Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Підсилювачі низької частоти та акустичні системи

 

 

НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК

 

Кременчук 2009

    Мосьпан В.О., Кухаренко Д.В. Підсилювачі низької частоти та акустичні системи: Навчальний посібник. – Кременчук: КДПУ ім. М.Остроградського, 2008. – 174 с.

 

    Даний навчальний посібник з дисципліни “Підсилювачі низької частоти та акустичні системи” охоплює велику кількість матеріалу для вивчення даного предмета – від загальних понять, відомостей та технічних характеристик підсилювачів низької частоти та акустичних систем до технічних вимог при їх проектуванні, пошуку та усунення дефектів. Викладений матеріал сприяє формуванню знань у майбутніх спеціалістів щодо реальних технічних можливостей існуючих засобів звуковідтворювального спрямування, оцінювання техніко – експлуатаційних параметрів звуковідтворювальної апаратури, кваліфікованої її експлуатації та ремонту. Навчальний посібник містить значну кількість графіків, рисунків та електричних схем, без яких тлумачення в тексті були б неповними.

    Навчальний посібник призначено для студентів денної форми навчання зі спеціальності 7.091003 – “Електронна побутова апаратура.

 

 

        

Рецензент

 

Кафедра електронних апаратів

 

Затверджено методичною радою КДПУ

Протокол №_______від “____”___________2008 р.

Заступник голови методичної ради______________доц. С.А. Сергієнко

ЗМІСТ

Вступ ………………………………………………………………………………..5

ТЕМА 1 Класифікація ПНЧ (підсилювачів низької частоти) ………………….18

1.1 Підсилювачі – коректори ………………………………………………..18

1.2 Регулятори гучності ………………………………………………….......22

1.3 Регулятори еквалайзери………………………………………………....28

1.4 Регулятори стереобаланса………………………………………………..32

1.5 Регулятори ширини бази………………………………………………....33

1.6 Шумозаглушувачі (Які подавляють шум)………………………………39

ТЕМА 2 Показники якості УНЧ і АС…………………………………………….47

Тенденції поліпшення якості в сучасних системах УНЧ–АС……………..47

ТЕМА 3 АЧХ і ФЧХ підсилювачів і акустичних систем……………………….48

Побудова амплітудно-частотної характеристики каскадів і кроссоверів…………………………………………………………………………48

ТЕМА 4 Вхідні каскади підсилювачів……………………………………………57

4.1 Диференціальний підсилювач……………………………………………57

4.2Каскодний підсилювач…………………………………………………….65

ТЕМА 5 Проміжні каскади в підсилювачах……………………………………...67

Схеми заміщення. Типові розрахунки схем…………………………………67

ТЕМА 6 Передкрайові і вихідні каскади без трансформаторних УНЧ………...70

Складені схеми вихідного каскаду (Дарлінгтона)………………………….70

ТЕМА 7 Нелінійні і інтермодуляційні спотворення……………………………..71

Гармоніки в лампових, напівпровідникових і цифрових УНЧ……….........71

ТЕМА 8 Режими роботи транзисторного ПНЧ…………………………………..83

Класи посилення АВ, В, Н, Т………………………………………………...83

ТЕМА 9 Загальна теорія зворотного зв’язку …………………………………….88

Чотири типи негативного зворотного зв'язку в УНЧ. Вплив зворотного зв'язку на показник підсилення. Розрахунок ОС…………………………………88

ТЕМА 10 Коефіцієнт демпфірування в АС………………………………………99

10.1 Типи акустичного оформлення гучномовців. Кроссовер……………..99

10.2 Типові вітчизняні головки гучномовців………………………………103

10.3 Демпфування стінок футляра………………………………………….103

10.4 Розміщення головки……………………………………………………104

10.5 Форма футляра………………………………………………………….105

10.6 Двох- і трьохсмугові акустичні системи……………………………...105

ТЕМА 11 Технологія виготовлення різних акустичних систем……………….109

11.1 Демпфування панелей………………………………………………….109

11.2 Трьохсмугові АС……………………………………………………….112

11.3 Головки гучномовців…………………………………………………..113

ТЕМА 12 Електромеханічні перетворювачі і їх види………………………….119

Метод електроакустичних аналогій. Випромінювання звуку поршневим випромінювачем. НЧ-, СЧ- та ВЧ - головки гучномовців……………………..119

ТЕМА 13 Відкрите і закрите оформлення АС………………………………….140

13.1 Розподільні фільтри і енергетичні параметри багато смугових ВАС та ЗАС…………………………………………………………………………………141

13.2 Розрахунок і конструювання акустичних систем………………….....145

13.2.1 Розрахунок футляра без задньої стінки……………………………..145

13.2.2 Розрахунок закритого футляра………………………………………145

ТЕМА 14 Фазоінверторі акустичні системи…………………………………….148

14.1 Розподільні фільтри і енергетичні параметри ФІ…………………….148

14.2 Розподільні фільтри…………………………………………………….160

ТЕМА 15 АС з пасивним випромінювачем (ПВ)……………………………….163

Схема заміщення. Фазові RC-ланцюги……………………………………..163

ТЕМА 16 Лабіринтові і рупорні акустичні системи……………………………170

Розрахунок корпусів і конструкцій ЛАС та РАС………………………….170

 

 

Вступ

 

Психологи розрізняють у людини шість сенсорних систем: візуальну, аудіальную, кінестетичну (тілесні відчуття), нюхову, смакову і дотикову. Всі люди різні, але для середньостатистичного індивідуума аудіальне сприйняття по інформативності стоїть на другому місці після візуального. Комп'ютери з кожним роком стають доступні все більшому числу покупців і, завдяки характеристикам, що поліпшуються, забезпечують все більш глибоке занурення у віртуальну дійсність. І тут чималу роль грають акустичні системи (АС). Існує декілька видів класифікації комп'ютерних АС. По-перше, їх розрізняють по числу і типу компонентів, кажучи про конфігурації 2.0, 2.1, 4.0, 4.1, 5.1 і 7.1. По-друге, по числу смуг, на які розбивається відтворний частотний діапазон. По-третє, враховують такі характеристики, як число і розміри динаміків, варіант виконання (навісні на монітор, настільні, поличні, підлогові, настінні і т. д.), засоби дистанційного керування (з дротяним і бездротовим пультом), вбудовані регулятори і матеріал корпусу (дерево, метал, фіброліт, пластик). І, звичайно ж, колонки підрозділяють по цінових категоріях як одному з основних критеріїв для покупців.

Класифікація акустичних систем по рівню якості (класності, або групам складності, згідно термінології ГОСТів, що діють і понині), створена для побутової, любительської і професійної аудіоапаратури, в комп'ютерному світі не прижилася.

У акустичних системах не використовують імпульсних блоків живлення, що створюють сильні перешкоди, а застосовують традиційні силові трансформатори, випрямлячі і компенсаційні стабілізатори. Якщо врахувати ККД такого стабілізатора і підсилювача потужності, можна сміливо сказати, що вихідна потужність активних акустичних систем не може перевищувати 50% потужності, споживаної від мережі.

Вхідний звуковий сигнал з перемикача поступає на попередній підсилювач, де відбувається підстроювання тембру і іноді вносяться ефекти псевдостереофонічного звучання, наприклад SRS W0W! Далі сигнал поступає на підсилювач потужності (зазвичай на мікросхемах компанії STMicroelectronics), після чого на розподільний фільтр (який виділяє частотні складові для ВЧ- і НЧ-динаміків) і на самі динаміки. Динаміки перетворять електричні коливання в звукові хвилі.

На низьких частотах довжина звукової хвилі перевищує розміри вуха, тому людина не завжди може визначити напрям на джерело басових коливань. На цьому ефекті засновані сабвуферні акустичні системи. Сабвуфер - це низькочастотна колонка (одна на весь акустичний комплект), яка обслуговує всі звукові канали. Якщо каналів два, тоді говорять про конфігурацію 2.1, якщо більше, отримаємо схеми 4.1, 5.1 і т.д. Для комплектів без сабвуфера використовують позначення 2.0, 4.0 і т.д.

У сабвуферних системах розподільний фільтр встановлюється до, а не після підсилювача потужності. Вихідні розподільні фільтри тут теж використовуються - у випадку, якщо сателіти двохсмугові. Деякі виробники застосовують нетрадиційні схеми bi-amping з розділенням ВЧ- і НЧ-підсилювачів в кожному каналі. Як приклад назвемо модель Defender SPK-750 Volcano-1. Не дивлячись на те, що в цих акустичних системах всього дві колонки, в них є чотири підсилювачі потужності – поодинці для кожного динаміка.

Багатокомпонентні акустичні системи для домашнього кінотеатру, виконані по схемі 5.1 або 7.1, вимагають особливого розташування в приміщенні навколо слухача, інакше загубиться відчуття просторового звучання і погіршає локалізація джерел звуку в просторі.

Як свідчить народна мудрість, зустрічають по одягу, проводжають по розуму. У момент знайомства з акустичними системами в магазині у покупця включається первинне, поверхневе сприйняття (психологи називають його рецептивним) - людина звертає увагу на оформлення (наприклад, сяючі світлодіоди і люмінесцентні індикатори) і заявлені параметри, бачить засоби управління і численні логотипи, чує ревіння динаміків і відчуває струс повітря.

Зробивши покупку, споживач приступить до реального використання акустичних систем; у нього включиться глибше (інтроцептивне) сприйняття. У цей момент увага зосереджується на самому звуці, а враження від оформлення АС і їх заявлених характеристик відходять на задній план.

Описані особливості людського сприйняття дозволяють виробникам в своїй маркетинговій і виробничій політиці робити різні акценти. Так, одні фірми прагнуть до найбільш точного звукового твору, оголосивши дизайн АС не таким істотним. Серед них відзначимо компанію M-Audio з її знаменитими системами сімейств Audiophile і Studiophile. Інші фокусуються на виграшному зовнішньому вигляді, зручності в управлінні, індикаторах, великих помітних регуляторах і т.п. (таку акустику іноді називають декоративною). Як приклад назвемо компанію Hyundai Speaker, що прикрашає деякі моделі люмінесцентними індикаторами.

Для успішного просування продукції на ринку заявлені характеристики нової моделі повинні бути хоч би трохи краще, ніж у старої. Поки промислова технологія знаходиться на початкових стадіях розвитку, цей принцип задовольняється сам собою. Так, рідкокристалічні монітори (РК-монітори) з середини 1990-х рр. почали швидко дешевшати, удосконалюючись в точності перенесення кольорів, розширенні кутів огляду, зменшенні часу відгуку піксела і т.д. З акустичними системами справа йде, на жаль, інакше. Технологія виробництва високоякісних АС була доведена майже до досконалості ще пару десятиліть назад. Сьогодні, на жаль, у виробників часто не виходить помітно підвищити якість, їм навіть не вдається понизити ціни, оскільки дорожчають всі сировинні товари, необхідні у виробництві: нафта, з якої робиться пластмаса, дерево для корпусів, метал для динаміків і всіляких конструктивних елементів. Але закони маркетингу вимагають свого в результаті заявлені характеристики все більше відриваються від реальності.

Яким же чином завищуються паспортні характеристики? Зазвичай зі всіх можливих указується найбільш виграшна величина. Наприклад, як потужність активних акустичних систем приводиться потужність вбудованого підсилювача або навіть трансформатора живлення, а не динаміків, хоча саме вони відтворюють звук.

Інше традиційне джерело плутанини - частотний діапазон. Фірми для поліпшення паспортних характеристик міняють спосіб вимірювання смуги частот, скажімо, допускаючи зниження звукового тиску на краях АЧХ до -16 замість -8 Дб.

В принципі методики вимірювання повинні визначатися класом акустичних систем, як описано у вітчизняних і міжнародних стандартах. Мова йде про ГОСТи СРСР (ГОСТ 16122-87 і ГОСТ 23262-88), рекомендаціях МЕК (публікації 268-56 581-5 і 581-7), німецькому стандарті DIN 45500 і американських специфікаціях AES і EIA. Але біда в тому, що ні відповідність стандарту, ні нерівномірність АЧХ в документації часто не указуються, в результаті порівнювати акустичні системи по паспортних параметрах стає неможливо.

Компанії, особливо виробники недорогої продукції, люблять указувати величину пікової музичної потужності (РМРО), яка практично нічого не говорить про силу і якість звучання колонок. Враховувати її при виборі акустичних систем не рекомендується - це типова маркетингова характеристика.

Єдиний параметр, який не можна фальсифікувати, - це ціна.

По конструктивному виконанню сателіти діляться на два основні класи: герметичні і фазоінверторні.

Завдяки пружності повітря герметичний корпус робить АЧХ більш рівномірною і покращує імпульсну характеристику (реакцію на ступінчастий сигнал). Недолік - низький ККД, тобто менша гучність при тій же потужності. Корпус з трубою фазоінвертора збільшує ККД, але погіршує імпульсну характеристику. На низьких частотах (нижче за частоту настройки фазоінвертора) амплітуда коливань дифузора в таких системах обмежується тільки жорсткістю підвісу, тому на високій гучності можливе пошкодження динаміка. Для запобігання цьому в схемах повинен бути встановлений фільтр інфранізких частот.

Сабвуфер – це резонансна камера, розрахована на посилення низьких частот і практично завжди виготовлена по схемі фазоінвертора. Іноді в сабвуферах використовуються два динаміки, причому один з них буває пасивним (до нього сигнал не підводиться).

Магнітні екрани потрібні для того, щоб виключити спотворення відтінків квітів на екрані ЕЛТ – монітора, поряд з яким встановлені колонки. Якщо ви користуєтеся РК-монітором або збираєтеся помістити колонки далеко від монітора, для вас наявність магнітного екрану стане неістотною вимогою. Магнітний екран на динаміці може бути виконаний у вигляді сталевого кожуха, що закриває магніт, або компенсуючого магнітного кільця.

Ще один важливий елемент конструкції - роз'єми для підключення кабелів. Для з'єднання підсилювача з сателітами мають перевагу пружинні або гвинтові затиски під оголений дріт, щоб можна було застосувати кабель з великим перетином.

Матеріал корпусу багато в чому визначає зовнішній вигляд, конструктивні і звукові характеристики. Якнайкраща за якістю звучання акустика виходить з дерева, але цей матеріал не настільки технологічний, щоб з нього можна було масово виготовляти оригінально оформлені колонки довільної форми. Дошки з чистого дерева на практиці використовуються рідко - їх замінюють деревинноволокнисті і деревинностружкові плити, зручніші в обробці і виробництві.

Пластмаса і метал погіршують звучання АС, але дозволяють надати колонкам оригінальну форму і різні розфарбовування, наприклад сріблястий колір. Інші виробники, компанії Apple Computer, що надихнули прикладом, виконують колонки з прозорого пластика. У привабливих AC Harman Kordon Sound Stick II навіть корпус низькочастотного динаміка, розташованого в сабвуфері, зробленний з пластмаси.

Деякі виробники намагаються знайти компроміс між якістю і зовнішнім виглядом, роблячи сабвуфер з дерева, а сателіти з пластика або металу. До таких АС відноситься, наприклад, JetBalance JB-641. Всілякі декоративні елементи на дерев'яних корпусах допомагають урізноманітити дизайн, але деколи породжують деренчання і паразитні резонанси.

Тип динамічних головок (динаміків) впливає на якість звуку не менше, ніж матеріал корпусу. Сучасні динамічні головки удосконалюються в основному шляхом заміни матеріалу дифузора, "куполу" (ковпачка в його центрі) і підвіски. Так, металеві ковпачки розширюють АЧХ у бік високих частот, додаючи звучанню яскравість і виразність.

Для дифузорів ВЧ-динаміків сьогодні використовують пластик, фольгу, просочену клеєм щільну тканину (зазвичай шовк). Дифузори широкосмугових динаміків останніми роками все частіше виготовляють не з паперу, а з волокон кристалічного полімеру під назвою кевлар. Низькочастотні динаміки оснащують дифузорами з штучних матеріалів – вугільного волокна з епоксидним просоченням, поліпропілену з мінеральними добавками (наприклад, слюдою) або спеціальним покриттям.

Підвіска дифузора НЧ-динаміка (впливає на резонансні характеристики динаміка і чутливість) може бути виконана з гуми, сантопрена або іншого штучного матеріалу.

Розмір динамічних головок характеризує їх здатність відтворювати низькі частоти. Маленький динамік не дає хороших басів, оскільки його величина набагато менше довжини хвилі низькочастотного звукового коливання. Великий корпус, як резонатор, декілька покращує ситуацію, але не кардинально. Багатокомпонентні акустичні системи з величезним сабвуфером, оснащеним великим динаміком, і крихітними сателітами часто мають провал в області середніх частот.

Звичні динамічні головки з конусоподібними дифузорами - не єдиний засіб звуковідтворення. Так, у ряді акустичних систем використовуються плоскі випромінювачі, виконані за технологією NXT SurfaceSound компанії NXT New Transducers Limited. На відміну від дифузорів звичайних динаміків, які цілком приводяться в рух котушкою, підвішеною в магнітному полі, плоскі динаміки мають гнучку пластину і збудник, що створює на ній акустичні хвилі. Принцип дії тут інший: плоский випромінювач не коливається як єдине ціле, а працює як фазові антенні грати - за рахунок акустичних хвиль, які переміщаються по пластині подібно до хвиль на морській поверхні. Як приклад приведемо трьохкомпонентні колонки TDK XS-iV S60. Сателіти в них містять плоскі випромінювачі з паспортною потужністю 16,5 Вт. Сабвуфер має більш традиційного виконання.

 

Схеми кодування багатоканального звуку

 

Dolby Surround (DSS) - кодування в двоканальному сигналі трьох звукових каналів: лівого, правого і просторового (surround). Без декодера відтворюється як звичайне стеріо.

Dolby Surround Pro-Logic (DPL) - вдосконалена технологія DSS; доданий центральний канал.

ТНХ - стандарт, створений співробітниками студії Lucasfilm на основі DPL. Просторовий канал розділений на два псевдостеріофонічних - лівий і правий. Крім того, доданий низькочастотний канал для підключення сабвуфера. Для прослуховування в малих приміщеннях передбачена додаткова обробка сигналу.

Dolby Digital (AC3) - повноцінна шестиканальна (5.1) схема, що передбачає не підмішування додаткової інформації про канали в стеріопотік, а окреме їх уявлення. Має п'ять широкосмугових (30- 20 000 Гц) каналів: три фронтальних (лівий, центральний і правий), два задніх (лівий і правий), а також низькочастотний (20-120 Гц) канал сабвуфера. Використовується на дисках DVD-Video.

Dolby Digital EX - система формату 6.1. На відміну від попередньої схеми, забезпечує не два, а три задні канали - лівий, правий і центральний. Останнім часом з'явилися також схеми 7.1 і 8.1, що не отримали поки підтримки з боку індустрії розваг.

Digital Theater System (DTS) - шестиканальна цифрова система запису звукового супроводу кінофільмів, що набула широкого поширення в США. Завдяки меншому ступеню стиснення забезпечує вищу якість звучання, чим АСЗ.

Virtual Dolby Surround, Virtual Surround Sound (VSS), Virtual 3D Surround, 3D-Phonic, Spatializer і т.д. - алгоритми обробки звуку, що дозволяють імітувати просторове звучання при відтворенні через стереосистему.

 

Підсилювачі – коректори

Ланцюги низькочастотної корекції. Для розширення смуги пропускання у бік нижніх частот або для поліпшення перехідної характеристики підсилювача в області великих часів часто використовують ланцюг, що коректує, або спеціально створюється в каскаді посилення, або використовуючи ланцюг розв'язуючого і згладжуючого фільтру. Схема каскаду на біполярному транзисторі з ланцюгом, що корегує, показана на рисунку 1.1, а, а його еквівалентна схема в області нижніх частот — на рисунку 1.1, 6.

Корекція АЧХ за допомогою ланцюга . З пониженням частоти опір конденсатора  росте (рисунок 1.1, 6), а, отже, росте опір  ланцюгу . Це приводить до збільшення сумарного опору R+  від R на частотах і вище до R+  при, , що викликає зростання загального опору навантаження _~ ПЗ. З цієї причини коефіцієнт посилення каскаду з пониженням частоти зростає, що компенсує падіння посилення на нижніх частотах із-за наявності розділового конденсатора С_p (а також С_э і інших блокувальних конденсаторів).

Ефект компенсації тим сильніше, чим більшою мірою опір R визначає загальний опір навантаження _~ (тобто при  і ) і чим менше коефіцієнт  дійсно, чим менше коефіцієнт , тим сильніше міняється із зміною частоти загальний опір навантаження. Оскільки умови  і  найбільшою мірою виконуються в каскадах резисторів на польових транзисторах, то в них НЧ-корекція з ланцюгом  особливо ефективна. У каскадах резисторів на біполярних транзисторах цей ланцюг корекції дає кращі результати при роботі на високоомне навантаження .

На рисунку 1.2, а показана залежність коефіцієнта передачі  частині підсилювального каскаду з НЧ-корекцією ліворуч від штрихової лінії (рисунок 1.1, а), тобто . Залежність  від частоти визначається ємкістю С_ф, тобто ця залежність характеризує вплив ланцюга, що тільки коректує. На рисунку 1.2, 6 показана залежність коефіцієнта, визначена впливом на частотну характеристику тільки розділового конденсатора. На рисунку 1.2, в приведена залежність коефіцієнта посилення всього підсилювального каскаду .

Рис. 1.1 - a) cхема каскаду на біполярному транзисторі з ланцюгом, що корегує; б) еквівалентна схема в області нижніх частот.

 

Рис. 1.2 - а) показана залежність коефіцієнта передачі  частині підсилювального каскаду з НЧ-корекцією;

б) залежність коефіцієнта, визначена впливом на частотну характеристику тільки розділового конденсатора;

в) залежність коефіцієнта посилення всього підсилювального каскаду.

Як випливає із залежностей на рисунку 1.2, є така ємкість , при якій частотна характеристика каскаду з НЧ-корекцією не має підйому в області нижніх частот. При  на частотній характеристиці в області нижніх частот з'являється підйом, визначуваний тим, що посилення ще не впало із-за впливу ланцюга, а ланцюг  вже викликає підйом посилення.

Корекція за допомогою ланцюга  спаду вершини імпульсу. Стрибок напруги між базою і емітером транзистора при посиленні імпульсного сигналу викликає стрибок струму в ланцюзі колектора транзистора і, отже, стрибок напруги між колектором і землею (корпусом) . Покладемо спочатку, що конденсатор, що коректує,  відсутній. Тоді із-за наявності в схемі розділового конденсатора  напруга  на якому у міру його перезаряду за час тривалості імпульсу міняється, виникає спад вершини імпульсу, що підсилюється (рисунок 1.3, а; побудови виконані без урахування постійної напруги, що діє в підсилювальному каскаді). За наявності конденсатора  (рисунок 1.3, 6) після стрибка струму колектора напруга росте у міру перезаряду конденсатора , що приводить до підйому вершини імпульсу, який прикладається до розділового ланцюга . При цьому спад вершини вихідного імпульсу компенсується підйомом вершини імпульсу и; при  має місце повна компенсація.

Компенсація частотних спотворень і перехідної характеристики каскаду (крім параметра b) істотно залежить від відношення постійних часу ланцюгів , оскільки ці постійні часу визначають заряд конденсаторів  і , і, отже, перехідну характеристику в області великих часів.

 

 

Рис. 1.3

 

Корекція за допомогою частотно-залежної ООС. Для корекції частотної і перехідної характеристик підсилювального каскаду використовується і частотно-залежна ООС. Для прикладу розглянемо підсилювальний каскад (рисунок 1.4), в якому для корекції частотної характеристики в області нижніх частот включений ланцюг частотно-залежної ООС з послідовно сполученого конденсатора  і резистора . Ємкість вибирається такій, що при зменшенні частоти в області нижніх частот ООС слабшає. При цьому коефіцієнт посилення каскаду із-за ослаблення ООС зменшується в менше число разів, що приводить до компенсації зниження коефіцієнта посилення каскаду із-за впливу ємкості розділового конденсатора .

Таким чином можна зробити висновок:

1. Для здійснення НЧ-корекції часто використовують ланцюг . З пониженням частоти опір конденсатора  збільшується, що викликає зростання загального опору навантаження по змінному струму УЕ, а отже, і коефіцієнта посилення каскаду.

2. Низькочастотну корекцію можна здійснити також з допомогою частотно-залежної ООС.

Ланцюги високочастотної корекції. Високочастотну (ВЧ) корекцію в підсилювальному каскаді можна здійснити, використовуючи або ланцюг, що коректує, або ООС.

 

 

Рис. 1.4 - Підсилювальний каскад

 

Регулятори гучності

Ручне регулювання посилення (гучність) може бути плавним і ступінчастим (дискретною). У приймально-підсилюющих пристроях в основному застосовується плавне регулювання. Ступінчасте регулювання посилення застосовується іноді при дистанційному керуванні. Для плавного регулювання використовують резистори змінного опору, що включаються як дільники напруги. У підсилювачах, що працюють при порівняно сильних сигналах, регулятори посилення включають на вході, в підсилювачах, що працюють при слабких сигналах, - зазвичай після першого підсилювального каскаду.

 

 

Риc. 1.5 - Схеми включення регуляторів посилення як навантаження діодного детектора:

а — проста;

б — з розділеним навантаженням детектора.

На рисунку 1.5 показані схеми включення регуляторів посилення як навантаження діодного детектора. Схема, приведена на рисунку 1.5а, може застосовуватися тільки при великому вхідному опорі УНЧ. Якщо це опір у порівнянні з опором регулятора, то при регулюванні посилення змінюється опір навантаження детектора для змінного струму, внаслідок чого зменшується глибина регулювання і збільшуються спотворення при детектуванні сигналів. При включенні регулятора по схемі, показаній на рисунку 1.5б, вплив вхідного опору УНЧ на роботу детектора ослаблений.

У високоякісних підсилювачах, призначених для відтворення звукових програм, застосовують компенсовані регулятори гучності. Такі регулятори одночасно із зміною рівня гучності змінюють форму АЧХ підсилювача так, щоб тембр звуку слабо залежав від рівня гучності. Прості компенсовані регулятори гучності створюють відносний підйом нижчих частот, який тим більше, чим менше гучність. Складніші компенсовані регулятори гучності створюють відносний підйом як нижчих, так і вищих частот. На рис. 1.6 приведені схеми компенсованих регуляторів гучності, які змінюють АЧХ тільки в області нижчих частот.

 

Рис. 1.6 - Схеми компенсованих регуляторів гучності:

а — із спеціальним резистором змінного опору; б - із звичайним резистором

Для наближеного розрахунку регулятора, виконаного по схемі, зображеної на рис. 1.6 а, можна скористатися наступними формулами: , де  - опір змінного резистора, кОм;  - опори секцій змінного резистора, кОм;  — опори резисторів ланцюжків, що коректують, кОм;  - ємкості конденсаторів ланцюжків, що коректують, мкФ.

Регулювання тембру засноване на зміні АЧХ підсилювача в певній області частот. Прості регулятори тембру змінюють АЧХ тільки в області високих частот. Найбільш складні багатосмугові регулятори тембру змінюють АЧХ в різних областях частот, Вони застосовуються у високоякісній апаратурі для відтворення звуку.

Схеми простих регуляторів тембру приведені на рисунку 1.7. Регулятор, зібраний по схемі, приведеній на рисунку 1.7 а, є регульований дільник напруги, плечима якої є вихідний опір першого каскаду і повний опір ланцюгу між базою другого транзистора і корпусом. Межі регулювання АЧХ тим більше, чим більше вхідний опір подальшого каскаду. Дія регулятора тембру, зібраного по схемі, приведеній на рисунку 1.7 б, заснована на зміні глибини частотно-залежної ООС. Межі регулювання АЧХ тим більше, чим більше коефіцієнт посилення напруги другого каскаду.

 

 

Рис. 1.7 - Схеми простих регуляторів тембру в області високих частот:

а - у вхідному ланцюзі каскаду; б – у ланцюзі з ООС.

На рис. 1.8 приведені схеми регуляторів тембру, які змінюють АЧХ в областях нижчих і вищих частот. Регулятор, виконаний по схемі, показаній на рис. 1.8, а, при середньому положенні резисторів  і  знижує посилення на середніх частотах в 10...12 раз, що зазвичай компенсується посиленням додаткового каскаду.

 

 

 

 

Рис. 1.8 - Схеми регулятора тембру в областях нижчих і вищих частот:

а — підсилювача, що включається між каскадами; б — в ланцюзі ООС (  — резистор регулювання нижчих частот,  — резистор регулювання вищих частот).

Межі регулювання АЧХ в областях нижчих і вищих частот тим більше, чим менше вихідний опір попереднього каскаду і більше вхідний опір подальшого каскаду.

Регулятор, виконаний по схемі, приведеній на рис 1.8, б, окрім пасивних елементів містить транзистор, тому коефіцієнт передачі напруги близький до одиниці (при середніх положеннях резисторів , ). Межі регулювання АЧХ на частотах 30 Гц і 20 кГц складають біля ±19 дб. При вихідній напрузі не більше 0,2 В коефіцієнт гармонік не перевищує 0,1%. Вихідний опір попереднього каскаду повинен складати менше 600 Ом, а подальшого каскаду — не менше 30 кОм. Якщо постійна напруга на виході попереднього каскаду перевищує напругу на базі транзистора , то необхідно змінити полярність конденсатора СЗ.

Схема багатосмугового регулятора тембру з LС-фільтрами приведена на рис. 1.9. Межі регулювання АЧХ складають 22 дб. У нижньому (по схемі) положенні резисторів …  напруга сигналу на неінвертуючому вході мікросхеми (вихід З) різко зменшується, якщо частота сигналу співпадає з частотою настройки одного з LC-контурів. У верхньому положенні резисторів на частотах настройки контурів різко зменшується глибина ООС, що подається з виходу на інвертуючий вхід мікросхеми, а коефіцієнт передачі напруги зростає. Добротність контурів змінюють підбором резисторів, що шунтують котушки, так, щоб отримати необхідні смуги регулювання i тембру. Регулятор тембру з LC-контурами повинен бути поміщений в екран.

Багатосмугові регулятори тембру можна виконати і з RC-фільтрами (пасивними або активними).

 

 

Рис. 1.9 - Схема багатосмугового регулятора тембру з LC - фільтрами.

Структурна схема такого регулятор тембру [5] приведена на рис. 1.10. Заздалегідь посилений сигнал подається на резистори змінного опорів , з яких поступає на входи фільтрів

 

Рис. 1.10 - Структурна схема багатосмугового регулятора тембру з RC-фільтрами.

Для компенсації втрат, що вносяться пасивними фільтрами, використовуються підсилювачі А2,..., А_n. Сигнали з виходів підсилювачів підсумовуються за допомогою суматора на резисторах  і подаються на загальний підсилювач А_n+1

 

Регулятори еквалайзери

Останніми роками з'явилися нові пристрої для частотної обробки сигналів - графічні коректори (еквалайзери). У них положення ручок регуляторів рівня є як би графіком АЧХ (рис. 1.11, а), звідси і назва графічні. За кордоном вони називаються еквалайзерами — вирівнювачами спектру.

 

 

Рис. 1.11 - Розташування ручок регуляторів рівня графічного коректора (а) і його амплітудно-частотна характеристика (б)

З АЧХ графічного коректора, приведеного на мал. 1.11, 6, бачимо, що по своїх можливостях він практично перекриває можливості розглянутих коректорів. У всьому частотному діапазоні графічні коректори дозволяють здійснювати регулювання в діапазоні рівнів не менше ± 12 дб. Еквалайзер — це система багатополюсних резонансних електричних фільтрів, що перекривають весь діапазон звукових частот (20...20 000 Гц або 10 октав), причому в кожній смузі цих фільтрів можуть незалежно регулюватися оператором коефіцієнт передачі, смуга пропускання і центральна частота. Для слухача з. нормальним слухом цілком достатній октавний крок регулювання частоти. Октава — це смуга частот, верхня межа якої удвічі більше нижньої, наприклад 125 Гц. 250 Гц і т.д.

Еквалайзери, які мають вужчі смуги частот — напівоктавні, трьохоктавні дозволяють точніше вирівнювати АЧХ тракту. Проте управляти такими коректорами дуже складно.

По функціональних можливостях еквалайзери розділяються на коректори з фіксованими центральними частотами і незмінною шириною смуги пропускання фільтрів і коректори, в яких можлива зміна центральної частоти і ширини смуги. У коректорах першого типу АЧХ змінюється регулюванням тільки коефіцієнта передачі кожного фільтру. Для отримання постійної АЧХ звукового тракту потрібно встановити в певне положення движок регулятора кожної смуги. Положення движків утворюють точки компенсуючої кривої — графіка. Звідси назва таких еквалайзерів — графічні.

Коректори другого типу дозволяють міняти параметри кожного смугового фільтру і тому називаються параметричними. Параметричний еквалайзер зазвичай складається з трьох універсальних фільтрів: низьких, середніх і високих частот. Ці фільтри дозволяють коректувати АЧХ саме в тій частині звукового діапазону, де це необхідно, завдяки незалежному регулюванню частоти настройки, смуги пропускання і рівня посилення кожного фільтру. Параметричні еквалайзери мають невелике число смуг (4—6), при цьому центральні частоти цих фільтрів можна змінювати в діапазоні 2 — 4 октав. Фільтри із змінною добротністю дозволяють ефективно ліквідовувати нерівномірність АЧХ у вигляді провалів і вузьких піків. Параметричний еквалайзер дозволяє коректувати звуковий тракт з більшою точністю і оперативністю, чим, наприклад, десятисмуговий графічний еквалайзер.

Більшість еквалайзерів побудована так, що при нульовому положенні регулятора коефіцієнт передачі рівний 1 або 0 Дб.

Номінальний вхідний рівень сигналу для еквалайзерів прийнятий 1 В. Як правило, еквалайзери мають діапазон регулювання коефіцієнта посилення ±52Дб, проте зустрічаються окремі моделі з глибиною регулювання ±22 Дб. Графічні еквалайзери є октавні коректори з числом смуг 8 — 12. Більшість еквалайзерів випускаються у вигляді окремих блоків, що підключаються в підсилювальний тракт між УП і УМ. Окремі типи повних підсилювачів ("Бриг-001" і ін.) мають спеціальне гніздо для підключення еквалайзера, його можна підключити між входом підсилювача і лінійним виходом магнітофона або підсилювача електропрогравача, що коректує.

Серійно випускається еквалайзер "Орбіта-ЕК-002", який є стереофонічним графічним октавний еквалайзером з шириною смуги пропускання кожного фільтру одна октава, з числом смуг регулювання в кожному каналі 10 і центральними частотами 31,5; 63: 125; 250: 500; 1000: 2000; 4000; 8000; 16000Гц.

Діапазон регулювання АЧХ кожного фільтру ±12 Дб (основні технічні характеристики еквалайзерів, що випускаються промисловістю, приведені в додатку 8).

Вирівнювання АЧХ тракту можна проводити як за допомогою вимірювальних приладів, так і на слух. Очевидно, що точнішу настройку можна виконати тільки за допомогою приладів. Для цього на вхід звукопідсилюючої системи подають синусоїдальний або шумовий сигнал від генератора, вимірювальної пластинки або тест-стрічки. У місці прослуховування встановлюється вимірювальний мікрофон, сигнал якого поступає на вимірювальний підсилювач або аналізатор спектру. При настройці за допомогою синусоїдального сигналу спочатку встановлюють регулятори еквалайзера в середнє положення і знімають АЧХ тракту. При цьому настройку проводять роздільно при включенні лівого і правого каналів звуковідтворюючого тракту, та рівень сигналу встановлюють таким, щоб зовнішні акустичні шуми практично не позначалися на результатах вимірювань. Вибравши на зміряній АЧХ деякий середній рівень, за допомогою движків еквалайзера проводять підстроювання АЧХ з метою отримання мінімальних відхилень від нього у всьому діапазоні частот. Цей процес вимагає значного часу і при достатньому числі регулювань дозволяє усунути основні резонанси АС, кімнати прослуховування і вирівняти АЧХ тракту з мінімальними відхиленнями.

Поки немає єдиної думки фахівців про місце розташування мікрофону при проведенні корекції. При розташуванні мікрофону в ближній зоні на відстані 0,5... 1 м від АС переважає поле прямого звуку і ревербераційним полем приміщення можна знехтувати. В цьому випадку проводиться вирівнювання АЧХ в заснованому АС. При розташуванні мікрофону в дальній зоні, як правило, в місці прослуховування переважає дифузне поле приміщення, і в цьому випадку проводяться корекції АЧХ приміщення.

Результати численних суб'єктивних експертиз показують, що після проведення корекцій помітно поліпшується якість звучання. Прослуховування навіть на великих рівнях не викликає роздратування і втоми, відчувається "прозорість" і "легкість", чітко виділяються звучання окремих інструментів, зникають побічні резонанси.

 

Регулятори стереобаланса

Цей вид регулювання застосовується в стереофонічних підсилювачах і служить для перерозподілу посилення між каналами. При цьому обов'язковою умовою регулювання є постійність сумарного посилення каналів, що досягається при одночасному ослабленні рівня сигналу в одному каналі і збільшенні рівня сигналу в іншому.

Регулятор стеріобаланса може здійснювати електричний баланс, тобто рівність коефіцієнтів посилення по напрузі в кожному з каналів, а також і акустичний баланс при якому забезпечується рівність звукового тиску від гучномовців в зоні прослуховування.

Як регулятори стеріобаланса можна застосовувати одиночні або здвоєні змінні резистори. На рис. 1.12, 1.13 приведені типові схеми включення регуляторів стеріобаланса.

Змінні резистори в регуляторах на рис. 1.12 слід вибирати з функціональною характеристикою виду Е/І (див. рис. 12.8), що забезпечує найменші втрати в посиленні 0,5—1 дб в порівнянні з використанням змінних резисторів з іншими характеристиками. У регуляторі на рис. 1.13 доцільно використовувати змінні резистори з функціональною характеристикою вигляду А.

 

 

 

Рис. 1.12                                                  Рис. 1.13

Регулятори ширини бази

Ручний регулятор рівня (мікшер) є чотириполюсник, у якого змінюється коефіцієнт передачі залежно від положення, встановленого звукорежисером або оператором. Для забезпечення зміни сигналів від номінального значення до мінімуму діапазон регулювання вибирається не менше 80 дб з подальшим «обривом» сигналу, тобто його повним відключенням. Регулятори, що встановлюються в пульти мікшерів, зазвичай мають плавне регулювання загасання. Якщо ж регулятор ступінчастий, то крок регулювання не повинен перевищувати 1 дб, інакше отримуваний стрибок зміни гучності стає помітним на слух.

Перевагою регулятора (рис. 1.14, а) потенціометра — простота і плавність регулювання, недолік — залежність вихідного опору від положення регулятора. Крім того, з часом матеріал частково зношується, і регулювання рівнів починає супроводжуватися тріщаннями і шумами. Регулятори потенціометрів застосовують тоді, коли не вимагається строгого узгодження опорів в ланцюзі їх включення.

При необхідності узгодження опорів використовують мостові Т-образні регулятори (рис. 1.14, 6). Діапазон їх регулювання зазвичай не менше 60 дб. Опори R₁ і R₂ змінюють так, щоб дотримувалася умова

Якщо вибрати рівними опір джерела , опір навантаження , характеристичний опір  і опір резисторів , тобто = = = , то в будь-якому положенні регулятора його вхідний і вихідний опори постійні і рівні

 

 

Рис. 1.14 - Схеми потенціометра (а) і мостового Т-образного (б) регуляторів рівня

 

Рис. 1.15 - Структурна (а) і електричні схеми змішувачів з

додатковим опором (б) і без нього (в).

Загасання регулятора в децибелах можна визначити з формули

Необхідні опори  і  можна обчислити з наступних виразів: ; .

(рис. 1.15) в пультах мікшерів називають пристрій, в якому сигнали від декількох джерел об'єднуються (змішуються) в один загальний сумарний сигнал. Змішувач - це декілька ручних регуляторів рівня, сполучених між собою певним чином.

Однією з основних вимог, що пред'являються до змішувача, є відсутність взаємного впливу індивідуальних регуляторів. Це означає, що якщо змінюється положення регулятора , то на виході повинен змінюватися тільки рівень сигналу джерела, що поступає на вхід 1. Але вихідний опір цього регулятора входить в навантаження решти всіх індивідуальних регуляторів. Тому, щоб виключити взаємний вплив, в схему вводять стабілізуючі опори  (рис. 1.15, 6).

Якщо додаткові опори в схему не включати, то регулятори рівня впливають при роботі один на одного. Так, при нижньому положенні регулятора опір  шунтує навантаження, і тому сигнали, що поступають з входів 2…n (рис. 1.15, б), також будуть рівні нулю незалежно від положення регуляторів .

Додаткові резистори  стабілізують навантаження, тому вони називаються такими, що стабілізують або погоджують.

Опір ланцюгу вправо від точок АБ (мал. 1.15, б) разом з опором резистора ЯП0П повинен бути рівний опору  індивідуального регулятора ІР:

де n — число включених індивідуальних регуляторів. При цьому характеристичний опір  загального регулятора відрізняється від  і рівно вихідному опору ланцюгу ліворуч від точок ВГ:

Щоб опір навантаження був узгоджений з вихідним опором змішувача, опори  і  повинні вибиратися, виходячи з таких умов: . В цьому випадку змішувач вносить загасання . Без ланки, що погоджує, загасання .

Таким чином, за рахунок додаткових опорів, що погоджують , усувається вплив регуляторів один на одного, але при цьому, як видно з порівняння двох останніх виразів, вноситься значне додаткове загасання. Так, при 10 індивідуальних регуляторах  загасання з  дб збільшується до а = 13 дб.

У пристроях змішувачів сучасних мікшерних пультів для кращої розв'язки і компенсації загасання змішувачів застосовують розділові підсилювачі.

Регулятори напряму і бази (панорамні регулятори) є обов'язковими елементами стереофонічних пультів мікшерів. Напрям сигналів з монофонічного мікрофону на джерело звуку, що здається, може регулюватися шляхом розділення на два групові тракти з різними рівнями гучності. Практично ця операція здійснюється потенціометрами панорамного регулятора.

Ширину бази (стеріопанораму) можна регулювати як в індивідуальному (при стереофонічному мікрофоні), так і в груповому (при формуванні стеріопанорами з ряду сигналів від моно- і стеріомікрофонів) трактах. Пристрій, що змінює ширину стеріопанорами (або акустичну ширину бази), може складатися з двох сумарно-різницевих перетворювачів СРП з роздільними регуляторами рівнів сумарного (Σ) і різницевого (Δ) сигналів (рис. 1.16, а). Хай на виході стеріомікрофона буде сигнал довільної форми S(t), причому в лівому каналі aS(t), а в правом bS(t) — як при інтенсивній стереофонії XV. Положення джерела звуку, що здається, для даної стереопари визначається величиною .

На виході СРП₁ виходять сигнали суми U_м і різниці U_S :

 

Рис. 1.16 - Структурні схеми панорамним регуляторів

Оскільки в каналах суми і різниці є атенюатори Атт, їх вплив на сумарний і різницевий сигнали можна врахувати введенням коефіцієнтів m₁ і m₂:

Після другого СРП₂

де .

Якщо рівні сумарного і різницевого сигналів не міняються (m₁=m₂=1), то а'=а, b'=b, тобто на виході СРП₂ отримаємо початкові сигнали стереопари  и .

При регулюванні співвідношення сумарного і різницевого сигналів змінюються і, отже, змінюється напрям на КИЗ.

Слід зазначити, що мова тут йде тільки про сигнали суміщеного стереомікрофона, при якому різниця фаз не позначається на стереоефекті.

На рис. 1.16, 6 приведена структурна схема панорамного регулятора пульта мікшера ЕSS-186. Входи 1 і 2 панорамні регулятори підключено до виходів лівого X і правого У індивідуальних трактів, а виходи 3 і 4 — до пари групових трактів. Залежно від використовуваних сигналів U₁ і U₂ на вході (ХУ або МS), положення перемикача режиму роботи П і ручок потенціометрів функції панорамного регулятора істотно змінюються. Якщо перемикач П знаходиться в положенні МS/Х´У, то при коефіцієнтах передачі потенціометрів К₁ і K₂ вихідні сигнали залежать від вхідних таким чином.

Якщо , , ,  і схема працює як звичайний СРП (перетворення МS в ХУ). Множник К₂ означає, що другий потенціометр є регулятором різницевого сигналу U_S, отже, він є регулятором ширини бази.

 

 

Рис. 1.17 - Трансформаторна (а) і мостова (б) схеми сумарно-різницевих перетворювачів:--------------путь сигналу М, - - - - - - - шлях сигналу S

При зміні К₂ від 1 до 0 ширина стереопанорами зменшується від максимального значення, рівного В, до нуля.

Від положення регулятора К₁ залежить положення центру стереопанорами (при К₂ = const). Отже, потенціометр К₁ виконує функції регулятора напряму.

Якщо перемикач П знаходиться в положенні ХУ/Х´У´, то

Коли на вхід поступають сигнали від стереомікрофона ХУ, то в цьому випадку обидва потенціометри впливають на ширину бази і положення центру стереопанорами. При одночасній зміні К₁ і К₂ від 0 до 0,5 стереопанорама симетрично стискається від В до нуля, тобто до монозвучання з центру бази. При подальшому повороті обох регуляторів К₁ і К₂ від 0,5 до 1 ширина стереопанорами збільшується від нуля до В, але із зворотним розташуванням КИЗ. При русі тільки одного потенціометра одночасно регулюється ширина і зсув центру стереопанорами.

На рис. 1.17 приведено дві прості схеми сумарно-різницевих перетворювачів СРП, необхідних для роботи регуляторів бази і напряму. У трансформаторному СРП (рис. 1.17, а) напруги сигналів М і S у верхній частині вторинної обмотки трансформатора складаються синфазно М + S = Х, а в нижней — протифази М — S = У. Перетворення за допомогою мостової схеми показано на рис. 1.17, 6.

 

 

Рис. 1.18 - Схема панорамного регулятора сигналу S

 

Диференціальний підсилювач

Типова балансна схема транзисторного ППС (підсилювача постійного струму) приведена на рис. 4.1. Дана схема по суті є мостом, плечима якого є резистори  і внутрішні опори транзисторів VT1 і VT2 (разом з відповідною частиною резистора  і резистором ). До однієї з діагоналей моста підведена напруга джерела живлення Е_к, а в іншу діагональ включений резистор навантаження , з якого знімається вихідна напруга. Резистори  і  входять в дільників напруги джерела живлення і служать для вибору початкового режиму роботи каскадів. У емітерний ланцюг кожного з транзисторів включені резистор  і відповідна частина резистора .

    Рис. 4.1 - Балансна схема ППС              

 

 

Рис. 4.2 - Амплітудна характеристика балансної схеми ППС

 

    Для нормальної роботи схеми вона повинна бути строго симетричною. В цьому випадку в початковому стані (до надходження вхідного сигналу) міст виявиться збалансованим, а напруга на його виході буде дорівнювати нулю. При повній симетрії плечей струми спокою обох транзисторів, а також їх відхилення у разі зміни режиму (наприклад, при зміні, напруга Е_к, зміні температури і т.п.) мають рівну величину. Потенціали колекторів при цьому також рівні або отримують однакові прирости напруги. Тому при однаковій дії дестабілізуючих чинників на обидва транзистори одночасно баланс моста не порушується і вихідна напруга не з'являється, тобто напруга дрейфу рівна нулю. Дія вхідної напруги будь-якої полярності приводить до розбалансування моста, оскільки на бази транзисторів подається напруга різних знаків. При цьому потенціали колекторів отримують однакові по абсолютній величині, але протилежні по знаку прирости, через опір навантаження проходить струм, що створює на  напругу , величина і полярність якого залежать тільки від величини і полярності вхідної напруги. Таким чином, амплітудна характеристика балансної схеми принципово не повинна відрізнятися від прямої лінії, що проходить через початок координат (рис. 4.2).

    У реальних балансних схемах завжди є деяка асиметрія. Тому напруга дрейфу на виході повністю не зникає. Проте дрейф нуля в балансних схемах визначається різницею струмів обох транзисторів і тому значно менше, ніж в звичайних схемах прямого посилення.

    Для забезпечення додаткової симетрії схеми і регулювання струмів транзисторів в режимі спокою використовується змінний резистор . Величина цього резистора невелика. Зазвичай . Що ж до резистора , то на ньому створюється падіння напруги за рахунок струмів емітера обох транзисторів , яке використовується як напруга негативного зворотного зв'язку в режимі спокою. Будь-які, що одночасно виникають, нестабільності струмів транзисторів (із-за впливу температури, джерела живлення і ін.) ослаблятимуться за рахунок глибокого від’ємного зворотного зв'язку.

    Разом з тим на резисторі  не створюється напруга зворотного зв'язку для струмів, що становлять  і , викликаних дією корисного сигналу. Це пояснюється тим, що струми емітерів обох транзисторів під впливом сигналу отримують рівні, але протилежні прирости , оскільки потенціали баз завжди протилежні один одному (коли на базу VT1 від джерела сигналу подається плюс, на базу VТ2 - мінус і навпаки). Отже, коефіцієнт посилення схеми не зменшується.

    Для підвищення стабільності роботи схеми резистор  повинен бути високоомним, проте це вимагає підвищення напруги джерела живлення. Тому величина  при заданому Е_к розраховується по формулі:

.                                    (4.1)

    Коефіцієнт посилення балансного каскаду рівний коефіцієнту посилення одного плеча схеми, навантаженого на опір:

.

причому .

Величина:

.                                  (4.2)

де:

.

    При побудові багатокаскадних схем ППС балансні каскади можна сполучати один з одним безпосереднім зв'язком. При цьому колектори попереднього каскаду з'єднуються з базами подальшого.

    В деяких випадках вихідний сигнал в балансному каскаді знімається з одного з колекторів, а вхідні сигнали поступають на бази обох транзисторів (рис. 4.3). Така схема має симетричний вхід і несиметричний вихід. Фаза вихідного сигналу співпадає з фазою сигналу  і протилежна фазі сигналу . Елементи схеми можна підібрати так, що вихідна напруга буде пропорційна різниці вхідної напруги і в ідеальному випадку не змінюватиметься, якщо напруга  і  отримують рівні прирости одного знаку. Такий підсилювальний каскад називають диференціальним. Диференціальний підсилювач характеризується коефіцієнтом посилення різниці вхідної напруги:

.                                 (4.3)

а також коефіцієнтом посилення середнього рівня вхідної напруги:

,                                      (4.4)

де К₁ і К₂ — коефіцієнти посилення по першому і другому входах.

    Для того, щоб підсилювач реагував тільки на різницю вхідної напруги, необхідне виконання нерівності .

     Диференціальний підсилювач — це симетричний підсилювач постійної напруги з двома входами і двома виходами. Основна схема його представлена на рис. 4.3. У загальний емітерний ланцюг включено джерело стабільного струму. Він забезпечує постійність суми емітерних струмів . За відсутності сигналу . В цьому випадку струм унаслідок симетрії рівномірно розподіляється між обома транзисторами Т₁ і Т₂. Тоді отримаємо:

.

Нехтуючи базовим струмом, знайдемо:

.

     Ці співвідношення не зміняться, якщо обидві вхідні напруги отримають прирости на одну і ту ж величину (синфазний сигнал). Оскільки в цьому режимі колекторні струми залишаються рівними один одному, постійна і різниця вихідної напруги, тобто коефіцієнт посилення синфазного сигналу рівний нулю.

 

 

Рис. 4.3 - Основна схема диференціального підсилювача

     Якщо , то змінюється розподіл струмів в диференціальному підсилювачі:  збільшується, а  зменшується. Їх сума при цьому залишається рівною . Тому:

.

     Таким чином, різниця вхідної напруги на відміну від синфазного управління викликає зміну вихідної напруги.

     Зміна напруги база — емітер, що відбувається під впливом температури, діє як синфазний сигнал і, отже, не впливає на роботу схеми. Тому диференціальний підсилювач добре пристосований до роботи як підсилювач постійного струму. Із-за малого дрейфу диференціальний підсилювач використовують також, коли потрібно підсилити не різницю напруги, а тільки вхідна напруга. В цьому випадку один з двох, входів має нульовий потенціал. При цьому  або  залежно від того, який вхід використаний.

     Для точного визначення коефіцієнта посилення по напрузі розкладемо вхідну напругу на дві частини — напруг синфазного сигналу , і диференціальна напруга :

 і .

     Звідси:

 і .

     Розглянемо спочатку випадок подачі диференціального сигналу, тобто виберемо:

.

     При цьому з міркувань симетрії зрозуміло, що емітерний потенціал залишиться постійним і рівним:

.

     Таким чином, обидва транзистори як би включено в схему із загальним емітером і забезпечують наступні коефіцієнти посилення по напрузі:

,                   (4.5)

.

     Отже, прирости колекторної напруги рівні, мають протилежні знаки і по величині удвічі менше ніж в схемі із загальним емітером, оскільки вхідна напруга рівномірно розподіляється між двома транзисторами.

     Щоб визначити коефіцієнт посилення синфазного сигналу, вважатимемо, що в емітерний ланцюг включено джерело з внутрішнім опором . Якщо до обох входів прикласти одну і ту ж напругу , то струм рівномірно розподілиться між обома транзисторами. При цьому вони працюють як два паралельно включених емітерних повторювачів з загальним емітерним опором . Тому емітерний потенціал змінюється на , а приріст струму дорівнює:

.

     Прирости колекторних струмів в два рази менше, причому кожне з них викликає на своєму колекторі синфазну зміну вихідної напруги:

.

    Звідси отримаємо коефіцієнт посилення синфазного сигналу:

.                            (4.6)

    Типове значення коефіцієнта посилення диференціального сигналу складає 50 ÷ 100, а синфазного — 10^-3. Параметром якості диференціального підсилювача є відношення коефіцієнта посилення диференціального сигналу до коефіцієнта посилення синфазного сигналу. Воно називається коефіцієнтом ослаблення синфазного сигналу:

.                                       (4.7)

    Унаслідок наявності паразитних ємностей колектор — база модуль коефіцієнта синфазного посилення збільшується із зростанням частоти і, отже, зменшується коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу. Гранична частота ослаблення синфазного сигналу набагато нижча, ніж для диференціального посилення, оскільки частотнозалежним опором в першому випадку є високоомний опір джерела струму, а в другому — порівняльний низькоомний колекторний опір . Типова частотна характеристика, представлена на рис. 4.4, забезпечує колекторний струм, рівний 1 мА. При менших струмах частотна характеристика розташовується нижче.

 

               

Рис. 4.4 - Частотна характеристика коефіцієнта диференціального посилення А_D і коефіцієнта ослаблення синфазного сигналу

 

Каскодний підсилювач.

Варіантом складеного транзистора є каскодний підсилювач, що є послідовним з'єднанням по змінному струму двох транзисторів (рис. 4.6). Вхідний транзистор Т1 включений по схемі з ОЕ, вихідний — по схемі з Про. Вихідний струм складеного транзистора

                      (4.8)

Тоді еквівалентний коефіцієнт посилення по струму .

Отже, коефіцієнт посилення емітерного струму при каскодному з'єднанні мало відрізняється від відповідного коефіцієнта посилення одного транзистора Т1. Вхідний опір каскодного підсилювача визначається вхідним опором транзистора Т1 і не залежить від опору навантаження; частота верхнього зрізу залежить від параметра транзистора Т1 і опори джерела сигналу.

Таким чином, каскодний підсилювач в порівнянні із звичайним підсилювальним каскадом по схемі з ОЕ не дає виграшу по коефіцієнту посилення і по вхідному і вихідному опорах. Проте він володіє важливою перевагою — слабким зв'язком між виходом і входом складеного транзистора. Наявність в звичайному транзисторі ємності  і опору  між колектором і базою приводить до появи ОС між його виходом і входом. За певних умов ОС може викликати самозбудження підсилювача; така ОС збільшує вхідну ємкість каскаду, а отже, погіршує його частотну характеристику.

Хороша розв'язка виходу і входу в каскодному підсилювачі пояснюється тим, що навантаженням транзистора Т1 є малий вхідний опір транзистора Т2, включеного по схемі з Про, тобто транзистор Т1 каскодного підсилювача працює практично в режимі короткого замикання колекторного ланцюга. При цьому коефіцієнт посилення по напрузі т транзистора Т1 малий, а отже, мало і напруга зворотного зв'язку з виходу транзистора на його вхід. З іншого боку. ємкість колекторного переходу  мало впливає на вхідну напругу Т2, оскільки база цього транзистора по високій частоті замкнута на загальну крапку. Все це ослабляє ОС між виходом і входом і тим самим підвищує стійкість підсилювача. Крім того, в каскодному підсилювачі нелінійні спотворення менші; чим в звичайному підсилювачі, зібраному по схемі з ОБ. Каскодний підсилювач знайшов широке застосування, особливо в резонансних каскадах.

Таким чином:

1. Комбінація з двох або більше транзисторів — складений транзистор — дозволяє отримати істотне збільшення коефіцієнта посилення по струму. Так, пара Дарлінгтона при включенні її по схемі з ЗЕ має коефіцієнт посилення по струму, приблизно рівний твору коефіцієнтів посилення по струму транзисторів, що становлять.

2. Каскодний підсилювач, що є послідовним включенням по змінному струму двох транзисторів, має слабкий зворотний зв'язок між виходом і входом, що істотно підвищує стійкість підсилювача.

Рис. 4.5

 

Рис. 4.6

Демпфування стінок футляра.

Внутрішні поверхні футляра 1 (рис. 10.2) повинні бути покриті шаром звукопоглинального матеріалу 6 завтовшки не менше 10 мм (або одна з пар паралельних поверхонь шаром подвійної товщини). Проте стоячі хвилі на щодо нижніх частотах при цьому не усуваються.

 

 

 

Рис. 10.2

Кращий результат дає розділення об'єму футляра однією або декількома звукопоглинальними перегородками 2, наприклад, з повсті завтовшки 5—10 мм. Секції ящика, які відокремлені від головки однією або декількома перегородками, в цьому випадку вимагають слабкої акустичної обробки. Високочастотна головка 4 повинна бути захищена від випромінювання задньої сторони дифузора НЧ головки декількома шарами звукопоглинального матеріалу або металевим ковпаком 5. Низькочастотна головка 3 розміщується внизу футляра.

 

Розміщення головки.

Отвір, в якому розміщується головка, поводиться як труба, довжина якої рівна товщині стіни або дошки. Резонанси і антирезонанси цієї труби, а також віддзеркалення від країв отвору є причиною нерівномірності частотної характеристики, тому рекомендується скошування країв отвору або установка головки в тоншому екрані, який розміщують в стіні або в екрані нормальної товщини.

 

Форма футляра.

На нижніх частотах головка випромінює сферичні хвилі, і ребра футляра, особливо ті, які складає фронтальна стінка, утворюють перешкоду на шляху звукових хвиль. Це викликає викривлення фронту хвилі (дифракцію) і вторинне випромінювання від ребер, що приводить до виникнення інтерференційних явищ, викликаючи появу на частотній характеристиці піків і провалів до ±5 дб. З погляду боротьби з вторинним випромінюванням ідеальна форма футляра — сфера, гірша, — куб з головкою в центрі однієї із сторін. Прямокутний паралелепіпед з головкою, розміщеною ближче до однієї з коротких сторін, переважно куба. Проте краще наближення до ідеалу дає прямокутна усічена піраміда, поставлена на прямокутний паралелепіпед (рис. 10.3).

 

 

 

Рис. 10.3

При будь-якій формі бажано, щоб футляр мав різні лінійні розміри: жоден з них не винен бувальщина багато більше або багато менше інших; найбільший розмір футляра не повинен перевищувати 1/4 довжини хвилі нижньої частоти робочого діапазону.

Декоративна тканина, не повинна викликати значних втрат акустичної потужності. Найбільш придатна тканина, з жорстких, міцних (бавовняних або пластикових) вільно переплетених ниток. Застосування тканин з м'яких і пухнастих ниток небажано.

 

Трьохсмугові АС.

Схеми фільтрів для трьохсмугових систем показані на рис. 10.7. Розрахуємо фільтри з паралельним з'єднанням входів (рис. 10.7, а). Першу пару фільтрів L1C1 розраховують по формулах С1 = 113 • 10³/f_гр; L1 = 225z_г/f_гр.. Тут С1 — ємкості, мкФ; L1 — індуктивності, мГн; f_гр — гранична частота розділення, Гц; z_г — опір головки, Ом. Ці фільтри розраховують для нижчої частоти розділення f_гр1 і до виходу одного з них (фільтру нижніх частот) приєднують низькочастотну головку гучномовця. Другу пару фільтрів L1'С1' приєднують до фільтру верхніх частот першого ступеня, проникного сигнали з частотами вище f_гр1. Цю пару фільтрів розраховують по тих же формулах, що і першу, але для вищої частоти f_гр2.

 

Рис. 10.7 - Схеми розділових фільтрів для трьохсмуговий АС з

паралельним (а) і послідовним (б) з'єднанням їх входів.

Таким чином пара фільтрів L1'С1' ділить інтервал частот, що знаходиться вище за першу частоту f_гр1, на дві смуги з частотою розділення між ними f_гр2.

Для двох пар фільтрів з послідовним з'єднанням входів (рис 10.7, б) значення ємкості і індуктивності обчислюють по формулах

;            .

Одиниці величин такі ж, як і у попередньому випадку. Послідовне включення двох пар фільтрів представляє інтерес лише цьому сенсі, що при цьому значення ємкостей і індуктивностей інші, відповідно конденсатори і котушки будете легше купити або виготовити.

Існує ще декілька різновидів трьохсмугових АС. Одна з них полягає в підключенні до двохсмугової системи додаткової головки через послідовний резонансний контур. Ця головка може компенсувати провали (не більше ніж на 8...10 дб) в частотній характеристиці двохсмугової системи; іноді невелике збільшення звукової віддачі в області середніх частот, що створюється додатковою головкою, значно покращує якість звуковідтворення: краще розпізнаються окремі інструменти оркестру. Це особливо помітно при порівнянні звучання з АС, у якої понижена звукова віддача на середніх частотах, навіть якщо таке зниження не виходить за межі допусків. Інший спосіб розділення широкосмугового сигналу на частотні смуги зв'язаний із застосуванням RС‑фільтрів з негативним зворотним зв'язком, що включаються між загальним попереднім і двома крайовими підсилювачами. Цей спосіб здорожує пристрій за рахунок додаткових могутніх підсилювачів, що працюють кожен в своїй смузі; позитивним є досконаліше розділення смуг з великою крутизною зрізу, що досягає 36 дБ/окт.

 

Головки гучномовців

Неодмінна частина будь-який АС — збудлива це одна або декілька головок гучномовців. Головки перетворять електричну енергію сигналу, що підводиться до них, — музику і мову — в енергію коливань їх рухомих систем і далі у випромінюваний звук. Головки гучномовців можуть розрізнятися за способом перетворення енергії і за способом їх зв'язку з навколишнім середовищем, яке вони порушують.

В даний час відомі наступні способи перетворення енергії: електродинамічний, електромагнітний, електростатичний, .пєзоелектричний.

Найбільш поширений електродинамічний спосіб. Він використовується в таких конструктивних різновидах:

а) диффузорний,

б) з куполоподібною діафрагмою,

в) ізодинамічний,

г) стрічковий.

Істотно рідше застосовують електростатичний і п'єзоелектричний способи. Тільки окремі зразки небагатьох зарубіжних фірм використовують іонний спосіб. Застарілий і практично не використовується електромагнітний спосіб.

За способом зв'язку з середовищем застосовуються конструкції: прямого випромінювання, де рухомий орган (діафрагма, дифузор) випромінює безпосередньо в середу, і рупорні, де діафрагма випромінює в середу через рупор.

Електронні пристрої АС включають, перш за все, електричні розділові фільтри. Практично всі сучасні АС є багатосмуговими по причинах, вказаних вище, тому розподіл енергії звукового сигналу між ГГ є основним завданням фільтрів. Розвиток техніки проектування АС примусило змінити функції фільтрів і методи їх проектування. Розділові фільтри виконують тепер одночасно завдання фільтрації і корекції. У переважній більшості що сучасних випускаються АС використовуються так звані «пасивні» фільтри, які включаються після підсилювача потужності. Проте у ряді моделей АС застосовуються і «активні» розділові фільтри. В цьому випадку в кожному частотному каналі використовується свій підсилювач "потужності, включений після фільтрів. В порівнянні з пасивними активні фільтри мають ряд переваг: кращу пере настройку процесу настройки, відсутність втрат потужності, менші габарити і т. ін., проте вони програють по таких параметрах, як динамічний діапазон, шуми, нелінійні спотворення, вимагають застосування окремих підсилювачів в кожному каналі, що економічно невигідно. У вітчизняній промисловості випускається тільки одна модель активною АС «S-70».

В процесі розвитку техніки проектування АС використовувалися пасивні фільтри різних типів. До теперішнього часу найбільшого поширення набули фільтри «всепропускного типу», які задовольняють одночасно багатьом вимогам: забезпечують плоску сумарну АЧХ по напрузі, симетричні характеристики спрямованості АС в області частот розділення, низьку чутливість до зміни значення елементів. Оскільки передавальні функції по напрузі таких фільтрів представляються у вигляді поліномів Баттерворта ступеня n [точніше, при n — непарному описуються поліномом Баттерворта B_n, а при n — парному — (B_n)²], їх називають фільтрами Баттерворта різного порядку. Вибір порядку фільтрів визначається ступенем складності що пред'являються до АС вимог. Зазвичай в АС використовуються фільтри другого — четвертого порядків. Методи розрахунку розділових фільтрів в АС і їх елементів дані в [1], практична реалізація їх здійснюється зазвичай у вигляді сходових схем. При оптимізації розділових фільтрів з використанням ЕОМ розробник задається схемою фільтрів і початковими значеннями елементів. Потім шляхом цілеспрямованої зміни значень елементів схеми на ЕОМ мінімізується різниця між необхідними електроакустичними характеристиками і дійсними. Використання методів оптимального синтезу фільтрує - ланцюгів, що коректують, дозволило в сучасних конструкціях АС добитися значного зменшення нерівномірності АЧХ, зниження рівня фазових спотворень, симетризаціі характеристик спрямованості і т. ін.

До електронних пристроїв в АС відносяться також різні фільтри-коректори, які використовуються для корекції характеристик АС в області.

Чутливість АС — звуковий тиск, що розвивається АС на відстані 1 м по її осі при підведенні до її затисків сигналу потужністю в 1 Вт. По визначуваній таким чином чутливості можна судити про роботу одну і ту ж АС на різних частотах. У більшості моделей АС категорії Нi — Рi рівень чутливості складає 86...90 дб (у технічній літературі він часто записується у вигляді 86 дБ/м - Вт). Останніми роками з'явилися високоякісні широкосмугові АС з високою чутливістю 93...95 дБ/м - Вт.

Зручніша характеристика — стандартний звуковий тиск, під яким мається на увазі звуковий тиск, що розвивається АС при підведенні до неї електричної потужності 0,1 Вт в крапці на відстані 1 м і розташованою по її осі.

Середній звуковий тиск, що розвивається, АС 1,2.1,7 Па, у АС з високою чутливістю — 2...2,8 Па, що відповідає рівню звукового тиску 96...102 дб.

Ефективно відтворний діапазон частот — діапазон, в межах якого рівень звукового тиску знижується на деяке задане значення по відношенню до рівня, усередненого в певній смузі частот. Діапазон відтворних частот АС залежить від частотних характеристик окремих динамічних головок, від конструкції ящика, а також від параметрів розділових фільтрів.

Відповідно до ГОСТ 23262 — 83 мінімальних вимоги по цьому параметру для АС категорії Hi — Рi складають 40... 16 000 Гц при спаді 4 дб по відношенню до рівня, усередненого в смузі частот 100...8000 Гц.

Амплітудно-частотні характеристики АС представляють в графічній формі у вигляді залежності рівня звукового тиску від частоти в логарифмічному масштабі (див. рис. 3.10). Під рівнем звукового тиску розуміють відношення зміряного значення звукового тиску до нульового його значення 2∙10^-5 Па, виражене в децибелах.

Нерівномірність АЧХ — відношення максимального звукового тиску до мінімального або відношення максимального (мінімального) значення до середнього в заданому діапазоні частот, виражене в децибелах. У кращих моделях АС досягнута нерівномірність ±2 дб. Амплітудно-частотні спотворення суб'єктивно сприймаються як спотворення тембру звучання, до яких слух дуже чутливий. Порогові значення сприйманих нерівномірностей в середньому складає 2 дб; чутливість до виявлення піків значно вища, ніж до виявлення провалів, причому рівень цієї чутливості залежить від Ширини (добротності) піку-провалу і місцеположення його на тій, що спектральній огинає сигналу, що прослуховується.

Відзначимо, що форма АЧХ більшою мірою визначають якість звучання на низьких частотах.

При гладкій частотній характеристиці АС, коли нерівномірність "розмита", тобто не має великих перепадів, звучання має м'який, "ненав'язливий" характер, при цьому добре прослуховуються всі інструменти басової групи.

Оскільки ідентичність АЧХ в стереопарах дуже важлива для локалізації стереообраза, в апаратурі Hi — Fi нормується допустима розбіжність АЧХ в АС, використовуваних в стереопарі: воно не повинне перевищувати 2 дб при порівнянні рівня Р„ усередненого в однакових октавах в діапазоні 250...8000 Гц.

Номінальна потужність АС — це потужність, що підводиться до неї від підсилювача, при якій нелінійні спотворення не перевищують допустимого значення. Номінальну потужність АС вибирають з ряду: 3, 6, ДО, 15. 25, 35, 50, 75, 100 Вт. На практиці прийнято характеризувати АС по паспортній (максимальною) потужності.

За паспортну потужність приймають найбільшу неспотворену потужність підсилювача, від якого АС може тривалий час працювати. Паспортна потужність різних АС може перевищувати номінальну в 1,5 — 3 рази.

Паспортна потужність гучномовців дозволяє вибрати підсилювач з урахуванням достатнього резерву потужності для неспотвореної передачі імпульсних сплесків музичних сигналів, що досягають десятиразового значення номінальної потужності.

Через конструктивні і технологічні особливості АС, як правило, вносять найбільші нелінійні спотворення в порівнянні з рештою ланок звуковідтворюючого тракту. Нелінійні спотворення можуть досягати 3 %, причому якщо в області вищих частот спотворення вносять самі головки, то в області нижчих частот (до 300...400 Гц) грає роль акустичне оформлення. Вхідний опір АС має два номінальні значення — 4 або 8 Ом.

Слід особливо сказати про демпфування гучномовця. Динамічна структура музичних передач має імпульсний характер. Музика є безперервним рядом наступних один за одним звукових імпульсів різної тривалості, інтенсивності і частоти, що змінюються. Хороший гучномовець повинен мати такі перехідні характеристики, які забезпечують точне перетворення електричного імпульсу в звуковій, тобто збереження форми і тривалості імпульсу.

Перехідні характеристики гучномовця залежать від величини гальмуючого зусилля, викликаного індукованою в котушці гучномовця ЕДС і механічними втратами в рухомій системі. Недостатнє демпфування гучномовця і його дифузора характеризується наявністю на його частотній характеристиці максимумів і мінімумів.

При слабкому демпфуванні загасання власних коливань рухомої системи гучномовця на частоті основного резонансу може продовжуватися досить довго (0,1.0,15 сек.).

Внаслідок цього вони можуть потрапити на наступний звуковий імпульс і значно спотворити сигнал, супроводжуючи його призвуками, відсутніми в сигналі, який передається. Для усунення подібних спотворень застосовують електричне і акустичне демпфування.

Електричне демпфування зводиться до зниження вихідного опору підсилювача. Річ у тому, що при коливаннях звукової котушки в ній наводиться ЕДС, що створює струм, протидіючий вільним переміщенням котушки, тобто гальмуючий її коливання. Чим менше вихідний опір підсилювача, що шунтує звукову котушку, тим більше наведений струм і тим більше створюється гальмування. Отже, низький вихідний опір підсилювача є обов'язковою умовою підвищення якісних показників підсилювача.

Акустичне демпфування проводиться за допомогою пористого звукопоглинального матеріалу, яким заповнюється закритий ящик з гучномовцем. Акустичне демпфування ефективно діє від самих нижніх звукових частот до 4...5 кГц, забезпечуючи хороші перехідні характеристики гучномовця.

Проте акустичне демпфування створює "завал" частотної характеристики в області нижніх частот.

Акустична система повинна бути узгоджена з У3Ч по вхідному опору, а також по потужності.

ВАС та ЗАС.

Відкритий корпус - поширений вигляд АС. Він є корпусом, задня стінка якого або повністю відсутній, або має ряд крізних отворів (вона може бути з перфорованого картону, пластмасова з щілинами або отворами і т. п.). Головки гучномовців встановлюються на передній стінці корпусу. Усередині корпусу розміщують деталі і вузли електричної схеми, наприклад підсилювача або радіоприймача.

Акустична дія відкритого корпусу подібно до дії екрану. Найбільший вплив на частотну характеристику в даному випадку надають розміри передньої стінки. Всупереч поширеній думці бічні стінки корпусу об'єм мало впливають на частотну характеристику АС. Еквівалентний діаметр і, отже, розміри передньої стінки завдяки корисному впливу бічних стінок можна робити на 15...40% меншими, ніж у разі плоского екрану. Якщо корпус зробити дуже глибоким, то він може діяти як труба, резонуюча на ряду частот (тим більше низьких, чим довше труба). Це буде причиною появи піків і провалів на частотній характеристиці АС. Слід уникати яких-небудь отворів і щілин а корпусі (за винятком задньої стінки). Особливо небезпечні вони на передній стінці; оскільки можуть привести до акустичного короткого замикання і різкого погіршення відтворення низьких частот. Тому рекомендується, зокрема, ставити ущільнювачі (а виді кільцевої прокладки з гуми, плівки і т. п.) між диффузоротримачем і передньою стінкою. Ущільнювачами можуть служити і картонні сектори, зазвичай розташовані на диффузоротримачі.

Головку гучномовця кріплять до стіни гвинтами або шурупами так, щоб не покоробився диффузоротримач і тим самим не перекошувалася рухома система (що, у свою чергу, може привести до нелінійних спотворень і появи деренчання). Задня сторона гучномовця не повинна бути закрита (як це часто неправильно роблять) деталями схеми (не повинна “задихатися”). Недотримання цієї вимоги приводить до зменшення звукового тиску, що розвивається АС. Бажано, щоб деталі схеми займали не більше 25...30% внутрішнього об'єму корпусу, розміри передньої стінки були як можна великими і обмежувалися лише міркуваннями зручності розміщення і користування. Рекомендації щодо місця установки головки гучномовця такі ж, як і для плоского екрану. Площа перфорації або щілин в задній стінці повинна складати 10...20% її площі.

Корпус із закритою задньою стінкою в даний час найпоширеніший і один з найбільш перспективних видів АС. Наявність задньої стінки на перший погляд повинна поліпшити відтворення низьких частот, оскільки виключається випромінювання звукових хвиль задньою стороною дифузора. Цей вигляд АС часто називають нескінченним екраном, проте пружність повітря, що знаходиться в корпусі, особливо коли його об'єм менше 200 дм³, складається з пружністю рухомої системи головки і підвищується основна резонансна частота, що звужує робочу запоні частот з боку нижчих частот.

Рис. 13.1 - Залежність нерівномірності частотної характеристики

АС із закритою задньою стінкою від її добротності

Щоб резонансна частота все ж таки не була дуже високою, застосовують головки з важкою рухомою системою, що, у свою чергу, веде до зниження чутливості АС в цілому. Особливо низькою чутливістю володіють так звані малогабаритні акустичні системи (МАС), в об'ємі яких пружність повітря істотно більше пружності закріплення Рухомої системи самих головок. Стандартний звуковий тиск p_ст, Па, для них визначається по формулі:

                                   .

де f₀ – резонансна частота, Гц, рухомої системи головки; V — об'єм корпусу, см³; Q₁ — добротність акустичної системи на частоті f₀. Не рекомендується вибирати значення Q вище 0,7...1,0, оскільки рухома система виходить “роздемпфованою”. При подачі на неї напруги збудження (музичної і мовної програми) крім коливань в такт з напругою ПК вібруватиме з частотою власних коливань, близькою f₀. Це виявлятиметься в промішуванні гудіння, “нечистоти низів” до звучання програми (так звані перехідні спотворення). Вони не дуже чутні, поки Q₁ < 1, але чим менше значення Q₁,, тим більший спад частотної характеристики на частоті f₀. Так, при Q₁ = 0,7 спад складає 3 дб, а при Q₁ = 0,5. вже 6 дб (рис. 13.1). Щоб уникнути погіршення відтворення низьких спад частотної характеристики необхідно коректувати і підсилювачі низької частоти. При такій ті корекції система із зменшеною добротністю дає набагато кращу якість звучання. Вимоги щодо установки головок, вибору матеріалів і товщини стінок ті ж, що і для акустичних систем з відкритим корпусом. Розміри корпусу рекомендується брати як можна великими, проте немає сенсу робити об'єм набагато більше мінімально допустимого. Останній вибирається так, щоб добротність АС не перевищила допустимого значення в результаті підвищення резонансної частоти. Добротність АС визначається через добротність головки Q по формулі . Звідси мінімально допустимий внутрішній об'єм корпусу з накритою задньою стінкою розраховується за формулою

Приклад. Хай потрібно знайти мінімальний об'єм корпусу із закритою задньою стінкою для головки з резонансною частотою 40 Гц, добротністю 0,5 і еквівалентним об'ємом V₀= 50 дм³ при допустимій максимальній добротності АС 1,0: V = 50/[(1/0,5)² -1] = 50/3 ≈ 17 дм³. Резонансна частота системи  Гц. Спад частотної характеристики (див. рис. 13.1) на цій частоті буде 2 дб. Може опинитися, що при такому об'ємі АС резонансна частота, що виходить, буде дуже високою. Тоді потрібно збільшувати об'єм до набуття необхідного значення резонансної частоти. Для того, щоб зменшити резонансні явища усередині корпусу, можна рекомендувати набивання його звукопоглинальним матеріалом. Найбільш доступним матеріалом є бавовняна вата, яку слід рівномірно розподілити за внутрішнім обсягом корпусу з розрахунку приблизно 15 г на 1 дм³ об'єму. Якщо матеріал (вата) розташовується тільки на задній стінці корпусу з внутрішньої сторони, то досить застосовувати його в кількості 2...3 г на 1 дм² внутрішнього об'єму. Щоб оберегти рухому систему від попадання в неї волокон вати, рекомендується головку перед установкою укласти в чохол, наприклад, з бязі.

Невдала конфігурація корпусу акустичної системи унаслідок дифракції робить великий негативний вплив на частотну характеристику в області середніх частот (з'являються численні списи і провали). Встановлено, що зі всіх конфігурацій корпусів (сферичної, кубічної, усіченої піраміди, паралелепіпеда) найбільш вдала - сферична. Чим тупіші кути прилеглої до головки поверхні, тим слабкіше дифракція і, отже, рівніше частотна характеристика гучномовця. Це привело до випуску за кордоном акустичних систем із закритою задньою стінкою, оформлених у вигляді кулі. У домашніх умовах виготовити кулю важко, проте можна використовувати старий або пошкоджений глобус з пап'є-маше Діаметром близько 400 мм. Його об'єм близько 34 дм³, що дозволяє зробити досить хорошу АС, застосувавши головку типу 4ГД РРЗ (можна застосувати також, головки типу 4ГД-35 або 4ГД-36) з частотою основного резонансу 45 Гц; у кульовому футлярі частота основного резонансу підвищується до 75 Гц. Внутрішню поверхню кулі покривають шаром скловати завтовшки 12...15 мм; вату поміщають в мішок із стеклоткані. Акустичне оформлення у вигляді паралелепіпеда часто вибирають та до, щоб розміри сторін передньої стінки і глибина відносилися один до одного, як 2: :1 (керуючись при цьому в основному естетичними міркуваннями).

Використовуваний для корпусу матеріал повинен забезпечувати жорсткість стінок, особливо передньою. Найбільш відповідним матеріалом є дерев'яна дошка або фанера, причому, чим більше корпус, тим товстіше повинні бути стінки. Так, для корпусу об'ємом 5...10 дм³ можна застосувати дошку або фанеру завтовшки 10...12 мм, для корпусу об'ємом 50...60 дм³ слід робити стінки завтовшки до 20 мм. Передню стінку, на якій кріпляться головки гучномовців, у всіх випадках бажано брати не тонше 15.20мм. Для виготовлення корпусу можна застосовувати також пластмасу.

 

Розподільні фільтри

У багатосмугових АС головки, призначені відтворювати різні частини частотного діапазону, включаються через так звані розподільні фільтри. Їх призначення полягає в тому, щоб пропускати до кожної головки напругу тільки потрібних частот. Ці фільтри розрізняють по крутизні спаду за межами вищої або нижчої граничної частоти. Зазвичай застосовують фільтри з крутизною спаду 6, 12 або 18 дб на октаву. По схемі їх розділяють на фільтри для двохголосних і трьохсмугових АС. Початковими даними для розрахунку є, частота розділу і опір головки в робочій смузі фільтру. На рис. 14.13, а, б, в приведені схеми фільтрів з крутизною спаду відповідно 6, 12 і 18 дБ/октава. У верхній частині кожного з малюнків приводиться схема фільтру для двохсмуговий АС, а в нижній — для трьохсмугової. На кожному малюнку приведена також формула для визначення елементів цих фільтрів. Ємкості, індуктивності і опору відповідно дані у фарадах, генрі і омах. Конденсатори фільтрів вибирають з номенклатури виробів, що випускаються промисловістю. Більше всього підходять для розділових фільтрів конденсатори типу МБГО, параметри яких приведені в додатку 4.

Рис. 14.13 - Схеми розподільних фільтрів

Що стосується котушок індуктивності, то їх виготовляють шляхом намотування без залізного сердечника щоб уникнути спотворень, обумовлених перемагнічуванням. Практично оптимальна в сенсі максимуму відношення індуктивності котушки до її активному опору конструкція виходить, коли внутрішній діаметр циліндрової обмотки удвічі більше її висоти h, а зовнішній діаметр в 4 рази більше h і в 2 рази більше внутрішнього діаметру. За цих умов значення  мм (L, мкГн, R, Ом), довжина дроту , число витків , діаметр дроту (без ізоляції)  мм, маса дроту  кг

Приклад. Визначити дані котушки індуктивністю 3,37 мГн розподільного фільтру, навантаженого головкою опором 15 Ом. Активний опір котушки, що розраховується, вибираємо рівним 5% від опору головки. Це співвідношення можна вважати цілком прийнятним. Тоді R = 0,05 ∙ 15=0,75 Ом, звідки . Висота обмотки  мм, довжина дроту  мм = 53,5 м, число витків  витка, діаметр дроту  мм, маса дроту  кг

Природно, отримані числа повинні бути закруглені, і в першу чергу діаметр дроту, до найближчого стандартизованого діаметру. Остаточно індуктивності підганяють шляхом вимірювання на містку, відмотуючи по декілька витків обмотки, намотаної з деяким перевищенням числа витків порівняно з розрахованим. Котушки можна намотувати на пластмасові, дерев'яні або картонні каркаси. Застосовується і безкаркасне намотування (рис. 14.14), для того, щоб котушка не розвалилася, витки після намотування кожного шару промазують клеєм БФ-4. Якщо є можливість, то для полімеризації клеївши котушку запікають в термостаті при температурі 140—160 °С протягом 1 ч. Якщо такої можливості немає, то котушка повинна бути висушена при кімнатній температурі протягом доби. Іноді дріт, як який віддають перевагу марці ПЕЛ, буває покритий яким-небудь маслом.

 

 

Рис. 14.14 - Схема безкаркасного намотування котушки

Тоді перед намотуванням або в її процесі дріт потрібно протерти ваткою, змоченою сумішшю з 50% спирту і 50% бензину або, в крайньому випадку, чистим бензином. Зібраний і змонтований фільтр, тобто його конденсатори і котушки, розміщують на поличці, укріпленій усередині корпусу АС. Зрозуміло, всі електричні з'єднання повинні добре пропоїти щоб уникнути шерехів і тріщин, що можуть виникнути із-за поганих контактів.

ТЕМА 15 АС з пасивним випромінювачем (ПВ)

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

 

1. Краткий справочник конструктора РЕА / Под ред. Варламова В.А. – М.: Советское радио, 1993. – 855 с.

2. Мейнке X., Гудлах Ф. Радиотехнический справочник. – М.: Госэнергоиздат, 1980. – 416 с.

3. Мамонкин И.Г. Усилительные устройства. – М.: Радио и связь, 1989.

4. Расчет усилительных устройств. Учебное пособие к практическим занятиям / Под ред. Давидова Ю.Т. – М.: МАИ, 1993. – 160 с.

5. Проектирование усилительных устройств / Под ред. Терпугова Н.В. – М.: Высшая школа, 1992. – 249 с.

6. Иоффе В.К. Бытовые акустические системы. – М.: Радио и связь, 1984. – 93 с.

7. Методичні вказівки щодо виконання розрахункового завдання з навчальної дисципліни ”Підсилювачі низької частоти та акустичні системи ”. – Кременчук, 2002. – 28 с.

 

Навчальний посібник з вивчення навчальної дисципліни “Підсилювачі низької частоти та акустичні системи” для студентів денної форми навчання за напрямом 0910 – “Електронні апарати”

 

Укладачі доц. В.О. Мосьпан, асист. Д.В. Кухаренко

Відповідальний за випуск зав. кафедри доц. В.О. Мосьпан

 

 

Підп. до др._____________. Формат 60х84 1/16. Папір тип. Друк ризографія.

Ум. друк. арк._________. Наклад ______прим. Зам. № _______ . Безкоштовно.

 

Видавничий відділ КДПУ імені Михайла Остроградського

39614, м. Кременчук, вул. Першотравнева, 20

 

 

Підсилювачі низької частоти та акустичні системи

 

 

НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК

 

Кременчук 2009

    Мосьпан В.О., Кухаренко Д.В. Підсилювачі низької частоти та акустичні системи: Навчальний посібник. – Кременчук: КДПУ ім. М.Остроградського, 2008. – 174 с.

 

    Даний навчальний посібник з дисципліни “Підсилювачі низької частоти та акустичні системи” охоплює велику кількість матеріалу для вивчення даного предмета – від загальних понять, відомостей та технічних характеристик підсилювачів низької частоти та акустичних систем до технічних вимог при їх проектуванні, пошуку та усунення дефектів. Викладений матеріал сприяє формуванню знань у майбутніх спеціалістів щодо реальних технічних можливостей існуючих засобів звуковідтворювального спрямування, оцінювання техніко – експлуатаційних параметрів звуковідтворювальної апаратури, кваліфікованої її експлуатації та ремонту. Навчальний посібник містить значну кількість графіків, рисунків та електричних схем, без яких тлумачення в тексті були б неповними.

    Навчальний посібник призначено для студентів денної форми навчання зі спеціальності 7.091003 – “Електронна побутова апаратура.

 

 

        

Рецензент

 

Кафедра електронних апаратів

 

Затверджено методичною радою КДПУ

Протокол №_______від “____”___________2008 р.

Заступник голови методичної ради______________доц. С.А. Сергієнко

ЗМІСТ

Вступ ………………………………………………………………………………..5

ТЕМА 1 Класифікація ПНЧ (підсилювачів низької частоти) ………………….18

1.1 Підсилювачі – коректори ………………………………………………..18

1.2 Регулятори гучності ………………………………………………….......22

1.3 Регулятори еквалайзери………………………………………………....28

1.4 Регулятори стереобаланса………………………………………………..32

1.5 Регулятори ширини бази………………………………………………....33

1.6 Шумозаглушувачі (Які подавляють шум)………………………………39

ТЕМА 2 Показники якості УНЧ і АС…………………………………………….47

Тенденції поліпшення якості в сучасних системах УНЧ–АС……………..47

ТЕМА 3 АЧХ і ФЧХ підсилювачів і акустичних систем……………………….48

Побудова амплітудно-частотної характеристики каскадів і кроссоверів…………………………………………………………………………48

ТЕМА 4 Вхідні каскади підсилювачів……………………………………………57

4.1 Диференціальний підсилювач……………………………………………57

4.2Каскодний підсилювач…………………………………………………….65

ТЕМА 5 Проміжні каскади в підсилювачах……………………………………...67

Схеми заміщення. Типові розрахунки схем…………………………………67

ТЕМА 6 Передкрайові і вихідні каскади без трансформаторних УНЧ………...70

Складені схеми вихідного каскаду (Дарлінгтона)………………………….70

ТЕМА 7 Нелінійні і інтермодуляційні спотворення……………………………..71

Гармоніки в лампових, напівпровідникових і цифрових УНЧ……….........71

ТЕМА 8 Режими роботи транзисторного ПНЧ…………………………………..83

Класи посилення АВ, В, Н, Т………………………………………………...83

ТЕМА 9 Загальна теорія зворотного зв’язку …………………………………….88

Чотири типи негативного зворотного зв'язку в УНЧ. Вплив зворотного зв'язку на показник підсилення. Розрахунок ОС…………………………………88

ТЕМА 10 Коефіцієнт демпфірування в АС………………………………………99

10.1 Типи акустичного оформлення гучномовців. Кроссовер……………..99

10.2 Типові вітчизняні головки гучномовців………………………………103

10.3 Демпфування стінок футляра………………………………………….103

10.4 Розміщення головки……………………………………………………104

10.5 Форма футляра………………………………………………………….105

10.6 Двох- і трьохсмугові акустичні системи……………………………...105

ТЕМА 11 Технологія виготовлення різних акустичних систем……………….109

11.1 Демпфування панелей………………………………………………….109

11.2 Трьохсмугові АС……………………………………………………….112

11.3 Головки гучномовців…………………………………………………..113

ТЕМА 12 Електромеханічні перетворювачі і їх види………………………….119

Метод електроакустичних аналогій. Випромінювання звуку поршневим випромінювачем. НЧ-, СЧ- та ВЧ - головки гучномовців……………………..119

ТЕМА 13 Відкрите і закрите оформлення АС………………………………….140

13.1 Розподільні фільтри і енергетичні параметри багато смугових ВАС та ЗАС…………………………………………………………………………………141

13.2 Розрахунок і конструювання акустичних систем………………….....145

13.2.1 Розрахунок футляра без задньої стінки……………………………..145

13.2.2 Розрахунок закритого футляра………………………………………145

ТЕМА 14 Фазоінверторі акустичні системи…………………………………….148

14.1 Розподільні фільтри і енергетичні параметри ФІ…………………….148

14.2 Розподільні фільтри…………………………………………………….160

ТЕМА 15 АС з пасивним випромінювачем (ПВ)……………………………….163

Схема заміщення. Фазові RC-ланцюги……………………………………..163

ТЕМА 16 Лабіринтові і рупорні акустичні системи……………………………170

Розрахунок корпусів і конструкцій ЛАС та РАС………………………….170

 

 

Вступ

 

Психологи розрізняють у людини шість сенсорних систем: візуальну, аудіальную, кінестетичну (тілесні відчуття), нюхову, смакову і дотикову. Всі люди різні, але для середньостатистичного індивідуума аудіальне сприйняття по інформативності стоїть на другому місці після візуального. Комп'ютери з кожним роком стають доступні все більшому числу покупців і, завдяки характеристикам, що поліпшуються, забезпечують все більш глибоке занурення у віртуальну дійсність. І тут чималу роль грають акустичні системи (АС). Існує декілька видів класифікації комп'ютерних АС. По-перше, їх розрізняють по числу і типу компонентів, кажучи про конфігурації 2.0, 2.1, 4.0, 4.1, 5.1 і 7.1. По-друге, по числу смуг, на які розбивається відтворний частотний діапазон. По-третє, враховують такі характеристики, як число і розміри динаміків, варіант виконання (навісні на монітор, настільні, поличні, підлогові, настінні і т. д.), засоби дистанційного керування (з дротяним і бездротовим пультом), вбудовані регулятори і матеріал корпусу (дерево, метал, фіброліт, пластик). І, звичайно ж, колонки підрозділяють по цінових категоріях як одному з основних критеріїв для покупців.

Класифікація акустичних систем по рівню якості (класності, або групам складності, згідно термінології ГОСТів, що діють і понині), створена для побутової, любительської і професійної аудіоапаратури, в комп'ютерному світі не прижилася.

У акустичних системах не використовують імпульсних блоків живлення, що створюють сильні перешкоди, а застосовують традиційні силові трансформатори, випрямлячі і компенсаційні стабілізатори. Якщо врахувати ККД такого стабілізатора і підсилювача потужності, можна сміливо сказати, що вихідна потужність активних акустичних систем не може перевищувати 50% потужності, споживаної від мережі.

Вхідний звуковий сигнал з перемикача поступає на попередній підсилювач, де відбувається підстроювання тембру і іноді вносяться ефекти псевдостереофонічного звучання, наприклад SRS W0W! Далі сигнал поступає на підсилювач потужності (зазвичай на мікросхемах компанії STMicroelectronics), після чого на розподільний фільтр (який виділяє частотні складові для ВЧ- і НЧ-динаміків) і на самі динаміки. Динаміки перетворять електричні коливання в звукові хвилі.

На низьких частотах довжина звукової хвилі перевищує розміри вуха, тому людина не завжди може визначити напрям на джерело басових коливань. На цьому ефекті засновані сабвуферні акустичні системи. Сабвуфер - це низькочастотна колонка (одна на весь акустичний комплект), яка обслуговує всі звукові канали. Якщо каналів два, тоді говорять про конфігурацію 2.1, якщо більше, отримаємо схеми 4.1, 5.1 і т.д. Для комплектів без сабвуфера використовують позначення 2.0, 4.0 і т.д.

У сабвуферних системах розподільний фільтр встановлюється до, а не після підсилювача потужності. Вихідні розподільні фільтри тут теж використовуються - у випадку, якщо сателіти двохсмугові. Деякі виробники застосовують нетрадиційні схеми bi-amping з розділенням ВЧ- і НЧ-підсилювачів в кожному каналі. Як приклад назвемо модель Defender SPK-750 Volcano-1. Не дивлячись на те, що в цих акустичних системах всього дві колонки, в них є чотири підсилювачі потужності – поодинці для кожного динаміка.

Багатокомпонентні акустичні системи для домашнього кінотеатру, виконані по схемі 5.1 або 7.1, вимагають особливого розташування в приміщенні навколо слухача, інакше загубиться відчуття просторового звучання і погіршає локалізація джерел звуку в просторі.

Як свідчить народна мудрість, зустрічають по одягу, проводжають по розуму. У момент знайомства з акустичними системами в магазині у покупця включається первинне, поверхневе сприйняття (психологи називають його рецептивним) - людина звертає увагу на оформлення (наприклад, сяючі світлодіоди і люмінесцентні індикатори) і заявлені параметри, бачить засоби управління і численні логотипи, чує ревіння динаміків і відчуває струс повітря.

Зробивши покупку, споживач приступить до реального використання акустичних систем; у нього включиться глибше (інтроцептивне) сприйняття. У цей момент увага зосереджується на самому звуці, а враження від оформлення АС і їх заявлених характеристик відходять на задній план.

Описані особливості людського сприйняття дозволяють виробникам в своїй маркетинговій і виробничій політиці робити різні акценти. Так, одні фірми прагнуть до найбільш точного звукового твору, оголосивши дизайн АС не таким істотним. Серед них відзначимо компанію M-Audio з її знаменитими системами сімейств Audiophile і Studiophile. Інші фокусуються на виграшному зовнішньому вигляді, зручності в управлінні, індикаторах, великих помітних регуляторах і т.п. (таку акустику іноді називають декоративною). Як приклад назвемо компанію Hyundai Speaker, що прикрашає деякі моделі люмінесцентними індикаторами.

Для успішного просування продукції на ринку заявлені характеристики нової моделі повинні бути хоч би трохи краще, ніж у старої. Поки промислова технологія знаходиться на початкових стадіях розвитку, цей принцип задовольняється сам собою. Так, рідкокристалічні монітори (РК-монітори) з середини 1990-х рр. почали швидко дешевшати, удосконалюючись в точності перенесення кольорів, розширенні кутів огляду, зменшенні часу відгуку піксела і т.д. З акустичними системами справа йде, на жаль, інакше. Технологія виробництва високоякісних АС була доведена майже до досконалості ще пару десятиліть назад. Сьогодні, на жаль, у виробників часто не виходить помітно підвищити якість, їм навіть не вдається понизити ціни, оскільки дорожчають всі сировинні товари, необхідні у виробництві: нафта, з якої робиться пластмаса, дерево для корпусів, метал для динаміків і всіляких конструктивних елементів. Але закони маркетингу вимагають свого в результаті заявлені характеристики все більше відриваються від реальності.

Яким же чином завищуються паспортні характеристики? Зазвичай зі всіх можливих указується найбільш виграшна величина. Наприклад, як потужність активних акустичних систем приводиться потужність вбудованого підсилювача або навіть трансформатора живлення, а не динаміків, хоча саме вони відтворюють звук.

Інше традиційне джерело плутанини - частотний діапазон. Фірми для поліпшення паспортних характеристик міняють спосіб вимірювання смуги частот, скажімо, допускаючи зниження звукового тиску на краях АЧХ до -16 замість -8 Дб.

В принципі методики вимірювання повинні визначатися класом акустичних систем, як описано у вітчизняних і міжнародних стандартах. Мова йде про ГОСТи СРСР (ГОСТ 16122-87 і ГОСТ 23262-88), рекомендаціях МЕК (публікації 268-56 581-5 і 581-7), німецькому стандарті DIN 45500 і американських специфікаціях AES і EIA. Але біда в тому, що ні відповідність стандарту, ні нерівномірність АЧХ в документації часто не указуються, в результаті порівнювати акустичні системи по паспортних параметрах стає неможливо.

Компанії, особливо виробники недорогої продукції, люблять указувати величину пікової музичної потужності (РМРО), яка практично нічого не говорить про силу і якість звучання колонок. Враховувати її при виборі акустичних систем не рекомендується - це типова маркетингова характеристика.

Єдиний параметр, який не можна фальсифікувати, - це ціна.

По конструктивному виконанню сателіти діляться на два основні класи: герметичні і фазоінверторні.

Завдяки пружності повітря герметичний корпус робить АЧХ більш рівномірною і покращує імпульсну характеристику (реакцію на ступінчастий сигнал). Недолік - низький ККД, тобто менша гучність при тій же потужності. Корпус з трубою фазоінвертора збільшує ККД, але погіршує імпульсну характеристику. На низьких частотах (нижче за частоту настройки фазоінвертора) амплітуда коливань дифузора в таких системах обмежується тільки жорсткістю підвісу, тому на високій гучності можливе пошкодження динаміка. Для запобігання цьому в схемах повинен бути встановлений фільтр інфранізких частот.

Сабвуфер – це резонансна камера, розрахована на посилення низьких частот і практично завжди виготовлена по схемі фазоінвертора. Іноді в сабвуферах використовуються два динаміки, причому один з них буває пасивним (до нього сигнал не підводиться).

Магнітні екрани потрібні для того, щоб виключити спотворення відтінків квітів на екрані ЕЛТ – монітора, поряд з яким встановлені колонки. Якщо ви користуєтеся РК-монітором або збираєтеся помістити колонки далеко від монітора, для вас наявність магнітного екрану стане неістотною вимогою. Магнітний екран на динаміці може бути виконаний у вигляді сталевого кожуха, що закриває магніт, або компенсуючого магнітного кільця.

Ще один важливий елемент конструкції - роз'єми для підключення кабелів. Для з'єднання підсилювача з сателітами мають перевагу пружинні або гвинтові затиски під оголений дріт, щоб можна було застосувати кабель з великим перетином.

Матеріал корпусу багато в чому визначає зовнішній вигляд, конструктивні і звукові характеристики. Якнайкраща за якістю звучання акустика виходить з дерева, але цей матеріал не настільки технологічний, щоб з нього можна було масово виготовляти оригінально оформлені колонки довільної форми. Дошки з чистого дерева на практиці використовуються рідко - їх замінюють деревинноволокнисті і деревинностружкові плити, зручніші в обробці і виробництві.

Пластмаса і метал погіршують звучання АС, але дозволяють надати колонкам оригінальну форму і різні розфарбовування, наприклад сріблястий колір. Інші виробники, компанії Apple Computer, що надихнули прикладом, виконують колонки з прозорого пластика. У привабливих AC Harman Kordon Sound Stick II навіть корпус низькочастотного динаміка, розташованого в сабвуфері, зробленний з пластмаси.

Деякі виробники намагаються знайти компроміс між якістю і зовнішнім виглядом, роблячи сабвуфер з дерева, а сателіти з пластика або металу. До таких АС відноситься, наприклад, JetBalance JB-641. Всілякі декоративні елементи на дерев'яних корпусах допомагають урізноманітити дизайн, але деколи породжують деренчання і паразитні резонанси.

Тип динамічних головок (динаміків) впливає на якість звуку не менше, ніж матеріал корпусу. Сучасні динамічні головки удосконалюються в основному шляхом заміни матеріалу дифузора, "куполу" (ковпачка в його центрі) і підвіски. Так, металеві ковпачки розширюють АЧХ у бік високих частот, додаючи звучанню яскравість і виразність.

Для дифузорів ВЧ-динаміків сьогодні використовують пластик, фольгу, просочену клеєм щільну тканину (зазвичай шовк). Дифузори широкосмугових динаміків останніми роками все частіше виготовляють не з паперу, а з волокон кристалічного полімеру під назвою кевлар. Низькочастотні динаміки оснащують дифузорами з штучних матеріалів – вугільного волокна з епоксидним просоченням, поліпропілену з мінеральними добавками (наприклад, слюдою) або спеціальним покриттям.

Підвіска дифузора НЧ-динаміка (впливає на резонансні характеристики динаміка і чутливість) може бути виконана з гуми, сантопрена або іншого штучного матеріалу.

Розмір динамічних головок характеризує їх здатність відтворювати низькі частоти. Маленький динамік не дає хороших басів, оскільки його величина набагато менше довжини хвилі низькочастотного звукового коливання. Великий корпус, як резонатор, декілька покращує ситуацію, але не кардинально. Багатокомпонентні акустичні системи з величезним сабвуфером, оснащеним великим динаміком, і крихітними сателітами часто мають провал в області середніх частот.

Звичні динамічні головки з конусоподібними дифузорами - не єдиний засіб звуковідтворення. Так, у ряді акустичних систем використовуються плоскі випромінювачі, виконані за технологією NXT SurfaceSound компанії NXT New Transducers Limited. На відміну від дифузорів звичайних динаміків, які цілком приводяться в рух котушкою, підвішеною в магнітному полі, плоскі динаміки мають гнучку пластину і збудник, що створює на ній акустичні хвилі. Принцип дії тут інший: плоский випромінювач не коливається як єдине ціле, а працює як фазові антенні грати - за рахунок акустичних хвиль, які переміщаються по пластині подібно до хвиль на морській поверхні. Як приклад приведемо трьохкомпонентні колонки TDK XS-iV S60. Сателіти в них містять плоскі випромінювачі з паспортною потужністю 16,5 Вт. Сабвуфер має більш традиційного виконання.

 

Схеми кодування багатоканального звуку

 

Dolby Surround (DSS) - кодування в двоканальному сигналі трьох звукових каналів: лівого, правого і просторового (surround). Без декодера відтворюється як звичайне стеріо.

Dolby Surround Pro-Logic (DPL) - вдосконалена технологія DSS; доданий центральний канал.

ТНХ - стандарт, створений співробітниками студії Lucasfilm на основі DPL. Просторовий канал розділений на два псевдостеріофонічних - лівий і правий. Крім того, доданий низькочастотний канал для підключення сабвуфера. Для прослуховування в малих приміщеннях передбачена додаткова обробка сигналу.

Dolby Digital (AC3) - повноцінна шестиканальна (5.1) схема, що передбачає не підмішування додаткової інформації про канали в стеріопотік, а окреме їх уявлення. Має п'ять широкосмугових (30- 20 000 Гц) каналів: три фронтальних (лівий, центральний і правий), два задніх (лівий і правий), а також низькочастотний (20-120 Гц) канал сабвуфера. Використовується на дисках DVD-Video.

Dolby Digital EX - система формату 6.1. На відміну від попередньої схеми, забезпечує не два, а три задні канали - лівий, правий і центральний. Останнім часом з'явилися також схеми 7.1 і 8.1, що не отримали поки підтримки з боку індустрії розваг.

Digital Theater System (DTS) - шестиканальна цифрова система запису звукового супроводу кінофільмів, що набула широкого поширення в США. Завдяки меншому ступеню стиснення забезпечує вищу якість звучання, чим АСЗ.

Virtual Dolby Surround, Virtual Surround Sound (VSS), Virtual 3D Surround, 3D-Phonic, Spatializer і т.д. - алгоритми обробки звуку, що дозволяють імітувати просторове звучання при відтворенні через стереосистему.