Активные кроссоверы с пассивной коррекцией

[Сергей Гапоненко]

Добрый день всем!
Предлагается обсудить создание активных кроссоверов без использования частотно-зависимой обратной связи. Так, как это давно и успешно делается для винил-корректоров.
В отличие от винил-корректоров, активному кроссоверу усиление по напряжению необязательно. Поэтому такой кроссовер может состоять из буферов, между которыми включены пассивные RC-фильтры. Простейший вариант - последоваетльность буферов с RС-цепочками между ними.
Более "креативный" вариант (меньше нелинейных элементов) я нашел на просторах интернета, к сожалению многие эту схему приводят, но никто не ссылается на автора и источник:


Здесь в качестве буферов выступают катодные повторители. Между двумя повторителями включены три RC-цепочки с последовательным увеличением сопротивления на порядок. Преимущество - всего два буфера в каждом фильтре. Недостаток - третий порядок фильтров. Я решил ограничиться вторым, чтобы можно было включать динамики в противофазе.
Добавил на входе усилитель напряжения с коэффициентом примерно три ( с оос по переменному напряжению в каскаде с общим катодом, иногда такую схему называют анодный повторитель). Иногда полезно с учетом разных источников сигнала и разного уровня на разных фонограммах.
Добавил полностью микросхемный фильтр второго порядка для сабвуфера.
Получилась такая схема , собрана в железе

Реально по сравнению с этой схемой добавлены только регуляторы уровня: плавный на двойном потенциометре после первого каскада и дискретные 0-20Дб поканально.

Сравнивалась со стандартной схемой на ОУ AD825 и OPA2134 (фильтры Саллена-Ки).
Ламповая схема с пассивной фильтрацией явно лучше. Больше деталей в тихих послезвучиях на фоне других звуков. Очень заметно на оперной музыке. Сейчас нельзя сказать, фокус в пассивной фильтрации или в лампах. Планирую продолжить эксперименты и сделать кроссовер на транзисторных буферах в пассивной фильтрацией.* Понятно, что воспроизводить на лампах идею Саллена-Ки (с частотно-зависимой ООС) сейчас вряд ли имеет смысл. Но можно на полупроводниковой базе применить пассивную фильтрацию. Это я и планировал сделать, но отпуск закончился, когда сделаю, пока не знаю.
Готов предложить прослушивание минчанам у меня дома, либо могу предоставить в Минске кроссовер, собранный для тестов в своих трактах. Раздел на 240 Гц фиксированный, частота среза саба регулируется. Фаза саба переключается на 180 градусов тумблером. Устройство имеет нормальный корпус (с точки зрения техники безопасности) со всеми разъемами и тп (пока без верхней крышки).

Мой тракт год-два назад слушали участники форума GALEX, МЕДАН, FAGOS. Сразу скажу, что с тех пор он претерпел три витка модернизации: появление полноценного фильтра для сабвуфера, переход в трехполосной системе к активному делению НЧ и СЧВЧ, затем замену микросхемного кроссовера на ламповый с пассивной фильтрацией. Все улучшения весьма хорошо слышимы.

Мой тракт сейчас такой.
Источник - цифровой выход CD-проигрывателя - NOS на PCM58 - выхлоп Рогова в версии Serg138 из Гомеля (входные цепи AD844, пассивный фильтр, широкополосный буфер) - активный кроссовер ,
далее выше 240 ГЦ ламповый однотактник 6Н8С-КТ88, ниже 240 Гц гибридник 6Н30П-Параллельный УТ, сабвуфер - TDA7293.
Акустич системы: СЧВЧ - коаксиал 8 люймов Танной с пассивной фильтрацией между СЧ и ВЧ, НЧ - 8-дюймовый Hertz с частотой резонанса 40Гц в оформлении mass-loaded transmission line, сабвуфер - 12 дюймов Кенвуд в ЗЯ, резонансная частота 25 Гц.
Таким образом, после ЦАПа выше 240 Гц работают только лампы (четыре триода и тетрод от ЦАПа до динамиков), ниже 240 Гц - лампы плюс транзисторы (четыре триода плюс четыре транзистора), ниже 40-80 Гц (регулируется ) только микросхемы. Во всем тракте после микросхемы ЦАП, кроме сабвуферного канала, начиная с преобразователя ток-напряжения и послецапового фильтра, отсутствуют частотно-зависимые обратные связи в пределах звукового диапазона, причем существующие цепи ООС охватывают только один каскад. Такая конфигурация выбрана целенаправленно.

Смысл этой темы:
- во-первых, сообщить что ламповый фильтр с пассивной фильтрацией , похожий по устройству на распространенные винил-корректоры, очень здорово звучит в трехполосных акустических системах;
- во-вторых, обсудить в целом идею пассивной фильтрации в активных кроссоверах безотносительно к элементной базе (лампы, транзисторы, микросхемы).

Думаю, многим может показаться интересным. И очень интересно будет услышать о подобных экспериментах других участников форума.

Еще замечу в скобках, что у аудиолюбителей обычно накапливаются усилители, и вместо того, чтобы их держать на полках, можно использовать многополосное усиление. Возможно, СЧВЧ-тракт полностью на лампах - лучшее, что можно сделать с лампами в аудио, канал сабвуфера полупроводниковый, уже многие это поняли, ну а НЧ канал получился у меня гибридный. Можно, конечно и иначе делать. СЧВЧ гибридник, остальное полупроводники. Что-то внутри мне подсказывает, что в полностью полупроводниковом тракте активный фильтр на лампах не добавит качества.

------------------
* Сделал. На буферах LH0002 с пассивной коррекцией. См. пост №17. Звучит замечательно. Уверен, что в слепом тесте я не отличу от лампового. НО также уверен что в слепом тесте рез-ты будут следующие:
ламповая схема из шапки и схема из поста 17 на интегральных буферах (обе с пассивной коррекцией) звучат примерно одинаково и намного лучше схемы на OPA627, AD825 типа Саллена-Ки (Баттервот).
Схема на лампах становится похожей на схему на ОУ, если в первом каскаде ставил лампу 6Н1П, 6Н23П, ЕСС88 (Tesla). Слышно все по-прежнему, но исчезает атмосфера зала, мягкая объемность звука, тонкость, деликатность послезвучий на фоне основных звуков других инструментов.

[Алексей Коваленко]

На мой взгляд, именно так и нужно строить аналоговый активный кроссовер, на пассивных RC-цепях между буферами. Но порядок фильтрации нужно рассматривать в комплексе с головками в корпусе... ничего нового в сравнении с пассивным кроссовером по настройке., со своими плюсами и минусами.

[Slava!!!]

На мой взгляд, именно так и нужно строить аналоговый активный кроссовер, на пассивных RC-цепях между буферами. Но порядок фильтрации нужно рассматривать в комплексе с головками в корпусе... ничего нового в сравнении с пассивным кроссовером по настройке., со своими плюсами и минусами.

Указанным способом могут быть выполнены только фильтры, содержащие звенья 2 порядка с добротностью не более 0,5. Классический пример - Линквитц-Райли 2 порядка - добротность как раз 0,5.

А вот Баттерворта 3 порядка так уже не сделать - там звено 2 порядка имеет добротность 1.

И еще. Предлагаемая реализация, где второе по ходу сигнала звено 1 порядка имеет импеданс в 10 раз больший, чем первое звено, во-первых, достаточно грубо аппроксимирует требуемую характеристику, а во-вторых, требует применения во втором звене элементов с импедансом в сотни кОм, что для повторителей на биполярных транзисторах или ОУ не есть хорошо - существенно возрастает нелинейность.

Если рассчитывать звенья с учетом их взаимовлияния, импеданс второго звена может превышать импеданс первого раза в три.

[Сергей Гапоненко]

Указанным способом могут быть выполнены только фильтры, содержащие звенья 2 порядка с добротностью не более 0,5. Классический пример - Линквитц-Райли 2 порядка - добротность как раз 0,5.

А вот Баттерворта 3 порядка так уже не сделать - там звено 2 порядка имеет добротность 1.

И еще. Предлагаемая реализация, где второе по ходу сигнала звено 1 порядка имеет импеданс в 10 раз больший, чем первое звено, во-первых, достаточно грубо аппроксимирует требуемую характеристику, а во-вторых, требует применения во втором звене элементов с импедансом в сотни кОм, что для повторителей на биполярных транзисторах или ОУ не есть хорошо - существенно возрастает нелинейность.

Если рассчитывать звенья с учетом их взаимовлияния, импеданс второго звена может превышать импеданс первого раза в три.

Все верно, поэтому я и начал с ламп. Катодный повторитель на 6Н8С имеет выходное сопротивление около 400 ОМ, он нагружен на первое RС-звено с сопротивлением раз в десять выше. Второй катодный повторитель имеет сопротивление ,задаваемое резистором 2 Мом. между 400 Ом и 2 Мом остается белее тысячи крат для вставления RС-цепочек. На транзисторах такое соотношение выходного и входного сопротивлений легко не получишь, можно получить на ОУ, но стоит ли в этом направлении двигаться, не окажется ли, что проблемы в звукоусилении , присущие ОУ, не позаолят добиться каких-либо преимуществ в звуке?
В моем случае вся цепь на лампах работает на удивление чистенько, как я написал легко переигрывает активные фильтры на хороших ОУ.

Насчет добротности Вы правы. Пассивные цепи исключают опции, которые доступны в активных цепях. Но столько писано-переписано про проблемы со звуком в устройствах с ОУ, про пагубное влияние общей ООС (а в ОУ она всегда общая, так как каскадов много)! Не может ли оказаться, что хороший ОУ в режиме повторителя с пассивной коррекцией зазвучит лучше? Наверняка кто-то пробовал. Поделитесь опытом.
Я удивился, что такое построение используют широко в винил-корректорах, но почему-то пропустили в активных кроссоверах.

[Slava!!!]

Я удивился, что такое построение используют широко в винил-корректорах, но почему-то пропустили в активных кроссоверах.

Типичный активный кроссовер - Линквитц-Райли 4 порядка. Два звена 2 порядка с добротностью 0,71.

[Алексей Коваленко]

Указанным способом могут быть выполнены только фильтры, содержащие звенья 2 порядка с добротностью не более 0,5. Классический пример - Линквитц-Райли 2 порядка - добротность как раз 0,5.

А вот Баттерворта 3 порядка так уже не сделать - там звено 2 порядка имеет добротность 1...

Типичная ошибка электронщика, не понимающего, как сводится АС Важно получить НУЖНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ СПАДЫ, а не третий...второй... пятнадцатый электрические порядки. На практике первого и второго электрического достаточно для получения нужных акустических порядков от первого до четвертого.

[Slava!!!]

Типичная ошибка электронщика, не понимающего, как сводится АС

Я что-то писал про сведение АС? Где?

Я писал про ограничения, накладываемые предлагаемой схемой построения на характеристики фильтров. Безотносительно их дальнейшего использования.

[Алексей Коваленко]

Я что-то писал про сведение АС? Где?

Я писал про ограничения, накладываемые предлагаемой схемой построения на характеристики фильтров. Безотносительно их дальнейшего использования.

Нет смысла говорить о кроссовере в отрыве от АС...

[Slava!!!]

Нет смысла говорить о кроссовере в отрыве от АС...

С этим полностью согласен.

Но важно понимать, что активный кроссовер состоит из активных фильтров, которые могут быть построены по разной схемотехнике, и в зависимости от этого имеют определенные ограничения на применение.

И если для правильного сведения АС в кроссовере потребуются фильтрующие звенья с добротностью выше 0,5, по предлагаемой топикстартером схеме их выполнить будет невозможно.

[Алексей Коваленко]

С этим полностью согласен.

Но важно понимать, что активный кроссовер состоит из активных фильтров, которые могут быть построены по разной схемотехнике, и в зависимости от этого имеют определенные ограничения на применение.

И если для правильного сведения АС в кроссовере потребуются фильтрующие звенья с добротностью выше 0,5, по предлагаемой топикстартером схеме их выполнить будет невозможно.

Согласен с этим. Из опыта с активными аналоговыми кроссоверами по нескольким разным схемам, для себя сделал вывод о преимуществе именно пассивных RC-цепочек, как наиболее гибких в настройке и имеющих субъективно лучшее звучание.

[Slava!!!]

Согласен с этим. Из опыта с активными аналоговыми кроссоверами по нескольким разным схемам, для себя сделал вывод о преимуществе именно пассивных RC-цепочек

А как были выполнены повторители?

[Алексей Коваленко]

А как были выполнены повторители?

За основу брал схему https://www.vegalab.ru/img/akust/as-4w/15.JPG

[Slava!!!]

Спасибо

[Сергей Гапоненко]

За основу брал схему https://www.vegalab.ru/img/akust/as-4w/15.JPG

Почти оффтопик. Я решил подключить сабвуферный фильтр после фильтра НЧ, обрезающего выше 240 Гц, чтобы обеспечить более крутой спад и дополнительно обезопасить микросхемы от влияние возможной ВЧ-грязи с учетом NOS-Цапа и пассивного фильтра третьего порядка после него. А на входе усилитель напряжения на лампе с небольшим, раза 3 усилением. Оказалось, что микросхема NE5532 содержит защитные диоды на входе и не принимает напряжение выше определенного порога, до еще и дополнительно подсаживает выходное напряжение предыдущего каскада. Пришлось подавать сигнал на NE5532 в сабвуферном канале в обход лампового тракта. Одновременно обращаю внимание, что далеко не каждая лампа способна без искажений протранслировать со входа на выход 2,8 В амплитудного напряжения. 6н8С отрабатывает хорошо.

По поводу сведения головок. При отсутствии серьезного опыта и измерительной техники лучше сводить головки , выбирая частоту раздела в области, где их АЧХ еще горизонтальна. В моем случае это было несложно сделать на частоте 240 Гц (резонансные частоты головок 40 и 90 Гц). Это же я рекомендую и всем не очень опытным колонкостроителям. переплатить за динамики, но но строить себе потом проблем с кроссовером.
Но удивительно, что в этом относительно простом случае ламповый кроссовер с пассивными цепями оказался лучше микросхемного с активной коррекцией. Вот тут я и вспомнил про винил-корректоры и решил затеять дискуссию.

[Slava!!!]

В моем случае это было несложно сделать на частоте 240 Гц (резонансные частоты головок 40 и 90 Гц).

Это резонансные частоты на воздухе или в оформлении?

[Сергей Гапоненко]

Это резонансные частоты на воздухе или в оформлении?

на воздухе. В оформлении не измерял. 90-герцовая 8-дюймовая головка работает вообще в небольшом открытом ящике.
40 герцовая - т.н. mass-loaded transmission line. высота 1 м , узкая, а внизу труба диаметром 10 см длиной около 10 см. рекоменд. Мартина Кинга.
были готовые ящики. предполагалась Т-линия для 90-герцовой головки и сразу сшивка с сабом в трифонике. Но не сшилось (на слух). Не знаю, почему-то подумалось, что Т-линия подтянет достаточно 90-герцовую головку внизу и сошьется с сабом. Забыл, что даже в школьные годы лет 45 назад 80-герцовая и даже 63-герцовая головка уверенно считалась среднечастотной. Добавил мидбас, приспособив 90-герцовую Т-линию под mass-loaded T-line на 40 гц.

[Сергей Гапоненко]

Схема активного кроссовера с пассивной фильтрацией на интегральных буферах.

Собрана, отслушивается. Все конденсаторв WIMA, EPCOS серии MKP (полипропилен), кроме выходного в НЧ-канале (WIMA MKS).
Ставилась задача сделать твердотельную эмуляцию ламповой схемы на катодных повторителях, которая при прослушивании в моем тракте оказалась намного лучше кроссовера на ОУ OPA627, AD825, OPA3134 с активными фильтрами Баттервота.

Основная особенность этой схемы и схемы в первом посте: отсутствие в пределах звукового диапазона частотно-зависимой ОООС, охватывающей более одного каскада. Собственно, этот подход и вынесен в тему как обеспечивающий ясную, чистую передачу тонких нюансов фонограмм, "замыливаемую" активными фильтрами на ОУ (например, ощущение дыхания голоса солиста, щеточки на фоне громких звуков, послезвучия струнных и тарелок). "Толчком", для сборки таких (кроме внутреннего убеждения во вреде частотно-зависимых ОООС в аудиотрактах) стала общепринятая сегодня концепция построения винил-корректоров, а также великолепное звучание в моем тракте "выхлопа Рогова" с пассивным фильтром и быстрым буфером на выходе. К этому добавилось и подспудное подозрение, что положительные ощущения от звучания ламповых схем связаны не только с самими лампами, но и со схемотехникой ламповых устройств (минимум активных элементов, отсутствие глубоких общих обратных связей).

Частота раздела относительно низка, предусматривается возможность режима "моно-НЧ". Она повышается пропорциональным уменьшением емкости соответствующих конденсаторов.

В качеcтве буферов использованы старые микросхемы LH0002 - 4 транзистора и 4 резистора, параллельный УТ ("diamond buffer")/ Одни микросхема заменяет один катодный повторитель.

Пассивные фильтры второго порядка выбраны для укорочения тракта и экономии средств (все интегральные быстрые буферы дороги, многие дефицитны). При доступности этих элементов можно увеличить число буферов, а фильтры делать первого порядка.

LH0002 имеет скорость нарастания 200В/мкс, вх сопротивление 400 коМ, выходное - несколько Ом, ток в импульсе до 400мА.
Возможно применение LH0033 (отличаются добавлением на входе полевых транзисторов, что еще больше повышает вх сопротивление, и более высоко скоростью нарастания вых напряжения.
Особенностью LH0002 является максимальное напряжение питания +-22В. Рекомендуется это свойство использовать. Выход - rail-to-rail, то есть с максимальным питанием можно получить примерно +-20В на выходе до клиппинга, что соответствует на нагрузке 4 Ом 50 Вт. Имеем отличный запас по перегрузке, а придобавлении на вход усилителя напряжения ( он должен развивать указанное напряжение на нагрузку в сотни ком, то есть с весьма малым током) можем подавать выходной сигнал сразу на выходные каскады типа "Заратустры".



Отдельная благодарность Serg138 за микросхемы!

Можно делать буферы на дискретных элементах, в этом случае лучше использовать транзисторные сборки, где гарантируется идентичность транзисторов. Собираюсь пробовать. Приобрел двойки транзисторов, правда для очень поверхностного монтажа. Посмотрим, что из этого выйдет.

[Радис]

Где

Offтопик:
то в журналах Радио за 81й вроде год было описание усилителя с пассивными "активными "фильтрами. Там вместо ламп и оу были полевики. Автор Чантурия. Мы , будучи молодыми музыкантами любительского ВИА в ДК в 91 м году делали эти rc цепочки по наитию перед усилителями гармония, вермона и венец, про входные и выходные сопротивления перед- за фильтрами никто не знал -не слышал, но как то работало .

[Сергей Гапоненко]

Где

Offтопик:
то в журналах Радио за 81й вроде год было описание усилителя с пассивными "активными "фильтрами. Там вместо ламп и оу были полевики. Автор Чантурия. Мы , будучи молодыми музыкантами любительского ВИА в ДК в 91 м году делали эти rc цепочки по наитию перед усилителями гармония, вермона и венец, про входные и выходные сопротивления перед- за фильтрами никто не знал -не слышал, но как то работало .

Наверное, вот эта схема. И о ней хорошие отзывы.
https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=10043

"Моя" схема имеет некоторые отличия.

1. Буфер лучше , чем просто эмиттерный повторитель. И по соотношению вх-вых сопротивлений, и по искажениям.
2. Фильтры второго порядка за пределами среза изменяют фазу на 180 градусов один относительно другого. Динамики подключаются противофазно. У Чантурии фильтры третьего порядка, с фазами сложнее.
3. У меня вторая RС цепочка имеет R в 10 раз больше, а С в десять раз меньше, чем первая. В таком случае предаточную характеристику двух цепочек можно приблизительно считать произведением передаточных характеристик двух цепочек, так как вторая не сильно нагружает первую (смотри прототип в посте №1.). Легко вывести соотв формулу. У Чантурии номиналы последовательных цепочек идентичны. Поэтому результирующая передаточная характеристика не равна произведению трех передаточных характеристик. Аналитически задачу решить, наверное и невозможно. Но легко можно смоделировать программно. Во-всяком случае характеристика будет не совсем простая. Спад получится наверняка не в виде постоянного наклона АЧХ за границей частоты среза.
А хорошие отзывы связаны с тем, что краткий тракт звучит часто лучше более сложного тракта.

[Радис]

Сергей Гапоненко, но так и не написали )) как же буферный кросс звучит по сравнению с ламповым....