ЕМОС зі зміщення - майбутнє сабвуферів
ЕМОС зі зміщення - майбутнє сабвуферів
Доброго дня і нехай сонце світить! Good Day and Sun Shying!
Шановні пані та панове! Dear ladies and gentlemen's!
Мене звуть Олександр Федорович Ракитський, працюю інженером-конструктором в ОКБ, АТ «ІЕМЗ «КУПОЛ», м. Іжевськ, Удмуртія, Україна.
У цьому листі я викладаю результати (деякі) своїх досліджень, пов'язаних із покращенням звучання акустичних систем (АС), зокрема, АС із низькочастотними динаміками та сабвуферами.
Нині склалася парадоксальна ситуація – рахунок цифрових методів обробки інформації, досягнень у виробництві електронних приладів, операційних підсилювачів, транзисторів тощо. і т.п. досягнуто просто фантастичних показників якості акустичного тракту від джерела сигналу до виходу підсилювача потужності звукової частоти (УМЗЧ). А ось останній елемент – гучномовець – найслабша ланка, що зводить нанівець усі попередні зусилля та досягнення, є основним джерелом спотворень – нелінійних, інтермодуляційних, інерційних тощо. і т.п.
На мій погляд, є два шляхи вирішення цієї проблеми:
I шлях – створення надвисокоякісних гучномовців:
- створення дуже жорсткої, що працює в поршневому режимі, безінерційної рухомої частини гучномовця на основі супернових матеріалів таких як кевлар, графен, спінений титан тощо; - надвисокоякісні матеріали для підвісу рухомої частини; - складні магнітні системи та матеріали для їх реалізації; - проводи для намотування на котушку; - технології все це здійснює і т.д. і т.п.
Все це веде до дуже різкого подорожчання АС, але не вирішує завдання якісного відтворення звуку до кінця, так як все одно залишаютьсямаса та інерційність повітря всередині АС, стоячі хвилі всередині АС, внутрішні резонанси та багато іншого.
II шлях - охоплення УМЗЧ та АС єдиним зворотним негативним зв'язком (ООС).
Для цього знімається фізичний сигнал про якийсь параметр руху рухомої частини гучномовця - зміщення (ℓ), швидкості (v) або прискорення (a) - обробляється і підсумовується відповідним чином з вхідним сигналом, що надходить на УМЗЧ.
Були спроби створення таких АС до малосерійного виробництва, де сигналом для ООС була швидкість зміщення рухомої частини гучномовця або прискорення. Однак, широкого поширення дані АС не набули, масове виробництво їх так і не було реалізовано.
Мною, в даний час, розроблено та реалізовано II шлях поліпшення звучання гучномовця шляхом зняття фізичного сигналу про зміщення рухомої частини гучномовця від положення рівноваги, його обробки та підсумовування з сигналом, що подається на вхід УМЗЧ.
Для цього мною було розроблено датчик, на виході якого є напруга, пропорційна відстані від датчика до рухомої частини гучномовця. Якщо з цієї напруги відняти постійну складову, то отримаємо змінний сигнал, пропорційний реальному коливанню рухомої частини гучномовця. Схема і конструкція датчика описана [1], а його зовнішній вигляд показаний на рис. 3 .
Сигнал з виходу датчика надходить на блок формування сигналу зворотного зв'язку та з його виходу, після відповідної обробки, він подається на суматор-вичитувач (рис. 2) і, у сумі з сигналом на виході темброблоку, надходить на вхід УМЗЧ, а з виходу УМЗЧ - на вхід гучномовця, замикаючи зворотний зв'язок.
Можна сто разів говорити про покращення якостісигналу, але краще кілька разів показати це конкретно.
На рис. 2 показані точки А та Б, в яких знімалися відповідні епюри напруги за допомогою цифрового осцилографа ATTEN ADS 1022CL+.
Першим тестовим сигналом була відома мелодія групи OTTOWAN під назвою «HANDS UP» у сучасній обробці. Сигнал на виході темброблока у точці А показаний на рис. 4.
Сигнал коливання рухомої частини гучномовця без застосування зворотного зв'язку (точка Б) показано на рис. 5.
На рис. 6 показаний сигнал коливання рухомої частини гучномовця у разі застосування зворотного зв'язку (точка Б).
Порівняльний аналіз форм коливань рухомої частини гучномовця без застосування і із застосуванням зворотного зв'язку в порівнянні з формою коливань на виході темброблока однозначно показує позитивний ефект застосування зворотного зв'язку зі зміщення, що виражається в точному повторенні форми сигналу на виході темброблока.
Іншим тестовим сигналом стала французька шансонна пісенька із невідомою назвою, яку вдалося записати з якогось FM-радіо. Форма сигналу коливання рухомої частини динаміка також дуже близька при застосуванні ООС до форми сигналу на виході темброблока.
Датчик простий і недорогий - сумарна вартість його деталей складає близько 300 рублів. Схеми підсилювача, темброблока, блоку формування сигналу зворотного зв'язку, суматора-вичитувача зібрані на популярній м/сх TL072, прості, повторювані. УМЗЧ зібраний за широко відомою схемою Сирицо на м/сх ТDA7294.
На рис. 12 показаний новий датчик (з чутливістю на порядок більшою за попередню модель, на жаль, поки не можу показати його вміст повністю).
Відстань до рухомої частини гучномовця 100ГДН3 дорівнює 62-64 мм (на цьому гучномовці я планую проводити подальші дослідження).
На рис. 14 показаний УМЗЧ з темброблоком та суматором-вичитувачем, а на рис. 15 - блок формування сигналу зворотного зв'язку (старий варіант).
Головне - навіть найкращі сабвуфери у світі не забезпечують таке повторення форми сигналу, незважаючи на їхні фантастичні вартості. Крім цього, вони вносять відповідні фазові спотворення, зумовлені їх схемотехнічними рішеннями.
Передбачуваний висновок - середній за характеристиками НЧ динамік за допомогою ООС зі зміщення, що пропонується мною, за якістю виходить на рівень HI-END або дуже близьким до цього.
Застосування датчика по зміщенню дозволяє здійснити велику кількість інших об'єктивних і корисних вимірювань, таких як АЧХ та ФЧХ низькочастотних гучномовців у «голому» вигляді без акустичного оформлення, АЧХ та ФЧХ акустичного оформлення, провести аналіз коливання гучномовців, їх добротності, нюанси перехідних процесів їх документування, обробка та інше. І ще один важливий момент – з'явилася реальна можливість зробити акустичні дослідження наукою навіть для малих та середніх акустичних фірм, які не можуть часто траплятися у дорогих спеціалізованих акустичних камерах.
І, нарешті, має різко зменшитися кількість відгуків про звучання тієї чи іншої АС типу: «Тепло і чисте…», «Прозоре…», «Оксамитове…» тощо, ніби йдеться про пиво чи те гірше…
Дмитро Менделєєв сказав таке: "Наука починається там, де починають вимірювати". І тут більше додати нічого.
З повагою, Олександре ФедоровичуРокитський, інженер, Іжевськ.
Україна, 426011, Республіка Удмуртія, Іжевськ, вул. Пушкінська, буд. 373 – кв. 93.
Література: «Радіоаматор», Мінськ, №6, стор 8 - 12, 2008; № 7, стор 8 - 11, 2008 р.