Танцы с бубном вокруг мидбасов и басов.

          

    

    Даже не обсуждается, что каждый НЧ динамик требует своего, оптимального для него выходного сопротивления усилителя, ниже которого растут нелинейные и интермодуляционные искажения, а выше – механические, связанные с недостаточностью электрического демпфирования подвижной системы. Это объясняется тем, что динамическая головка должна демпфироваться не только акустически, но и частично электрически путем торможения ее магнитным полем для устранения механических резонансов и призвуков, присущих любой подвижной системе.

Таким образом, выходное сопротивление усилителя имеет большое значение для демпфирования подвижной системы динамиков в области основного резонанса.

Выходное сопротивление усилителей, как правило, делают очень маленьким - у современных автомобильных усилителей оно имеет величину порядка 0,005-0,1 Ом.

Сильно углубляться в теорию не буду, по этому вопросу уже достаточно много всего написано…. например: Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление?

(Собственно это статья С. Агеева, опубликованная в журнале "Радио", № 4, 1997 г.) Усилитель: что мешает звучать правильно? (часть 2)

Для того чтобы диффузор НЧ-динамика в низкочастотном диапазоне следовал более-менее точно электрическому сигналу без возникновения паразитных колебаний (призвуков) на частоте основного и других резонансов, он должен быть достаточно хорошо и точно задемпфирован акустически. Но, как правило, акустического демпфирования недостаточно, (особенно для автомобильных мидбасов компрессионного типа с тяжелыми подвижными системами, применяемых в большинстве автомобильных инсталляций),  поэтому динамики дополнительно демпфируются низким выходным сопротивлением усилителя, устраняя, таким образом, проблему резонансов и других призвуков, приводящих к ухудшению разборчивости НЧ-сигналов. 

Это привело к возникновению красивого маркетингового хода, под названием «Демпинг-фактор» (или по другому «коэффициент демпфирования» – это отношение номинального сопротивления громкоговорителя к выходному сопротивлению усилителя мощности), так как необходимость демпфирования на НЧ низким выходным сопротивлением входит в противоречие с тем, что интермодуляционные искажения динамика становятся значительно меньше, если у усилителя будет оптимальное для конкретного динамика НЧ положительное выходное сопротивление. 

Фактически, каждый динамик при работе с конкретным усилителем, можно с полным правом рассматривать как принудительную, неотключаемую тембральную добавку/убавку к звучанию. 

Немного перефразирую: усилители на 90% звучат по-разному именно из-за импеданса конкретного динамика в конкретном акустическом оформлении.

Один из выходов - применение усилителей, способных обеспечить нулевое (или даже отрицательное) выходное сопротивление усилителя на низких частотах (частоте основного резонанса НЧ-динамика), и регулируемое положительное выходное на более высоких частотах, обеспечивающие при этом линейность АЧХ (амплитудно-частотной характеристики) на линейную нагрузку, что сведет к минимуму частотный дисбаланс. Но таких автомобильных усилителей, к сожалению, до сих пор просто нет и вряд-ли будут..... хотя всем понятно, что акустическое демпфирование не обладает всеми возможностями электрического и в конечном счете обходится дороже.

К самим усилителям и их выходному сопротивлению мы еще вернемся, а сейчас попытаемся проанализировать некоторые динамики с точки зрения - а какого-же эти динамики хотят оптимального для них выходного сопротивления усилителя, чтобы хоть как-то работать с удобоваримыми для нашего слуха механическими, нелинейными и интермодуляционными искажениями.

И также может и поймем, почему с некоторыми динамиками при инсталляции в автомобиле приходится делать такие сложные танцы с бубном… так называемая проблемы: «почему усилитель не контролирует НЧ динамик?», "почему мид гудит" или "откуда берется "горб" на НЧ?".. и т.д.

В сообщении я буду основываться на заводских даташитах динамиков, так как реальные параметры, даже если они несколько другие - в целом само отношение конкретного динамика к требуемому выходному сопротивлению усилителя  кардинально не изменяют, лишь только немного изменяются плюс/минус оптимальные объемы акустического оформления. Также по понятным причинам речь не пойдет о звучании, акустических проводах, силовой проводке усилителей, подиумах, виброшумке и др., которые, конечно, играют большую роль, но в данном случае не решающую. Переходную характеристику салона автомобиля тоже хотелось-бы учесть, но это более важно для сабфуферов (к ним я еще вернусь), а с мидбасами это решается проще – подрезкой их ФВЧ в нужном месте, для правильной стыковки с сабом.

Основной посыл: главный тормоз динамика - электрический, и лучше кроме усилителя динамик ничем не тормозить.

Мною были выбраны достаточно приметных у автозвуковиков 4 мидбаса, которые как нельзя лучше характеризуют основные варианты использования их в автомобиле, как и проблемы, связанных с этим.

Пока это первые выводы... возможно выводы будут уточнены, но не думаю, что кардинально.

В начале будем придерживаться оптимальной с точки зрения формы АЧХ, то есть «баттервортовского» значения результирующей добротности Qtc= 0,707.

То, что в некоторых случаях динамики лучше звучат, когда их результирующая добротность в оформлении чуть выше или чуть ниже 0,7 - нюансов здесь много и в общем можно сказать, что для каждого динамика в конкретном оформлении есть своя оптимальная полная добротность... ведь результирующая полная добротность динамика получается с учётом присоединенного объема воздуха, пространства за динамиком, материала заполнения ящика, выходного сопротивления усилителя, кабелей, фильтров и т.д.. ну а результат неоптимальной добротности вполне предсказуем:

Q>= оптимума - энергетика ярче выражена, но затягиваются послезвучия

Q<= оптимума - более точен, но энергия импульса ослаблена, не столь выразителен.......

Для расчетов требуемого выходного сопротивления усилителя я буду использовать проверенную временем и практикой программку combinOS.exe

На основе реальных измерений и сравнений данных, выдаваемых программой - по моему опыту получается, что до 30-35 литров можно считать, что это закрытый ящик, а от 50 литров и выше – можно считать, что это соответствует дверной установке динамиков.

Перечитать:
Параметры Тиля - Смолла

Приступим:

1. Вначале проанализируем мидбас SUPREMO SW 6" и построим графики зависимости требуемого Rвых усилителя от объема акустического оформления и сюда-же разместим график получаемой результирующей добротности и получившуюся частоту среза F3 (в данном случае делённую на 80, чтобы просто втиснуться в график).

Смотрим на график (на этом графике и всех графиках ниже: Qts - это ощибка, правильно Qtc)

Видно, что при нулевом выходном сопротивлении усилителя этот динамик хочет в ящик 24,5 литра, где его результирующая добротность будет соответствовать 0,7.

Это хорошо,.... что собственно и соответствует опыту практической установки этого мидбаса... хотя не совсем точно - обычно этот динамик запихивают в ящик 10-12 литров, получается приятный горбик на 1 дБ на 100-110 Гц... а некоторые даже ставят в двери... но тогда получается неприятный спадик на 1 дБ на 100Гц (по сравнению с оптимальными параметрами).

Да в общем-то никто никому не мешает ставить свои динамики куда угодно.. хоть на днище автомобиля.

Я веду разговор о максимально точном согласовании выходного сопротивления усилителя с акустическим оформлением динамика, для максимально контроля усилителем динамика со всеми вытекающими отсюда положительными последствиями.

В той-же двери этот мидбас будет играть с результирующей добротностью 0,62-0,63 и резонансной 80 Гц.. а если бы усилитель был с выходным сопротивлением 0,5-0,6 Ом, то добротность стала-бы 0,7 и частота среза 70 Гц....

Ясно что нулевое сопротивление усилителя – это миф, так же как и точное омическое сопротивление динамика и индуктивность катушки. Все меняется, пляшет, прыгает в зависимости от уровня мощности, температуры, частоты и т.д. и т.п..

Поэтому вокруг точки нулевого сопротивления усилителя я обвел кружочком в каких допусках это все может быть на практике.. так, примерно... реально оно может быть и больше..

Общий вывод по SUPREMO SW 6" – это ящичный мидбас и при правильно выбранном объеме ящика может контролироваться практически любым усилителем.

2. Второй динамик – это GENESIS ABS 18.01.

Смотрим на график.

Видно, что результирующая добротность 0,7 получается при объеме примерно 54 литра (что соответствует двери автомобиля). Так оно на практике и есть – эти миды прекрасно работают в объеме двери.

Общий вывод по GENESIS ABS 18.01 – это дверной мидбас и при правильной инсталляции может контролироваться практически любым усилителем.

Теперь переходим к более сложным мидбасам, про которые сломано немало копий на форумах.

3. В данном случае, как наиболее характерный пример такого типа динамика - я взял мидбасы Scan Speak 18W/4531, или совершенно на него похожий 18W/4831.

Смотрим на графики.

Опа, а результирующая добротность 0,7 будет только в ящике 14 литров, а при работе на дверь результирующая добротность динамика будет от 0,5 и ниже и при этом ни о каких басах речи не может и быть, но зато импульсная характеристика будет лучше....

При дверной установке мидбас будет выдавать басы только в том случае если выходное сопротивление усилителя будет положительное и составлять 1,5-2 ома.

Так оно на практике получилось, о чем я и описывал в блоге:

http://halin-caraudio.blogspot.com/2013/05/7-scanspeak-18w4831g.html

Основной смысл такой доработки совсем не в басах, а в том, что мы теперь имеем возможность установив динамик в дверь оперативно подстраивать результирующую добротность такую, какая нам больше нравится - от Бесселя и выше баттервордовской, так как можно поворотом резистора выбирать: что требуется - лучшая середина или бас?

Общий вывод по Scan Speak 18W/4531 – если его ставить в дверь, то этот мидбас будет выдавать басы и контролироваться только усилителем с положительным выходным сопротивлением 1,2-2,0 ома.

Интересно было-бы найти измеренные параметры доработанных динамиков (после замены шайбы), чтобы увидеть, что они стали именно дверные.... может у кого такие данные есть?

Нужны следующие параметры: резонансная частота, омическое сопротивление катушки Re, механическая и электрическая добротность и эквивалентный объем.

Но пока это, видимо, ооочень большой секрет.

4. Теперь попробуем посмотреть на графики динамика Focal Utopia 7W2.

Как мы видим по графикам, здесь ни при каких удобоваримых объемах акустического оформления нет такого усилителя, который бы мог полностью контролировать эту Utopia 7W2. Динамик однозначно требует усилителя с отрицательным выходным сопротивлением… все обыкновенные автомобильные усилители, с пусть даже очень супернизким выходным сопротивлением, будут только делать вид, что они контролируют динамик.

Общий вывод по Focal Utopia 7W2 – это дверной мидбас и будет контролироваться только усилителем с отрицательным выходным сопротивлением 0,7-0,6 ома.. во всех остальных случаях мидбас будет иметь характерный подъем на 100 Гц, гудеть и болтаться... хотя с Аудисонами VRX этот эффект не так уж и заметен (я про гудеж), но он есть..... и горбик на 100-110 Гц тоже есть....

Для практической проверки именно этого динамика я сейчас буду дорабатывать подходящий усилитель, который в результате будет иметь на частотах ниже 150-200 Гц возможность регулировки выходного сопротивления от минус 0,1 до минус 1,2 ома, на остальных частотах усилитель будет иметь просто низкое положительное сопротивление. Вот тогда чисто экспериментальным путем мы и выясним насколько нужно дотягиваться до результирующей добротности 0,7 или будет достаточно выходного сопротивления минус 0,1-0,2 ома.

Для экспериментов буду использовать б/у усилитель JBL GTO 2000. Этот усилитель просто никакой, по жизни разве только его использовать на какой-нибудь бюджетный сабик.

Напряжение питания во вторичке при 14,7 вольт входных составляет ±33,5 вольта, так что даже теоретически на нагрузке 4 Ом усилитель выдаст всего около 70 Вт, а реально выдает только 60 Вт.

На нагрузке 2 Ом все гораздо лучше и свои 110 Вт усилитель спокойно отрабатывает... это я к тому, что при доработке двух каналов в синфазные на 4 Ома усилитель, как выдавал, так и будет выдавать честные 60 Вт на канал.

Вначале его немного доработаю, превратив в полный директ, а затем сделаю ему регулируемое отрицательное сопротивление.

Принцип по которому будет дорабатываться усилитель, доходчиво изложен в статье А. Фрунзе "УМЗЧ с отрицательным выходным сопротивлением" и заключается в совместном использовании положительной обратной связи по току (ПОСТ) и отрицательной обратной связи по напряжению (ООСН).

http://samakustika.ru/umzch-s-otricatelnym-vyxodnym-soprotivleniem/

Правда я не буду использовать ОУ, а сделаю это на двух транзисторах, как это делали Салтыков Олег и Александр Сырицо еще в семидесятые годы.

А пока идет процесс к подготовке доработки усилителя, попробуем посмотреть как приспособить недобасящий/перебасящий мид к работе в двери (пока теоретически)... тут даже не приспособить, а просто понять почему он так себя ведет .. ну и набрать просто информации для дальнейших общих выводов.

Вот здесь описание доработки усилителя JBL GTO 2000 под отрицательное выходное сопротивление: http://halin-kvdam.blogspot.com/2014/09/blog-post.html

5.  Оказывается есть еще пятый тип динамиков, который имеет место в жизни. 
Назовем этот тип: ни туда ни сюда/и туда и сюда.
Вот почему по этим динамикам столько неоднозначных отзывов... одни говорят, что он играет. другие говорят, что он не играет... у одних он гудит, у других он не гудит... и т.д. и т.п.
Как про них говорят - "очень капризные миды в плане установки".
Попробуем разобраться почему это происходит.

Как характерный пример возьмем и посмотрим на графики динамика Brax Matrix 6.1 PP.

Нахожу в инете две спецификации от AUDIOTEC FISCHER по этому динамику (все именно про Brax Matrix 6.1 PP!) которые немного отличаются друг от друга. Такие параметры, как сопротивления, резонансная, экв. объем и общая добротность одинаковые, а вот Qms и Qes указаны разные... в первом случае 4,45 и 0,51 соответственно, а во втором 8,03 и 0,65.

Brax Matrix 6.1 PP вариант 1
Brax Matrix 6.1 PP вариант 2

Если посчитать по формуле соотношений добротностей первый случай, то получается общая добротность равна 0,45, а во втором случае Qts получается 0,60.......  хотя в даташитах везде указана общая добротность 0,59.
Особо не задумываясь над этим фактом, строим графики:

Синий и красный графики - это Rвых требуемое и результирующая  добротность согласно данных TS из даташита №1 , темно синий и оранжевый графики согласно данных из даташита №2.
Получается, что  эти миды в одном случае чисто ящичные, а во втором почти дверные.
Но самое интересное начинается если построить графики по фактическим измеренным данным... и это тоже Brax Matrix 6.1 PP!
Данные TS взяты отсюда:  http://sibzvuk.ru/shop/product/256804003
Получились черный и зеленые графики. Здесь видно, что  динамик требует для полного контроля над собой только усилителя с отрицательным выходным сопротивлением.

Дальше выводы делайте сами - о каком вообще динамике идет речь, когда говорят о Brax Matrix 6.1 PP ?

Просто информация по некоторым мидам:

....Focal Utopia Be 5W2... в двери у него будет частота среза 80 Гц и добротность 0,63.

Чтобы дотянуться до резонансной 70 Гц нужно, чтобы выходное сопротивление усилителя было примерно 0,5 Ом (это мы как-бы увеличиваем Qes примерно на 0,1 и она становится 0,73).

А так - это ящичный мид.
Вот расчеты: 

И построенные графики:

Попробуем посмотреть на динамики  Morel Integra Ovation 5:

 

Динамик требует ЗЯ примерно 8 литров... но скорее всего в таком объеме звук будет "зажатый"..
Для работы  в двери динамик хочет, чтобы выходное сопротивление усилителя было 1,8-1,9 Ом и тогда его нижняя частота среза  будет 78 Гц, в противном случае с обыкновенным усилителем нижняя частота среза будет всего 122 Гц.....:

Динамики Morel Supreme SCW636

Производитель рекомендует для этих динамиков ЗЯ объемом 2,8 литра или ФИ объемом 10 литров.

Построим графики:

Примерно так и получается - видно, что результирующая добротность 0,7 получается примерно при 4 литрах.
Значит SCW636 - чисто ящичные миды.В дверях эти динамики максимум что отработают - частота среза 121 Гц..... чтобы динамики забасили, надо чтобы выходное сопротивление усилителя было примерно 7,0-7,5 Ом.

Мидбасы Foсal Performance P165V33.

Строим  графики:

Динамик однозначно требует усилителя с отрицательным выходным сопротивлением.. при выходном сопротивлении  усилителя минус 0,68-0,7 Ом в двери будет иметь плоскую АЧХ с частотой среза около 60-65 Гц.  В противном случае (с обыкновенным усилителем) частота среза ниже 75 Гц не опустится и будет горбик на 150 Гц.

Infinity REF 6530 - тоже хочет отрицательного сопротивления при работе на дверь - ... примерно минус 0,2-0,3 Ом... но думаю, что это не катастрофически... с обыкновенным усилителем в двери результирующая добротность получается 0,8 при частоте среза 78 Гц.

Vifa M18WO-09-04
Иногда попадаются обсуждения динамиков и есть некоторые практические данные по их применению.
Очень интересно сравнить расчеты с практикой.

Итак строим графики для Vifa M18WO-09-04.

Результирующая добротность 0,7 получится только в ящике примерно 5,5 литров (с учетом самого динамика объем должен быть 7 литров), а резонанасная будет 88 Гц.  Ясно, что в таком ящике звук будет зажатый, да и нижняя частота не очень.
В других закрытых объемах динамик хочет усилителя с положительным выходным сопротивлением.
Вот здесь по ссылкам на таком динамике уже делали громкоговоритель V1:
http://akustika1.ru/gromkogovoritel_v1.htm
http://electronic.vladbazar.com/akustika-i-zvuk/ 
Объем громкоговорителя там взят 12 литров, а результирующая добротность получалась не больше 0,54 (и как там дальше написано: Это позволяет успешно использовать громкоговоритель V1 совместно с ламповыми усилителями, зачастую имеющими повышенное выходное сопротивление..)
Итак 12 литров - вычитаем объем динамик 1-1,2 литра, получается 10,8 литра... проводим на графике от 11 литров линию на график добротности и видим, что добротность получается 0,53 и частоту среза 94 Гц. Совпадает. 
Если применить в этом случае усилитель с выходным сопротивлением 1,14 Ом, то результирующая добротность будет 0,7 и частота среза 67 Гц. Если выходное сопротивления усилителя увеличить до 1,7 Ом, то при результирующей добротности 0,78 частота среза будет 60 Гц..... ну это уже лучше.... собственно в тех статьях про V1 так и получается .
Вывод: динамик и теоретически и практически в ящике 12 литров будет играть от 60 Гц только с усилителем у которого выходное сопротивление составляет примерно 1,7-1,8 Ом. 
С обыкновенным усилителями с низким/нулевым сопротивлением  динамик в ЗЯ от 7 до 40 литров ниже 98-108 Гц играть не будет. 


 Scan-Speak 15W4531G00

Часто применяемый динамик в автозвуке. 
Строим графики:

Сразу видно, что это ящичный мид... а лучше в  ФИ с настройкой на 50-60 Гц.
Результирующая добротность 0,7 по расчетам получается в ящике примерно 4,1 литра, с частотой среза 89 Гц.
Негусто, зажато, но ровно.
Из практики можно еще удобоваримо увеличивать объем ЗЯ до 6-7 литров,.... а уже при 10 литрах результирующая добротность становится меньше 0,5 и частота среза больше 100 Гц.. 
В дверь этот динамик с обыкновенным усилителем просто никак - ему тогда требуется усилитель с положительным выходным сопротивлением 3-4 Ом.
 

6 1/2'' SATORI MW16P-4

Строим графики:

Ящичный мид - хочет чистого объема 8-10 литров.

В двери будет нормально работать только с усилителем имеющим положительное выходное сопротивление 3-4 ома,

AudisonThesis TH 6.5 sax

Строим графики по заводскому даташиту :

Ящичный.. но малый ящик зажмет звук, значит ФИ.
В двери этот динамик отыграет только до 112 Гц.

А вот с усилителем с выходным сопротивлением 2,7-2,9 Ом доиграет до 62 Гц.

Но есть проблема: один из владельцев этих динамиков говорит, что в двери  они отыгрывают практически до 60 Гц... значит: или заводские параметры не соответствуют реальным.. тогда скорее всего Qes не 0,44, а почти 0,7... или переходная салона такая, или дверь маленькая... или тут вмешивается мистика. 
Согласно измерений сделанных в обзоре АЗ #9/2008: Qts получилась 0,323, Fs -51,7, Vas-13,7.
Чудесов не бывает. Сам мидбасс даже назвали sax, то есть барабаны он ещё должен отыгрывать, а вот бочку - только с сабом.

Focal Utopia Be 6W3.

Пару слов об этом динамике.

При стандартной установке в двери получается результирующая добротность Qtс 0,83 и Fs 53 Гц с небольшим подъемом в районе  90-110 Гц на 0,5 дБ.
Требует отрицательного выходного сопротивления усилителя 0,5-0,6 Ом.

Пока подскажу только то, что электрическая добротность Qes у этого динамика очень большая - 0,82 и поэтому её влияние очень и очень велико. Вот здесь сам акустический провод играет огромную роль, не говоря уже о выходном сопротивлении усилителя....
К примеру: предположим взяли провод 1 квадрат мм (17 калибр) .. до дверей  5 метров, значит 10*0,0166= 0,166.. сюда добавим переходное сопротивление наконечников  и клемм и получим 0,25 Ом. Вроде как и немного.
Но при этом Qtс сразу возрастет с 0,83 до 0,89 и подъем на средней частоте 100 Гц составит как минимум 1 дБ! А если дверь небольшая по объему, то с такими проводами добротность может дойти до 0,92.
Вывод напрашивается сам - с этими динамиками  нужно применять максимально возможный калибр акустических проводов с хорошо обжатыми и зажатыми наконечниками в клеммах усилителя и динамика.. плюс это все промытое химией типа Контакт.
Ну и нужен усилитель с максимально низким выходным сопротивлением. Теоретически - это должны быть мощные усилители, которые позволяют работать на 2, а ещё лучше на 1 Ом, а еще лучше на 0,5 Ома, так как тогда у них гарантированно низкое выходное сопротивление.
Практика подтверждает это, так как по отзывам автозвуковиков, динамик 6W3 удовлетворительно раскачивают следующие усилители:  Brax X2000.2, Audison VRx 2.400, Steg MASTERSTROKE MSK 1500, Sinfoni Desiderio, Focal FP 2.150, Ground Zero GZNA 2850XII и др. подобные.

Видел в инете инсталлы с: Alpine PDX-F6 (мостом), ...



Продолжение следует.