Доработка АС S-90 (4 Ом). Отчёт 25 лет спустя.

На любом форуме можно встретить тему а-ля «переделка S-90».
На Mysku такой темы почему-то нет. Надо исправлять ситуацию.
— Так в СССР был целый институт акустики.
— Институт был, а толковой акустики… ©

1. Немного копипаста.
В продаже всегда есть хорошие, годные американские/европейские/японские трёхполосные колонки (акустические системы, сокращённо АС), внешне похожие на S-90, но стоят они неприлично.
Есть другие советские годные колонки, куда лучше, чем S-90, но достать их, тем более в хорошем состоянии, сложнее, и стоить они будут ещё дороже.
А есть китайские АС (они могут иметь брендовое имя и красивый шильдик, но суть остаётся), которые продаются в DNS, «Эльдорадо», «М.Видео», «Comfy», «Фокстрот» и т.д.
Так вот, если выбор стоит между китайскими АС из этих магазинов и S-90, стоит брать S-90. Будет всяко лучше, чем выкинуть деньги коту под хвост и поставить, может, и красивенькие, но унылые китайские АС рядом с ЖК-телевизором, имитируя дорогую стерео систему.

Если нынешние колонки в принципе устраивают, а с деньгами туговато — лучше не тратить их.
Дело в том, что настоящего счастья от покупки S-90 не обретёшь. Если денег достаточно, то можно сразу перешагнуть через эту ступень и купить что-то хорошее. А вот если встроенные или бюджетные аудиосистемы не устраивают и есть непреодолимое желание поковыряться паяльником, то вперед и с песней.



Известные недостатки АС S-90:
1. ВЧ-динамик.
2. Мегабас (странно, почему это отнесли к недостаткам).
3. Внутренняя разводка тонкими проводами.
4. Отвратительный среднечастотник. Смотрим журнал «Радио» № 8 за 1987 год и № 5 за 1995 год.
5. Бубнеж на низких частотах — маловат объём корпуса для низкочастотника (просто требуется пересчитать ФИ).
6. Решётки на динамиках хотя и защищают бумажные диффузоры от детей, вносят только минусы в звук (верно для решёток НЧ динамиков).
7. Слабое демпфирование задней стенки (достаточно простучать стенки АС, чтобы убедиться в этом).
8. Значительное сопротивление катушки ФНЧ (0,6 Ом), из-за чего недостаточное демпфирование НЧ динамика (а во всём обвинили корпус).

2. Заводская схема АС S-90.

Программа моделирования Multisim 10 идеально считает всякие фильтры, начиная даже с ранних версий EWB512.
Поэтому грех ей не воспользоваться.
С целью упрощения динамики заменены активными нагрузками 4 Ом, 8 Ом и 16 Ом:

Инверсия полярности Гр.3 учтена в сумматоре А1.

Вот такая АЧХ:

и ФЧХ

С реальными динамиками, естественно, графики меняются в худшую сторону.

Посмотрев эти картинки, я немного обалдел и пошёл листать журналы Радио в поисках решения данного вопроса.

3. Доработка 35АС-015 на основе лестничного фильтра (Радио 1990 г. № 04 стр. 57).
Давно известное решение от автора из Днепропетровска.
Статья скопирована всеми, кому не лень многими, но реальных отзывов что-то не видно.
Напомнило шутку: Народ, кто покупал альпинистское снаряжение на али? Вроде плохих отзывов нету. ))

Схема:

Автор утверждает:
"… В доработанной АС «Электроника» 35АС-015 применён так называемый лестничный фильтр всепропускающего типа шестого порядка.… Они удовлетворяют одновременно нескольким требованиям:
— обеспечивают плоскую суммарную АЧХ по напряжению
— симметричные характеристики направленности АС в области частот разделения фильтров
— малый уровень фазовых искажений
— фильтры в наименьшей степени чувствительны к изменениям номиналов входящих в них элементов" ©

Последний пункт конечно же вызывает улыбку: а зачем тогда в схеме высокоточные катушки? ;)
Чем выше порядок фильтра, тем точнее должны быть номиналы. Иначе фильтр попросту не заработает должным образом.
Это с появлением EWB512 и подобных программ фильтр 6-го порядка способен рассчитать любой школьник.
А в далёкие 60-е, 70-е и даже 80-е расчётами фильтров занимались кандидаты мат.наук.

Включаем Multisim 10, смотрим:

АЧХ:

ФЧХ:

Мда, «малый уровень фазовых искажений» во всей красе. )

Посмотрев на картинки, желание повторить схему исчезло.
Да и мотать катушки с точностью 0,1% — спорное удовольствие.
Пусть даже автор и пишет «При оценке качества звучания переделанных АС все слушатели отмечали «лёгкость и прозрачность» звучания.»

Тень сомнения (а была ли собрана хоть кем-то схема) не покидает меня и сейчас.

4. Что есть ещё интересного по вопросам моделирования фильтров АС.
Очень основательная статья: Проблема частотного разделения сигналов в акустических системах.
Это лучшее, что я встречал. Но это сегодня, а 25 лет назад у меня интернета не было.

5. Как бы переделать свои S-90, и при этом не напортачить?
В наличии было почти ничего. Конденсаторы какие-то были. И ещё много К73-17 1 мкФ и 2,2 мкФ.
Провод ф0,7мм и ф1мм немного.

Приборы — по минимуму:
— мультиметр DT830B
— самодельный генератор 20 Гц-20 кГц
— LС- метр неизвестной породы был позаимствован (не украден! именно взят на время) на работе, точность 2,5%;
— осциллограф С1-49 (использовался как частотомер, т.к. на генераторе просто крутилка);
Персонального компьютера и тем более измерительного микрофона дома не было. (
Вот при таких вводных пришлось стартовать.

Родные фильтры из АС были демонтированы. Решил их не разбирать, т.к. гарантий, что результат переделки порадует, никто не давал.
Надо было оставить путь для отступления.

6. Комплект динамиков в S-90.
Вариант «всё выкинуть и купить новые импортные» не рассматривался по понятным причинам.

НЧ динамик — 75 ГДН-1-4 (30 ГД-2)

К нему никаких претензий не было.
Только лишь пришлось снять защитную металлическую решётку, чтобы не звенела.
А вот рамка, закрывающая края решётки и корзину, осталась.

СЧ динамик — 20 ГДС-1-8 (15 ГД-11)
При тестовом прогоне динамика с генератора вылазит крокодил резонансный (?) бугор в диапазоне 4,5 кГц (т.е. на частоте вблизи максимальной чувствительности слуха).
А на АЧХ «крокодила» нет:


Заниматься мракобесием (обклеивать корзину тряпочками, забивать ваткой пространство позади диффузора, обмазывать кровью девственниц непонятно чем подвесы и т.д.) не приемлю.
«Не наш метод!» ©

Короче, СЧ динамики в мусор. Именно такие:

Из-за странного резонанса СЧ динамиков — специфичный звук АС S-90.

ВЧ динамик — 6 ГДВ-6-16 (10 ГД-35)
Частота основного резонанса: 2900 – 3600 Гц.
Злые языки утверждают, что причина плохого звука S-90 — именно из-за ВЧ динамиков.

Лично мне чихать на любые непроверенные мнения.
Берём генератор, УМ, подключаем динамик 10 ГД-35 и слушаем на небольшой мощности.
По ходу крутим регулировку частоты от 1кГц вверх по диапазону.
Частота основного резонанса легко находится на слух, всё соответствует паспортным данным.

Далее вверх по частотам: никаких сюрпризов вплоть до максимально слышимой частоты.
Проверил оба ВЧ динамика: всё ОК.

Защитные решётки СЧ и ВЧ динамиков оставил как есть, т.к. паразитных призвуков я из них «выбить» не смог.

7. Замена СЧ динамиков.
Как обычно, без проделок фортуны не обошлось.
Два человека (я и коллега по работе) были командированы в Харьков на какую-то выставку (промышленные приборы, автоматизация хим.производств).
Поезд прибыл около 6 утра, и до начала выставки было ещё время, чтобы заехать на Харьковский радиорынок.
СЧ динамики 20ГДШ-101 были куплены в количестве 6 штук (одна пара сотруднику, остальные — мне).
Вот с таким довеском мы посетили выставку, где набрали халявных флешек еще несколько кг рекламных проспектов.

По прибытию домой СЧ динамик был проверен с генератора, чтобы убедиться в отсутствии «крокодилов».
Никаких сюрпризов, всё нормально. ))

Вот, вспомнил. Позже была ещё одна закупка 20ГДШ-101 (4шт.) для проекта, который так и не состоялся.

Куда разошлись динамики:
— 1-я пара в мои S-90
— 2-я пара в 35АС-015
— 3-я пара ещё в одни S-90 (2005 год; именно в 3-й паре был перечитан ФИ при использовании программы JBL).
— 4-я пара — в 25АС-132 Электроника (были уничтожены ребёнком, т.к. не было защитных решёток)
— 5-я пара — нашлась в кладовке, пролежав 25 лет


Интернет о них ничего толком не знает. Есть лишь обрывочные сведения об этой модели.
Упоминается, что это аналог 5 ГДШ-5-8.

Примечание: 25АС-132 Электроника — это клон 50АС-107 Электроника, выпускавшийся с 1987 года на Северодонецком заводе сопротивлений.

8. Схемы, которые считались потеряны:

На операционных усилителя собран вспомогательный сумматор и инвертор, имитирующий инверное подключение ВЧ динамика.

Из-за чего отличия в схемах? Не помню.

9. Фильтры.
Расчёт фильтров был сделан в симуляторе EWB512 по той же упрощённой методике, что и в примерах выше.
Все идеи — проще не придумаешь:
— отдать НЧ динамику диапазон, который он нормально воспроизводит (до 500-600 Гц)
— ФНЧ 1-го порядка (и деталей меньше, и точность намотки катушки не критична)
— отдать СЧ динамику всё от 500-600 Гц и выше до частот, которые он нормально воспроизводит (т.е. до 8-10 кГц)
— полосовой фильтр для СЧ динамика — также 1-го порядка (по тем же причинам)
— отдать ВЧ динамику всё выше 8-10 кГц
— фильтр для ВЧ динамика — 2-го порядка (задача: получить максимально возможное ослабление сигнала на частоте основного резонанса)
— получить суммарную АЧХ как можно ровнее

Сохранилась катушка НЧ фильтра, принимавшая участие в макетировании схемы:

Провод ф0,7мм. Сопротивление около 0,2 мм (в схеме из архива можно увидеть 0,2 Ом — это активное сопротивление катушки НЧ фильтра).
Когда же катушки были намотаны проводом ф1мм, сопротивление уменьшилось в 2 раза (т.е. 0,1 Ом).
Сопротивление катушки НЧ фильтра из S-90 (до сих пор хранится в кладовке) 0,6 Ом


Из-за уменьшения сопротивления катушки в 6 раз, понятное дело, улучшилось демпфирование НЧ динамика.
Как следствие, ушло НЧ бубнение.
Естественно, УМЗЧ и кабели к АС также отвечают за демпфирование не в последнюю очередь.

10. И снова Multisim.
Окончательная схема:

R1, R3, R4 — соответственно НЧ, СЧ, ВЧ динамики.
АЧХ:


ФЧХ:

Намного ровней, чем я видел у других схем. ))

«Идеальной ФЧХ любого фильтра, в том числе и разделительного, можно было бы считать нулевую (отсутствие временной задержки) либо линейно нарастающую (постоянная задержка на всех частотах).
Среди тех фильтров, которые могут применяться в качестве разделительных, только фильтр 1-го порядка имеет идеальную ФЧХ.
Как итог – форма сигнала, прошедшего АС с разделительными фильтрами 1-го порядка, имеет больше шансов остаться неискаженной, чем, скажем, с фильтрами 3-го порядка. Однако понятно, что решение главной задачи – фильтрации и частотного разделения – с фильтрами столь малого порядка затруднительно.

ГВЗ – тоже частотная характеристика, представляющая производную ФЧХ по частоте как функцию опять же частоты. Резкие колебания ГВЗ свидетельствуют о возможности разных задержек составляющих реального сигнала, имеющих разные частоты: сигнал исказит свою форму, как говорят акустики, «рассыплется».
Барабан будет уже не барабан, пиццикато – не пиццикато.» ©

Концепция реализована. Получена линейно нарастающая ФЧХ.

НЧ фильтр (ФНЧ). Полоса пропускания по уровню -3 дБ до 640 Гц:

СЧ фильтр. Полоса пропускания примерно от 600 Гц до 5 кГц:

Фильтр ВЧ (ФВЧ). Ослабление на частоте основного резонанса ВЧ динамика -21 дБ:

Полоса пропускания ФВЧ по уровню -3 дБ (от -0,5 на 20 кГц) от 10 кГц:


11. И так, схема есть. Любой желающий может переделать свои S-90.
Последовательность переделки:
1. Открутить динамики, демонтировать фильтры.
2. Намотать катушки при использовании LC-метра (катушки фильтров СЧ и ВЧ динамиков можно получить отматыванием витков L2 и L4; можно и L1 отмотать до 1мГн, это вам решать).
3. Собрать(спаять) фильтры и установить их в корпуса АС.
4. Установить динамики (на тонкий слой сантехнического герметика).
5. (Опционально) заменить разъёмы для подключения кабелей к АС на что-то современное:

6. (Опционально) заглушить заднюю стенку АС вибропоглощающим покрытием.
7. Сечение проводов для монтажа внутри — не обязательно 4 кв.мм, можно ограничиться 1,5 кв. мм.

12. Важный момент при сборке.
При пайке проводов к ВЧ динамику возник вопрос, где же "+" и "-" на маркировке.

Не надо гадать или делать пометки маркером при демонтаже динамика (при сборке провода могли попросту припаять «от балды»).
Правило «на авось» или «50 на 50» тут не поможет.

Когда собрана плата фильтров, необходимо подключить СЧ динамик (к фильтру), соблюдая полярность.

Динамик ВЧ следует подключить к ФВЧ через двойной микрик (или аналогичный тумблер):

Это требуется для быстрой смены полярности при подключении ВЧ динамика.

Далее СЧ динамик (с пластиковым «стаканом») и ВЧ динамик следует расположить рядом в одной плоскости.
И включить какую-либо музыкальную композицию, содержащую достаточно ВЧ.
При нажатии кнопки разницу слышно сразу же. После чего можно маркером поставить жирную точку на ВЧ динамике. ))
«И смотри не перепутай, Кутузов!» ©

13. Замеры измерительным микрофоном переделанных S-90.

Коэффициент гармоник (это гармоники 20ГДШ-101 и от УМ — всё вместе; от кого больше — фз):


14. Конец истории.
Фото моих S-90 в 2015 году незадолго до продажи:

Защитные решётки были установлены обратно в 2006-м году после рождения сына.
После 2006г. АС эксплуатировались мало, и в 2015-м отправились новому владельцу.
Да, я иногда жалею, что продал S-90. Надо было оставить для экспериментов.
Но прошлого уже не вернуть…

Желаю всем применять только проверенные схемы и решения!

Дополнение от 13.02.2021.
Объём пластикового «стакана» для СЧ динамика колонки S-90 составляет 1,82 л.
Замер выполнен посредством наполнения стакана водой с последующим опорожнением мерным стаканом.