Динамический диапазон и электрические сигналы

[Gajdar]

Нас с Fenyx оборвали на самом интересном
продолжим.

Реальный динамический диапазон музыкальной записи ограничим средним источником типа магнитофона кассетника и определим в 60дб.
Рассмотрим работу динамика чувствительностью 90дб на восьми ваттах при сопротивлении катушки 4 ома. (Любимые компьютерные АС)
3дб - это увеличение громкости чистого тона есть увеличение в два раза. Увеличение громкости на 3 дб требует увеличение подведенной электрической мощности в два раза.
При 8 ваттах подведенной мощности такой динамик выдаст 99дб звукового давления на 1 метре от АС (5.7вольта при токе 1.5ампера).
Редко кто слушает Музыку дома на большИх громкостях. (травители соседей не в счет)
Попробую подсчитать какие же будут параметры электрического сигнала на разных участках динамического диапазона.
-30дб от верхней границы (69дб суммарного давления) будет соответствовать 0.008ватта. (8мвт.) и при сопротивлении 4 ома это будет сигнал с уровнем 0,18вольта при 0.045а. (18 мв и 45ма). Пока все еще в пределах разумного.
На нижней границе в 60дб от максимума (39дб давления) подведенная мощность составит 0.00000762939453125 ватта (округлим до 0.000008вт)
и при сопротивлении динамика в 4 ома это значение будет достигнуто при 0,0056вольт (5,6мв) при токе в 0,0014а (1.4ма)... уже интереснее.
Если же дигамический уровень музыкального сигнала больше 60дб (скажем 90 как теоретически может выдать СД проигрыватель)
то несложно подсчитать- что самая тихая информация (для нашего случая давление 9дб при разнице в 90дб от максимума) в музыкальном сигнале с максимумом в 99дб (при 8ми ваттах), подведенных к головке чувствительностью 90дб на ватте и сопротивлением 4 ома будет на уровне 0.000000007450580596923828125ватта... (0.007микроватта)....
что соответствует уровням по напряжению
0,00017вольта (170 микровольт) при токах 0.0000425ампера (42микроампера).

Если мы слушаем музыку в пределах одного-двух ватт... то можно себе только предстваить каким громадным потенциалом (скажем в ньютонах на микровольт изменения напряжения на клеммах динамической головки) должен обладать мотор динамика, чтобы в импульсе при скоростях 20-10000 раз в секунду обеспечивать хорошие импульсные показатели перемещения подвжной системы.
И уровень сигнала в пачке с диапазоном в 90дб при вышеуказанных прочих параметрах составляет от 5.7вольта на максимуме до 0,00017вольта на минимуме.

Еси же мы слушаем на 1 ватте... то все уровни снижаются.

Попробую опять таки сделать некоторые выводы.
1. Неспособность отыграть динамиком такие уровни подведенного напряжения обязательно скажется на потере динамики и детальности - так как именно быстрая и низкоуровневая информация атаки и микродеталей находятся на таких уровнях сигнала. Все реверберации, вибратто и прочие элементы с миниатюрными уровнями и изменением уровня.
2. Измерение параметров динамиков на синусоидальном сигнале уровнем 0.1-10 вольт не дает представления о работе динамика на реальном музыкальном сигнале за пределами параметров Тиля-Смолла.
3. Улучшение этих параметров работы динамика с малыми уровнями можно прроизвести толко улучшением в большую сторону соотношения мощности мотора к массе подвижной истемы и минимально возможной жесткости подвеса (достаточной чтобы обеспечить быстрое установление в ноль после импульса и подвижка с минималным весом и максимально возможным поршневым диапазоном работы)

4. На таком диапазоне уровней и токов, можно по иному взглянуть на проблемы "таинственной" аудиофальности тракта. Потери на клеммах соединения проводов, потери на тонких и длинных аустичесих проводах, в фильтрах. Даже свойства изоляции и чистота материала может играть роль.

PS Свирепствуя в ереси, можно даже вспомнить межблочные кабеля с их 2мя вольтами RMS... то и там динамический диапазон изменения напряжения и будет фантастическим... приняв за 51-100килоом входного сопротивления усилителя мощности страшно даже предствавить эти знания... Это дает возможность по новому взглянуть и на проблему межблочных кабелей и линейности и качества всех элементов, и пайки.

Продолжим конструктивное обсуждение???

[Алексей]

0.000000007450580596923828125ватта... (0.007микроватта)....
что соответствует уровням по напряжению
0,00017вольта (170 микровольт) при токах 0.0000425ампера (42микроампера).

Вполне логично предположить, что эти 0,00017 В соизмеримы с пульсациями БП...

[DECEMBER]

ограничим средним источником типа магнитофона кассетника и определим в 60дб

Боюсь, что это слишком оптимистично ...
Виктор, я в глубоком сомнении, что звукооператор при уровне запи-
си максимального сигнала будет добавлять инструменты на уровне
-60дБ. Скорее это изменение диапазона именно максимального сиг-
нала. Поправьте, если ошибаюсь...
Просто мне приходилось заглядывать в студию - так щётки,
маракасы писались где-то -15...-20. Ну, может такой опера-
тор

[FlashSighter]

Есть такй закон. Называется второй закон Ньютона. Сила приложенная к телу равна произведению массы на ускорение. Ну или в нашем случае немного по-другому: Ускорение тела равно силе деленной на массу.
Чем большее ускорение может развить диффузор - тем точнее он отъиграет фронты сигнала, в особенности при малой пиложенной к нему силе (малые уровни сигнала). Соответственно масса диффузора должна быть меньше, магнит должен быть мощнее, витков в катушке должно быть много и площадь этой катушки тоже должна быть большой (чтобы сила приложенная к диффузору была побольше).
Ну а дольше начинаются компромисы, диффузор изламываться не должен, катушка должна быть полегче и поменьше чтобы ВЧ отиграть и т.д. и т.п....

[Dublon]

3. Улучшение этих параметров работы динамика с малыми уровнями можно прроизвести толко улучшением в большую сторону соотношения мощности мотора к массе подвижной истемы...

Как же его, соотношение, улучшить-то? Масса подвижной системы постоянна (в поршневом режиме), мощность все время изменяется. В пазах практически равна нулю (мощность шума), на пиках мощность максимальна

Наверное Gajdar под мощностью мотора подразумевает нечто другое. Может проясните этот принципиальный вопрос.

[Gajdar]

Тогда мои "догадки" и недомыслия находятся в рамках закона Ньютона )))
DECEMBER
Не, я понимаю, что сами щетки могут быть -20дб, но в период атаки и установления тона - уровень то растет мгновенно с негоего начального... и потом период затухания и послезвучания - они тоже есть и могут быть на нижней границе динамического диапазона.


Алексей
Вот в этом то штуковина, что этот вопрос нужно рассматривать и состороны усилителя. Получается - Усилитель должен обладать колоссальным запасом линейности на самых тихих сигналах - поэтому так важен первый ВАТТ работы системы. Поэтому, ниже этого первого Ватта и зависит все разницы в аудиоаппаратуре Хай-Энд и Хай-Фай. Простым набором измерения КГИ и КНИ и АЧХ этого уже не измерить - вот досих пор вслепую и делают производители этого ХАй-Энда линейные усилители без ООС с грудой Блекгейтов и слюдосеребра - чтобы вытянуть из усилителя как можно больше разрешения на низких уровнях. Делая подчас это с запаспм вслепую.
А почему никто не говоит об этом вслух??? А это уже коммерческая сторона вопроса.
Посмотрите на стандартные величины граффиков искажений типичных микросхемных усилков.
http://www.electroclub.info/invest/tda7294/TDA7294.pdf
пункт дисторшен с оутпут повер...(рис 4 и 6 на странице 6) на участке от ноля до 5 ватт искажения находятся на высоком уровне, и растут как с ростом частоты так и с понижением сопротивления нагрузки. Поэтому ли тот же Пфазе линеар делате кучу выходников в паралель и столь чепорно относится к правильности разводки самой аналоговой платы....
У ламповых усилков такой лодочки нет, питание фильтруется с огромным запасом Г фильтрами и превосходными конденсаторами... хотя конечно, очень многое зависит от выходного трансформатора и внутреннего сопротивления выходной лампы.. но это совсем другая история.

Gajdar добавил 24.07.2006 в 10:25
Dublon Я может не совсем в совковых терминах обьясняюсь..
Среди таких совковых терминов есть полностью неправильные переводы.
Диффузор - был переведен как то, что является дифрагмой излучающей... ну и так далее. Поэтому я стараюсь иногда, чтобы не ошибиться - оперировать в термнах международной классификации.
Drive Motor - это в западном понятии система "магнитная система, включая катушку" тут все общепринятые параметры - мощность самого мангнита, индукция в зазоре, величина зазора, размер катушки, величина (высота магнитного зазора) длина проводника в катушке. Motor Pover - как раз и есть мощность мотора - какую силу в ньютонах на милливольт (милливатт если хотите) создаст данная система. И чем меньшим напряжением подвижная система (упругость подвеса + масса подвижки+динамически присоединенного воздуха) перемещается - тем лучше. Конечно катушка и часть подвижной системы... но в данном случае - часть мотора.

А улучшить - теми же методами. Мощнее магнитная система, легче диафрагма, легче подвес, линейнее и больше по высоте магнитный зазор.... линейнее подвес... Все идет от магнитной системы. какой вес она будет без искажений ускорения перемещать во всем диапазоне напржеий динамического диапазона музыки.

[Nagema]

Ну тогда опять всё упирается в ЭМОС, Gajdar )…
Надо на диффузор навешивать пьезодатчик с малой массой )…

На мотор пошел милливаттный импульс -- динамик начинает пытаться дёрнуться, но дёргается вяло -- ЭМОС добавляет в импульс еще немножко тока -- жизнь в целом улучшается.

Или это опять не наш путь?

[Gajdar]

Nagema НАШ, его еще и ПАСом придержать... только вот есть загвоздочка есть ))))))))
Но вопрос - ЭМОС - это узкополосная ООС? или в широкую полоссу его запустить...... Вопрос встает в усилителе ) и способе организации ООС. И как этотдатчик прилепить и как его сигналобработать и общую устойчивость усилителя не ухудшить и линейность...... те еще вопросы то )))

[Apos]

Усилитель должен обладать колоссальным запасом линейности на самых тихих сигналах - поэтому так важен первый ВАТТ работы системы. Поэтому, ниже этого первого Ватта и зависит все разницы в аудиоаппаратуре Хай-Энд и Хай-Фай. Простым набором измерения КГИ и КНИ и АЧХ этого уже не измерить - вот досих пор вслепую и делают производители этого ХАй-Энда линейные усилители без ООС с грудой Блекгейтов и слюдосеребра - чтобы вытянуть из усилителя как можно больше разрешения на низких уровнях.

O, ja, ja!
Но мельчайшие детали надо отрабатывть не только на малой громкости. В присутствии мощного НЧ сигнала, когда мощность, отдаваемая усилителем составляет десятки ватт, динамик эти мелкие детали тоже должен отработать, а они съедаются термокомпрессией, как правильно заметил funny the rat, и тонут в интермодах от кривой МС.

[gross]

На счет съедания деталей термокомпрессией выражу сомнение. Постоянная времени по темперетуре для ГГ - секунды и десятки секунд. Общий уровень сигнала по ЗД от температуды будет меняться и пульсировать в соответствии с термо-постоянной, но мгновенное соотношение между различными составляющими сигнала при этом как бы не должно измениться.

[FlashSighter]

ээээ... а что есть термокомрессия, нельзя ли в двух словах объяснить суть явления?

[Kompros]

Offтопик:

Дабы не вносить путаницу в неокрепшие умы:

Сила приложенная к телу равна произведению массы на ускорение.

Увы, это досадная опечатка.

Ну или в нашем случае немного по-другому: Ускорение тела равно силе деленной на массу

Скорее так: ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к телу сил и обратно пропорционально массе тела.

[FlashSighter]

Kompros
Ну под силой я и подразумевал сумарную силу, сумму всех векторов сил приложенных к телу. Спасибо за уточнение

Я тут вот еще чт думаю... чтобы диффузор корректно воспроизводил ступеньку, мало того чтобы его мгновенно разогнать. Его еще надо так же мгновенно остановить. Частично этим "мотор" занимается, частично это происходит за счет потерь на трение в самом диффузоре и за счет излучения звуковых волн.

[Dublon]

Поэтому я стараюсь иногда, чтобы не ошибиться - оперировать в термнах международной классификации.

А я, чтобы ничего не напутать, всегда стараюсь оперировать понятиями физического смысла.

Drive Motor - это в западном понятии система "магнитная система, включая катушку" тут все общепринятые параметры - мощность самого мангнита, индукция в зазоре, величина зазора, размер катушки, величина (высота магнитного зазора) длина проводника в катушке.

Согласен на 100%.
В переводе на русский язык "магнитная система, включая катушку" представляет собой линейный электродвигатель в котром, исходя из физического смысла, сила действующая на катушку пропорциональна произведению тока, протекающего через катушку, длинне провода в катушке и величине магнитной индукции в зазоре.

Motor Pover - как раз и есть мощность мотора - какую силу в ньютонах на милливольт (милливатт если хотите) создаст данная система.

Ой! Что-то с физическим смыслом здесь не в порядке.
Делим силу (ньютоны) на мощность/напряжение (миливатты/миливольты) и... снова получается мощность
Наверное Motor Pover обозначает другую величину. Или, если хотите, нужно брать отношения силы действующей на катушку к току создающему эту силу (ньютон/ампер). Но тогда этот термин Motor Pover есть чувствительность Drive Motor (линейного электродвигателя, электромешанического преобразователя).

Например: есть два динамика, чрез каждый протекает ток 1 ампер. Первый развивает усилие 2 ньютона, второй 1 ньютон.
Если пользоваться Вашей терминологией то первый в два раза "мощнее". Но как бы мы не складывали (умножали-делили) между собой ньютоны и амперы ватты на получаться. Просто чувствительность первого в 2 раза выше.

P.S.Именно силы к току а не к мощности/напряжению. Динамику как-то все равно сколько ватт/вольт Вы к нему подвели для получения нужных ему ампер.

[gross]

что есть термокомрессия

На больших сигналах в катушке выделяется значительное тепло, и ее сопротивление по постоянному току возрастает. А это ведет к уменьшению тока через катушку. То есть большие сигналы, длительные по времени ГГ отрабатывает нелинейно, с понижением отдачи по ЗД. Кроме того, из-за возрастания сопротивления катушки согласование с фильтрами изменяется, меняется добротность ГГ, а значит изменяются параметры оформления.

[Ламер со стажем]

Про проблему 1-го ватта это совершенно точно

А что касаемо термокомпресси, то согласен с gross
Термокомпрессия скорее проблема когда стадионы озвучивают, для дома, с его типичными 1-2Вт, я думаю, термокомпрессия несколько преувеличена. Вообще, у W. Klippel есть хороший материал по этой теме http://www.diy-audio.narod.ru/litr/N...almodeling.rar

FlashSighter

Катушка в процессе работы постоянно меняет свою температуру, а т.к. ТКС меди порядка 0,35%/С то меняется и её сопротивление и все связанные параметры "плывут".

[Gajdar]

Ламер со стажем
Ну термокомпрессию я тоже согласен -1,2,8.. ну даже может 10 ватт можно не рассматривать серьезно. Но при 20-30ваттах уже думаю есть. А кроме того, зачем мы поддаем 20-30ватт.. а динамик низкочувствительный... а это значит подвижка тяжелая и мотор слабенький..... 1-8ватт для домашнего прослушиваня на чувствительных АС... самое то, что доктор прописал. (не тот, что в лаборатории)

Dublon по Motor Power тут да, в западном понимании - это понятие нужно чтобы вводить лохов в цепенение - сколько ваттов в динамик можно ввалить без разрушения оного. Нас же интересует этакая "силовая характеристика" мотора в переводе на электромагнитное преобразование. Ампер-ньютоновое чтоли.

[Fenyx]

оборвали на самом интересном

Там ничего хорошего не вышло, по этому здесь продолжать не буду. Тем более, что создание тем, продолжающих обсуждение тем закрытых модератором прямо запрещено в правилах - пункт 6.7

[MaxMan]

Гайдар, поскольку большинство хороших и плохих динамиков прошедших через мои руки характеризовались примерно одинаковым отношением BL\Mms и даже Qms была очень похожа, то нас должно больше интересовать "трение покоя" внутри самого диффзора.

[funny the rat]

Просто мне приходилось заглядывать в студию - так щётки, маракасы писались где-то -15...-20.

И это еше не так и плохо.
К вопросу о динамическом диапазоне CD (не формат, а готовой продукции) проффесиональные звукережи,... скажем так хорошие проффесиональные звукорежисеры, давно уже жалуются что динамический диапазон записываемух програм неуклонно уменьшается и если масспродукт самого начала 80-ых имел диапазон около 20дБ то сейчас он уменьшился до 7дБ ! и попадаются CD записаные с диапазоном 3 дБ!!! (причина простая в машине с открытыми окнами при уровне шума 85дБ да по радио звучит очень даже ничего, есть напор и панч для этого все делается)
вот к примеру еще одна статья почти по этому же поводу http://www.audioholics.com/techtips/...ngtrendsP1.php

И вся беда в том что качественных записей становится все меньше, и при ремастеринге старых записей, того же Хендрикса, динамический диапазон жмут тоже безбожно.