ИТУН vs ИНУН - или реальность, как она есть

[Nota Bene]

Предлагаю в этой ветке обсудить особенности работы ДГ про работе от усилителей типа ИНУН (обычный УНЧ) и ИТУН (усилитель с высоким выходным сопротивлением). Подопытный среднечастотный динамик - 25ГДС1-8 (RRR) в боксе 4,5 литра (13х22х16см) с заполнением ватой. Питается от усилителя, режим работы которого ИНУН/ИТУН переключается вручную. Собственные искажения усилителя - 0,008% в полосе рабочих частот. Микрофон - динамический типа SPC MD100 (Philips), включенный в обычный микрофонный вход звуковой карты. Не калиброван.
По просьбам трудящихся результаты измерений перенесены в пост #2.
-------------------------------------
А начиналось это так (вот тут и дальше) -

чему помогает ИТУН, а чему он мешает?

Очень много эта тема обсуждалась на хи-фи.ру в теме "Токовое управление". Если кратко - в ДГ исключаются эффекты, связанные с тепловой модуляцией сопротивления ЗК, как то - тепловая интермодуляция и термокомпрессия, а также на СЧ/ВЧ - исключаются искажения, вносимые нелинейностью индуктивности ЗК, являющейся частью импеданса ДГ на этих частотах. Эта нелинейность обусловлена неидеальностью магнитной цепи динамика.
А так как все ДГ разрабатывались под управление ИНУНом, то токовое управление приводит к искажению АЧХ. Кроме того ухудшается демпфирование диффузора. Но эти трудности преодолимы

Вот, по порядку, с вашей помощью и попробуем разобраться
А измерения будут продолжены.

[Nota Bene]

ага, я вот тоже в данный момент "жру свой кактус" на 2A3/300В, и попробуй мне доказать что какой-то там ИТУН играет лучше

А ИНУН ли (кактус ли?) это?

А что там мерять там обычная 3886, тысячу раз всеми обмерянная и отслушаная.

По моей просьбе ты бы померил нелинейность импеданса нагрузки, а не собственно 3886-ИТУНа. Я хочу собрать хоть какую-то статистику по этому параметру.

Я бы скорректировал просьбу - не "самый лучший", т.к. под этим каждый понимает что-то свое, например, ШП Телефункен , а конкретные виды головок, интересные с точки зрения продвинутого мотора, т.к. измерения, собственно, касаются его.

Именно в этом ключе.

"Абсолютные" замеры, без сравнений с рядовыми головками, не нужны.

Не скажи. По уровню гармоник можно судить о конструктивных особенностях МС. К примеру (смотрим выдающийся ТНД у ничем не выдающейся головки ):

[gross]

Не скажи.

Уже не говорю. Я про другое - с некоторых пор я домашним измерениям, проведенным с помощью компового софта и хардварной "аппаратуры", типа микрофонов, предусилителей, и тому подобного - не очень доверяю.
Люди измеряют такие простые вещи, как постоянку в сети с помощью RC цепочки и стандартного тестера, и получают, кто единицы милливольт, кто десятки вольт. А тут искажения в сотых долях процента.

Вообще, для успеха, должны пересечься три множества: у человека должен быть нужный комплект головок, он должен УМЕТЬ измерять, и должно быть ЖЕЛАНИЕ заниматься ИТУНом со всеми сложностями, которые с этим связаны. У меня, к примеру в активе только третий пункт, и то не очень.

[Alex]

А ИНУН ли (кактус ли?) это?

А что?


(между прочим, большинство схем, что называют гордым именем "ИТУН" - тоже не очень-то ИТУН, а всего лишь "усилитель с повышенным выходным сопротивлением )

По моей просьбе ты бы померил нелинейность импеданса нагрузки,

Во 1-х, она меня как-то меньше всего на свете интересует, во 2-х - у меня нет сейчас готового сетапа для таких измерений а стол занят совсем другим.

[olvicgor]

Надо же, ветка ожила
Nota Bene, оценивать результат ИТУН vs ИНУН следует только по звуковому давлению.
Шесть лет назад я развлекался сравнительными измерениями разных головок - увеличивал выходное сопротивление УНЧа и смотрел, как изменяется спектр звукового давления головок, сохраняя, естественно, уровень полезного сигнала. В результате, для себя я пришел к выводу, что даже у среднего качества головок нет жесткой связи между искажениями тока и звукового давления.
Для примера приложил спектры двух головок с идентичными моторами, но разными подвесами и диффузорами. Это сейчас уже винтажные, но когда-то популярные СИС Н602 (Р17REX-P) и СИС Н282 (P21REX). Мотор с Т-образным керном. Никаких колец или других улучшайзеров нет. Спектры сняты микрофоном на двухчастотном сигнале (140Гц и 1кГц) при Rвых=0 («красные» спектры) и Rвых=22Ом («синие» спектры). Напряжение для Н602 - 5,7В, для Н282 – 5,3В. Конечно увеличение Rвых до 22Ом это не ИТУН, но вполне достаточно чтобы понять тенденцию. При увеличении выходного сопротивления искажения тока через головки снижались по науке, т.е. примерно в четыре раза. А вот гармоники звукового давления вели себя совсем неоднозначно.
В случае Н602 увеличение выходного сопротивления привело к некоторому снижению гармоник тона 140Гц, но увеличило на 3 дБ первые интермодуляционные гармоники тона 1кГц (860Гц и 1140Гц).
А для Н282 результат вообще получился странный, а главное совсем другой, чем для Н602. И это при идентичных моторах.

[Бока]

Вы затронули очень тонкую и интересную тему и нашли в ней верные точки.
Нечто подобное делал и я, замечал, что снижается неравномерность у довольно нервного в звуке Фостекса с увеличением выходного сопротивления.
Согласен с вами, что нужно мерить результат на выходе, то есть мерить искажения по звуковому давлению. Иначе уйдём в дебри.
Ещё момент: обеспечить равную подводимую мощность с разными величинами добавочного сопротивления -потребуется могучий мощник с очень чистым сигналом.

[Nota Bene]

В результате, для себя я пришел к выводу, что даже у среднего качества головок нет жесткой связи между искажениями тока и звукового давления.

Искажения динамика по звуку имеют множественную природу. Искажения, вызванные процессами гистерезиса в магнитной цепи - лишь один из компонентов, который поддается компенсации с помощью токового управления звуковой катушкой. При том интермодуляционном тесте, который вы привели, на столь низких частотах вклад нелинейности импеданса весьма мал и маскируется искажениями динамика другой природы (вызванных иными нелинейностями). Поэтому можно на этом фоне и не увидеть вклад/компенсацию интерфейсных искажений. На более высоких частотах, там где в большей степени начинает проявлять себя нелинейно-индуктивный характер нагрузки, интерфейсные искажения более заметны.
К примеру - импедансные замеры (НИ и ИМИ) тех же динамиков в более высокочастотном диапазоне:

оценивать результат ИТУН vs ИНУН следует только по звуковому давлению.

Я не против. Только насколько это будет информативно для оценки этих (в русле топика) искажений? Сможем правильно интерпретировать результаты измерений?

мерить искажения по звуковому давлению. Иначе уйдём в дебри.

И скатимся к субъективным оценкам

А тут искажения в сотых долях процента.

Ну, порядок/полпорядка можно и накинуть

[Бока]

Есть момент: у динамиков есть частоты, где нечётные гармоники( третья обычно) взлетают высоко, но при этом суммарный коэфф гармоник может оставаться низким, а звук -портится. Это как-то связано с переходом из поршневого к зонному излучению диффузора и появлению на нём пятен с противофазным излучением.
Если на этих дурных частотах мерить-можно и запутаться. Я так думаю.

[Nota Bene]

Если на этих дурных частотах мерить-можно и запутаться.

Да, есть такое. Можно с помощью АРТА измерять гармоники по всему диапазону. Как тут, например:



И, в общем-то, понятно, что ИТУНиться лучше на частотах выше частоты поршневого диапазона. Это, к примеру, можно сделать с помощью частотно-зависимой ООС и получить комплексное выходное сопротивление усилителя. На НЧ (в поршневом диапазоне, где ИТУН не дает преимуществ) получится ИНУН, а на СЧ/ВЧ - ИТУН.

[Бока]

Интересное решение, спасибо за красивую идею, нужно смакетить. Очень заманчивая вещь.

[olvicgor]

Искажения, вызванные процессами гистерезиса в магнитной цепи - лишь один из компонентов, который поддается компенсации с помощью токового управления звуковой катушкой.

В хороших головках он же и единственный.

При том интермодуляционном тесте, который вы привели, на столь низких частотах вклад нелинейности импеданса весьма мал и маскируется искажениями динамика другой природы (вызванных иными нелинейностями). Поэтому можно на этом фоне и не увидеть вклад/компенсацию интерфейсных искажений. На более высоких частотах, там где в большей степени начинает проявлять себя нелинейно-индуктивный характер нагрузки, интерфейсные искажения более заметны.

Хорошо. Чтобы не валить все в кучу, давайте воспользуемся общепринятыми понятиями.
Какие моторные искажения, связанны с током в катушке:
1) модуляция магнитного потока (воздействие магнитного поля витков ЗК, находящихся внутри магнитной системы, на витки ЗК, находящиеся в зазоре)
2) зависимость индуктивности ЗК от ее смещения L(x)
3) зависимость индуктивности ЗК от тока через нее L(i)

проблема 1) – проблема длинноходных оверханговых головок при больших смещениях. ИТУН эту проблему не решает в принципе. Тут ничего кроме массивных колец с очень низким сопротивлением ничего не придумали.

Проблема 2) – Основная проблема оверханговых головок, работающих в широком частотном диапазоне. В двухполосках, например. При одновременной подаче НЧ и СЧ сигнала на головку из-за смещения ЗК НЧ сигналом получаем модуляцию L(x) и, как следствие, интермодуляцию СЧ тона НЧ тоном.
Именно этот случай, как наиболее интересный и важный, у меня и рассмотрен в спектрах выше. В принципе, ИТУН делая ток СЧ тона постоянным должен был бы полностью снять эту проблему. Т.е. при двухтональном сигнале (НЧ + СЧ) увеличение Rвых УНЧ должно было бы снижать интермодуляцию, устраняя из нее вклад, вносимый L(x).
Так реально и происходит в старых головках с примитивными моторами типа 25ГД36, 15ГД14. Хороший результат дает и для визатонов серии Wххх. А вот для головок с чуть улучшенным мотором, типа СИС Н602 и Н282 может практически ничего не давать или, что парадоксально, давать обратный результат - у Н602 интермодуляционные гармоники тона 1кГц увеличились на 3дБ при увеличении Rвых УНЧ, причем гармоники тона 140Гц при этом уменьшились. Объяснить это из общих соображений, которые обычно можно прочитать в литературе про ИТУНы невозможно.

Проблема 3) Проблема всех динамических головок.
Ее ИТУН решает всегда и у всех головок. Действительно в спектре излучения низкоуровневый гармонический мусор уровня минус 60-80дБ при повышении Rвых УНЧ заметно уменьшается.
Но по вкладу проблема 3) наименее значимая из трех перечисленных. Вы правы, что помимо "моторных" механизмов, порождающих искажения много и не моторных.
На СЧ и ВЧ обычно с большим отрывом доминируют «диффузорные» проблемы, а не «моторные». Поэтому можно ли на слух заметить улучшение, даваемое ИТУНом, большой вопрос. Особенно, если головки уже имеют встроенные средства подавления индуктивности. SS, например, делает это даже в твитерах.

[anatol0]

Почему-то забыли о кроссоверах. Не рассматривая ШП системы, очевидно, что кроссовер стандартной многогополосной АС расчитан на работу от ИНУН-а. А в случае активной АС перевести полосовой усилитель из режима ИНУН в ИНУН или практически любой промежуточный весьма просто. Кроме того, для НЧ ИТУН возможен, по моему мнению, только с ЭМОС, что фактически означает работу усилителя в диапазоне действия ЭМОС уже не в чистом ИТУН-е. Это я не к тому, что измерять не надо - измерять надо обязательно, просто результаты будут неоднозначны по субъективному восприятию, когда какой-то параметр улучшится, а другой ухудшится.

[Бока]

Есть прекрасная статья Сергея Давыдовича Батя, Токовый усилитель глазами инженера. Там рассмотрен вариант питания акустики от источника тока и особенности схемных решений. И никакой ЭМОС.

[anatol0]

Есть прекрасная статья Сергея Давыдовича Батя

Я знаком с этой статьей

Там рассмотрен вариант питания акустики от источника тока и особенности схемных решений.

Вариант двухполосной АС с "токовым" кроссовером.

И никакой ЭМОС.

Я же писал, что необходимость ЭМОС - это моё личное мнение, никоим образом не истина в последней инстанции.

1. Питание громкоговорителей от токовых усилителей дает улучшение качества звучания в части локализации кажущихся источников звука и передачи динамических контрастов. Одновременно, нарушается тональный баланс и повышается возможность перегрузки громкоговорителя на низких частотах.
2. Наилучший способ устранения недостатков и реализации преимуществ токового питания состоит в построении активных громкоговорителей с электронными кроссоверами.
3. Использование токовых усилителей с громкоговорителями, построенными для усилителей напряжения, нецелесообразно, поскольку происходит существенное нарушение тонального баланса. Для обеспечения приемлемого тонального баланса необходим специально разработанный кроссовер.
4. Пассивные кроссоверы для токовых усилителей имеют определенную специфику в части построения фильтров, компенсационных цепей и соединения фильтров. Использование пассивных кроссоверов неизбежно приводит к ухудшению режима токового питания динамических головок.
5. Разработанный громкоговоритель, несмотря на все рассмотренные выше недостатки, в токовом режиме дает некоторый выигрыш в качестве воспроизведения звука в сравнении с таким же громкоговорителем, построенным традиционным способом и работающим от усилителя напряжения.

[Nota Bene]

Какие моторные искажения, связанны с током в катушке:
1) модуляция магнитного потока (воздействие магнитного поля витков ЗК, находящихся внутри магнитной системы, на витки ЗК, находящиеся в зазоре)
2) зависимость индуктивности ЗК от ее смещения L(x)
3) зависимость индуктивности ЗК от тока через нее L(i)

1 - ИМХО, не влияет на искажения, связанные с током;
2 - имеет место быть на НЧ (в поршневом диапазоне);
3 - вызвано влиянием нелинейности ферромагнитной цепи.

Именно этот случай, как наиболее интересный и важный, у меня и рассмотрен в спектрах выше.

Я понял. Модуляция L тут больше связана с изменением суммарной геометрии МС (в т.ч. величины магнитного потока, сцепленного с ЗК), а не гистерезисом в сердечнике, поэтому характер искажений (спектр гармоник) будет иным (геометрического/конструкционного характера) и от способа запитки ЗК не должен сильно зависеть.

На СЧ и ВЧ обычно с большим отрывом доминируют «диффузорные» проблемы, а не «моторные». Поэтому можно ли на слух заметить улучшение, даваемое ИТУНом, большой вопрос.

"Диффузорные" проблемы порождают больше линейные искажения, чем нелинейные. ИМХО. А на слух - мне это заметно, особенно в части улучшения эшелонирования сцены в глубину и отвязки КИЗов от АС.

Токовый усилитель глазами инженера

http://www.vacoustics.com/texts/200502171530/ - какого года статья? (согласен почти со всеми положениями, в ней изложенными).

Offтопик:
Нашел дату создания: 04.09.2007г.

[Бока]

Подведя некий итог, можно сказать так: все решения работают при грамотном подходе.
Для АнатоляО. Я ни в чём вас не упрекаю и не учу, сам отношусь к ЭМОС с великим уважением.

[olvicgor]

Я понял. Модуляция L тут больше связана с изменением суммарной геометрии МС (в т.ч. величины магнитного потока, сцепленного с ЗК), а не гистерезисом в сердечнике, поэтому характер искажений (спектр гармоник) будет иным (геометрического/конструкционного характера) и от способа запитки ЗК не должен сильно зависеть.

Примерно так.
Естественно не я придумал при изучении искажений разделять искажения, возникающие из-за непостоянства импеданса головки на две составляющие (другие искажения мы не рассматриваем, т.к. ИТУН устраняет именно влияние нелинейности импеданса). Одна связана с изменением индуктивности катушки при ее смещении L(x), другая с изменением индуктивности при изменении протекающего через нее тока L(i). Такое разделение является общепринятым и предложено В. Клиппелем в его работе: http://www.klippel.de/uploads/media/...ymptoms_06.pdf
Которую, как я уверен, Вы если и не читали, то как минимум просматривали по диагонали, потому, что это самая большая, самая известная и самая цитируемая работа об искажениях в динамических головках.
Я только выделил из L(x) модуляцию потока (у Клиппеля reluctance force) в 1) чтобы не путаться. Механизмы выявления искажений L(x) и L(i)) разный. Искажения L(i), которые действительно можно назвать «гистерезисными», проявляются в виде гармоник СЧ сигнала (для СЧ головок и мидвуферов). Их удобно изучать, просто подав на головку СЧ сигнал.
Искажения L(х) однотональным сигналом не выявляются. Они возникают только при совместной подаче НЧ сигнала достаточно заметной амплитуды, чтобы смещать катушку, и СЧ сигнала. Искажения проявляются в виде интермодуляции СЧ сигнала НЧ сигналом.
В реальных условиях уровни искажений L(х) обычно значительно превышают искажения L(i). Поэтому ИМХО они важнее для конечного качества.
Ясно, что при исследовании искажений двухтональным сигналом (НЧ+СЧ) интермодуляция возникает не только из-за L(х), но и из-за других факторов: нелинейности подвесов К(х) и зависимости форсфактора от смещения Bl(x).
Но в головках с плохими моторами вклад L(х) существенен и он может быть устранен переходом на токовое питание головки. В головках с подавленной индуктивностью вклад L(х) не существенен и токовое питание ничего не дает.
При подаче двухтонального сигнала (НЧ и СЧ) мы можем пронаблюдать сразу оба типа икажений.
Для примера приложил спектр СИС эксел Е0042 при 96дБ/м. Ход диффузора примерно треть от линейного. Снято на 10см от диффузора при Rвых=0 (красный) и Rвых=22Ом (голубой). Весь выигрыш от повышения Rвых хорошо виден.

"Диффузорные" проблемы порождают больше линейные искажения, чем нелинейные. ИМХО.

Сложно сравнивать между собой линейные и нелинейные искажения. Наверное нужно сравнивать искажения мотора, устраняемые ИТУНом и нелинейные диффузорные искажения.
В принципе, это можно сделать, если кому-нибудь интересно. У меня нет сомнений, что токовые искажения на порядок ниже диффузорных, но я могу выбрать время и измерить токовые искажения пары СИСовских экселов, для которых производитель когда-то выкладывал графики искажений, снятых в известном режиме. Можно будет сравнить общие искажения и токовые.

[Nota Bene]

Наверное нужно сравнивать искажения мотора, устраняемые ИТУНом и нелинейные диффузорные искажения.

Не касаясь искажений L(x), померил искажения в импедансе на малых амплитудах сигнала (смотрим вложения). Соображения такие: поскольку в данном случае искажения определяются гистерезисом МС, вариации индуктивности имеют за период сигнала имеют резкий излом (почти разрыв первого рода) в моменты перемагничивания сердечника (рис. 9 в "Мотор динамика глазами схемотехника"):



А такие вариации порождают достаточно широкий спектр гармоник, сохраняющийся и для малых амплитуд сигнала (просто уменьшается частная петля гистерезиса). Механические нелинейности ввиду своей монотонности не плодят столь широкий спектр гармоник, ИМХО.
------------
По аттачам: % - положение движка микшера/аттенюатора, единицы процента получены дополнительным ослаблением выходного сигнала генератора на порядок. Третий график - для динамика с КЗ-колечком.

[olvicgor]

в данном случае искажения определяются гистерезисом МС, вариации индуктивности имеют за период сигнала имеют резкий излом (почти разрыв первого рода) в моменты перемагничивания сердечника (рис. 9 в "Мотор динамика глазами схемотехника")

А такие вариации порождают достаточно широкий спектр гармоник, сохраняющийся и для малых амплитуд сигнала (просто уменьшается частная петля гистерезиса). Механические нелинейности ввиду своей монотонности не плодят столь широкий спектр гармоник, ИМХО.

Прочитал Вашу статью, не скажу, что все понял. Статья понравилась. Хотя это очень приближенная симуляция, тем не менее, для меня оказалась полезной.
Чего ИМХО важного нет в статье.
Модель была бы более адекватной, если добавить дополнительную индуктивность. Реальная ЗК в эквиваленте состоит из двух индуктивностей: одна, завязана на сердечник, вторая – нет. Вторая индуктивность ограничивает выбросы тока, которые пытается генерировать первая, и тем самым ограничивает спектр гармоник тока.
И выходной сигнал у нас не ток, а звуковое давление. Ясно, что электроакустический преобразователь даст дополнительное ограничение спектра гармоник. В большинстве случаев головка просто не в состоянии излучать гармоники тока высших порядков из-за низкой эффективности работы на высоких частотах. Еще один аргумент против использования широкополосных головок.
Правда, для меня остается неясным вопрос с излучением интермодуляционных гармоник «гистерезисных» искажений, которые могут попасть в рабочую полосу.
Поэтому любые выводы о полезности/бесполезности ИТУНа для конкретной головки нужно делать только по измерениям звукового давления.

Благодаря Вашей статье мне, кажется, удалось понять, почему в окольцованных моторах третья гармоника искажений тока иногда даже больше, чем у неокольцованных.
Я так понял, что симуляция по Вашей модели показывает, что введение короткозамкнутого кольца не приводит к существенному снижению третьей гармоники, а в реальном моторе ситуация с введением кольца может даже ухудшиться, поскольку кольцо заодно убивает и «воздушную» часть индуктивности, ограничивающую выбросы тока перемагничивания.
Отсюда частный вывод (про ИНУН): хорошо бы, чтобы на СЧ и ВЧ выходное сопротивление кроссовера было индуктивным, а не емкостным.
Чтобы существенно снизить токовые искажения совершенно не обязательно делать ИТУН, можно и просто дроссель поставить последовательно. С соответствующей коррекцией АЧХ, разумеется.

По аттачам: % - положение движка микшера/аттенюатора, единицы процента получены дополнительным ослаблением выходного сигнала генератора на порядок. Третий график - для динамика с КЗ-колечком

А можно поподробнее? Типы головок, напряжения, токи.

[Nota Bene]

Прочитал Вашу статью, не скажу, что все понял.

Ссылка на статью появилась достаточно давно, и я тоже не скажу, что мне все понятно в "моторе динамика"
Ведь дело не только в паразитной индуктивности ЗК, кроме этого есть эффект нелинейной модуляции индукции магнитного поля ( и, соответственно, форсфактора ) в зазоре, вызванный наличием ферромагнетиков, с присущим им гистерезисом. Так что влияние подобных нелинейных эффектов можно наблюдать и на НЧ, только они маскируются превалирующими нелинейностями другой физической природы. Так что

Чтобы существенно снизить токовые искажения совершенно не обязательно делать ИТУН, можно и просто дроссель поставить последовательно.

может и не помочь. Хотя, проверить измерениями можно.

Типы головок, напряжения, токи.

100% микшера = 1,78V эфф (2,5V ампл.) на активной нагрузке 4 Ома. Активное сопротивление первой головки = 3,9 Ом, второй головки (с КЗ-колечком, из Микролабовского сателлита М900) = 7,4 Ом.

Поэтому любые выводы о полезности/бесполезности ИТУНа для конкретной головки нужно делать только по измерениям звукового давления.

Органолептику тоже исключать не следует
Кстати, на досуге можно подумать, почему народ предпочитает кобальтовые магниты вместо ферритовых и писает кипятком от ЭДГ на подмагничивании

[Alex]

Кстати, на досуге можно подумать, почему народ предпочитает кобальтовые магниты вместо ферритовых и писает кипятком от ЭДГ на подмагничивании

Подмагничивание понять можно -легко регулировать добротность, подстраивая по конкретный ящик. но боюсь для шизотериков это не самая главная причина . А шизотерия не лечится.