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BÜCHER UND ARTIKEL
Aktives Mehrwege-Lautsprechersystem
Verzeichnis / Die Kunst des Audios Mehrwege-Lautsprechersysteme sorgen für eine hohe Klangqualität, da jeder Lautsprecher speziell für die Wiedergabe eines bestimmten Frequenzbandes konzipiert und entsprechend optimiert ist. Bei Multiband-Lautsprechersystemen wird das Klangspektrum meist in zwei oder drei Bänder unterteilt. Um einen horizontalen resultierenden Frequenzgang zu gewährleisten, müssen sich die von jedem Lautsprecher wiedergegebenen Frequenzbänder reibungslos überlappen und einander ergänzen. Die Nichtübereinstimmung der Schalldruckpegel über die Bänder hinweg und die Erweiterung des gemeinsamen Wirkungsbereichs der Lautsprecher führen zu einer Verzerrung des Frequenzgangs. Daher ist es für die richtige Wahl wichtig, die Abhängigkeit des Schalldrucks von der Übergangsfrequenz zwischen den Bändern zu kennen (Abb. 1). Die obere Kurve entspricht rosa Rauschen, die untere Kurve entspricht moderner Musik:
Für ein 100-W-Dreiwegesystem mit Übergangsfrequenzen von 400 Hz und 3 kHz ergibt sich beispielsweise folgende Leistungsverteilung (bei gleicher Lautsprecherempfindlichkeit):
Zur Trennung der Bänder können sowohl passive als auch aktive Filter verwendet werden, aktive Filter sind derzeit jedoch deutlich kostengünstiger als hochwertige passive Filter, die kernlose Induktivitäten und nicht-elektrolytische Kondensatoren verwenden. Darüber hinaus weisen aktive Filter nicht die wesentlichen Nachteile passiver auf:
Aktive Filter können jedoch nur mit separaten Verstärkern für jedes Frequenzband verwendet werden, und es ist praktisch, monolithische integrierte Verstärker zu verwenden. In einigen Fällen sind keine komplexen Filter erforderlich und zur Trennung der Bänder genügt die Verwendung einfachster RC-Ketten mit einer Frequenzgangssteilheit von 6 dB/Oktave. Aufgrund der Tatsache, dass ein solcher Filter frei von Phasen- und Übergangsverzerrungen ist, werden hervorragende Ergebnisse erzielt. Die geringe Dämpfung der einfachsten RC-Filter erfordert jedoch den Einsatz von Lautsprechern, die verzerrungsfrei und über den Durchlassbereich des Filters hinaus arbeiten können.
Eine elegante und nicht weniger effektive Lösung – ein Filterverstärker (Power Filter) – wurde von SGS-THOMSON vorgeschlagen. Die vorgeschlagene Schaltung kombiniert einen Leistungsverstärker und einen Filter zweiter Ordnung (12 dB/Oktave) oder dritter Ordnung (18 dB/Oktave). Die Funktionsweise der Schaltung beruht darauf, dass am Signaleingang und am Rückkopplungseingang des Verstärkers zwei identische Gleichtaktspannungen anliegen, die für den Betrieb des aktiven Filters erforderlich sind. Der Widerstand auf der Eingangsseite des OOS beträgt üblicherweise etwa 100 Ohm, auf der Signalseite ist er sehr hoch, was ebenfalls zur korrekten Funktion der Schaltung beiträgt. Vom Schaltungsaufbau her ähneln sie Sallen-Key-Filtern. Abbildung 2 zeigt eine Schaltung eines HF-Filterverstärkers mit einer Grenzfrequenz von 900 Hz, der einen Bessel-Filter 3. Ordnung implementiert. Abbildung 3 zeigt ein Diagramm eines aktiven Drei-Wege-Akustiksystems, das nach dem vorgeschlagenen Prinzip aufgebaut ist. Es wurden Butterworth-Filter 2. Ordnung mit Grenzfrequenzen von 300 Hz und 3 kHz verwendet. Der Mitteltonbereich besteht aus zwei in Reihe geschalteten Hochpass- (R10R11C10C11) und Tiefpassfiltern (R12R13C12C13). In der Niederfrequenzverbindung kommt die indirekte Stromentladung zum Einsatz. Das Ansteuersignal für die Ausgangstransistoren wird von den Widerständen im Stromversorgungskreis des Verstärkers entfernt. Bei einer Versorgungsspannung von 36 V beträgt die Ausgangsleistung des NF-Kanals 25 W bei THD=0,06 % und 30 W bei THD=0.5 %.
Die Verstärkung der Mittel- und Hochfrequenzkanäle wird entsprechend der Empfindlichkeit und Impedanz gängiger dynamischer Köpfe gewählt (die Empfindlichkeit der Mittel- und Hochfrequenzköpfe ist normalerweise 3...4 dB höher als die der Niederfrequenz). Bei Bedarf können Sie die Empfindlichkeit von Bandpassverstärkern anpassen, indem Sie die OOS-Schaltkreise (R6, R15 und R22) anpassen. Um eine Selbsterregung zu verhindern, sollte die Verstärkung nicht unter 20 dB eingestellt werden, d. h. Der Widerstandswert dieser Widerstände sollte nicht weniger als 1 kOhm betragen. Wie die Praxis der Wiederholung dieser Schaltung gezeigt hat, kann der Widerstandswert der Stromsensorwiderstände R7 und R8 auf 2,2 Ohm erhöht werden. Dadurch wird durch die Umverteilung der Leistung zu den Transistoren die Erwärmung der Mikroschaltung bei hohen Signalpegeln etwas reduziert. Elektrolytkondensatoren müssen eine Betriebsspannung von mindestens 50V haben. Die Leistung der Widerstände der Kompensationsschaltungen sollte 2 W betragen. Schutzdioden VD1-VD6 – jedes Silizium mit einer zulässigen Sperrspannung von mindestens 50 V und einem Durchlassstrom von mindestens 1 A, zum Beispiel KD243. Die Ausgangstransistoren VT1 und VT2 können durch ein herkömmliches Komplementärpaar KT816/817 oder KT818/819 ersetzt werden. Sie können auch das modernere Paar KT864/865 verwenden. Transistoren müssen die gleichen Buchstabenindizes haben. Anstelle von tdA2030A können Sie ein funktionales Analogon aus inländischer Produktion verwenden – K174UN19A (der harmonische Koeffizient erhöht sich auf 0.1...0.5 %). Bei Verwendung dieser Mikroschaltung sollte zur Erhöhung der Zuverlässigkeit die Versorgungsspannung auf 30...32 V reduziert werden, was praktisch keinen Einfluss auf die Ausgangsleistung hat. Bei der Installation ist zu berücksichtigen, dass der Mikroschaltungskörper an Pin 3 angeschlossen ist. Um die Klangqualität weiter zu verbessern, lohnt es sich, von hochkapazitiven Oxid-Koppelkondensatoren am Verstärkerausgang abzuweichen und auf eine bipolare Stromversorgung umzusteigen. Eine Variante der Schaltung für diesen Fall ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Es ist besser, unpolare Kondensatoren C1, C4, C14, C21 zu verwenden. Sonstige Empfehlungen zum Teileaustausch und Einbau behalten weiterhin ihre Gültigkeit.
Es stehen zwei Hauptdesignoptionen zur Verfügung. Bei der ersten Variante werden Bandpassverstärker in die Lautsprecher eingebaut und ein separater Vorverstärker verwendet. Bei einer Eingangsimpedanz von nur 600 Ohm haben die Eigenschaften des Verbindungskabels keinen Einfluss auf das Signal. Es ist jedoch ein Vorverstärker mit ausreichend starker Ausgangsleistung erforderlich, der eine Last mit einem Widerstand von 600 Ohm ansteuern kann. Es kann auf einem Operationsverstärker mit „paralleler“ Ausgangsstufe oder auf einem leistungsstarken Operationsverstärker K157UD1 durchgeführt werden. Zum Anschluss eines Aktivlautsprechers eignet sich in dieser Ausführungsform jedes abgeschirmte Kabel oder auch Twisted-Pair ohne Abschirmung, wenn die Länge bis zu 2-3 m beträgt. Verlegen Sie die Signal- und Stromkabel nur nicht nebeneinander und parallel. Die zweite Option verwendet passive Lautsprecher und einen vollständigen Drei-Wege-Verstärker. Der Nachteil besteht darin, dass Sie zu jedem Lautsprecher drei Kabelpaare verlegen müssen. In dieser Ausführungsform ist es möglich, die Eingangsimpedanz von Bandpassverstärkern auf 10 kOhm zu erhöhen, was die Verwendung üblicher Vorverstärkerschaltungen ermöglicht. Unstabilisierte Versorgungsspannung für bipolare Version +-18 Volt mit einem Laststrom von mindestens 2A (pro Kanal). Der Transformator soll eine Spannung von 2x16.5 Volt erzeugen (Wicklung mit Anzapfung von der Mitte). Gleichrichterfilter – mindestens 2x22000 µF mit einer gemeinsamen Stromversorgung für alle Verstärker und 2x10000 µF – mit separater Stromversorgung für jeden Kanal. Sie können in jeden Lautsprecher ein separates Netzteil einbauen oder ein gemeinsames Netzteil verwenden und die Gleichspannung verteilen. Diese Option ist auch geeignet, allerdings muss die Filterkapazität in zwei Teile geteilt und einer davon im Lautsprecher installiert werden, um den Einfluss des Widerstands der Stromkabel zu eliminieren. Veröffentlichung: www.bluesmobile.com/shikhman
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