О линейности системы АС + усилитель

[misterzu]

Стартую новый топик чтобы не засорять другие. По следующим общим положениям

• Линейность системы "АС + усилитель" при некоторых обстоятельствах может оказаться лучше, чем линейность каждого из компонентов этой системы. В этом положении подразумевается возможность того что уровень некоторых (или всех - как частный случай) продуктов нелинейных искажений в итоговом акустическом сигнале может оказаться ниже, чем в электрическом сигнале на выходе усилителя.
• Система "Суперлинейный усилитель + АС" может оказаться менее линейна чем система "Нелинейный усилитель + та же самая АС" по тем же критериям. Впрочем обратное так же возможно.
• Не хватающей для полноты картины информацией являются фазы гармонических продуктов нелинейных искажений, которые вносятся усилителем и АС. Итоговый спектр же гармонических продуктов нелинейных искажений акустического сигнала является векторной суммой собственных спектров усилителя и АС.
• Таким образом общеупотребимая характеристика линейности усилителя в виде спектра амплитуд производных не является полной. Спектр амплитуд не является так же полным результатом разложения сигнала по методу БПФ. Результат разложения сигнала по БПФ включает в себя спектр амплитуд различных частот и спектр фаз каждой из этих частот. Эти данные в сумме дают представление о линейности каждого из компонентов системы усилитель + АС достаточно полное, для того чтоб предсказать линейность всей системы на базовой частоте. К сожалению ни при моделировании в симуляторах ни при измерениях усилителей и АС в железе нынче не практикуется вывод информации о фазах, в результате чего линейность (и звучание) полной системы на самом деле малопредсказуема на основании этих данных.

ЗЫ Предлагаю в топике не обсуждать доводы в стиле "все это фигня, качество звука штука трансцендентная и потому неизмеримая". Положим за основу что измерить можно вообще все.

[Pest]

Система "Суперлинейный усилитель + АС" может оказаться менее линейна чем система "Нелинейный усилитель + та же самая АС" по тем же критериям. Впрочем обратное так же возможно.

АС обычно проектируются как преобразователь напряжения в звуковое давление, при этом стремятся сделать характеристику этого преобразования как можно более линейной. Чем более линейным будет усилитель при работе на реальную нагрузку тем более линейным будет звуковое давление. К тому же, амплитуды гармоник усилителя и АС - вещи не соизмеримые (по крайней мере у усилителей обеспечивающих приемлемую линейность при работе на реальную нагрузку, не смотря на то что таких усилителей меньшинство). Или я чего-то не понимаю?

[misterzu]

АС обычно проектируются как преобразователь напряжения в звуковое давление, при этом стремятся сделать характеристику этого преобразования как можно более линейной.

THD АС измеряется цифров в десятые доли..единицы процента на номинальной мощности. Соответственно в сотые доли..десятые% - на мощности на которой обычно слушают когда не требуется совместное прослушивание с соседями. Это по той информации что я знаю.

Чем более линейным будет усилитель при работе на реальную нагрузку тем более линейным будет звуковое давление. К тому же, амплитуды гармоник усилителя и АС - вещи не соизмеримые (по крайней мере у усилителей обеспечивающих приемлемую линейность при работе на реальную нагрузку, не смотря на то что таких усилителей меньшинство). Или я чего-то не понимаю?

Вот собственно топик о том что в случае суперлинейного усилителя в воздухе получится сигнал с искажениями на уровне искажений АС - то есть сотые..десятые доли процента. А в случае усилителя, нелинейность которого по амплитудному составу абсолютна аналогична нелинейности АС, а по фазовому - противоположна ей - акустический сигнал на выходе АС будет скажем так иметь гораздо больше общего с электрическим на входе такого усилителя по сравнению с суперлинейным усем. Но к сожалению фазовый состав искажений каждого из компонентов в отдельности (усилителя и АС) неизвестен т.к. никто его не рассказывает - то в воздухе получаем неизвестно что.

[Pest]

Вот собственно топик о том что в случае суперлинейного усилителя в воздухе получится сигнал с искажениями на уровне искажений АС - то есть сотые..десятые доли процента. А в случае усилителя, нелинейность которого по амплитудному составу абсолютна аналогична нелинейности АС, а по фазовому - противоположна ей - акустический сигнал на выходе АС будет скажем так иметь гораздо больше общего с электрическим на входе такого усилителя по сравнению с суперлинейным усем.

Но разве такое возможно на практике? То есть, при совершенно любых раскладах хотя бы приблизительно скажем так "попасть" с конструкцией усилителя в конструкцию АС (в пересчете на спектр гармоник) с достаточной для сколь-нибудь заметной компенсации точностью?
Единственный вариант - компенсация всей системы целиком по выходному акустическому "сигналу" и внесение соответствующих предыскажений во входной электрический сигнал. И это не ново.

[misterzu]

А тут самое интересное начинается, я к сожалению измерений фаз гармоник АС не проводил за неимением измерительного микрофона (но в планах их провести), но у меня есть такое предположение подкрепленное некоторыми экспериментами с использованием ушей вместо микрофона, что фазы как минимум 2й и 3й гармоник АС довольно предсказуемы, по кр мере за пределами работы кроссовера в многополосных АС.
Эксперименты были следующими: я делал микс из частот 1КГц + 2КГц, причем сигнал 2КГц был как раз таки на те самые десятые процента ниже чем 1КГц. Причем фаза 2КГц была 90* и 270*. Выглядят эти варианты вот так: - тут сигнал 2КГц по уровню мягко говоря гипертрофирован по сравнению с тем что я слушал, но это для наглядности. И, да простят меня апологеты строгой терминологии, для наглядности же буду называть первый вариант сигнала - острый конец вниз, второй - острым концом вверх
Так вот на большинстве наушников (но не всех) и на одной паре АС (я их таки не коллекционирую), но правда не всех, более чистым на слух оказался второй вариант. На одних ушах оптимальным оказался вариант 1.
Тут подчеркиваю, что результат подтверждался слепым тестом (рандом в скрипте + закрытые глаза, открываемые для проверки). А так же то, что будучи прогнанными через спектроанализатор, - спектр амплитуд обоих сигналов выглядел ожидаемо абсолютно идентично.
Самым интересным было то, что начиная с определенного уровня подмешиваемых 2КГц тон варианта 2 был на слух более чистым чем чисто сигнал частотой 1КГц. Тон варианта 1 звучал _всегда_ "грязнее" чем тон чистого сигнала, до уровня когда я переставал слышать разницу между ними вообще.
Я конечно понимаю что ухо - не микрофон, но на основании услышанного я сделал вывод-предположение что как минимум природа 2й гармоники - магнитомеханическая ассиметрия строения громкоговорителя. Ну а поскольку все громкоговорители по сути выполнены по одинаковой схеме - то и ассиметрия эта в них будет "смотреть" в большиснтве случаев в одну и ту же сторону. При условии подключения плюсовой и минусовой клеммы всегда одинаково, в плане реакции диффузора на выпирание/втягивание (в той исключительной пару наушников видимо подключение было выполнено наоборот).
С третьей гармоникой я пробовал слушать такие варианты:
Я их выбрал посколько эмпирически полагал, что один из них будет близок к искомому варианту. Скажу сразу - разницу я услышал не со всеми наушниками и на АС она была не убедительна - на одном уровне громкости чище звучал один вариант, на другом - другой. Возможно с фазой дело обстоит сложнее, а еще - я тогда протупил и использовал базовую частоту 1КГц. А подмешиваемую - стало быть 3КГц. А протупливание (я до него сравнительно недавно догадался) состояло в том, что частота кроссовера моих АС - 2.7КГц. А кроссовер крутит фазу, так что слушал я по сути 2 громкоговорителя + кроссовер, что не совсем то чего хотелось. Но это - лишь еще один плюс в пользу биампинга с активным кроссовером, который у меня давно чешуться руки сделать.

[Semigor]

...Положим за основу что измерить можно вообще все.

Вот слова настоящего материалиста! Я всегда подозревал, что Гейзненберг со своим принципом неопределенности был просто удиофилом!

[misterzu]

Гейзенберг - офтопик ;)

[Валет]

Наиболее неприятные искажения УМЗЧ - это интермодуляционные составляющие. Гармонические искажения не так заметны и играют меньшую роль.
В АС наиболее заметны искажения, связанные с неравномерностью АЧХ внутри каждой октавы и особенно неприятны острые выбросы звукового давления. Также заметны гармонические искажения и они имеют значительно большие величины по сравнению с УМЗЧ.
Таким образом, искажения УМЗЧ и АС имеют совершенно разный характер. Поэтому не будет ошибкой утверждать, что искажения системы УМЗЧ + АС равны просто сумме искажений каждого компонента по отдельности.
ИМХО.

[SAPR]

Поэтому не будет ошибкой

Не будет. Параметрически скомпенсировать Несколько гармоник в широкой полосе частот даже для чисто электрических схем нетривиальная задача. А уж АС - это вообще ...па. Тем более, что ее спектр (гармоник) сильно зависит от уровня сигнала. А также от температуры воздуха, атмосферного давления, влажности. Да и просто от времени.
Даже если произойдет чудо и удастся хоть как то для одной (конкретной) АС это сделать, то уже кроме этой АС к этому усилителю и подключать ничего нельзя будет.
В общем,

все это фигня

[misterzu]

ну что значит совпало не совпало. Например имеем усилитель у которого вторая гармоника на некоторой громкости 0.03% и АС у которой она же на таком уровне на входе - 0.1%.
Если усилитель достаточно быстрый - у него эта гармоника будет либо с фазой 90* либо 270*. Ну во всяком случае чтоб от транзисторного усилителя получить чтото другое - надо очень хорошо постараться (ламповые с трансформатором на выходе - особый случай) (и еще у усилителей с очень глубокой ООС фаза 2й гармоники в симуляторе тоже ведет себя несколько странно, но такие усилители обычно имеют крайне низкие искажения, их можно считать суперлинейными по сравнению с АС).
По моим пока больше субьективным экспериментам (см выше) получается что по большей части частотного диапазона таки фаза 2й гармоники у колонок и наушников - близка к 90*. Вот и получается на самом деле что в итоге получим линейность по 2й гармонике один из двух вариантов - примерно 0.13%, иначе - 0.07%, если только не пересечем регион кроссовера. Разница почти в 2 раза однако. Вероятность каждого из этих вариантов если взять схему наобум - 50/50 получается.
Не в этом ли разгадка что некоторые усилители со сравнитель высоким THD звучат красиво? А некоторые - с такой же цифрой и примерно аналогичным спектром - как радио?
В то же время все (исправные ) усилители с очень низким КНИ с одной и той же АС будут давать одинаковый "средненький" уровень линейности, равный собственной линейности АС.
Собственно хотелось бы попробовать замерять это все, но измерительного оборудования пока нету (хотя давно зудит прикупить какой ECM8000) да и комната совсем не безэховая (хотя вроде на линейность это не должно особо повлиять). Смущает только что THD измерительных микрофонов судя по гуглению не сильно лучше THD акустики, и не окажется ли так что в самом деле мерять лучше всего ушами, слушая синусоидальный сигнал зажмурившись, главное - технику "измерений" отточить...

[оператор]

Линейности, нелинейности, проценты - все это (хочется согласиться) "фигня".

Все это не было бы фигней, если бы не одно но, и это но - динамик.
Главная ошибка при разработке УНЧ это - не учитывать особенности нагрузки.
Гонка за нолями, фазами, КНИ, ИМД это очень хорошо, только для усилительных систем с линейными нагрузками.

УНЧ работает на сложную, нелинейную, кривую во всех отношениях динамическую нагрузку. И эта система должна делать хорошо, только одно - управлять динамиком.
Нужно изменить сам подход к системе УНЧ-динамик, который, по моему мнению, сейчас в большинстве своем ошибочен.
Требования к системе в части электрических параметров вторичны по отношению к реальным условиям работы в системе УНЧ-АС.

Несколько факторов, которые являются, несомненно более важными, чем гонка за ИМД и КНИ.
- усилитель работает на нагрузку, параметры которой меняются во времени,
- усилитель подвергается воздействию помех ВЧ диапазона, наведенных на акустические кабели,
- усилитель подвергается воздействию обратной ЭДС на собственных резонансах динамика, акустического оформления, мод комнаты, ЭДС от второй АС.

Таким образом - усилитель управляет сложной динамической нагрузкой, подвергается воздействию помех и обратной ЭДС на множестве частот.
При этом, конструктор УНЧ гоняется за процентами КНИ, совершенно не учитываю реальную ситуацию работы системы УНЧ-АС-помещение.

Несколько практических примеров, для понимания вышесказанного.
1. Попробуйте измерить высокочастотным осциллографом, милливольтмером, селективником или др. уровень наводимых ВЧ помех на своих, подключенных акустических кабелях. Результатом является, то, что на выход УНЧ воздействует широкий спектр помех индустриального фона. Это сотни и более мВ.
2. Отключите одну колонку и измеряйте уровень ЭДС, наводимый от второго канала и комнатных мод.
Этот уровень может оказаться до нескольких вольт.
3. Попробуйте измерить сопротивление Вашей АС по постоянному току вольтметром, а потом сделайте, то же самое по переменному. Разница окажется - от отрицательного сопротивления до уровня в несколько раз больше, заявленного в паспорте на Вашу АС.

Таким образом, как представляется, усилитель должен проектироваться, в первую очередь с учетом реальных условий работы и реальных параметров нагрузки.

Основная задача конструктора УНЧ - согласование. И только потом - электрические параметры, и то, большой вопрос, какими они оказываются в реальности, с реальной нагрузкой, под реальным звуковым сигналом, в реальном помещении....

[misterzu]

С этим согласен, я сам стараюсь в своих экспериментах со схемотехникой на первое место ставить устойчивость усилителя с реактивной нагрузкой без Цобеля-Буше (но потом юзать все равно с оными). Как точнее этот фактор проверить и измерить честно говоря не придумал.

[Pest]

Нужно изменить сам подход к системе УНЧ-динамик, который, по моему мнению, сейчас в большинстве своем ошибочен.

Offтопик:
А кому это нужно? Разве что самодельщикам и энтузиастам. И то, многие об этом не сном не духом. Не одному производителю серийной продукции это по понятным причинам не нужно ни в коем случае!

[anatol0]

я сам стараюсь в своих экспериментах со схемотехникой на первое место ставить устойчивость усилителя с реактивной нагрузкой без Цобеля-Буше

Ну да, самое главное в связке усилителе+АС - устойчив УНЧ без Цобеля или нет...
А слова ИТУН, ЭМОС или, хотя бы корректор Линквитца знакомы? Я уже не говорю про цифровые методы обработки-деления и/или коррекции комнаты...

[оператор]

Самое главное в связке УНЧ-АС-Помещение это - согласование.
ЭМОС, Цобель и пр. перечисленное выше совершенно ни при чем.

Можно, например попытаться симулировать реальные условия работы, подав на выход работающего УНЧ весь пакет, тех проблем с которыми работает реальный усилитель.
Т.е. как поведет себя усилитель если ему на выход, в рабочем состоянии подать весь спектр помех и паразитных ЭДС?
Я, уже писал, что основная проблема это динамик.
Потом противо-ЭДС и помехи.

Несогласованный динамик можно сравнить с автомобилем без амортизаторов.
Это не контролируемые колебания в придачу к кривой дороге, боковому ветру пыли и слабому двигателю.

[aganext]

Offтопик:
К сожалению тема сродни обсуждению прелести бесконечности вселенной, тем более с учётом того, как было верно подмечено, что в этой связке не менее значима КдП. Не вычислить, не спрогнозировать с интересующей точностью результат, не возможно. Возможно уже что-то править по факту, и то в большей степени на основании эмпирического опыта.

[оператор]

1. Пустые разговоры, так ими и останутся, если не будут предложены конкретные требования и рекомендации.
2. КД - это и есть один из факторов согласования.
3. Вычислить результат невероятно сложно, но можно на основании знаний требований и условий работы системы - принимать меры к улучшению согласования.

[misterzu]

ИТУН,

Компенсирует нелинейности магнитной системы динамика. Но не механической. Давненько прочитал выжимку из местной ветки про ИТУНы, в том числе и раздел с измерениями. Очень смущает то что измерения выигрыша проводились на неком китайском динамике. Понятно что жалко было дербанить намоткой вспомогательных обмоток нормальный динамик, но есть подозрение что эффекты нелинейности магнитной системы там ниже чем механики (неравномерность упругости подвеса, всякие там эффекты изза сжатия воздуха etc).

ЭМОС

Работает тока на НЧ, даже Очень-НЧ. И весьма геморройна.

[Pest]

misterzu, Почитайте статью в журнале Радио "Сверхлинейный УМЗЧ с глубокой ООС" С. Агеева, чтобы было ясно о чем ведет речь оператор.​

[Serge_L]

Мое ИМХО, что КдП вообще первична. Ибо у Макарова не сколько супер-система, сколько супер-комната полностью сросшаяся с супер-системой

У меня дома акустика установлена ну никак не оптимально, и просто, переставив акустику как положено, можно добиться в разы большего, нежели играя в ЦАПы и усилители. Но сделать это невозможно по ряду соображений. Когда я стану совсем большим и построю дом, тогда - да!