Физическая реализация правильного рандомизатора по АМЛ.

[Сергей Шабад]

В этой ветке предлагаю обсудить физическую реализацию правильного рандомизатора по принципам АМЛ.
Для начала, хочу обратить внимание участников форума, что целебная по АМЛ (и не только) составляющая элементарного акустического сигнала, т.е. простого элементарного звука, например удар по одной клавише рояля, содержится в диффузном поле, которое рождено звуком инструмента и откликом зала. Хороший, правильный целебный отзвук зала в виде дифузного поля, должен начать формироваться через 3-5 мс (время прихода первых откликов в то место, где сидит слушатель) после удара по клавише и закончиться через 1 секунду (время реверберации) после окончания стационарного (очень медленно затухающего) участка первичного звука. Местоположение слушателя, где соблюдается это условие прихода первых откликов, как правило находиться в самых дорогих местах партера.
Время реверберации 1-2 сек, считается необходимом (но не достаточным) условием, что бы акустика зала считалась хорошей.
Основные характеристики акустического диффузного поля, рожденным одиночным простым звуком: изотропия свойств по всем трем направлениям, неопределенность фазы, т.е. равномерное распределение плотности вероятности фазы от - π до +π, частота равна частоте источника.
Предположим, что в этом хорошем месте мы установили микрофон с направленной кардиоидной характеристикой и направили его на источник звука.
Понятно, что ослабленный и рассеяный прямой звук вызовет на выходе микрофона электрический сигнал, с энергией (квадрат амплитуды на единичном сопротивлении) равной энергии прямого звука в точке расположения микрофона умноженной на КПД микрофона.
Вопрос 1, какую часть энергии диффузного поля, направленный на источник звука микрофон, преобразует в энергию диффузного электрического сигнала на выходе?

[Малиновский Александр]

Сообщение от Сергей Шабад

В этой ветке предлагаю обсудить физическую реализацию правильного рандомизатора по принципам АМЛ.
Для начала, хочу обратить внимание участников форума, что целебная по АМЛ (и не только) составляющая элементарного акустического сигнала, т.е. простого элементарного звука, например удар по одной клавише рояля, содержится в диффузном поле, которое рождено звуком инструмента и откликом зала. Хороший, правильный целебный отзвук зала в виде дифузного поля, должен начать формироваться через 3-5 мс (время прихода первых откликов в то место, где сидит слушатель) после удара по клавише и закончиться через 1 секунду (время реверберации) после окончания стационарного (очень медленно затухающего) участка первичного звука. Местоположение слушателя, где соблюдается это условие прихода первых откликов, как правило находиться в самых дорогих местах партера.
Время реверберации 1-2 сек, считается необходимом (но не достаточным) условием, что бы акустика зала считалась хорошей.
Основные характеристики акустического диффузного поля, рожденным одиночным простым звуком: изотропия свойств по всем трем направлениям, неопределенность фазы, т.е. равномерное распределение плотности вероятности фазы от - π до +π, частота равна частоте источника.
Предположим, что в этом хорошем месте мы установили микрофон с направленной кардиоидной характеристикой и направили его на источник звука.
Понятно, что ослабленный и рассеяный прямой звук вызовет на выходе микрофона электрический сигнал, с энергией (квадрат амплитуды на единичном сопротивлении) равной энергии прямого звука в точке расположения микрофона умноженной на КПД микрофона.
Вопрос 1, какую часть энергии диффузного поля, направленный на источник звука микрофон, преобразует в энергию диффузного электрического сигнала на выходе?

Wэл.=W*Sм.*Lсм.*K/Vп
Wэл. - энергия электрическонго сигнала.
W - полная энергия диффузного акустического поля.
Sм.- площадь мембраны микрофона.
Lсм. - смещение ммебраны.
K - КПД или коэффициент преобразования микрофона.
Vп - объём помещения.

[Сергей Шабад]

Сообщение от Малиновский Александр

Wэл.=W*Sм.*Lсм.*K/Vп
Wэл. - энергия электрическонго сигнала.
W - полная энергия диффузного акустического поля.
Sм.- площадь мембраны микрофона.
Lсм. - смещение ммебраны.
K - КПД или коэффициент преобразования микрофона.
Vп - объём помещения.

Если исходить из геометрических представлений, то качественно оценить энергию можно так: первая волна звука в точке попадании на мембрану одномерна, т.е. имеет четко определенную фазу и направление, и характеризуется вектором Умова-Пойтинга (поток энергии через единичную площадку) и полностью (с некотором КПД) преобразуется в одномерный электрический ток. Диффузная составляющая звука трехмерна, в том числе и в точке попадания на мембрану, которая имеет только две степени свободы (вперед - назад), т.е. она одномерна. Таким образом, энергия прямого звука преобразуется в электрический ток полностью, и только одна треть диффузной энергии, для которой вектор Умова-Пойтинга не может быть определен. Т.е. микрофон полностью преобразует в эл. ток прямой звук и только 1/3 диффузного.

[Andryushka]

Сообщение от Сергей Шабад

Если исходить из геометрических представлений, то качественно оценить энергию можно так: первая волна звука в точке попадании на мембрану одномерна, т.е. имеет четко определенную фазу и направление, и характеризуется вектором Умова-Пойтинга (поток энергии через единичную площадку) и полностью (с некотором КПД) преобразуется в одномерный электрический ток. Диффузная составляющая звука трехмерна, в том числе и в точке попадания на мембрану, которая имеет только две степени свободы (вперед - назад), т.е. она одномерна. Таким образом, энергия прямого звука преобразуется в электрический ток полностью, и только одна треть диффузной энергии, для которой вектор Умова-Пойтинга не может быть определен. Т.е. микрофон полностью преобразует в эл. ток прямой звук и только 1/3 диффузного.

Серей, я смотрю на время отправки Ваших сообщений и могу понять эти 3 - 5 часов утра только если Вы находитесь где-нибудь в Штатах. Или?

[Малиновский Александр]

Сообщение от Сергей Шабад

Если исходить из геометрических представлений, то качественно оценить энергию можно так: первая волна звука в точке попадании на мембрану одномерна, т.е. имеет четко определенную фазу и направление, и характеризуется вектором Умова-Пойтинга (поток энергии через единичную площадку) и полностью (с некотором КПД) преобразуется в одномерный электрический ток. Диффузная составляющая звука трехмерна, в том числе и в точке попадания на мембрану, которая имеет только две степени свободы (вперед - назад), т.е. она одномерна. Таким образом, энергия прямого звука преобразуется в электрический ток полностью, и только одна треть диффузной энергии, для которой вектор Умова-Пойтинга не может быть определен. Т.е. микрофон полностью преобразует в эл. ток прямой звук и только 1/3 диффузного.

Диффузное поле по определению не имеет градиента давления (исключая флуктуации, являющие собой просто шум). А слышим мы его (Д.П.) за счёт разности давлений на барабанной перепонке, возникающей из-за экранирования черепом Д.П. Та же история и с микрофоном, только вместо черепа корпус. Разность давлений это - градиент, величина векторная и направленная перпендикулярно площади мембраны. А т.к. в каждой точке Д.П. плотность энергии одинакова, то микрофоном мы меряем полную энергию Д.П.

[Сергей Шабад]

Сообщение от Малиновский Александр

А слышим мы его (Д.П.) за счёт разности давлений на барабанной перепонке, возникающей из-за экранирования черепом Д.П.

По данным ученых акустиков совершенное диффузное поле, т.е. диффузное поле с коэффициентом диффузности равным 1, имеет одну хитрую особенность, его интенсивность абсолютно одинакова в любой точке и в точности равна нулю! Ни уши, ни череп (посредством костной проводимости), ни микрофон, не могут зафиксировать совершенное диффузное поле. В этом смысле совершенное диффузное поле - это призрак, оно есть, и его нет...
Однако если жизнь совершенного диффузного поля зафиксировать на современном этапе развития науки невозможно, то его рождение и смерть зафиксировать не составляет труда. И рождение и смерть диффузного поля есть не что иное как переходные процессы и именно они отлично фиксируются и инструментально, и на слух. Инструментально, рождение выглядит как всплеск фронта импульса, а смерть, как растяжение спада импульса. На слух рождение диффузного поля проявляет себя как повышение амплитуды первой волны звука, а его смерть - как продление звука. При оптимальном времени реверберации оба процесса, рождение и смерть, проявляют себя как повышение ясности звучания. Повышение ясности звучания важнейший критерий правильности рандомизатора, а оптимальное время реверберации - критерий наилучшей реверберации. Вспомним, что наилучшая реверберация, это частный случай правильной рандомизации фаз. Зал с хорошими акустическими свойствами, т.е. с оптимальным временем реверберации, затуханием и т.д., это пример правильного акустического рандомизатора фаз.
Для построения правильного электронного рандомизатора фаз осталось сделать один маленький шаг, нужно вспомнить, что любое помещение с точки зрения акустики, это колебательная система с распределенными параметрами. Для нас важно не то, что параметры системы распределены по объему помещения, а то, что это система колебательная. Ну а что в электронике является колебательной системой? В электронике томсоновская колебательная система, это обычный колебательный контур, просто нужно его правильно включить!

Описываемый мною физический электронный рандомизатор фаз является частным случаем правильного рандомизатора по Лихницкому.
Думаю многим известно, что трансформаторный каскад всегда обыграет каскад с резистивной нагрузкой. Во всяком случае Лихницкому, Сакуме и мне это известно точно. Все что нужно для физического рандомизатора уже есть в любом ламповом трансформаторном каскаде с автоматическим смещением: последовательный колебательный контур, образованный индуктивностью первички трансформатора и емкостью катодного конденсатора. Но есть одна проблема, эффективность этого рандомизатора значительно снижена шунтированием конденсатора контура катодным резистором, и, кроме того, весь контур надежно зашунтирован внутренним сопротивлением лампы. Поэтому вынужденные колебания в контуре очень быстро затухают из-за рассеяния энергии. Если же организовать автоматическое смещение не резистором, а индуктивностью, то энергия вынужденных колебаний будет не только рассеиваться на активном сопротивлении обмотки индуктивности, но и поддерживаться во вновь созданном параллельном колебательным контуре лампой, а ее малое внутреннее сопротивление будет играть в нашу пользу, так как теперь оно включено, с одной стороны, между катодным параллельным контуром и анодной индуктивностью, а с другой стороны между элементами последовательного контура.
Активное сопротивление катодной индуктивности должно быть равно сопротивлению автоматического смещения.

В качестве примера, приведена схема наикратчайшего тракта воспроизведения CD А. Малиновского, где мною показаны изменения для формирования правильного электронного рандомизатора фаз.
Как оценить эффективность работы сформированного рандомизатора фаз при первом включении, и вообще понять, что он работает? Первое что вы услышите, это повышение артикулированности баса, его разборчивость, в басу начнут быть слышны интонации, которые раньше были затемнены или не проявлялись вообще. В среднем регистре Вы услышите, что как-будто пропали призвуки, дребезги и другие неприятности, которые раньше присутствовали скорее на подсознательном уровне, т. е. звук стал чистым и естественным, не теряя, а наоборот, приобретая дополнительную музыкальность. На высоких исчезнет излишняя металичность и жесткость, а те ВЧ звуки, которые раньше только угадывались, теперь прекрасно слышны. В целом, звучание должно приобрести масштаб, повышенную разборчивость и раздельность звучания инструментов, но без потери музыкальной слитности.
Интересно, что масштаб звучания во многом определяется физическими размерами индуктивности рандомизатора! Я догадываюсь почему так происходит, причем на чисто физическом уровне, и в скором времени предложу эту тему к обсуждению.

Организация автоматического смещения на дросселе фильтра, это в общем-то давно известный способ экономного смещения без дополнительных деталей и применялся в недорогих приемниках начала прошлого века, с целью уменьшения стоимости на радиодеталях. Теперь наиболее продвинутые любители звука используют такое смещение просто потому, что это звучит на удивление хорошо. На второй картинке, видно, что 40 Гн дроссель фильтра и два конденсатора фильтра образуют параллельный контур и в данном случае, помимо фильтра блока питания, он выполняет главную роль, роль рандомизатора фаз. С отвода от части обмотки дросселя подается не только необходимое смещение на сетку лампы, но и сигнал от рандомизатора фаз. Именно случайно сформированный автором этой статьи рандомизатор фаз в большой степени определил звучание всей системы.

[Федор Конь]

Прекрасная гипотеза, Сергей, браво ! А как на практике? Последняя приведённая схема усилителя, со входной лампочкой без смещения и анодным напряжением в 50 в., она как звучит в реализации? (судя по схеме, анодное AL1 =250в)
В качестве катодных сопротивлений выходных ламп часто использовались проволочные, что сами по себе катушки. У меня есть такие от филипс.
А для фиксированного смещения лучше пожалуй напряжение сделать почище, т.е. использовать дроссель без отвода, а снизить напряжение до нужного смещения последовательным дросселем. Англичане и в недешевых приемниках так делали, только резисторами естественно.
По поводу диффузного поля не все так однозначно с её панацеей. Ладно записи на кардиоидный микрофон, но ранние записи делались более просто, акустические и того в трубу с мембраной на выходе. Теоретически мембрана микрофона вообще не должна передавать дифузное поле, сродни военным телефонным трубкам, фильтрующим грохот (или крики начальства ). Тем не менее, акустические грамофонные записи преполны ясности, несмотря на техническую зажатость параметров.

[Сергей Шабад]

Сообщение от Федор Конь

Прекрасная гипотеза, Сергей, браво ! А как на практике? Последняя приведённая схема усилителя, со входной лампочкой без смещения и анодным напряжением в 50 в., она как звучит в реализации? (судя по схеме, анодное AL1 =250в)

Схема на последней картинке отсюда >>>
Смещение происходит на высоком, десятки мегом, сопротивлении пьезокристалла головки звукоснимателя. Звучание каскада со смещением на высокоомномм сеточном резисторе выигрывает однозначно у автоматического смещения на катодном резисторе и проигрывает каскаду со смещением на катодной индуктивности.

В качестве катодных сопротивлений выходных ламп часто использовались проволочные, что сами по себе катушки. У меня есть такие от филипс.

Я сразу вместо угольных тонкопленочных поставил дроссель. Улучшение звука было настолько кардинально, что я резисторы других типов и не пробовал.

По поводу диффузного поля не все так однозначно с её панацеей. Ладно записи на кардиоидный микрофон, но ранние записи делались более просто, акустические и того в трубу с мембраной на выходе. Теоретически мембрана микрофона вообще не должна передавать дифузное поле, сродни военным телефонным трубкам, фильтрующим грохот (или крики начальства ). Тем не менее, акустические грамофонные записи преполны ясности, несмотря на техническую зажатость параметров.

Интенсивность совершенного диффузного поля (с коэффициентом диффузности 1) равна 0, поэтому его невозможно ни преобразовать в электрический сигнал, ни усилить и т.д., так как его просто как бы нет.
А вот процессы формирования диффузного поля и его разрушения, это переходные процессы, и они прекрасно фиксируются микрофоном и могут усиливаться и сохраняться на фонограмме, в записи. Но есть одна засада, длинный тракт и ООС искажают процессы рождения и разрушения диффузного поля до неузнаваемости. Поэтому ранние записи (с небольшой ООС или вовсе без нее), а уж тем более акустические, прекрасно сохраняют переходные процессы рождения и разрушения диффузного поля и отличаются ясностью и музыкальностью.

[Сергей Шабад]

Сообщение от Малиновский Александр

Если бы была возможность, то я обязательно ею воспользовался и послушал бы тракт с ГГ включенным в анодную цепь без трансформатора. Такие усилители были и ГГ.

Можно пойти от обратного, подключить к бестрансформаторному усилителю трансформатор 1:1
Я пробовал в юности, нужно было распределить нагрузку между динамиками в колонке. Смешно, но усилитель был Бриг. Так вот звучание с трансформатором стало значительно лучше. Тогда я этот эффект отнес к грамотному распределению нагрузки между динамиками. Теперь понимаю, что это был эффект рандомизации фаз трансформатором.

Сообщение от Малиновский Александр

Какую сделать индуктивность и физические размеры, нужен ли сердечник? Готов попробовать.

В обычном трансформаторном каскаде резонансные свойства контура образованного катодной емкостью и анодной индуктивностью надежно демпфированы внутренним сопротивлением лампы и катодным сопротивлением. В данном случае никакого демпфирования колебательных свойств контуров нет и наша задача снизить частоту f2 рандомизатора (см. рис.) за пределы слышимого диапазона частот, лучше на октаву вниз, т.е. до 8-10 Гц.
Из формулы на рисунке видно, что сделать это чрезвычайно просто, катодная индуктивность может быть сколь угодно малой, в пределах разумного затухания в индуктивности, определяемого соотношением индуктивности и ее активного сопротивления. Мы всегда можем увеличить катодную емкость до необходимых нам 8-10 Гц частоты f2 рандомизатора.
Практически, Вы можете взять любой дроссель фильтра питания и смотать нужное число витков до необходимого активного сопротивления смещения. Можно попробовать без сердечника, индуктивности должно хватить, но добротность параллельного контура упадет.

[Lenz]

Сообщение от Сергей Шабад

Таким образом, энергия прямого звука преобразуется в электрический ток полностью, и только одна треть диффузной энергии, для которой вектор Умова-Пойтинга не может быть определен. Т.е. микрофон полностью преобразует в эл. ток прямой звук и только 1/3 диффузного....

Интенсивность совершенного диффузного поля (с коэффициентом диффузности 1) равна 0, поэтому его невозможно ни преобразовать в электрический сигнал, ни усилить и т.д., так как его просто как бы нет.

Есть и более радикальный пример - Siemens 76w. В катоде АД1 - FC высокочастотника.