Что такое датчик эмос на динамике

Громкоговоритель с ЭМОС (Трошин Н.)

При конструировании высококачественных радиокомплексов большое внимание уделяется акустическим системам (АС). И это понятно, ведь качество звучания в значительной степени определяется их параметрами. Обычно радиолюбители стремятся создать высококачественную АС с малыми габаритами. При традиционном подходе к конструированию это связано с немалыми трудностями, поскольку для получения равномерной АЧХ АС в области низших звуковых частот требуется увеличивать объем ящика. Выйти из этого затруднения можно, используя электромеханическую обратную связь (ЭМОС). Она позволяет уменьшить габариты низкочастотного громкоговорителя АС, расширить диапазон воспроизводимых частот, снизить нелинейные искажения, уменьшить влияние переходных процессов на качество звучания.

Принцип работы трехполосной АС с ЭМОС поясняет структурная схема, показанная на рис. 1. Входные сигналы каждого из каналов стереофонических предварительных усилителей ЗЧ разделяются фильтрами Z1 и Z1′ на НЧ и СЧ-ВЧ составляющие. Далее СЧ-ВЧ сигналы усиливаются усилителями А1 и А1′ и воспроизводятся отдельными громкоговорителями ВА1 и ВА1′. НЧ сигналы поступают на сумматор А2. Сюда же через фильтр НЧ Z2 подводится сигнал ЭМОС, снимаемый с пьезокерамического датчика BQ1, установленного на диффузоре НЧ головки. Этот сигнал, вычитаясь из основного НЧ сигнала, обеспечивает отрицательную ЭМОС. Поскольку на частотах ниже 300 Гц, которые воспроизводятся НЧ головкой, звуковое давление может быть принято пропорциональным ускорению ее диффузора, а напряжение, возникающее на пьезокерамическом датчике, прямо пропорционально ускорению, напряжение на датчике оказывается прямо пропорциональным звуковому давлению. Для нормальной работы громкоговорителя с ЭМОС необходимо выполнить ряд условий. Во-первых, в диапазоне частот, где ЭМОС отрицательна, усиление в ее петле должно быть большим, а в диапазоне частот, где она положительна — меньше единицы. Во-вторых, поскольку из-за действия ЭМОС мощность, подводимая к НЧ головке на низшей частоте рабочего диапазона, значительно превышает мощность, поступающую на нее на более высоких частотах, для получения достаточного звукового давления во всем воспроизводимом НЧ головкой диапазоне частот необходимо выбрать головку большой мощности со значительным свободным ходом диффузора и усилитель мощности с номинальной выходной мощностью, в 1,3-1,5 раза превышающей мощность головки.

С учетом изложенных соображений был разработан трехполосный громкоговоритель с акустическим оформлением НЧ излучателя в виде закрытого ящика, изготовленного из ДСП толщиной 20 мм, внутренним объемом приблизительно 40 л (500х340х300 мм без звукопоглощающих покрытий и наполнителей), в котором установлена низкочастотная динамическая головка 75 ГДН-1Л-4 (старое название 30ГД-2).

Принципиальная электрическая схема громкоговорителя с ЭМОС приведена на рис. 2. Входной сигнал поступает на эмиттерный повторитель на транзисторе VT1 (У1) и далее на активные разделительные фильтры на ОУ DA1.1. и DA1.2. НЧ и СЧ-ВЧ сигналы снимаются с движков переменных резисторов R13 и R14 соответственно. Затем НЧ сигнал через цепь C5R8 поступает на вход ОУ DA1.1 сумматора (УЗ). На этот же вход через цепь C4R7 подается НЧ сигнал с разделительных фильтров второго канала усилителя (У1′), который на схеме не показан. Сюда же через цепь C3R6 с выхода фильтра НЧ на ОУ DA1.2 поступает сигнал ЭМОС с пьезокерамического датчика BQ1 (У2), предварительно усиленный каскадом на полевом транзисторе VT1, включенном по схеме с общим истоком. Этот каскад размещен на печатной плате рядом с датчиком BQ1 и позволяет согласовать его с входным сопротивлением ОУ DA1.2 и, таким образом, снизить уровень наводок и помех даже без применения экранированных проводов. Фильтр НЧ на ОУ DA1.2 снижает усиление в петле ЭМОС на частотах, где она положительна. Сигнал ЭМОС вычитается из входного сигнала, после чего разностный сигнал усиливается ОУ DA1.1 и поступает на вход усилителя мощности НЧ сигнала (У4), к выходу которого и подключена НЧ головка с датчиком ЭМОС. СЧ-ВЧ сигнал, снимаемый с выхода разделительных фильтров, поступает на отдельный усилитель мощности. Его функции может выполнять любой высококачественный усилитель с номинальной мощностью 5-15 Вт, работающий на широкополосную динамическую головку, например, 10 ГД-36К или малогабаритную АС объемом около 6 л. Для этой цели подойдет усилитель, описанный в статье «Усилитель мощности ЗЧ с нестандартным включением ОУ» (см. «Радио», 1988, № 6, с. 55—56).

Принципиальная схема источника питания трехполосной активной АС показана на рис. 3. Он позволяет получить стабилизированные напряжения ±15 В (для питания разделительных фильтров и сумматора) и ±27 В (для питания каскадов предварительного усиления усилителя мощности НЧ сигнала), а также нестабилизированные напряжения ±28 В (для питания транзисторов выходного каскада это го же усилителя). Разделительные фильтры, сумматор, усилитель мощности НЧ сигнала и источник питания выполнены на отдельных печатных платах из стеклотекстолита.

Чертежи печатных плат показаны соответственно на рис. 4 – рис. 7:

Все они рассчитаны на установку постоянных резисторов МЛТ-0,125, переменных СПЗ-226, оксидных конденсаторов K50-16, остальных К73-9 и КМ. Трансформатор питания может быть любого типа мощностью 100 Вт, обеспечивающий напряжение 2х20 В при токе 4 А и 2 х 27 В при токе 0,3 А Печатные платы закреплены на диэлектрическом основании, прикрепленном к задней стенке ящика НЧ громкоговорителя с наружной стороны. Функции пьезокерамического датчика выполняет трубчатый пьезоэлемент (используется в стереофонических пьезокерамических звукоснимателях), приклеенный через прокладку к плате датчика эпоксидной смолой (рис 8). Предварительно к его обкладкам необходимо припаять тонкие проводники. Кроме пьезоэлемента на плате У2 (рис. 2) установлены полевой транзистор VT1, вклеенный в отверстие в ее центре эпоксидной смолой, и резистор R1. Чертеж печатной платы показан на рис. 9. Она изготовлена из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Диэлектрическая прокладка под датчиком изготовлена из стеклотекстолита толщиной 1 мм, размерами 3х3 мм. Плата датчика устанавливается в центре диффузора динамической головки. Предварительно нужно аккуратно удалить его защитный колпачок, хорошо промочив место его приклейки ацетоном. «Общий» вывод с платы датчика следует тонким проводом припаять к одному из выводов звуковой катушки головки. Этот вывод впоследствии нужно подключить к «общему проводу усилителя мощности НЧ. «Сигнальный» провод платы датчика (вывод 1) соединяют с фильтром НЧ (УЗ вывод 1) проводником, аналогичным проводнику, подводящему сигнал ЗЧ к звуковой катушке. Плату датчика вклеивают в центр диффузора клеем «Момент» или аналогичным. После этого приклеивают на место защитный колпачок. К собранной головке припаивают три провода (предварительно пометив их, чтобы не перепутать при подключении): «общий», «сигнальный» к усилителю мощности и «сигнальный» с платы датчика. Для снижения уровня паразитных напряжений необходимо заземлить корпус динамической головки. Для этого можно подложить лепесток под один из крепежных винтов головки и припаять к нему проводник, соединенный с «общим» проводом. После этого динамическую головку устанавливают в ящик, пропустив подключенные к ней провода через отверстие в задней слейке. Затем ящик тщательно герметизируют.

Налаживание правильно собранного устройства несложно. Предварительно движки подстроечных резисторов R6—R8 на плате сумматора следует установить в положение наибольшего сопротивления, а переменных резисторов R13, R14 на плате разделительных фильтров в среднее положение. Затем нужно включить блок питания и проверить авометром наличие напряжений на его выходах. Они не должны отличаться от указанных на схеме более чем на ±20 %. Далее соединяют между собой все платы и динамическую головку согласно схеме (обратная связь выключена, контакты выключателя SA1 разомкнуты) и на вход разделительных фильтров подают сигнал от генератора НЧ напряжением 20 мВ и частотой 30 Гц. Динамическая головка должна воспроизводить этот сигнал с небольшой громкостью. После этого, подключив осциллограф к резистору R1 на плате УЗ, следует убедиться в наличии сигнала ЭМОС на входе фильтра НЧ, а затем, переключив осциллограф к выводу 9 DA1.2 и общему проводу,— на его выходе.

Далее, установив частоту генератора, равной 150 Гц, и увеличив его напряжение до 200 мВ, нужно замкнуть контакты переключателя SA1. При этом звуковое давление (громкость) должно несколько уменьшиться. После этого, плавно уменьшая сопротивление резистора R6 сумматора, снижают звуковое давление до тех пор, пока не возникнет самовозбуждение (на частотах выше 250 Гц, где ЭМОС положительна). Тогда надо несколько увеличить сопротивление резистора R6 приблизительно на 20 % от той величины, на которую его перед этим уменьшили. Теперь подстройкой резисторов R7, R8 сумматора УЗ нужно установить чувствительность низкочастотного тракта, соответствующую номинальной выходной мощности. И наконец, следует подать сигнал с движка резистора R14 разделительных фильтров на усилитель мощности СЧ-ВЧ канала и резисторами R13 и R14 добиться (на слух) равной громкости звучания НЧ и СЧ-ВЧ трактов.

АЧХ громкоговорителя (по напряжению с датчика) представлена на рис. 10. Для удобства сравнения результатов с ЭМОС и без ЭМОС звуковое давление на частоте 150 Гц установлено одинаковым. Из рисунка видно, что при включенной ЭМОС звуковое давление неизменно практически до 40 Гц (—3 дБ). При выключенной ЭМОС такое же звуковое давление на 80 Гц, т. е. эффективно воспроизводимый диапазон частот увеличился на 40 Гц. Кроме этого, значительно уменьшились нелинейные искажения громкоговорителя (см. таблицу). Измерения проводились при одинаковом сигнале на датчике при включенной и выключенной ЭМОС измерителем нелинейных искажений С6-7. Приведенные в таблице цифры соответствуют горизонтальной АЧХ при напряжении на выходе платы датчика

Пример применения ЭМОС на динамике 75 ГДН (не по схеме из статьи):

Автор статьи: Н. Трошин, г. Москва

Источник

Тема: Что такое ЭМОС

Опции темы

Уменьшает искажения на НЧ.

Обязательно обращаем внимание на фиолетовую тесёмочку на черном шурупе, которая не дает фильтрам в ЭМОС-звене упасть на радиаторы TDA2050 и вспыхнуть.

Это, тскать, мой домашний макетик. Нет смысла травить платы для такого простого макетика.

У NotaBene всё это помещается в диапазон

10х10х10 сантиметров, так что не надо особо бояться.

Качество ёмкостей в НЧ-звене сугубо по барабану, нет.
Но ты умнее, может там и присутствует какой-нибудь джиттер на тактировании клоком когтей по линолеуму от проходящего кота.
Не, я серьезно, мабуть ёмкости моhут поднакакать.

На второй фоте суть Слагаемые Датчика ЭМОС:

На «Трахоме» справа всё это реализовано: виден черный «фидер», исходящий от динамика к прикрученному шурупчиком корректору.

Просто это пример «из-говна-конфетки», во что многие не верят. Не шоколаной пока что конфетки, но что-то типа карамельки уж точно есть.

Просто ситуация такова: специально покупать детали я и не имею возможности, и не хочу, и не приучен как-то… всегда по жизни вечно выкручиваться приходилось чисто по-советски. Опять же от бедности, естественно. До сих пор ухо режет, когда на форума проскакивает фраза «Чо ты будиш мучицо са схемай, луче гатовую купидь!»… где оно было, это «гатовое!», когда в магазин хлдили с пацанами поглядеть на катушечник «Маяк-205″…

И вот теперь эти «куски» 544-х ОУ и «красные флажки» прекрасно идут в дело.

А вот многие думаю от такого испугаются и убегут. Даже не попробовав положить на язык.

Это все прекрасно, вы когда с Наилем родите готовую конструкцию, годную к повторению? А то все эксперименты, эксперименты.
Ну не на уровне плат с деталировкой, но хотя бы на уровне отработанной схемы, стыковки ее с имеющимся усилителем, и более-менее оконченную конструкцию датчика.

В то время как я почему-то крупно подозреваю, что «вспышка» 20 Гц у впечатляющего количества форумчан не отличается особой красотой. Почему и провоцирую таких орлов как ты, Торрес, и ты, Грэич, посоревноваться в этом плане. Ну то есть вы будете соревноваться, а я зырить и хихикать. Или, положим, офигело круглить глаза от того, что ваши НЧ-тракты и без Э_ОС хороши, такое тоже возможно.

Источник

Предисловие

1. Зачем это надо

Изложенное ниже не претендует на истину в последней инстанции, просто это мой взгляд на проблему воспроизведения звука в НЧ диапазоне.

Казалось бы, что для полноценного воспроизведения музыки в низкочастотном диапазоне, акустике достаточно воспроизвести самые низкие ноты, которые могут быть сыграны музыкальными инструментами (примерно 30 Гц) и все, что находится ниже по частоте можно смело отбросить. Но есть большое НО… Рассмотрим спектр музыкального произведения с высоким содержанием НЧ-составляющих.

Из него видно, что основная энергия спектра действительно резко возрастает, начиная с 40…50Гц. Ниже этих частот также что-то имеется, но децибелл на 15-20 ниже максимального уровня. Попробуем разобраться, что это и что с этим делать – выбросить (отрезать) или, несмотря ни на что, постараться воспроизвести.

Для простоты давайте сначала рассмотрим спектр тестового сигнала типа Tone Burst, легко генерируемый тем же Спектралабом. Зададим его параметры – частота – 50Гц, длительность тоновой посылки – 100мС, период повторения – 200мС.

Знакомая картина! Максимальная по амплитуде гармоника – 50Гц, а вокруг нее масса других гармоник, как вверх по частоте, так и вниз. Причем некоторые гармоники попали в инфранизкочастотную (ИНЧ) область. После недолгого размышления приходим к выводу, что гармоники, лежащие ВЫШЕ 50Гц, формируют резкий излом осциллограммы в начале тоновой посылки и в ее конце. Гармоники, лежащие ниже 50Гц – определяют вид ОГИБАЮЩЕЙ тоновой посылки – в нашем случае – это прямоугольник.

Посмотрим, что получится при прохождении такой тоновой посылки через ФВЧ 2-го порядка с частотой среза 50Гц и 20Гц. Ясно, что в первом случае субгармоники уменьшатся по амплитуде в большей степени, а как изменилась огибающая видно из графиков.

30Гц) и максимальную частоту ее огибающей (

8Гц) – наверное, достаточно и 16-20Гц по –3Дб. Причем максимальное SPL нужно обеспечить до 30 – 35Гц, а все, что имеется в спектре ниже этих частот имеет максимальный уровень на 10-20 Дб ниже и обеспечивает, в основном, близкую к исходной, более правильную, передачу формы огибающей сигнала.

2. Во что это выливается

Поскольку расширение частотного диапазона вниз будет происходить за счет коррекции АЧХ усилительного тракта, посмотрим, во что это выльется. Так как в акустическом оформлении типа закрытый ящик (ЗЯ) ниже частоты среза спад акустического давления происходит с крутизной 12Дб/окт. требуется корректор 2-го порядка (с подъемом АЧХ 12Дб/окт.), что-то вроде корректора Линквитца. Для расширения частотного диапазона вниз по частоте с 50 до 20Гц (по –3Дб) суммарный подъем АЧХ составит 16Дб. Диаграммы входного (зеленый график) и выходного напряжения усилителя (синий график), а также результирующего акустического давления (черный график – SPL) на выходе АС наглядно показывают как приходится напрягаться динамику, чтобы обеспечить требуемый частотный диапазон на нестационарном сигнале.

Передачу фронта (атаку) огибающей, можно улучшать и дальше коррекцией АЧХ, но здесь мы вступаем в область компромиссов…(мощность УМ, максимальное объемное смещение, динамический диапазон, нелинейные искажения и т.д…)

Вот что произойдет, если мы попытаемся при тех же исходных условиях расширить АЧХ до 16Гц (по –3Дб):

При этом SPL, конечно, будет ближе по форме к исходной, но какой ценой! И учтите при этом, что удвоение напряжения на выходе усилителя приводит к учетверению мгновенной мощности…

3. Строим пьезодатчик для ЭМОС

В качестве подопытного динамика при написании статьи, был выбран 10ГД30Е с диаметром керна магнита – 40мм. Аналогичную конструкцию имеет 25ГД26Б. Изготовление датчика начинается с чертежа. Исходя из диаметра керна и диаметра имеющейся пластинки пьезодатчика рисуем собственную конструкцию:

Верхняя крышка должна получиться слегка выпуклой с целью повышения ее жесткости. Пропаиваем швы. Окончательно подгоняем посадочные места для пьезодиска остро отточенным скальпелем. Для сборки нам еще понадобятся пружинка (от «битой» дискеты 3.5) и пружинные ламели контактов переключателя типа П2К (3 штуки). Устанавливаем пружинку (от дискеты) на место по фото (ось пропаивается, длинные концы пружинки пока не обкусываем, иначе тяжело будет устанавливать пьезодиск). Ширина паза для установки пружинки по месту должна быть не менее 1мм.

Как видно из фото, крепление пьезодиска в держателе обеспечивается за торцы посадочными гнездами типа «ласточкин хвост», причем две точки крепления неподвижны, а третья получается за счет прижатия диска пружинкой к двум скошенным ребрам. Распрямиться пружинке не дает упор, припаянный к корпусу. Такой безлюфтовый способ крепления не передает паразитные усилия от возможной деформации корпуса при работе на датчик. Припаиваем стоечки из ламелей П2К как на фото. Гибкость стоек способствует механической развязке конструкции датчика от деформаций диффузора. К серебряной обкладке пьезодиска припаиваем тонкий (

0,05мм) вывод из медной проволоки и покрываем обкладку лаком, чтобы не окислялась. Паяем быстро, не перегревая обкладку, иначе серебро начнет растворяться в припое. На обратную сторону пьезопластинки наклеиваем пару слоев тонкой импортной изоленты, чтобы подавить добротность ее собственного резонанса. Устанавливаем в держатели корпуса датчика, оттянув пружинку. При этом электрический вывод должен попасть в отверстие в корпусе. Если диск стоит ровно (а скальпель на что?), лишние концы пружинки можно откусить. Припаиваем нижнюю крышку, по периметру. Также приклеиваем демпфирующую изоленту, как показано на фото:

Готовый датчик в сборе изображен на следующем фото:

Дальнейшие действия придется проделывать над диффузором динамика. Предельно осторожно и внимательно! Предварительно с него надо удалить центральный пылезащитный колпачок, растворив клей по его краю, или каким-то другим подходящим способом. Для крепления нашего датчика к диффузору надо изготовить 3 монтажных площадочки из той же жести и укрепить их на диффузоре как можно ближе к звуковой катушке по воображаемым углам равностороннего треугольника (чтобы не пришлось потом переделывать, заранее маркируем эти места), протыкая стенки диффузора «рожками», и загибая их с обратной стороны:

Тестером убеждаемся в отсутствии замыканий, лишний раз (не повредит) проверяем отсутствии мусора в магнитном зазоре, потом приклеиваем центральный колпачек обратно к диффузору. Те, кто сомневается в качестве получившегося датчика, могут повременить с приклейкой колпачка, пока не опробуют его в работе. Кажется все.

4. Озадачиваемся проблемами

Давайте более плотно познакомимся с динамиком, как объектом регулирования. Начнем это знакомство с изучения импедансной кривой. Без акустического оформления, она выглядит так –

На частоте механического резонанса 28Гц имеем значительный подъем импеданса, выше по частоте расположена область поршневого диапазона, который заканчивается на частоте 550-600Гц (видим рябь на кривой – к звуковой катушке вернулись отразившиеся от подвеса диффузора колебания деформации). Еще выше по частоте начинается плавный рост импеданса, обусловленный индуктивной компонентой импеданса звуковой катушки.

Поместим головку в ЗЯ (у меня – это тестовый бокс, объемом 13 литров) и опять замерим его импеданс –

Получили сдвиг резонансного максимума до частоты 61Гц; поршневой диапазон, естественно, не изменился, но добавилась некоторая неравномерность, связанная с резонансами корпуса на частотах 130, 160, 260Гц. Пички на 1200, 2300Гц связаны с резонансными явлениями в самом диффузоре и приблизительно кратны верхней частоте поршневого диапазона.

Теперь интересно посмотреть, как же выглядит сигнал с датчика –

Примечание: на всех графиках ФЧХ относится к графику АЧХ желтого цвета.

Поскольку пьезодатчик высокоомный, емкостного типа, необходим буферный каскад с высокоомным входом – будем использовать повторитель на ОУ с полевым входом. Величина входного сопротивления каскада определяет нижнюю граничную рабочую частоту датчика. В нашем случае, при емкости датчика равной 13,4 нанофарад и входном сопротивлении в 10 МегаОм она получается равной 1,19Гц, что очень хорошо.

На графике видны АЧХ и ФЧХ сигнала ускорения с пьезодатчика при запитке головки усилителем типа ИТУН (с высоким выходным сопротивлением). Стало четко видно, где заканчивается поршневой диапазон, на частоте 1500Гц получился основной резонанс конструкции датчика, на частотах 5600 и 11000Гц – резонансные явления в самой пластинке пьезодатчика. Задержка сигнала с датчика, за счет конечной скорости распространения звука в конструкционных материалах, составила 0,187 миллисекунд. Видим, что в предполагаемом диапазоне рабочих частот, фаза сигнала с датчика изменяется от +180 градусов до, примерно, +10 градусов. Вне поршневого диапазона фаза ведет себя труднопредсказуемо.

Сравним АЧХ, полученную с датчика ускорения (синий график) с сигналом, полученным с электретного микрофона (желтый график) в ближней зоне (10мм) АС –

Видно, что в поршневом диапазоне АЧХ, полученная с микрофона, практически совпадает с АЧХ с датчика ускорения. Отсутствие подъема АЧХ в диапазоне 1- 2КГц подтверждает наш вывод о принадлежности этого резонанса датчику ускорения, точнее его конструкции.

Проведем аналогичные измерения с усилителем типа ИНУН (с низким выходным сопротивлением). Видим аналогичный горб АЧХ (желтый график) в зоне 1-2КГц (выше по частоте нас мало волнует) –

К тому же исчез основной резонанс на НЧ за счет электрического демпфирования низким выходным сопротивлением усилителя. Но теперь фаза на НЧ изменяется в диапазоне от +270 до +20Градусов, что может создать дополнительные трудности с устойчивостью системы при введении ЭМОС. Задержка сигнала с датчика также несколько возросла из-за иного хода АЧХ выше 1 КГц, по сравнению с ИТУНом.

Для полноты картины можно рассмотреть поведение АЧХ на ИНУН при измерении микрофоном в ближней зоне (желтый график) –

Комментировать особенно нечего. Все предсказуемо. Можно было и не мерять.

Выводы: ЭМОС, в принципе может реализовать только в поршневом диапазоне работы ДГ. Необходима существенная коррекция петлевого АЧХ, чтобы обеспечить устойчивость системы с ЭМОС. Что-то надо делать с резонансом датчика ускорения. ИТУН как усилитель мощности предпочтительнее ИНУН, поскольку вращение фазы сигнала ускорения с датчика в полосе рабочих частот меньше, а резонансный горб легко выравнивается с помощью ЭМОС, к тому же увеличивая глубину ОС на этой частоте и повышая общий КПД системы. Параметры датчика удовлетворяют требованиям, необходимым для высококачественного воспроизведения звука.

5. Схемные решения

Для конкретности, рассмотрим применение ЭМОС в сабвуфере. На рисунке представлена его функциональная схема

Добавление конденсатора С1 в схему ФНЧ 2-го порядка придает ей интересные свойства – на передаточной характеристике фильтра появляется ноль. Выбирая частоту режекции (изменением С3) равной частоте резонанса конструкции датчика ускорения, мы убиваем двух зайцев – формируем требумый ход АЧХ корректора и нивелируем нежелательное влияние резонанса датчика, препятствуещее получению достаточной глубины ЭМОС. Фазовая характеристика такого фильтра, ИМХО, также должна способствовать повышению устойчивости системы.

Устойчивость системы с ЭМОС на ИНЧ повышается с помощью корректирующего звена Z3.

В цепи ОС включено дифференцирующее звено C4R3, что превращает этот корректор в неидеальный интегратор. При этом сигнал с датчика ускорения на ИНЧ после интегрирования превращается в сигнал, пропорциональный скорости, а это способствует повышению устойчивости ЭМОС на ИНЧ благодаря увеличению запаса по фазе в петле ЭМОС на этих частотах, а также одновременно с этим формирует требуемый ход сквозной АЧХ системы.

Принципиальная схема устройства обработки входного сигнала и цепей коррекции ЭМОС приведены ниже –

На ОУ Х1 выполнен усилитель/переключатель фазы входного сигнала. Номиналы резисторов R4, R5, R6, R7 рассчитаны так, чтобы входное сопротивление каскада оставалось неизменным при переключении SW1. На ОУ Х2 выполнен перестраиваемый ФНЧ (это Z1), на Х3 собран дополнительный неперестраиваемый ФНЧ и усилитель сигнала рассогласования цепи ЭМОС. Подстройка резистора R17 позволяет задать необходимую глубину ЭМОС не изменяя общей чувствительности схемы по входу. На Х4 выполнен основной корректор АЧХ ЭМОС (это Z2), резистор R20 позволяет ограничить максимальное усиление на ИНЧ. На ОУ Х5 выполнен усилитель/корректор сигнала с пьезодатчика (это Z3). Полевой транзистор J1 необходим для устранения переходных процессов при включении сабвуфера, и не только.

Усилитель мощности выполнен по схеме ИТУН, при использовании динамика с сопротивлением 4 Ом можно использовать традиционное включение микросхемы TDA2050, при сопротивлении 8 Ом – мостовое (с перекрестно-симметричными обратными связями).

Зачем нужен такой запас по мощности для 10/25-ваттных НЧ-головок, надеюсь, вопросов не вызовет. Кроме того, для предотвращения клиппинга, применен лимитер/компрессор, совмещенный со схемой софт-старта –

При включении питания, падения напряжения на стабилизаторе 79L12 недостаточно для открывания транзистора Q3, и конденсатор C1 остается в разряженном состоянии, поддерживаемом открытым транзистором Q2. По достижении напряжением питания номинального значения, открывается Q3 и запирает транзистор Q2. Через резистор R7 начинается заряд конденсатора C1 (сигнал «Mute»). При выключении питания, с началом спада питающего напряжения, аналогично запирается Q3 и открывает Q2, который быстро разряжает C1. Софт-старт через вход «Mute» снижает петлевое усиление в момент включения/выключения сабвуфера, а также при превышении выходным напряжением усилителя определенного порога (с постоянной времени

20 мсек, выбранной из соображений минимальной заметности процесса регулирования для слуха). Для импеданса нагрузки 8 Ом надо повысить напряжение пробоя стабилитрона с 12V до 24V.

Любители MC7 могут могут познакомиться со схемотехникой поближе на модели или скачать ее здесь:

Реализованный (для компьютерной акустики 2.1) вариант печатной платы схемы управления также доступен (и в формате PCAD4.5) –

Предыдущий вариант конструкции усилителя в «железе» (без крышки), размещенный с тылу АС выглядит так (повернуто). Кстати, плату усилителя мощности (ИТУН по левому рисунку) можно также скачать в формате PCAD4.5

6. Настройка и замеры

Перед первым включением необходимо установить резистор R17 в положение минимального сопротивления, R20 – в среднее положение. Так как запросто можно не угадать с фазой сигнала датчика, при попытке увеличения R17 система может возбудиться. В этом случае необходимо поменять местами выводы на динамике, и далее регулировкой R17 выставить требуемую глубину ЭМОС (доводим до границы самовозбуждения и несколько откручиваем назад). Может потребоваться подстройка С10 под основной резонанс датчика.

Результирующая АЧХ настроенного усилителя с ЭМОС без корректирующих узлов Z1 и Z3 (цепочка R25, C15 закорочена) – на следующем графике (снято с выхода пьезодатчика через дополнительный буферный каскад) –

Зная, что выбором значения С15 можно изменять нижнюю граничную частоту, мы можем ее оптимизировать под примененную НЧ-головку. Регулировкой R20 также можно несколько влиять на ход АЧХ в ИНЧ области, но его лучше настраивать по форме переходного процесса (например, минимальной длительности ИНЧ «хвостов» при воздействии Tone Burst).

Результирующий вид АЧХ при задействовании входных ФНЧ 2-го и 4-го порядков – на следующих графиках.

Ну и контрольный замер микрофоном в ближней зоне –

Вид переходного процесса при подаче сигнала «Tone Burst» различной частоты можно посмотреть на следующих осциллограммах. На верхних графиках – сигнал с датчика ускорения, на нижних – на выходе усилителя мощности.

Замер нелинейных искажений (с выхода датчика ускорения) дает следующие цифры –

Небольшой комментарий к необходимости лимитера/компрессора –

7. Что дальше?

Приношу благодарность всем участникам форума Вегалаб, принявшим участие в плодотворном обсуждении чернового варианта этой статьи.

Источник