Назначение аудио конденсаторов в тракте акустики.

Существует популярный тезис о том, конденсаторы в тракте аудиосистем, не должны вносить искажения в сигнал, и нейтрально «звучать».

Этот тезис абсолютно не соответствует действительности. Для того, что бы полностью и гарантированно исключить искажения вносимые конденсаторами, достаточно тупо исключить конденсаторы из тракта.

А выделить полосы можно и в цифровом виде. Или фильтрами в слаботочных трактах, еще до усилителя, где искажения в силу линейности схемотехники и слаботочности цепей стремятся к нулю.

Очень многие это пробовали делать. Можете попробовать и вы. Но если нет желания тратить силы на «изобретение велосипеда», могу сразу доложить, какой результат вы получите. Разборчивость будет кратно лучшей. Это однозначный и абсолютный факт слышимый всеми.

Именно по этой причине, — никаких конденсаторов в сильноточный тракт студийных мониторных систем не ставят уже несколько десятилетий.

Разборчивость для мониторных систем это первичное требование. А конденсаторы вносят свои наборы специфических искажений, которые при мониторинге категорически недопустимы.     

Звучание мониторных систем можно характеризовать как стерильное. Для того, что бы отлавливать всякую «грязь» в записываемом или сводимом материале это очень хорошо. Но вот слушать музыку через них, удовольствие весьма сомнительное. Подробнее о мониторах можно почитать здесь — Студийные мониторы. Их отличие от бытовой акустики. Что у них не так?

Давайте рассмотрим, что же происходит при внесении конденсаторов непосредственно в сильноточный тракт акустических систем.

Возьмем так же, самый типовой случай, — деление твиттера на частоте 3.5кГц. Тогда твиттер будет воспроизводить порядка 2,5 октав. А середина его диапазона будет находиться приблизительно на частоте 8кГц. Таким образом, в средневзвешенном случаи, вторая гармоника будет отыгрываться на частоте 16 кГц. И эта вторая гармоника, добавляет «красивость» в итоговое звучание. Так как дублирует все звуки в унисон (ровно на октаву выше).

А диссонирующие, третьи гармоники, — «улетят» за пределы диапазона твиттера (выше 20 кГц).

По сути, реализуется процессор обработки, применяемый в студиях звукозаписи. Называется он Эксайтер (англ. exciter — возбудитель). Принцип его работы очень прост. Он добавляет искажения в высокочастотную составляющую звукового сигнала.

Эксайтер настолько популярен, что его даже встраивают проф. звуковые карты, вместе с базовым функционалом.

В эксайтере используется верхняя составляющая входного сигнала для генерации управляемых искажений, что приводит к созданию новых гармоник. Если эти гармоники в небольшом количестве подмешать к необработанному сигналу, это сделает его более ярким, громким и чистым.

Может показаться парадоксальным, но добавление гармонических искажений в ВЧ создает ощущение большей чистоты,  «плотности — пушистости» звучания.

Регулируемый фильтр высоких частот подает часть сигнала в цепь генератора гармоник. Можно менять частоту фильтра, обычно от 2 кГц до 6 кГц и выше (в зависимости от модели).

Бывает, что exciter имеет очень много настроек. Но обычно, достаточно всего двух ручек:  

Первая ручка, — с какой частоты требуется начинать вводить гармоники. Вторая, — в каком количестве эти дополнительные гармоники нужны. 

Аналогия с конденсаторами получается почти полная. Емкостью конденсатора можно выбрать, с какой частоты вы хотите насыщать звучание высокочастотными гармониками. А типом конденсаторов можно регулировать величину и характер этих искажений. Последний пункт имеет некоторые сложности. Так как искажения и их тип будут зависеть не только от конденсатора, но и от конкретной реализации усилительного тракта.

Прелесть в применении конденсаторов, для насыщения ВЧ спектра — насыщение гармониками происходит на выходе тракта. И гармоники получаются абсолютными по чистоте и красоте звучания.      

Аналогичный принцип используется в малоразмерных музыкальных центрах для создания ощущения большого количества баса. Обычно такая функция называются что-то типа «мега-бас». К конденсаторам это не имеет отношения. Мы рассказываем про принцип.

Для примера, АС муз. центра почти не играют 50Гц. Так вот, если взять сигнал 50Гц в усилительном тракте, и промодулировать его на частоте 100Гц… Не прибавить уровень на частоте 100Гц, а именно смоделировать гармоники крайних низких частот, — у слушателя создастся ощущение, что баса стало сильно больше.

Музыканты ведут активную борьбу за количество и качество гармонических искажений:

Подробнее здесь – В акустике не работает “принцип ксерокса.”  и «Энтропия в музыке«.

В практическом плане рекомендуется не впадать в крайности. Многочисленные тестовые «слепые» прослушивания дорогущих конденсаторов всегда показывают один и тот же результат. Ни кто не может ничего отличить! Кому интересно, можете почитать подробно здесь — звучание конденсаторов в фильтрах акустических систем.

То есть, «улучшение качества» конденсаторов посредством снижения их гармонических искажений приводит к отсутствию смысла их использования. Так как конденсаторы и используют именно для насыщения сигнала гармониками.

Графики искажений разных конденсаторов можно посмотреть здесь.

С другой стороны, не следует впадать в другую крайность. Электролитические конденсаторы в тракте избыточно слышны. «Ручку эксатера» явно требуется «крутить влево». И дело не только в количестве. Гармоники электролитических конденсаторов «мутные», они выпячивают множество не унисонных гармоник.

Катушка индуктивности в ВЧ фильтре может быть. И эта индуктивность разумеется добавляет порядок фильтра. Но по мимо этого, индуктивность так же влияет на характер генерируемых гармоник. Более качественные по звучанию гармоники получаются у катушек с большим сечением (1мм).   

Некой золотой серединой качества конденсаторов можно обозначить, что-то типа «советских» полипропиленовых К73-16, К73-17. И их зарубежных аналогов, маркируемых обычно CL21. Но сложность в том, что импортные CL21 непонятно кто и как делает. И это некая рулетка качества. Повсеместно китайские CL21 делают даже не с медными выводами (они магнитятся), из чего они сделаны остается только гадать. 

Обычно конденсаторы CL21 кратно дешевле К73-16, К73-17. И соответственно встретить в рознице К73-16, К73-17 достаточно проблематично. Так как формально они аналоги, а массово продают и покупают то, что дешевле. CL21 в Китае стоят копеечные цены, — конденсатор CL21.

В большинстве случаев дорогие аудио-конденсаторы, это только внешне красиво оформленные обычные полипропиленовые конденсаторы. Для красивости и солидности их делают на напряжение на 250- 400В.

Их тоже в промышленных объемах производят  и продают китайцы.

А электролитические конденсаторы обычно имеют номинал в микрофарадах значительно больший. Их солидный размер достигается уже фактом большой емкости. Соответственно на напряжение в 400В их почти не делают. Для успешных продаж достаточно уже 63-100В. Они уже при этом напряжении имеют вполне солидно смотрятся.

Ни каких своих конденсаторных заводов у рекламируемых аудио брендов нет.

Потому как, конденсаторный завод производит конденсаторы в количестве товарных вагонов. И обычно происходит просто перемаркировка относительно качественных конденсаторов и придания им «боевой» раскраски.  

Основной параметр конденсаторов, который характеризует их качество, — тангенса угла диэлектрических потерь.

Лет двадцать назад, когда небыли доступны точные LCR-метры, еще можно было дурить людям голову о существовании супер-пупер крутых конденсаторов. Но сейчас, можно взять LCR-метр, и посмотреть показания тангенса потерь.

Тангенс угла потерь:

• у нормальных сделанных пленочных порядка 0.004 tgδ
• у хороших электролитов порядка 0.04 tgδ (в 10 раз хуже)
• у электролитов сомнительных брендов порядка 0.25 tgδ (хуже в 50-100 раз)

Как это не покажется странным, но не сопоставимо большее значение в звучание, вносят не сами конденсаторы, а то, какие другие пассивные элементы будут находиться в фильтрах.

Если нормализовать вышеприведенные схемы по уровню и частоте среза, каждая из этих четырех схем подключения будет «звучать» очень сильно по-разному. Первый вариант, — наиболее идеальный случай. Второй, — частично переводит усилитель в токовой режим (ИТУН). Третий и четвертый вариант оказывает различное шунтирующее воздействие. Разница в «звучании» будет  очевидной и явной, нежели от смены типов конденсаторов и проводов.

И дело разумеется не в АЧХ. Замер АЧХ, в нынешнем технологическом веке, не вызывает ни каких сложностей даже у школьников средних классов. И безэховая камера для этого особо не нужна. Так как в самом ближнем поле, замеры будут корректны, начиная с частоты приблизительно от 200 Гц. Для сведения полос, этого вполне достаточно. Вся цена вопроса замера АЧХ, — измерительный микрофон за $50-80.

Информация о АЧХ очень полезна в разработке акустики. Так как сразу показывает грубые несоответствия и «косяки», которые на слух могут отлавливаться очень долго и мучительно. А по АЧХ сразу видны места где есть проблемы. Если проводить аналогию, это что-то типа наличия тестера при ремонте электроники. Ты тупо смотришь контрольные напряжения в контрольных точках, а не занимаешься перебором 1000 гипотез.

Кому интересно, читайте нашу статью как замерять АЧХ грамотно и осмысленно.

Следует понимать, что никакой связи более ровной АЧХ и восприятием качества нет.

От АЧХ требуется только, что бы не было ее больших выбросов и спадов. Подобрее почему это так, можно почитать здесь — В акустике не работает “принцип ксерокса.”

Сделать акустику приятно и «красиво» играющую музыку на активной фильтрации пока не получилось ни у кого. Причина в том, что пассивные компоненты решают несколько задач невозможных (или запредельно сложных) при реализации в активной фильтрации. К примеру, пассивными элементами можно очень просто выделять полосы с гораздо меньшими фазовыми искажениями. Или почти без фазовых искажений:

RC фильтром можно сделает спадающим импеданс с необходимой частоты. А номинал катушки подобрать таким, что бы она начинала оказывать влияние только на участке со спадом импеданса. Соответственно в полосе рабочих частот динамика, фазовых искажений почти не будет.

Если для аналогичного спада, мы будем использовать классический активный фильтр, то мы получим в рабочей зоне динамика серьезные фазовые искажения. И будет необходим активный фильтр 2-го порядка. Так как фильтр 1-го порядка будет давать очень незначительный спад АЧХ, который будет буквально «ни о чем». И соответственно требуемый фильтр 2-го порядка будет существенно изменит фазу в рабочей зоне динамика.

У пассивного фильтра, в виде конденсатора на твиттере, разумеется существует задача выделения ВЧ полосы. Для дешевейших систем нет смысла «городить огород», и конденсатор это действительно простое и дешевое решение. Воткнул конденсатор и готово.

Но в системах в тысячи долларов, цена активных или цифровых фильтров не особо даже видна. Причина по которой активные системы совершенно не популярны среде любителей Hi-Fi, — сделать акустику приятно и «красиво» играющую музыку на активной фильтрации пока не получилось ни у кого. В лучшем случаи получается звучание студийных мониторов.

Обычно активные решения применяют в нижней для Hi-Fi ценовой группе. И реализовываются на базе импульсных блоков питания и усилительных микросхем стоимостью $0.5 за канал. По видимости исходят из того, что раз ничего хорошего все равно не получается, то и не стоит себя сдерживать в экономии. 

Теоретически существует исключение, — активная акустика «Meridian». Но теоретически, так как в продаже ее нет. Объявляемая ее стоимость около 5 млн. руб не нашла отклика среди потребителей. Совершенно непонятно как как им удалось достичь столь высоких показателей цены. Даже предположение, что все SMD компоненты впаиваются паяльником вручную, инвалидами по зрению, не дает ответа на этот вопрос.

Если начать искать в интернете ответ на вопрос зачем же нам, в век высоких технологий, вообще нужны все эти эмалированные провода и конденсаторы в тракте, которые по определению создают нелинейности, вы не найдете никакой информации. Даже не встретите самой постановки вопроса, чем же отличаются активные системы (и студийная акустика в частности), от систем с пассивной фильтрацией.

Заговора здесь никакого нет. Вся Hi-Fi, Hi-End индустрия уже несколько десятилетий пребывает в состоянии крутого пике.

И в этом состоянии, некогда и некому формулировать вопросы. Индустрия в прямом и переносном смысле оказалась на периферии. Подробнее здесь — Деревенский Hi-FI бизнес. Ребята из деревень и райцентров, конечно бодрятся, награждают себя грамотами и медалями. Но в реальность такова, что продажи падают из года в год. А в городах с населением в треть миллиона, может даже  и не быть магазина торгующего Hi-Fi-End аудиотехникой. 

Следует понимать, главной функцией пассивной фильтрации, и в частности аудио конденсаторов, является не выделение полос. Да, полосы конечно выделяются, но первичным является:

• Насыщение звучание.
• Возможность (в активе это невозможно или запредельно сложно) очень тонко отстраивать характер, тип, интенсивность насыщения, в местах, где это нужно.
• Тонко отстраивать фазировку.

Общее правило, —  минимизируйте количества пассивных элементов в фильтрах. Использование большого числа даже «идеальных» пассивных компонентов приводит к тому, что характер искажений перестает быть «красивым». Вместо шлейфа гармоник на выходе получается шлейф «мусора» (искажений неприятных на слух).  Типичная ситуация, когда в погоне за АЧХ и минимизацией искажений, в тракт понапихают столько всего, что получается АС пригодная только для прослушивания Ребекки Пупкиной (он же вьетнамский джаз).

Покупать конденсаторы за $50 шт. мы вам точно не советуем. И если уж есть желание потратить деньги на качество фильтров, то гораздо разумнее вложить их в сечение меди в катушках. Некачественные катушки (с тонким сечением меди на сердечниках):

Подобные катушки, намотанные тонюсеньким проводом, создают на порядок большие искажения (без преувеличения)… Но что еще хуже, характер этих искажений очень неприятен на слух. И в отличии от «золотых» конденсаторов, это реально, и всеми слышно. Подробнее о катушках — здесь.

Тем кто думает, что все очень сложно, предлагается ознакомиться с технологическая схемой приготовления борща.

Статьи по акустике: