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???

[sirogaz]

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

А, как же иначе заставить потребителя осваивать новый "формат"...?

[funny the rat]

А, как же иначе заставить потребителя осваивать новый "формат"...?

Offтопик:
да нет тут никакого заговора, CD удобнее винила, мп3 удобнее CD, компрессированные сигнал удобнее некомпрессированного, можно слушать и дома и в машине. И исчезновение высококачественных источников выбор который сделал потребитель

[sirogaz]

Offтопик:

И исчезновение высококачественных источников выбор который сделал потребитель

Потребитель он ведь разный. В частности посетители сего уважаемого
форума.

[TRANTOR]

Флудеры.

кучу выходников в паралель и столь чепорно относится к правильности разводки самой аналоговой платы....

+1 И еще добавим полную стабилизацию питания, перекрестно-симметричный мост, первый полюс >200 КГц, УПТ и будет окончательный рулез!

[funny the rat]

В частности посетители сего уважаемого форума.

Offтопик:
так ведь нас и есть, исчезаюшее меньшинство

Свирепствуя в ереси, можно даже вспомнить

какая тут ересь, одни слышат другие нет, те кто нет, с пеной у рта доказывают что мы все сумашедшие , а я не вижу смысла спорить, непрактично это как то.
1. +1
2. не дает представления о работе динамика сказал бы не о работе, а о звучании динамика
3. трудно быть не согласным, просто интересно каков минимум . к примеру у лофтеров это что минимально возможная?
4. +1

[Kompros]

А как такой тезис: динамики с низким чутьем требуют подведения большей мощности => менее восприимчивы к "не полезным" шумам по питанию.

[Gajdar]

Kompros и менее восприимчивы к воспроизведению Атаки, установления тона, реверберациям, вибрато, затуханиям и послезвучаниям. Т.Е. за счет большой инерционности подвижки, эти динамики слабо реагируют на малосигнальные изменения по отношеию к динамикам, где мотор очень хорошо контролирует подвижку.

[Nota Bene]

менее восприимчивы к воспроизведению Атаки, установления тона, реверберациям, вибрато, затуханиям и послезвучаниям. Т.Е. за счет большой инерционности подвижки, эти динамики слабо реагируют на малосигнальные изменения по отношеию к динамикам, где мотор очень хорошо контролирует подвижку

Gajdar, не забывайте добавлять слово ИМХО, пожалуйста. А то неокрепшие умы могут принять ваши слова за истину в последней инстанции
ИМХО

[gross]

Т.Е. за счет большой инерционности подвижки, эти динамики слабо реагируют на малосигнальные изменения

Я предлагаю вам после столь развернутых теоретических предположений обратиться к измерениям. Разработать модель, способ, и показать на опыте, что ГГ с низкой чувствительностью

менее восприимчивы к воспроизведению Атаки, установления тона, реверберациям, вибрато, затуханиям и послезвучаниям

[Zotoff]

Сообщение от Gajdar
<< ограничим средним источником типа магнитофона кассетника и определим в 60дб >>

Не так уж это и много...

Например, уровень шума магнитофона -60db отчетливо прослушивается в колонках во время пауз между фонограммами.

Я когда-то проводил сравнение разных микрофонных усилителей и пришел к выводу, что шум практически не воспринимается ушами при уровне -80db. Т.е. нет разницы (для ушей) какой именно шум -80db или -100db.

А все, что выше уровня -80db - заметно на слух!

Тоже самое и с низкочастотым фоном...

[gross]

нет разницы (для ушей) какой именно шум -80db или -100db

Верно. Если к уровню шумов жилой комнаты (30 дб) добавить эти 80 дб, то получится 110 дб. Слушают же как правило на громкости ниже 110 дб. Поэтому шумы фонограммы+уся (-80 дб) оказываются ниже шумов комнаты и поэтому не слышны. В то же время динамический диапазон головок, определяемый опытным путем, составляет как минимум 120 дб.

[Gajdar]

По мотору

Магнитная индукция в зазоре 1.7 тесла скажем (17000 гаусс)... но ведь суммарная мощность магнитного поля будет с учетом как раз периметра и высоты катушки в магнитном поле -т.е. сколько веберов будет воздействовать на катушку в зазоре??? Это физические размеры катушки по высоте и естественно по периметру.. определят сколько веберов воздействуют на проводник... Таким образом, понятие плотность магнитного поля в зазоре Flux Density нам еще мало о чем говорит, нужно понятие Total Flux, которое уже точнее скажет какова эта магнитная сила для конкрентоно динамика B.
Например, некоторые 12" Гудманса и Танноя (Аксиом 301 и РедМонитор в частности) имели похожие парамтры. Индукция в зазоре около 17000 линий, или гауссов или 1.7 теслы. При этом суммарная магнитное поле (воздействующее на катушку) равно 183000 и 172000 максвелов соответственно. Т.Е. даже при одинаоковой индукции, эта самая B будет сильно зависить от динамика и от uабаритов "проводника" который и двигается в поле при подаче I.

Те же Гудманс
Если же взять 10 ку и 12шку Гудманса -
Индукция в зазоре 1.35 теслы (13500 гаусс)
Сумарная мощность поля у Аксиом 10 10"=53000 максвеллов
У 12" Аксиома 201 при плотности 13000гаусс суммарное поле 87500максвеллов.
у 12" Аксиом 301 при плотности 16500 суммарна мощность поля
185000 максвелл.

И изменение плотности в зазоре на 25 процентов дает прирост суммарного поля в два раза по абсолютной величине???? Скорее там и размеры катушки разные. Этот показатель суммарной мощности поля с учетом размеров проводника и плотности поля в зазоре и являются основанием для расчета толкающей силы мотора на ряду с длиной проводника катушки??? Это и есть B?
Далее длина проводника в метрах и сила тока в амперах.

А чтобы все не офигели от маленького значения B в реалном зазоре реального динамика - все и пишут толко индукцию в зазоре, делая верхний фланец тонким. Вроде и индукция в зазоре высокая, а динамик низкочувтсительный и хиломоторный... ловкость рук и никакого мошенничества.... Кроме того, можно сделать намотку высокой - линейный ход будет большим..

Далее - что противодействует перемещению - собственно масса подвижки с воздухом и собственно очень полезная фишка из параметров
Тиля-Смолла Cms - механическое сопротивление подвеса перемещению ( в миллиметрах на ньютон). Вот эта штука и дает похоже нам представление что к чему - насколько производител нагрузил подвижку упругим подвесом для успокоения.
Если мы сейчас, да и вообще рассмотрим эти взаимовлияния -то уже ближе окажемся к пониманию энерговооруженности мотора динамика и инернтости подвижки в целом.
Вот два динамика для сравнения.
Mms SPL BL Cms Qms
B&C 12 CXL - LF 34 98 13.7 0.245 12.6
Boston RS12 m) 95 89 13.2 0.474 5.3
Если судить BL - то динамики имеют практические одинаковые параметры суммарного магнитного поля, приведенных к длине провода в катушке.
А вот дальше явно видно, что подвес у БнС гораздо жесче (почти в два раза по абсолютной величине и масса подвижки меньше в три раза).

Что интересно, есть вариант отображения BL не в тесла на метр, а в lb/A
фунты на ампер - вот это и сеть тяговое усилие мотора.
Один фунт сответствует 3,660252 ньютонам на поверхности земли и 373,2417 грамма. и у Бостоновского динамика, толкающая сила мотора составляет 2.963 фунта на ампер (1.1кг на ампер).
Что же у B&C
А почти тот же BL в теслах на метр дает 3.08 фунта на ампер(1.14кг/А=13.73Ньютонов на поверхности земли).
И далее уже суммарное сопротивление из массы подвижки и сопротивления подвеса.
Снижаем токи до наших условно средних 0,0014а тяговая сила мотора мотора = 1.6 грамма. Сколько будет в ньютонах... 0.01373Ньютон.
Если вспомнить про Cms в 0.25мм ( 245.5микрометров) на ньютон и массу подвижки в 35 граммов. Кто вычислит перемещение??? %)
И то же самое для второго динамика.
А тепеь снижаем толко один параметр у первого динамика - жесткость подвеса и ставим в тот же ящик... Что такое жесткость пружинки в 0.25мм на ньютон силы в 13.73Ньютон и для 0.01373Ньютон при единой массе подвижки в 40 граммов (0.3923ньютон).
Чета много цифирь написал - трудно для осмысления.

Gajdar добавил 25.07.2006 в 12:35
ИМХО лучше поздно чем никогда отныне и вовеки веков. )))))

По мотору

Магнитная индукция в зазоре 1.7 тесла скажем (17000 гаусс)... но ведь суммарная мощность магнитного поля будет с учетом как раз периметра и высоты катушки в магнитном поле -т.е. сколько веберов будет воздействовать на катушку в зазоре??? Это физические размеры катушки по высоте и естественно по периметру.. определят сколько веберов воздействуют на проводник... Таким образом, понятие плотность магнитного поля в зазоре Flux Density нам еще мало о чем говорит, нужно понятие Total Flux, которое уже точнее скажет какова эта магнитная сила для конкрентоно динамика B.
Например, некоторые 12" Гудманса и Танноя (Аксиом 301 и РедМонитор в частности) имели похожие парамтры. Индукция в зазоре около 17000 линий, или гауссов или 1.7 теслы. При этом суммарная магнитное поле (воздействующее на катушку) равно 183000 и 172000 максвелов соответственно. Т.Е. даже при одинаоковой индукции, эта самая B будет сильно зависить от динамика и от uабаритов "проводника" который и двигается в поле при подаче I.

Те же Гудманс
Если же взять 10 ку и 12шку Гудманса -
Индукция в зазоре 1.35 теслы (13500 гаусс)
Сумарная мощность поля у Аксиом 10 10"=53000 максвеллов
У 12" Аксиома 201 при плотности 13000гаусс суммарное поле 87500максвеллов.
у 12" Аксиом 301 при плотности 16500 суммарна мощность поля
185000 максвелл.

И изменение плотности в зазоре на 25 процентов дает прирост суммарного поля в два раза по абсолютной величине???? Скорее там и размеры катушки разные. Этот показатель суммарной мощности поля с учетом размеров проводника и плотности поля в зазоре и являются основанием для расчета толкающей силы мотора на ряду с длиной проводника катушки??? Это и есть B?
Далее длина проводника в метрах и сила тока в амперах.

А чтобы все не офигели от маленького значения B в реалном зазоре реального динамика - все и пишут толко индукцию в зазоре, делая верхний фланец тонким. Вроде и индукция в зазоре высокая, а динамик низкочувтсительный и хиломоторный... ловкость рук и никакого мошенничества.... Кроме того, можно сделать намотку высокой - линейный ход будет большим..

Далее - что противодействует перемещению - собственно масса подвижки с воздухом и собственно очень полезная фишка из параметров
Тиля-Смолла Cms - механическое сопротивление подвеса перемещению ( в миллиметрах на ньютон). Вот эта штука и дает похоже нам представление что к чему - насколько производител нагрузил подвижку упругим подвесом для успокоения.
Если мы сейчас, да и вообще рассмотрим эти взаимовлияния -то уже ближе окажемся к пониманию энерговооруженности мотора динамика и инернтости подвижки в целом.
Вот два динамика для сравнения.
Mms SPL BL Cms Qms
B&C 12 CXL - LF 34 98 13.7 0.245 12.6
Boston RS12 m) 95 89 13.2 0.474 5.3
Если судить BL - то динамики имеют практические одинаковые параметры суммарного магнитного поля, приведенных к длине провода в катушке.
А вот дальше явно видно, что подвес у БнС гораздо жесче (почти в два раза по абсолютной величине и масса подвижки меньше в три раза).

Что интересно, есть вариант отображения BL не в тесла на метр, а в lb/A
фунты на ампер - вот это и сеть тяговое усилие мотора.
Один фунт сответствует 3,660252 ньютонам на поверхности земли и 373,2417 грамма. и у Бостоновского динамика, толкающая сила мотора составляет 2.963 фунта на ампер (1.1кг на ампер).
Что же у B&C
А почти тот же BL в теслах на метр дает 3.08 фунта на ампер(1.14кг/А=13.73Ньютонов на поверхности земли).
И далее уже суммарное сопротивление из массы подвижки и сопротивления подвеса.
Снижаем токи до наших условно средних 0,0014а тяговая сила мотора мотора = 1.6 грамма. Сколько будет в ньютонах... 0.01373Ньютон.
Если вспомнить про Cms в 0.25мм ( 245.5микрометров) на ньютон и массу подвижки в 35 граммов. Кто вычислит перемещение??? %)
И то же самое для второго динамика.
А тепеь снижаем толко один параметр у первого динамика - жесткость подвеса и ставим в тот же ящик... Что такое жесткость пружинки в 0.25мм на ньютон силы в 13.73Ньютон и для 0.01373Ньютон при единой массе подвижки в 40 граммов (0.3923ньютон).
Чета много цифирь написал - трудно для осмысления.
Ну а дальше - только опыты и измерения. Жаль времени нету. Попробую на ноэме на 12" поэкспериментировать с разными магнитными системами. Есть там пара с кобальтовыми магнитами - отказался заказчик - вот и лежат.

[AudioKiller]

По сути - все читал невнимательно , но тема поднята правильная и интересная. Хоцца сказать (может повторюсь, может ошибусь - мозги кипят):

1. Работа на "микроваттах" конечно важна, но обычно такую мощность составляюб "хвосты" звуков. И все это тонет во внешнем шуме + реверберация. Поэтому не так страшно.

2. Тем не менее, производители оборудования не стараются обеспечить эту работу. Тут приводились в пример характеристики TDA7294. Вы посмотрите на LM3886 - там вообще ужас на долях ватт! Но указывается параметр не Кг, а THD+N, т.е. за шумами можно скрыть что угодно.

3. Режимы АВ, и даже В, которые продвигают из-за экономичности (а вы видели радиаторы в современных аппаратах: фольга да и только, зато за 3 копейки!) - они как раз на маленькой громкости могут лажать.

4. На самом деле (см. пункт 1) важна не столько работа на малой громкости, сколько линейность тракта по всей амплитудной характеристике и на всех частотах. А тут с этим проблема. Частота 1-го полюса (об этом говорилось) ниже 50 кГц - это гибель. На ВЧ линейности не будет.

5. И сама линейность - это как раз и прередает (и искажает!) микродинамику - очень важна. Причем на всей амплитудной характеристике. Но за ней на самом деле гонятся только
"лампадники" (у них и лампы линейные). А у "каменьщиков" изначально трындец - передаточная характеристика транзистора - экспонента, там нелинейности пруд пруди. Причем (если ее оценивать гармониками) она высокого порядка, но на это все милостиво кладут. См. http://www.milleraudioresearch.com/d...ervsxax5i.html - исследование гармоник учитывает только 3 высших из 10 как минимум (судя по их амплитудам, там их присутствует не меньше 40). Причем эти более высокие гармоники имеют огромные амплитуды, ими пренебрегать нельзя!

6. А вспомните, как нас учат, что "небольшой клиппинг - это не страшно, а в лампах даже полезно"!

7. Для того и придумали Кг, чтобы это все оценивать (а теперь придумывают как его обойти, чтобы в паспорте цифирки былы покрасивше). И при значениях Кг менее 0,005% (для действительно высокого качества) важно буквально все - правильная разводка, хорошее питание (а это деньги, блин, масса, габариты, тепло... - понятно что его никтоне делает).

8. А когда речь идет о ловле блох, то и все остальное тоже важно. Те же провода (там никакого волшебства). Просто плохой контакт уже вносит искажения на уровне (а то и выше) хорошего усилителя. А ВЧ помехи, наведенные на кабель и проникающие в усилок?

9. И сами динамики.

10. И фильтры, которые рассчитывают по АЧХ, а что там с "тонкими материями" никто не смотрит, хорошо хоть конденсаторы подбирают "на звук".

11. А катушки фильтров - посмотрите как мотают - большого диаметра и мизерной длинны. Легко доказать, что именно такая конструкция наименее помехоустойчива. И даже если их размещаешь перпендикулярно, все равно друг на друга влияют. Я прикидывал - сущие копейки, но об них же и речь.

12. И еще чего-то до фига...



ЗЫ крик души, поэтому несколько сумбурно и многословно

[Nota Bene]

А у "каменьщиков" изначально трындец - передаточная характеристика транзистора - экспонента, там нелинейности пруд пруди.

Это справедливо при одном условии - на входе (базе) - напряжение, на выходе (коллекторе) - ток. При токовом управлении биполярным транзистором получается параболическая проходная характеристика. Делайте выводы...

[AudioKiller]

Nota Bene
Согласен, но:
1. Не совсем чистая парабола, все же порядок нелинейности большой.
2. Не получается все 100% транзисторов перевести на токовое управление.
3. А и пофигу - при желании и умении всегда можно сделать транзисторный усилитель, который будет не хуже заданного лампового (обоснованное ИМХО).
4. И вот это еще, например, https://www.vegalab.ru/index.php?opt...=165&Itemid=52

[Nota Bene]

2. Не получается все 100% транзисторов перевести на токовое
управление.

А все и не надо - с теми, что в "А" работают можно управлять как током , так и напряжением,- все равно режим работы - на линейном участке характеристики. А вот выходные каскады в "АВ" желательно делать с токовым управлением. Дополнительный бонус - уменьшение тепловых искажений, связанных с динамическим термическим изменением Uбэ. Фактически лучшая стабилизация режима работы.

[AudioKiller]

что в "А" работают можно управлять как током , так и напряжением,- все равно режим работы - на линейном участке характеристики

Дык я про то, что согласно уравнению Эберса-Молла, даже на линейном участке (правильнее сказать в активном режиме) все равно экспонентой описываются. А АВ - я недолюбливаю. Я считаю, что это "детская болезнь" разработчиков, которая живет только из-за энергосбережения (а от режимов типа Супер-А отказались из экономии - все равно народ дурак, и слушает мр3, а кто не такой - рекламой подрихтуем).

По теме - ИМХО все же микродинамика больше от динамиков зависит, чем от усилков. И еще связка усилитель-динамик. Например, повысили выходное сопротивление - где-то лучше стало...

[Алексей]

перекрестно-симметричный мост

На кой хрен мост? Просто по балансной схеме. Если на "песке", то с ключами одного типа проводимости...

И вообще, пока не решена "комнатная" проблема, все разговоры про микронюансы, послезвучия, реверберационные хвосты и прочую "аудиосоль" яйца выеденного не стоят...

[TRANTOR]

Алексей
В "просто балансной" не очень "честная" симметрия получается. К тому же, для получения больших мощностей, не надо многоступенчатое питание городить. ;)

[Nota Bene]

И вообще, пока не решена "комнатная" проблема, все разговоры про микронюансы, послезвучия, реверберационные хвосты и прочую "аудиосоль" яйца выеденного не стоят...

Одно не исключает другого. Если все эти "аудиофильские" рюшечки тонут (маскируются) в частоколе излученных интермод, то нормально услышать их тоже не дано
И тут я на 100% согласен с AudioKiller*ом по поводу важности связки - усилитель-динамик. Особенно в плане уменьшения нелинейности.