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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 UMZCH의 출력 임피던스가 낮아야 합니까? 무선전자공학 및 전기공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 트랜지스터 전력 증폭기 라우드스피커의 혼변조 왜곡 및 배음 감소 정보 다른 UMZCH로 작업할 때 라우드스피커 사운드의 차이는 주로 튜브 증폭기와 트랜지스터 증폭기를 비교하여 알 수 있습니다. 고조파 왜곡의 스펙트럼은 종종 크게 다릅니다. 때때로 같은 그룹의 앰프 간에 눈에 띄는 차이가 있습니다. 예를 들어 오디오 잡지 중 하나에서 12W 및 50W 튜브 UMZCH의 등급은 덜 강력한 것을 선호하는 경향이 있습니다. 아니면 평가가 편파적이었나요? 이 기사의 저자는 다양한 UMZCH로 작업할 때 눈에 띄는 사운드 차이를 생성하는 라우드스피커에서 과도 및 혼변조 왜곡이 발생하는 신비한 이유 중 하나를 설득력 있게 설명하는 것 같습니다. 또한 최신 요소 기반을 사용하여 매우 간단하게 구현되는 확성기의 왜곡을 크게 줄이는 저렴한 방법을 제공합니다. 이제 일반적으로 전력 증폭기에 대한 요구 사항 중 하나는 부하 저항이 변경될 때 출력 전압이 변경되지 않도록 하는 것입니다. 즉, UMZCH의 출력 저항은 부하 1에 비해 작아야 하며, 부하 |Z의 저항 모듈(임피던스)의 10/1,,,1000/XNUMX 이하이어야 합니다.н|. 이 견해는 문헌뿐만 아니라 수많은 표준 및 권장 사항에 반영되어 있습니다. 감쇠 계수 - K와 같은 매개 변수도 특별히 도입되었습니다.d (또는 감쇠 계수) 공칭 부하 저항과 증폭기의 출력 임피던스 비율 RO 정신. 따라서 공칭 부하 저항이 4옴이고 증폭기의 출력 임피던스가 0,05옴 K인 경우d 80이 될 것입니다. 현재 HiFi 표준에서는 고품질 앰프의 감쇠 계수가 최소 20(최소 100이 권장됨)이어야 합니다. 시장에 나와 있는 대부분의 트랜지스터 증폭기의 경우 Kd 200을 초과합니다. 작은 R의 이유O UM(그리고 이에 상응하는 높은 Kd) 잘 알려져 있습니다. 이는 앰프와 스피커의 호환성을 보장하고 스피커의 주(저주파) 공명의 효과적이고 예측 가능한 댐핑을 얻고 앰프의 특성을 측정하고 비교하는 편의성을 얻기 위한 것입니다. 그러나 위 고려 사항의 정당성과 타당성에도 불구하고 저자에 따르면 그러한 비율의 필요성에 대한 결론은 근본적으로 잘못된 것입니다! 문제는 이 결론이 전기역학적 라우드스피커 헤드(GG) 작업의 물리학을 고려하지 않고 만들어졌다는 것입니다. 대부분의 증폭기 설계자는 자신에게 필요한 것은 가능한 한 왜곡이 적은 주어진 부하 저항에서 필요한 전압을 전달하는 것이라고 진심으로 믿고 있습니다. 라우드스피커 설계자들은 자신의 제품이 출력 임피던스가 무시할 수 있는 증폭기로 구동될 것이라고 가정하는 것 같습니다. 모든 것이 간단하고 명확한 것 같습니다. 어떤 질문이있을 수 있습니까? 그럼에도 불구하고 질문과 매우 심각한 질문이 있습니다. 중요한 것은 GG가 무시할 수 있는 내부 저항(전압 소스 또는 EMF 소스)이 있는 증폭기에서 작동할 때 GG에 의해 도입되는 상호 변조 왜곡의 크기에 대한 질문입니다. "앰프의 출력 임피던스가 이것과 무슨 관련이 있습니까? 저를 속이지 마십시오!" 독자는 말할 것입니다. - 그는 틀렸어. 이 의존성의 사실이 극히 드물게 언급된다는 사실에도 불구하고 가장 직접적입니다. 어쨌든 앰프 입력의 전압에서 소리 진동에 이르기까지 종단 간 전기 음향 경로의 모든 매개 변수에 대한 이러한 영향을 고려한 현대 작품은 발견되지 않았습니다. 어떤 이유로 이 주제를 고려할 때 이전에는 저주파에서 주 공진 근처의 GG 동작을 분석하는 것으로 제한되었지만 공진 주파수보다 몇 옥타브 높은 눈에 띄게 높은 주파수에서 흥미로운 일이 발생했습니다. 이 글은 이 간극을 메우기 위한 것입니다. 접근성을 높이기 위해 프레젠테이션이 매우 단순화되고 도식화되어 많은 "미묘한"문제가 고려되지 않았습니다. 따라서 UMZCH의 출력 임피던스가 라우드스피커의 혼변조 왜곡에 어떤 영향을 미치는지 이해하려면 GG 콘에서 나오는 사운드 방사의 물리학이 무엇인지 기억해야 합니다. 주 공진 주파수 이하에서 정현파 신호 전압이 GG 보이스 코일의 권선에 적용될 때 디퓨저의 변위 진폭은 서스펜션(또는 닫힌 상자에서 압축된 공기)의 탄성 저항에 의해 결정되며 거의 독립적입니다. 신호 주파수의. 이 모드에서 GG의 작동은 큰 왜곡과 유용한 음향 신호의 매우 낮은 반환(매우 낮은 효율성)을 특징으로 합니다. 기본 공진 주파수에서 디퓨저의 질량은 진동하는 공기 질량 및 서스펜션의 탄성과 함께 스프링의 추와 유사한 진동 시스템을 형성합니다. 이 주파수 범위에서 방사 효율은 이 HG의 최대값에 가깝습니다. 주 공진 주파수 이상에서는 진동하는 공기 질량과 함께 디퓨저의 관성력이 서스펜션의 탄성력보다 더 큰 것으로 판명되므로 디퓨저 변위는 주파수의 제곱에 반비례합니다. 그러나이 경우 원뿔의 가속은 이론적으로 주파수에 의존하지 않으므로 음압 측면에서 주파수 응답의 균일 성을 보장합니다. 따라서 메인 공진 주파수 이상의 주파수에서 HG의 주파수 응답의 균일성을 보장하려면 다음과 같이 Newton의 두 번째 법칙(F=m *ㅏ). 보이스 코일에서 콘에 작용하는 힘은 그 안의 전류에 비례합니다. GG가 전압 소스 U에 연결되면 각 주파수에서 보이스 코일의 전류 I는 옴의 법칙 I (f) \uXNUMXd U / Z에서 결정됩니다.г(f), 여기서 Zг(f)는 음성 코일의 주파수 종속 복소 임피던스입니다. 주로 보이스 코일 R의 활성 저항의 세 가지 수량에 의해 결정됩니다.г (저항계로 측정), 인덕턴스 L씨 전류는 또한 보이스 코일이 자기장에서 움직일 때 발생하는 역기전력의 영향을 받으며 이동 속도에 비례합니다. 주 공진보다 훨씬 높은 주파수에서는 역기전력 값을 무시할 수 있습니다. 음성 코일이 있는 콘은 신호 주파수 주기의 절반에서 가속할 시간이 없기 때문입니다. 따라서 종속성 Zг(f) 기본 공진 주파수 이상은 주로 R 값에 의해 결정됩니다.г 및 Lг 따라서 저항 Rg, 인덕턴스 Lг 특히 안정적이지 않습니다. 보이스 코일의 저항은 온도에 크게 의존합니다(TCR 구리 약 +0,35%/оC) 정상 작동 중 소형 중주파 GG의 보이스 코일 온도가 30 ... 50으로 변경됩니다. оC 및 매우 빠르게 - 수십 밀리초 이하. 따라서 보이스 코일의 저항과 그에 따른 전류, 일정한 인가 전압에서의 음압은 10~15% 변화하여 해당 크기의 상호 변조 왜곡을 생성합니다(저주파 GG의 경우 열 관성이 높으면 보이스 코일을 가열하면 신호의 열 압축 효과가 발생합니다. 인덕턴스 변경은 훨씬 더 복잡합니다. 공진 주파수보다 눈에 띄게 높은 주파수에서 음성 코일을 통과하는 전류의 진폭과 위상은 주로 인덕턴스 값에 의해 결정됩니다. 그리고 그것은 갭에서 보이스 코일의 위치에 따라 크게 달라집니다. 기본 공진 주파수보다 약간 높은 주파수에 대한 정상적인 변위 진폭으로 다양한 GG에 대해 인덕턴스가 15 ~ 40% 변경됩니다. 따라서 라우드스피커에 공급되는 정격 전력에서 혼변조 왜곡은 10 ~ 25%에 달할 수 있습니다. 위는 국내 최고의 중주파 GG - 5GDSH-5-4에서 찍은 음압 오실로그램 사진으로 설명됩니다. 측정 설정의 블록 다이어그램이 그림에 나와 있습니다.
투톤 신호의 소스로 테스트 GG가 연결된 출력 사이에 약 1m 면적의 음향 스크린에 설치된 한 쌍의 생성기와 두 개의 증폭기가 사용되었습니다.2 . 400톤 신호가 증폭 경로를 통과하는 동안 혼변조 왜곡이 형성되는 것을 방지하기 위해 전력 마진(66W)이 큰 130개의 개별 증폭기가 사용됩니다. 머리에서 발생한 음압은 음압 레벨 96dB에서 비선형 왜곡이 -XNUMXdB 미만인 리본 전기역학 마이크에 의해 감지되었습니다. 이 실험에서 이러한 확성기의 음압은 약 XNUMXdB이므로 이러한 조건에서 마이크의 왜곡은 무시할 수 있습니다.
상단 오실로스코프 화면의 오실로그램에서 볼 수 있듯이 (상단-필터링 없음, 하단-HPF 필터링 후) 주파수 4Hz의 다른 신호의 영향으로 주파수 300kHz의 신호 변조 ( 헤드 전력이 2,5W인 경우)가 20%를 초과합니다. 이는 약 15%의 상호 변조 왜곡에 해당합니다. 혼변조 왜곡 곱의 인지도 임계값이 XNUMX%보다 훨씬 낮고 어떤 경우에는 XNUMX분의 XNUMX%에 도달한다는 사실을 상기할 필요가 없는 것 같습니다. UMZCH의 왜곡이 "부드러운" 특성이고 수백 퍼센트를 초과하지 않는 경우 전압에서 작동하여 발생하는 라우드스피커의 왜곡 배경과 구분할 수 없다는 것이 분명합니다. 원천. 상호 변조 왜곡 제품은 사운드의 투명성과 세부 사항을 파괴합니다. 개별 악기와 음성이 가끔만 들리는 "혼란"이 발생합니다. 이러한 유형의 소리는 아마도 독자들에게 잘 알려져 있을 것입니다(왜곡에 대한 좋은 테스트는 어린이 합창단의 음반이 될 수 있습니다). 하지만 위에서 설명한 헤드 임피던스의 가변성으로 인해 발생하는 왜곡을 획기적으로 줄이는 방법이 있습니다. 이렇게 하려면 라우드스피커를 구동하는 증폭기의 출력 임피던스가 임피던스 R의 구성요소보다 훨씬 커야 합니다.디와 Xг (2p 플래그) GG. 그런 다음 그들의 변화는 보이스 코일의 전류에 거의 영향을 미치지 않으며 결과적으로 이러한 변화로 인한 왜곡도 사라집니다. 왜곡을 줄이는 이 방법의 효과를 입증하기 위해 측정 설정에 GG와 직렬로 연결된 47옴 저항(즉, 연구된 GG의 임피던스 모듈러스보다 2배 더 큰 크기)을 추가했습니다. 동일한 음압 수준을 유지하기 위해 증폭기 출력의 신호 수준이 그에 따라 증가했습니다. 현재 모드로의 전환 효과는 해당 오실로그램의 비교에서 분명합니다. 하부 오실로스코프 화면의 고주파 신호의 기생 변조는 훨씬 작고 거의 보이지 않으며 그 값은 3를 초과하지 않습니다 ... XNUMX% - HG 왜곡이 급격히 감소합니다. 감정가들은 보이스 코일 임피던스 가변성을 줄이는 여러 가지 방법이 있다고 주장할 수 있습니다. 자기 냉각 유체로 틈을 채우고, 자기 시스템의 코어에 구리 캡을 설치하고, 코어 프로파일과 코일 권선 밀도를 신중하게 선택하는 것 등이 있습니다. 그러나 이러한 모든 방법은 원칙적으로 문제를 해결하지 못하고 두 번째로 HG 생산 비용의 복잡성과 증가로 이어져 스튜디오 라우드 스피커에서도 완전히 사용되지 않습니다. 그렇기 때문에 대부분의 중주파 및 저주파 GG에는 구리 캡이나 자성 유체가 없습니다(이러한 GG에서는 최대 전력으로 작동할 때 액체가 종종 갭에서 분출됨). 따라서 높은 임피던스 신호 소스(전류 소스에서 제한)에서 GG에 전원을 공급하는 것은 특히 다중 대역 능동 음향 시스템을 구축할 때 상호 변조 왜곡을 줄이는 데 유용하고 편리한 방법입니다. 이 경우, 주 공진의 감쇠는 순전히 음향적으로 수행되어야 합니다. 4을 크게 초과하여 8...XNUMX에 도달합니다. 특히 전류에 대한 로컬 FOS가 있는 경우 얕은(10dB 미만) FOS가 있는 XNUMX극관 또는 XNUMX극관 출력이 있는 램프 UMZCH에서 발생하는 GG의 "전류" 전원 공급 모드가 정확히 이 모드인지 궁금합니다. 음극 회로에서 저항의 형태로. 이러한 증폭기를 설정하는 과정에서 일반 OOS가 없는 왜곡은 일반적으로 2,..5% 이내로 나타나며 제어 경로의 중단에 포함될 때 귀로 자신있게 눈에 띕니다("스트레이트와의 비교 방법"). 철사"). 그러나 확성기에 앰프를 연결한 후 피드백의 깊이가 증가함에 따라 사운드가 먼저 개선된 다음 디테일과 투명도의 손실이 있음을 알 수 있습니다. 이는 필터 없이 해당 라우드스피커 헤드로 직접 구동되는 출력 단계인 다중 대역 증폭기에서 특히 두드러집니다. 그 이유는 언뜻 보기에 역설적인 현상으로, 전압의 OOS 깊이가 증가함에 따라 증폭기의 출력 임피던스가 급격히 감소하기 때문입니다. 낮은 출력 임피던스로 UMZCH에서 GG에 전력을 공급하는 부정적인 결과는 위에서 논의되었습니다. XNUMX극관 앰프는 대체로 XNUMX극관이나 XNUMX극관보다 출력 임피던스가 훨씬 적고, 피드백 도입 전의 선형성이 더 높기 때문에 전압에 피드백을 도입하면 단일 앰프의 성능은 향상되지만 동시에 라우드스피커 헤드의 성능을 악화시킵니다. 결과적으로 XNUMX극관 앰프에 출력 전압 피드백을 도입한 결과 앰프 자체의 특성이 개선되었음에도 불구하고 실제로 사운드가 나빠질 수 있습니다! 이 경험적으로 확립된 사실은 오디오 전력 증폭기의 피드백 사용으로 인한 피해 주제에 대한 추측과 특수한 튜브와 같은 투명도 및 사운드의 자연성에 대한 논쟁을 위한 무궁무진한 음식 역할을 합니다. 그러나 위의 사실로부터 요점은 OOS 자체의 존재(또는 부재)가 아니라 결과적으로 증폭기의 출력 임피던스에 있음이 분명합니다. 그것이 "개가 묻힌 곳"입니다! 네거티브 출력 저항 UMZCH의 사용에 대해 몇 마디 말할 가치가 있습니다. 네, 포지티브 전류 피드백(POF)은 기본 공진 주파수에서 GG를 약화시키고 보이스 코일에서 소모되는 전력을 줄이는 데 도움이 됩니다. 그러나 전압 소스의 작동 모드와 비교하더라도 특성에 대한 GG 인덕턴스의 영향을 증가시켜 댐핑의 단순성과 효율성을 지불해야 합니다. 이는 시정수 L 때문입니다.г/Rr은 다음과 같은 더 큰 값으로 대체됩니다. Lг/[아르 자형г+(-R출력 PA)]. 따라서 "GG + UMZCH"시스템의 임피던스 합계에서 유도 리액턴스가 우세하기 시작하는 주파수가 감소합니다. 마찬가지로 보이스 코일의 활성 저항의 열적 변화의 영향이 증가합니다. 보이스 코일의 변화하는 저항과 앰프의 일정한 음의 출력 저항의 합은 백분율로 더 많이 변합니다. 물론 R이라면밖으로.절대 값의 PA는 보이스 코일 권선의 활성 저항의 1/3 ~ 1/5를 초과하지 않으며 POS 도입으로 인한 손실이 적습니다. 따라서 작은 추가 댐핑 또는 저주파 대역에서 품질 계수의 미세 조정을 위해 약한 전류 POS를 사용할 수 있습니다. 또한, 현재 POS와 UMZCH의 전류 소스 모드는 서로 호환되지 않으므로 불행하게도 저주파 대역에서 GG의 전류 공급이 항상 적용 가능한 것은 아닙니다. 상호변조 왜곡으로 우리는 분명히 그것을 알아냈습니다. 이제 임펄스 특성의 신호를 재생할 때 GG 디퓨저에서 발생하는 배음의 크기와 지속 시간이라는 두 번째 질문을 고려해야 합니다. 이 질문은 훨씬 더 복잡하고 "얇습니다". 알려진 바와 같이, GH 디퓨저는 매우 대략적인 근사치에서만 무한히 견고한 것으로 간주될 수 있습니다. 사실, 그것들이 진동할 때 상당히 기이하게 구부러집니다. 이는 전체적으로 HG의 이동 시스템과 디퓨저의 많은 기생 공진 주파수가 존재하기 때문입니다. 펄스 신호가 통과한 후 각 공진 주파수에서 자유 진동이 즉시 소멸되지 않아 배음이 생성되고 사운드가 착색되고 선명도와 디테일이 숨겨져 스테레오 효과가 악화됩니다. 이론적으로 이러한 배음을 제거할 수 있는 두 가지 가능성이 있습니다. 첫 번째는 작동 주파수 범위를 넘어 모든 공진 주파수를 원초음파(50...100kHz) 영역으로 이동시키는 것입니다. 이 방법은 저전력 고주파 GG 및 일부 측정 마이크 개발에 사용됩니다. GG와 관련하여 이것은 "하드" 디퓨저의 방법입니다. 두 번째 가능성은 기생 공진의 품질 계수를 줄여서 진동이 너무 빨리 사라져서 들을 수 없도록 하는 것입니다. 이를 위해서는 굽힘 손실이 너무 커서 기생 공진의 품질 계수가 XNUMX에 가까운 "부드러운" 디퓨저를 사용해야 합니다. 그러나 "부드러운" 디퓨저가 있는 GG의 비선형 왜곡과 최대 음압은 "하드" 콘이 있는 GG보다 다소 나쁩니다. 반면에 "부드러운" 콘이 있는 GG는 일반적으로 사운드의 선명도, 무색 및 투명도 측면에서 크게 승리합니다. 따라서 상대적으로 "단단한" 디퓨저가 있는 GG를 사용하고 음향 댐핑을 도입하는 세 번째 옵션도 가능합니다. 이 경우 두 접근 방식의 장점을 어느 정도 결합할 수 있습니다. 이것은 스튜디오 컨트롤 라우드스피커(대형 모니터)가 가장 자주 제작되는 방식입니다. 당연히 감쇠된 HG가 전압 소스에서 전원을 공급받을 때 주 공진의 총 품질 계수가 급격히 떨어지기 때문에 주파수 응답이 크게 왜곡됩니다. 이 경우 전류 소스는 열 압축 효과를 배제하면서 동시에 주파수 응답을 균등화하는 데 도움이 되므로 바람직한 것으로 판명되었습니다. GG 디퓨저의 자유 진동에서 발생하는 배음에 관해서는 기생 공진 주파수가 일반적으로 주 공진 주파수보다 훨씬 높기 때문에 전류 또는 전압 소스가있는 GG의 작동 모드- 그들에게 실질적으로 영향을 미치지 않습니다. 기생 공진을 처리하는 유일한 직접적인 방법은 음향 감쇠입니다. 그러나 GG가 전류 소스에서 전원을 공급받을 때 여기 확률은 적습니다. 이러한 공진은 왜곡 제품에 의해 여기될 때 가장 두드러지기 때문입니다. GG의 이 작동 모드에 대한 이러한 왜곡 곱의 절대 진폭과 상대 진폭 모두 훨씬 더 작은 것으로 나타났습니다. 위의 내용을 요약하면 다음과 같은 실질적인 결론을 내릴 수 있습니다. 1. 전류 소스(전압 소스와 반대)에서 라우드스피커 헤드 작동 모드는 헤드 자체에서 발생하는 혼변조 왜곡을 크게 줄입니다. 2. 상호변조 왜곡이 낮은 라우드스피커에 가장 적합한 설계 옵션은 크로스오버 필터와 각 대역에 대한 별도의 증폭기가 있는 활성 다중 대역입니다. 그러나 이 결론은 GG 다이어트에 관계없이 사실입니다. 3. 전류 소스에서 헤드를 작동하면 주요 공진의 음향 감쇠가 필요하며, 그 결과 움직이는 시스템의 기생 공진의 일부 감쇠도 도중에 달성됩니다. 이렇게 하면 라우드스피커의 임펄스 응답이 향상되고 추가적인 사운드 착색을 제거하는 데 도움이 됩니다. 4. 증폭기의 높은 출력 임피던스를 얻고 왜곡을 적게 유지하기 위해서는 OOS를 전압이 아닌 전류로 사용해야 한다. 물론 저자는 제안된 왜곡 감소 방법이 만병통치약이 아니라는 점을 이해하고 있다. 또한 기성품 멀티밴드 스피커를 사용하는 경우 개개의 GG를 변경 없이 전류 공급이 불가능하다. 출력 임피던스가 증가한 앰프에 멀티 밴드 라우드 스피커를 전체적으로 연결하려는 시도는 왜곡이 감소하는 것이 아니라 주파수 응답의 급격한 왜곡으로 이어져 음조 균형이 깨집니다. 그럼에도 불구하고 GG의 상호변조 왜곡을 거의 XNUMX배 정도 감소시키는 것과 그러한 접근 가능한 방법에 의해 분명히 주목할 가치가 있습니다. 저자는 NIKFI 직원 A.P. Syritso에게 감사드립니다. 측정 및 Shraibman A.E. 결과를 논의하기 위해. 저자: S. Ageev, 모스크바; 게시: cxem.net
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