Всем Доброго Аудифильского!
Тут такое дело. Подписчик один взял да и вопрос задал. Зачем делают технику с АЧХ выше 20 кГц? Кто это все слышит? И надо сказать хороший вопрос! А потому спасибо подписчику за него! Вот есть у меня на канале хорошие подписчики! Дельные вопросы задают!
В общем надо сказать тема не простая. И мы с ней просто так не разберемся!
Нам придется много чего вспомнить, чтобы понять, все процессы. И так казать отделить математику от металла.
Кстати с этого и начнем. Давайте возьмем Виниловую вертушку. Поставим по бокам диска, по диагонали, лампочку с одной стороны, и фото-диод с другой.
Теперь поставим, скажем зарядник от смартфона, на карай диска. И нажмем кнопку включения.
Диск у нас крутится на 33 оборотах в минуту. При этом дважды за оборот наш зарядник перекрывает нашу лампочку. Т.е. получается меандр с частотой в 1 Гц. Хейтеры конечно найдут до чего тут докопаться. Скажут, что зарадник нужно ближе к центру вращения придвигать. Ну чтобы равновмерный меандр получить. А не скважность по ШИМ.
Но суть не в этом. Суть в том, что Ряд Фурье из математики заявляет, что для данной формы сигнала у нас должна быть сумма 50 гармоник, причем на равной амплитуде. Т.е. у нас тут в системе, согласно Ряду Фурье имеют место быть синуосидальные колебания, да еще и на частотах... В 1 - 2 - 4 - 8 - 16... В общем 24я гармоника - это 16 мГц. А дальше я считать не рискну - у меня клавиатура короткая.
Т.е. смотрите, что выходит. В реальности у нас очевидно, что никаких синуосидальных колебаний нет. А вот Фурье заявляет, что там есть 50 синусов причем половина из них аж на 16 мГц и выше.
И как же с этим всем быть?
На самом деле просто. Давайте прибавим к описанию теоремы Фурье, что это теорема о симуляции синуосидальными сигналами любого нелинейного сигнала.
Т.е. если мы разложим согласно этой теореме наш Меандр, и потом воспроизведем то, что получилось. Воспроизведем именно синусами, то мы получим имитацию исходного меандра.
Что-то похожее происходит и с цифровыми сигналами. Только там как раз работа меандрами, а тут работа синусами.
***
Но все бы хорошо, но инженер ведь знает, что любая нелинейность в его схеме, да на пример в УНЧ, вылезает в виде гармоник. Причем именно на слух. Он запускает генератор на 100 Гц, а когда усилитель в перегрузе, у него явно вылезают и 200 Гц и 400. Причем слышимо.
Как же это так? Как нам объединить первое утверждение с практикой сейчас?
Сейчас объединим. Тут все просто. В электронной схемотехнике есть элементы с пороговым реагированием. Причем поргом у них является как раз синус.
Т.е. это конденсаторы и индуктивности. Причем индуктивности как системы электро-магнитной трансформации. Т.е. катушки в динамиках, микрофонах, трансформаторах, головках работающих с магнитной лентой, картриджах на Виниле.
Известно, что катушка находясь в постоянном магнитном поле на выходе ничего не даст. А вот если поле переменное. То на выходе будет.... Синус.
При этом если поле будет нелинейное. Меняться по иным, нежели синусоидальные, харатектистикам. То что нам выдаст катушка?
Опа!!! А не исследовал никто! :) На самом деле она будет стремиться выдать синусы, только несколько. На разных гармониках.
Да да! Делать то, что передписывает Теорема Фурье. Только не до конца. В силу того, что она идуктивность, она перераспределит энергетику верхних гармоник, поддав амплитуды на 4й и 5й гармониках. Т.е. по сути все 50 гармоник она не выдаст. Она выдаст от силы штук 8 - 10.
Такое вот нарушение математики на практике.
***
Вот теперь самое время вспомнить, как скрипка работает.
Канифоль прилипает к струне. Когда смычок тянут, то сопротивление струны растягивает канифоль. Она в это время нагревается. И... расплавляется. Струна обретает свободу. Летит до холодного участка канифоли, и там резко тормозится. И дальше снова оттягивается, расплавляет канифоль, и снова по тормозам.
Т.е. вот ни разу не синус. Тут больше пила подходит.
Но нам главное, что это жутко нелинейный сигнал.
***
И вот попадает он в микрофон. И на выходе у нас набор гармоник, половина из которых на явно более высоких частотах.
Дальше это дело проходит через весь тракт. Записывается на ленту, воспроизводится. Усиливается.
И тут у нас вторя часть Теоремы Фурье. Динамик, даже при том, что это пищалка, и даже при том, что в ультразвуке, берет и уже в воздухе, создает имитацию нужной исходной нелинейности колебания струны скрипки, основное тело которой раскачивал СЧ динамик.
Это же касается и других инструментов в которых есть нелинейные колебания в конструкции. А они так или иначе есть у всех. Особенно на быстрых переходах звуков. Даже игра боем по струнам гитары, нелинейно глушит их.
***
Но это не все.
Ведь если у нас на Виниле до 20 кГц обрезали. А если на ЦД режут по 22 кГц?
Там что дураки что ли?
Ну за цифру, что на ЦД я вам цензурного мало скажу.
Но Винил ведь и правда обрезку имеет. Как же там?
Ну правда тут в том, что на Виниле до 100 кГц прописано. Хоть там и есть завал по АЧХ. Но сигнал там есть.
Но сдаваться так рано мы не будем. Большинство колонок ведь не отрабатывают это дело. Как быть?
Давайте тогда на студию заглянем. Что у нас там? А там половина микрофонов конденсаторные.
А это ведь. Ведь там как. Там мембрана - это она из обкладок конденсатора. Ее передвижение меняет емкость конденсатора. Там по сути уже синус загнан, и движение мембраны меняет реактивное сопротивлением, чем модулирует амплитуду синуса.
А такая система позволяет МАНДР прокачивать, если он есть функция постоянного давления воздуха.
Т.е. такой микрофон значительно линейнее прорабатывает нелинейный сигнал. Ой!!! Ну и фраза!
Но суть именно в этом. Он не раскладывает на гармоники негармонический гигнал. Он его так и прокачивает.
А если мы теперь в Штудер нос сунем, то там вообще-то УПТ в схеме усилителя записи.
Т.е. снова нелинейность прокачивается как нелинейность, а не набор синус-гармоник.
Конечно головка на ленте, она пошаливает. Но все равно тракт повышенной линейности в проработке нелинейных сигналов. Блин!!! Как это правильно сказать?
Так вот. Мы это дело записываем на Винил.
А воспроизводим теперь, не магнитной головкой, а оптической. Такие тоже есть.
У них все так же. Они не раскладывают на гармоники нелинейный сигнал. Они его как есть отрабатывают.
Но тогда, если мы можем и дальше УПТ поставить, то у нас и на колонки все придет как надо? Но тогда в идеале у нас нет и проблемы с 20 кГц. Нам выше не нужно.
Т.е. актуальным становится вопрос тракта. Что у нас по части разложения на гармоники нелинейных сигналов на входе. Как это все раскладывает магнитофон, и как это все... складывает или раскладывает усилитель, колонки и... воздух между дианамиками и нашими ушами.
Т.е. если у нас 30 кГц у магнитофона, то это может быть для того, чтобы с Винила все записать как нужно, потому, что там картридж нелинейный сигнал на гармоники разложил.
И наоборот. Сам тракт записи в магнитофоне косячит. И раскладывает на гармоники нелинейный сигнал.
Вот именно из всех вот этих соображений и были одно время попытки расширять частотный диапазон как магнитофонов, так и динамиков в колонках.
После волны разработок в этом направлении, наступила волна борьбы за сверх-линейность параметров техники. Когда КНИ под 0.005% начали задавливать на всех трактах.
Вроде для слуха тоже не нужно. И вроде КНИ колонок остался "на высоте". За 40 лет с трудом с 4х процентов до 2х ужались. А вот усилители с 0.1% убавили КНИ аж в 200 раз.
Цель в том, чтобы передавать именно нелинейный сигнал от микрофона до динамика, как он есть. Не синус, а вот именно пилу, никоим образом не раскладывая ее на гармоники. Чтобы и динамик качал Пилу, а не формировал ее в воздухе, за счет суммы верхних гармоник, половина из которых в ультразвуке оказалась при разложении трактом.
***
Ну вот как-то так.
Спасибо, что дочитали!
А это просто фотка на оболожку.
источник фото на обложку https://blog.pribormaster.ru/kto-i-kak-slyshit-ultrazvuk