Purifi PTT8.0X04-NAB-02 8" Alu мидвуфер

Вообще говоря, к конструктиву динамика нет ни малейших нареканий, дизайн, качество исполнения - всё на самом высоком уровне.

  Частотная характеристика импеданса

На диаграммах ниже в разных масштабах приведены частотные зависимости модуля импеданса для двух экземпляров мидвуферов после хорошей "разминки". Динамики разминались синусоидальным напряжением 9 Вольт/26 Гц в течение 60 минут.

Кривые импеданса и T/S параметры идеально совпадают друг с другом, несмотря на то, что мидвуферы поставляются поштучно, а не подобранными парами. Такая хорошая повторяемость свидетельствует о высоком технологическом уровне производства.

Измеренные значения резонансной частоты Fs=24.22 и полной добротности Qts=0.337 немного отличаются от заявленных значений Fs=26 Гц и Qts=0.36. Вероятнее всего, это произошло из-за более интенсивного размятия динамиков по сравнению с фабричным перед снятием основных параметров, что вызвало немного большее снижение резонансной частоты и добротности. Имея ввиду, что в процессе размятия соотношение "Fs/Qts" сохраняется практически постоянным, то при резонансной частоте Fs=26 Гц эти басовики будут иметь добротность Qts=(26/24.22)*0.337=0.362, что полностью соответствует даташиту. Так что, сомневаться в T/S параметрах из даташита нет никаких оснований.

Кривая импеданса очень гладкая в диапазоне до 4 кГц, после чего начинаются волнения, отражающие основной резонанс мембраны и продолжающиеся до 7.5 кГц. Пик этих волнений приходится на 5.4 кГц, что соответствует первому резонансному пику осевой АЧХ.

В области 1 кГц при большом увеличении можно разглядеть едва заметный "флюс" - это то, что осталось от хорошо укрощённого краевого резонанса мембраны - не о чем говорить.

Рост импеданса с повышением частоты чрезвычайно низкий для восьмидюймового длиннохода. Это обусловлено малой индуктивностью, достигнутой благодаря двухслойной звуковой катушке и большому количеству меди в моторе. Такая низкая индуктивность в сочетании с её независимостью от смещения диффузора способствует значительному снижению нелинейных искажений.

Частотная зависимость импеданса - визитная карточка динамика и говорит о многом. В данном случае о подвижной системе с малыми потерями, хорошо сбалансированном диффузоре и отличном моторе. Отлично!

  Осевая  АЧХ

На диаграммах ниже приведены сглаженная (1/12 октавы) осевая АЧХ одного мидвуфера и несглаженные АЧХ пары мидвуферов:

Измеренная АЧХ полностью соответствует даташиту, а АЧХ обоих экземпляров абсолютно идентичны друг другу. Отлично.

Измеренная чувствительность в диапазоне от 300 Гц до 800 Гц составила в среднем 89.15 дБ, что с учётом погрешности измерения, также можно считать отличным соответствием заявленному значению 89.3 дБ. 

В диапазоне от 100 до 2300 Гц АЧХ достаточно ровная и гладкая, неравномерность не превышает +/-1 дБ.

В области от 700 до 1500 Гц отсутствуют какие-либо серьёзные признаки типичного краевого резонанса мембраны и подвеса, а наблюдается лишь плавный ступенчатый подъём АЧХ на 1.5 дБ.

Начиная с 2.5 кГц начинают появляться признаки приближения к основному резонансу мембраны и АЧХ постепенно, немного неравномерно, начинает ползти к своему первому и самому высокому резонансному пику на 5.5 кГц, за которым на 6.9 кГц сразу следует второй. Высота пиков достигает 17 и 14 дБ соответственно. Далее АЧХ начинает спадать с наклоном примерно 12 дБ/октава, ещё пару раз подпрыгивая на частотах 10.4 и 14.6 кГц.

Разработчикам удалось не уронить частотный диапазон главного брейкапа, даже увеличив размер мембраны, однако двугорбый характер брейкапа у 8" мембраны уже не такой красивый, как у шестидюймового предшественника PTT6.5X04-NAA-08 (ссылка на АЧХ). Основной резонансный пик раздвоился и расширился по частоте, а высота пиков стала выше. Резонансное усиление нелинейных продуктов тока звуковой катушки будет более интенсивным, а значит, будет нуждаться в более тщательном подавлении в пассивном кроссовере при использовании PTT8.0X04-NAB-02 в двухполосной АС. В трёхполосных АС об этих проблемах можно просто забыть.

В марте 2022 года компания PURIFI опубликовала прекрасный апноут "Low Distortion Filter for PTT6.5X04-NAA", в котором описаны механизм возникновения и методика борьбы с резонансным усилением токовых искажений. Этот документ просто обязателен к изучению всеми разработчиками АС, так как этой серьёзной проблеме практически никогда не уделялось должного внимания, даже со стороны производителей АС высшего ценового сегмента!

  Внеосевые АЧХ (315 мм)

Внеосевые АЧХ равномерно и монотонно спадают с углом отклонения и частотой, как того и следовало ожидать, однако, на частоте 4.1 кГц при рассмотрении с углов 15-60 градусов неожиданно проявился дополнительный резонанс.

  Гармонические искажения  (315 мм)

Выше приведены зависимости гармонических искажений при средних уровнях звукового давления 89 и 104 дБ. Для ограничения перегрузки динамика по мощности и амплитуде смещения мембраны при измерении гармонических искажений использовался цифровой фильтр верхних частот второго порядка с частотами среза 50 Гц (при 2.83 Вольтах) и 80 Гц (при 16 Вольтах). На этих графиках анализируем диапазон частот только от 200 Гц и выше.

Всплески искажений в диапазоне 100-200 Гц гарантированно не относятся к мидвуферу, а обусловлены резонансами измерительного щита. При измерениях в ближнем поле (20 мм) жесткость щита и крепления мидвуфера в моей измерительной установке гораздо выше, поэтому, этот диапазон лучше анализировать на них.

Пурпурным цветом отмечены всплески 2-й, 3-й и 5-й гармоник, обусловленные резонансным усилением продуктов искажений тока звуковой катушки. По форме они точно повторяют двугорбую форму АЧХ в зоне основного брейкапа. Всплеск искажений 4-й гармоники очень трудно разглядеть, но возможно, особенно на измерениях при 16 Вольтах. Причина в исчезающе малом уровне четвёртой гармоники в токе звуковой катушки, поэтому и её доля в звуковом давлении также крайне мала.

Оранжевым цветом отмечен всплеск искажений, обусловленный скрытым резонансом на 4.1 кГц. Он далеко за потенциальным диапазоном рабочих частот, поэтому не стоит принимать его близко к сердцу.

В целом, уровень гармонических искажений в диапазоне 200-2000 Гц чрезвычайно низкий и даже ниже, чем у 6" версии PTT6.5X04-NAA-08. Посудите сами, средний уровень полных гармонических искажений в диапазоне 200-2000 Гц при уровне звукового давления 104 дБ (!) составляет всего 0.2% - это очень круто. На данный момент PTT8.0X04-NAB-02  является самым линейным восьмидюймовым мидвуфером, который я когда-либо держал в руках!

Измерения гармонических искажений близки к значениям, приведенным в даташите. Отлично! 

  Гармонические искажения  (20 мм)

В связи с особенностями измерительного стенда, для анализа нелинейных искажений мидвуферов в диапазоне частот до 200 Гц корректнее использовать результаты, полученные при измерениях в ближнем поле на расстоянии от 5 до 20 мм от диффузора. Диаграммы демонстрируют гармонические искажения при напряжениях 2.83 и 11.2 Вольт.

Наблюдаем типичный для всех мидвуферов рост искажений с понижением частоты, особенно начиная примерно со 100 Гц. Искажения связаны с быстрым ростом амплитуды диффузора, которая обратно пропорциональна квадрату частоты. 

Общий уровень гармоник ниже 100 Гц, как для 8" мидвуфера, можно охарактеризовать как "очень низкий".

Нижним частотным пределом, ограниченным искажениями, для акустических оформлений типа "Фазоинвертор" или "Пассивный излучатель" вполне можно считать 23-25 Гц, что очень даже здорово. Одна из особенностей этих оформлений заключается в уменьшенной амплитуде колебаний диффузора на нижнем участке рабочего диапазона частот по сравнению с оформлением типа "Закрытый ящик". Это достигается за счёт делегирования функций основного излучателя от динамика к порту или пассивному излучателю в области их частоты настройки.

  Гармонические искажения тока звуковой катушки

Этот вид измерений, несмотря на свою простоту, является хорошим инструментом для оценки линейности мотора динамика. На диаграммах выше приведены частотные зависимости 2й, 3й, 4й и 5й гармоник тока звуковой катушки при напряжениях 1.41 и 8 Вольт (с включенным фильтром верхних частот второго порядка с частотой среза 20 Гц).

Нелинейность тока - это прямая нелинейность механической силы, приводящей в движение диффузор динамика, так как эта сила связана с током простым соотношением F=B*L*I, где B - сила магнитного поля, L - длина провода звуковой катушки в магнитном зазоре, а I - ток. Так что, в принципе, получить искажения по звуковому давлению ниже, чем искажения тока в диапазоне частот, где вклад нелинейности самой подвижной системы становится пренебрежительно малым, практически невозможно.

Ниже 100 Гц из-за роста амплитуды смещения мембраны начинается резкий рост гармоник всех порядков. В диапазоне выше 200 Гц даже при 8 Вольтах 2-я и 3-я гармоники имеют очень низкие значения, 5-я гармоника лежит ниже минус 95 дБ, а 4-я вообще находится ниже порога моей измерительной системы. Просто удивительные результаты, ничего лучшего пока не встречал. Браво!

  Интермодуляционные искажения

Измерение интермодуляционных искажений - один из способов анализа нелинейности устройства. Он является не альтернативным, а дополнительным методом и позволяет выявить спектральные компоненты негармонической структуры, гораздо более вредные для качественного звуковоспроизведения и к которым наш слух более чувствителен. 

В работе Bruno Putzeys "Distortion, The Sound That Dare Not Speak Its Name"  очень хорошо описаны механизм возникновения интермодуляционных искажений в мидвуфере, а также один интересный эксперимент, который может проделать каждый. Суть его в одновременной подаче на басовый динамик музыкального сигнала с певучим, а не речевым (для лучшей слышимости эффекта), мужским или женским вокалом, или же скрипки, кларнета, и синусоидального сигнала частотой, к примеру, 30 Гц, уровень которого можно регулировать. Низкочастотный сигнал вызывает большую амплитуду колебаний диффузора, что приводит к появлению нелинейности подвеса и силового фактора. Нелинейность подвеса приводит лишь к появлению гармонических искажений низкочастотного сигнала и никак не отражается на воспроизведении средних частот, в то время как модуляция силового фактора ведет к изменению чувствительности динамика для средних частот, что проявляется в амплитудной модуляции голосового диапазона басовыми нотами. Проделайте сами подобный эксперимент и вы будет очень удивлены насколько сильно слышны интермодуляционные искажения и как они растут при увеличении низкочастотной составляющей. Возможно, это станет для вас большим открытием.

Также очень рекомендую к изучению топик по теме из блога PURIFI - Low frequency harmonic distortion is almost inaudible. So what’s the point of low distortion drivers?

Для тестирования выбраны частоты 30 Гц и 255 Гц. При таком соотношении (1:8.5) вклад Допплеровских искажений ещё не является доминирующим и ещё можно наблюдать вклад амплитудной модуляции. Кроме того, это вполне реалистичная ситуация, встречающаяся как в двух, так и в трёхполосных системах. Измерения производились для разной амплитуды смещения диффузора на частоте 30 Гц.

На диаграммах выше приведены спектры интермодуляционных искажений для амплитуд смещения диффузора 2мм, 3мм, 6мм и 9мм с частотой модулирующего сигнала 30 Гц.

Однако, в этих спектрах, вместе с продуктами нелинейности мотора, замешаны и продукты неизбежной частотной модуляции за счёт эффекта Допплера. Как же определить "кто есть кто"? Аналитически оценить уровень первой пары боковых Допплеровских компонент можно при помощи следующей формулы [http://www.linkwitzlab.com/frontiers.htm#J]:

As(dB) = 20*log10(pi*A1*f2/c), где pi=3.14, A1- амплитуда колебаний нижней частоты в метрах, c=343 м/с, f2 - частота несущей. В нашем случае f1=30 Гц, f2=255 Гц. 

Применяя её, мы получаем максимальный уровень спектральных компонент второго порядка (IMA2), соответствующих Допплеровским искажениям, примерно следующий:

d.f. (2 mm) = -46.64 dB
d.f. (3 mm) = -43.12 dB
d.f. (6 mm) = -37.1 dB
d.f. (9 mm) = -33.58 dB

Из диаграмм видно, что уровень реальных измеренных спектральных компонент искажений PTT8.0X04-NAB-02 для разных амплитуд сигнала 30 Гц составляет:

Для 2 мм = -49.78 дБ (IMA2)
Для 3 мм = -47 дБ (IMA2)
Для 6 мм = -41.77 дБ (IMA2)
Для 9 мм = -38.71 дБ  (IMA3)

Удивительно, но уровни измеренных боковых компонент интермодуляционных искажений оказались заметно ниже пороговых значений, определяемыми Допплеровскими искажениями. Это означает, что принципиально неустранимая частотная модуляция полностью доминирует над амплитудной модуляцией, определяемой нелинейностью мотора динамика. Великолепный результат!

Я также решил проверить достоверность приводимых производителем данных для пары частот 50 и 425 Гц. В даташите для измерений нормируется не амплитуда смещения диффузора, а звуковое давление величиной 80 дБ на расстоянии 1 м при излучении в полуплоскость. Я же выполнил измерения для амплитуд диффузора 1 мм и 6 мм, которые по расчётам должны создать звуковое давление 83.78 дБ и 99.34 дБ:

Легко видеть, что даже при немного более высоком звуковом давлении 83.78 дБ спектр искажений практически идентичен даташиту по форме и уровням спектральных компонент. 

Вы можете спросить, а какая разница, какой механизм является источником, ведь все равно появляется паразитный спектр? Дело в том, что существует предположение, что наш слух значительно менее восприимчив к частотным искажениям, по сравнению с амплитудными. Интересная статья, опубликованная в Stereophile, на тему Допплеровских искажений - Red Shift: Doppler distortion in loudspeakers, а также обязателен к прочтению топик из блога PURIFI - Doppler distortion vs IMD? 

На сегодняшний день PTT8.0X04-NAB-02 продемонстрировал рекордно низкий уровень интермодуляционных искажений среди всех тестированных мной динамиков.