Продолжим и теперь рассмотрим как влияет фазировка пищалки на суммарную амплитудно-частотную характеристику акустической системы с фильтрами 3-го порядка и сочетания 2-3 порядков. В предыдущей статье мы рассматривали работу фильтров 2 порядка. Как и ранее предполагаем допущения, что динамики идеальные и имеют только активную составляющую нагрузки и могут быть заменены резисторами по 8 Ом, частота раздела также составляет 5000 Гц. По формулам, приведённым в книге, получаем следующую схему:
Расчетные значения ФНЧ:
- L1 = 0.38 мГн
- L3 = 0.127 мГн
- С1 = 5.3 мкФ
Расчетные значения ФВЧ:
- С2 = 2.65 мкФ,
- L2 = 0.19 мГн
- С3 = 7.95 мкФ
Построим схему и её характеристики в программе Multisim. Для НЧ и ВЧ динамиков, АЧХ имеет вид представленный на рисунке выше, как и положено, для фильтров нечётного порядка на частоте раздела амплитуда имеет спад – 3 дБ, значит формулы и расчёт верны. Фазочастотная характеристика для НЧ и ВЧ динамиков имеет вид:
Из графиков видно, что на частоте раздела фаза НЧ сигнала равна -135°, а фаза ВЧ сигнала наоборот +135°, таким образом, по сравнению с фильтром 2-го порядка добавление к ФНЧ одной катушки добавило ещё -45° и добавление одного конденсатора к ФВЧ добавило +45° на частоте раздела 5 кГц.
Резкие скачки графиков при достижении границ считаем особенностью отображения их в программе, которая представляет все углы в диапазоне от -180° до +180°, если сигнал имеет больший угол программа прибавляет или вычитает полный период меняя точку отсчёта. Например, точка на окружности с углом 180°, может считаться с углом -180°, в зависимости от направления отсчёта.
Суммируем сигналы от фильтров с помощью сумматора и посмотрим общую АЧХ фильтра, который имеет вид горизонтальной линии:
Фазочастотная характеристика будет иметь вид:
Из рисунка видно, что фазовая характеристика имеет резкий переход от -180° к +180° на частоте раздела фильтров, на самом деле график ФЧХ уходит монотонно вниз за границу -180° уменьшаясь до -360° без разрыва.
Второй вариант подключение одного из динамиков, например пищалки, в противофазе к НЧ динамику. Суммарная АЧХ в этом случае имеет вид:
Суммарная АЧХ также имеет вид горизонтальной линии. Суммарная фазочастотная характеристика имеет следующий вид:
Из рисунка видно, что ФЧХ начинается от 0 градусов (область работы НЧ), затем на частоте разделения достигает -90° (область совместной работы ГГ), далее монотонно уменьшает до -180° (область работы ВЧ в противофазе).
Сочетание фильтров разных порядков
Типовым вариантом бывает использование фильтра 2 порядка для НЧ и 3-го порядка для ВЧ, рассмотрим какие в этом случае будут суммарные АЧХ и ФЧХ при подключении динамиков в одной фазе.
Как видно из рисунка АЧХ имеет спад – 6 дБ на частоте раздела. Суммарная фазочастотная характеристика имеет следующий вид:
Теперь инвертируем полярность подключения пищалки к ФВЧ. Суммарная АЧХ также имеет вид:
График АЧХ имеет небольшие неровности ±2 дБ. Суммарная фазочастотная характеристика имеет следующий вид:
Вывод
Рассчитанные фильтры 3 порядка по книге И.А. Алдошиной имеют характеристики, также полностью совпадающие с заявленными, что подтверждается с помощью программы Multisim. Характер АЧХ и ФЧХ в зависимости от фазировки пищалки продемонстрирован на графиках. Сочетание фильтров 2 и 3-го порядка также может иметь удовлетворительные характеристики.
«Высококачественные акустические системы и излучатели” (Алдошина И.А. , Войшвилло А.Г.) М: «Радио и Связь» 1985 г
С уважением, Сергей Гудков, 2021
Не знаю, требуется ли пояснять, зачем смотреть ФЧХ. Дело в том, что всем знакомая АЧХ – является неполной характеристикой, которая не отражает всей сути. Так как мы имеет дело с переменным током, который непрерывно меняет своё направление, то все измеренные величины – комплексные, их можно представить в виде векторов. Амплитуда – это будет длина вектора, а фаза это угол на который он повёрнут в момент измерения. По аналогии с часовыми стрелками – стрелки – это векторы, длина стрелки – это амплитуда, а поворот стрелки – это фаза. АЧХ складываются по правилам сложения векторов
Акустический привет синьору Сергею!
Осмелюсь утверждать и заявляю: нет нам пролетарского дела до ФЧХ {в акустическом смысле} 🙂 по простой причине — настраивая свои АС с микрофоном, мы, подбирая номиналы элементы фильтрОв (не фИльтров) для получения акустически приемлемой АЧХ, сами того не желая, играем в том числе и фазой сигнала на стыке полос. Если видим мутную картину, то сразу меняем полярность подходящего динамика и радуемся хорошему звуку.
Распони из Турина, совершенно верно! Но!.. Всё свели, АЧХ отличная, а потом раз, задели ногой микрофон, он сместился и АЧХ изрезана… Как быть?
“…… а потом раз, задели ногой микрофон, он сместился и АЧХ изрезана…Как быть?” (с)
НИКАК.
Вставлю свои упорные 5 копеек. АЧХ является КОНЕЧНЫМ результатом (производной, если угодно) работы по согласованию фаз и т.п. Но есть один нюанс. Всё это работает ТОЛЬКО в одном конкретном месте измерения (прослушивания), в одном конкретном помещении. Можно носиться с кучей идей по комнате, биться головой “ап сцену”, сращивать микрофон с паяльником для ускорения процесса, но НИЧЕГО не получится.
Уповать стоит на способность человеческого слуха усреднять и сглаживать.
В действительности все не так, как на самом деле.
Фазовая картина прекрасно отслеживается на микрофоне, стоит поводить им в стороны , наблюдая за ачх. Правильная сшивка дает стабильную ачх, мало зависимую или совсем независимую от положения микрофона . Равно, как неверная полярность динамика дает выраженный провал на стыке, звук тоже страдает. Ловятся эти вещи достаточно быстро, другое дело, пытаться это выловить только на слух – дело дохлое, даже для опытного.
Всё бы хорошо, но микрофон “НЕ СЛЫШИТ” фазу. Он слышит амплитуду сигнала. И всё, что можно услышать и увидеть, это результат сложения или вычитания фаз и т.п..
Естественно, что можно добиться более универсальной по звучанию схемы. Но, опять же, это будут только следствия, а не причина. Возможно, что это и есть источник хай-эндных терзаний.
P.S. Да и с микрофоном не всё просто. Я уже писал о странном подъёме АЧХ при измерении на низких частотах. Так вот эти горбы – результат работы скошенных потолков в комнате. Почти что рупор получается. В другом помещении их нет. А на слух (мой) мне низов часто не хватает.
P.P.S. Я не буду перестраивать дом под комнату для прослушивания. Ну его к бесу.
Вот она, сама суть – уху плевать на ваши фазы, ухо реагирует на изменение уровня на стыке, результат сложения или вычитания сигнала.
Не так. Уху не плевать на многое, фазы в том числе. При неверной сшивке полос ачх меняет форму в разных точках пространства, становится жеваной, звук некомфортным и странным. И наоборот, правильные стыки расширяют излучение колонок, звуковая картина не зависит от положения слушателя, звук не прибит к динамикам, а сам по себе , звук.
Вот! Умеете Вы правильно объяснить. Но насчёт фазы настаиваю: как таковую, саму по себе фазу ухо не улавливает. Плавное изменение в рабочем диапазоне частот от 0 до 720 градусов ещё никто не заметил.
Дьявол в деталях 🙂 Если складывать уровни сигнала в противофазе, то получим только еще больший провал. Если вычитать в противофазе — выйдем максимум на минимально возможное звуковое давление. Это про “Уху плевать”. Ухо фазу слышит аж бегом. Раньше, чем мозг соглашается с этим :)))
Микрофон слышит изменение давления в звуковом диапазоне +-. Что честно и передает измеряющему. Зависимость давления от частоты называется АЧХ, от времени – ФЧХ, от разницы между началом сигнала и реакцией системы – ИЧХ. Ну и остальные производные. Таким образом, микрофон слышит всё ;). Вопрос только в интерпретации.
А импульсные характеристики?
для более подробного изучения вопроса, в том числе и импульсных характеристик и ГВЗ – указана литература
ФЧХ является также важной как и настройка музыкального инструмента. Следуя примеру электрики, между однофазным 220В напряжением и трёхфазным 380В напряжением нет никакой разницы (по напряжению, извольте за тафталогию), кроме той, что однофазное 220В НЕФАЗИРОВАННОЕ, а 380В ФАЗИРОВАННОЕ. 380В имеет три проводника и общий нуль, напряжение на каждой фазе при этом те же 220 вольт, просто каждая из этих трёх фаз развёрнута относительно другой на 120 градусов. Очень условно, развёртка этих фаз определяет величину напряжения в трёхфазной сети 380В. Просто представьте себе значок мерседес, если фаза развёрнута правильно – луч будет длинным, образно. А теперь, возвращаясь к нашим….Поэтому, прямо или косвенно, микрофон также способен регистрировать изменения фазы….А дальше кондёр сдвигает фазу тока от фазы напряжения на 90 градусов, прикольно?.. А дальше ФАЧХ…А дальше…)
В трёхфазной сети нет 0. 3 фазы сдвинутые на 120 относительно друг друга. Примеры из электрики не применимы к акустике. Ухо не слышит фазы, сдвиг фазы на стыке полос заметно, но там опять не фазу слышно, а искажения ачх.
“ФЧХ является также важной, как и настройка музыкального инструмента. ” — ДА.
“Следуя примеру электрики…” — НЕТ!
Очень неудачное сравнение теплого с мягким.
В самых тяжёлых случаях её (сдвиг) можно не только услышать, но и увидеть. Например амплитуду колебания диффузора НЧ громкоговорителя. Когда кое-какой звук идёт, а возвратно-поступательных движений диффузора нет, либо они минимальны, чем при отключении реактивно перегруженного и/или некорректно настроенного фильтра. Вот почему так любят тот же 4А32 – никаких тебе фильтров не надо, живи да наслаждайся. Прекрасный звук, я оценил. Также фазоинверсия – разворот до ворот на 180 градусов, родом из электрики. Я привёл лишь аналогию, ничего более.
Похоже, у вас неправильное представление о фазе. 4а32 не все любят. Мне совершенно не нравится, как он звучит.
P/S. Меня, похоже, закидают гнилыми магнитопроводами, но возможно сдвигать не только фазу тока, но и напряжения. Ежели что.
Скажите, уважаемые теоретики: кто-то из вас слышал в реальности минимально-фазовую акустику? Или только «музыка формул с допусками»? 🙂
Я и упоминал про ЧетыреАТридцатьВторую, вот вам пример минимально-фазовой. Каждый дополнительный реактивный компонент в схеме фильтра для выравнивания АЧХ искажает ФЧХ, которая влияет на результирующую ФАЧХ. И это зависимая характеристика. В жизни это приводит к рассинхрону, что возможно увидеть на осциллограмме – это тоже самое, когда чел по видосику говорит что-либо, а звук запаздывает.
и чем более сложный фильтр, чтобы добиться ровной АЧХ, тем больше эта задержка.
Полное непонимание сути фазы и задержки. По вашему фильтр какого-то 20го, 30го порядка будет задерживать сигнал на секунды?
Задержка сигнала в фильтре n-ного порядка безусловно будет присутствовать, но её время невелико, на слух услышать не удастся.
Принято считать, что ухо человека не улавливает задержку менее звука 10мс, (на самом деле слышно) для достоверности будем считать минимально допустимой задержку звука 1 мс. т.е. 1/1000 секунды. При использовании фильтра НЧ 3 порядка такая задержка будет на частоте раздела, если он настроен на разделительную частоту 375 Гц. Чем ниже частота и выше порядок фильтра тем больше задержка. Таким образом, качественная работа АС возможна при использовании разделительных фильтров разумных пределов (порядков), не слишком высоких порядков (1,2,3,4) с не слишком низкими частотами раздела (400,500,…).
Второй вопрос, временная задержка сигналов из-за низкой скорости распространения звука в воздухе, это может быть более существенной проблемой. Скорость звука 331 метр в секунду. Если рассматривать стерео систему как два точечных источника звука, то расстояние между каждым источником (колонкой) и ухом должны быть одинаковые. Если мы приняли минимальную задержку в 1/1000 секунды, то за это время звук проходит 33 сантиметра. Значит разница расстояний между левой колонкой и левым ухом и аналогично правыми, не должна превышать всего-то 33 сантиметра! Если это в комнатном прослушивании АС или наушниках – такое правило легко соблюдается, а на концерте? Где звук отражается и проходит путь в 300 и более метров, он запаздывает на целую секунду и больше.