Настоящее Аудио
  Форумы | Магазин | Ремонт | Измерения | Статьи | Галерея | О нас  
---------------



Hits 2615640
20561
Hosts 179300
120
Visitors 98491
128

4
 
Некоторый классфикатор, который поможет выбрать нужную тему:
Винтаж   Дебилы   Жизнь   Люди   Медицина   Музыка   Основы  

30.05.2008

Невозможное возможно

Минимально-фазовой называется система, которая при заданной АЧХ (т.е. зависимости уровня звукового давления, выраженного в децибелах, от частоты) способна передать к выходу энергию, поступающую на ее вход, за кратчайшее время. Чисто математически ФЧХ минимально-фазовой системы получается путем применения преобразования Гильберта (особо не напрягайтесь — ну, есть такая математическая операция) к АЧХ. Верно и обратное: АЧХ минимально-фазовой системы можно получить, применив преобразование Гильберта к ФЧХ. Вот, собственно, и вся премудрость.

Сама по себе минимально-фазовая характеристика (в дальнейшем МФХ), конечно, интересна, но гораздо больший интерес представляет собой так называемая «избыточная ФЧХ» (Excess Phase), которая представляет собой разницу между реально измеренной ФЧХ АС и МФХ, рассчитанной по реально измеренной АЧХ. Иными словами, избыточная ФЧХ показывает тот дополнительный, избыточный фазовый сдвиг по отношению к минимально возможному для данной АС. Поэтому если АС является реально 100% минимально-фазовой, то ее избыточная ФЧХ должна представлять собой практически прямую линию (0 градусов). Избыточная ФЧХ, таким образом, превосходно описывает то, насколько близка/далека реальная АС к/от минимально-фазовой. А производной с обратным знаком от избыточной ФЧХ является известное многим специалистам понятие «избыточное групповое время задерживания» (Excess Group Delay). ИГВЗ зачастую несколько проще интерпретировать, чем избыточную ФЧХ, но рассказ об этом выходит за рамки данной статьи. Если кого-то интересуют дальнейшие теоретические подробности, можно обратиться за справкой сюда.

Считается, что большинство отдельных динамиков характеризуется практически минимально-фазовым поведением. Т.е. еще раз напоминаю: их избыточная ФЧХ предполагается идущей вдоль отметки 0 градусов во всей полосе частот, которую они призваны воспроизводить. В реальности дело обстоит не идеально «красиво» — никакого строгого нуля там, конечно, нет, а есть неоднородность порядка +/-20 градусов, что для реальных условий просто отлично.

Однако законченные акустические системы собираются, как правило, из нескольких динамиков (кроме широкополосных АС), которые, хотя сами и являются практически минимально-фазовыми устройствами, но «увязываются» воедино при помощи кроссоверов, которые далеко не всегда являются такими же минимально-фазовыми. Более того, даже если сделать переходные фильтры минимально-фазовыми, то этого все равно недостаточно — нужно еще разместить акустические центры (в дальнейшем АЦ, не путать с центром масс!) всех динамиков в одной плоскости. Именно АЦ, а не корзины динамиков, как это делается в подавляющем большинстве АС. Вот тогда и только тогда можно рассчитывать на то, что вся АС как целое окажется минимально-фазовой.

Вот, почему истинно минимально-фазовые многополосные АС так редко встречаются. Если же АС действительно таковы, то, вне зависимости от числа полос, звучать они обязаны так же, как хорошие широкополосники (см. соответствующую статью).

Это может показаться удивительным, но при разработке минимально-фазовых многополосных АС достаточно следить за одной только переходной характеристикой (ПХ), добиваясь ее идеальности путем внесения изменений в кроссоверы параллельно с постоянными измерениями ПХ в режиме реального времени. Как только получится идеальная ПХ, все остальное приложится «автоматически». Давно известно, что идеальная импульсная характеристика (а ПХ — лишь другая, более удобная для практической работы форма отображения ИХ) всегда дает идеальную АЧХ. Но обратное неверно — из идеальности АЧХ совершенно не следует идеальность ИХ.

Применительно к акустике можно сказать, что гладкая, плоская осевая АЧХ с малой неравномерностью, снятая в безэховой камере, вообще говоря, почти ничего не говорит о том, что мы слышим (о чем я уже неоднократно писал). С другой стороны, если у нас есть практически идеальные ИХ и ПХ, то отсюда автоматически(!) следует, что и АЧХ (разумеется, на той же оси, где получена идеальная ПХ) будет практически идеальна.

Почти любая акустика на основе типовых конусных широкополосных динамиков (масса примеров приведена в статье «Широкополосники как форма существования музматерии») является минимально-фазовой. Таковыми же являются электростаты от QuadESL-63 и ESL-969.

А вот минимально-фазовую акустику с числом полос более одной целенаправленно выпускало всего несколько фирм в мире: Dunlavy, Spica, Technics, Thiel и Vandersteen.

Единичные экземпляры можно обнаружить у Bang & Olufsen — модель BeoVox M100, выпускавшаяся с 1977 по 1979 год

и, что особенно удивительно, у B&W — модель DM6 1976 года выпуска

Однако первенство в создании минимально-фазовых акустических систем принадлежит концерну Matsushita Electric. По мере совершенствования электроники в 70-е годы специалистам концерна становилось ясно, что существовавшая на тот момент времени акустика не позволяла раскрывать весь потенциал других компонентов. Более того, она становилась едва ли не самым слабым местом систем. Инженеры подразделения Technics, занимавшегося профессиональным звуковоспроизводящим оборудованием, быстро поняли, что для того, чтобы поднять акустические системы до уровня остальной техники, необходим качественный рывок вперед. Прекрасно отдавая себе отчет в том, что законы физики не обойти, инженеры Technics начали еще раз переосмысливать все, что было известно о слуховом восприятии человека.

Были проведены тщательнейшие исследования форм сигнала различных музыкальных устройств и голосов. Команда инженеров Technics разработала специальный метод измерений, с помощью которого можно было оценивать фактическую достоверность (можно еще сказать «точность») звуков, воспроизводящихся акустическими системами. С помощью прецизионных измерительных приборов был проанализирован целый фортепьянный концерт, произведена его запись на студийную ленту. Путем сравнения форм «живого» сигнала с тем, что получалось на выходе различных АС

был намечен путь решения проблемы достоверности звуковоспроизведения. Сразу же стало ясно, что типовая акустика принципиально не в состоянии корректно воспроизводить даже отдельные инструменты! И обусловлено это, в том числе, временными задержками в поступлении сигналов от отдельных динамиков, входящих в состав АС. Решение было найдено по мере создания гениального измерительного инструмента, так называемого сдвигового регистра на ПЗС, разработанного специалистами Technics, который, по сути, представлял собой схему компенсации запаздывания сигнала. С его помощью выяснилось, что принцип монтажа всех громкоговорителей акустической системы в одной плоскости ошибочен. В результате длительных измерений при помощи сдвигового регистра, за счет пространственного разнесения громкоговорителей в горизонтальной плоскости (по глубине) стало возможным размещать в одной плоскости не корзины динамиков, а акустические центры излучения, что привело к достижению фазового естества и, как следствие, невиданно высокого качества звуковоспроизведения.

Так появились на свет АС SB-7000 — трехполосная акустика, представляющая собой образец минимально-фазовой системы звуковоспроизведения, которая в марте 1975 года была представлена ошеломленной публике на пресс-конференции в Токио.

Подобное решение обеспечивало серьезный прирост в естественности звучания, неслыханно широкую стереобазу и великолепную локализацию источников звука в воспроизводимом материале, что сразу же поражает слушателя при прослушивании. Завершено решение было оснащением АС принципиально новыми минимально-фазовыми переходными фильтрами.

При прослушивании данных АС не удается избавиться от ощущения, что слушаешь широкополосную акустику.

Несмотря на высокую стоимость, эта акустика покорила Hi-Fi рынок во многих частях света. В Японии, например, где царит сильнейшая конкуренция не только между японскими производителями, но также и зарубежными, SB-7000 через несколько месяцев с момента появления стали бестселлером. Любой человек, слышавший звучание музыки через эту акустику, убеждается в том, что она (как и многие другие изделия Technics) воспроизводят музыкальные события с невероятными чистотой, прозрачностью и натуралистичностью, которые можно ощутить в полной мере разве что на концерте.

Дополнительная информация по SB-7000: 35-ти сантиметровый басовик с диафрагмой, изготовленной не из бумаги, как принято думать, а из трехслойного арамида (аналога кевлара), характеризуется большой рабочей поверхностью и коротким ходом, препятствующим появлению доплеровских искажений. Среднечастотник диаметром 12см на мягком подвесе изготовлен по точно такому же принципу. Пищалка сконструирована на основе постоянного магнита из стронций-ферритового сплава. Все громкоговорители акустически изолированы друг от друга. Чувствительность акустики составляет 93дБ/Вт/м.

Впоследствии изобретение, естественно, «разошлось» по всему миру.


Для того чтобы добиться от многополосных минимально-фазовых АС максимально хорошего звучания в реальном помещении, необходимы, кроме всего прочего, подставки определенной высоты с возможностью тонкой регулировки как высоты установки, так и угла фронтального наклона АС от слушателя, поскольку для каждой минимально-фазовой АС существует не только своя собственная оптимальная высота для прослушивания (относительно ушей слушателя), но также и необходимость обеспечения идеальной «вертикали» акустических центров всех динамиков. О критичности перечисленного именно для минимально-фазовых АС писал в свое время даже главный редактор журнала Stereophile, Джон Аткинсон.

Так, например, упоминавшаяся уже акустика Bang & Olufsen BeoVox M-100, фабрично комплектовалась подставками такого рода, а в руководстве пользователя содержалось подробное пояснение, как, путем fine-tuning установки АС, добиться максимально качественного звучания.

Кроме того, акустику такого рода лучше устанавливать как можно дальше от всяких отражающих поверхностей с тем, чтобы находиться в поле преимущественно прямого звука с минимальным подмешиванием переотражений. В реальных жилых комнатах этого в большей или меньшей степени можно добиться путем установки АС у длинных стен как можно дальше от углов. Ну, и сидеть желательно поближе (в разумных пределах). Это связано с тем, что минимально-фазовое поведение обеспечивается (и то при условии надлежащей «настройки») лишь в узком фронтальном «пучке», а в боковом излучении оно сильно деградирует либо полностью утрачивается. Так что «прибивать» голову к месту необязательно, но подойти к вопросу со всем тщанием, безусловно, стоит — окупится сторицей.

Здесь же будет уместно заметить, что многие люди наивно полагают, что если акустика — коаксиальной конструкции, это автоматически превращает ее в, якобы, точечный излучатель или некое подобие широкополосника. Должен разочаровать — коаксиальность конструкции в общем случае не означает вообще ничего. Пример:

Как вы думаете, где расположен у данной АС АЦ пищалки? Не отгадаете — чуть-чуть перед акустической линзой! Хотя сама диафрагма пищалки находится примерно в сантиметре за ней. А где находится АЦ СЧ/НЧ? Он же, вроде как, плоский... Наверное, прямо на этой плоскости и находится? Опять не угадали — он находится в 7 сантиметрах в глубине (от лицевой поверхности АС).

Или другой яркий пример:

Обратите внимание: все диффузоры плоские, и все их корзины находятся в одной плоскости. А система даже близко не является минимально-фазовой.

Или еще:

Вот в этом случае АЦ обеих головок практически совпадают (разница не превышает 5мм) и находятся на глубине примерно 10см от устья ВЧ-рупора.

Если кто-то задастся вопросом, а откуда это все известно, я отвечу, что все это определяется специальными измерениями, проводимыми на акустическом измерительном комплексе MLSSA.

А теперь чуть сложнее. Минимально-фазовая, трехполосная АС:

Микрофон находится на уровне пищалки, т.е. на главной оси, на расстоянии строго 120см от лицевой поверхности АС. Динамики расположены вертикально, обычно. Но с различным утапливанием по глубине (относительно фронтальной поверхности). Проводятся акустические измерения расстояний до каждого из трех АЦ от капсюля микрофона. Получаются расстояния: 127.5 (ВЧ), 128.6 (СЧ) и 130.6 (НЧ) сантиметров соответственно. Расстояние по вертикали между физическими центрами ВЧ- и СЧ-динамиков — 15см, между центрами ВЧ- и НЧ-динамиков — 30см. Вопрос на засыпку: как расположены различные АЦ в данной АС?

Ответ: практически в одной плоскости (погрешность +/-3мм)! А сама эта плоскость — на глубине примерно 7.5 см от фронтальной поверхности АС.


Количество показов: 2062
Автор:  Raoul Sanchez
Рейтинг:  5

Возврат к списку


 
Авторизация
Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?
Регистрация

Поиск по сайту

-----------
  ICQ: 224200089