Умзч – Как Преобразователь Энергии

[scorpin]

Предлагается обсудить тему энергетического влияния выходного каскада УМЗЧ на динамическую нагрузку, с одной стороны, и влияние динамической нагрузки на характеристики выходного каскада УМЗЧ, с другой стороны.

Обычно, УМЗЧ имеют структуру построения, показанную на рисунке 1 (в том числе и в интегральном исполнении).

А1 – усилитель напряжения входного сигнала.

Т1, Т2 – повторитель напряжения – усилитель тока.

Если допустить идеальность свойств усиления тока транзисторами Т1, Т2 (сто процентная обратная связь по напряжению внутри каскада), то можно было бы взять ответвление ОС из точки Б. Однако, для компенсации всех искажений, производится соединение входа с выходом через резистор Rос. В результате, усилитель в целом, приобретает функцию стабилизации выходного переменного напряжение, иначе сказать, выходной каскад имеет нулевое выходное сопротивление (амплитуда выходного сигнала – Constanta, при изменении величины сопротивления нагрузки, Rн).

В конечном итоге, на реальном сигнале и на реальной динамической нагрузке, выходная мощность меняется не только от уровня входного сигнала, но и от вариации импеданса нагрузки. К этому можно добавить, колебания диффузоров динамиков (в большей степени относится к низкочастотным динамикам), по отношению частоты сигнала – асинхронно.

Из сказанного можно сделать вывод, что АЧХ звукового давления АС имеет провал в области основного механического резонанса. А так же зависит от импульсов ЭДС, возникающие в промежутках времени, энергия которых обусловлена скоростью перемещения катушки вдоль керна магнитной системы. В излучаемой полосе частот, возникающие пики и провалы настолько короткие, что не определяются на слух, слышатся посторонним шумом. Измерительные микрофоны фиксируют эти пики и провалы, но на графиках АЧХ их не рисуют, искусственно сглаживая.

Наглядно подтверждается такой вывод – графиком, который показывает зависимость выходной мощности от изменения сопротивления нагрузки (от 2 до 13,8 Ом).

Рис 2.

Начальная часть ветки графика, это область минимального сопротивления (наибольшие нагрузки), а конечная часть – область минимальных нагрузок, которая охватывает частоты основного механического резонанса и область наивысших частот воспроизведения.

По графику видно, что мощность меняется от 50 до 6 Ватт, разница в 44 Ватта.

Заключая, можно утвердительно сказать, что такой принцип передачи звуковой энергии не может устранить все нелинейности в излучаемом звуке, не смотря на то, что само электронное устройство высоко линейное по своим электрическим характеристикам.

Поиски причин различного звучания между ламповыми усилителями и транзисторными усилителями, предпринимались авторами статей С. Агеев, «Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление?» и в статье А. Алейнов, А. Сырицо, «Улучшение звуковоспроизведения в системе УМЗЧ – громкоговоритель». А так же другие авторы отмечали в своих статьях, что искажения порожденные вариацией импеданса динамиков уменьшаются с увеличением выходного сопротивления УМЗЧ.

Прошу Вас высказать свои соображения.

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[aif.66]

Предлагается обсудить тему энергетического влияния выходного каскада УМЗЧ на динамическую нагрузку, с одной стороны, и влияние динамической нагрузки на характеристики выходного каскада УМЗЧ, с другой стороны.

Обычно, УМЗЧ имеют структуру построения, показанную на рисунке 1 (в том числе и в интегральном исполнении).

А1 – усилитель напряжения входного сигнала.

Т1, Т2 – повторитель напряжения – усилитель тока.

Если допустить идеальность свойств усиления тока транзисторами Т1, Т2 (сто процентная обратная связь по напряжению внутри каскада), то можно было бы взять ответвление ОС из точки Б. Однако, для компенсации всех искажений, производится соединение входа с выходом через резистор Rос. В результате, усилитель в целом, приобретает функцию стабилизации выходного переменного напряжение, иначе сказать, выходной каскад имеет нулевое выходное сопротивление (амплитуда выходного сигнала – Constanta, при изменении величины сопротивления нагрузки, Rн).

В конечном итоге, на реальном сигнале и на реальной динамической нагрузке, выходная мощность меняется не только от уровня входного сигнала, но и от вариации импеданса нагрузки. К этому можно добавить, колебания диффузоров динамиков (в большей степени относится к низкочастотным динамикам), по отношению частоты сигнала – асинхронно.

Из сказанного можно сделать вывод, что АЧХ звукового давления АС имеет провал в области основного механического резонанса. А так же зависит от импульсов ЭДС, возникающие в промежутках времени, энергия которых обусловлена скоростью перемещения катушки вдоль керна магнитной системы. В излучаемой полосе частот, возникающие пики и провалы настолько короткие, что не определяются на слух, слышатся посторонним шумом. Измерительные микрофоны фиксируют эти пики и провалы, но на графиках АЧХ их не рисуют, искусственно сглаживая.

Наглядно подтверждается такой вывод – графиком, который показывает зависимость выходной мощности от изменения сопротивления нагрузки (от 2 до 13,8 Ом).

Рис 2.

Начальная часть ветки графика, это область минимального сопротивления (наибольшие нагрузки), а конечная часть – область минимальных нагрузок, которая охватывает частоты основного механического резонанса и область наивысших частот воспроизведения.

По графику видно, что мощность меняется от 50 до 6 Ватт, разница в 44 Ватта.

Заключая, можно утвердительно сказать, что такой принцип передачи звуковой энергии не может устранить все нелинейности в излучаемом звуке, не смотря на то, что само электронное устройство высоко линейное по своим электрическим характеристикам.

Поиски причин различного звучания между ламповыми усилителями и транзисторными усилителями, предпринимались авторами статей С. Агеев, «Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление?» и в статье А. Алейнов, А. Сырицо, «Улучшение звуковоспроизведения в системе УМЗЧ – громкоговоритель». А так же другие авторы отмечали в своих статьях, что искажения порожденные вариацией импеданса динамиков уменьшаются с увеличением выходного сопротивления УМЗЧ.

Прошу Вас высказать свои соображения.

Много букафф! А серьёзно - совсем наоборот - в области мех. резонанса, АЧХ имет подъем!

Резонанс - он и в Африке резонанс.

Изменено 26 сентября, 2011 пользователем aif.66

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[Igel]

Этот автор как всегда на своей волне, по моему ему кажется что он придумал что то новое и он спешит донести до всех свою мысль.

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Lexus]

Поиски причин различного звучания между ламповыми усилителями и транзисторными усилителями, предпринимались авторами статей С. Агеев, «Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление?» и в статье А. Алейнов, А. Сырицо, «Улучшение звуковоспроизведения в системе УМЗЧ – громкоговоритель». А так же другие авторы отмечали в своих статьях, что искажения порожденные вариацией импеданса динамиков уменьшаются с увеличением выходного сопротивления УМЗЧ.

В какой-то из статей авторы утверждали, что при работе от УМЗЧ с высоким выходным сопротивлением (для чего включили резистор между выходом УМЗЧ и динамиком) искажения динамика снижаются. Сколько раз измерял, ни разу этого не наблюдал. Предел измерений THD измерительного микрофона не превышает 0.1%. Во всяком случае, для тех динамиков и АС, что побывали у меня. В статье, насколько помню, речь шла о различиях в единицы процентов.

[scorpin]

Ответ оппонентам в журнале Радио за 2008 год №8, стр. 8, Д. Горшенин, «Как выбрать динамическую головку для высококачественной АС».

Продолжу тему.

Для повышения качества воспроизведения звуковых частот динамическими излучателями, применяется много способов улучшения выходных характеристик УМЗЧ. Один из путей уменьшения искажений в излучаемом звуке достигается изменением принципа преобразования энергии (усиления сигнала), путём изменения функции стабилизации напряжения на функцию стабилизации мощности.

Из теории электротехники, известно – оптимизировать передачу энергии от источника сигнала к нагрузке (приемнику), можно путём преобразования выходного сопротивления источника или преобразованием входного сопротивления нагрузки.

В то же время известно, что идеальным условием для передачи энергии от генератора к нагрузке является равенство выходного сопротивления генератора с входным сопротивлением нагрузки (Rген = Rнаг), при этом должны быть равны реактивные сопротивления – то есть соблюдение условия резонанса тока в контуре, выход генератора – комплексное сопротивление нагрузки (Zген = - Zнаг).

Для достижения идеальных параметров выходных характеристик УМЗЧ, необходимо преобразовывать входной, многочастотный сигнал, таким образом, чтобы создавались условия резонанса на нагрузке, в широком диапазоне частот. Однако, однозначного теоретического решения такого преобразования, не существует. И всё же, путём теоретических расчетов, можно найти такое выходное сопротивление генератора, величина которого приводила бы характеристику усилителя к функции близкой к стабилизации выходной мощности на нагрузке (выходная мощность сигнала близка к – Constanta, в некотором интервале изменения сопротивления нагрузки, Rн).

Значение величины выходного сопротивления, которое являлось бы конкретным значением для конкретной акустической системы, находится отдельно, т.к. модуль полного сопротивления от частоты у каждой АС, свой.

При известной вариации импеданса АС, находим подходящее значение выходного сопротивления, которое бы позволяло получить наименьшую разницу мощностей для данной вариации импеданса. График зависимости мощности от вариации импеданса, может выглядеть так; что соответствует R вых = 8 Ом.

Рис 3.

Начальный участок показывает – чем меньше сопротивление нагрузки, тем меньше выходная мощность усилителя, конечный участок, так же показывает уменьшение мощности с увеличением сопротивления нагрузки. Мощность меняется в пределах,

12,5…19 Ватт, то есть наибольшая разница – 6,5 Ватта. На самом деле, вариация будет происходить не от 2х Ом, а минимум, от 4х Ом (4х – Омная АС), поэтому – разница будет в размере 1,5…2 Ватта. Сравнивая предыдущий график (Рис2), с полученным – Рис 3, находим, что изменение мощности происходит в не больших пределах, что практически, устраняет перегрузку усилителя при не благоприятных условиях работы.

Представляю программу для расчетов выходного сопротивления.

Кто пользовался расчетами в программе Microsoft Office Excel, тот легко разберётся в данной программе. Устанавливая исходные данные, строятся графики зависимости выходной мощности от вариации нагрузки.

Grafiki.rar

Направленность этих расчетов заключается в нахождении такого выходного сопротивления усилителя, которое было бы оптимальным для конкретного варианта акустической системы.

Оптимальность величины выходного сопротивления заключается не только в уменьшении искажений, но и по возможности, не потерять свойство демпфирования колебаний диффузоров.

В практическом применении, для достижения подобной характеристики, в усилителе применяется обратная связь и по току и по напряжению.

В схематической реализации, в основном, модернизировался выходной каскад усилителя, а предварительные каскады брались из опубликованных статей, а так же пробовались интегральные микросхемы.

После большого количества пробных вариантов и многочисленных экспериментов остановился на варианте УМЗЧ, функциональная схема которого показана на рисунке – 4.

Рис 4.

Усилитель состоит из трёх модульных каскадов; два основных – А1, А3 и один дополнительный – А2.

Эти три модуля определяют структуру построения усилителя, каждый из которых является функционально законченным звеном и каждое из звеньев может модернизироваться в отдельности.

На предварительный усилителя – А1, возлагается задача усиления входного сигнала до необходимой амплитуды напряжения. Усилитель А1, может быть – как инвертирующим, так и не инвертирующим, по отношению к входному сигналу, а так же по необходимости, иметь симметричный вход.

Благодаря обратным связям; ОС по напряжению – резисторы R8, R9 и ОС по току – резисторы R6, R7, выходной каскад – А3 приобретает свойства усиления сигнала не только по току, но и по напряжению. К тому же, при вариации сопротивления нагрузки (ЭДГ), изменяется коэффициент усиления в зависимости от проходящего тока по нагрузке.

Таким образом, выходной каскад – А3, при определенной настройке каскада – А2, не только усиливает входной сигнал, но и производит стабилизацию выходного сигнала, по мощности.

[Igel]

Вы повторяете один в один предыдущую тему

[scorpin]

eu1sw - аргументы, пожалуйста.

[Igel]

ну какие аргументы? вы создаёте новую тему и начинаете излагать то что уже было вами же изложено полтора месяца назад... каких аргументов вам надо?

http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=90038&st=0&p=973159&fromsearch=1entry973159

день Сурка чтоль?

[scorpin]

Для тех, кто не верит в то что, в области акустического резонанса АС, возникает провал звукового давления: сделаем практические расчеты.

Смотрим на график рисунка 2.

На 4х Омах – подводимая мощность = 23 Ватта – это область частотной характеристики ниже резонансных частот и выше резонансных частот (смотри модуль полного сопротивления динамиков), а вершина резонанса – соответствует импедансу более 13 Ом. Что приводит, не менее чем к четырехкратному уменьшению подводимой мощности, т. к. практически, импеданс резонанса ещё выше (в пределах – 15…20 Ом).

Сравнительный пример.

[Igel]

а теперь бери измерительный микрофон и проверяй на практике используя головки с разной общей добротностью и разными Vas и разными обьёмами ЗЯ - результат уже не будет однозначным

Изменено 27 сентября, 2011 пользователем eu1sw

[scorpin]

Исчерпывающий аргумент.

В конце концов, дело не в звуковом давлении. Считаю, что эта тема может обсуждаться на форуме и имеет право на существование.

Буду отстаивать своё мнение в вопросе о качестве воспроизведения, разработанных мною усилителей и о том, что качество характеристик, моих усилителей, не хуже, а некоторые характеристики лучше. Поэтому, считаю, отставать свою точку зрения в деле, а не на словах.

[Igel]

нормальный аргумент - я мерял, теперь дело за вами, именно от вас кроме слов ничего нет, ни схем принципиальных, ни реально измереных АЧХ, ничего кроме таблички в Экселе, которая никому не нужна...

[Lexus]

Для тех, кто не верит в то что, в области акустического резонанса АС, возникает провал звукового давления: сделаем практические расчеты.

В это не нужно верить, ибо о данном физическом явлении рассказывает любой учебник по акустике. К совместной работе с усилителем это не относится. Для динамических громкоговорителей ниже частоты механического резонанса жизни нет.

Честно говоря, мне лениво копаться в архивах с целью поиска соответствующих результатов измерений. Пару же интересных для Вас изображений я подброшу. В приложении АЧХ и ИЧХ "полочников" Jamo Classic 4. К кривым на графике АЧХ внизу есть подписи.

[scorpin]

На этой картинке показан результат хорошей работы, хорошей фирмы.

Если вы помните, речь идет о теоретической реальности, которая показывает зависимость выходной мощности от девиации сопротивления нагрузки (вариация импеданса), при нулевом сопротивлении выходного каскада усилителя.

На основе графика, показанного на Рис 2 ( или сами постройте подобный график, который будет мало отличаться от приведенного) и графика модуля сопротивления динамика (картинка из «даташит» динамика), подсчитайте мощности на резонансной частоте и мощности на среднечастотном диапазоне. Наверняка, мощность на резонансной частоте будет меньше, в несколько раз, чем на средней частоте. Тот же результат будет при измерении звукового давления от динамика, закрепленного в акустическом экране (посередине деревянного листа большой площади), от подключенного УМ, у которого нулевое выходное сопротивление.

[Lexus]

Все правильно. Но я не понимаю, что Вы хотите донести до людей. Если то, что в зависимости от сопротивления нагрузки изменяется выделяемая на нагрузке мощность, так это очевидно. Как и очевидно то, что усилитель с Rout => 0 является источником напряжения, а следовательно не изменяется и подводимое напряжение к клеммам одиночного ДГ при реактивном импедансе последнего.

Тот же результат будет при измерении звукового давления от динамика, закрепленного в акустическом экране (посередине деревянного листа большой площади), от подключенного УМ, у которого нулевое выходное сопротивление.

Результат не будет и не является таковым. Пока действует метод константных напряжений, АЧХ ДГ будет зависеть только от его конструктивных особенностей и особенностей акустического оформления. Получится стабилизировать подводимую мощность (уж не знаю, каким методом), получите АЧХ в точь повторяющую собственную АЧХ ДГ плюс ИЧХ ДГ.

P.S. Разверните мысль, если у Вас есть интересные результаты исследований. А то я не понимаю смысла ходить вокруг азов.

[scorpin]

Все правильно. Но я не понимаю, что Вы хотите донести до людей. Если то, что в зависимости от сопротивления нагрузки изменяется выделяемая на нагрузке мощность, так это очевидно. Как и очевидно то, что усилитель с Rout => 0 является источником напряжения, а следовательно не изменяется и подводимое напряжение к клеммам одиночного ДГ при реактивном импедансе последнего.

В сказанном противоречие заложено в следующем, если происходит стабилизация амплитуды сигнала, то о каком резонансе может идти речь, на модуле полного сопротивления (максимального сопротивления), если в это время идет демпфирование колебаний через нулевое сопротивление

[scorpin]

В продолжение темы.

Первая схема усилителя, которую предлагаю для повторения, показана на рисунке 5.

Рис 5.

Конструктивно, схема разделена на два модуля.

Модуль предварительного усилителя – транзисторы Т1 – Т10.

Модуль выходного каскада – транзисторы Т11 – Т18.

Предварительный усилитель смонтирован на монтажной плате, размером 80 х 65 мм.

Выходной каскад смонтирован на плате, размером 110 х 50 мм и закреплён на ребристом радиаторе с площадью охлаждающей поверхности, не менее 700 см кВ, на один канал. Внешние размеры радиатора, на оба канала, равны; 290 х 120 х 30 см.

Вид печатного монтажа, со стороны фольги, показаны на рисунках 6 и 7.

Рис 6. Рис 7

Схема блока питания, для стереофонического варианта усилителя, показана на рисунке 8.

Рис 8.

Трансформатор Т2, габаритной мощностью, не менее 80 Ватт, с двумя вторичными обмотками, с током нагрузки 2…3 А, каждая.

Трансформатор Т1, габаритной мощностью, 7 – 10 Ватт, вторичная обмотка которого, рассчитана на нагрузочный ток, 100…150 мА.

Рисунки продублированы в сжатых файлах.

Рисунки схем.rar

[Lexus]

В сказанном противоречие заложено в следующем, если происходит стабилизация амплитуды сигнала, то о каком резонансе может идти речь, на модуле полного сопротивления (максимального сопротивления), если в это время идет демпфирование колебаний через нулевое сопротивление

Вот объясните теперь, где Вы обнаружили:

что АЧХ звукового давления АС имеет провал в области основного механического резонанса

Если речь идет о УМЗЧ с Rout => 0?

[GeniusXZ]

Может не очень в тему, но:

Хорошие наушники, (как и хорошие динамики), разрабатывались профессионалами для работы от усилителя с низким выходным сопротивлением и нет ничего удивительного, что именно с такими усилителями они лучше и играют. С ИТУНом у них возрастает неравномерность АЧХ и появляется окрас.

С хреновыми наушниками происходит тоже самое, но эффект от снижения искажений намного больше и выигрыш от применения ИТУна явный.

После прочтения этой темы сложилось впечатление, что автор считает, что АЧХ пропорциональна лишь мощности, подводимой к динамику...

Изменено 29 сентября, 2011 пользователем GeniusXZ

[aif.66]

Как может уменьшаться мощность на резонансе, если амплитуда возрастает, при остальных неизменных исходных?

[scorpin]

Ребята, вы меня специально путаете? Вы, определитесь, вы за резонанс или за демпфирование? Если, за резонанс, то это моя тема – пост # 5. Если, за демпфирование, то это ваша тема.

[scorpin]

Может не очень в тему, но:

Хорошие наушники, (как и хорошие динамики), разрабатывались профессионалами для работы от усилителя с низким выходным сопротивлением и нет ничего удивительного, что именно с такими усилителями они лучше и играют. С ИТУНом у них возрастает неравномерность АЧХ и появляется окрас.

С хреновыми наушниками происходит тоже самое, но эффект от снижения искажений намного больше и выигрыш от применения ИТУна явный.

После прочтения этой темы сложилось впечатление, что автор считает, что АЧХ пропорциональна лишь мощности, подводимой к динамику...

Смешивается – каша и сметана. Попытаюсь объяснить. АЧХ – это результат исследования, а мощность (энергия) воспринимается приемником и преобразовывается в энергию звука, а может и не быть воспринятой т. к. условия восприятия меняются не только от частоты, но и от механического резонанса приемника.

[muravey2]

После прочтения этой темы сложилось впечатление, что автор считает, что АЧХ пропорциональна лишь мощности, подводимой к динамику...

Неравномерность АЧХ характеризует степень её отклонения от прямой, параллельной оси частот, то есть при одинаковом напряжении подаваемом на динамик амплитуда колебаний меняется. Следовательно АЧХ можно существенно выравнить, если стабилизировать мощность подводимую к динамику.

[Igel]

амплитуда колебаний диффузора будет изменяться с частотой независимо от того что вы возжелаете стабилизировать напряжение или мощность, изменится только вид зависимости и в большинстве случаев вы получите эффект обратный желаемому

[scorpin]

амплитуда колебаний диффузора будет изменяться с частотой независимо от того что вы возжелаете стабилизировать напряжение или мощность, изменится только вид зависимости и в большинстве случаев вы получите эффект обратный желаемому

Что то – непонятно. Изречение, явно, предназначено для другой темы.