Активные АС - преимущества и недостатки
Поговорим о многополосных АС.
В чем их преимущества и недостатки и как сделать УНЧ и фильтры для подобных систем, чтобы выжать из динамиков АС максимально возможное качество.
Идея многополосных АС уже лет 30 у меня в приоритетных направлениях повышения качества звука в системах Hi-Fi и High-End класса.Мои интуитивные предпочтения этому типу АС и вообще, многополосной системе обработки и воспроизведения звука, косвенно, подтверждаются моими собственными исследованиями и разработками, по которым получены патенты РФ, а также исследованиями и публикациями в открытой печати общепризнанных, специалистов в области звуковоспроизведения, таких как Сырицо А.П., С.Агеев.
Эти вопросы я также обсуждал на форумах в интернете. Интерес к этой тематике также подтверждается постоянно появляющимися публикациями в журнале Радио и других источник информации, а также новейшими разработками крупных производителей продукции Hi-Fi класса, появляющихся на выставках High-End аппаратуры.
Итак, почему многополосные АС и многополосный принцип обработки и корректировки сигналов можно считать самыми перспективным на сегодняшний день направлениями в звуковой техники высокого класса.
1. За счет многополосного разделения спектра звукового сигнала на несколько полос можно существенно выиграть в мощности. Простой пример, пусть у нас есть сигнал состоящий из двух гармоник, например, на частоте 50 Гц и 1000 Гц.
Если у нас однополосная система, состоящая из широкополосного УНЧ, то она может без искажений воспроизвести сумму этих гармоник, допустим на мощности 10 Вт.
А если у нас будет двухполосная система с частотой раздела полос между 50 Гц и 1000 Гц с использованием фильтров и двух УНЧ того же типа, то мы получим прирост общей мощности в 2 раза (+3 дБ). И эффект от работы такой системы будет почти как от работы системы мощностью 20 Вт. И так далее - число полос как бы дает кратный прирост неискаженной мощности.
Если у нас будет 10 полос, то, грубо говоря, эффект работы от такой системы будет как от работы, примерно, 150-300 Вт системы (нелинейный прирост мощности связан с неравномерным разделением энергии сигнала на разных частотах спектра и особенностями конкретной записи).
Кроме того, многополосная система может давать определенный эффект декомпрессии сигнала, который был сделан звукорежиссерами в процессе сведения различных источников и их гармонических составляющих в конечную запись.
Таким образом, при одной и той же общей громкости прослушивания УНЧ системы будут работать в менее напряженном режиме и с существенно меньшими искажениями. Эти искажения будут тем меньше, чем больше полос в АС и число УНЧ.
Снижения общих искажений и прозрачность звука будут особенно заметны на большой громкости, когда искажения всех элементов системы, и в первую очередь УНЧ и динамиков АС будут резко снижены за счет того, что катушки динамиков, работающих на разных полосах сигнала, не будут сильно перегреваться и менять свое положение (и индуктивность) в магнитной системе динамика, как при работе по широкополосному сигналу, когда она греется как бы одновременно от всех компонентов сигнала и смещается на предельно большую величину от нейтрального положения.
2. При многополосном способе формирования звукового сигнала аналогичная история и с искажениями в УНЧ.
Чем больше динамиков в АС и соответственно большее число УНЧ, тем в менее напряженном и менее искажающем режиме они могут работать.
Интермодуляционные искажения УНЧ будут резко снижаться. А если УНЧ в виде мощного ОУ сделать еще и в виде фильтра, то могут снижаться и нелинейные искажения - их будет снижать как бы сам УНЧ, имеющий узкую полосу частот воспроизведения, если он выполнен в виде фильтра. В соответствии с параметрами этого фильтра будет наблюдаться снижение уровня паразитных гармоник, которые не должны воспроизводиться в данной полосе частот.
3. Качество работы динамиков в АС сильно зависит от их нелинейных и интермодуляционных искажений. Эти искажения определяются не только числом полос, но также и согласованием динамиков с выходным сопротивлением УНЧ.
Как показали исследования, строго говоря, каждый конкретный динамик и УНЧ с ним работающий в конкретной полосе сигнала, можно оптимальным образом согласовать, так, чтобы интермодуляционные искажения работы динамика в этой полосе частот были минимальными. А звук от такой АС был максимально возможно чистым и прозрачным - без примесей продуктов нелинейных и главным образом интермодуляционных искажений.
Для этого, в УНЧ должна быть соответствующая "крутилка".Меняя положения "крутилки", можно улучшать качество сигнала в каждой из полос раздельно, оптимизируя качество воспроизведения сигнала на слух, а что еще точнее - по приборам. Например, измеряя нелинейные и интермодуляционные искажения в соответствующей полосе в зависимости от положения регулировочного резистора.
Это не столько сложный, сколько объемный вопрос и в кратком предисловии я не смогу описать все нюансы подобного согласования. Об этом можно почитать, например, в ряде статей Журнала "Радио":a) статья С. Агеева "Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление" 1997, №4, с.14;б) М. Сапожников " нестандартное включение микросхем в УМЗЧ" радио, 1998 г. №2,с.23;в) Радио 2000, №12, с 18.
Если вы почитаете эти статьи, то вам будет понятно, что при создании High-End системы без многополосного принципа воспроизведения различных частот не обойтись. И высококачественную систему нужно делать не на двухканальном (стерео) усилителе, оптимизируя по малосущественным, но очень дорогостоящим факторам радиодетали, а с помощью нескольких УНЧ, специальным образом подстроенных по своему внутреннему сопротивлению под параметры конкретной динамической головки, оформленной в конкретном боксе многополосной АС.
Именно такой УНЧ я сейчас разрабатываю в виде многофункционального УНЧ для многофункциональной АС - как говорится, на все случаи жизни. С его помощью мы с вами заодно измерим и эффект снижения искажений УНЧ при параллельном включении УНЧ на типовых микросхемах (по существу мощных операционных усилителей). Это будет 8 канальный УНЧ с общей мощностью порядка 400 - 600 Вт.
О фильтрах для него поговорим отдельно.
В качестве базовой микросхемы я буду использовать общеизвестную микросхему TDA7294 в различных вариантах её включения (для ВЧ будут также использоваться микросхемы TDA2030):
а) в инвертируемом и не инвертируемом режиме,
б) мостом,
в) в режиме изменения выходного сопротивления УНЧ на микросхеме и подстройки под минимальные искажения каждого динамика АС, работающего в своей полосе частот.
Я с этими микросхемами уже работал и думаю, что на них можно синтезировать систему класса High-End с неплохими параметрами, которые невозможно будет получить на широкополосных УНЧ и АС с пассивной фильтрацией сигналов.
Базовая схема включения микросхемы TDA7294 показана на рисунке.
Основной недостаток многополосных систем в сложности их изготовления и особенно в настройке. Эта процедура с родни "настройки рояля". Можно настраивать и на слух, а можно по приборам. только не по примитивному камертону, а с использованием современных компьютеров и измерительных программ.
Правильно настроить работу таких систем на слух практически невозможно - нужно пользоваться современной измерительной техникой и понимать физику звуковых процессов на уровне хотя бы дипломированного инженера в области радиофизики и электроники.
Дополнительную информацию о том, как можно изменять выходное сопротивление УНЧ можно посмотреть по этим ссылкамhttps://radiowiki.ru/index.php?title=Файл:Радио_2002_г._№12.djvu&page=18&mobileaction=toggle_view_mobilehttps://radiowiki.ru/index.php?title=Файл:Радио_1997_г._№04.djvu&page=16 https://radiowiki.ru/index.php?title=Файл:Радио_1998_г._№02.djvu&page=23
Ниже также приведены первые тест - сигналы параметров АС с простейшим (широкополосным их включением, в качестве УНЧ использовался самодельный УНЧ на TDA7294).
Дополнительные комментарии есть также на этих картинках.
Ответить с цитированием
Сообщение от Владимир R-V-A
И в мою АС можно вставлять разные динамики - через переходники, и к каждому динамику подключать любой УНЧ, а в вашу нельзя.
По моему так называемый тест материал, так называемый материал в форме записи роли не играет ни какого - хоть белый или розовый шум" - лишь бы были звуки на разных частотах, чтобы оценить интермодуляционные искажения. А теперь даю ссылку на запись этой АС с микрофона и оригинала (в разных каналах) - смотреть лучше открыв файл с помощью звукового редактора. 
А на счет прослушивания в живую, я уже устал тут и не тут объяснять. В специально неприспособленном помещении прослушивания, например, в жилой комнате или в номере гостиницы, где обычно устраивают презентации своей аппаратуры компании, в каждой точке прослушивания звук будет совершенно разный. Уровни сигнала на различных частотах могут сильно отличаться, так, что один эксперт вблизи головы которого низкие частоты были усилены из-за особенностей помещения, например на 10 дБ будет утверждать, что система работает недостоверно и бубнит на НЧ. А другой эксперт, наоборот может сказать, что мало низких частот. И каждый из них будет по своему прав, потому, что он регистрирует звуки в конкретном месте помещения прослушивания, которое и вносит основные искажения в сигнал. Ну, и кому верить из экспертов, можете мне сказать? Поэтому больший интерес представляют методы дистанционного прослушивания работы аппаратуры, например с использованием интернета. Вот, если хотите послушать как работает моя АС по сравнению с оригиналом, то прослушайте на профессиональном звуковом редакторе запись, которая есть на Яндекс - диске. Переключая и прослушивая по очереди одни и те же куски записи оригинала и акустической записи в наушниках можно услышать, как сильно или не сильно отличается сигнал в конкретной точке помещения прослушивания при записи сигнала и вынести решение, качественная аппаратура или не качественная. На звуковом редакторе можно также развернуть и сравнить реализации и по виду реализаций сигналов понять степень искажений и УНЧ и АС и помещения прослушивания (искажениями микрофона и работой компьютера можно пренебречь - там существенно меньше искажения сигнала, чем в выше указанных узлах). Примерно то же самое качество будет и в другом помещении прослушивания. Вопрос, а стоил ли тащить аппаратуру на выставку и тащиться туда самому, если это можно сделать удаленно на много быстрее и точней? 