.

Переходная и импульсная характеристики Акустических систем

 Переходная и импульсная характеристики (ПХ, ИХ) АС являются, возможно, одними из самых важных. Для других частей звуковоспроизводящего тракта (например, для всех видов линейных усилителей, в какой бы части тракта они не применялись, - предварительных, мощности, устройствах звукозаписи, СD-плейерах и т. д.) параметры этих характеристик измерялись давно. В отношении АС такие измерения стали нормой сравнительно недавно. Что же они могут сказать о характеристиках АС? При правильной интерпретации переходной и импульсной характеристик можно узнать:

  • о синхронности работы головок;
  • о порядке применяемых разделительных фильтров;
  • о степени задержки (накопления) энергии в разделительных цепях;
  • о линейности частотной и фазовой характеристик; – о наличии или отсутствии задержанных резонансов.

По импульсной характеристике можно рассчитать АЧХ и ФЧХ АС. Такую возможность предоставляют практически все измерительные системы, применяющие цифровую обработку сигналов. Как было показано выше, существует множество вариантов формирования переходной характеристики АС. Для закрытых систем она зависит от добротности головки в акустическом оформлении (Qtc). Для систем с фазоинвертором - от типа аппроксимации, выбранного для конкретной головки. Здесь уместно провести аналогию с теорией усилителей, охваченных обратной связью, из которой известно, что переходная характеристика содержит очень много информации о свойствах устройства как во временной, так и в частотной областях. По наклону фронта можно оценить скорость нарастания выходного сигнала, по выбросам - запас устойчивости, по колебаниям на вершине импульса - время установления.

В отношении АС все гораздо сложнее. Во-первых, резонансы головок лежат в звуковом диапазоне, во-вторых, имеется по крайней мере две системы (головки), имеющие различные переходные характеристики . Поэтому, если разработчик ставит перед собой задачу получения приемлемой ПХ АС, он обязан всеми доступными средствами обеспечить согласование головок во временной и фазовой областях. На общую ФЧХ основное влияние оказывают тип кроссовера, специальные корректирующие цепи и фазочастотные свойства самих головок. Теоретически, только системы на основе фильтров первого порядка позволяют получить приемлемую ПХ (на оси АС). Например, на рис. 4.19 и 4.20 приведены ПХ времякогерентной четырехполосной АС (отклик головок синхронный) и типичной трехполосной с фильтрами Линквица-Райли (1,2,3 – отклики соответственно ВЧ, СЧ и НЧ головок). Однако на практике бывают исключения. Например, модель ТС-60 фирмы Spica Loudspeakers имеет хорошую переходную харктеристику при ФНЧ четвертого порядка (аппроксимация Бесселя). В высокочастотном же ее звене применен фильтр первого порядка. Временное согласование головок (time coherence) разумно с точки зрения здравого смысла. Центры излучения у ВЧ, СЧ, НЧ головок, закрепленных на вертикальной плоскости, находятся на разном расстоянии от слушателя. Для ВЧ и НЧ головок разность хода звуковых волн может достигать 15 см и более (считается, что центр излучения головки приблизительно совпадает с местом расположения звуковой катушки). С теоретической точки зрения существуют несколько способов по выравниванию излучений головок разных частотных полос:

  • смещение ВЧ и СЧ головок от вертикальной плоскости в глубину (вариант - наклон передней панели);
  • применение фазовых фильтров с линейной ФЧХ (линией задержки). Их реализация возможна на сонове пассивных элементов RL в кроссовере или с помощью активных кроссоверов, реализованных на ОУ и RC цепях;
  • применение цифровых технологий (цифровые фильтры корректоры и линии задержки для каждой из полос АС);
  • комбинация приведенных выше методов.

Реализация аналоговых линий задержки (АЛЗ) в звуковом диапазоне частот возможна с помощью пассивных и активных схем. Пассивные АЛЗ можно реализовать на основе Т-образных фазовых звеньев второго порядка с линейной ФЧХ. Однако расчеты показывают, что для обеспечения времени задержки порядка 150 – 300 мкс (типичное значение для двухполосных систем с фильтрами первого порядка) и выполнения требования малой неравномерности ФЧХ в диапазоне до 25 кГц необходимо 6-8 таких звеньев. Общее число пассивных компонентов может быть более полусотни. Кроме точной настройки цепи, требующей огромных затрат труда, на пути сигнала придется поместить несколько десятков пассивных элементов. Это не может не сказаться на качестве звука. Требование высокого качествах пассивных цепей может увеличить стоимость АС более чем в несколько раз. При попытке реализовать АЛ3 в виде активных цепей (на ОУ и RC элементах) можно столкнуться с теми же проблемами. Количество ОУ и пассивных компонентов фазовых фильтров превысит все разумные пределы. И хотя трудоемкость настройки активных цепей меньше, чем пассивных, но она также достаточно велика. Поэтому практически нецелесообразно применять в кроссоверах АС АЛ3. Можно утверждать, что на сегодня сложилась довольно противоречивая ситуация, когда даже создатели цифровых, линейных и акустических кабелей (Monster Cable подчеркивает это в каждой рекламе) производят свои изделия с учетом получения линейного времени групповой задержки (ГВЗ), в то время как большинство конструкторов АС совершенно не озабочены этой проблемой (временное согласование и линейная ФЧХ). Понятие группового времени задержки характеризует неравномерность прохождения сигналов разных частот через исследуемое устройство.