Размышлизмы о катушках индуктивности в фильтрах акустических систем
Почему катушки должны быть намотаны проводом диаметром 2 мм?
Мы с товарищем как-то давным-давно делали совершенно одинаковые АС, т.е. прям абсолютно, ящики и динамики были, как однояйцевые близнецы. Разница была только в том, что он, маньячина, намотал катушки проводом диаметром 2 мм, а я подумал – а что, вот тут же она (катушка) на землю идёт, сигнал же не через неё, тут вот тоже вроде. Так что намотаю-ка я тонким проводом, но чтоб не терять звук на высоком сопротивлении катушки, намотаю на железе. Провода уйдёт меньше, а значит, и сопротивление будет, как у него на воздухе толстым проводом, тем более, что вон везде же продаются такие катушки на феррите или на железе трансформаторном, да ещё бренды не хилые так делают, а как считается – там ведь не дураки сидят! Значит и мне тоже можно так сделать. Сказано – сделано! Слушаю у него, слушаю у себя, у него есть «воздух» в звуке, у меня нет. Привез к себе всю его аппаратуру, чтоб только колонки разные были, а всё остальное от источника до акустических проводов одинаковое. Опять нет воздуха! «Твою ж мать», — думаю. Ладно… Переделал фильтры на катушки с толстым проводом, и вуаля – всё появилось! Сопротивление моих «тонкопроводяночных» катушек на железе было такое же, как у его катушек толстым проводом на воздухе. Почему катушки проводом тоньше, чем 2 мм сжирают «воздух» в звуке – не знаю. Скин-эффект на таких частотах меньше мизерного, что там ещё может быть – непонятно, но «фак» остаётся «факом». С тех пор в свои АС я не ставлю ни каких катушек, кроме тех, что намотаны проводом 2 мм. И вам всем советую не давать волю жабе при выборе катушек индуктивности для фильтров акустических систем.
Полностью солидарен с автором.
Users who have LIKED this comment:
Все верно. Сказанное ниже относится не только к железу, но к любому ферромагнитному материалу. Слово «железо» употребляется для простоты.
1. Железо нелинейное. Причем на самом деле нелинейное и на малых амплитудах тока намотанной на нем катушки. Причем сами параметры нелинейности железа меняются с амплитудой тока катушки. Что вносит совершенно противоестественные гармонические и интермодуляционные составляющие. Хоть они и малы (при малых токах), но как раз забивают собой «воздух».
2. Магнитные свойства железа (и его нелинейность) зависят от частоты. То есть для разных составляющих спектра (например основного тона и его первого — самого сильного — обертона инструмента) свойства катушки будут разными и изменяться по-разному от уровня сигнала (например атака и затухание).
3. Нелинейность железа не только создает собственные нелинейные искажения. Изменение магнитной проницаемости, вызванное изменением тока катушки, изменяет (модулирует) ее индуктивность. В результате динамически изменяются параметры фильтра — не только частота среза, но и характеристическое сопротивление, ответственное за взаимодействие фильтра с нагрузкой (динамиком). И появляется параметрическая модуляция тока катушки самой катушкой — дополнительные искажения.
4. Железо имеет хоть и небольшой, но гистеререзис. Это вообще катастрофа — нелинейные искажения и модуляция индуктивности происходят «хаотично» (эффект «памяти» — начинает иметь значение в какую сторону изменяется ток: например, уменьшается после того, как увеличивался, или продолжает увеличиваться) и с некоторым переменным запаздыванием — величина тока должна измениться на определенную величину, а для этого требуется время, обратно пропорциональное скорости изменения тока. Есть мнение, что на «тонкие моменты» звука (вроде «воздуха»), гистерезис влияет даже сильнее, чем нелинейность магнитной проницаемости.
5. Феррит в этом плане хуже железа — у него все эти вещи выражены сильнее. Но у железа есть еще беда — вихревые токи в пластинах. С точки зрения сетевых трансформаторов ими можно пренебречь (железо и делают ради сетевых трансформаторов). А для гораздо более высокочастотного звука, тем более в котором изменения сигнала на «жалкие» 0,1% на самом деле хорошо слышны, влияние вихревых токов тоже сказывается неприятно (хоть и малозаметно).
6. А еще бывает, что пластины сердечника сложены недостаточно аккуратно, некоторые пластины «выпирают» из общей стопки. Таким пластинам достается больше всего, и они могут даже сильно насыщаться при работе.
7. Если катушка не пропускает через себя ток сигнала, а «уводит его в землю», как в ФВЧ через которые работают ВЧ динамики, эти негативные эффекты снижены (ток катушки не проходит через динамик), но все равно есть. В этом случае есть шанс, что искажения, вызванные влиянием железа, будут незаметны. Но это выясняется только экспериментально.
Жаль, что катушки с сердечником используются даже в дорогих Hi-End колонках (видел такие на MHES-2017).
И еще.
Практически все вышесказанное о железе относится и к выходным трансформаторам ламповых усилителей — это же тоже катушки на железных сердечниках. Но в ламповых усилителях этого никто не замечает — ведь это ЛАМПОВЫЙ звук!
В категорию катушек на железе также можно включить и все входные и переходные трансформаторы тракта усиления. Не следует забывать при этом и сам динамический громкоговоритель, катушка которого колеблется в условиях не совсем равномерного магнитного поля. Поэтому величина воздушности звучания является достаточно субъективным фактором не входящим в систему нормирования стандарта. Вероятно, что это тот случай когда прослушивание устройства даст больше информации чем инструментальные измерения.
Все говорят об петле гистерезиса , искажениях. Это все так, но … Все забывают что фильтры мотают для режекции определенных частот. В результате: в полосе пропускания они почти не влияют на сигнал, а в области заграждения не пропускают этот сигнал. Проблемными остаются только полосы среза характеристики фильтра. Вопрос состоит только в том, как сильно исказится сигнал на частоте резонанса? Да никак! если сердечник не вводить в насыщение. На остальных частотах это влияние будет еще меньше.
По поводу толстого или тонкого провода. Выходное сопротивление современного усилителя приближается к нулю. Это обстоятельство позволяет демпфировать динамик, тем самым снижая возможные резонансы и сглаживает общую характеристику всей системы. Попробуйте замкнуть выводы электродвигателя с постоянным магнитом и раскрутить ротор. Здесь действуют такие же законы физики.
Очень важно чтобы импеданс контура (ρ -иногда называют волновое сопротивление) совпадал с комплексным сопротивлением динамика. Их нужно согласовать, тогда сможете избежать подъема сигнала на частоте резонанса и сделать достаточно крутой спад характеристики.
Это в полосе пропускания фильтр не влияет на сигнал ??!!!
Катушка индуктивности с большим Ra заметно влияет на сигнал, ухудшая демпфирование динамика.
В фильтрах желательно обходиться без режекции.
Предварительно подобрав динамики по характерристикам можно использовать последовательную индуктивность с низким Ra в НЧ/СЧ фильтре. И очень успешно !