфазны на всех частотах;
  2) сумма напряжений на выходе фильтра не зависит от частоты (в пренебрежении собственными АЧХ головок это означает независимость от частоты акустических характеристик).
  Первое хорошо с точки зрения характеристики направленности, второе ? с точки зрения АЧХ системы.
  В англоязычной литературе кроссоверы данного типа называются "Linkwitz-Riley" [19].
  Кроссоверы постоянного напряжения
  Основное свойство кроссовера постоянного напряжения (constant-voltage crossover) [20] - равенство суммы мгновенных значений напряжений на головках входному напряжению (возможно с точностью до постоянного коэффициента) (рис. 2.42).
 
 Рис. 2.42 ? Кроссовер постоянного напряжения
  Разновидность кроссоверов постоянного напряжения: фильтры дополнительной функции. Дополнительной к функции y(x) называется функция , для которой выполняется . Особенность этой разновидности кроссоверов состоит в том, что для одного из каналов сигнал получают не фильтрацией входного, а вычитанием из входного сигнала соседнего канала.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  ЛИТЕРАТУРА
 
  1. Физическая основа звука. ? http://www.dynatone.ru/learn/zvuk.htm.
  2. О музыкальных инструментах. ? http://simphonica.narod.ru/
  3. Радиовещание и электроакустика: Учебное пособие для вузов / С.И. Алябьев, А.В. Выходец, Р. Гермер и др.; Под. ред. Ю.А. Ковалгина. - М.: Радио и связь, 1999. - 792 с.: ил.
  4. Лихницкий А.М. О музыке, ее исполнении и качестве звучания // Аудио Магазин. ? 1995. ? №3(4).
  5. Прокопович М.Р. Изучение механических волн. Методические указания на выполнение лабораторной работы. Хабаровск. 1999. http://www.dvgups.ru/METDOC/ENF/OP_KV_EL/PHIZIKA/METOD/M1/MULR.HTM
  6. Изучение структуры поля упругих колебаний в лабораторных условиях. http://www.admiral.ru/~geophiz/6.htm
  7. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. - М.: Наука, 1965. - 248 с.
  8. Давыдов А.Б., Старченко И.Б. Конспект лекций по курсу "Акустика". ? http://www.fep.tsure.ru/win/egamt/learn/acoustic/index/
  9. Блауэрт. Й. Пространственный слух. ? М.: Энергия, 1979.
  10. Альтман Я.А. Локализация звука. ? Л.: Наука, 1972. ? 214 с.
  11. Алдошина И.А. Основы психоакустики // Звукорежиссер. ? 1999. ? №6-7.
  12. Алдошина И.А. Электродинамические громкоговорители. - М.: Радио и связь, 1989. - 272 с.
  13. Алдошина И.А. Высококачественные акустические системы и излучатели. - М.: Радио и связь, 1985. - 168 с.
  14. Виноградова Э. Л. Конструирование громкоговорителей со сглаженными частотными характеристиками. - М.: Энергия, 1978. - 48 с., ил.
  15. Иоффе В.К., Лизунков М.В. Бытовые акустические системы. ? М.: Радио и связь, 1984.
  16. Linkwitz Lab. Loudspeaker design. ? http://www.linkwitzlab.com.
  17. В.Брусникин. Музей ламповых радиоприемиков СССР. ? http://oldradio.onego.ru/ARTICLES/fstep_r.htm
  18. Семенов Э.В., Малютин Н.Д. Быстродействующие устройства аналоговой обработки и защиты информации. ? Томск: ТУСУР, 2000. - 60 с.
  19. Linkwitz S. Active Crossover Networks for Noncoincident Drivers. - JAES, 1976, v. 24, №1 January/February, p. 2-8.
  20. Small R. Constant-Voltage Crossover Networks Design. - JAES, 1971, v. 19, №1, p. 12-19.
  21. FIDO эхоконференции MO.HI-FI и SU.HARDW.AUDIO. ?
  http://www.fido-online.com/
 1 Фонограф считается изобретенным Томасом Эдисоном.
 1 Гармоническими называются искажения, проявляющиеся в виде возникновения гармоник спектральных компонент передаваемого сигнала.
 2 Устоявшегося названия этого элемента конструкции нет ни в русском, ни в английском языке. На английском используются термины "phase plug", "phase equalizer", "phase stabilizer"; на русском - "рассекатель", "фазовыравниватель".
 ??
 
 ??
 
 ??
 
 ??
 
 
 
 
 3
 
 
 

<< Пред.           стр. 6 (из 6)           След. >>

Список литературы по разделу