|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Покращення звуковідтворення у системі УМЗЧ-громкоговоритель. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Підсилювачі потужності транзисторні При прослуховуванні експерти частіше віддають перевагу ламповим УМЗЧ, незважаючи на те, що транзисторні формально мають вищі параметри. У чому ж справа? Гіпотеза авторів статті про виникнення в УМЗЧ додаткових інтермодуляційних спотворень через відгук гучномовця була експериментально підтверджена ними у процесі пошуку методики об'єктивної оцінки якості підсилювачів. У статті подано критичний аналіз технічних рішень сучасних УМЗЧ та запропоновано заходи, що виключають вплив гучномовця на підсилювач. Автори стверджують, що транзисторні УМЗЧ, стійкі до впливу відгуку гучномовця, забезпечують звуковідтворення без специфічного забарвлення. У класичній двоканальній стереофонії якість підсилювачів потужності та гучномовців істотно впливає на реалізацію потенційних можливостей у передачі натурального звучання та просторовості звукової картини. Уважні слухачі, які відвідують концертні зали, відразу помічають відмінність звучання реальних музичних інструментів від їхнього звучання у звукозаписі, що відтворюється через гучномовці. Труднощі в прогнозуванні якості звуковідтворення пов'язані з недосконалістю використовуваних методів об'єктивних вимірювань характеристик звукового тракту. Тому основним критерієм під час виборів аудіоапаратури слід вважати суб'єктивну оцінку якості (СОК). Найбільший вплив на результати СІК надають властивості кінцевих ланок тракту звуковідтворення - УМЗЧ та гучномовець. Розглянемо їх особливості та можливості вирішення існуючих проблем. Насамперед оцінимо взаємозв'язок результатів СІК та об'єктивних характеристик УМЗЧ. зосередивши особливу увагу лише параметрах, надають, на думку авторів, найбільше впливом геть якість звуковоспроизведения. Тут великий інтерес представляє аналіз результатів СОК лампових та транзисторних УМЗЧ (як компонентів, між якими існує найбільш різка різниця в оцінках). Як правило, у цих порівняннях об'єктивні параметри лампових УМЗЧ значно поступаються транзисторним, проте результати СІК часто виявляються прямо протилежними. Під час розгляду обмежимося лише кількома основними критеріями СОК, скориставшись формулюваннями, якими найчастіше користуються експерти. Перша характеристика звучання - тембральне забарвлення: легкість, м'якість, теплота або тяжкість, жорсткість, холодність (металевий відтінок). Друга – відтворення атаки (наростання звуку): активна, чітка або млява, пухка. Третя характеристика – локалізація джерела сигналу: хороша чи погана панорама. Четверта – мікродинаміка: хороша деталізація сигналів складної форми з малим рівнем або погано помітна деталізація аналогічних сигналів. Загальний результат СІК: сильна емоційна дія або відповідно слабка. Експертні оцінки порівнюваних УМЗЧ настільки різні, що існують жаргонні вирази - "ламповий" та "транзисторний" звук. Пояснення причин цього феномена неодноразово наводилися у літературі, проте вони дають лише часткові відповіді. Спробуємо в черговий раз встановити взаємозв'язок критеріїв СОК, що розглядаються тут, і об'єктивних параметрів порівнюваних УМЗЧ. Особливості тембрального забарвлення у звучанні для лампового УМЗЧ можна пояснити такими основними причинами:
Особливості тембрального забарвлення звучання для транзисторних УМЗЧ мають такі причини:
Відтворення неспотвореної атаки звукових сигналів - найважливіша умова точного розпізнавання образу джерела. Вочевидь, що поява спотворень атаки (затягування чи акцент) у звуковоспроизведении реальних сигналів істотно впливає його сприйняття. Однією з причин такого спотворення є умови узгодження системи УМЗЧ - електродинамічний гучномовець (ЕДГ). Як відомо, при впливі імпульсного сигналу на звукову котушку (ЗК) в ЕДГ виникає сила, що прагне змінити її положення в магнітному полі, тобто здійснити переміщення. Однак що виникає при цьому проти ЕРС індукції, замикаючись на вихідний опір УМЗЧ, створює струм, що перешкоджає зміні положення ЗК і спрямований назустріч струму, що викликає цю зміну, тобто вихідного струму УМЗЧ. Перебіг "протікання", з одного боку, знижує добротність механічного резонансу і посилює демпфування [1], ефективність якого залежить від вихідного опору УМЗЧ, а з іншого - це призводить до затягування відтворюваної атаки музичного сигналу. Таким чином, цей процес знаходиться в прямій залежності від величини "протікання", який при постійній величині проти-ЕРС тим більше, чим менше вихідний опір УМЗЧ. Будь-яка зміна величини вихідного опору (наприклад, через частотну залежність глибини ООС) призводить до зміни "протоку" і спотворення атаки. Аналогічні спотворення виникають через зміну індуктивності ЗК [1] у різних положеннях її всередині магнітної системи та збудження ЕДГ від джерела напруги. Порівняння величин вихідного опору лампового (0,5...1,5 Ом) і транзисторного (зазвичай 0,1 Ом і менше) підсилювачів дозволяє зробити висновок перевагу більшого значення опору. Не слід виключати і впливу на точність відтворення атаки та маловивчених спотворень від теплофізичних процесів в активних та пасивних елементах УМЗЧ, ЕДГ та "акустичних" кабелях. Наступними важливими характеристиками СІК по праву вважаються локалізація джерел сигналу та мікродинаміка. Ці характеристики, на думку авторів, визначаються в основному величиною та спектром інтермодуляційних спотворень (ІІ) у системі УМЗЧ-ЕДГ. Таким чином, на першому етапі можна зробити такі висновки: 1. Результати СІК системи УМЗЧ - ЕДГ визначаються сукупністю її технічних характеристик та формально не залежать від типу застосованих у підсилювачі активних елементів. 2. Найбільший вплив на тембральне забарвлення мають величина і ширина спектра НІ, а також їх залежність від частоти та рівня звукового сигналу. 3. Точність відтворення атаки звукового сигналу залежить, зокрема, від струму, що викликається проти-ЕРС індукції ЕДГ та спотворень від теплофізичних процесів в активних та пасивних елементах сильноточних ланцюгів. 4. Локалізація джерел сигналу та мікродинаміка визначаються в основному величиною та спектром ІІ. Тепер проаналізуємо можливості покращення параметрів УМЗЧ, які мають найбільший вплив на СІК. Почнемо з методів зменшення величини та спектру НІ. Дослідження цих видів спотворень встановили дві основні причини їх виникнення – нелінійність характеристик активних елементів та режим роботи вихідного каскаду. Деякі переваги в лінійності характеристик електронних ламп у порівнянні з транзисторами широко відомі і досить повно висвітлені в літературі. Удосконалення транзисторних УМЗЧ за цим параметром найбільше ефективно при використанні режимів роботи транзисторів вихідного каскаду без відсікання колекторного струму, наприклад: Super A, New class A, Non switching [2, 3] та ін. При цих режимах роботи відбувається не тільки значне скорочення спектру НІ (До четвертої-п'ятої гармоніки) та їх значення, але і різке їх зменшення при зниженні рівня сигналу. Частотна незалежність НІ зазвичай досягається вибором відповідної схемотехніки та елементів. Високу ефективність в зменшенні НІ має компенсаційний метод, відомий під назвою "feed forward error correction" - корекція спотворень з використанням прямого зв'язку [4, 5]. До досить перспективних методів зменшення НІ можна віднести і компенсаційний із зворотним зв'язком з віднімання спотворень - ОСВІ [6]. Конструюючи транзисторні УМЗЧ, необхідно враховувати особливості роботи транзисторів вихідного каскаду УМЗЧ під час роботи на реальне навантаження. Причини появи різних спотворень і методи їх зменшення докладно викладені в [7-9], але запропоновані там методи контролю спотворень надзвичайно складні і вимагають дорогої вимірювальної апаратури. Імовірність появи спотворень можна значно зменшити, використовуючи рекомендації, наприклад, [10]. Найкращі результати зниження НІ в транзисторних УМЗЧ досягаються використанням режиму роботи вихідного каскаду в класі А з мінімальною глибиною загальної ООС. При цьому НІ можуть бути набагато нижчими, ніж у лампових підсилювачах, за рахунок відсутності в них вихідного трансформатора - джерела спотворень на низьких частотах. Більш плавне наростання НІ при перевантаженні вихідною каскаду в транзисторних УМЗЧ досягається за рахунок зменшення глибини загальної ООС - ефект тим вищий, чим менша її глибина. Розглянемо далі можливі методи підвищення точності відтворення атаки звукового сигналу з урахуванням причин, що на неї впливають. Як і перехідні інтермодуляційні спотворення, спотворення атаки знижуються досить ефективно при зменшенні глибини загальної ООС. Скорочення часу встановлення сигналу в УМЗЧ сприяє розширення АЧХ УМЗЧ без загальної ООС до 300...500 кГц. Однак особливо ефективне зменшення спотворень атаки від струму в ланцюзі навантаження, що викликається проти-ЕРС індукції, досягається в УМЗЧ з високим вихідним опором (Rпл>> Rh). Результати поліпшення характеристик звукового тракту докладно описані [11 - 13]. На рис. 1 і 2 наведені спектрограми гармонічних спотворень (12) при збудженні ЕДГ від УМЗЧ з низьким вихідним опором та від УМЗЧ з високим вихідним опором. Сумарні гармонічні спотворення сигналу частотою 3 кГц становлять близько 3% і 0,2% відповідно.
Аналіз моделювання спотворень, що викликаються теплофізичними процесами, що відбуваються в активних та пасивних елементах звукового тракту, дозволив практично реалізувати пасивний пристрій, що підвищує точність відтворення атаки [14]. Перераховані вище методи щодо поліпшення якості відтворення атаки показують їх вплив на кінцевий результат і пояснюють причини невдалих спроб досягти цього лише за рахунок підвищення швидкості наростання вихідної напруги УМЗЧ. Помітні труднощі викликає зменшення ІІ з огляду на множинність причин їх виникнення та складність виявлення [15-20]. У великій мірі вирішення проблеми стримується методами вимірювань, що використовуються, не дозволяють з достатньою точністю прогнозувати експертну оцінку. [21] запропоновано більш інформативний метод вимірювання коефіцієнта шумової інтермодуляції (КШІ). Однак аналіз результатів СОК і при цьому методі вимірювань також не пояснює причини різкої різниці оцінок: наприклад, для лампового УМЗЧ – 9 балів, а для транзисторного – 5. І це при незначних відмінностях у КШІ – 0,8 % та 0,9 % відповідно . Тому такий метод вимагає вдосконалення. Спроба пояснення суб'єктивних оцінок для цього випадку вимірювань призвела авторів до експериментальної перевірки гіпотези про можливий вплив на ІІ в УМЗЧ відгуку (імпульсної реакції) ЕДГ (1). Для цього використано той же метод вимірювання КШІ, але замість резистивного навантаження УМЗЧ застосовано реальний ЕДГ. Слід звернути особливу увагу необхідність використання при цих вимірах саме реального ЭДГ а чи не його еквівалента, у якому враховуються нелінійності перетворення сигналу. У цьому виявилося різке збільшення КШІ лише з транзисторного УМЗЧ з низьким вихідним опором: замість 0,9 % стало 9,7 %, т. е. відбулося збільшення більш як 10 раз. Для лампового УМЗЧ ці величини відповідно становили 0,8% та 1,2%. Головна відмінність при заміні резистивного еквівалента навантаження на реальний ЕДГ полягає в тому, що ланцюг ООС. крім вихідної напруги сигналу УМЗЧ та його спотворень, додатково проникає відгук від ЕДГ. У петлі ООС відбувається їхнє об'єднання та утворення сигналу компенсації спотворень УМЗЧ та відгуку від ЕДГ з відповідними величиною та фазою. Частотний спектр сигналу компенсації може у 10-30 разів перевищувати верхню межу звукового сигналу. Очевидно, основною вимогою для виключення спотворень є точна компенсація, що реалізувати практично неможливо. Обмеження пов'язані з реальними АЧХ та ФЧХ УМЗЧ, з рівнем спотворень та шумів. Крім того, на режим компенсації значно впливає і нелінійність характеристик ЕДГ Таким чином, компенсація виявляється неповною. Найкраща компенсація в цьому випадку досягається тільки відносно низькочастотних складових спектра продуктів спотворень УМЗЧ і відгуку від ЕДГ, а високочастотні складові спектра цих коливань знову потрапляють у ланцюг ООС, викликаючи появу нових попереджень в підсилювачі. Виникає порочне коло, що породжує різке зростання високочастотних складових спотворень. Збільшення глибини загальної ООС підсилювача призводить лише до подальшого розширення спектра спотворень і до ще більшого погіршення якості звуковоспроизведения. Крім того, створюються умови, за яких стає можливим, що простий провідник, яким є з'єднувальний кабель УМЗЧ-ЕДГ, через відмінності своїх розподілених параметрів здатний впливати на результати СОК, збільшуючи або послаблюючи певні гармоніки з їхньої багатої різноманітності. При цьому з'являється ще одна гіпотеза, пропонована авторами для пояснення загадкових причин впливу на результати СІК акустичних кабелів: стає можливим розглядати їх як "звуковий вентиль" - ФНЧ, що послаблює проникнення відгуку ЕДГ на вихід УМЗЧ. Тепер покажемо причини малого впливу на ІІ відгуку від ЕДГ в лампових УМЗЧ, що мають, як правило, вихідний трансформатор, що узгоджує, і відносно малу глибину ООС. Якщо врахувати, що всі неприємності від сигналу відгуку ЕДГ викликаються проникненням високочастотних складових його спектру, тобто перешкод, очевидно, що індуктивність розсіювання вихідного трансформатора може виконувати при цьому корисну роль ФНЧ, значно послаблюючи величину високочастотних перешкод, що проникають у підсилювач. Крім того, мала глибина ООС також сприяє зменшенню впливу відгуку від ЕДГ Як видається авторам, описані тут процеси в системі УМЗЧ-ЕДГ значною мірою пояснюють відмінність в СОК лампових і транзисторних УМЗЧ, отриманих в експерименті [21]. Результати аналізу свідчать про можливу дію двох складових ІІ в системі УМЗЧ – ЕДГ. Одна – це власні ІІ в УМЗЧ, які можуть бути об'єктивно виміряні (КШІ) при резистивному еквіваленті навантаження. Друга - це ІІ, що викликаються в УМЗЧ під впливом відгуку ЕДГ Виявлення другої складової відбувається при навантаженні УМЗЧ на реальний ЕДГ повторним виміром КШІ. Це дозволяє рекомендувати проектування УМЗЧ таким чином, щоб схемотехніка забезпечувала мінімальні власні ІІ в УМЗЧ. Для аналізу їх спектру можна використовувати дещо змінену методику вимірювання КШІ, аналізуючи шум у третьоктавних смугах. На цьому етапі слід враховувати тісний взаємозв'язок НІ та ІІ, скориставшись відомими методами для їх зниження. Як видно з викладеного вище, найбільш ефективний метод зменшення впливу відгуку від ЕДГ на збільшення ІІ в УМЗЧ - виключення умов для його взаємодії з іншими сигналами в петлі ООС. Існують різні методи реалізації цього завдання. Так, наприклад, високою ефективністю має пасивне узгоджувальне пристрій, назване дисипатором [14). Однак у ньому виникають суттєві втрати потужності сигналу. Інший приклад найпростішої реалізації - УМЗЧ на польових транзисторах з використанням вихідного трансформатора. У цьому випадку досягається ефект значно поступається дисипатору, але при цьому знижуються втрати вихідної потужності. Максимальний ефект зменшення впливу відгуку ЕДГ на НІ досягається при одночасному збереженні високого ККД і відсутності впливу акустичних кабелів УМЗЧ-ЕДГ тільки використанням УМЗЧ з великим вихідним опором (12, 13). активних та пасивних елементах, на зміни динамічного діапазону та інтермодуляції сигналу через термокомпресію. При такому рішенні суттєво покращується точність відтворення атаки. Значно зменшуються і спотворення, які у ЕДГ з таких причин:
З викладеного можна зробити такі выводы: 1. Результати об'єктивних вимірів КШІ в УМЗЧ при навантаженні його на реальний ЕДГ дозволяють прогнозувати результати СОК системи УМЗЧ - ЕДГ. 2. Зменшення величини та спектру НД та ІІ, їх частотна незалежність та плавність збільшення при перевантаженнях є необхідними умовами досягнення високої вірності звуковостворення в системі УМЗЧ – ЕДГ. Чутливість УМЗЧ до реакції ЕДГ має бути мінімальною. 3. Найбільшого ефекту в поліпшенні якості звуковідтворення може бути досягнутий при використанні ЕДГ з УМЗЧ, що має високий вихідний опір. література
Автори: А.Алейнов, м.Харків, А.Сириця, м.Москва
Застигання сипких речовин
30.04.2024 Імплантований стимулятор мозку
30.04.2024 Сприйняття часу залежить від того, на що людина дивиться
29.04.2024
▪ Потужні напівпровідникові прилади з карбіду кремнію від Renesas Electronics ▪ Лазерний кулер для електроніки ▪ Ефективність фізичних вправ залежить від часу доби ▪ ІС Toshiba TC3567х із підтримкою стандарту Bluetooth Low Energy 4.1
▪ розділ сайту Світлодіоди. Добірка статей ▪ стаття Ударна хвиля. Основи безпечної життєдіяльності ▪ Чому відбувся розкол Німеччини? Детальна відповідь ▪ стаття Ліквідація підприємств за умови порушення охорони праці ▪ стаття Формувач імпульсів для калібрування тахометра Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page