Skip to Content
Чистый звук в мире технологического безумия

 

Усилитель Мощности - Акустическая Система. Адаптивное согласование. - Страница2

Ср, 20.05.2009 - 17:51 — Сергей Шевгота
А теперь уделим внимание акустике. Что же мы имеем? В полном комплексном представлении громкоговорителя присутствует активная составляющая звуковой катушки, её индуктивная составляющая, сопротивление упругости подвеса, его инерционность и гибкость. Кроме того, здесь присутствуют резонансные явления в корпусе, в фазоинверторе, а также реактивности дополнительных полосовых фильтров.
Это сложная резонансная система с крайне непостоянным импедансом (комплексным сопротивлением) как в диапазоне частот, так и в динамическом диапазоне. И если в диапазоне частот импеданс можно как-то измерять, то предсказать поведение комплексного сопротивления при воздействии сложного гармонического сигнала становится проблематичным.
Кроме того, нагревается звуковая катушка, довольно значительно меняя при этом своё активное сопротивление буквально за четверть периода изменения тока.
Но если стабилизировать только какую-либо одну величину подаваемого сигнала, напряжение, ток или выходное сопротивление, - мы всё равно получаем целый букет самых разнообразных искажений, существенно влияющих на точность электромеханического преобразования.
Вот мы и подобрались к сути предлагаемого решения. Идея его состоит в том, что бы создать условия, при которых согласование "усилитель мощности - акустическая система" будет выполняться всегда.
Это изобретение я назвал "Адаптивное согласование импедансов", или "Вечный резонанс", который и обеспечивает согласование генератора – источника сигнала с нагрузкой, имеющей динамически меняющийся, комплексный характер сопротивления, согласно правилам электротехники
 

                                          Rген = Rн

 

                                                                      Zген = - Zн,

во всей полосе рабочих частот.

                Для понимания механизма согласования давайте представим акустическую систему как активное сопротивление, индуктивное или ёмкостное в куждый отдельный момент времени.
Для синусоидальной формы сигнала условием компенсации индуктивной или ёмкостной составляющей есть так называемый резонанс токов. То есть, это параллельный резонансный контур, состоящий из ёмкости и индуктивности, комплексные сопротивления которых для резонансной частоты равны. По условию резонанса параллельного контура имеется следующее: фаза тока в цепи конденсатора опережает фазу напряжения на 90о, фаза тока в цепи индуктивности отстает от фазы напряжения на 90о.
При идеальном согласовании вкачать энергию в идеальный контур невозможно. Но, если предположить возможность создания резонанса токов применительно к паре усилитель мощности – акустическая система, то следует ожидать преобразования между ними только активной энергии, так как вся реактивная составляющая будет скомпенсирована, а энергетические изменения параметров источника (генератора) будут без потерь переданы в активную составляющую нагрузки.
Реализация идеи состоит в измерении направления мощности в нагрузке и создания антиреактивности (- Z ) параллельно нагрузке, т.е. создание резонанса токов в системе генератор – нагрузка.
Работает это следующим образом.
Сравнивая напряжение на нагрузке с напряжением на датчике тока через нагрузку, мы получаем напряжение разбаланса, пропорциональное изменению фазы тока. Создавать резонанс токов в такой системе получается простой подачей напряжения разбаланса в цепь ООС (см. рис). В результате, на сигнал отставания фазы тока в нагрузке от фазы напряжения генератор реагирует опережением фазы через себя так же, как ёмкость, подключенная параллельно индуктивности. И, так же, наоборот, при ёмкостном характере нагрузки ток через неё начинает опережать фазу напряжения, а генератор реагирует на это отставанием фазы напряжения, стабилизируя соотношение XL = - XC; выполняя тем самым условие Zген = - Zн.
Другими словами, при любом сочетании параметров нагрузки мы имеем резонанс токов.
Далее: схема сравнения, сбалансированная по активной составляющей, на изменение активного сопротивления нагрузки реагирует как отрицательная обратная связь по току. Стабилизируя тем самым параметр Rген = Rн.
Поскольку мы имеем дело с широкополосным импульсным шумовым сигналом и соответственно реагирующей меняющейся нагрузкой, то, применительно к усилителю мощности, мы имеем систему адаптивного согласования импедансов усилителя мощности и его нагрузки во всём спектре усиливаемых и воспроизводимых частот и во всём диапазоне изменений импеданса акустической системы.
Имея резонанс токов между УЗЧ и АС мощность, передаваемая в нагрузку есть активная. При этом устраняются искажения как нелинейные так и интермодуляционные, связанные с потерями в реактивностях системы, а также динамическим изменением активного сопротивления звуковой катушки громкоговорителя.
На практике удобнее сравнивать напряжение на датчике тока через нагрузку и входное напряжение. В таком случае схема сравнения отслеживает также все виды искажений самого усилителя. А поскольку действует она компенсационным методом, мы получаем также уменьшение всех видов искажений всего устройства вплоть до 0. Ограничением здесь может быть разве что быстродействие системы, правильность монтажа и т.п.
Вариант практической реализации модуля адаптивного согласования импедансов изображен на рисунке:
 http://artsoundpro.ru/sites/default/files/adaptive.jpg
 
На ОУ1 собран буферный каскад. Собственно сам модуль собран на ОУ2. Он представляет собой сумматор входного сигнала и сигнала с токового датчика R10. Условием для точной балансировки схемы есть равенство коэффициента усиления усилителя мощности, определяемого соотношением R9/R3, и соотношения активного сопротивления акустической системы и токового датчика R10. При отсутствии разбаланса между входным сигналом и сигналом с датчика, ОУ2 на работу усилителя не влияет. При появлении на датчике тока напряжения не соответствующего входному, на выходе ОУ2 формируется сигнал ошибки, поступающий на сумматор на входе усилителя мощности, меняя параметры входного сигнала в соответствии с требованиями адаптации к параметрам акустической системы параметров усилителя мощности.
Ещё одна важная деталь: в условиях адаптивного согласования отсутствует такое явление как реактивный ток через малое выходное сопротивление оконечного каскада, который при классической схеме заставлял разработчиков создавать оконечные каскады с многократным запасом по току и рассеиваемой мощности. А, следовательно, можно создавать оконечные каскады усилителя мощности просто посчитанные для работы на активную нагрузку (практически так как и при расчёте ламповых усилителей), при этом требования к источнику питания тоже оказываются попроще.

Сбор новостей

RSS-материал
подробнее


WebMasteR ShevgotA.