Forum Replies Created
-
Posts
-
Fazinių iškraipymų sąvoka tokia plati, kad sudėjus į straipsnelį būtų varginančiai neįdomu skaityti.
Pabandysiu paminėti kelias praktines fazines problemas.
Daugiajuostėse kolonėlėse atskirų dažnių modulių darbo zonoje randasi garso fazės iškraipymai, sudarantys Combi filtrą. Didžiausius fazės iškraipymus girdime iš daugiajuosčių kolonėlių, o mažiausius – iš ausinių. Stereofonijoje randasi garso iš dviejų šaltinių fazės neatitikimai, iškreipiantys įrašytų garsų lokalizaciją. Prastai fazę atkuriančios stereo kolonėlės taškinį garsą pavers erdviniu ir sunku bus atpažinti muzikos instrumentą. Fazė gali pakisti (išsikreipti) įrašant garsą. Vienas mikrofonas garso fazes įrašys gerai, o naudojant kelis mikrofonus fazė įraše nebeatitiks garso signalo laikinį išsidėstymą.
Turiu progą paminėti, kad lietuviškame vadovėlyje “Garso inžinerija” autorius teigia, kad
klausa nereaguoja į sudėtingų virpesių kreivės formą, tai yra į dedamųjų fazės poslinkius ir daroma išvada, kad žmogaus klausa nėra jautri sgnalų fazių poslinkiams (knygos 27 psl.).
Mano patirtis sako, kad tai neteisinga.Fazės suvokimas kelia daug diskusijų. Senuose vadovėliuose buvo rašoma, kad žmogaus klausa fazės negirdi. Išvados persikėlė į šiuolaikinę literatūrą, bet prieš 150 metų publikuoti straipsniai buvo pagrįsti Omo (Ohm) ir Helmholco (Helmholtz) eksperimentais su sinusiniais signalais.
Dažninė ir fazinė charakteristikos muzikos atkūrimui labai svarbios, nes nuo to priklauso garso atpažinimas žmogaus klausos kanale; pakeiskime signalo ir harmonikų tarpusavio laikinę padėtį (fazę) ir išgirsime kitokį garsą.
Michailo Gerzono (Michael Gerzon) darbai, o ypatingai – Ambisonics apimtyje padėjo pagrindus šiuolaikiniam suvokimui, kad fazę mes jaučiame ir kad faziniai iškraipymai yra labai svarbūs. Eksperimentiškai buvo nustatyta, kad žmogus gali girdėti +/-0,1 dB amplitudės ir +/-0,6° fazės pokyčius. Mokslininkas teigė, kad 10 kartų pagerinus šias charakteristikas, klausant tam tikrus muzikos įrašus galime išgirsti net +/- 0,01 dB amplitudinius ir +/-0,06° fazinius pokyčius. Savo teiginius M. Gerzonas rėmė Rodžero Lagadeko (Roger Lagadec) iš šveicarų Willi Studer kompanijos tyrinėjimais, kai 1980-aisiais buvo nustatyta, kad skaitmeninių filtrų +/-0,001 dB amplitudiniai pulsavimai yra girdimi.Stabtelėjus prie pagrindinio GAS įrenginio – prie kolonėlių, pažvelkime į paveikslėlį iš J. Eargle Loudspeaker handbook, kuriame pagrindinės AS charakteristikos: garso amplitudė (A), garsiakalbio membranos pasislinkimas prie nominalios galios (B), impedansas (C), fazinė charakteristika (D) ir grupinis vėlinimas (E):
Fanfaros lempiniam stiprintuvui.
Tranzistoriniai stiprintuvai parametrais seniai aplenkė lempinius, bet šios diskusijos kontekste reikia pripažinti tam tikrą lempinių pranašumą. Kalbame apie tai, kad lempinių stiprintuvų prasti parametrai gali maskuoti kolonėlių iškraipymus arba sumažinti GAS intermoduliacijas ir bendras rezultatas gali būti geresnis nei su geriausiais tranzistoriniais.
Pateiksiu pavyzdį.
Nešiojamuose radijo imtuvuose būna prasti stiprintuvai, bet su prastais garsiakalbiais tranzistoriai skamba palyginti gerai. Jei garsą imtume gerinti garsiakalbiais, tranzistorinio aparato garsu tikriausiai nusiviltume, nes išgirstume anksčiau negirdėtų iškraipymų. Vienintelis kelias yra kartu su garsiakalbiais pakeisti ir stiprintuvą.Daugelis šiuolaikinių kolonėlių sukonstruotos gundyti pirkėją ryškiu garsu ir paryškintais žemaisiais. AS konstruktoriai naudoja selektyvesnius filtrus, iškreipiančius fazinę charakteristiką. Tokioms kolonėlėms parinkus tranzistorinį stiprintuvą pagal išėjimo galią ir pagal kainą – taip daro daugelis – rezultatas gali būti prastesnis negu su prastesnių parametrų lempiniu stiprintuvu.
Kelios tezės:
1. Gerų parametrų stiprintuvui reikalingos gerų parametrų kolonėlės.
2. Stiprintuvai, o ypatingai lempiniai, gali būti filtras negeriems kolonėlių iškraipymams sumažinti.
3. Plačiajuosčių garsiakalbių iškraipymai didesni, todėl stiprintuvą reikia parinkti kruopščiai, išbandyti lempinius ir senųjų laikų tranzistorinius, turinčius siauresnę pralaidumo juostą.
Kai garso kokybė svarbiausia, naudojami Alnico magnetai arba elektromagnetai. Pavyzdžiui, TAD/Pioneer garsiakalbius studijiniams monitoriams nuo 1975-ųjų konstravo iš JBL atėjęs Bart N. Locanthi, kai feritai jau buvo gerai ištyrinėti. Studijinių monitorių rinka mėgsta racionalumą, pinigais ten nesimėtoma, bet dauguma TAD Pro-garsiakalbių buvo konstruojami su Alnico motorais. Magnetinių sistemų konstrukciją TAD išlaikė iki neseniai pasibaigusios pro-garsiakalbių gamybos.
Jei yra galimybė, renkantis iš seniau gamintų to paties modelio garsiakalbių siūlyčiau įsigyti su Alnico.Tikiuosi radome atsakymą į klausimą – jei parinktume tokio paties stiprumo magnetus ar būtų skirtinga įtaka to paties stiprio magnetiniame lauke judančiai ritei?
To paties stiprumo laukas yra tik viena dedamoji. Jei kobalto būtų į valias, 1930-aisiais pradėti gaminti Alnico magnetai būtų geriausi. Galbūt kažkada 3D spausdintuvais galėtume patys tokius magnetus pasigaminti bet…
1950 m. atsiradę feritai leido padidinti garsiakalbių gamybą. Feritai nelaidūs srovei, todėl nėra vidinių nuostolių dėl sukūrinių srovių. Atsparūs išsimagnetinimui, prieš surenkant garsiakalbius ruošiniai gali būti įmagnetinami be didelių nuostolių. Feritus sunkiau apdirbti (reikalingi deimantiniai įrankiai), pasižymi didesne parametrų priklausomybe nuo temperatūros.
Samario-kobalto (SmCo) ir neodimio-geležies-boro (NdFeB) presuojami magnetai parametrais tiesiog puikūs, taip pat gali būti įmagnetinti prieš sumontuojant, bet reikalingi labai galingi įmagnetintojai. SmCo turi palyginti aukštą Kiuri tašką, bet į sudėtį įeinantis kobaltas neleidžia šių magnetų atpiginti. NdFeB ne tokie trapūs, palyginti pigūs, bet Kiuri taškas žemas (~300 °) ir turi prastą temperatūrinį stabilumą. Šie magnetai neatsparūs rūdijimui, todėl įvelkami į metalo foliją.High-Quality Horn Loudspeaker Systems knygoje radau ir nufotografavau pagrindinių magnetinių medžiagų grafikus, parodančius kokios tai skirtingos medžiagos. Deja, kuri jų geriausia atsakyti nėra paprasta.
Alnico, feritų ir neodymio magnetų įmagnetinimo kreivių pirmieji du kvadrantai.
Grafikuose matome kokia skirtinga magnetų koercetyvinė jėga ir kaip stipriausių neodymio magnetų savybės priklauso nuo temperatūros – pasiekus 250 ° šio tipo magnetai gali negrįžtamai pavirsti paprasto metalo gabaliukais.Magnetinių medžiagų parametrai priklauso nuo temperatūros. Garsiakalbių ritės dirba didelių srovių režime, todėl motorai labai įkaista. Gitarinių kolonėlių garsiakalbių ritės įkaista iki 200-300 °, bet tas pats arba dar blogiau žemiausius dažnius atkuriančiose buitinėse AS ir studijiniuose monitoriuose. Dėl ritės varžos padidėjimo sumažėja į garsiakalbį paduodama galia, atsiranda garso kompresavimas, bet dar pavojingesnis yra magnetinių medžiagų Kiuri taško pasikeitimas. Garsiakalbiuose su neodymio magnetais gali nutikti taip, kad garsiau paleidus įrašą garsiakalbis “išsijungs” negrįžtamai, nes bus pasiektas Kiuri taškas ir magnetas taps paprastu metalo gabaliuku. ?
Alnico darbo temperatūra siekia 500 °, feritų yra žemesnė, bet prasčiausia situacija su magnetais iš retųjų žemės elementų. Pastarieji pasižymi beveik idealiais magnetiniais parametrais, bet prastas temperatūrinis atsparumas stabdo panaudojimą aukštos klasės muzikos atkūrimo sistemose. Gera proga paminėti, kad rinkoje atsiranda unikalios konstrukcijos garsiakalbių su 2 ritėmis ir neodimio magnetais.
Paveikslėlyje diferencialinis JBL 2262HPL:
Viena didžiausių garsiakalbio iškraipymų atsiradimo priežasčių yra magnetinio lauko netiesiškumas. Sukurti stacianarų vienalytį magnetinį lauką paprasta, bet garsiakalbio ritėje atsiradus srovei laukas pakinta ir atsiranda iškraipymai. Rite tekant kintamai signalo srovei atsiranda kintamas magnetinis laukas, histerezė išsiderina, ritėje indukuojama kitokia negu signalas srovė ir garsiakalbis pradeda spinduliuoti iškreiptą garsą. Dėl atsiradusio kintamojo magnetinio lauko magnetiniame grandyne taip pat atsiranda sukūrinės (Fuko) srovės. Kadangi garsiakalbių magnetolaidžiai turi mažą varžą, aukštesniuose dažniuose sukūrinės srovės išauga. Buvo nustatyta, kad motoruose su ferito magnetais kintamojo magnetinio lauko sukuriami iškraipymai yra žymiai didesni negu su Alnico.
Kita svarbi iškraipymų dedamoji atsiranda dėl ritės induktyvumo pasikeitimo kai ritė pasislenka iš centrinės padėties. Induktyvumo moduliacija gali siekti 20 %, atsiranda žymūs akustinio signalo frontų pasikeitimai ritei esant viduje arba magnetinio lauko išorėje. Dėl to atsiranda ypatingai pavojingi intermoduliaciniai iškraipymai. Su šia problema kovojama didinant magneto centro dalies ilgį arba naudojant užtrumpintų vijų (Faradėjaus) žiedus. Garsiakalbių motoruose kyla dar kitokių iškraipymų, kurių dabar nelieskime.
Garsiakalbiuose Alnico V magnetai pradėti naudoti apie 1943 m. Daug prisidėjo tuo metu ten dirbęs J. B. Lansing. Vėliau savo vardu (JBL) įkurtoje firmoje šiam inžinieriui teko tobulinti garsiakalbių su feritais konstrukciją. Buvo nustatyta iš kur atsiranda iškraipymai ir surasti būdai juos sumažinti.
Paveikslėlyje įprastos konstrukcijos su Alnico V ir su ferito magnetais išmatuota garsiakalbių dažninė bei netiesiniai iškraipymai:
Magnetizmo pasaulis sunkiai aprėpiamas, todėl konkretaus atsakymo – kurie garsiakalbių magnetai geriausi nėra. Radijo siųstuvų magnetronų arba specialių linijinių variklių magnetų kaina nesvarbu, todėl Alnico būtų geriausia medžiaga. Garsiakalbių reikia daug, o lemiamą reikšmę kainoje turi brangiausias komponentas – magnetas. 1934-aisiais geležies su kobaltu magnetų jėga BH siekė 12,8 kJ/m³, o 1948 Alnico magnetinio lauko indukcijos ir magnetinio lauko stiprio sandauga padidinta iki 60 kJ/m³. Tokie Alcomax magnetai nebuvo brangūs, bet 1970 m. prasidėjo Zairo krizė ir kobalto kaina pašoko 20 kartų. Reikėjo vis daugiau garsiakalbių, todėl konstruktoriai dėmesį sutelkė į pigią medžiagą – feritus.
Bario feritų magnetų galia dvigubai mažesnė (30 kJ/m³), bet feritai palyginti pigūs. Feritų magnetinė indukcija tokia žema, kad reikalingas didelis magneto plotas. Magnetą teko iškelti už garsiakalbio ritės į išorę, atsirado parazitinė garsiakalbių magnetų sklaida, bet kartu tai buvo išsigelbėjimas. Dabar sukurta tiek magnetinių medžiagų, kad visokių Magnadur, Ceramag, Feroba į sunkvežimį nesutalpintume. ?Techniškai didžiausias galimybes suteikia elektromagnetai. Smagu, kai keičiant srovę pakinta elektromagneto parametrai ir išgirstame kitokį garsas. Surasime sakančių, kad garsas priklauso nuo elektromagneto maitinimo šaltinio lygintuvo, kad geriausia muzika iš gazotronų. Kitiems geriausia yra ritė iš sidabro arba suvyniota senoviniu laidu.
AS darbas gerai ištirtas, kiekvienam kolonėlių tipui žinomi optimalūs garsiakalbių parametrai, todėl elektromagnetų dinaminės ypatybės pakeisti motoro jėgą nėra svarbios. Kadangi žinomi optimalūs motoro parametrai, patogiau naudoti garsiakalbius su nuolatiniais magnetais.
1 pav. magnetinių medžiagų histerezės kilpa, o mums įdomiausias yra antrasis grafiko kvadrantas.
2 pav. parodo kokie skirtingi iš geležies lydinių išlietų, feritinių ir iš retųjų žemės elementų išpresuotų magnetų parametrai.Žymiai daugiau muzikos įrašų plokštelėse. Į plokštelę galima įrašyti labai plačią dažnių juostą, tačiau įrašų studijų paruoštose master-juostose dažninė būna iki 20 kHz. Iki 20 kHz sutelpa visa muzika, o ir sceninių mikrofonų dažninė pasibaigia žemiau 20 kHz. Plokštelių įrašymo RIAA standartas numato 20 Hz – 20 kHz dažnių juostą, o patefonų testavimo plokštelėse taip pat būna įrašyti 20 Hz – 20 kHz signalai. Mano patirtis sako, kad kokybiškai atkurinti iki 17-20 kHz GAS yra labai geras instrumentas įrašams klausyti ir nėra reikalo leisti pinigų garso pabloginimui. ☺
Renkantis patefonui galvutę verta pasidairyti į profesionalias galvutes, kur pamatysime gerą kokybės, parametrų ir ilgaamžiškumo balansą. Neturintiems aukštos klasės AS, neverta rinktis galvutę su kuo platesne dažnine, nes gali atsirasti IMD. Net jei plokštelėje nebuvo aukščiausių dažnių, subraižymai ir nešvarumai signalo spektrą paslinks į ultra-AD, be reikalo bus sužadinamos AD garsiakalbių intermoduliacijos ir garsas su “geresne” galvute gali būti prastesnis.Protingai pasirinkus galvutę, patefonas yra geras analoginis filtras IMD sumažinti ir nesvarbu, kad plokštelės seniai įrašomos iš skaitmeninių magnetofonų.
Ieškant atsakymų į klausimą – kodėl muzikos mylėtojai nemėgsta skaitmeninio garso, akcentuočiau didelę tikimybę rastis klausą erzinantiems intermoduliaciniams iškraipymams aukščiausiose muzikos oktavose. Jei garso signalas turi dažnius membranų lūžių zonoje, IMD neišvengiami ir garsas iš CD bus ne toks malonus, kaip naudojant patefoną ar magnetofoną su apribota dažnine. Ypatingai GAS su plačiajuosčiais, nes šie garsiakalbiai dirba 7-8 oktavų zonoje, turi labai lengvas ir gležnas membranas. Plačiajuosčiai su švilpukais geriau atkuria aukštesnius dažnius, tačiau tai bene didžiausią netiesiškumą turintys elektromechaniniai keitikliai. Klausant ramią kamerinę muziką ar lengvą džiazą plačiajuosčiai skamba gerai, bet sudėtingesnio spektro muzika arba pagarsinus, būtinai atsiranda IMD. Štai kodėl pirmajame temos poste (filmuke) reiklus muzikos mylėtojas nemėgsta skaitmeninio garso, jo fonotekoje daugiausia senieji džiazo ir klasikinės muzikos įrašai juostose. Maskvietis džiaugiasi AER plačiajuosčiais, bet uždėjus kažkokį crescendo, atsukus garsiau Deep Purple arba Slayer, kolonėlės garso nebesuvaldytų.
Garso sistemai su plačiajuosčiais labai svarbu parinkti tinkamą signalo šaltinį. Studijiniai magnetofonai yra tinkamiausias šaltinis, nes aukščiau 20 kHz dažninė staigiai krenta. Vinilo plokštelės ir lempiniai stiprintuvai taip pat yra „natūralūs“ AD filtrai, leidžiantis sumažinanti IMD. Signalo iš CD dažninė platesnė, didesnis dinaminis diapazonas ir mažesni iškraipymai, todėl šiam šaltiniui reikalingos itin aukštos kokybės kolonėlės. Sukūrus berilio ir deimanto membranas, breakup zona nukeliavo toli į ultra-garsą, bet jei naudojamas kažkoks hai-res įrenginys, vėl atsiranda pavojus girdimiems intermoduliacijoms rastis ir garsas gali būti prastesnis už CD arba LP.
Studijinių magnetofonų dažninė pasibaigia ties 20 kHz ir tai yra geras analoginis filtras kolonėlių intermoduliaciniams iškraipymams sumažinti:
Revox profesionalaus magnetofono dažninė.
Studijiniai juostiniai magnetofonai yra geras signalo šaltinis, bet gausios fonotekos iš juostų nesurinksi.
Studijinių 2 takelių magnetofonų parametrai maždaug tokie:
Polas M. lygina marškinius kai dar buvo nedidelė žvaigždutė.
