ATC
Разработка и усовершенствование высококачественных громкоговорителей акустики ATC.
Кажется, что цели основателей индустрии полностью забыты, и многие АС сегодняшних производителей характеризуются как вовлекающие, имеющие свой темп, ритм, слэм, или просто доставляющие музыкальный экспириенс, слова на 100% субъективные, вызывающие смятение и подозрение в умах людей, слова, выписывающие индульгенцию на выпуск плохо спроектированных продуктов.
Чтобы громкоговоритель был назван высококачественным, он должен соответствовать ряду взаимосвязанных, достаточно сложных критериев. При детализации они могут показаться очевидными, однако, значение следующих простых идей и критериев разработки, их взаимосвязь при разработке высококачественного громкоговорителя, часть не понимается правильно.
Работа громкоговорителя может быть описана его линейным и нелинейным поведением. Линейное поведение определяется импульсным откликом, а нелинейное – измеренными гармоническими искажениями..
Наиболее важными элементами для практического рассмотрения, определяющими характеристики линейного и нелинейного поведения, являются следующие:
- Magnitude Response (АЧХ)
- Phase Response (ФЧХ)
- Time Domain Anomalies (Отклонения во временной области)
- Dispersion and Directivity (Дисперсия и направленность)
- Harmonic Distortion (Гармонические искажения)
- Amplitude Intermodulation Distortion (Амплитудные интермодуляционные искажения)
- Hysteresis Distortion (Гистерезисные искажения)
- Dynamic Range (Динамический диапазон)
- Motional Impedance (Динамический импеданс)
Linear Distortion (Линейные искажения в акустике ATC)
1. Magnitude Response (АЧХ)
АЧХ громкоговорителя, измеренная с использованием аналоговой техники, была главным критерием оценки большинства громкоговорителей в течение десятилетий.
По определению, АЧХ называется линейной (”Linear Magnitude”) когда громкоговоритель имеет постоянный уровень на разных частотах и не вызывает никаких линейных искажений. Все мы знаем, что на практике это недостижимо, и в импульсном отклике любого громкоговорителя в большой степени присутствуют характеристики низкочастотного и высокочастотного среза (roll–off) и резонансные пики в АЧХ.
Тем не менее, представляется возможным сделать акустические системы, обеспечивающие неравномерность АЧХ не более + / - 1.5 dB соответственно в диапазоне частот 100 Hz - 10 kHz, имеющие отличный общий тональный баланс. Мы убеждены, что баланс между драйверами различных полос критичен, особенно между басом и среднечастотным диапазоном в 3-полосной системе, и должен быть всегда лучше, чем 1 dB .
Чтобы выполнить эти жесткие ограничения по АЧХ, главное внимание должно быть уделено разработке драйверов. Гораздо элегантней использовать правильно сконструированные драйверы, которые смогут использовать простые фильтры в кросоверах, чем вводить сложную коррекцию, пытаясь исправить отклонения АЧХ драйверов.
2. Phase Response (ФЧХ)
Так же, как АЧХ, фазовая характеристика системы обычно измеряется на одной эталонной оси, посередине между СЧ/НЧ драйвером и ВЧ драйвером в 2-полосной системе, и на оси СЧ драйвера в 3-полосной системе.
Система будет ”Linear Phase” если фазовая характеристика фильтра представляет прямую линию, а ось частот имеет линейный масштаб и проходит через начало координат. Возникает эффект равновеликого времени задержки, и линейных искажений не будет.
При практической разработке, однако, целью является дизайн с минимально-фазовой характеристикой, свободной от любых резких скачков, обычно связанных с high Q – резонансами. Частотно-разделительные цепи нечетного порядка с фильтрами Батерворта, реализуют характеристику, в которой фаза ВЧ и НЧ комплементарных проходных фильтров одинакова. Это существенно улучшает полярную характеристику и когерентность аудио сигнала.
Мы также убеждены, что задержка между драйверами из-за несовпадения в пространстве их центров, не различима для задержек менее 2 ms. Следовательно, при общей задержке менее 2 ms и отсутствии резких аномалий фазовой характеристики, система будет свободна от любых субъективных фазовых эффектов. Акустика ATC использует аналоговую фазовую коррекцию реализованную кросоверами, в своих активных громкоговорителях с 1982 . Это достигается включением общего проходного фильтра (имеющего плоскую АЧХ в рабочей полосе частот, но переменную фазовую характеристику), реализующего коррекцию задержек, обусловленных различием расстояний, пройденного звуком от разных драйверов в многополосной системе.
Такая коррекция позволяет направить главный лепесток излучаемой диаграммы на частоте кросовера на слушателя. Результатом такой активной фильтрации будет улучшенный контроль формы фильтрации, с большей фазовой когерентностью и более однородной характеристикой группового времени задержки. Субъективным результатом этого, по сравнению с аналогичным громкоговорителем, но с пассивным кросовером, будет более широкое и стабильное звуковое стерео поле, с более когерентной интеграцией драйверов и улучшенной открытостью и тембральной окраской звуковоспроизведения. Цифровая обработка сигналов обещает дальнейшее улучшение фазовой характеристики в будущем.
A. Linear Phase Crossovers (Линейные фазовые кроссоверы)
Задержки диктуют создание фильтров кросоверов с учетом группового времени задержки, чтобы фаза в рабочей полосе частот была неизменна.
B. Excess Phase Equalization (избыточная фазовая коррекция)
Фазовая характеристика громкоговорителя в области НЧ среза может быть скорректирована с использованием цифровых линий задержки, обеспечивающих субъективно более глубокий и плотный бас.
C. Magnitude Response Equalization (Коррекция АЧХ)
Цифровая обработка сигналов может быть также использована для коррекции АЧХ драйверов. Однако, в большинстве случаев, аномалии полосы частот полярно зависимы и, следовательно, не могут быть скорректированы одномерным эквалайзером. Коррекция АЧХ т.о. требует особой осторожности.
3. Time Domain Anomalies (Аномалии временной области)
Высококачественный громкоговоритель не должен иметь high Q или задержанных резонансов и должен также минимизировать многократное прибытие одного сигнала, вызванное отражениями и эффектами дифракции, т.к. это вызывает жесткую и клаустрофобную окраску звука, маскируя детали и смазывая стерео образ. Аномалии временной области, без сомнения, являются наиболее болезненными и утомительными для слушателя изо всех видов искажений. Тщательный подход к разработке драйверов и кросоверов обеспечивает плоскую и равномерную АЧХ свободную от любых low Q широкополосных резонансов или нерегулярностей. High Q и задержанные резонансы, тем не менее, присущи любой незадемпфированной диафрагме, и системам с некачественными фильтрами кросоверов, и устранить эту проблему нелегко. Фактически, единственное решение заключается в разработке структуры с жестко задемпфированной гибкой диафрагмой, имеющей большое внутреннее сопротивление и высочайшую степень конструктивной интеграции даже при высоких входных уровнях.
Наилучшие результаты были получены с использованием криволинейных и купольных диафрагм из полимерного хлопка и акриловых материалов, пропитанных пластичным ПВА и другими вязкими демпфирующими средами для контроля ВЧ резонансов, вызванных неоднородностями диафрагмы.
Также важно для системы быть хорошо задемпфированой от фундаментальных резонансов, т.е. иметь Q от 0.3 до 0 . 6 .
Громкоговорители с недостаточной степенью демпфирования резонансов воспроизводят болезненный, неуправляемый, чрезмерно выделенный бас и маскируют детали среднечастотного диапазона.
Фактически, мы лишь хотим сказать, что для высококачественного громкоговорителя все резонансные системы должны быть должным образом задемпфированы, будь то неоднородности диафрагмы или фундаментальные резонансы системы.
4. Dispersion and Directivity (Дисперсия и Направленность)
Отношение между прямым и реверберационным звуком очень важно в высококачественном громкоговорителе. Ясно, что не только АЧХ прямого излучения должна быть точна и линейна, но и характеристика вторичного звука должна быть широкополосной и однородной, без резких скачков амплитуды в рабочей полосе частот. Целью является получить горизонтальную дисперсию + / - 80 deg . с отклонением - 6 dB @ 10kHz и вертикальную дисперсию, по крайней мере +/ - 10 deg, чтобы быть уверенными, что в помещении с оптимальным временем реверберации и частотными характеристиками, реверберационный звук будет согласован с прямым в зоне прослушивания. Чтобы удовлетворить этому критерию, громкоговорители высокого качества должны являться либо небольшими 2-полосными системами с НЧ/СЧ драйвером диаметром до 160 mm, либо, что предпочтительно, 3-полосными системами, где среднечастотный драйвер имеет диаметр не более 75 мм, и частота НЧ/ВЧ кросовера примерно равна 300 Hz . ВЧ драйвер в такой системе должен быть не более 34 mm диаметром, а частота кросовера СЧ/ВЧ должна быть примерно равна 3 KHz .
В хорошо акустически обработанном помещении при прослушивании стерео пары громкоговорителей с оптимальным соотношением прямой и реверберационной характеристик, вы сперва услышите прямой звук, а затем поле реверберации. Широко заявляется, и вероятно соответствует истине, что реверберационное поле маскирует периодические сигналы, однако, известно также, что для уха характерен эффект предшествования, означающий, что при импульсивных звуках, ухо может слышать фазозависимые эффекты. Следовательно, любое критическое суждение о воспроизводимом звуке делается принципиально по первому прибытию, или по прямому звуку, содержащему большинство связанных по фазе составляющих, а также нюансов с низким уровнем, быстро теряющихся в реверберационном поле. Однако, то, как мы воспринимаем баланс АЧХ и полную энергию ударных и импульсивных звуков, зависит от спектра мощности громкоговорителя и от того, насколько равномерно возбуждается поле реверберации в рабочей полосе частот.
Определенно нельзя исключать из рассмотрения эффект акустики помещения, однако, в целях упрощения этой дискуссии о качестве громкоговорителей, будем считать, что помещение для прослушивания хорошо обработано и не имеет серьезных акустических проблем.
Отметим также, что использование цифровой обработки для коррекции интерфейса громкоговоритель – помещение неприемлемо, если оно сопряжено с модификацией прямого звука от громкоговорителя. Эффект плохой дисперсии СЧ драйвера, характерный для многих 2-полосных систем, знаком звукоинженерам, делающим из-за него неверный вывод об АЧХ и применении коррекции, обычно в верхней части СЧ диапазона, в попытке скомпенсировать явное отсутствие энергии в этой области. Множество примеров поп-записей наглядно демонстрирует эти характеристики. А именно, жесткую, скрипучую верхушку среднечастотного диапазона, маскирующую высокие частоты, и отдаляющую вокал на второй план при акцентировании баса.
Non Linear Distortion (Нелинейные искажения)
5. Harmonic Distortion (Гармонические искажения)
Нелинейные искажения – это продукт нелинейности передаточной характеристики системы. Есть три принципиальных источника нелинейных искажений в громкоговорителях и все они относятся к системе драйвера.
Первый связан со звуковой катушкой и геометрией магнитного зазора, а также с неоднородностью распределения силовых линий магнитного поля по длине магнитного зазора. Короткая катушка с длинным зазором представляет наилучшее решение в плане геометрии, хотя и не нашла широкого применения, и распределение силовых линий может быть улучшено применением центрального полюса магнита с вырезом. Дополнительными преимуществами этой геометрии является улучшенное рассеяние тепла и как следствие, пониженная рабочая температура звуковой катушки, а также уменьшение колебаний индукции звуковой катушки по отношению к ее мгновенному положению в магнитном зазоре.
Второй принципиальный источник – это нелинейные искажения, генерируемые в системе подвеса ассамблеи диафрагмы, чему в большой степени способствует крестовина. Крестовина представляет собой совокупность нескольких сложных конструктивных компромиссов, когда речь заходит о разработке драйверов высокой мощности. Она должна иметь высокую осевую эластичность, и, в то же время эффективно сопротивляться экстремальным усилиям на расширение, так чтобы избежать механического повреждения, будучи в то же время стабильно нормальной к оси и обеспечивая т.о. хорошую центровку звуковой катушки в пределах небольшого магнитного зазора.
Третий источник искажений – природные нелинейные магнитные характеристики стали. Переменное магнитное поле, создаваемое звуковой катушкой наводит вихревые токи, как в центральной, так и во фронтальной части постоянной магнитной ассамблеи рядом со звуковой катушкой. Эти вихревые токи направлены так, что противодействуют вызвавшему их магнитному полю, (т.е. полю звуковой катушки) и уменьшают э.д.с. самоиндукции.
Этот механизм минимизирован в басовых и среднечастотных драйверах ATC использованием нового материала, имеющего уникальные свойства в части магнитной проницаемости и насыщения, а также низкой электрической проводимости. Мы назвали это суперлинейным магнитным материалом (SLMM). При монтировании этого материала на центральную и фронтальную часть магнитной ассамблеи, примыкающую к звуковой катушке, вихревые токи подавляются и импеданс (самоиндукция) возрастает. В результате гармонические искажения третьего типа уменьшаются в среднем на 12 -15 dB.
Эксперименты показали, что искажения, вызванные вихревыми токами магнитной ассамблеи, будут больше в длинном магнитном зазоре, чем в коротком.
На практике, тщательное исполнение магнитной системы драйвера и конструкции подвеса наиболее эффективно минимизирует нелинейные искажения.
С учетом всего этого, и поскольку главное предназначение громкоговорителей – это воспроизведение музыки и речи, имеющих достаточно сложную структуру, в которой доминируют гармонические тона, присутствие гармонических искажений низкого порядка в общем случае рассматривается как наименее слышимый и наиболее терпимый вид искажений по сравнению с другими.
6. Amplitude Intermodulation Distortion (Амплитудные интермодуляционные искажения)
Амплитудные интермодуляционные искажения, тем не менее, гораздо более чувствительны для слуха, чем гармонические, поскольку их продукты не имеют гармонического отношения к оригинальному звуку.
Недавние исследования активных и пассивных громкоговорителей подтвердили, что активные громкоговорители, благодаря тому, что усилитель каждого из драйверов работает только в ограниченной полосе частот, будет иметь гораздо меньшие внутренние интермодуляционные искажения, чем система с таким же громкоговорителем, управляемым пассивно в полной полосе звуковых частот, фактически разница составит 20 dB.
7. Hysteresis Distortion (Гистерезисные искажения)
Присутствие гистерезисных искажений говорит о том, что передаточные характеристики системы не всегда однозначны для данного мгновенного входного сигнала и будут варьироваться с изменением направления и уровня входного сигнала и создавать т.о. искажения, имеющие фазу, отличную от той, которая создается гармоническими искажениями.
Гистерезисные искажения, в той степени, в которой они проявляются в системе подвеса громкоговорителя с полностью задемпфированной мягкой диафрагмой, не проявляют себя как слишком пагубные. Они не проявляют себя явно в других измерениях, например, временной характеристики, АЧХ или измерений гармонических искажений. Фактически, при тщательном подходе к выбору материалов диафрагмы и системы подвеса, будут проявляться характеристики простой задемпфированной пружины, и гистерезис будет пренебрежимо мал.
8. Dynamic Range (Динамический диапазон)
Понятие динамического диапазона достаточно сложно и хотя он в основном контролируется рабочей температурой звуковой катушки и суммарным магнитным потоком, при рассмотрении надо учитывать механическую интеграцию и неоднородности структуры диафрагмы и подвеса. Несомненно, динамический диапазон системы в значительной степени влияет на чистоту воспроизводимого звука. Даже относительно простые комбинации инструментов, например, струнный квартет, воспроизводят максимальное звуковое давление, значительно превышающее 100 dB на расстоянии 2 m, не говоря уже о пассажах пианиссимо.
Громкоговоритель, имеющий значительную компрессию мощности, будет иметь тенденцию к плоскому и грохочущему звуку, а высокая температура звуковой катушки, и как следствие, повышение сопротивления, будет влиять на нагрузочную способность пассивного кросовера и, т.о. изменять АЧХ системы.
Динамический диапазон громкоговорителей прямого излучения практически на 100% определяется их стоимостью. Разработчики стремятся создать небольшие системы с большой чувствительностью путем использования сверхлегких диафрагм, но поле для маневра ограничено, если мы хотим добиться правильного баланса между АЧХ в области баса и средних частот для данного диаметра драйвера. Более того, легкие диафрагмы почти всегда имеют низкую степень внутреннего демпфирования и т.о. склонны к проявлению high Q резонансов.
Для высококачественного громкоговорителя компромисс в части динамического диапазона неприемлем. Выбор еще более осложняется быстрым развитием цифровой электроники за последние 10 лет. Цифровые носители имеют огромный динамический диапазон с превышением пикового значения над средним на 12 - 16 dB, означающий, что даже скромный высококачественный громкоговоритель, должен быть способен выдавать непрерывную мощность, по крайней мере, 94 dB на расстоянии 1 метр при его подключении к усилителю мощностью100 и более ватт.
9. Motional Impedance (Динамический импеданс)
Комплексный динамический импеданс типовой 2-х или 3-хполосной АС должен иметь модуль, изменяющийся в заданных пределах, но никогда не становящийся ниже сопротивления звуковой катушки. Если минимальный импеданс становится ниже сопротивления звуковой катушки, это означает появление звенящего фильтра в пассивном кросовере, что вызывает искажения во временной области и усложнение нагрузки для усилителя. Аппаратные студий звукозаписи – это частный случай взаимодействия громкоговорителей с акустическим окружением помещения для воспроизведения нейтральной достоверности звучания, чтобы вынести верное суждение относительно качества живого или записанного/воспроизводимого звука.
Слушатель может в большой степени составить суждение о качестве и характере источника звука, несмотря на характеристики помещения. Это наглядно демонстрируется легким распознаванием знакомого голоса во множестве различных акустических окружений. Т.о., кажется бесспорным, что прямой звук громкоговорителя будет играть доминирующую роль в любом суждении о качестве звука.
Следовательно, безэховая работа громкоговорителя, в любом помещении, рассматривается, как более важная, нежели характеристики помещения. Это, однако, не отменяет того, что помещение влияет, но не настолько, насколько можно предположить по результатам измерений, на качество звука. Отдельно, вне этого контекста должна быть рассмотрена относительная важность прямого и реверберационного звука.
The Direct Sound (Прямой звук)
Характеристики прямого звука определяются работой громкоговорителя. Амплитудная составляющая частотной характеристики, главный критерий оценки громкоговорителей в течение десятилетий, в большой степени определяется импульсным откликом, в котором доминирует НЧ и ВЧ срез, а также резонансными пиками и провалами АЧХ. Высококачественные громкоговорители должны иметь АЧХ свободную от пиков и провалов, и обеспечивать амплитуду в пределах +/- 2 dB в диапазоне 100 Hz – 10 kHz,
- 6 dB на 60 Hz или ниже и 15 kHz или выше. Характеристики среза на обоих краях АЧХ должны быть гладкими и медленно спадающими .
Fig . 1 показывает прибытие прямого сигнала, за которым следуют ранние отражения и поле реверберации.
Фазовая составляющая частотной характеристики так же важна и должна быть минимально фазовой и свободной от резких изменений, обычно характерных для high Q резонансов и некомпенсированных фильтров кросоверов. Чтобы форма сигнала была точно воспроизведена, все частотные составляющие должны быть воспроизведены не только с правильными относительными амплитудами, но и с правильными относительными фазами. Существенные изменения фаз составляющих сигнала приведут к изменениям тембра и чистоте фундаментальной гармоники. Более того, при коротких звуках (характерно для музыки) мы различаем только относительную фазу частотных составляющих, но не амплитуду. Это справедливо для звуков продолжительностью не более 2 - 3 ms , т.е. имеющих место до прибытия ранних отражений, обычно достигающих уха слушателя через 5 - 8 0 ms после инициализирующего звука. Следовательно, характеристики помещения минимальным образом влияют на субъективное суждение об импульсивных звуках и звуках короткой продолжительности.
Прямой звук от громкоговорителя должен также быть свободен от high Q или задержанных резонансов и многократных прибытий одного и того же звука, вызванных отражениями и/или дифракцией (искажениями временной области), т.к. эти эффекты добавляют жесткую клаустрофобную окраску к звуку, маскируя присутствие и нюансы, имеющие малые уровни. И наконец, дисперсия (полярная характеристика) громкоговорителя, особенно в диапазоне средних и высоких частот, должна оставаться постоянной насколько это возможно при изменении частоты и иметь порядок +/- 80 градусов. Это даст уверенность в том, что при хорошей акустической обработке помещения, поле реверберации будет возбуждаться равномерно при изменении частоты, и характеристики помещения т.о. будут однородны насколько это возможно.
Fig . 2 показывает отношение между диаметром драйвера, частотой и направленостью. Чтобы громкоговоритель имел широкую и равномерную дисперсию, драйвер, используемый для каждой из частотных полос, должен работать только до предельных частот, показанных на кривой ka = 2 .
Все акустические громкоговорители ATC разработаны с учетом этих соображений.
The Room Response (Характеристики помещения)
Во всех помещениях для прослушивания всегда присутствуют отражения, влияющие, до некоторой степени, на восприятие качества звука. Слушатель, тем не менее сперва услышит прямой звук, за которым последуют ранние отражения (обычно на 5 - 80 ms позднее) а затем диффузные и модальные регионы характеристики помещения (see Fig . 1 ) . По определению, характеристика помещения, это сумма его естественных резонансных частот (мод). На средних и высоких частотах все моды накладываются, воспроизводя высокую модальную плотность, и соответственно характеристика будет диффузной и однородной. Однако, на низких частотах, модальная плотность невысока, но благодаря амплитуде и медленному затуханию доминирующих осевых мод помещения, флуктуации частотной характеристики (особенно suck –outs), могут превышать 40 dB . В типовых помещениях могут возникать дискретные стоячие волны с частотами до 400 Hz, и интенсивное акустическое поглощение является единственным успешным способом обеспечить хорошие измеренные результаты. Фактически, хотя низкочастотное поглощение очень трудно реализовать, целью должна быть равномерное акустическое поглощение при изменении частоты и добротность любых дискретных резонансов помещения должна быть менее 0.6. Тогда эти отдельные резонансы будут неслышны. Время реверберации при этом будет однородно в широком диапазоне частот и источник прямого звука, как описано выше, будет обеспечивать наилучшие характеристики помещения.
The Application of Digital Signal Processing to Equalization of Room Response (Применение цифровой обработки сигналов при коррекции характеристик помещения)
Всегда будут существовать существенные ограничения в системе помещение – громкоговоритель, если мы применяем DSP компенсацию для коррекции характеристик помещения, которая оказывает воздействие на прямой звук от громкоговорителя. Любая система компенсации характеристик помещения, независимо от ее сложности, поскольку она по принципу работы производит предварительную свертку одного или более сигналов громкоговорителя с некоторыми предопределенными инверсными характеристиками (т.е. модифицирует прямой звук), не может гарантировать область эквалайзирования в зоне прослушивания, большую, чем половина длины волны от точки измерения. Это предполагает, что использование DSP эквалайзирования помещения, если используется вообще, должно быть ограничено в своем применении регионом низкочастотных мод помещения, где зона эквалайзирования будет функционально достаточно большой для ее практического восприятия слушателем.
Более эффективное решение может быть реализовано с использованием классической пассивной обработки помещенияf или даже активных низкочастотных поглотителей в помещении, которые, при их корректном расположении, значительно улучшат работу в низкочастотной области, особенно в части suck -outs .
Коррекция suck -outs в НЧ области характеристики помещения будет т.о. ограничена только работой пассивного поглощения, размерами помещения и динамическим диапазоном электроники и громкоговорителей.
Тем не менее, только эквалайзирование низкочастотной области характеристики помещения с помощью активных поглотителей, не устраняет эффекта затухания НЧ- составляющей спектра, который является настолько же нежелательным с психоакустической точки зрения, насколько нежелательны были флуктуации характеристики помещения до эквалайзирования.
Подводя итог, можно сказать, что поскольку наиболее критичные суждения могут быть сделаны из оценки прямого звука, любая коррекция помещения, связанная с модификацией безэховой характеристики громкоговорителя, едва ли приемлема при требовательном прослушивании. В лучшем случае, могут быть использованы активные поглотители в сочетании с низкочастотной обработкой помещения.
Т.о. применение DSP для коррекции характеристик помещения пагубно для изначально хорошо спроектированного или позднее обработанного пассивными или активными поглотителями помещения. Но и с учетом всего этого, единственным наиболее важным фактором в этом сложном уравнении является использование правильно разработанных и изготовленных громкоговорителей, имеющих указанные выше характеристики.
В этом отношении акустика АТС не имеет себе равных.
The Benefits of Active over Passive loudspeaker systems (Преимущества активных АС над пассивными)
Преимущества активных громкоговорителей над пассивными существенны. Даже система, включающая лучший отдельный усилитель мощности, никогда не достигнет уровня работы аналогичной пассивной системы. Есть вполне конкретные технические причины, почему это так, и ниже будут перечислены некоторые из них.
1. АЧХ активного и пассивного громкоговорителя могут удерживаться, при хорошей конструкции, в пределах 1 dB друг относительно друга. Тем не менее, фазовые компоненты ЧХ всегда будут лучше в активной системе. Активные фильтры кросовера имеют лучшие характеристики среза. Комбинируя это с включением различных проходных фильтров в точке каждого кросовера для коррекции ЧХ громкоговорителя в полосе частот кросовера, мы получим в результате громкоговоритель с лучшими характеристиками группового времени задержки. Преимуществами для слушателя будут улучшенная полярная характеристика и, следовательно, излучаемая мощность. Такой активный громкоговоритель будет, иметь большое стабильное звуковое поле со стабильным образом и локализацией, недостижимой в пассивных громкоговорителях.
2. Пассивный громкоговоритель будет корректно работать только, если его драйвер имеет низкий импеданс. Однако, импеданс громкоговорителя будет меняться с изменением входной мощности. Объясняется это тем, что громкоговорители имеют низкую эффективность, и большая часть входной мощности рассеивается в виде тепла в звуковой катушке. В результате температура звуковой катушки возрастает и, т.к. медь имеет положительный ТКС, импеданс драйвера будет возрастать. Результатом этого будут ошибки частотной характеристики, поскольку полосы фильтров отклонятся от своего номинального диапазона с. увеличением входной мощности. Этот эффект не имеет места в активных громкоговорителях, где полоса фильтра не зависит от входной мощности громкоговорителя.
3. Т.к. усилители в активной акустической системе работают в более узкой полосе частот, продукты интермодуляционных искажений, имеющие место в пассивных системах будут значительно уменьшены, как правило на 20 dB, в активной системе.
4. В активной системе отсутствие пассивного кросовера и длинных кабелей в совокупности с известным коэффициентом демпфирования усилителя предотвращает модификацию “Q ” драйвера, обеспечивая лучший контроль в НЧ области.
5. Для данной мощности усилителя активный громкоговоритель как правило имеет уровень на 6 dB больше, чем эквивалентная. пассивная система. Более того, в активной системе мощность может быть распределена более оптимально. Например, ВЧ драйвер, требует гораздо меньше мощности, чем НЧ драйвер для сбалансированной работы системы
Со времени изобретения подвижной катушки громкоговорителя, разработчики искали пути улучшения качества работы своих систем. Никто не посвятил этому больше усилий, чем компания ATC и с разработкой магнитной системы Super Linear, одно из давнейших препятствий на пути к совершенству аудио техники было устранено.
Вредные последствия магнитного гистерезиса были известны в течение многих лет, но нужно было время в сочетании с появлением на рынке соответствующих материалов, и инженерными возможностями акустики ATC? Чтобы воплотить новые технологии в громкоговорители.
Hysteresis
Магнитные свойства стали по природе своей нелинейны. Из работы, впервые опубликованной в 30 – е годы (в основном касающейся трансформаторов и роторных генераторов), гистерезис был известен как корень всех проблем, с индукцией вихревых токов в качестве сопутствующего фактора. Хотя множество работ было опубликовано на тему гистерезисных искажений в громкоговорителях , в них никогда не рассматривался промышленный преобразователь, в котором был бы устранен механизм искажений. ATC наконец создала акустику, расколовшую этот орех с помощью нового материала, который имеет уникальные свойства высокой магнитной проницаемости и уровня насыщения и низкой электрической проводимости. Мы назвали это Super Linear Magnetic Material (SLMM).
Эффект гистерезиса. Нелинейность этого магнитного механизма проявляется в искажениях сигнала, которые слышны как окраска.
Super Linear
Все акустические системы ATC сейчас оборудованы технологией Super Linear. Она реализуется в форме колец SLMM, которые заменили стальные концентрические участки вокруг звуковой катушки. Эффект колец проявляется в уменьшении искажений по 3-й гармонике на 10-15 dB в диапазоне 100 Hz - 3 kHz . Это делает искажения сравнимыми с теми, которые имеет большинство электроники.
Theory (Теория)
Эксперименты производились на блокированной катушке с разгруженным магнитом. Она может быть представлена как индуктор с сердечником. Через катушку пропускался ток, и измерялась вторая и третья искажающие гармоники. Математический анализ в сочетании с экспериментами, выявил некоторые неожиданные ответы на вопрос, почему замена стальных участков на SLMM так кардинально влияет на искажения.
Во-первых, магнитное поле в областях, концентричных катушке уменьшается примерно на 10 %. Это интересно, т.к. внутри непроводящего материала можно было бы интуитивно ожидать гораздо меньшего магнитного поля, т.к. плотность тока здесь должна быть ниже. Но не в этом случае. Поле возбуждается стальным полюсом и фронтальной пластиной.
Во-вторых, присутствие SLMM увеличивает самоиндукцию звуковой катушки. Когда вихревым токам позволено циркулировать в системе, они противодействуют вызвавшему их магнитному полю (т.е. полю катушки) и гасят большую часть самоиндукции. При использовании SLMM вихревые токи подавляются и самоиндукция (т.е. импеданс) возрастает. В третьих, когда импеданс, и как следствие напряжение фундаментальной гармоники на блокированной катушке, возрастает при закреплении колец, гармонические составляющие, которые наводятся обратно в звуковую катушку, остаются такими же. Это объясняется тем, что они зависят только от магнитного поля, которое, как мы видели, меняется не очень сильно. Результатом является повышение отношения сигнал/помеха.
The ‘Bottom Line’
Из этого развития технологии преобразования следует два важных момента.
Aural benefits (Слуховые преимущества)
Что наиболее важно, мы достигли значительного улучшения качества звука. Уменьшение уровня искажений столь кардинальным образом раскрывает для слушателя новый пласт информации. Звуки присутствия и нюансы, ранее замаскированные, теперь отчетливо слышны и повышают реализм восприятия. Артикуляция мужского вокала значительно улучшается и воспроизведение фортепиано получает вторую жизнь.
Scientific benefits (научные преимущества)
Трудности решения проблем нелинейного поля, сдерживали последние попытки исследований на уровне полуэмпирических расчетов, и никто не смог по-настоящему аналитически смоделировать создать механизм воздействия искажений на ток в звуковой катушке.
Сложность механизма и разнообразие сопутствующих явлений, объясняет, почему индустрия потратила так много времени на то, чтобы справиться с этим специфическим видом искажений.
Conclusion
Внедрение технологии Super Linear ознаменовало, возможно, самый важный прорыв в разработке преобразователей за последние пятнадцать лет. Эта успешная разработка нашла практическое применение, она используется во всех продуктах линейки АТС, и улучшение качества звука достаточно заметно. Более того, АТС проанализировала и смоделировала сложный нелинейный электромагнитный механизм явлений внутри преобразователей. Эта работа создает предпосылки для нового поколения преобразователей.
