ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Miglioramento della riproduzione del suono nel sistema di altoparlanti UMZCH. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Amplificatori di potenza a transistor Durante l'ascolto, gli esperti spesso preferiscono il tubo UMZCH, nonostante quelli a transistor abbiano formalmente parametri più alti. Qual è il problema? L'ipotesi degli autori dell'articolo sul verificarsi di ulteriori distorsioni di intermodulazione nell'UMZCH dovute alla risposta degli altoparlanti è stata confermata sperimentalmente da loro nel processo di ricerca di un metodo per valutare oggettivamente la qualità degli amplificatori. L'articolo fornisce un'analisi critica delle soluzioni tecniche del moderno UMZCH e propone misure che escludono l'influenza dell'altoparlante sull'amplificatore. Gli autori affermano che l'UMZCH transistorizzato, resistente all'influenza della risposta dell'altoparlante, fornisce una riproduzione del suono senza colorazione specifica. Nella classica stereofonia a due canali, la qualità degli amplificatori di potenza e degli altoparlanti ha un impatto significativo sulla realizzazione del potenziale di riproduzione del suono naturale e sulla spazialità dell'immagine sonora. Gli ascoltatori attenti che visitano le sale da concerto notano immediatamente la differenza tra il suono di strumenti musicali reali e il loro suono in una registrazione sonora riprodotta attraverso gli altoparlanti. Le difficoltà nel prevedere la qualità della riproduzione del suono sono associate all'imperfezione dei metodi utilizzati per misurazioni oggettive delle caratteristiche del percorso sonoro. Pertanto, il criterio principale per la scelta delle apparecchiature audio dovrebbe essere considerato una valutazione soggettiva della qualità (SQA). Le proprietà dei collegamenti finali del percorso di riproduzione del suono - UMZCH e altoparlante hanno la maggiore influenza sui risultati del SOC. Considera le loro caratteristiche e possibilità per risolvere i problemi esistenti. Prima di tutto, valutiamo la relazione tra i risultati del SOC e le caratteristiche oggettive dell'UMZCH. concentrandosi solo sui parametri che, secondo gli autori, hanno il maggiore impatto sulla qualità della riproduzione del suono. Qui, di grande interesse è l'analisi dei risultati del SOC della lampada e del transistor UMZCH (come componenti tra i quali vi è la differenza più netta nelle stime). Di norma, in questi confronti, i parametri oggettivi degli UMZCH a valvole sono significativamente inferiori a quelli dei transistor, ma i risultati dei SOC spesso risultano essere direttamente opposti. Nel considerare, ci limitiamo a pochi criteri di base per SGQ, utilizzando la formulazione che gli esperti usano più spesso. La prima caratteristica sonora è la colorazione timbrica: leggerezza, morbidezza, calore o, rispettivamente, pesantezza, durezza, freddezza (tonalità metallica). Il secondo è la riproduzione di un attacco (suono crescente): attivo, chiaro o pigro, sciolto. La terza caratteristica è la localizzazione della sorgente del segnale: panorama buono o cattivo. Quarto: microdinamica: buon dettaglio di segnali di forma complessa con un livello basso o dettagli scarsamente distinguibili di segnali simili. Il risultato complessivo del SOC: un forte impatto emotivo o, di conseguenza, debole. Le valutazioni degli esperti dell'UMZCH confrontato sono così diverse che ci sono espressioni gergali: suono "tubo" e "transistor". Le spiegazioni delle cause di questo paradosso sono state ripetutamente citate in letteratura, ma tutte danno solo risposte parziali. Proviamo ancora una volta a stabilire la relazione tra i criteri SOC qui considerati ei parametri oggettivi dell'UMZCH confrontato. Le caratteristiche della colorazione timbrica nel suono per tubo UMZCH possono essere spiegate dai seguenti motivi principali:
Le caratteristiche della colorazione timbrica del suono per il transistor UMZCH hanno i seguenti motivi:
La riproduzione di un attacco non distorto di segnali sonori è la condizione più importante per il riconoscimento accurato dell'immagine sorgente. Ovviamente, la comparsa di distorsioni di attacco (ritardo o accento) nella riproduzione sonora di segnali reali ne influenza notevolmente la percezione. Uno dei motivi di questo tipo di distorsione sono le condizioni per l'abbinamento del sistema UMZCH, un altoparlante elettrodinamico (EDG). Come è noto, quando un segnale pulsato agisce su una bobina mobile (VC), nell'EDH si genera una forza che tende a cambiare la sua posizione nel campo magnetico, cioè a muoversi. Tuttavia, la forza controelettromotrice di induzione che si verifica in questo caso, chiudendosi sulla resistenza di uscita dell'UMZCH, crea una corrente che impedisce il cambiamento di posizione dello ZK ed è diretta verso la corrente che provoca questo cambiamento, cioè l'uscita corrente dell'UMZCH. Il flusso di "controcorrente", da un lato, riduce il fattore di qualità della risonanza meccanica e migliora lo smorzamento [1], la cui efficacia dipende dalla resistenza di uscita dell'UMZCH e, dall'altro, ciò porta a un ritardo nell'attacco riproducibile del segnale musicale. Pertanto, questo processo dipende direttamente dal valore della "controcorrente", che, con un valore costante della forza controelettromotrice, è tanto maggiore quanto minore è la resistenza di uscita dell'UMZCH. Qualsiasi cambiamento nel valore dell'impedenza di uscita (ad esempio, a causa della dipendenza dalla frequenza della profondità OOS) porta a un cambiamento nel "riflusso" e alla distorsione dell'attacco. Distorsioni simili sorgono a causa di un cambiamento nell'induttanza dello ZK [1] nelle sue varie posizioni all'interno del sistema magnetico e dell'eccitazione dell'EDH da una sorgente di tensione. Il confronto dei valori dell'impedenza di uscita di un amplificatore a valvole (0,5 ... 1,5 Ohm) e transistor (di solito 0,1 Ohm o meno) ci consente di concludere che è preferibile un valore di resistenza maggiore. Non si dovrebbe escludere l'influenza sull'accuratezza della riproduzione dell'attacco e delle distorsioni poco studiate dai processi termofisici negli elementi attivi e passivi di UMZCH, EDG e cavi "acustici". La localizzazione delle sorgenti di segnale e la microdinamica sono considerate le prossime caratteristiche importanti di RNS. Queste caratteristiche, secondo gli autori, sono determinate principalmente dall'ampiezza e dallo spettro della distorsione di intermodulazione (II) nel sistema UMZCH-EDG. Pertanto, nella prima fase, si possono trarre le seguenti conclusioni: 1. I risultati del SOC del sistema UMZCH - EDG sono determinati dalla totalità delle sue caratteristiche tecniche e formalmente non dipendono dal tipo di elementi attivi utilizzati nell'amplificatore. 2. La maggiore influenza sulla colorazione del timbro è esercitata dall'ampiezza e dall'ampiezza dello spettro NI, nonché dalla loro dipendenza dalla frequenza e dal livello del segnale sonoro. 3. L'accuratezza della riproduzione dell'attacco del segnale sonoro dipende, in particolare, dalla corrente causata dal back-EMF dell'induzione EDH e dalle distorsioni dovute ai processi termofisici negli elementi attivi e passivi dei circuiti ad alta corrente. 4. La localizzazione delle sorgenti di segnale e la microdinamica sono determinate principalmente dall'ampiezza e dallo spettro dell'IR. Analizziamo ora le possibilità di miglioramento dei parametri UMZCH che hanno il maggiore impatto sul SOC. Cominciamo con i metodi per ridurre la grandezza e lo spettro di NI. Gli studi su questi tipi di distorsioni hanno stabilito due cause principali del loro verificarsi: la non linearità delle caratteristiche degli elementi attivi e la modalità operativa dello stadio di uscita. Alcuni dei vantaggi di linearità dei tubi a vuoto rispetto ai transistor sono ben noti e ben documentati in letteratura. Il miglioramento del transistor UMZCH in questo parametro è più efficace quando si utilizzano le modalità operative dei transistor dello stadio di uscita senza interrompere la corrente del collettore, ad esempio: Super A, New class A, Non switching [2, 3], ecc. modalità, non c'è solo una significativa riduzione dello spettro NI (fino alla quarta-quinta armonica) e dei loro valori, ma anche la loro forte diminuzione con una diminuzione del livello del segnale. L'indipendenza dalla frequenza di NI si ottiene solitamente scegliendo i circuiti e gli elementi appropriati. Un metodo di compensazione noto come "feed forward error correction" - la correzione delle distorsioni utilizzando una connessione diretta ha un'elevata efficienza nel ridurre NI [4, 5]. Metodi abbastanza promettenti per ridurre NI includono compensazioni con feedback sulla sottrazione di distorsioni - OSVI [6]. Quando si progetta il transistor UMZCH, è necessario tenere conto delle peculiarità del funzionamento dei transistor dello stadio di uscita UMZCH quando si opera su un carico reale. Le ragioni della comparsa di varie distorsioni ei metodi per la loro riduzione sono dettagliati in [7-9], ma i metodi per il controllo delle distorsioni proposti sono estremamente complessi e richiedono costose apparecchiature di misurazione. La probabilità di distorsioni può essere ridotta in modo significativo utilizzando le raccomandazioni, ad esempio, in [10]. I migliori risultati nella riduzione di NI in UMZCH transistorizzati si ottengono utilizzando la modalità operativa dello stadio di uscita in classe A con una profondità minima dell'OOS complessivo. Allo stesso tempo, NI può essere molto più basso rispetto agli amplificatori a valvole, a causa dell'assenza di un trasformatore di uscita in essi, una fonte di distorsione alle basse frequenze. Un aumento più uniforme di NI quando lo stadio di uscita è sovraccarico nel transistor UMZCH si ottiene riducendo la profondità dell'OOS complessivo: l'effetto è maggiore, minore è la sua profondità. Consideriamo ulteriormente i possibili metodi per aumentare l'accuratezza della riproduzione di un attacco di un segnale audio, tenendo conto dei motivi che hanno una grande influenza su di esso. Come la distorsione di intermodulazione transitoria, la distorsione di attacco viene ridotta in modo abbastanza efficace man mano che si riduce la profondità del feedback complessivo. L'espansione della risposta in frequenza dell'UMZCH senza un OOS comune a 300 ... 500 kHz contribuisce anche alla riduzione del tempo di costituzione del segnale nell'UMZCH. Tuttavia, una riduzione particolarmente efficace della distorsione dell'attacco dalla corrente nel circuito di carico, causata dall'induzione back-emf, si ottiene nell'UMZCH con un'elevata impedenza di uscita (RplL>> Rh). I risultati del miglioramento delle caratteristiche del percorso audio sono descritti in dettaglio in [11 - 13]. Sulla fig. Le figure 1 e 2 mostrano gli spettrogrammi delle distorsioni armoniche (12) quando l'EDH è eccitato da un UMZCH con bassa impedenza di uscita e da un UMZCH con alta impedenza di uscita. La distorsione armonica totale per un segnale a 3 kHz è rispettivamente di circa il 3% e lo 0,2%.
Un'analisi della modellazione delle distorsioni causate dai processi termofisici che si verificano negli elementi attivi e passivi del percorso sonoro ha permesso di implementare praticamente un dispositivo passivo che migliora l'accuratezza della riproduzione dell'attacco [14]. I metodi sopra elencati per migliorare la qualità della riproduzione dell'attacco mostrano la loro influenza sul risultato finale e spiegano le ragioni dei tentativi falliti di ottenere ciò solo aumentando lo slew rate della tensione di uscita UMZCH. Notevoli difficoltà sono causate dalla diminuzione dell'IS dovuta alla molteplicità delle cause del loro verificarsi e alla complessità del rilevamento [15-20]. In larga misura, la soluzione del problema è ostacolata dai metodi di misurazione utilizzati, che non consentono di prevedere la valutazione dell'esperto con sufficiente precisione. In [21] è stato proposto un metodo più informativo per misurare il coefficiente di intermodulazione del rumore (NIR). Tuttavia, anche l'analisi dei risultati del SOC e con questo metodo di misurazione non spiega le ragioni della netta differenza nelle stime: ad esempio, per una lampada UMZCH - 9 punti e per un transistor - 5. E questo è con piccole differenze in KSI - 0,8% e 0,9%, rispettivamente. Pertanto, anche questo metodo deve essere migliorato. Un tentativo di spiegare le valutazioni soggettive per questo caso di misurazioni ha portato gli autori a testare sperimentalmente l'ipotesi sul possibile effetto su IS in UMZCH della risposta (risposta all'impulso) dell'EDG (1). Per questo è stato utilizzato lo stesso metodo di misurazione del CSI, ma al posto del carico resistivo dell'UMZCH è stato utilizzato un vero EDH. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata alla necessità di utilizzare in queste misurazioni l'EDD reale e non il suo equivalente, che non tiene conto delle non linearità della conversione del segnale. Allo stesso tempo, è stato riscontrato un forte aumento del CSI solo per un transistor UMZCH con una bassa resistenza di uscita: invece dello 0,9%, è diventato del 9,7%, ovvero c'è stato un aumento di oltre 10 volte. Per la lampada UMZCH, questi valori erano rispettivamente dello 0,8% e dell'1,2%. La differenza principale quando si sostituisce un carico resistivo equivalente con un vero EDG è che si trova nel circuito OOS. oltre alla tensione di uscita del segnale UMZCH e alla sua distorsione, penetra anche la risposta dell'EDG. Nel loop OOS, vengono combinati e si forma un segnale per compensare le distorsioni UMZCH e una risposta dall'EDD con l'ampiezza e la fase corrispondenti. Lo spettro di frequenza del segnale di compensazione in questo caso può essere 10-30 volte superiore al limite superiore del segnale audio. Ovviamente, il requisito principale per eliminare le distorsioni è la loro esatta compensazione, che è praticamente impossibile da implementare. Le limitazioni sono legate alla reale risposta in frequenza e risposta in fase dell'UMZCH, con il livello di distorsione e rumore. Inoltre, il regime di compensazione risente anche in modo significativo della non linearità delle caratteristiche EDH, pertanto la compensazione è incompleta. La migliore compensazione in questo caso si ottiene solo per le componenti a frequenza relativamente bassa dello spettro dei prodotti della distorsione UMZCH e la risposta dell'EDD, e le componenti ad alta frequenza dello spettro di queste oscillazioni rientrano nuovamente nel circuito OOS , provocando una nuova pre-enfasi nell'amplificatore. C'è un circolo vizioso che genera un forte aumento delle componenti ad alta frequenza della distorsione. L'aumento della profondità dell'OOS complessivo dell'amplificatore porta solo a un'ulteriore espansione dello spettro di distorsione e, di conseguenza, a un deterioramento ancora maggiore della qualità della riproduzione del suono. Inoltre, si creano le condizioni in cui diventa possibile che un semplice conduttore, come il cavo di collegamento UMZCH-EDG, a causa delle differenze nei suoi parametri distribuiti, sia in grado di influenzare i risultati del SOC, aumentando o indebolendo determinate armoniche dal loro ricca varietà. Allo stesso tempo, appare un'altra ipotesi, proposta dagli autori per spiegare le misteriose ragioni dell'influenza dei cavi acustici sui risultati del SOC: diventa possibile considerarli come una "valvola sonica" - LPF, che indebolisce la penetrazione della risposta dall'EDG all'uscita UMZCH. Ora mostreremo le ragioni della piccola influenza sull'IA della risposta dell'EDG nel tubo UMZCH, che, di regola, ha un trasformatore di uscita corrispondente e una profondità OOS relativamente bassa. Se prendiamo in considerazione che tutti i problemi del segnale di risposta EDD sono causati dalla penetrazione dei componenti ad alta frequenza del suo spettro, cioè dall'interferenza, allora è ovvio che l'induttanza di dispersione del trasformatore di uscita può svolgere un ruolo utile come filtro passa-basso, attenuando in modo significativo la quantità di interferenza ad alta frequenza che penetra nell'amplificatore. Inoltre, la bassa profondità del FOS contribuisce anche a ridurre l'effetto della risposta dell'EDG.Gli autori ritengono che i processi qui descritti nel sistema UMZCH-EDG spieghino in gran parte la differenza nel SOC degli UMZCH a lampada e transistor ottenuti in l'esperimento [21]. I risultati dell'analisi indicano il possibile effetto di due componenti dell'IA nel sistema UMZCH - EDG. Uno è il proprio AI in UMZCH, che può essere misurato oggettivamente (KSI) con un carico resistivo equivalente. Il secondo è l'IS indotto nell'UMZCH sotto l'influenza della risposta EDD.Il rilevamento del secondo componente avviene quando l'UMZCH viene caricato sull'EDD reale mediante misurazioni ripetute del CSI. Questo ci consente di consigliare la progettazione dell'UMZCH in modo tale che il circuito fornisca la minima intelligenza artificiale nell'UMZCH. Per analizzarne lo spettro si può utilizzare una tecnica leggermente modificata per misurare il CSI, analizzando il rumore in bande di terzo d'ottava. In questa fase, si dovrebbe tener conto della stretta relazione tra NI e AI, utilizzando metodi noti per ridurli. Come si può vedere da quanto sopra, il metodo più efficace per ridurre l'influenza della risposta dell'EDD sull'aumento di IS nell'UMZCH è escludere le condizioni per la sua interazione con altri segnali nel loop FOS. Esistono vari metodi per eseguire questa operazione. Ad esempio, un dispositivo di adattamento passivo, chiamato dissipatore, ha un'elevata efficienza [14]. Tuttavia, ci sono perdite significative nella potenza del segnale. Un altro esempio di implementazione più semplice è UMZCH su transistor ad effetto di campo che utilizza un trasformatore di uscita. In questo caso l'effetto ottenuto è molto inferiore al dissipatore, ma le perdite di potenza in uscita sono ridotte. Il massimo effetto di riduzione dell'effetto della risposta EDG su NI si ottiene mantenendo un'elevata efficienza e l'assenza dell'influenza dei cavi acustici UMZCH-EDG solo utilizzando UMZCH con un'impedenza di uscita elevata [12, 13]. elementi attivi e passivi , variazioni della gamma dinamica e intermodulazione del segnale dovute alla compressione termica. Con questa soluzione, l'accuratezza della riproduzione dell'attacco è notevolmente migliorata. Anche le distorsioni che si verificano nell'EDD sono significativamente ridotte per i seguenti motivi:
Sulla base di quanto sopra, è possibile trarre le seguenti conclusioni: 1. I risultati delle misurazioni oggettive del CSI nell'UMZCH quando viene caricato su un EDG reale consentono di prevedere i risultati del SOC del sistema UMZCH - EDG. 2. Una diminuzione dell'ampiezza e dello spettro di NI e IS, la loro indipendenza di frequenza e un aumento regolare durante i sovraccarichi sono condizioni necessarie per ottenere un'elevata fedeltà della riproduzione del suono nel sistema UMZCH - EDG. La sensibilità di UMZCH alla reazione EDH dovrebbe essere minima. 3. Il massimo effetto nel migliorare la qualità della riproduzione del suono può essere ottenuto utilizzando un EDG con un UMZCH avente un'impedenza di uscita elevata. Letteratura
Autori: A. Aleynov, Kharkov, A. Syritso, Mosca Vedi altri articoli sezione Amplificatori di potenza a transistor. Leggere e scrivere utile commenti su questo articolo. Ultime notizie di scienza e tecnologia, nuova elettronica: Pelle artificiale per l'emulazione del tocco
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