Частота раздела полос АС и ФЧХ

[Palermo]

Общепринятым считается , что для высококачественного воспроизведения необходимо сохранить "целым" диапазон 300Гц - 3кГц , а лучшим решением будет понижение нижней границы до 70Гц с применением фильтров первого порядка . Хотелось бы разобраться каковы будут последствия при выборе нижней частоты раздела , например 1кГц при применении тех же фильтров , ведь в этом случае диапазоны стыкуются очень хорошо для суммарной АЧХ и ФЧХ ?

Этот вопрос возникает при конструировании электростатической АС , в которой имеются вертикальные области излучателей , настроенные на отдельные полосы , причем каждая из них имеет одинаковую мембрану очень малой массы и соответственно идеальную ФЧХ.

 

[Игорь Гапонов]

Если исходить из "области максимальной чувствительности слуха" и одновременно учесть равновероятность появления спектральных составляющих ПРОИЗВОЛЬНОГО ЗВУКА, у нас в Лаболатории сложилось иное мнение о неприкосновенном диапазоне частот и оптимальной частоте раздела.

1. Посмотрите на классические "кривые равной громкости". Тот провал с парой глубинных хребтов в районе 2,5-4 кГц очень здорово вписывается в "полосу" 600-6000Гц.
2. По классическим же представлениям равномерный ("горизонтальный") диапазон частот в технике звукопередачи 20-20000Гц. Средняя геометрическая частота (удалена на равное число октав (нецелое, между прочим) от границ) этого диапазона корень кв.(20х20000)=638Гц(приблизительно). Даже по нашему неклассическому лаболаторному допущению о диапазоне 2-200000Гц эта средняя частота сохраняется, т.к. границы раздвинуты в обе стороны в одинаковое число раз.

Теперь о ЖЕЛАТЕЛЬНОМ диапазоне (чтоб не сказали: а где вы видели-слышали такое?) частот эффективной работы регистровых излучателей.

Рассмотрим только один случай.

В простейшем двухполосном случае по одной границе в каждом регистре уже определено классическими нормами техники звукопередачи: 20Гц для НЧ регистра, 20кГц для ВЧ регистра. (По "лаболаторным" нормам 2Гц и 200кГц соответственно). Эти ограничения может накладывать сама "физика-природа", так сказать, естественным путём- площадь и ампл. колебаний аппертуры (мембраны, диффузора) ограничена, масса тоже не ноль, а усилители для излучателей не вечные двигатели.

Частотную стыковку по регистрам можно сделать двумя путями: электрическим и/или акустическим. Рассмотрим только электрический, как самый простой в объяснении и с хорошими-проверенными наработками в реализации. Т.е. будем исходный спектр фильтровать электрическими фильтрами. А чтобы было легче воплощать в железо фильтры, надо иметь перекрытие по диапазону эффективной работы регистровых излучателей, типа, десятикратное.

Поэтому выходит, что для обеспечения практически идеальной электрической ЧАСТОТНОЙ сшивки полос, излучатель НЧ регистра должен хорошо работать без фильтров в диапазоне 20Гц(2Гц)-6кГц, а ВЧ регистра 60Гц-20кГц(200кГ).

Да!!! двумя полосами явно не обойтись (это ещё без проблем пространственного разнесения излучателей)...

Оптимист-экстремал Гапонов .

P.S. Хочу Вам сказать, что Вы, по моему мнению, на правильном пути, делая э/стат. излучатель регистра узким и высоким. Ширина его должна не превышать длины волны в воздухе для верхней частотной границы. Для 20кГц это 17мм. А площадь можно (по нашим лаболаторным представлениям- НУЖНО!) набрать высотой. Для 1-0,5мм амплитуды на 60Гц вполне хватит 2м высоты. А ещё лучше- от пола до потолка. Площадь составит 250х1,6=400кв.см (эквивалентно диаметру 24см диффузорного ГГ). А ёмкость останется очень небольшой. В этом случае диаграмма направленности будет идеально цилиндрической, отражения от пола и потолка будут не мешать, а помогать, виртуально увеличив излучающую аппертуру (комната работает, как эдакий рупор-волновод) и практически уничножив интерференцию на ВЧ в вертикальной плоскости(!!!!). Да и "поддержки" по площади мембраны можно ставить значительно реже, чем для листа 1х0,4м. Из-за экстремально узкого размера в горизонте такую ленточку можно экстремально приблизить к излучателю НЧ регистра. Который тоже можно (и нужно!) сделать узким (порядка 5-10см) и высоким от пола до потолка. При этой ширине (10см) и высоте (250см) площадь станет эквивалентна 50-60сантиметровому круглому диффузорному ГГ. Все преимущества по ДН (до 3,5кГц, а частота электрического раздела то гораздо ниже!) и "волноводным" эффектам при исключительно малой массе колеблющейся аппертуры сохраняются. Имеем разнос "фазовых центров" излучателей всего 6-7см.
Вы где такое видели-слышали от АС с "круглыми динамиками"?

 

[Palermo]

Речь собственно не идет об ограничении до двух полос , а только о разделе между НЧ и СЧ секцией и поднятию ее до 1кГц . Это связано с более выгодной конструкцией согласующих трансформаторов . Т. е. при более высокой частоте раздела требования к изготовлению наиболее трудоемкой ВЧ части упрощаются , снижая габариты , стоимость , искажения и повышая перегрузочную способность излучателя. Разделение на три или четыре полосы конструктивно в электростате упомянутой конструкции не представляет никакого труда и выполняется электрическим и конструктивным разделением мембраны на области с организацией фильтров первого порядка.
Что же касается способности регистров к воспроизведению диапазонов НЧ 20Гц(2Гц)-6кГц, а ВЧ регистра 60Гц-20кГц(200кГ) , то в этом типе излучателей это легко выполнимо , поскольку конструктиво они идентичны и отличаются лишь площадью .
Волнует больше как раз проблема пространственного разнесения излучателей и связанное с этим искажение суммарной ФЧХ.

 

[Игорь Гапонов]

Я Вам отвечаю, что конструирование излучателей "со стороны аппертуры" наиболее авангардное нынче в мире электроакустики. И электростаты здесь просто вне конкуренции. И не надо циклиться на "одноампинге" и ШП излучателях. Смотрите, ёмкость той "полоски" 250х2см (пл.500см.кв.) порядка 50пФ. А значит по току относительно "щита" 100х40см (пл.4000см.кв.) снижаются требования к усилителю на порядок. Т.е. вместо 100-ваттного усилителя можно применить 12-ваттный. И трасформатор из-за этого легче сделать (нижняя частота 60Гц это вам не 0,6Гц, а макс. амплитуда смещения на 600Гц для давлений в цилиндрической волне 130дБ меньше миллиметра, т.е. коэфф. трансформации реально можно уменьшить вплоть до единицы). И "многомодовость" у полоски значительно меньше. Построить же фильтрацию чисто акустоэлектрически (типа логопериодической структуры или, как в Кводах, на иммитации линии с распределёнными параметрами) значительно труднее. И "фазовый центр" у таких структур обычно гуляет по аппертуре, и требования к "одноампинговому" усилителю лишь растут!

Я только показал, что "фантастика" вовсе и не фантастика, и вполне реально тем, кто имеет опыт в изготовлении электростатов, сделать сногсшибательную систему. И реализация возможна в биампинге на вполне обычных лампах или высоковольтных транзисторах. Зачем привязываться к "стандартным" 4-8 Омам по входу АС? Чтобы было труднее звуку продираться скозь лишние трансформаторы-умножители до ушей?

 

[Palermo]

Согласен по поводу многоампинга полностью . Для себя собирать буду точно для сравнения два варианта многополосных директдрайвов - ламповый и транзисторный, благо для этого есть все условия : недорогие высоковольтные триоды для НЧ секции , высоковольтные полевые транзисторы для СЧ - ВЧ .Хотя на рынке готовых решений очень не много . Вариант с трансформатором ценен для бюджетного варианта для пользователей имеющих усилитель в составе системы.
Все-же хотелось бы определить частоты раздела такой трехполосной системы .

 

[Palermo]

амплитуда смещения на 600Гц для давлений в цилиндрической волне 130дБ меньше миллиметра

Уточнение. По формуле Уолкера , которая связывает зв. давление с током через емкость стата напрямую получаем максимальное значение зв. давл. ограниченное пробоем при 2кГц на площади 500 кв. см на расстоянии 2м 101 дБ. Так что для заветных 120 надо увеличить ширину такой полоски хотя бы до 20см.

 

[Игорь Гапонов]

Тут Вы не правы! Так как давление зависит и от ФОРМЫ аппертуры и от расстояния до точки слушания (т.е. от формы волнового фронта в точке наблюдения). Поэтому (я не знаю, что Вы имеете в виду под "формулой Уолкера"), уточните, для каких условий наблюдения выводилась эта формула. Я же исходил из абстрактного предположения, что цилиндрический фронт УЖЕ ИМЕЕТСЯ, которое не учитывает принцип преобразования и "движитель" излучателя (т.е. каким образом получается фронт волны), чтобы просто прикинуть амплитуду смещения частиц среды в непосредственной близости от излучателя.

(как пример распространённых заблуждений при использовании расчётов и формул: колонки, которые сейчас стоят напротив меня- прототип т.н. "Гармони"- открытый ящик с мин. D~50см, но с эквивалентной аппертурой излучения на НЧ~ 1600см.кв., типа, ниже 300Гц должно быть акустическое КЗ, а "микрофон показывает", что в комнате спад -3дБ на частоте 17Гц.. Как это объяснить??? Всё предельно просто : обычно условия АКЗ приводятся для ДАЛЬНЕЙ ЗОНЫ наблюдения в условиях НЕОГРАНИЧЕННОГО ПРОСТРАНСТВА, что реалиям слушания вообще не соответствует)

По частоте раздела.

Я знаю два подхода.

Один- по объективным измерениям АЧХ, допустимым НЭ искажениям (обычно на НЧ для ВЧ излучателя) и общепринятым "психоакустическим" рекомендациям. Варианты такого подхода мы с Вами озвучили в своих первых постах.

Второй- на основе экспертных оценок регистровых излучателей. Частный случай такого подхода (для стерео и ограниченного выбора ГОТОВЫХ ГГ) я описывал в своей статье про фильтры (т.н. "одесские фильтры").

На вскидку (моё мнение), для первого подхода частоты раздела 1000Гц и 6000кГц (для трёх или двухполоски) - годятся. Вопрос о решении проблемы пространственного разнесения излучателей остаётся открытым.

 

[J.Impro]

Игорь, я отлично помню, что ты говорил ранее про огр. снизу своих АС.
Откуда вдруг 17 Гц. Что за микрофон такой? А если не 17, а 30, то сколько? -12дБ?
А..понял, это же новая модель.

 

[Игорь Гапонов]

нет, нет, это те самые "колонки Доктора" с тремя 6ГД2. Это и есть прототип. У них в точке прослушивания -6дБ на 15-17Гц. Это у первого образца "Гармони" с нижним регистром нелады были. Как по мне (слышны таки были "мегагупанья" на инфранизе в коридорах-балконах, но как-то очень неравномерно). Но Одесситу нравилось. (нет первой Гармони уже, убил собственными руками).

 

[artmaster]

Уточнение. По формуле Уолкера , которая связывает зв. давление с током через емкость стата напрямую получаем максимальное значение зв. давл. ограниченное пробоем при 2кГц на площади 500 кв. см на расстоянии 2м 101 дБ. Так что для заветных 120 надо увеличить ширину такой полоски хотя бы до 20см.

это справедливо к сожалению только для точечного источника и приемника. для вашего 1.5-2м стата в точке (ухо) звуковое давление (интеграл по площади) окажется более чем скромным.

 

[Palermo]

Тут Вы не правы! Так как давление зависит и от ФОРМЫ аппертуры и от расстояния до точки слушания (т.е. от формы волнового фронта в точке наблюдения). Поэтому (я не знаю, что Вы имеете в виду под "формулой Уолкера")

Эта формула выглядит так P = Isig x Vpol/2(Пи)crd where Isig is signal current sent to the plates (A), Vpol is the polarizing voltage, c is
velocity of sound, r is the measuring distance (m), and d is the space between the diaphragm and the electrode. P is in N/m2. http://john-borwick.land.ru/Pdf/An Overview of Electrostatic Speakers.pdf на стр.7 И как -то не учитывает форму излучателя. Естесственно Vpol - поляризующее напряжение невозможно поднять выше пробойного для воздуха , отсюда ограничение от площади .
Так вот в этом документе упоминаются двухполосные диполи ''Emperor" с частотой раздела 70Гц и создающие 120дБ в диапаз. 30Гц-45кГц и 100дБ на частоте 15Гц .