Устройство для активного подавления сетевых наводок

[Varios systems]

6 часов назад, 12943 сказал:

И ещё: исправь название темы - смотреть противно.

Пытался - не нашел кнопочки редактировать.

 

6 часов назад, 12943 сказал:

Для начала надо понять, какой уровень помех питающего напряжения допускает конкретная схема УК

Не всегда высокий фон на выходе устройства получается только за счет плохой фильтрации по цепям питания. Часто наводка проникает на вход от трансформатора, наводясь на высокоомные входные цепи узлов с высоким коэффициентом усиления. Приходится делать тщательное экранирование таких узлов. И идея активного подавления сетевых помех и пульсаций уже давно не дает покоя. Надо проверить эту идею.

 

6 часов назад, 12943 сказал:

1) гармоники сетевого напряжения подавляются обычным ёмкостным фильтром лучше, чем 50 Гц, вторая - в два раза лучше, третья - в три и т.д.;

В ИБП может быть  другое соотношение сетевых гармоник и кроме того могут появляться гармоники самого ИБП на не кратных 50 Гц гармониках.

А что касается борьбы с шумами пластинки, то тут можно попробовать в добавок к режекторному фильтру на инфранизких частотах еще сделать полосовой динамический шумоподавитель на НЧ, который будет резко снижать усиление на  20-150 Гц, например в 3-5 полосах в результате анализа уровня суммарного сигнала помеха + полезный сигнал. На НЧ я думаю такой шумодав будет работать с не столь заметными на слух искажениями. По крайней мере, в паузе уже точно не будет слышно гула от пластинки, если установить порог срабатывания фильтров в -20-30 дБ.

Но сначала нужно разобраться с активным подавлением помех. Сейчас настраиваю устройство на 50,100 Гц без проблем удается снизить уровень помех на 10-20 дБ. Только есть одна фишка - на низком уровне помех нужна диэлектрическая отвертка и нельзя плату держать в руках. От рук и других проводящих предметов наводка фона меняет точность настройки.

Edited May 2 by Varios systems

[Adver]

PCBWay - всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН (Экспресс изготовление за 24 часа!)

Сборка высококачественных печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Онлайн просмотрщик Gerber-файлов от PCBWay!

Новые услуги: 3D-печать и обработка с ЧПУ

Студенческое спонсорство

[Varios systems]

Вчера попробовал поэкспериментировать с подавлением помех в фонокорректоре УНЧ Кумир на 50 и 100 Гц. Обнаружил ряд интересных эффектов и подводных камней, которые данную тему позволяют считать объемной и достаточно трудной, для краткого изложения некоторых не очевидных моментов.

Сейчас устройство активного подавления сетевых помех реализовано по этой схеме.

Задействованы  фильтры только для 50 и 100 Гц . И один канал. Они представляют два фильтра настроенных на одну и ту же частоту, например 50 Гц и включенные последовательно. Коэффициент усиления при номиналах показанных на схеме порядка 30 (практически 30 дБ). Второй фильтр был подсоединен к первому без делителя напряжения между фильтрами. Но сразу скажу, лучше включать фильтры через делитель, а на вход фильтров подавать сигнал на 30 дБ с более высоким уровнем. Это позволит снизить фликкер шумы и стабильней подавлять гармоники сети. 

На выходе этих фильтров стоят фазовращатели на +-90Град. Сигналы с фазовращателя поступают на сумматор.

На вход сумматора также поступает сигнал с выхода корректора УНЧ, точней с выхода корректора и предварительного усилителя. Хотя, конечно, нужно настройку вести по сигналу не с выхода винил корректра и предварительного усилителя, а по сигналу на выходе УНЧ.

В качестве сигнала, поступающего на вход винил корректора использовался обратный по RIAA фильтр описанный в статье К. Мусатова  http://musatoffcv.narod.ru/Projects/PhonoMeasurements/Leter.htm

Соединительные провода с выхода тест-сигналов компьютера и провода с выхода фильтра до винил корректора достаточно длинные, примерно по 70-80 см.

В результате получились достаточно большие помехи с сетевыми гармониками, кратными 50 Гц.

Тут зеленым график, это шумы и помехи звуковой карты, белым шумы на выходе винилкорректора и предварительного усилителя УНЧ Кумир.

Методика измерений очень простая. используя программу RMAA5.5, подавал на левый канал сигнал с выхода звуковой карты (с уровнем не меньше -9,9дБ, чтобы работала программа) в режиме  измерения всех возможных параметров. А в правый канал подавал сигнал с выхода винил корректора также, подавая на  вход тест-сигналы с компьютера.

Таким образом, удалось имитировать дополнительный уровень сетевых наводок, которые появляются из - за конечной длины соединительного кабеля в тонарме, от тонарма к усилителю корректору, а также непосредственные наводки электромагнитных полей на головку ГЗМ, которая работает как своеобразная антенна, улавливающая эти поля.

Чтобы понять, на сколько эти наводки и помехи по уровню превышают собственные шумы только винил корректора, можно отсоединить входной кабель и собственные помехи и шумы будут выглядеть так.

На графике видно, как может меняться уровень фона, когда к входному гнезду винил корректора подносится рука.

Тут уровень фона уже поменьше, но при таких значениях как на графиках он всё-равно хорошо слышен в телефонах или даже на АС.

После подключения устройства активного подавления помех удалось снизить помехи на 50 и 100 Гц до такого уровня.

50Гц удалось подавить примерно на 20-25 дБ, а 100 Гц при этом примерно на 15-30 дБ при разных итерациях настройки.

При этом реализация шума заметно уменьшилась по амплитуде, если их анализировать не на спектроранализаторе, а на осциллографе.

Так, что подобным устройством вполне можно добиться снижения гармоник сетевого фона  на 20-30 дБ, а может даже и на 40 дБ.

Но тут есть нюансы, которые ограничивают или затрудняют использование таких устройств.

1. Их нельзя сделать для любых источников сигнала (проигрывателей с одной и постоянной настройкой - на все случаи жизни. Для каждой новой вертушки и соединительного кабеля потребуется своя настройка устройства. Это очень похоже на эквалайзер, в котором положение движков резисторов и форма корректирующей АЧХ будут зависеть от конкретных АС и конкретной комнаты прослушивания.

2. Настройка заключается в последовательном подборе оптимальной амплитуды и (противо) фазы для каждой частоты. И такие настройки придется сделать несколько раз, чтобы получить максимально возможное подавление гармоник сети и отстроиться максимально возможно от перекрестных по фильтрам помех.

Да, обнаружил интересный эффект, когда начинаются измерения, то происходит изменение спектра сетевых шумов и помех, которые формируются во время работы измерительной программы RmAA5.5/ И при этом происходит раз баланс сделанных до её включения оптимальных настроек. Так, что приходилось прямо в режиме измерения параметров производить дополнительную подстройку, чтобы на графиках получить минимальный уровень фоновых наводок и помех на 50 и 100 Гц. делал это как бы по ходу измерений, на осциллографе подстраивая ( в основном) фазовращатели по минимуму шумов реализации в паузе между сигналами во время измерений.

3.Точность подбора зеркально обратных гармоник определяется точностью, с которой можно выбрать оптимальное значение регулировочных резисторов. Для точной настройки желательно иметь два подстроечных резистора - для грубой и точной настройки. Например, с резистором поворачивающим фазу в фазовращателе на 500 кОм желательно поставить еще последовательно один резистор на 1-5 кОм. Аналогично надо поступить и резистором подбора уровня. тогда можно будет точно сбалансировать в противофазе соответствующие напряжения. И возможно можно будет добиться подавления и на 40 или даже 50 дБ.

4. В схеме устройства активного подавления сетевых гармоник, желательно использовать вариант расстроенной двойки по частоте фильтров с небольшим отрезком плоской АЧХ на 50 и 100 Гц и т.д. Это позволит существенно повысить стабильность работы схемы и снизит требования к ТКЕ конденсаторов фильтров. Потому, что у колоколобразной АЧХ фильтра с высокой добротностью, фаза будет сильно меняться из - за малейших изменений настройки фильтра при изменения емкостей в фильтрах при перепаде температуры.

5. Возможно есть смысл делать фильтры и с меньшей добротностью, чтобы повысить стабильность настроек устройства и снижения требования по ТКЕ к конденсаторам фильтров.

6. Еще лучше возможно будет работать фильтр, в котором остальные гармоники фильтруются не с помощью фильтров, а  давятся Т - образными мостами.

7. Кроме того, есть смысл пробовать просто противофазное подавление одновременно двух - трех гармоник. А остальные давить ФНЧ Бесселя второго порядка, а фазу подбирать дискретно с точностью +-180 град. на повторителе или инверторе. Это самый простой вариант. Но, понятно, что он не всегда будет давать эффективное подавление всех основных, заметных на слух гармоник на 50, 100, 150 Гц.

Сейчас сложно сказать, что лучше - нужен серьезный НИОКР.

А теперь самое важное замечание по этой теме.

Во многих проигрывателях (да практически во всех) значительная по уровню часть помех формируется за счет прямых наводок на головку звукоснимателя со стороны трансформатора БП или мотора двигателя, если он работает от переменного напряжения 127 В.

Более того, уровень этой наводки зависит от положения головки в пространстве (на поверхности пластинки). И как правило по мере проигрывания пластинки и смещения головки ближе к БП или мотору происходит как бы постепенное нарастание уровня наводимой помехи с гармониками сети.

Это как бы самая сложная в плане решения проблема, потому, что параметры сигнала, из которого мы фильтруем гармоники для активного подавления шумов, это, например трансформатор БП, и в нем уровни, и фазовые соотношения всех гармоник практически постоянны. Или медленно меняются во времени с изменением, например напряжения и частоты в сети переменного напряжения. А уровень гармоник фоновой наводки на головку может меняться в достаточно широких пределах.

И как мы тут уже коллективно выяснили, даже при небольшом,  раз балансе по уровням и фазам эффект подавления сетевых гармоник может резко падать. И даже наоборот, может даже получиться прирост результирующего уровня, если гармоники будут в фазе или близко к этому.

Для борьбы с этими наводками самый простой способ - вынести БП за пределы проигрывателя, или использовать тщательную экранировку трансформатора БП.

Возможно использование ИБП. Именно такой вариант я буду использовать вертушке, которую делаю.

А для вертушек с трансформаторными БП можно попробовать своеобразный датчик этой помехи, например в виде свернутого в кольцо куска тонкого провода 0,06-0,1 мм и усиленный с такого датчика сигнал также заводить в выходной сумматор или на полосовые фильтры. Возможно, что сигнал с такой антенны будет достаточно точно повторять наводки, которые принимает головка звукоснимателя.

Поскольку других рабочих вертушек у меня сейчас нет, то все дальнейшие эксперименты буду проводить с системой активного подавления помех на этой вертушке, когда соберу её до рабочего состояния. Хотя там тоже могут быть свои проблемы.

А это устройство попробую доделать для двухканального, стерео подавления гармоник 50,100,150, 200 Гц. Может еще что интересного выяснится.

В заключении могу сказать, что этот принцип работоспособен и на его основе можно разрабатывать устройства для активного подавления шумов и помех, например для активного подавления шумов двигателя внутри автомобиля. Но тут уже нужен специальный зондирующий микрофон для приема шума вблизи от работающего двигателя - в моторном отсеке и достаточно качественные динамики (сабвуферы) вблизи от головы водителя, чтобы с малыми искажениям воспроизводит зеркально обратный звук в НЧ диапазоне.

Пока как-то так по этой не детской теме.

 

 

 

 

Edited May 4 by Varios systems

[Adver]

$0 за 1-4 слойные печатные платы, полный цикл сборки печатных плат под ключ

Бесплатное ПО для анализа печатных плат NextDFM. Незаменимый помощник для разработчиков PCB!

[BARS_]

В 19.04.2022 в 18:49, Varios systems сказал:

Многие радиолюбители и даже инженеры относятся пренебрежительно к таким вопросам, считая, что если шумы и гармоники сетевых помех и наводок на 50,100,150 и 200 Гц находятся, например, на уровне -70 - 80 дБ, то и бороться с ними не надо. Такой уровень практически не слышен на АС и очень тихий на наушниках.

Наверно я что-то делаю не так. У меня и у ЦАПа идеальная тишина по выходу, и у УНЧ. По входу и там и там - синфазник и пара кондеров. Даже земля не задействована. Корпус - сталь. Питание - ТОРы без экранировки.  УНЧ - ПараФинн по схеме с форума, ЦАП - AK4490. И вот хоть чем слушай, ТИШИНА. Осцилл что на осциллограмме, что на БПФ показывает что-то на уровне шумов самого осцилла. Так в чем смысл вашего пипелаца? И кстати, как вы собрались АКТИВНО давить то, что идет по шасси приборов? Это же основная проблема шумов питания. Они лезут по шинам питания и можно до опупения вырезать их из сигнала, но они все равно примешаются к нему.

1 час назад, Varios systems сказал:

Сейчас устройство активного подавления сетевых помех реализовано по этой схеме.

И какое оно дает запаздывание сигнала? А еще вы вот те графики звуковухой клепаете? А смысл? У нее какой уровень собственных шумов? И карточка, небось, далеко не премиум?

Edited May 4 by BARS_

[Adver]

LIR-20 – модуль резервирования питания от MORNSUN
Компания MORNSUN расширила линейку продукции, монтируемой на DIN-рейку, выпустив модуль резервирования питания LIR-20 с максимальным током до 20 А на канал. Модуль можно использовать на шинах с напряжением 24 или 48 В (полный диапазон напряжения 22…60 В). Данный модуль применяется в системах, где даже выход из строя источника питания (ИП) не должен привести к потере напряжения. К модулю резервирования подключаются два источника питания, причем один из них может быть бесперебойным (ИБП; UPS), и нагрузка.

Читать подробнее >>

[Varios systems]

12 минут назад, BARS_ сказал:

Так в чем смысл вашего пипелаца? И кстати, как вы собрались АКТИВНО давить то, что идет по шасси приборов?

Если уровень шумов очень низкий, то этими прибамбасами в обычных устройствах и современных компьютерах в качестве источника сигнала лучше не заморачиваться - овчинка не стоит выделки. Это устройство может быть полезно для снижения шумов и наводок в недорогих вертушках и в системах, где повышенные требования к низкому уровню наводок и шумов. Например, в музыкальном кресле, желательно подавить все наводки до уровня шумовой полки - 100 -120 дБ. Поскольку даже при уровне -80 дБ гул может быть слышен с 0,2-0,5 м от АС. Понятно, что для бюджетных вертушек городить систему покомпонентного понижения шумов сложную в настройке непрактично. Если удастся сделать упрощенный аналог на 2-4 ОУ и 4 резисторах, то это будет полезная опция.

Принцип активного подавления я уже детально тут описал. Не важно откуда идут помехи и шумы, по шасси по экранным петлям или по воздуху. Все эти помехи в итоге суммируются в усилителе, с некоторыми уровнями гармоник и эти гармоники давят такими же по уровню но с противоположной фазой гармониками, которые отфильтровывают, например из сети - из трансформатора питания устройства.

Edited May 4 by Varios systems

[Adver]

LED-драйверы MEAN WELL – выбор больше, стоимость ниже

Компэл расширил и существенно пополнил склад LED-драйверами компании MEAN WELL, одновременно снизив цену на них. В настоящий момент на складе представлена широкая линейка продукции для наружного (семейства HLG, ELG, XLG, LPC, LPV), и для внутреннего (APC, LCM, SLD, APV) освещения.

Имеется большой выбор моделей с различными режимами стабилизации выходных параметров. Кроме того, есть в наличии и линейка DC/DC-драйверов, как понижающих (семейство LDD), так и повышающих (семейство LDH).

Подробнее>>

[ChePay]

1 час назад, Varios systems сказал:

Это устройство может быть полезно для снижения шумов и наводок в недорогих вертушках и в системах, где повышенные требования к низкому уровню наводок и шумов.

А не подгоняете ли вы задачу под ответ? Ведь недорогие устройства на то и не дорогие, что обладают компромиссными характеристиками. Никто в здравом уме не будет предъявлять к недорогим устройствам завышенные треботвания по характеристикам.

2 часа назад, Varios systems сказал:

микрофон для приема шума вблизи от работающего двигателя - в моторном отсеке и достаточно качественные динамики (сабвуферы) вблизи от головы водителя,

Вы реально верите, что всё так просто? Ведь даже невооружёным ухом слышно, что спектр слишимого шума двигателя разный в моторном отсеке и в салоне. А это ещё Вы не учитываете задержки в распостранении звука. Причём скорость звука в воздухе, металле и пластике разная.
 

[Adver]

Популярные модели литиевых батареек FANSO EVE Energy готовы к отправке
На складе КОМПЭЛ уже готовы к поставке одни из самых востребованных литиевых батареек типов ER и CR производства FANSO EVE Energy – одного из мировых лидеров на рынке первичных литиевых элементов питания.
Данные источники тока получили широкое применение в различных областях, будь то системы безопасности, приборы учета или мелкая бытовая техника. 

Подробнее о применениях>>
 

[Varios systems]

1 час назад, ChePay сказал:

Никто в здравом уме не будет предъявлять к недорогим устройствам завышенные треботвания по характеристикам.

Согласен - тут вопрос оптимальных соотношений цена / качество. Этот пост как бы про устройства высшей группы сложности, где не важна стоимость 5-10 микросхем - счетверенных ОУ по цене в 0,1$ и одной - двух микросхем по цене в 0,5$ не считая других деталей на 1-2 бакса.

1 час назад, ChePay сказал:

Вы реально верите, что всё так просто? Ведь даже невооружёным ухом слышно, что спектр слишимого шума двигателя разный в моторном отсеке и в салоне.

Надо проводить покомпонентную обработку сигналов как бы во множестве полос анализа. И понятно что так давить можно только на очень НЧ частотах. Выше 200-400 Гц эффект подавления будет резко падать как и в наушниках с активным подавлением. И система должна быть самонастраивающейся, следящей, реализованной не в аналоге, а в виде компьютерных адаптивных систем обработки сигналов. Такие алгоритмы у меня есть, но я тут не буду о них рассказывать, чтобы не забанили как за флуд.

Да подобные системы, скорей всего уже давно реализованы в системах активного понижения шумов в салонах дорогих лимузинов.

2 часа назад, BARS_ сказал:

А еще вы вот те графики звуковухой клепаете? А смысл? У нее какой уровень собственных шумов? И карточка, небось, далеко не премиум?

Работает практически родная звуковая слегка улучшенная специальным буфером - корректором и специальной коробочкой - коммутатором с регуляторами уровня.

Параметры конечно уступают современным внешним звуковым картам. Но пока мне хватает разрешающей способности такой измериловки.

 

Каюсь, есть ряд оговорок и несущественных ошибок. Чтобы говорить как говорят доценты и профессора - нужно лет 10-20 преподавать студентам минимум по 2-4 часа прочти каждый день одно и то же. У меня нет и никогда не было такой практики.)))

 

Чтобы дальше не было вопросов у матросов к моей технике вот её параметры сейчас.

 

Edited May 4 by Varios systems

[Adver]

Источники питания MEAN WELL для медицинских устройств на складе Компэл

Компэл расширяет складскую программу по специальным ИП для применения в медицинских приборах и устройствах. Представлены ИП в диапазоне мощности от 5 до 500 Вт, по медицинскому стандарту EN60601-1 с двумя мерами защиты пациента (2хMOPP; тип BF) для устройств, контактирующих с пациентом.  Все эти надежные источники питания могут применяться не только в медицинских устройствах.

Подробнее>>

[Varios systems]

2 часа назад, Varios systems сказал:

У меня нет и никогда не было такой практики.)))

Хорошо, что еще вообще живу и, что-то тут всякую по теме современной науки в области радиотехники и электроники. 

Я же тут не очередную докторскую защищаю - просто пост кинул тут - хохмы ради по сложности чуть выше плинтуса. а потом скажу вдруг, что я еще 20 лет назад запатентовал новый, фундаментальный закон природы  - закон минимизации роста энтропии в любой системе связи или управления или закон "сохранения: информации", а вы и не поверите и не проверите - и дальше будете жить как в 20 веке, прислушиваясь к звукам ламп и транзисторов и гадая на кофейной гуще, какой девайс круче - гуще, чище))).

Edited May 4 by Varios systems

[Varios systems]

В 04.05.2022 в 19:47, Varios systems сказал:

 

Продолжаем эту не детскую тут тему. Остались самые психически устойчивые или любопытные.

Сегодня посмотрим на графиках как меняется ФЧХ и АЧХ при расстройке двух фильтров и попробуем понять подойдут ли такие параметры фильтров для устройства активного подавления сетевых шумов и помех.

Сегодня снял параметры прежних фильтров для частот 50 и 100 Гц.

Тут АЧХ с меньшей амплитудой, это АЧХ и ФЧХ соответственно одно из фильтров, которые настроены строго на одну частоту - порядка 50 и 100 Гц. АЧХ двух фильтров соответственно выше примерно на 27-30 дБ (все зависит от точность настройки, К усиления одного фильтра порядка 30 дБ).

Хорошо видно, что ФЧХ  от37 до 68 Гц меняется примерно на +- 25 град грубо говоря. Это очень плохо потому, что если будет меняться частота настройки этих фильтров из-за изменения емкости конденсаторов, то относительно сетевой гармоники фаза будет гулять в диапазоне порядка +-25 град. И кроме того будет еще меняться и уровень гармоники для активного подавления шумов.

В результате при таком варианте реализации фильтров эффект подавления сетевых помех будет очень нестабильным и собственно само подавление будет также плавать,  например от подавления в -20 дБ до уровня  - 10 или даже -3 дБ.

Вот чтобы снизить такие эффекты и повысить стабильность работы устройства активного подавления сетевых помех нужно делать расстроенную пару фильтров.

Вот тут я сегодня пробовал подобрать АЧХ и ФЧХ оптимальной формы за счет расстройки двух фильтров по частоте.

 

На последнем графике видно, что ФЧХ в широкой полосе частот возможной перестройки фильтров из-за изменения температуры уже стала иметь существенно меньшие значения по неравномерности по ФЧХ - примерно +-4 град.

На том же графике красным цветом нарисована как бы идеальная АЧХ и ФЧХ фильтра, где в широкой полосе частот и уровень сигнала, и фаза сигнала для активного подавления шумов сетевой  гармоники на частоте 50 Гц практически будут постоянны при изменении температуры. В ситуации, когда все конденсаторы одного номинала и типа в фильтрах изменят свою емкость на одну и ту же величину будет означать, что график АЧХ такого фильтра просто сместится относительно 50 Гц, допустим на 2-3 Гц, но при этом и уровень и фаза гармоники сигнала для активного подавления гармоники сети на 50 Гц практически не изменятся. И эффект подавления этой гармоники также почти не изменится. Допустим он был на уровне -20 дБ, то он так и останется на уровне примерно -20-18 дБ.

"Теперь обратим внимание на верхний угол этой картины".

На ней изображено реальное соотношение гармоник напряжения в моей сети переменного напряжения 220В - с выхода вторичной обмотки трансформатора, который является как бы опорным сигналом, из которого я формировал сигналы для активного понижения шумов и помех сети.

Мы видим, что гармоники сетевого напряжения имеют очень большой разброс по уровню четных и нечетных гармоник и их желательно привести по форме примерно к такому же виду как и спектр гармоник, например, на выходе фонокорректора - плавный спад всех гармоник.

Для этого можно использовать нелинейный элемент - выпрямительный диод или мост, нагруженный на обычный резистор и конденсатор. И мы получаем опорный сигнал помехи со спектром очень похожим на спектр помех в виде пульсаций напряжения на шине питания. Подбирая значение электролитического конденсатора на выходе этого выпрямителя, можно менять уровень этих пульсаций и скорость завала гармоник по частоте.

Это будет полезным действием, чтобы не пересчитывать все частотные фильтры по их коэффициентам усиления с учетом большой разницы в уровнях, например гармоники на 50 Гц и 100 Гц.

Кроме того, для лучшего эффекта подавления желательно повысить добротность фильтров с 3, как на картинках, до примерно 4,5-6.

Есть надежда, что подавление сетевых помех можно за счет этого понизить еще примерно на 10 дБ и добиться подавления основных первых 4 гармоник примерно на 30 дБ. Надо пробовать.

Продолжение следует... умные вопросы приветствуются - одна умная голова хорошо, а много умных голов - во много раз лучше..

Кто устал от моих картинок - жми сюда - тут классика и средство от головных болей.

 

Edited May 7 by Varios systems

[Varios systems]

Информация к размышлению - в чем разница в уровне шумов и помех в аналоге (эта тема моего тут поста) и цифры на хорошей звуковой внешней карте   да еще и с фильтром помех по USB)))

Это видео можно удалить модераторам

 

Edited May 7 by Varios systems

[Varios systems]

Про температурную стабильность фазы в каналах формирования противофазных сигналов.

Она определяется не только температурной стабильностью фильтров, но и стабильностью работы фазовращателя - там тоже есть конденсатор, емкость которого может существенно меняться в зависимости от температуры.

Для учета этой нестабильности надо определить, в какую сторону будет изменяться фаза в фазовращателе, например при нагреве конденсатора. Потом надо постараться подобрать ФЧХ фильтра с обратной зависимостью изменения фазы от температуры, чтобы в этих двух каскадах происходила взаимная компенсация изменений фазы в зависимости от температуры.

Без использования фена тут похоже не обойтись.

А кто говорил, что тут легкая тема?

[Varios systems]

Провел ряд экспериментов по анализу изменения фазы и уровня сигнала на выходе цепи фильтров и фазовращателя.

Вернул схему фильтров к первоначальному варианту - настроенные на одну частоту (50 Гц) два фильтра.

На один вход осциллографа подал сигнал синуса с выхода карты, на дрогой луч подал сигнал с выхода фильтров и фазовращателя. Уровни выставил одинаковыми. Положение движка фазовращателя было где-то в среднем положении (точно не запомнил, но по графикам видно сдвиг фазы межу сигналами).

Тут белый - опорный сигнал с компа, желтый с фильтров и фазовращателя.

Маркерами зафиксировал значения разности фаз при температуре моей комнаты (температура комнаты порядка 20 град).

Градусника с широким диапазоном температур не нашел, поэтому использовал медицинский градусник.

Феном стал нагревать плату.

Примерно на 42 градусах по градуснику зафиксировал маркером новое положение фазы сигнала с выхода фильтров и фазовращателя.

Фаза изменилась на 5,61 -5,32=0,29 мс. примерно на 5,2 град для частоты 50 Гц. Уровень практически не изменился.

Таким образом, при возможном изменение комнатной температуры, допустим с 20  до 40 град. изменение фазы будет примерно на 5 град.

При дальнейшем нагреве платы феном, точно сказать не могу до какой температуры, но думаю, где -то до 70-80 град. не меньше (фен поднес почти вплотную к плате, рука такую температуру не терпит больше 3 сек.

Фаза уплыла еще больше (с 5,32 до 6,81 мс по маркеру или примерно на 26,3 град по фазе)) и при этом начал также меняться и уровень сигнала, но незначительно. Посчитал с 1,78 изменился до 1,3 ( в 1,37 раз порядка 2,67 дБ).

 

Причем фаза на картинке уже сместилась от маркера за то время пока я его ставил и фотографировал картинку. То есть остывание конденсаторов фильтра и фазовращателя происходит достаточно быстро - фаза прямо на глазах плывет назад к положению синуса при 20 град.

Далее решил посмотреть пределы возможностей установки противофазы и уровней сигналов с резисторами, которые я использовал  на микросхеме - сумматоре опорного сигнала (или сигнала помехи на выходе фонокорректора или всего устройства, включая и УНЧ) и сигнала для активного подавления этого сигнала ( помехи).

Для простоты использовал сигналы 50 Гц с компьютера. Один сигналы подавал на схему сумматора - инвертора. Другой через фильтры и фазовращатель.

При отключении противофазного сигнала уровень сигнала на сумматоре был такой (желтый график)

Уровень виден в верхнем правом углу экрана -43,2 дБ и 45,9 Гц, которые намерила эта прога при таком уровне сигнала.

В ручном режиме удалось подобрать минимальный уровень суммарного сигнала до такого уровня.

То есть подавить в противофазе сигнал примерно на - 37 дБ. Более точную настройку не позволяет сделать резистор фазовращателя. Он оказался практически в самом крайнем положении и при малейшем его повороте - проскакиваешь оптимальный сдвиг по фазе сигнала. Надо ставить с ним последовательно еще один резистор с сопротивлением хотя бы на порядок меньшего номинала, а лучше - раз в 30-50 меньше.

Далее самый важный эксперимент.

Попробовал феном греть фильтры и фазовращатель и тут обнаружил интересный эффект.

Сразу после нагрева фаза начала меняться и стал падать уровень сигнала, так, что в какой-то момент точной подгонки сигнала в противофазу уровень сигнала снизился до - 90-93 дБ.

 

 

При дальнейшем нагреве, это оптимальное положение фазы было пройдено, и уровень снова стал расти примерно до -80 дБ.

Другими словами, температурная нестабильность фазы в исследованном варианте устройства может снизить точность подавления настройки примерно на 10 или даже -15 дБ.

То есть помеху с уровня -43 дБ можно подавить на 50 дБ - почти до уровня шумовой полки (-93дБ) устройства. Уровень шумовой полки на частотах порядка 50 Гц на моем компьютере, где-то -100 дБ.

Результат обнадеживающий.

Если удастся повысить термостабильность работы фильтров и фазовращателей, подобрав обратно зеркальные характеристики по изменении фазы за счет изменения температуры, то можно ориентироваться на уровень подавления сетевых помех к их уровню примерно на  -40 - 35 дБ.

Но тут надо посмотреть еще перекрестные помех между разными гармониками. Они тоже могут снизить эти цифры, я так думаю на 10 дБ. так, что гармоники в правильно сконструированном устройстве активного подавления помех можно ориентироваться где-то на -30-25 дБ  снижения  сетевых помех . Это вполне реальные цифры.

С использованием термостата, где-то до - 40 дБ.

Но это пока текущий прогноз.

Я могу и ошибаться. Дальше будет видно.

Edited May 8 by Varios systems

[Varios systems]

Сделал фильтры на 50 Гц с добротностью 7 и усилением в полосе порядка 100.

Вблизи 50 Гц получился почти плоский участок по фазе с неравномерностью порядка +-1 град. Неравномерность по АЧХ порядка О,5 дБ. так, что при нагреве платы с 20 до 40-50 градусов фаза на выходе фильтров и фазовращателя стоит на месте и уровень практически не меняется. При сильном нагреве фаза уплывает примерно на 5 град, а частота фильтров смещается вправо (вверх по частоте) примерно на 1 Гц. Это говорит о том, что с нагревом у этих конденсаторов емкость уменьшается.

На последнем графике видно как разрушается ФЧХ двух фильтров, когда первый из них работает в режиме перегрузки по входному сигналу. голубым цветом показан график в начальной стадии деградации вида ФЧХ.  ФЧХ двух фильтров при сильном ограничении сигнала в первом фильтре становится практически такой же как у одного фильтра.

Полученные результаты почти на порядок лучше, чем были при настройке фильтров на одну частоту и добротности фильтров 3,7.

Кстати задержка переднего фронта в таком высокодобротном фильтре получилась 0,067сек.

Так, что савуфер на таких высокодобротных фильтрах делать нельзя - придется, чтобы компенсировать задержку, относить основные СЧ-ВЧ АС примерно на 20 м назад за саб.

Можно дальше делать фильтры на 100, 150,200 Гц. и смотреть подавление сетевых гармоник на реальном спектре сигнала.

Снял АЧХ и ФЧХ источника сетевых гармоник на специальном имитаторе.

Пока буду работать с имитатором сигнала по этой схеме.

 

 

 

Его спектры очень похожи на реальные спектры сетевых гармоник различных фонокорректоров и УНЧ. Уровень этих помех можно менять в больших пределах с помощью выходного регулятора их уровня.

А что касается фильтрации помех по УНЧ, где спектр и уровень пульсаций источника их питания будет меняться синхронно с потребляемой мощностью, я еще не придумал.

Можно конечно забить - типа при большой громкости, пульсации на уровне -60 или даже -40 дБ будут всё равно не слышны ушами. Но всё же хочется решить эту задачку и в такой постановке.

Нам, претендентам на нобелевки, чем трудней задачка, тем интересней.

 

Сличайте.

Edited May 11 by Varios systems

[Varios systems]

Модераторы, может я зря тут загнул такую науку?

Но, не исключено, что многим начинающим радиолюбителям и бывалым, матерым спецам из High-End, которые на слух пытаются понять и настроить сложную аппаратуру, состоящую чуть больше, чем из трех ламп или одной микросхемы УНЧ, будет интересно тут узнать что-то новое.

Например, как выглядят спектры сетевого переменного сигнала и того же сигнала при его выпрямлении одним диодом (а не мостом) и роли конденсатора в фильтре выпрямителя любого радиоэлектронного устройства (особенно УНЧ)...

Как считаете - продолжать этот ликбез на уровне диссертации или все - STOP народ в ауте и уже еле дышит?

[Varios systems]

В 30.04.2022 в 00:42, Гость_Григорий_Т. сказал:

Нет. 3000 раз - это относительно номинала. А относительно помехи -30дб как раз в 100 раз. Соответственно, всё что ниже - бред. 

,Если номинальный сигнал принять равным 1 В, то -70 дб это 0.3 мВ, а -30 дб это 30 мВ. Если даже суммировать пики, то это всего 30.3 мВ. Т.е. ваши -70 дб глухо теряются на фоне основного шума.

Григорий, в действительности все несколько сложнее. И эта грубая модель, где сигнал фона и сигнал помехи от шумовой дорожки пластинки мы заменили стационарными сигналами в виде синусов очень неточна.

В действительности спектр шумовой дорожки пластинки, это случайный процесс или сигнал. И его спектр может меняться от пластинки к пластинки, в разных местах пластинки (в паузах между песнями) и у разных производителей пластинки может быть разным.

Такой сигнал можно попробовать описать спектральной платностью шума и она будет иметь примерно одинаковую ( допустим колоколообразную) форму - допустим максимум спектральной платности в районе 100 Гц.

Это вовсе не означает, что на 100 Гц амплитуда сигнала помехи (и его фаза) будут постоянны, например, на уровне -30 дБ.

Этот уровень помехи на частоте 100 Гц может быть и меньше. В частном случае он может равняться или быть близко к уровню гармоники сетевой гармоники (фона винил корректора) на той же частоте и равняться -70 дБ.

В эти мгновенные моменты времени сумма этих напряжений, если они в фазе, возрастет на 6 дБ. А если в противофазе, то уменьшится значительно - теоретически до нуля, но на практике допустим - до шумовой полки в - 100 дБ. и этот процесс будет случайным во времени, так, что нельзя определенно сказать на сколько в данный момент времени вырастет или понизится уровень суммарного сигнала на частотах гармоник сети.

Примерно такая же картина будет и на других гармониках.

В результате общая суммарная энергия сетевых гармоник и помехи от шумовой дорожки пластинки как-то (случайным образом) будет меняться во времени.

И тут важна уже не столько усредненная энергия помехи, сколько диапазон изменения по уровню, а также скорость изменения во времени суммарных сигналов на всех основных частотах сетевых помех 50,100,150,200 и т.д.

Векторное сложений напряжений помехи и сигналов гармоник сетевого напряжения будет давать своеобразный эффект дополнительной модуляции спектральных составляющих шумовой помехи особенно там сильно, где уровни спектральных составляющих шумов пластинки будут совпадать или быть близкими по уровню к сетевым помехам большую часть времени.

Этот эффект реально слышно при большом уровне сетевых помех и он на слух воспринимается как своеобразная модуляция по уровню шумов дорожки пластинки.

Такой звук более заметен на слух, чем просто звук шумовой дорожки.

Поэтому в любом случае, снижение уровня сетевых гармоник на выходе фонокорректора будет иметь положительный, заметный на слух эффект.

А то, что я и другие тут пытались в дБ как-то  подсчитать эффект от активного понижения сетевых помех для двух совершенно разных по своей природе сигналов (квазистационарного сигнала сетевой помехи и случайного сигнала с неизвестными статистическими параметрами - шума пластинки), это в принципе не верно.

В рамках такой постановки задачи можно говорить только о возможном диапазоне изменения уровней сигналов на отдельных частотах или о заметности или незаметности на слух этого процесса для слушателя.

Согласны с этим?

[Varios systems]

Более того, теоретически возможна ситуация, когда сразу на нескольких частотах уровни гармоник сети и шумового сигнала могут оказать на какое-то время в фазе и примерно с одним уровнем. Тогда на каждой такой частоте уровень гармоник приподнимется на 6 дБ и на суммарном сигнале, состоящим из векторной суммы всех таких гармоник, в какие-то моменты времени мгновенный уровень всей помехи (или мгновенная энергия помехи) увеличится больше, чем на 6 дБ.

Чтобы этот эффект пояснить в более наглядной форме, можно воспользоваться маловероятной, но удобной для понимания моделью, что уровни всех сетевых помех (ограничимся только четырьмя основными 50,100,150,200 Гц) одного уровня. И такого же уровня сигнал  шумовой дорожки пластинки. И эти сигналы вдруг оказались в фазах сразу на всех четырех частотах.

Тогда общий уровень (максимальная амплитуда или мощность) всего сигнала может увеличится. В какие-то моменты времени это увеличение будет составлять  6х4=24 дБ. 

То есть размах шумового сигнала на осциллографе, в какие-то времена в ремни, может увеличиваться (подпрыгивать) в 20 раз.

А это уже будет очень заметный на слух импульсный суммарный  шумовой сигнал - как низкочастотные щелчки (нерегулярные биения или сложная во времени интерференция сигналов) -  бульканье на НЧ.

Такие импульсы в данной модели наиболее заметны на слух будут на частотах 200 и 150 Гц потому, что при тихих уровнях ухо наиболее чувствительно к более высокочастотным сигналам.

Поэтому надо в первую очередь давить самые большие по амплитуде гармоники сетевых помех на НЧ - 50,100,150,200 Гц. Они больше других будут участвовать в процессе случайной модуляции сигнала шума пластинки.

 

 

Edited May 12 by Varios systems

[Varios systems]

Перестроил АЧХ фильтров.

Теперь есть практически ровный участок на ФЧХ при расстройке фильтров при изменении температуры.

При такой фильтрации удавалось подавить практически до шумовой полки сетевые помехи на 50 и 100 Гц.

Но подавить одновременно до шумовой полки помехи на 50 и 100 Гц не получается. Еще хуже уровень подавления более высоких гармоник 150 и 200 Гц.

Это сигналы на выходах фильтров.

Их уровень удалось снизить всего на 10 - 8 дБ. Причина этого в том, что АЧХ фильтров перекрываются по уровням к соседним частотам с относительно небольшой развязкой (см. АЧХ фильтров выше).

В этой связи есть идея дополнительно подавить соседние частоты, перед подачей сигналов на полосовые фильтры, с помощью двойных Т- образных мостов, например по этой схеме. И заодно про нормировать уровни сетевых гармоник с помощью делителя на входах Т- образных фильтров

Вот тогда можно будет подавлять все гармоники практически независимо друг от друга примерно на 40-45 дБ.

Температурная стабильность устройства уже намного выше. При увеличении температуры на 20 градусов нет дрейфа уровней подавляемых гармоник. Пи повышении температуры с 20 примерно до 70-80 град уровни начинают уплывать вверх примерно на 5-10 дБ.

Так, что подобные устройства физически реализуемые. Если использовать подавители сетевых гармоник только на 50 и 100 Гц, устройство получается достаточно простым и экономически целесообразно в ряде прикладных задач и разных устройствах. Такие подавители сетевых помех можно быстро настроить на подавление этих гармоник примерно на 40-30 дБ

Важным моментом является место расположения источника (трансформатора) сетевых помех. В качестве этого источника лучше всего использовать трансформатор собственно самого устройства, в котором давятся сетевые помехи и наводки. Пробовал подключать трансформатор источника сетевых помех от другого удлинителя. Получается критичным полярность включения трансформатора и дополнительные потребители энергии, которые включались в этот удлинитель. Они также влияли на точность подавления сетевых помех.

Edited May 22 by Varios systems

[100482]

Тихо сам с собою, о чём то говорю.

Начиналось с простенькой схемки в коробочке и дошло наконец до

В 08.05.2022 в 20:44, Varios systems сказал:

С использованием термостата

Да это тоже увязано здорово.

В 04.05.2022 в 16:57, Varios systems сказал:

в недорогих вертушках и в системах, где повышенные требования

А начиналось с глобальной идеи 

Цитата

устройство по снижению сетевых наводок и шумов и ставить такое устройство перед любым УНЧ и в любой системе и давить активными способами все шумы и фон

и скатилось к банальной, вечной проблеме, частоте питающей сети

20 часов назад, Varios systems сказал:

сетевых гармоник только на 50 и 100 Гц

Да ладно, продолжайте свои изыскания, никому не мешаете, вроде.

Правда желающих окунуться в этот омут, немного, значит не заводит тема то. 

Вот и @BARS_ намекает как бы, может проблема то надумана.

[Varios systems]

19 минут назад, 100482 сказал:

Правда желающих окунуться в этот омут, немного, значит не заводит тема то. 

Вот и @BARS_ намекает как бы, может проблема то надумана.

Тема сложная даже для жирафа, согласен, когда в неё реально окунулся!

Про сложность устройства, я тут уже в первом приближении почти все рассказал - 50 и 100 Гц можно подавить с помощью нескольких микросхем и десятка - трех резисторов конденсаторов, образно говоря, за пару десятков баксов США (учитывая это в настоящем времени).

Поймите, чем выше частота - тем выше должна быть избирательность фильтров - примерно арифметическая прогрессия по сложности и дороговизне.

Но, даже сейчас можно считать, что в первом приближении я уже решил эту сложную задачу в радиотехнике, к которой мало кто пытался даже подступиться тут и там.

Твердая кандидатская, а может и даже докторская - очередная (мне не привыкать получать приглашения от профессоров защитить докторскую на их кафедре)!

Edited May 23 by Varios systems

[Varios systems]

В 23.05.2022 в 22:12, 100482 сказал:

Да ладно, продолжайте свои изыскания, никому не мешаете, вроде.

Дело выглядит еще сложней. Со схемой ошибся. Режекторные фильтры надо ставить последовательно. Примерно так

 

Так, что для каждой частоты сетевой гармоники потребуется хотя бы по два режекторных фильтра - выше и ниже по частоте и их надо включать через повторитель или делать регулируемые по добротности и частоте фильтры на ОУ.

И выяснился еще один момент. Сигнал на сумматор сигнала источника и сигнал для активного подавления помех нужно, в общем случае, также формировать раздельно для правого и левого каналов. То есть для каждой частоты подавления должно быть по два регулятора уровня и фазовращателя - для П и Л каналов. Это особенно важно, если устройство - двойное моно или цепи П и Л каналов в пространстве сильно разнесены или несимметрично ориентированы, например, относительно сетевого трансформатора.

Мдя...кто бы мог подумать...

Edited May 25 by Varios systems

[Varios systems]

6 часов назад, Varios systems сказал:

То есть для каждой частоты подавления должно быть по два регулятора уровня и фазовращателя - для П и Л каналов. Это особенно важно, если устройство - двойное моно или цепи П и Л каналов в пространстве сильно разнесены или несимметрично ориентированы, например, относительно сетевого трансформатора.

Кстати, это логически  вписывается, в некоторые радиолюбительские приемы типа установка трансформаторов в УНЧ (торов) в виде бутерброда, чтобы ЭМ поля друг друга компенсировали еще в воздухе, пока создадут наводки на высокоомные цепи усилителей, когда печатные платы симметричные (зеркальнаные) и монтаж сделаны полностью симметрично в пространстве корпуса УНЧ.

Попробовал тут подавить сетевые наводки и фон на винил корректоре УНЧ Кумира-35С в режиме, когда нет подключенной нагрузки ( с дополнительным фоном и помехами). Удалось подавить все гармоники спектра сетевых помех, что торчали. Но надо отметить - уж очень большой уровень шума винил корректора Кумира - до - 70 дБ.

[Varios systems]

Тема в общих чертах раскрыта. Лучше будет если её попробовать реализовать в другом посту. Названия ещё не придумал, но примерная версия- "Проигрыватель грампластинок с рядом инноваций"