poprawianie systemu audio (3)

Niżej cytuję (w 3 rozdziałach) opracowanie brytyjskiej firmy VertexAQ na temat walki ze zniekształceniami pochodzącymi od fal RFI i od drgań. To opracowanie, napisane bardzo przystępnym językiem, można też uznać za podsumowujące wcześniejsze artykuły z cyklu, który nazwałem „poprawianie systemu audio” oraz tych, które odrębnie omawiają wpływ szumów EMI/RFI oraz drgań: „szumy RFI/EMI„, „wibracje i drgania„. Tekst firmy Vertexaq jest przez mnie przetłumaczony z niewielkimi zmianami nietechnicznymi lecz wynikającymi ze stylu pisania. Zaznaczyłem kolorem fragmenty, które są jedynie reklamą ich własnych produktów, choć noszą znamiona informacji uniwersalnej.

Można też zacząć czytanie kolejnych rozdziałów od podsumowania w rozdziale 4 >> , który zawiera również polemikę z artykułem Rogera Russella, przytaczanego często przez wątpiących w ważność akcesoriów (delikatnie to ująłem) na system audio.

 omawia i radzi:

Od wielu lat używamy wyrażenia „Systematic Approach”. Używamy go w rozmowach z klientami i dealerami, z prasą, na pokazach hi-fi … Ale co to oznacza?

Oto nasza prosta definicja zasad i celów:

Systematyczne podejście jest zunifikowanym sposobem myślenia,  oznaczającym to, że rozważamy wszystkie wpływy na wydajność hi-fi w zintegrowany i zrównoważony sposób. Aby to osiągnąć, potrzebujemy pełnej informacji, a nie tylko cząstkowej opartej na wybranych komponentach. Podejście systematyczne to pogląd, że system jest zarówno zbiorem dyskretnych komponentów, jak i pewną całością wbudowaną w strukturę architektoniczną. Następnie rozważa, w jaki sposób system wpływa na wewnętrzne interakcje, a także na warunki środowiskowe, w których działa. Systematyczne podejście pozwala nam podejmować logiczne decyzje, które poprowadzą nas we właściwym kierunku. W kierunku, który skutecznie poprawi działanie systemu i nie pozwoli na brnięcie pośród mnóstwa ślepych zaułków, które czekają, aby złapać nieostrożnego. Celem jest stworzenie systemu audio możliwie najlepszego, gdzie dźwięk jest naprawdę wiarygodny i urzekający i zrównoważony; gdzie nie próbujesz zwalczyć jednego błędu drugim; gdzie system pozostaje stabilny w zmiennych warunkach pracy, ze wszystkimi rodzajami materiału muzycznego i szerokim zakresem ustawień głośności.

Pamiętajcie-  widok „pełnego systemu” obejmuje twój pokój, sprzęt, muzykę, a także nastrój psychofizyczny. Słuchamy muzyki w zaskakująco odmienny sposób, podświadomie, i ma to znaczący wpływ na to, co musimy wziąć pod uwagę przy zarządzaniu procesem aktualizacji.

„Systematyczne podejście” jest bardzo ważne, ale i dość skomplikowane, ponieważ problemy z interakcją systemu są złożone- proszę nie dać się oszukać, gdy inni mówią, że dobre połączenie systemu hi-fi jest łatwe… Nie jest!

Dźwięk źle traktowanego systemu:

Warto w tym miejscu krótko opisać, jak będzie brzmiał typowy system hi-fi, gdy zostanie całkowicie otwarty na skutki wibracji i RFI. Będzie brzmiał jasno, płytko i 2-wymiarowo, cięższa muzyka będzie męcząca (ograniczając wybór programu), bas będzie nierówny i snujący się, szczegóły tonalne będą ograniczone. Soprany będą pozbawione subtelności. Tempo będzie słabe, a różne rytmiczne elementy muzyki będą pozornie niespójne. System nie będzie przezroczysty, więc zamiast „znikających” kolumn i głośników, słuchacz zawsze zdaje sobie sprawę, że dźwięk w pewnym sensie dochodzi z głośników.

Opis może trochę przesadny … Ale…

Ale teraz musimy szczegółowo opisać rzeczywiste przyczyny wszystkich tych problemów i jak prawidłowo sobie z nimi poradzić. W następnych rozdziałach pojawią się tematy, które należy czytać kolejno żeby nie mieć mylnego zrozumienia wszystkich teorii z zakresu „Systematic Approach”.

 

Systematic Approach według
(rozdział 1)

 

1. Co rozumiemy przez infrastrukturę Hi-Fi.

a) Infrastrukturą systemu hi-fi są te wszystkie części, które znajdują się poza podstawowym sprzętem elektronicznym. Obejmuje następujące elementy:

• Wszystkie elementy sieciowe- kable sieciowe, listwy dystrybucyjne, zasilacze, wszystkie wtyczki i gniazdka oraz wszystkie domowe przewody i związana z nimi fizyczna budowa sieci domowej.
• Wszystkie kable sygnałowe.
• Twoje meble na których jest położony jest sprzęt (np platformy Vertex AQ Kinabalu)
• Twój układ pomieszczeń i akustyka oraz wszelkie akustyczne usprawnienia w pokoju, które mogą być wymagane.
• Twoja muzyka.
• Ty sam!

b) Infrastruktura elementu elektronicznego. To są wszystkie części w sprzęcie elektronicznym, wszystkie podsystemy w komponencie, takie jak:

• Wewnętrzne zasilacze.
• Sekcje przetwarzania analogowego i cyfrowego.
• Obwody wejściowe i wyjściowe.
• Okablowanie wewnętrzne.
• Wewnętrzna konstrukcja nośna.

Myślenie infrastrukturalne:

Bardzo ważne jest, aby spróbować przełamać zwyczaj myślenia wyłącznie o głównych komponentach systemu, a nie o całej infrastrukturze. Jeśli skupisz się tylko na wzmacniaczach, odtwarzaczach itp. wyłącznie, to jesteś narażony na duże ryzyko słabej wydajności systemu, a co gorsza, ciągły cykl zmian komponentów bez osiągnięcia rzeczywistego postępu. Zła infrastruktura zawsze będzie czynnikiem ograniczającym w każdym systemie.
A kiedy system będzie miał dobrą infrastrukturę zewnętrzną, będziesz mógł dalej czerpać korzyści z lepiej zaprojektowanych komponentów i być może z uwzględnieniem wewnętrznej infrastruktury. A kiedy system jest wyposażony w komponenty infrastruktury Vertex, często stwierdzamy, że główne komponenty są w stanie osiągnąć znacznie lepszą wydajność niż kiedykolwiek podejrzewał o to właściciel sprzętu. Więc możesz zmarnować inwestycję, którą już wykonałeś w niektórych doskonałych komponentach, w wyniku poważnych systemowych błędów.

 

2. Usterki systemu Hi-Fi.

Kompletny system i jego wady:

Jedną z pierwszych rzeczy do zrozumienia w „Systematycznym podejściu” jest to, że mocno opiera się na idei, że system jest kompletnym i interaktywnym bytem. A ten kompletny byt obejmuje twój pokój, twoje zasilanie, twoją muzykę, twój gust i (no cóż) twój mózg. Słuchamy muzyki w zaskakująco odmienny sposób, podświadomie, i ma to znaczący wpływ na to, co musimy wziąć pod uwagę przy zarządzaniu procesem aktualizacji.
Przede wszystkim rzućmy okiem na techniczne aspekty naszych systemów. Konwencjonalnie skonfigurowany system, jako kompletny podmiot, ucierpi na skutek niektórych wad, poważnie wyniszczających system hi-fi,. Niektóre z nich są zewnętrzne lub „środowiskowe”, inne mają charakter „interaktywny”. Przyglądając się bliżej, widzimy, że te efekty mają wyraźne przyczyny źródłowe i że niektóre z tych przyczyn są stałe, inne są zmienne i często są produktem ubocznym stale zmieniających się poziomów energii, które generują nasze systemy (a zatem zależą od głośności i programu muzycznego).

Główne przyczyny:

Opisujemy główne przyczyny w następujący sposób:

Przyczyna 1 – Zakłócenia o częstotliwościach radiowych (RFI):

• W dużej mierze środowiskowe, mogą być zmienne, ale mogą również być interaktywne.
• RFI może pochodzić z wielu źródeł i być obecne w szerokim zakresie częstotliwości. Przy niższych częstotliwościach przedmioty takie jak słabo odizolowane silniki elektryczne mogą wysyłać znaczące poziomy fal RFI. Przy wysokich częstotliwościach mamy do czynienia z niezliczoną ilością urządzeń cyfrowych, emitujących dużo szumu do sieci prądowej i promieniujących również. Telefony komórkowe korzystają z emisji znacznych ilości energii o częstotliwościach radiowych. Wreszcie, nie zapomnij o samym hi-fi, który wygeneruje pewną ilość szumu. A ten szum leży w sercu twojego systemu (wiele cyfrowych komponentów „wypycha” znaczną ilość RFI z powrotem do sieci, zanieczyszczając urządzenia eksploatacyjne innych komponentów w systemie).

Przyczyna 2 – Akustyczna (wibracyjna) energia:

• W strukturach komponentów (obwodach, obudowach i podstawach), może być środowiskowa, interaktywna i zmienna. Wibracje mogą dostać się do twoich komponentów z ziemi (przez podpory). Mogą być wewnętrznie generowane przez urządzenia takie jak transformatory i transport dysków optycznych lub po prostu przejęte z wysokiego poziomu ciśnienia akustycznego w pokoju odsłuchowym.
• Przechodząca przez system za pośrednictwem wszystkich kabli. Ponownie jest to kombinacja czynników. Transformatory nieustannie wysyłają wibracje wokół wszystkich przewodów sieciowych, wibracje z głośników są przekazywane z powrotem do wzmacniacza wzdłuż przewodów głośnikowych. Podobnie wibracje przenoszone przez ziemię, które są przekazywane do twojego systemu przez stojaki, może być również wprowadzany do sieci przez gniazda w ścianie.
• Zwróć uwagę, że kiedy mówimy o energii akustycznej lub wibracyjnej, mamy na myśli nie tylko oczywiste uderzenie niskiej częstotliwości jak w bęben basowy. O nie! Mamy na myśli wibracje o częstotliwościach z cały zakresu audio i ze spektrum ultradźwiękowego

Skutki błędów systemowych.

W tym miejscu wprowadzimy inne pojęcia, które pomogą nam zrozumieć (nie mówiliśmy, że będzie to łatwe!) efekty błędów. Innymi słowy, co jest przyczyną, że coś rzeczywiście powoduje osłabienie wydajności.

Efekt 1 – zniekształcenie indukowane przez RFI:

• Niepożądane RFI w obwodach analogowych podnosi poziom szumów, tracąc drobne detale i informacje o fazie (zacierając obraz) i „intermoduluje” z częstotliwościami środkowymi i górnymi, powodując zauważalną szorstkość i krawędzie dźwięków. W obwodach cyfrowych, RFI podnosi zniekształcenia cyfrowe i skutecznie zmniejsza wierność odtwarzanego nagrania, dzięki czemu dźwięk jest znacznie bardziej płaski i skompresowany.

Efekt 2 – Mikrofonowanie:

• Niepożądane wibracje akustyczne powodują znaczne uszkodzenia reprodukcji dźwięku, ponieważ prawie wszystkie elementy elektroniczne są do pewnego stopnia „mikrofonowe” – to znaczy, jeśli są rozedrgane, zamieniają niektóre z tych wibracji w mały niepożądany sygnał elektryczny, który dosłownie dodaje się do rzeczywistego sygnału, który chcemy przetwarzać. Działają jak mini mikrofony! Po prostu- wibracje kilku z tych komponentów lub pozwalanie na działanie ich w całym systemie powoduje powstawanie coraz większych zakłoceń, począwszy od subtelnej utraty precyzji i szczegółów, aż po głębokie rozmycie i zniekształcenia..

Jeśli wcześniej nie słyszałeś o tych przyczynach i efektach, lub widziałeś tego typu opisy, wszystkie mogą wydawać się skomplikowane, a może nie do końca wiarygodne – przecież w ciągu ostatnich 6 lub 7 dekad projektowania hi-fi te sprawy zostałyby w pełni wyjaśnione i rozwiązane. Niestety do niedawna były prawie całkowicie ignorowane. W Vertex, uczyniliśmy wszystko dla dokładnej identyfikacji i rozpoznania wszystkich efektów oraz dla prawidłowego projektowania techniki przeciwdziałania przyczynom. I jest bardzo dobry powód, dla którego to zrobiliśmy- kiedy przyczyny opisane powyżej są znacznie zredukowane, poprawa reprodukcji dźwięku jest naprawdę ogromna.

 

3. Przemyśleć system

Konwencjonalny widok systemu

Aktualizacje systemu powinny zawsze być podejmowane z uwzględnieniem zrównoważonego podejścia i ze świadomością, że prawie zawsze są to istotne błędy w systemie, które są nadrzędnym czynnikiem wpływającym na wydajność, a nie na jakość twojego „najlepszego” komponentu. Innymi słowy, znajdź systematyczne błędy i potraktuj je, zanim wydasz więcej pieniędzy na ulepszenie, tego co może być już całkiem dobrą elektroniką. Aby to zrobić, musimy ponownie przemyśleć system – musimy opisać nasz system hi-fi jako zestaw połączonych struktur o zdefiniowanych parametrach akustycznych.
Wykorzystajmy zatem prostą konfigurację systemu w normalnym środowisku domowym, jak w naszym przykładzie. Poniższy schemat przedstawia sposób, w jaki myślimy o systemie w sposób konwencjonalny.

Kiedy patrzymy na diagram elektroniki na stojaku, z kablami wchodzącymi i wychodzącymi z tyłu, ilu z nas pamięta, jak po prostu sprzęt z elektroniką na półki, łączymy je w pośpiechu i… Siadamy i słuchamy, bo zdaniem użytkownika dla wydajności ważna jest przede wszystkim elektronika wewnątrz obudów, a wszystkie te peryferyjne rzeczy nie mają znaczenia – jak to możliwe?

Widok rzeczywisty systemu

Musimy teraz rozważyć zupełnie inny pogląd, oparty na akustycznym zachowaniu całego układu, jako istocie powiązanych struktur. Co najważniejsze, musimy dokładnie przyjrzeć się zachowaniom akustycznym tych elementów konstrukcyjnych. Przyjrzyjmy się uważnie poniższemu diagramowi.

Aby ponownie przemyśleć system, musimy zastosować następujące zasady:

Różne rodzaje materiałów stałych przewodzą fale dźwiękowe z różnymi prędkościami i o różnej sile. W porównaniu do prędkości dźwięku w powietrzu miękkie materiały, takie jak guma, „grają” bardzo powoli, około 1/4 prędkości dźwięku w powietrzu. Bardzo twarde materiały, takie jak stal i granit, emitują dźwięk niezwykle szybko, około 16 do 18 razy szybciej niż dźwięk w powietrzu. Materiały takie jak miedź i srebro (metale użyte do prowadzenia przewodów), które można powiedzieć są umiarkowanie twarde, przewodzą dźwięk 10 do 12 razy szybciej niż prędkość dźwięku w powietrzu. Odpowiednio do ich prędkości, właściwości „stratne” tych materiałów mają podobny wzór – ale należy pamiętać, że podczas gdy miękkie gumy są bardzo stratne, nawet umiarkowanie twarde materiały są tylko częściowo stratne w porównaniu do powietrza, a bardzo twarde materiały nie tracą prawie nic w porównaniu z powietrzem. Na przykład pręt stalowy będzie przewodził umiarkowany poziom energii akustycznej przy bardzo dużych prędkościach i na bardzo dużą odległość, ale miedź lub srebro nie tracą zbyt wiele do stali.

4. Propagacja akustyczna

Transfer energii

Gdy umieścisz 2 materiały o podobnej charakterystyce w ścisłym kontakcie ze sobą, powiedzmy stal przy stali, energia dźwiękowa w jednej będzie łatwo przechodziła do drugiej. Na łaczeniu występuje niska impedancja akustyczna. Gdy umieścisz 2 odmienne charakterystyczne materiały w ścisłym kontakcie ze sobą, powiedzmy stal przy gumie, energia dźwiękowa w jednej nie przejdzie łatwo do drugiej, odbije się od złącza i powróci. Na łączeniu występuje wysoka impedancja akustyczna.

Uważaj, aby nie pomylić przewodnictwa akustycznego z rezonansem akustycznym. Są to dwa zupełnie różne zjawiska. Rezonans jest funkcją mechaniczną. Weź stalowy pręt i ujmij go mocno na jednym końcu, wygnij i puść drugi koniec, a zacznie się sprężyście wahać tam iz powrotem z częstotliwością 3 lub 4 Hz. Teraz umieść kawałek plasteliny na końcu i częstotliwość rezonansowa zmniejszy się. Charakterystyka tego rezonansu jest wyznaczona przez długość preta, sprężystość stali, masę na końcu pręta i efekt tłumienia powietrza. Ale umieść końcówkę stalowego pręta mocno w czymś, co wibruje na poziomie 10 KHz, a wibracje będą prowadzone z jednego końca na drugi z prędkością około 12000 mil na godzinę (prędkość dźwięku w powietrzu na poziomie morza, 768 mph x 16 = 12 288 mph), a także z bardzo niskimi stratami. Ta funkcja jest określona przez charakterystykę molekularną materiału i efektywność granicy w miejscu źródła wibracji.

Nasze systemy hi-fi są zbudowane z wielu różnego rodzaju materiałów, niektóre z nich są miękkie, a niektóre z nich bardzo twarde, a zatem wykazują różne charakterystyki akustyczne, które opisaliśmy. Ale dla nas, aby opis był w miarę łatwy w odczytaniu, kategoryzujemy strukturę na 3 grupy, z wysoką, umiarkowaną i z niską transmisją akustyczną i odpowiednio pokolorujemy je na wykresach- odpowiednio na czerwono, pomarańczowo i żółto. Kable traktujemy również jako elementy o wysokiej emisji akustycznej. Podczas gdy metale kabli mogą nie być tak wydajne, jak np. stal obudowy, twoje kable łączą bezpośrednio obwody i komponenty każdego urządzenia, a zatem są uważane za bardzo wydajne w tym kontekście.

W naszych schematach materiałów, obwody i płytki drukowane odtwarzacza CD i wzmacniacza są reprezentowane przez centralny czerwony blok, z dwoma krótkimi pionowymi liniami reprezentującymi fizyczne połączenie z obudową zewnętrzną, zwykle za pomocą wsporników lub śrub. Również czerwony blok za okablowaniem domowym reprezentuje ściany, w których układane są przewody (co może być istotnym zagadnieniem, o którym będziemy pisać później).

Zastanów się nad wibracjami pochodzącymi od transformatorów i silników oraz energią poruszającą się po przewodach i uważnie przyjrzyj się diagramowi, i zastanów się, gdzie impedancja akustyczna jest minimalna, w miejscu, w którym będą się poruszać wibracje. Energia w obwodach będzie się utrzymywać i krążyć wokół obudowy i będzie się przemieszczać w górę i w dół kabli. Innymi słowy, może pozostać tylko w czerwonej strukturze lub podróżować wzdłuż różowych kabli. Nie może nigdzie indziej, np. przez stopę odtwarzacza, ponieważ większość stóp odtwarzaczy jest zwykle wykonana z tworzywa sztucznego, z filcu lub gumy (bardzo duża niedopasowanie impedancji). Zobacz poniższy diagram.

A na koniec zauważmy, że głośniki wkładają dużą ilość energii do powietrza, a podczas gdy kontakt powietrza z ciałami stałymi nie jest szczególnie skuteczny, bardzo duże obiekty, takie jak ściany twojego pokoju, pobiorą znaczną energię i przekażą ją do podłączonego okablowania sieciowego (szczególnie niskie częstotliwości).