Гитарный динамик: что в нем такого, кроме АЧХ ?

[Peratron]

Ну судя по конструкции там сачала лёгкая компрессия, а вот когда катушка за магнит вылетает наступает ограничение. Интересен его тип.

Для понимания сущности вносимых артефактов, следует помнить, что колебательная система говорителя содержит реактивности - и не моделируется простым амплитудным ограничителем. Потому характер искажений другой, чем у диодного.
Диодным можно было бы промоделировать механическое ограничение - типа упоров, в которые ударяется катушка. А тут - вовсе не упор, а просто уменьшение тянущей силы.
Как говорится, почувствуйте разницу...

Лучше всего всё таки отрисовать эквивалентную электромеханическую схему, потом перевести её стандартным образом в чисто электрическую - и тогда форма сигнала станет наглядной.

Возможно как-то можно померять отклик или что-то ещё на пиле плавно доходящей до ограничения.

Все эксперименты легко доступны на схемосимуляторе - а перевод электромеханической схемы в чисто электрическую есть стандартная процедура, используемая в электроакустике.
Потому бери справочник по электроакустике - того же Сапожкова или, скажем, Вахитова - и ищи эквивалентные схемы динамиков. Рисуй их в симуляторе - и закладывай функциональные ограничения соответсвующим образом.
К слову - гарантирую, что этот вполне доступный и естественный путь и приведёт в конечном итоге к разработке адекватного спикосимулятора. И никакой другой.

Повторю ещё раз - если есть реальный интерес, то залезай в Вахитова!

Вахитов Я. Ш. Теоретические основы электроакустики и электроакустическая аппаратура. - М.: Искусство, 1982. - 415 с, ил.
Содержание
[size=10]Глава I. Механические и акустические колебательные системы с сосредоточенными параметрами

   1. Простая механическая колебательная система
   2. Акустическая колебательная система
   3. Сложные механикоакустические системы
   4. Трансформация в механических и акустических системах
   5. Механические и акустические фильтры

Глава II. Механические колебательные системы с распределенными параметрами

   1. Основные понятия и определения
   2. Колебания струны
   3. Колебания мембран
   4. Колебания стержня и пластины
   5. Замещение распределенных систем эквивалентными системами с сосредоточенными параметрами

Глава III. Звуковое поле

   1. Основные понятия и определения
   2. Волновое уравнение
   3. Плоская звуковая волна
   4. Шаровая волна
   5. Энергия звукового поля
   6. Звуковое поле нескольких источников
   7. Отражение и поглощение звуковых волн
   8. Плоские стоячие волны в трубах постоянного сечения
   9. Фрикционные элементы акустических каналов
  10. Распространение звука в рупорах

Глава IV. Свойства слуха

   1. Слуховой аппарат и область слухового восприятия
   2. Естественные звуки, их спектры и логарифмические уровни
   3. Субъективные характеристики звуков, определяемые интенсивностью и ее уровнем
   4. Нелинейность слуха. Маскировка
   5. Высота звука
   6. Тембр звука
   7. Разрешающая способность слуха
   8. Бинауральный эффект и стереофония

Глава V. Физика речи

   1. Речевой аппарат
   2. Звуки речи и их физические характеристики
   3. Интегральные характеристики речи

Глава VI. Излучение и прием звука

   1. Излучение звука
   2. Прием звуковых волн

Глава VII. Электромеханические преобразователи

   1. Классификация преобразователей и теория преобразования
   2. Преобразователи с магнитным полем
   3. Преобразователи с электрическим полем

Глава VIII. Микрофоны

   1. Классификация и основные характеристики микрофонов
   2. Акустические элементы акустикомеханических систем микрофонов и их электрические модели
   3. Ненаправленные микрофоны
   4. Микрофоны с симметричной двухсторонней направленностью
   5. Микрофоны с односторонней направленностью
   6. Комбинированные микрофоны
   7. Шумы и электрические схемы микрофонов

Глава IX. Громкоговорители и телефоны

   1. Классификация и технические характеристики громкоговорителей
   2. Электродинамические громкоговорители прямого излучения
   3. Рупорные электродинамические громкоговорители
   4. Громкоговорители на преобразователях с электрическим полем
   5. Громкоговорящие агрегаты
   6. Телефоны[/size]

Изложение, к слову, очень простое и ясное - никаких особых заумствований.

Продолжать обсуждение темы без использования этой доступной информации не имеет смысла - все уже описано. Достаточно будет взять готовую модель и модифицировать её под конкретные фичи гитарного говорителя.

[DDD]

Офигеть...такое не для среднего интеллекта 
А ведь все началось с полупьяного блюзмена, у которого подгорел усилитель...

[AK-47]

Диодным можно было бы промоделировать механическое ограничение - типа упоров, в которые ударяется катушка?
Наверное, но только если эти упоры выполнены подпружиненными.
Имитация жёсткого упора, это операционник с ограничением по питанию.

[Peratron]

@ AK-47
Ну, естественно - только пока вопрос крутится в другой плоскости и такие нюансы ещё не очень важны...

[DDD]

А вот про интермодуляционные искажения как-то забыли упомянуть. ИМХО в гитарном спикере они должны быть какие-то правильные и благозвучные.

[Peratron]

Характер интермодуляционных искажений целиком и полностью определяется характером нелинейности передаточной характеристики говорителя.

Ещё раз прозрачно намекаю: берите из Вахитова модель и вбивайте её в симулятор. Всё остальное выяснится в рабочем порядке.
Разумеется, это нужно сделать если есть желание знать, а не гадать...

[DDD]

Я вот всё думаю про нелинейный фильтр, загоняемый сигналом в легкое ограничение.
Именно в легкое, потому что, насколько я понимаю, даже при тяжелом перегрузе выходного каскада усилителя сам динамик перегружен не сильно ввиду того, что его паспортные характеристики по максимальной подводимой мощности выбираются всегда с некоторым запасом, т.е. заведомо больше выходной мощности усилителя.
Иными словами, видится, что катушка и диффузор не упираются ни в какие механические ограничители ни при каких пиках сигнала.
Итак: получается некий каскад, симулирующий АЧХ динамика двумя общеизвестными горбами и спадами на краях воспроизводимого диапазона. При этом, в моменты поступления сигнала большой мощности на катушку, оба этих горба (или только один из них) могут:
1. Сдвигаться по частоте вверх
2. Сдвигаться по частоте вниз
3. Сдвигаться разнонаправленно - один вверх, другой вниз
4. Вырождаться вообще.
Написанное выше есть весьма грубое предположение, которое, тем не менее, может как-то приблизить эмуляцию к реальности по сравнению с парой (или двумя парами) стабилитронов, которые применяются в настоящее время.
Есть, конечно, немалая вероятность того, что все написанное выше или неверно вообще, или настолько малозначительно, что толку от него не будет.
Ну и хрен с ним, в крайнем случае. 
Однако, введение нелинейного фильтра в гитарный тракт само по себе уже интересно, и такое уже делалось не раз для привненсения в звук дополнительной динамики, что есть гут. 

[Peratron]

насколько я понимаю, даже при тяжелом перегрузе выходного каскада усилителя сам динамик перегружен не сильно ввиду того, что его паспортные характеристики по максимальной подводимой мощности выбираются всегда с некоторым запасом, т.е. заведомо больше выходной мощности усилителя.

Предельная мощность динамика определяет его прочность - артефакты в звуке при этом значения не имеют. Потому предположение неверно в корне.

[DDD]

Вероятно, я слишком туманно сформулировал.
Мысль такая: даже при максимальной перегрузке выходного каскада усилителя катушка динамика или что-нть там иное еще не колотится ни о какие механические ограничители (кстати, а есть ли таковые в гитарных или других динамиках общего применения).
Или так: берем нормально сконструированный комбик, втыкаем ему в хайгейновый вход гитару, тембры-гейны-вольюмы на максимум, и начинаем шпарить полными аккордами. На выходе, ессно, полная каша...так вот, я считаю, что эта каша в основном на совести усилителя, а динамик вносит лишь малую долю искажений. То есть, усилитель уже перегружен напрочь, а динамик воспроизводит поступающую на него "кашу" более-менее верно, внося небольшие, по сравнению с самим усилителем (!), искажения.
Подчеркиваю: я не имею ввиду вариант подключения одно-ваттного динамика к сто-ваттному усилителю, а именно типичный, нормально сконструированный комбарь или пару голова-кабинет.

[Peratron]

Мысль такая: даже при максимальной перегрузке выходного каскада усилителя катушка динамика или что-нть там иное еще не колотится ни о какие механические ограничители (кстати, а есть ли таковые в гитарных или других динамиках общего применения).

Ограничение хода обеспечивается пружиной.

Или так: берем нормально сконструированный комбик, втыкаем ему в хайгейновый вход гитару, тембры-гейны-вольюмы на максимум, и начинаем шпарить полными аккордами. На выходе, ессно, полная каша...так вот, я считаю, что эта каша в основном на совести усилителя, а динамик вносит лишь малую долю искажений.

Ну, это утверждение ближе к истине.

[DDD]

"Ограничение хода обеспечивается пружиной." - имеется ввиду центрирующая шайба?
ИМХО в правильной паре "гитарный УМ - гитарный динамик" усилителю вряд ли по силам полностью растянуть гофрировку шайбы, преодолевая, к тому же, нелинейно возрастающее сопротивление гофры диффузора, да еще и при условии уменьшения магнитного поля при выходе катушки из максимума этого поля.
Выходит, что компрессии способствуют три фактора:
- возрастание жесткости шайбы
- возрастание жесткости гофры диффузора
- уменьшение магнитного поля.
Засим ограничение можно считать достаточно "мягким".
Частный вывод: вид и взаимное расположение кривых, описывающих эти три фактора, определяет характер компрессии того или иного динамика.
Далее - следующий вопрос: симметрично ли такое ограничение?

[Peratron]

"Ограничение хода обеспечивается пружиной." - имеется ввиду центрирующая шайба?

Не только - краевой гофр тоже вносит свой вклад в создание противодействия отклонению.

ИМХО в правильной паре "гитарный УМ - гитарный динамик" усилителю вряд ли по силам полностью растянуть гофрировку шайбы, преодолевая, к тому же, нелинейно возрастающее сопротивление гофры диффузора, да еще и при условии уменьшения магнитного поля при выходе катушки из максимума этого поля.

Правильное понимание процесса состоит в том, что усилие создаётся током, протекающим в катушке, которому противодействует жесткость подвеса - но система является резонансной и потому отклонение подвижной системы не прямо связано с величиной силы, а величина тока не прямо связана с напряжением, приложенным к катушке. В динамике отклонения могут быть значительно большими, чем в статике.
Так, что вероятность повреждения подвижной системы из-за выхода "на упор" существует вполне конкретно - и приходилось видеть динамики, в которых катушка выскочила настолько, что не попала обратно в щель.

Выходит, что компрессии способствуют три фактора:
- возрастание жесткости шайбы
- возрастание жесткости гофры диффузора
- уменьшение магнитного поля.

  :o :o :o
О какой компрессии речь?!

В рамках линейной модели никакой компрессии не наблюдается. Потому манипулирование указанными параметрами всего лишь изменяет резонансные частоты колебательной системы.
Это всё равно, что пытаться построить компрессор на основе пассивной RLC-цепи.

Для появления компрессии необходимы либо нелинейные элементы в цепях, либо параметрическая связь между элементами.

Засим ограничение можно считать достаточно "мягким".

Не... Никакого ограничения не будет.

Далее - следующий вопрос: симметрично ли такое ограничение?

Плз, загляни всё же в Вахитова! Ну там же все расписано - буквально по слогам.

[DDD]

При большой (собственно - при любой не нулевой) амплитуде хода катушки:
1. жесткость шайбы нелинейна
2. жесткость гофры нелинейна
3. магнитная сила нелинейна.
Итого 3 (три) нелинейных величины, действующих согласно. Отсюда компрессия (вернее - ограничение) в динамике.
Про линейный режим тут вообще ни слова. Закон Гука отменяется 

[Peratron]

1. жесткость шайбы нелинейна
2. жесткость гофры нелинейна

Как правило в рабочем диапазоне смещений нелинейностью жёсткости смело можно пренебречь

3. магнитная сила нелинейна.

Магнитная сила линейна - нелинейно манитное поле. То есть, налицо параметрическая связь.

Кроме того, следует помнить, что звуковое давление пропорционально не смещению, а ускорению - то есть, второй производной от смещения. А это означает, что амплитуда смещения падает пропорционально квадрату частоты и даже на средних частотах полное смещение мизерно - так, что можно пренебречь нелинейностью магнитного поля и связанными с этим искажениями.
Но при этом параметрическая зависимость возбуждающей силы от смещения создаёт глубокую амплитудную модуляцию высоких частот низкими. Потому модель спикосима, в которой ограничение не зависит от частоты не будет адекватной ни в малейшей степени.

Про линейный режим тут вообще ни слова. Закон Гука отменяется

Обломайзинг! Гук неотменяем в такой же степени, как Ом...

[DDD]

Итак, исходя из того, что справедливо пишет уважаемый Peratron, а также из прочих предположений, можно сделать некоторые теоретические выводы:
1. Спикосим как таковой НЕ должен искажать высокие и средние частоты {цитирую: "...даже на средних частотах полное смещение мизерно - так, что можно пренебречь нелинейностью магнитного поля и связанными с этим искажениями"}.
2. Спикосим ДОЛЖЕН искажать (ограничивать) низкие частоты, так как на низах амплитуда болтания катушки достаточна велика.
3. Величина искажений по п.2 не должна быть значительной, видимо, в разы или не порядок меньше искажений самого выходного каскада усилителя при его значительном перегрузе.
4. Искажения по п.2 должны быть схожи с "мягким ограничением", нечто вроде мгновенной компрессии верхушек сигнала.
5. Относительно симметричности/несимметричности этих искажений - ХЕЗ (не хочу читать ни Вахитова, ни прочих: прочтение формул приводит меня в дурное настроение...начитался я их по жизни... ).
Если теперь перейти в практическую стезю, то написанным выше п.1...п.5 в первом приближении отвечает активная (ну, может быть пассивная нелинейная) схема с "классической" спикосимной АЧХ, при этом:
- входящая в "мягкое" ограничение при экстремальных уровнях сигнала, что обеспечит как нелинейные искажения только низов (АЧХ на НЧ имеет значительный подъем), так и модуляцию верхних частот низшими при входе в ограничение;
- имеющая возможность регулировки рабочей точки для проверки на слух п.5;
- допускающая введение элементов, изменяющих форму АЧХ при входе в ограничение (но это уже следующий шаг).
Иными словами, можно заюзать с небольшим перегрузом большинство известных спикосимов, активные элементы которых ограничивают сигнал "мягко" и имеют возможность сдвига рабочей точки.
В общем-то, не так уж и сложно...

[Peratron]

5. Относительно симметричности/несимметричности этих искажений - ХЕЗ (не хочу читать ни Вахитова, ни прочих: прочтение формул приводит меня в дурное настроение...начитался я их по жизни... Со сжатыми губами).

Напрасная упёртость - там помимо формул, много чрезвычайно толковых картинок.
Например, именно к этому пункту рассуждений следует рассмотреть рис.IX.11 (стр.382).
Впрочем, размещённый на той же странице список причин, приводящих к искажениям звука электродинамического громкоговорителя тоже следует проштудировать внимательно, вместо игры в угадайку...

- входящая в "мягкое" ограничение при экстремальных уровнях сигнала, что обеспечит как нелинейные искажения только низов (АЧХ на НЧ имеет значительный подъем), так и модуляцию верхних частот низшими при входе в ограничение;

Вопрос в том, как она умудрится обеспечить модуляцию - ведь в прототипе связь параметрическая. И значит, простая нелинейность тут не будет работать должным образом.

активные элементы которых ограничивают сигнал "мягко" и имеют возможность сдвига рабочей точки.
В общем-то, не так уж и сложно...

Это бесперспективный путь - нужно делать именно физическую модель говорителя, а не симулировать внешние признаки...

[igorjan]

Кстати, есть такое свойство у колебательной системы, как уход(смещение) резонансной частоты при увеличении амплитуды воздействия..

[Peratron]

Оно может быть вызвано разными причинами...

[DDD]

Один мой знакомец - большой умница и знающий мужик - как-то спросил меня: "А вот какой телевизор тебе бы хотелось?"
Я кинулся перечислять свойства и все такое... терпеливо выслушав меня, он сказал: "...дело в том, что телевизор, как таковой, тебе НЕ нужен: тебе нужен набор функций, которые он так или иначе выполняет. Заметь также, что кроме полезных функций у телека есть и бесспорно вредные: он занимает место, потребляет энергию, от него шпарит излучение; он требует, в конце концов, какого-то ухода и приборки. Иными словами, не путай вещь и функцию".
Где-то вот так...

[deluxe]

Гитарный динамик даже не "вылетая" катушкой за края магнитного зазора звучит весьма "по гитарному".

Спасибо кэп