Компенсирующей цепочкой (компенсатором) Буше-Цобеля (дальше в статье – КЦ) называется RC-цепочка, при подключении которой параллельно RL-цепочке входное сопротивление полной цепи становится независимым от частоты:
Условие компенсации: RC = RL = R, C = L/R2 (в единицах системы СИ)
Например, при RL = 4 Oм и L = 1 мГн получаем С = 62,5 мкФ. Во всех примерах по умолчанию будут применены эти исходные данные. Рассмотрим графики зависимости входного сопротивления полной цепи от параметров КЦ:
Для нашего случая RL-цепочка – или отдельный динамик, или АС с фильтром, имеющая индуктивную составляющую комплексного сопротивления. Случай подключения такой нагрузки к усилителю мощности рассмотрен в статье Реактивное сопротивление АС: с чем едят и что делать?. Здесь же подробно рассмотрим подключение динамика к фильтрам низкой частоты (ФНЧ) разного порядка с КЦ и без неё. Для упрощения область механического резонанса динамика не рассматривается, а элементы фильтров не имеют сопротивлений потерь.
ФНЧ первого порядка с индуктивностью катушки 1 мГн и его АЧХ с КЦ и без неё:
Обратите внимание, что без КЦ АЧХ имеет вид ступеньки, разница уровней которой зависит от соотношения индуктивностей фильтра и динамика. Такой вид АЧХ полезен для коррекции отдачи НЧ и ШП динамиков, у которых есть ровная СЧ-ВЧ полка выше басовой. Но без КЦ нет спада -6 дБ/октаву, поэтому настоящий первый порядок ФНЧ для динамика – индуктивность + КЦ, и никак не иначе. Кстати, для СЧ и ВЧ динамиков, у которых активное сопротивление и чувствительность выше, чем у НЧ брата, допустимо вместо RC-цепочки ставить просто резистор. Полной компенсации не будет, зато подровняется ЧХ сопротивления на частоте механического резонанса, что очень полезно. Понятно, что фильтр надо рассчитывать с его учётом.
ФНЧ Баттерворта второго порядка с индуктивностью катушки 1 мГн и ёмкостью конденсатора 30 мкФ:
Расчёты в калькуляторах дадут в результате красную крокозябу вместо нормальной АЧХ, так как по умолчанию нагрузка считается активной! Вдогонку – такая же чумовая фазовая ЧХ и дыра на ЧХ сопротивления. Немного выручают сопротивления потерь в индуктивности и конденсаторе фильтра, уменьшая выброс. Без КЦ нереально угадать частоту среза и крутизну ската. Но на практике на КЦ экономят («и так сойдёт!»), ведь для НЧ динамика потребуется ёмкость порядка 30-120 мкФ, плюс мощный резистор. На помощь приходит ФНЧ «полторашного» порядка, в котором КЦ и конденсатор фильтра совмещены (зелёная линия – АЧХ предыдущего ФНЧ 2-го порядка с КЦ):
Его характеристики близки к ФНЧ 2-го порядка с КЦ в полосе частот, которые надо подавить. Кроме того, ступенчатый характер АЧХ позволяет скомпенсировать подъём АЧХ НЧ динамика на средних частотах. Если ещё вспомнить о влиянии баффл-эффекта, дающего +1,5-2 дБ в диапазоне 500-1000 Гц для большинства стандартных корпусов объёмом 30-100 литров, то станет очевидно, что именно «полторашник» и есть оптимальный вариант для 50 ГДН– и 75 ГДН-. Но рассчитать его с наскока не получится, нужен симулятор в помощь, плюс надо знать индуктивность катушки динамика конкретного типа. За всё надо платить: при той же частоте среза ЧХ сопротивления «полторашника» хуже L:
Схемы 1 и 2 – как на предыдущем рисунке. Второй вариант экономии – неполная компенсация (оранжевая линия на первом рисунке). Применяется, когда частота раздела и индуктивность динамика высокие. В таком случае расчёт фильтра ведут по сопротивлению не динамика, а резистора в КЦ, который хорошо выбрать равным сопротивлению ВЧ динамика (8 или 16 Ом). При этом увеличивается номинал катушки фильтра (а конденсатора – уменьшается):
Напоминает «полторашник», те же полки и проблемы с ЧХ сопротивления.
Ещё способ обойтись без КЦ, похуже, – значительное увеличение индуктивности катушки фильтра:
Получаем: большой расход провода, большое комплексное сопротивление катушки фильтра, увеличивающее добротность динамика, плохие АЧХ, ФЧХ и ЧХ сопротивления.
Вот такой вариант ФНЧ и стоит в S-90 без букв. Экономисты…
Автор: Николай Марков
Полезное дополнение. Быстро найти значение корректирующей ёмкости можно так: Реально принимаем R=Rmin*1,2, C=Смкф*0,7.
Работает для НЧ динамиков в полосе до 1 кГц ориентировочно. На более высоких частотах вследствие влияния токов Фуко действующая индуктивность катушки уменьшится, в 1,5…2 раза для головок без медного колпачка на керне, а активное сопротивление вырастет, эта формула даст перекомпенсацию. Так, для 20ГДС-1-8 при частотах до 1,5 кГц оптимальна цепочка с номиналами 9 Ом+11мкФ, расчёт фильтра на сопротивление 8,8 Ом, а на частотах 2…6 кГц – 12 Ом+8мкФ, расчёт фильтра на 10 Ом.
В теории красиво, на деле бессмыслица и бесполезняк.
Ничего близко нет в реале с нарисованным цветными линиями.
Презрение к микрофонным методам измерения с коррекцией поведения динамика по реальной ачх и рождает такие бесполезные на практике картинки .
Думал, отдохну от вегалабовских бойцов на картонных мечах -симуляторах, с вечными спорами, чей симуль круче, ан нет…..И сюда доехало.
Не обижайтесь и поймите правильно: чем больше людей поймёт принципы, тем меньше вопросов мимо звука на сайте. Не заставляю никого ставить Цобеля у каждого стульчика на кухне, но прошу людей понять, что Цобель – мощный инструмент влияния на поведение АЧХ и ФЧХ фильтров (в частности, по выравниванию и резкому повышению предсказуемости результатов).
“на деле бессмыслица”
возьмите в руки, наконец, паяльник и спектроанализатор
погоняйте ачх динамик+фильтр розовым шумом с цепочкой Цобеля и без неё
тогда желание писать глупости пройдёт
Именно ТАК ,и не как иначе!
Очень полезно, спасибо!
Сталкивался с горбиком, на разделе 2,5 кгц 4порядок, с КЦ эксперементировал т.к расчетный сильно заваливал, в итоге поставил кондер в 4 раза меньше по емкости , головка без медной вставки на керне, и я так понял, что динамикам с этой вставкой КЦ противопоказана т.к убивает микродинамику и у них соответственно горбика не бывает
В статье не учтено влияние токов Фуко, уменьшающее индуктивность звуковой катушки с ростом частоты. Реальные частотные характеристики с учетом их влияния (без цепочки Цобеля) имеют более плавный ход в области СЧ/ВЧ. Например, АЧХ фильтра, состоящего из одной катушки последовательно с динамиком (второй сверху рисунок), будет не ступенчатой, а плавно спадающей во всем диапазоне, с переменной крутизной 2…4 дБ/октаву.
На выходе усилителя стоит цепочка Цобеля 0.1 мкФ, 10 Ом. Но это так для галочки, а дальше под конкретную акустику нужно рассчитать или подобрать.У меня получилось 10 мкФ и 4 Ом. Спасибо за графики, теперь понятно что к чему.
Цепочка по выходу УМ – против возбуждения. На звуковых частотах не работает. У Вас получилось слишком низкое сопротивление резистора. На частотах выше 4 кГц он будет греться больше, чем детали в АС. Что-то пошло не так.
номиналы цепочки влияют на поведение схемы на частотах сильно выше звуковых частот. И нагрузить усилитель такой “типа цепочкой Цобеля” – за границей разума. Верно пишете, что-то пошло не так. Осталось выяснить, каким образом автор сообщения вышел на такие дико собачие номиналы цобеля.
Под конкретную акустику никто не занимается подгонкой цепи. Это ваши предположения, ничем не поддержанные. Цепочка скорее выравнивает реакцию усилителя на длинные сопли от усилителя до колонок.
“Под конкретную акустику никто не занимается подгонкой цепи…”
С этой цепочкой и так одни загадки, но глядя на ее современные варианты впадаешь в уныние.
на практике цобель, реально улучшает звучание бюджетных нч-сч динамиков, ( применяется “полторашный порядок R – обычно берётся равный сопротивлению динамика по постоянному току, C от 5 -10 мкФ, индуктивность от 0,5 -1мГн) – эта схема благозвучна и работает в 99,9%
настраивается тупо на шуме, вместо постоянного ставим переменный резистор, и крутим, одновременно смотрим на анализатор спектра. Цобель подтягивает правый край ачх, спад плавный получается, чем больше сопротивление резистора – тем круче спад
вернее , прошу прощения, чем МЕНЬШЕ сопротивление резистора тем круче спад
“…цобель, реально улучшает звучание бюджетных нч-сч динамиков…”
Кто его знает, что и где там реально улучшает? Наличие параллельно нагрузке включенного безындукционного резистора по идее отбирает какую-то часть энергии на себя. Вот какой энергии? С одной стороны этот резистор должен служить нагрузкой в том случае, если внешняя нагрузка мала, или отсутствует. С другой – служить той же нагрузкой при возникновении неожиданных колебаний связанных с взаимодействием тракта с нагрузкой. Остается только понять частотную область работы RC цепи. Скорее всего она должна немного заходить в звуковую область. Но тогда и мощность резистора должна быть достаточной. Совершенно непонятно, где лучше устанавливать RC цепь – до катушки или после? Если до, то цепь служит наиболее эффективным нагрузочным элементом для тракта. Если после – то для нагрузки. Наличие еще и выходной емкости делает ситуацию еще непонятней. К моим схемам она не клеится. Схемы просто сходят с ума, бешено растет ток эквивалентно вредному влиянию емкостной нагрузки. Но реальный фирменный аппарат с таким вариантом работает. Хотелось бы это понять.
А если в НЧ звене стоит 75 ГДН 8Ом и параллельно к нему 50 ГДН 11 Ом. Это из s400 без букв. Какие параметры выбрать для Цобеля? В фильтре НЧ 4 мГн и 40 мф. Поставил 40 мф и 5 Ом в Цобель, но от “балды”. Звучит без мерзкого призвука в 50 ГДН. Автору спасибо за статью.
Странный вопрос: «… если в НЧ звене стоит 75 ГДН 8Ом и параллельно к нему 50 ГДН 11 Ом …».
Для начала нужно уточнить: «50 ГДН 11 Ом» – не понятно, там 11 ом(?), или это опечатка, и, на самом деле, там 4 ома…
Далее. Оставим за скобками: «Как это будет звучать?» (т.е. если соединить два разных динамика); но (чисто теоретически) – как рассчитать цепь Цобеля?
Если соединить параллельно два разных динамика (один – это Re1 и Le1, и второй – Re2 и Le2), то, наверное, нужно рассчитать “как параллельное соединение двух реактивных элементов с индуктивностями и активными сопротивлениями”, в результате чего получить некий «эквивалент нагрузки» с общим сопротивлением Reо и общей индуктивностью Leо.
И уже по этим новым параметрам (Reо и Leо) и следует рассчитывать цепь Цобеля.
Я так думаю…