Для чего нужна цепь цобеля в акустике
Необходимая часть цепи Цобеля для широкополосного динамика
Я кратко коснусь вопроса подбора параметров цепи Цобеля для широкополосного динамика с импедансом 4 Ом.
Импеданс динамика в зависимости от частоты выглядит так:
Расчеты из разных источников дали следующий результат: R=5 Ом, С=5,85 мкФ. Ставим Цобель R=5.1, C=3.3+2.2=5.5
Уменьшим аккуратность измерений. Это не так важно. Смотрим:
Снизим сопротивление R с 5,1 Ом до 4,7 Ом:
До этого момента применялись пленочные конденсаторы, аналог к73-17 (Suntan). Заменим на неполярные электролиты 10 мкФ:
Изначально я по наитию взял вариант цепи R=3.9 Ом и С=44 мкФ, но почему-то решил заняться теорией и попробовать оптимизировать параметры. Вообще, было так:
Ну, несколько промахнулся, но двигался в правильном направлении.
Установим динамик в колонку. Послушаем. Ок. Заметен горб на 100 Гц. Добавим еще 10 мкФ:
Воспользуемся функцией прогдаммы наложения графиков и сравним импеданс динамика с цепочками Цобеля в двух вариантах:
Прогоним цепь по известной программе СЕС:
Главное, чтобы у вас появилось понимание вопроса. Добавлю, что средняя измеренная индуктивность катушки динамика составила 0,146 мГн.
Не могу утверждать, что наличие цепи Цобеля не оказывает влияние на конструирование фильтров разделения частот в многополосных АС. Расхожие выводы на эту тему часто встречаются в сети. Дословно не помню, но говорится о том, что отсутствие цепи Цобеля как элемента согласования разделительных фильтров и динамиков может кардинально нарушить работу этих фильтров.
Закончить эту тему пока не получается. Возможно будут всплывать новые факты, новые решения.
Попытка настройки цепи имени Цобеля
Меня часто спрашивают: как настроить цепь Цобеля?
Этого толком никто не знает. Даже сам Цобель. Даже его соратник – инженер Пупин, с его пупинизацией телеграфных линий. Я тоже не знаю. Но, пытаюсь разобраться. С чисто электрической точки зрения. Поскольку с точки зрения электродинамического ГГ цепи Цобеля принципиально недостаточно для компенсации всей «кривизны» импеданса такого ГГ. Особенно «на ВЧ». А всё дело в том, что импеданс ГГ не представляет собой простейшей LR-цепи. Достаточно много в нём составляющих. Заканчиваются они токами Фуко в магнитопроводе магнитной системы. Поэтому, нормально работать любые фильтры будут лишь по приведению импеданса ГГ к чисто резистивному.
Но это всё лирика. Пока у нас ничего не скомпенсировано, предлагается хотя бы Цобеля настроить правильно (здесь тоже есть один вопрос, который в данное время изучается).
На рис.1 представлена принципиальная электрическая схема идеальной АС. Как видите, ГГ в ней представлены в виде резисторов. Собственно именно это (заменить реальные ГГ резисторами точно такого (Re) номинала) необходимо сделать при точной настройке фильтра для вашей АС. Когда эта операция произведена, остаётся лишь проверить (и при необходимости «уточнить») настройку фильтра. Для этого необходимо на клеммы 1-2 (см. рис.1) подать синусоидальное напряжение с частотой равной частоте «раздела» в вашей АС. Затем нужно проконтролировать напряжение на выводах L1 и затем на выводах С1. При правильно настроенном фильтре значение этого напряжения составит –3 дБ от напряжения на клеммах 1-2 (см. статью соответствующую статью). Это и является критерием правильности настройки фильтра. При этом токи в нагрузках НЧ и ВЧ ветвей фильтра имеют задержку и опережение, относительно входного тока, соответственно на ±45 гр.
Предположим, что фильтр настроен точно. Тогда заменяем один из наших резисторов реальными ГГ (считается здесь, что все работы по подгонке сопротивления ГГ и их чувствительности уже выполнены). Например НЧ ГГ. Параллельно катушке ГГ включается цепочка имени Цобеля, представляющая собой резистор с сопротивлением постоянному току равным таковому у катушки ГГ, т.е. Re (именно ГГ, а не суммы сопротивлений катушки ГГ и подгоночного резистора) и конденсатора включенного последовательно этому резистору. Ёмкость этого конденсатора нам и предстоит выяснить.
Вновь подаём на входные клеммы АС 1-2 (см. рис.2) синусоидальное напряжение с частотой равной частоте «раздела» и контролируем напряжение на элементе фильтра (L1 для НЧ ГГ или С1 для ВЧ ГГ) соответствующем подключенному ГГ. Оно явно отличается от значения –3 дБ относительно напряжения на входных клеммах (1-2) АС. Подбираем значение ёмкости конденсатора в цепочке Цобеля до тех пор, пока не будет достигнуто отношение напряжений (-3 дБ) на элементе фильтра (L1 для НЧ ГГ или С1 для ВЧ ГГ) к напряжению на входных клеммах АС (1-2). По окончанию настройки одной из ветвей фильтра заменяем второй резистор реальным ГГ и повторяем процедуру настройки.
В итоге мы добиваемся равенства импеданса реального ГГ на частоте «раздела» его сопротивлению на постоянном токе (Re).
Примечания:
Автор работы: Евгений Бабиченко, 5 июня 2005, Одесса.
14 комментариев: Попытка настройки цепи имени Цобеля
Дело в том, что индуктивность звуковой катушки (ЗК) не постоянна, а немного зависит от частоты. Поэтому простой расчет может вызвать большой промах. Настройка на эквивалентном резисторе – тоже. В конце концов приходится настраивать на реальном динамике, и при этом подбирать и резистор, и конденсатор цепи Цобеля. Причем полной компенсации во всем частотном диапазоне ВЧ головки не получается. Компенсируешь в области частоты среза фильтра ВЧ, через который подключена ВЧ головка, чтобы он (фильтр) работал максимально правильно.
——————————————–
Ребята! Извините – пятнистый глюк приключился! Я в своем комментарии написал ВЧ головка, но на самом деле набирал текст “НЧ/СЧ головка”.
Как раз стыковка полос НЧ/СЧ и ВЧ динамиков требует на НЧ/СЧ обязательно ставить цепь Цобеля. А неопределенность индуктивности (точнее ее неравенство значению Le из документации) заставляет подбирать R и С врукопашную по кривой импеданса, а потом еще и снимать акустическую АЧХ, чтобы не промахнуться.
Т.е. речь идет о НЧ/СЧ динамике, а не о ВЧ как у меня почему-то написалось. Для ВЧ динамика Цобель не нужен.
Мысль посетила. Для уменьшения уровня несильного дальнего пика у басовика попробовать катушку и ТОЛЬКО резистор в параллель динамику.
Работает прекрасно такой вариант, а добавка конденсатора- улучшает презенс, выделяя голос, за счет конденсатора подтяжка идет на участке 1000-1300гц.
Резистор размывает этот резонанс до нормы.
Всё красиво, но интересно узнать график импеданса особенно при 68 мкФ + 0,3 Ом параллельно динамику – на СЧ усилителю не поплохеет?
Ну если интересует… Опаньки. А нишиша ЧХ сопротивления второго с резистором не хороша: просела до 2,3 Ома, потому что всего 5 Ом в параллель динамику. Не выполнил свою же рекомендацию. Итого счёт 3:4 не в пользу второго с малым резистором. А победитель – полторашник, однако.
Параметры кривых те же. Вносимый фильтром фазовый сдвиг. Вариант с резистором в параллель и тут посередине между катухой соло и Цобелем. Второй порядок резко уходит в отрыв ещё в полосе пропускания. Рисунок интересен для понимания стыковки полос при разных ФНЧ.
Кроме того, нехорошо ставить резистор в параллель динамику с сопоставимым с динамиком сопротивлением. Отдача на НЧ падает чувствительно. Вот пример. На 100 Гц убилось 1дБ отдачи при полном выравнивании горба, и это при катушке всего 1,3 мГн, намотанной толстенным проводом, активное всего 0,25 Ом.
У варианта с Цобелем и допцепочкой два недостатка: больше деталей и невозможность регулировки резистором. Выше 1,5 кГц второй порядок режет круче.
Спарринг с очевидным соперником – “полторашником”. Номиналы последнего подобраны до совпадения АЧХ на СЧ. Проигрыш последнему по НЧ,а горб от “эффекта накачки” – меньше. НО выиграл по меди (1,3 мГн против 2,1 мГн), и лучше ЧХ сопротивления. Очевидно, что второй порядок с резюком – не панацея. Хотя… он победил со счётом 4:2! Браво!
Следовательно, в Кубиках можно применить полторашник, с улучшением уровня НЧ. Не задаром, за медь.
Саша, ты ведь басовик питал НЕ от транзисторного усилителя с низким выходным сопротивлением? Тот, который с параллельным конденсатором.
Николай, симуляция не катит! Слишком большая погрешность. Индуктивность ЗК зависит от частоты и величины хода диффузора.
От транзисторного, естессно. Под ламповый унч у меня другие колонки, там учтено.
Индуктивность ЗК сильно зависит от частоты, знаю и использую в последнее время сложные схемы замещения. Похоже, Вы не читали моё сообщение шестью постами выше, а там ссылка на схему. А схема получена подбором вручную по максимальному совпадению с ЧХ сопротивления рабочего динамика. Но вот с погрешностью от хода диффузора не соглашусь. Ни разу в литературе не встречал поправок на амплитуду, всегда принимается, что средняя индуктивность за период равна таковой при малом сигнале, при измерении. Ну а если слушать при такой амплитуде, что средняя индуктивность значительно отличается от малосигнальной, то и гармоники просто зашкалят, тогда уже всё равно, на какую сторону сдвинута тюбетейка…
Для чего нужна цепь цобеля в акустике
Компенсация индуктивности звуковой катушки.
Схема компенсационной цепочки Цобеля.
Импедансная кривая динамика Polk Audio db4510 с компенсацией индуктивности и без.
АЧХ кроссовера с фильтрами первого порядка на частоту 3 кГц при активной нагрузке. Идеальный, так сказать, случай.
При реальной нагрузке от красивых АЧХ не остается и следа.
Компенсация индуктивности головок позволяет привести характеристики разделительных фильтров в чувство.
Давайте посмотрим. Вот совершенно реальная ситуация: 4-дюймовая мидбасовая головка Polk Audio db4510. По калибру и повадкам отлично работает и в роли среднечастотной в трехполосной системе. Кривая импеданса, измеренная у этой головки, показана на рисунке синим. Внизу – ясно, резонансный пик, не о нем сейчас речь. Посмотрите повыше по частоте: сопротивление растет, да еще как! Если молча рассчитать разделительный фильтр, исходя из номинального сопротивления динамика (4 Ом), он мало на что будет годен: на частоте раздела, скажем, 4 кГц сопротивление динамика больше 8 Ом, а выше – доходит до 20 Ом. Чтобы привести импеданс головки в чувство, применяют так называемые цепи Цобеля. Очень простые: параллельно со звуковой катушкой включается RC-цепочка с номиналами, рассчитанными исходя из индуктивности звуковой катушки и ее сопротивлению постоянному току.
Рэй Олден, автор одной из самых популярных книг по акустике, советует делать так: Rко = 1,25 Re; Ско = Lvc/R2е. Тогда по расчету получается 4,5 Ом и 7,9 мкФ. Снова измеряем импеданс: стало намного лучше (оранжевая кривая), значение нигде не вылезает за 5 Ом, но все же компенсация неполная. Тогда подбираем емкость опытным путем, при номинале 14 мкФ получается идеально (зеленая кривая).
А что делать, если индуктивность звуковой катушки неизвестна? Ведь изготовители ее приводят не всегда. Есть решение, и очень простое, буквально в три приема. Ну, в четыре.
1. Измеряете сопротивление звуковой катушки постоянному току Re. Омметром, нет ничего проще.
2. Измеряете известными способами импеданс головки на разных частотах и находите значение частоты f, где импеданс станет равным удвоенному значению Re.
3. Теперь с помощью банального калькулятора вычисляете необходимый номинал емкости по формуле: Ско = 160/(Re x f). Это если сопротивление в омах, частота – в килогерцах, а номинал емкости – в микрофарадах.
4. Номинал резистора – по-прежнему Rко = 1,25 Re.
В нашем примере такой сверхупрощенный метод дает Rко = 4,5 Ом; Ско = 10 мкФ, то есть между расчетным и опытным значениями. Для практики такой точности хватит за глаза.
Теперь законный вопрос: а надо ли было это все делать? Точнее, а что будет, если этого не делать? Посмотрим и на это. Вот пример простейшего, почти детского кроссовера первого порядка на частоту раздела 3 кГц. Все путем: ФВЧ пропускает верхние частоты, ФНЧ – нижние, по специальности, в сумме – горизонтальная АЧХ. Но это – результат моделирования при активной нагрузке, то есть оба динамика заменяются резисторами по 4 Ом на душу населения.
Теперь заменим резисторы эквивалентами реальных динамиков с индуктивностями звуковых катушек 0,3 мГ для НЧ-головки и 0,2 мГ – для ВЧ. Значения не далекие от реальных. Ну, может, для пищалки чуть больше типичного, но это – для наглядности.
Посмотрите, что произошло. Фильтр нижних частот, и так-то с не фантастической крутизной, превратился почти в фикцию: ослабление на 10 кГц едва 4 дБ. А ФВЧ, наоборот, стал не в меру агрессивным, вблизи частоты раздела крутизна приближается к характерной для фильтра второго порядка, потому что индуктивность головки начинает работать как часть фильтра.
А суммарная характеристика – слезы да и только. Не о таком мы мечтали.
А вот что будет, если параллельно с обеими головками включить компенсирующие цепочки Цобеля, рассчитанные, как говорилось: характеристики обоих звеньев фильтра приходят в норму, а суммарная АЧХ, пусть и не окончательно, но становится горизонтальной. Небольшая неравномерность – результат того, что приведенная методика все же упрощенная. Но, как видите, результат более чем впечатляющий.
Тут возникает второй закономерный вопрос: если без компенсации так плохо, а с ней так хорошо, почему такие цепочки встречаются не во всех кроссоверах? Причин, как всегда, две. Первая: некоторым производителям лениво и/или дорого. Это – тривиально. Второе – менее тривиально. Есть мнение, подробно обсуждать которое мы сейчас не будем, просто примем к сведению, что компенсация индуктивности портит звук на реальном музыкальном материале. Основания для такого мнения вот какие: музыкальный сигнал по природе в основном импульсный. А если параллельно с головкой включена емкость, то приходящим импульсом она зарядится, несколько смазав фронт, а после окончания импульса емкость будет разряжаться через динамик, затягивая спад импульса. Поэтому некоторые, вполне добросовестные, производители акустики предпочитают цепочек не ставить, а неравномерность АЧХ устранять, индивидуально подбирая характеристики звеньев фильтра. Кто прав? А в акустике нет окончательных ответов. Есть взгляды, мнения и школы. Так что тут уж вы сами.
Опции темы
Если да то как приблизительно? Или задержки там какие. с ней есть какие то нехорошости?
Получается что выгоднее шунтировать Цобелем верхнею середину.. что дает возможность использовать менее крутой ФНЧ тем самым уменьшая накрутку фазы?
Ka4aN, имел ввиду Цобеля на выходе усилителя.
а в фильтрах АС крутят фазу тоже. чудес не бывает. просто крутят их меньше.
лучше это все наглядно посмотреть в симуляторе.
например в LspCAD-е
Ka4aN, имел ввиду Цобеля на выходе усилителя.
а в фильтрах АС крутят фазу тоже. чудес не бывает. просто крутят их меньше.
лучше это все наглядно посмотреть в симуляторе.
например в LspCAD-е
На выходе УМ не Цобель, а Буше нужен и важен(и (или) Тиль на крайняк). А еще лучше добиться устойчивости усилителя и выбросить все лишнее.
который от самовозбуда в усе?
либо в составе фильтра АС для выравнивания импеданса (и/или коррекции АЧХ) после последовательного элемента фильтра?
1) что такое «фаза излучения денамека?»
2) задержки чего относительно чего?
3) кто такая «ней»?
4) кто такой «его»?
5) частота «около 90» чего-чего? попугаев или зайцев ПЦ?
6) частота чего? Цобеля денамека излучения фазы?
фазу меняет. но в зависимости от добротности RC-цепочки по отношению к импедансу, фазовый сдвиг будет на определенных частотах.
то есть по факту Цобель в фильтре можно рассматривать как второй порядок с пониженной добротностью.
Не переписывайте мне свою безграмотность.
а если убрать L2, то смысл в Цобеле теряется при использовании источника с нулевым выходным сопротивлением.
параллельный фильтр не оказывает влияния на АЧХ. а форма импеданса далеко безразлична для работы усилителя, т.к. динамик управляется напряжением, а не током.ни первый ни второй ни третий ничего не крутит.
А как по вашему с точки зрения рекуперативных способностей цепочки Зобеля? Отдача-накопление энергии.
Проектирование и расчёт пассивных разделительных LC фильтров
(кроссоверов) для акустических систем
Онлайн калькулятор акустических фильтров 1. 6-го порядков: нижних частот (ФНЧ) для
низкочастотных динамиков, фильтров верхних частот (ФВЧ) – для высокочастотных,
а также полосовых фильтров (ПФ) – для среднечастотных.
Расчёт согласующей цепи Цобеля и Г- образного аттенюатора для громкоговорителя.
Часть ответов на эти вопросы можно найти в довольно показательной таблице сравнительных характеристик различных фильтров, опубликованной в журнале «Автозвук», № 5/2001.
Таблица примечательна тем, что в ней приведены только реально применяемые кроссоверы без упоминания редко используемых типов фильтров, а также фильтров с нежелательными для акустики свойствами.
Краткая сравнительная характеристика разделительных фильтров акустических систем