Вниз по лестнице, ведущей вверх... или ЭМОС в низкочастотном звене АС.

Сколько дерева и выдумки было потрачено на акустику для получения из нее басов! А сколько эпитетов было придумано для его описания! И "вялый", и "собранный", и "артикулированный", и "размазанный", и "отстающий", и "быстрый", и "медленный", и "упругий", и "бубнящий", и "четкий", и "затянутый", и "выразительный", и "бумбоксовый", и "долбящий", и "благородный", и.... Можно еще долго перечислять, а можно просто сказать - "правильный" и "неправильный". Причем без толики субъективизма. Разумное применение возможностей электроники для преодоления ограничений электроакустики в рамках активных АС позволяет сделать бас более "правильным" . И тут уж Вам решать, что Вы хотите от такой акустики - приемлимого (почти "правильного") баса в ограниченных габаритах, или "правильного" баса в акустике классических размеров. Что такое "правильный" бас, и как к нему приблизиться с помощью ЭМОС, и рассмотрено в этой статье.

1. Зачем это надо

Изложенное ниже не претендует на истину в последней инстанции, просто это мой взгляд на проблему воспроизведения звука в НЧ диапазоне.

Казалось бы, что для полноценного воспроизведения музыки в низкочастотном диапазоне, акустике достаточно воспроизвести самые низкие ноты, которые могут быть сыграны музыкальными инструментами (примерно 30 Гц) и все, что находится ниже по частоте можно смело отбросить. Но есть большое НО… Рассмотрим спектр музыкального произведения с высоким содержанием НЧ-составляющих.

крупнее

Из него видно, что основная энергия спектра действительно резко возрастает, начиная с 40…50Гц. Ниже этих частот также что-то имеется, но децибелл на 15-20 ниже максимального уровня. Попробуем разобраться, что это и что с этим делать – выбросить (отрезать) или, несмотря ни на что, постараться воспроизвести.

Для простоты давайте сначала рассмотрим спектр тестового сигнала типа Tone Burst, легко генерируемый тем же Спектралабом. Зададим его параметры – частота – 50Гц, длительность тоновой посылки – 100мС, период повторения – 200мС.

крупнее

Знакомая картина! Максимальная по амплитуде гармоника – 50Гц, а вокруг нее масса других гармоник, как вверх по частоте, так и вниз.  Причем некоторые гармоники попали в инфранизкочастотную (ИНЧ) область. После недолгого размышления приходим к выводу, что гармоники, лежащие ВЫШЕ 50Гц, формируют резкий излом осциллограммы в начале тоновой посылки и в ее конце. Гармоники, лежащие ниже 50Гц – определяют вид ОГИБАЮЩЕЙ тоновой посылки – в нашем случае – это прямоугольник.

Для УДОБСТВА описания процессов давайте договоримся – гармоники, формирующие вид ОГИБАЮЩЕЙ основного ЗВУКОВОГО тона называть его субгармониками, а все, что относится к основному ЗВУКОВОМУ тону называть его гармониками. Хотя для данного вида сигнала первой гармоникой будет, как ни странно на первый взгляд – частота в 5Гц – частота повторения тоновых посылок. Для знакомых с РТЦС – считаем, что имеем такой, весьма специфический, вид амплитудной модуляции. На НЧ трудно разделить гармоники, относящиеся к основному звуковому тону, от гармоник, определяющих форму ОГИБАЮЩЕЙ, так как их частоты близки. И здесь скорее нужно оперировать точностью воспроизведения (по ЗВУКОВОМУ ДАВЛЕНИЮ, разумеется) МГНОВЕННЫХ значений исходного звукового сигнала в выделенном участке частотного диапазона. Чем собственно НЧ-звено АС, IMHO, и должно заниматься.

Посмотрим, что получится при прохождении такой тоновой посылки через ФВЧ 2-го порядка с частотой среза 50Гц и 20Гц. Ясно, что в первом случае субгармоники уменьшатся по амплитуде в большей степени, а как изменилась огибающая видно из графиков.

крупнее

На нем зеленым обозначено все, что относится ко входному сигналу (Tone Burst), красным и синим – на выходе ФВЧ с частотой среза 50Гц и 20Гц, соответственно. Видно, какими «вялыми», "затянутыми" стали передний и задний фронты сигнала Tone Burst при срезе на 50Гц. Понятие «фронт» в данном контексте не относится к скорости нарастания выходного напряжения усилителя мощности – речь идет о форме ОГИБАЮЩЕЙ. Можно назвать это «атакой» или как-нибудь еще…

Но вернемся к музыкальному сигналу. Так какая же связь между рассмотренной тоновой посылкой и музыкой? И там, и там мы имеем НЕСТАЦИОНАРНЫЙ процесс, с низкочастотной и инфранизкочастотной модуляцией амплитуды, только в музыкальном сигнале модуляция идет по псевдослучайному закону над большим числом частотных составляющих, что приводит к образованию практически сплошного спектра, также имеющего НЧ и ИНЧ составляющие. Становится понятно, что пренебрегать НЧ и ИНЧ компонентами нельзя, даже несмотря на их малость. На них "держится" точность воспроизведения огибающей музыкального сигнала. В идеале АС должна воспроизводить от «0» Гц по –0 Дб . Реально, учитывая минимальную частоту нот музыкального сигнала (~30Гц) и максимальную частоту ее огибающей (~8Гц) – наверное, достаточно и 16-20Гц по –3Дб. Причем максимальное SPL нужно обеспечить до 30 – 35Гц, а все, что имеется в спектре ниже этих частот имеет максимальный уровень на 10-20 Дб ниже и обеспечивает, в основном, близкую к исходной, более правильную, передачу формы огибающей сигнала.