ЗВУКОВОСПРОИЗВОДЯЩИЙ АГРЕГАТ Российский патент 1997 года по МПК H04R3/04 

Изобретение относится к технике звуковоспроизведения и может быть использовано в устройствах воспроизведения звука, имеющих усилители и динамические громкоговорители.

Известен звуковоспроизводящий агрегат, содержащий выходной усилитель мощности и динамический громкоговоритель, катушка которого соединена выходом усилителя мощности (патент Великобритании N 1565858, кл. H 04 R 3/08, 1980).

В известном агрегате в схему усилителя мощности введены вспомогательные реактивные элементы, обеспечивающие улучшение частотной характеристики агрегата на низких частотах. Усилитель мощности в этом случае рассматривается как преобразователь величины реактивного сопротивления, согласующего низкоомное выходное сопротивление выходного каскада с реактивным сопротивлением катушки громкоговорителя. При этом усилитель мощности выполнен так, что значение отрицательного выходного сопротивления по модулю равно сопротивлению цепи катушки громкоговорителя. Указанный выбор величины выходного сопротивления не оказывает влияния на величину искажений в диапазоне средних и высоких частот.

Агрегат обеспечивает хорошее демпфирование колебаний диффузора громкоговорителя, но при воспроизведении звука появляются призвуки, вызывающие в области низких частот "бубнение", а в области средних и высоких частот - динамические искажения.

Техническим результатом изобретения является снижение искажений звуковоспроизведения.

Для достижения указанного технического результата в предлагаемом звуковоспроизводящем агрегате, в отличие от известного, усилитель мощности и катушка динамического громкоговорителя выполнены так, что выходное сопротивление усилителя больше по крайней мере в 1,26 раза, чем модуль полного сопротивления катушки громкоговорителя в диапазоне рабочих частот агрегата.

Эффект снижения искажений достигается при выполнении усилителя мощности с полным выходным сопротивлением от 3 до 10000 Ом, а катушки динамического громкоговорителя с полным сопротивлением от 2 до 17 Ом.

Наиболее просто реализовать подобный агрегат в том случае, когда выходной усилитель мощности охвачен отрицательной обратной связью по току.

При реализации звуковоспроизводящего агрегата с акустической системой, содержащей несколько динамических громкоговорителей, для каждого громкоговорителя используется свой усилитель мощности.

На фиг. 1 изображен звуковоспроизводящий агрегат; на фиг. 2 вариант реализации звуковоспроизводящего агрегата с отрицательной обратной связью по току; на фиг. 3 двухканальный звуковоспроизводящий агрегат; на фиг. 4 - двухполосный звуковоспроизводящий агрегат.

Звуковоспроизводящий агрегат (фиг.1) содержит выходной усилитель 1 мощности и динамический громкоговоритель 2, катушка которого соединена с выходом усилителя 1 мощности. Согласование выходного сопротивления усилителя 1 и сопротивления катушки громкоговорителя 2 обеспечено выбором схемотехнического решения усилителя.

Катушка динамического громкоговорителя 2 является источником механических колебаний диффузора, который при этом излучает звуковые волны. Звуковое давление, развиваемое диффузором, пропорционально его ускорению.

Уравнение движения диффузора имеет вид:
x″ + ω_px′/Q + ω2p

k коэффициент, определяемый конструкцией громкоговорителя.

I (t) ток, проводящий через катушку громкоговорителя.

Для правильного воспроизведения звука необходимо, чтобы ток в катушке громкоговорителя 2 был пропорционален входному сигналу и чтобы первое слагаемое в левой части уравнения было значительно больше двух остальных.

Выражение для тока может быть записано в виде:
I(t) [U(t) cx]/[Z + R]
где U(t) напряжение холостого хода на выходе усилителя мощности,
c коэффициент, определяемый величиной э.д.с. генерируемой при движении катушки громкоговорителя,
Z комплексный нелинейный оператор полного сопротивления катушки громкоговорителя, который зависит от частоты и величины тока, протекающего через катушку,
R выходное сопротивление усилителя мощности.

Если модуль оператора Z полного сопротивления громкоговорителя Z больше выходного сопротивления усилителя 1 мощности, то это приводит к сложной зависимости тока входного сигнала и, как следствие, к частотным, фазовым и нелинейным искажениям при воспроизведении звука. Если же выходное сопротивление усилителя 1 мощности больше модуля оператора Z полного сопротивления катушки громкоговорителя Z, то искажения тока значительно уменьшаются, что улучшает качество воспроизведения звука. Установлено, что для заметного улучшения качества звука достаточно, чтобы выходное сопротивление усилителя 1 мощности было в 1,26 раза больше модуля оператора полного сопротивления громкоговорителя 2 в диапазоне рабочих частот, при этом неравномерность частотной характеристики громкоговорителя не превышает стандартного допуска в 2 дБ.

Данное соотношение справедливо для усилителей мощности с выходным сопротивлением от 3 до 10000 Ом и динамических громкоговорителей с модулем полного сопротивления катушки от 2 до 17 Ом.

Наиболее просто реализовать звуковоспроизводящий агрегат с указанным соотношением сопротивлений при выполнении выходного усилителя 1 мощности по схеме с отрицательной обратной связью по току (фиг. 2), цепь которой образована резисторами 3, 4 и 5.

Выполнение усилителя 12 мощности звуковоспроизводящего агрегата с отрицательной обратной связью по току обеспечивает стабилизацию высокого активного выходного сопротивления усилителя 1 мощности и стабилизацию коэффициента усиления.

В варианте реализации многоканального звуковоспроизводящего агрегата, имеющего больше одного динамического громкоговорителя, для каждого из них используется отдельный усилитель. В частности, в варианте реализации с двумя динамическими громкоговорителями (фиг. 3) звуковоспроизводящий агрегат имеет кроме основного усилителя 1 и основного динамического громкоговорителя Z также дополнительный усилитель 6 и дополнительный динамический громкоговоритель 7.

В варианте реализации многополосного звуковоспроизводящего агрегата, имеющего больше одного динамического громкоговорителя, в котором каждый из громкоговорителей воспроизводит свою полосу звуковых частот, полосовой фильтр, выделяющий эту полосу частот, включен перед входом усилителя или встроен в усилитель. В частности, в варианте реализации с двумя динамическими громкоговорителями (фиг. 4) звуковоспроизводящий агрегат имеет кроме основного усилителя 1 основного динамического громкоговорителя 2 и полосового фильтра 3, предназначенных для воспроизведения звука в одной части частотного диапазона, также дополнительный усилитель 6, дополнительный динамический громкоговоритель 7 и полосовой фильтр 8, предназначенные для воспроизведения звука в другой части частотного диапазона.

Использование: радиотехника. Сущность изобретения: устройство содержит выходной усилитель мощности и динамический громкоговоритель, катушка которого соединена с выходом усилителя мощности. Модуль полного выходного сопротивления усилителя мощности в 1,26 раза превышает модуль полного сопротивления катушки динамического громкоговорителя во всем диапазоне рабочих частот. Технический результат, создаваемый изобретением, состоит в снижении искажений звуковоспроизведения. 4 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Звуковоспроизводящий агрегат, содержащий усилитель мощности и динамический громкоговоритель, катушка которого соединена с выходом усилителя мощности, отличающийся тем, что усилитель мощности выполнен с выходным сопротивлением, по крайней мере в 1,26 раза большим, чем модуль полного сопротивления катушки динамического громкоговорителя в диапазоне его рабочих частот. 2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что усилитель мощности выполнен с полным выходным сопротивлением от 3 до 10000 Ом, а катушка динамического громкоговорителя с полным сопротивлением от 2 до 17 Ом. 3. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что усилитель мощности охвачен отрицательной обратной связью по току. 4. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными усилителем мощности и динамическим громкоговорителем, а катушка последнего соединена с выходом дополнительного усилителя мощности. 5. Агрегат по п.4, отличающийся тем, что он снабжен полосовыми фильтрами, установленными перед входами усилителей мощности.