Катушки индуктивности для акустических систем. С сердечником или без?

Серия экспериментов с целью понять, как влияет использование сердечников при намотке катушек индуктивности.
Обзор рассчитан на подготовленного читателя (в запасе есть попкорн, помидоры и т.д.)

1. Intro
Думаю, все слышали байку о том, что индуктивность без использования сердечников — это лучшее решение.
Разработчики легендарной S-90 тоже были адептами этого направления.
На фото ниже — плата фильтров от АС S-90:
Всё по фэншую: катушки без сердечников. Но колонкам в плане качества звука это не помогло.

Назло всем производители импортной (и совсем недешёвой) акустики часто и без стеснения используют в кроссоверах индуктивности, намотанные на магнитных сердечниках и даже на ферритах.

Захотелось мне сравнить индуктивности одного номинала 300 мкГн, чтобы увидеть разницу.
Вот они подопытные кролики катушки:
Катушка без сердечника (на коричнево-жёлтом каркасе).
Катушка на магнитопроводе ШЛ:
И катушка с ферритовым трубчатым сердечником (на плате с али; сам кроссовер — полная шляпа; с платы удалил мешающие элементы, чтобы индуктивность была в «чистом» виде).

Сопротивления катушек:
— 0,38 Ом (без сердечника)
— 0,33 Ом (на феррите; алюминиевый провод)
— 0,153 Ом (на сердечнике ШЛ)

2. Моделирование
Схема для тестирования катушки — фильтр низкой частоты 1-го порядка:
С номиналами 300мкГн и 4 Ом получается частота среза 2,1 кГц по уровню -3дБ:
Естественно, далее проверять будем не АЧХ, а коэффициент гармоник тестируемой катушки.

3. Усилитель
… для экспериментов — всё тот же Амфитон с Кг=0,02%.
Стандартная проверка усилителя с нагрузкой 4 Ом (4В RMS):
Показания спектралаба:
Далее движки выходных и входных уровней в микшере системы не трогались.
Также не изменялось значение входного делителя сигнала для линейного входа.
Коэффициент усиления усилителя — фиксированный Ку=10 (регулятор громкости отключен).

В процессе замеров выполнялся контроль Кг по выходу усилителя, т.е. перед ФНЧ.
Тут ничего интересного: обычный усилитель с глубокой ООС. Поэтому Кг почти постоянный.

Чисто для галочки — АЧХ усилителя:
Другого и быть не может.
Регулировки тембров отсутствуют. Тонкомпенсация тем более. ))

4. Тест катушек с резистивной нагрузкой 4 Ом
«Поехали» ©
Для старта — индуктивность без сердечника:
АЧХ чисто для протокола:
Полностью совпадает с результатами моделирования.

Диапазон частот до 2кГц включительно можно считать полосой пропускания.
4кГц и выше можно считать полосой заграждения.

А теперь замеры Кг.
Однотипные картинки убрал под
В фотошопе собрал объединённую картинку:

Кг на выходе усилителя (т.е. перед фильтром):
На других частотах аналогично, поэтому далее эти скрины приводить не буду.

Следующая на очереди — катушка на феррите:
АЧХ фильтра — 1в1 с предыдущей:
Отличия конечно есть, но об этом позже.


Объединённая картинка:

Теперь катушка на сердечнике ШЛ:
Оказалось, что катушка чувствует… металлический корпус усилителя.
Поэтому пришлось «прокладку» в виде картонной коробки и начать все замеры заново:
АЧХ аналогична двум предыдущим:


Объединённая картинка:

На данном этапе лучше всех показала себя катушка без сердечника.
Но рано делать выводы. ;)

5. Тест катушек с реальным динамиком 4 Ом
В том же порядке. Сначала катушка без сердечника (АЧХ):
Объединённая картинка для параметра Кг:

Катушка на феррите (АЧХ):
Объединённая картинка (Кг):

Катушка с сердечником ШЛ (АЧХ):
Объединённая картинка (Кг):

6. Вместо заключения
Цифры, полученные в полосе заграждения (4кГц и выше) даже не знаю, как интерпретировать.
По идее, коэффициент гармоник для всех катушек, участвовавших в эксперименте, не представляет практической пользы. Просто интересно.

А вот в полосе пропускания (до 2 кГц) всё намного интересней.
По коэффициенту гармоник я не смог найти победителя. Мой выбор — катушки с сердечником.

На частотах до 200 Гц можно заметить «волны» на полученных АЧХ. Это не ошибки (погрешности) измерений. С подобным я столкнулся впервые ещё несколько лет назад, когда включал НЧ динамик от АС Sven: с фильтром 1-го порядка получились подобные «волны».
Так вот, чем больше сопротивление катушки, тем больше эти «волны» на АЧХ.
Таким образом, катушки с сердечником, имеющие бОлее низкое сопротивление, оказываются бОлее предпочтительными.
Радикальный способ избавиться от этих «волн» — использование отдельных усилителей для каждого динамика, когда применяется программный кроссовер или кроссовер на активных фильтрах.
Не наш метод. ©

Что же касается качества звука, получаемого с разными катушками, вопрос открытый: нужна методика тестирования.

Всем удачных экспериментов!