Anwendung elektroakustischer Rückkopplung bei Aktivlautsprechern. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Lautsprecher

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In dem Artikel betrachtet der Autor die Arten der Rückkopplung, die den Leistungsverstärker abdecken, wobei auch einige Eigenschaften der Emitter des akustischen Systems berücksichtigt werden, wodurch die Mängel der Lautsprecher bis zu einem gewissen Grad korrigiert werden. Elektroakustisches Feedback (EAOS) reduziert am effektivsten verschiedene Verzerrungen im Niederfrequenzband, die Anwendbarkeit dieser Technologie ist jedoch nur auf Lautsprecher mit integriertem UMZCH beschränkt. Der Autor schlägt eine kurze Methodik zur Berechnung einer solchen AU und ein Diagramm zusätzlicher elektronischer Komponenten vor.

Beachten Sie, dass der Autor seine aktiven Lautsprecher wiederholt auf Ausstellungen präsentiert hat (mit integriertem UMZCH und EAOS). Sie zeichnen sich durch realistischen Klang und besondere Reinheit im Bassregister aus, in dem EAOS tätig ist.

Unter den Hauptproblemen einer hochwertigen Klangwiedergabe (SV) im NF-Band durch akustische Systeme (AS) mit elektrodynamischen Köpfen (EDG) lassen sich zwei Hauptprobleme unterscheiden: Verzerrung des Frequenzgangs und Phasengangs sowie a große Menge an nichtlinearer Verzerrung (NI), insbesondere bei niedrigen Frequenzen. Die Gründe für Ersteres sind Kompromisse bei der Auswahl der Lautsprecher, deren akustischem Design (AO) sowie den akustischen Eigenschaften des Hörraums (KdP) und der Platzierung der Lautsprecher darin. Das Ergebnis dieser Art von Verzerrung ist eine Transient Response (TR)-Verzerrung, die zu einer Verzerrung der Audiosignalhüllkurve führt, insbesondere bei plötzlichen Pegeländerungen. Diese werden üblicherweise als „Unschärfe“, „Brummen“ und „Bassverzögerung“-Effekte bezeichnet.

Der Hauptgrund für das zweite Problem ist die Notwendigkeit einer deutlichen Vergrößerung der Verschiebung (Hub) des EDG-Kegels, was besonders dann zum Tragen kommt, wenn dieser nicht ausreichend steif ist und zum Auftreten zusätzlicher Obertöne führt.

Methoden zur Reduzierung von Verzerrungen in Lautsprechern

Im Folgenden betrachten wir kurz die Möglichkeiten des Einsatzes verschiedener Methoden zur Überwindung oder Reduzierung dieser Probleme bei den gängigsten Lautsprechertypen mit AO in Form eines Phasenumrichters (FI) und einer geschlossenen Box (CL), jedoch ohne Berücksichtigung der Einfluss der KdP-Akustik und der Position des Lautsprechers darin.

AS mit AO in Form von FI kann bei richtiger Umsetzung den Frequenzgang im Bereich der unteren Grenzfrequenz im SV-Band deutlich erweitern sowie NI reduzieren und, was besonders wichtig ist, bei relativ kleinen AS-Volumina , verglichen mit AS in Form von CL. All diese Vorteile gehen jedoch mit erheblichen Verzerrungen der RP einher, die oft das Hauptkriterium für die Beurteilung der Qualität von Schadstoffen sind, natürlich unter Berücksichtigung des gegebenen Funktionszwecks der AU.

Ein AS mit AO in Form eines WA hat einen viel besseren RP, allerdings erfordert dies eine deutliche Erhöhung der Lautstärke des AS mit einer Verringerung der unteren Grenzfrequenz im SV-Band.

Um die Qualität der Schadstoffe durch die Lautsprecher mit diesen beiden AO-Typen zu verbessern, ist eine gemeinsame Korrektur des Frequenzgangs und des Phasengangs [1] sowie deren gemeinsamer Einsatz mit Leistungsverstärkern (PA) mit negativer Ausgangsimpedanz [2] erforderlich. , wird am häufigsten verwendet, was den RP aufgrund der besseren EDG-Dämpfung deutlich verbessert.

Eine andere, weniger verbreitete, aber sehr effektive Methode basiert auf der Verwendung von elektromechanischer Rückkopplung (EMOS). In diesem Fall ist es wichtig, dass die OS-Schaltung den EDG abdeckt – die Hauptquelle aller Arten von Verzerrungen, die bei dieser Methode proportional zur Tiefe des EMOS abnehmen. Unter den zahlreichen Möglichkeiten zur Umsetzung der EMOS-Idee ist die Verwendung eines Beschleunigungsmessers in Form eines piezoelektrischen Sensors, der auf der Oberfläche des EDG-Diffusors befestigt ist, die am weitesten verbreitete [3–5]. Das elektrische Signal des Sensors, das beim Schwingen des EDG-Diffusors entsteht und proportional zum Schalldruck ist, wird im EMOS-Schaltkreis ständig mit dem Originalsignal der Quelle verglichen. In diesem Fall wird aufgrund des Differenzsignals die notwendige Korrektur durchgeführt, um die Übereinstimmung des Schalldrucks mit dem Schallsignal der Quelle zu erreichen. Es ist auch möglich, andere Methoden zur Einführung einer negativen Rückkopplung (NFB) zu verwenden, beispielsweise die Verwendung einer separaten zusätzlichen Schwingspule („Sensor“) als Sensor, deren Signal zur Isolierung des Korrektursignals in der CNF-Schaltung verwendet wird. Diese Art von OOS wird als elektrodynamisches Feedback (EDOS) bezeichnet, ihre Verwendung ist jedoch nur auf Lautsprecher beschränkt, in denen EDGs über eine zusätzliche Spule verfügen.

Am schwierigsten umzusetzen, aber auch am effektivsten ist die Methode, bei der ein Mikrofon als Drucksensor in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des EDG-Diffusors installiert wird. In diesem Fall findet eine elektroakustische Rückkopplung (EAOS) statt, die alle vom Mikrofon erkannten Verzerrungsarten, unabhängig von den Gründen, am besten berücksichtigt. Mit EAOS können Sie die genaueste Korrektur vornehmen, da das elektrische Signal vom Mikrofon keiner zusätzlichen Umwandlung bedarf. Die geringe Verbreitung des Einsatzes von EAOS ist auf Schwierigkeiten bei der Designumsetzung zurückzuführen, kann sich aber mit dem erzielten Ergebnis beispielsweise bei X-10-Studiomonitoren von Meyer Sound (USA) sehen lassen [6].

Der Nachteil aller oben aufgeführten Methoden hinsichtlich der Möglichkeiten zur Verbesserung der Schadstoffqualität bei niedrigen Frequenzen liegt in der Notwendigkeit verschiedener konstruktiver Ergänzungen. Daher ist die 1978 von der schwedischen Firma Audio Pro vorgeschlagene Technologie der „Kopplung“ von LF EDG und PA von großem Interesse. Die als ACE Bass (Amplifier Controlled Euphonic Bass) [7] bezeichnete Technologie erfordert keine strukturellen Zusätze und ermöglicht eine Reduzierung der unteren Grenzfrequenz des Schadstoffs, ohne die Abmessungen des Lautsprechergehäuses mithilfe von EDH zu vergrößern, dessen natürliche Resonanzfrequenz kann deutlich höher sein als die untere Grenzfrequenz des Schadstoffs im Lautsprecher.

Das Funktionsprinzip des Systems besteht darin, dass der EDG vom PA angeregt wird, dessen Ausgangsimpedanz einen komplexen komplexen Charakter hat: Bei bestimmten Frequenzen ist er negativ oder positiv und komplex.

Das ACE-Bass-System kann auf verschiedene Arten implementiert werden, insbesondere kann eine negative Ausgangsimpedanz entweder mit einer positiven Stromrückkopplung oder mit einem negativen Widerstandswandler implementiert werden. Die Implementierung des Systems ist für PA mit unterschiedlicher anfänglicher Ausgangsimpedanz möglich.

Der Effekt einer signifikanten Abnahme des NI wird durch das Überwiegen der linearen elektrischen Parameter des EDG im Vergleich zu den nichtlinearen mechanischen Parametern, die in einen elektrischen Schaltkreis umgewandelt werden, erklärt. Der weit verbreitete Einsatz der ACE-Bass-Technologie wird durch die Notwendigkeit erschwert, eine relativ große Anzahl von EDD-Parametern zu berücksichtigen, von denen ein erheblicher Teil normalerweise nicht in den Spezifikationen enthalten ist.

Um die Machbarkeit des Einsatzes von EAOS bei der Modernisierung von Kernkraftwerken mit AO in Form eines EP oder in deren Design zu beurteilen, müssen drei Hauptkriterien herangezogen werden.

Das erste Kriterium ist ein wirtschaftliches Kriterium, bei dem der Anstieg der Kosten für alle vorhandenen oder in Planung befindlichen Audiogeräte bewertet wird, die am Umweltverschmutzungsprozess beteiligt sind. Gleichzeitig werden die Mehrkosten anhand der Anschaffungs- bzw. Herstellungskosten aller notwendigen mechanischen und elektronischen Komponenten sowie der Kosten für deren Installation und Einstellung berechnet.

Das zweite Kriterium ist konstruktiv und technologisch, es bewertet die tatsächlichen Möglichkeiten der Installation eines Sensormikrofons mit Befestigungselementen in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des EDG-Diffusors.

Das dritte, technische Kriterium bewertet die tatsächlichen Möglichkeiten zur Verbesserung der Schadstoffqualität. Bei der Modernisierung, und dabei handelt es sich lediglich um die Hinzufügung von EAOS, ist zu berücksichtigen, dass die Erweiterung des Frequenzgangs in den Tieftonbereich mit einer proportionalen Verringerung des maximalen Schalldrucks um einen Wert in der Regel nicht mehr als 6 einhergeht dB, was der notwendigen Korrektur des Frequenzgangs entspricht.

Merkmale der Berechnung von AS mit EAOS

Bei der Auslegung eines AP mit AO in Form eines Schalllochs mittels EAOS ist der Hauptangabewert in der Regel der maximale Schalldruck (S_max) bei einer gegebenen niedrigeren Frequenz (f_н) im SV-Band mit linearem Frequenzgang.

Während des Designprozesses werden der Lautsprechertyp, die optimale Resonanzfrequenz des Tieftonkopfes (f_c) in der AU installiert, die erforderliche Ausgangsspannung der PA bei einer Frequenz y, sowie die strukturellen und schematischen Diagramme des gesamten Schadstoffsystems mit einer Auswahl aller Arten von Elementen.

Betrachten Sie als Beispiel eine Designoption: p_max = 2 Pa (100 dB), f_н = 30 Hz ohne Berücksichtigung des Einflusses des KdP und der Platzierung des AS darin.

Die Erstberechnung erfolgt ohne Berücksichtigung der Maßnahmen der EEA. Wie bekannt ist [8], wird der Schalldruck durch die Formel bestimmt

p = (х' S f ρ) / r, (1)

wobei x' = 2π f x die Diffusorgeschwindigkeit ist; х ist die Verschiebungsamplitude des EDG-Diffusors in einer Richtung; S – Diffusorfläche; f ist die Messfrequenz; ρ = 1,225 kg/m³ - Luftdichte; r - Entfernung zum Messempfänger.

Durch Ersetzen des Wertes x' transformieren wir die Formel (1)

p = (2π f²x S ρ) / r, (2)

aber S x \u2d V ist das bewegte Luftvolumen. Dann wird Formel (XNUMX) in die Form umgewandelt

p = (2π f²V ρ) / r, (3)

für r = 1 m haben wir

V = p / (2π f²ρ), (4)

и

x = V / S = p / (2π f²·ρ·S). (5)

Betrachten Sie beispielsweise die Möglichkeit, EDH LAB12 von Eminence (USA) mit einer Diffusoroberfläche S = 506,7 cm zu verwenden² = 5,067 10^-2 м², während für p = p_max = 2 Pa und f = 30 Hz:

x =2 / (2 3,14 30²1 5,067 10^-2) = 0,57 10^-2 m = 5,7 mm,

Dies ist viel kleiner als der Passwert des linearen Verfahrwegs x = ±13 mm des ausgewählten EDG. Für weitere Berechnungen verwenden wir Passdaten: f_schneiden \u22d XNUMX Hz - Resonanzfrequenz in Luft ohne AO, p_о = 89,2 dB - Empfindlichkeit entsprechend der Spannung U_o = 2,83 V (11,2 dB) am Ausgang der PA bei f = 100 Hz, Q_ts = 0,39 - Qualitätsfaktor.

Es empfiehlt sich, den Wert der optimalen Resonanzfrequenz des EDG, der im AU-Gehäuse mit AO in Form eines CL eingebaut ist und eine geringe Unebenheit des Frequenzgangs bietet, gemäß den Empfehlungen aus [9] mit der Formel zu berechnen

f_с = (f_schneidenQ_tc) / Q_ts , (6)

wobei Q_tc = 0,707 – Gesamtqualitätsfaktor des EDG im AU-Fall. Auf diese Weise

f_с = (22 0,707) / 0,39 = 40 Hz.

Berechnung des erforderlichen Wertes der Ausgangsspannung vom PA (U_O) bei der Frequenz f_н = 30 Hz bei p_max = 100 dB wird normalerweise unter Verwendung des Frequenzgangs des im Lautsprechergehäuse installierten EDG mit einem bestimmten AO erzeugt. Ein solcher Frequenzgang kann durch die Implementierung eines Hochpassfilters zweiter Ordnung mit f mit ausreichender Genauigkeit für die Praxis modelliert werden_c = 40 Hz und Q = 0,707 nach dem Sallen-Kay-Schema [10], das in Abb. dargestellt ist. 1.

Reis. 1. Sallen-Kay-Schema 

Die Ergebnisse der Messungen des Frequenzgangs und Phasengangs eines solchen Hochpassfilters sind in Abb. 2 grafisch dargestellt. 2. Diese Messungen wurden, wie alle folgenden, an einem speziellen Tongerät „AXNUMX – Audio Measurement System“ von Neutrik durchgeführt.

Reis. 2. Diagramm der Ergebnisse der Messungen des Frequenzgangs und des Phasengangs für HPF

U-Werte_O von UM unter Berücksichtigung der direkten Proportionalität zwischen U_O und Schalldruck, angegeben in Dezibel, werden durch die Formel ermittelt

U_O = U.₁ +ΔU₁ , 

wo bist du₁ = U._o + (S_max - P_o) = 11,2 + (100 - 89,2) = 23 dB (11 V) - U-Wert_Oentsprechend S_max = 100 dB bei f = 100 Hz, ΔU₁ \u6d 2 dB - das Ausmaß der Abnahme des Frequenzgangs (Abb. XNUMX) bei einer Frequenz f_н = 30 Hertz.

Also u_O = 6 + 23 = 29 dB (22 V). 

Der Autor verwendet PA mit Verstärkung K_у = 13,5 dB, dann beträgt die Empfindlichkeit des Systems U_vh = U.₁ - ZU_у = 23 - 13,5 = 9,5 dB (2,3 V).

Ein vereinfachtes Blockdiagramm des Schadstoffsystems unter Verwendung von EAOS ist in Abb. dargestellt. 3, wobei PA ein Leistungsverstärker ist; AC – Lautsprecher (GR) mit EDG und Mikrofon (M) mit Verstärker (MU); PUNC – Niederfrequenz-Bandpass-Spannungsverstärker; Σ - Addierer der Signale vom Haupt- und vom EAOS.

Reis. 3. Vereinfachtes Blockdiagramm des Schadstoffsystems mit EAOS

Wie aus dem Diagramm in Abb. ersichtlich ist. 3, EAOS wird durch die Einbeziehung von Gy in die OOS-Schleife durch einen Mikrofonsensor gebildet. Wie aus Abb. 3 vorausgesetzt, dass die End-to-End-Spannungssignalverstärkung für den PA beibehalten wird (Ku = 13,5 dB = const), werden Tiefe und Reichweite des EAOS vollständig durch die Eigenschaften des PULF bestimmt. In diesem Fall ist die maximale Tiefe des EAOS durch die Stabilitätsgrenze bei ELF (Infralow-Frequenzen) begrenzt. Die obere Frequenz des EAOS-Bandes wird aus der Bedingung ausgewählt, dass die minimale Zeitverzögerung (Phasenverzögerung) in die EAOS-Schaltung eingeführt wird, und wird unter Berücksichtigung des tatsächlichen Abstands vom Mikrofonsensor zur Oberfläche des EDG-Diffusors bestimmt. Natürlich darf dieser Abstand nicht kleiner sein als nötig, entsprechend der maximalen Verschiebung x_max = ±5,7 mm. Der Autor verwendet einen Abstand von 12 mm. Gleichzeitig hält der Autor die Ungleichheit für ausreichend

λ ≥ 100 x, aber λ = v/f, dann f < v/λ,

wobei λ die Länge der Schallwelle ist; v ist die Geschwindigkeit der Schallausbreitung in Luft (340 m/s); f ist die Frequenz des Audiosignals.

Somit ist f ≤ 340/ /(100 12 10^-3) ≤ 283 Hz.

Elektronische Komponenten des Systems mit EAOS

Das eigentliche praktische Blockdiagramm des Schadstoffsystems mit EAOS, dargestellt in Abb. 4 unterscheidet sich vom vereinfachten Diagramm in Abb. 3 durch die Einführung zusätzlicher Funktionseinheiten: PU – Signalvorverstärker, der die notwendige Koordination mit der MU bei minimaler Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses und der notwendigen Spannungsverstärkung gewährleistet; CL – Linkwitz-Korrektor, der mit seiner großen Tiefe und der Schaffung eines ausreichenden Stabilitätsspielraums für die FIN für die notwendige Korrektur des Frequenzgangs und des Phasengangs von Signalen in der EAOS-Schleife sorgt; LPF – Tiefpassfilter, der Signale mit Frequenzen begrenzt, die über der oberen Frequenz des EEA-Bands liegen; HPF – ein Hochpassfilter, der eine Überlastung des Systems mit ELF-Signalen verhindert.

Reis. 4. Strukturdiagramm des Schadstoffsystems mit EAOS

Ein vollständiger Schaltplan der PV-Anlage mit EAOS, entsprechend dem Blockschaltbild in Abb. 4 ist in Abb. dargestellt. 5, wo es zur besseren Betrachtung des Zusammenspiels aller Elemente im PA-System in Form eines invertierenden Verstärkers am Operationsverstärker DA3.1 und Gr, M und MU in Form von a dargestellt ist Hochpassfilter auf DA3.2, an dessen Ausgang der R14-Regler eingeschaltet ist, mit dem Sie die Tiefe des EAOS ändern können.

Reis. 5. Schematische Darstellung des Schadstoffsystems mittels EAOS (zum Vergrößern anklicken)

Betrachten Sie den Pfad des Hauptsignals von der Quelle, der mit einem Hochpassfilter zweiter Ordnung beginnt, der gemäß dem Sallen-Kay-Schema auf DA1.1 und C1, C2, R1, R2 implementiert ist. Auswahl der Grenzfrequenz f_c = 21,4 Hz wurde nach Analyse der Ergebnisse der Messung des Frequenzgangs für den Schalldruck mit dem eingeführten EAOS ermittelt. Vom Ausgang des HPF wird das Signal dem Widerstand R3 zugeführt, der eines der Elemente des Addierers ist, und dann über den Kondensator C3 dem Eingang des PUNCH zugeführt. Dieser Kondensator sorgt für eine DC-Isolierung des nichtinvertierenden Verstärkers auf DA2.1 vom HPF und den Elementen in der EAOS-Schaltung. Die Auswahl der Nennwerte der R5С3-Schaltungselemente erfolgt auf der Grundlage ihres minimalen Einflusses auf den Frequenzgang und den Phasengang bei f<10 Hz.

PUNCH ist auf den Operationsverstärkern DA2.1 und DA2.2 implementiert, und der Verstärker auf DA2.1 sorgt für die notwendige Tiefe des EAOS und des HPF zweiter Ordnung mit f_c = 290 Hz, enthalten in der OOS-Schaltung für DA2.1, legt die obere Frequenz des EEA-Bandes fest. Der gemessene Frequenzgang und Phasengang für den PLF sind in Abb. dargestellt. 6.

Reis. 6. Gemessener Frequenzgang und Phasengang für PUNCH

Auswahl des Widerstandsverhältnisses der Widerstände R7/R6 und Grenzfrequenz f_c = 290 Hz für HPF auf DA2.2 wird unter Berücksichtigung der Bereitstellung maximaler Verstärkung bei einer Frequenz von f = 40 Hz erstellt. Einschränkungen in der Steilheit des HPF werden durch Stabilitätsprobleme verursacht. Vom PUNCH-Ausgang (Punkt A) wird das Signal dem PA-Eingang des Operationsverstärkers DA3.1 und dann dem Äquivalent von Gr am DA3.2 (siehe Abb. 1) mit einem Ausgang (Punkt B) zugeführt EAOS-Tiefenregler (R14).

Der EAOS-Signalpfad beginnt am symmetrischen Eingang des Bedienfelds (Punkte C und D), implementiert auf dem Operationsverstärker DA5.1 mit einer Spannungsverstärkung von K_у = 1. Die anschließende (Haupt-)Verstärkung erfolgt über einen nichtinvertierenden Verstärker, der auf dem Operationsverstärker DA5.2 mit K aufgebaut ist_у=1+R22/R20. Der Kondensator C16 verhindert das Eindringen von Signalen mit einer konstanten Komponente von vorherigen Stufen zum Eingang DA5.2 und seine Kapazität wird unter Berücksichtigung der geringen Auswirkung auf den Frequenzgang und den Phasengang im Bereich der unteren Frequenz des EAOS ausgewählt. Die Elemente C17 und R21 dienen der Korrektur des Frequenzgangs und des Phasengangs bei der oberen Frequenz des EAOS-Bandes in seiner großen Tiefe.

Der dem PU folgende Linkwitz-Korrektor (CL) erzeugt die notwendige Korrektur des Frequenzgangs und des Phasengangs, die in den Diagrammen von Abb. dargestellt sind. 7. Die Berechnung der CL-Elemente erfolgte auf Basis der Analyse des Frequenzgangs (Abb. 8, a) und des Phasengangs (Abb. 8, b) des Systems vor der Einführung des EAOS und auch unter Berücksichtigung der Bereitstellung einer kleinen Ungleichmäßigkeit des Frequenzgangs, mit einem maximalen Ausfall des Frequenzgangs bei einer Frequenz f_н = 30 Hz um nicht mehr als 0,9 dB. Das letzte Glied in der EAOS-Signalkette ist ein Hochpassfilter zweiter Ordnung, der nach dem Sallen-Kay-Schema auf DA1.2 und C22, C23, R29, R30 mit einer wählbaren Grenzfrequenz f implementiert ist_c2 = 1,05 f_c1= 1,05 · 290 = 305 Hz, wobei f_c1 - HPF-Grenzfrequenz in PUNCH auf DA2.2, gleich 290 Hz.

Reis. 7. Korrektur von Frequenzgang und Phasengang

Reis. Abb. 8. Berechnung von CL-Elementen basierend auf der Analyse von Frequenzgang (a) und Phasengang (8, b)

Die Ergebnisse der Messungen des Frequenzgangs und des Phasengangs des EAOS-Signalpfads vom Eingang (Punkt C) zum Ausgang (Punkt E) sind in den Diagrammen von Abb. dargestellt. 9. Das Ausgangssignal des EAOS (am Punkt E) wird über den Widerstand R4 mit dem Hauptsignal am Eingang des PUNCH gemischt. Das gewählte Widerstandswiderstandsverhältnis R4/R3 ≈ 2 bietet sowohl eine ausreichende Störfestigkeit als auch einen ausreichenden Spielraum für die erforderliche maximale Spannung vom DA1.2-Ausgang unter Berücksichtigung der Empfindlichkeit des Systems (U_vh = 2,3 V) und eine große EAOS-Tiefe.

Reis. Abb. 9. Die Ergebnisse der Messungen des Frequenzgangs und des Phasengangs des EAOS-Signalpfads vom Eingang (Punkt C) zum Ausgang (Punkt E)

Anforderungen an den EAOS-Sensor (Mikrofon)

1. Der maximal zulässige, gemessene Schalldruckpegel, begrenzt durch den THD-Wert von nicht mehr als 0,2 % im Frequenzband 1 ... 300 Hz, nicht weniger als 40 dB mehr als der in einem Abstand von 1 angegebene Schalldruckpegel M.

2. Ungleichmäßiger Frequenzgang im Frequenzband 1 ... 300 Hz - nicht mehr als ± 0,2 dB.

3. Richtungsmuster - kreisförmig.

4. Stabilität der Parameter über einen langen Betriebszeitraum bei Änderungen der Temperatur, Luftfeuchtigkeit und des Umgebungsdrucks unter realen Betriebsbedingungen.

Als Sensor kann ein fertiges Messmikrofon, das die oben genannten Anforderungen erfüllt, oder ein selbstgebautes Mikrofon verwendet werden. Im letzteren Fall müssen Sie lediglich eine Kapsel eines klassischen Kondensatormikrofons (z. B. MK-265 oder AKG CK62-ULS) oder eines Elektretmikrofons erwerben. Die Kapsel muss durch einen Mikrofonverstärker (MU) ergänzt werden, der üblicherweise zur Reduzierung des Eindringens verschiedener Störungen im selben Gehäuse wie die Kapsel untergebracht ist.

Unter Berücksichtigung der engen Position des Mikrofons in Bezug auf die Oberfläche des EDG-Diffusors und damit des Empfangs eines ausreichend großen Signals vom MU-Ausgang ist es möglich, die MU-Schaltung durch die Verwendung eines Spannungsfolgers erheblich zu vereinfachen. Zwei mögliche Schemata solcher MUs sind in den Abbildungen dargestellt. 10, wo separate Transistoren oder integrierte Schaltkreise verwendet werden. Ein Merkmal dieser MUs ist eine hohe Eingangsimpedanz, um in Zusammenarbeit mit einer Signalquelle in Form eines Mikrofons, in unserem Fall einem kapazitiven Sensor mit geringer Kapazität, eine niedrige Grenzfrequenz des SV-Bandes zu erreichen. Diese Kapazität bestimmt zusammen mit dem Widerstand R1 die untere Frequenz des Messbandes f ≈ 0,5 ... 1 Hz mit einer Abnahme des Frequenzgangs von maximal 0,2 dB.

In MU in Abb. In 10a wird ein tiefes gemeinsames OOS für Gleich- und Wechselstrom verwendet, indem der Kollektor des Transistors VT2 mit der Quelle VT1 verbunden wird, was die Stabilisierung der Modi gewährleistet. Darüber hinaus verfügt der MU auch über einen POS für die Spannung von Ausgang 1 über den Widerstand R1, wodurch der Eingangswiderstand des MU zu R erhöht wird_vh = R1/(1 - K_у), wo K_у - Spannungsübertragungskoeffizient vom Eingang (Gate VT1) zum Ausgang 1. Der Spannungsabfall an R3 legt die Vorspannung (U) fest_zi) für VT1, wodurch Nullpotential am Ausgang 1 bereitgestellt wird.

Reis. 10. Varianten von MU-Schemata 

Der Widerstandswert des Widerstands R4 wird entsprechend der maximalen Dämpfung externer Störungen (Gleichtaktmodus) ausgewählt, die auf die Signalübertragungsleitung zum symmetrischen Eingang des Geräts zur weiteren Signalverstärkung wirken (Eingang des Bedienfelds im Diagramm in Abb. 5). ). Die minimale Störung entspricht der Gleichheit der Wechselstromwiderstände für die Ausgänge 1 und 2 (relativ zur gemeinsamen Leitung). Eine solche Verbindung des Ausgangs des MU mit dem nachfolgenden Gerät wird als quasisymmetrisch bezeichnet. Der Stabilisator auf DA1 dient dazu, die Anforderungen an die Amplitude der Wellen von der Stromversorgung -U zu reduzieren. Im MU-Schema in Abb. 10, und der Transistor VT1 kann durch einen anderen mit ähnlichen Parametern (Abschaltspannung und Drainstrom bei U) ersetzt werden_zi = 0).

Der Transistor VT2 kann auch durch jede andere entsprechende Struktur mit niedrigem Rauschpegel bei h ersetzt werden_21e ≥ 200. Im MU-Schema nach Abb. 10, b, der Ausgangswiderstand am Ausgang 1 liegt nahe genug bei Null, daher kann bei einer quasi-symmetrischen Verbindung mit einem weiteren Verstärkungsgerät ein gemeinsamer ("Null")-Draht verwendet werden. In dieser Version ist es auch möglich, andere Arten von Mikroschaltungen zu verwenden, die die Anforderungen an Rauschen und Eingangswiderstand R erfüllen_vh ≥ 10¹⁰ Ohm.

Wie aus den MU-Diagrammen in Abb. ersichtlich ist. In 10 ist eine der Kapselleitungen mit dem negativen Stromkreis der Stromquelle verbunden. In diesem Fall wird das beste Ergebnis bei der Reduzierung des Eindringens von Störungen erzielt, wenn der Kapselkörper an eine Stromquelle angeschlossen ist, deren Polarität bei entsprechender Änderung der Art des Stabilisators und seines Anschlusses auf positiv geändert werden kann.

Literatur

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Autor: A. Syritso

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Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv Analoge Quantensimulatoren 13.02.2023 Klassische Computer sind nicht geeignet, neue grundlegende Probleme in der Physik und darüber hinaus zu lösen. In Zukunft können universelle und fehlertolerante Quantencomputer den Wissenschaftlern dabei helfen, aber solche werden nicht so bald erscheinen. Wenn das Problem jedoch nicht berechnet werden kann, warum dann keine Experimente durchführen? Ein analoger Quantensimulator kann zum Konstrukteur der Quantenwelt werden, der dazu beitragen wird, die mysteriöseste Physik jenseits der Theorie zu enthüllen. Forscher der Stanford University in den Vereinigten Staaten und des University College Dublin (UCD) in Irland haben in der Zeitschrift Nature Physics einen Artikel veröffentlicht, in dem sie über die Entwicklung eines neuen Typs eines hochspezialisierten analogen Computers (genauer gesagt eines Simulators) sprachen. Wissenschaftler haben ein Element eines solchen "Computers" vorgestellt - zwei speziell verbundene Metall-Halbleiter-Komponenten in Nanogröße, die in einen elektronischen Schaltkreis eingebaut sind. Die vorgeschlagene Lösung imitiert die Wechselwirkung zweier Elementarteilchen, in diesem Fall Atome und Elektronen. Die Simulation ist so tiefgreifend, dass das Modell alle Quanteneigenschaften von Atomen von der interatomaren Wechselwirkung bis zu den physikalischen Eigenschaften von Teilchen beibehält. Durch das Skalieren der Plattform – Bauen von Materie Atom für Atom, wie ein Konstrukteur aus Legosteinen – kann man die Modellierung von Materie mit den gegebenen Eigenschaften erreichen und ihre Reaktion bei der Wechselwirkung mit anderer Materie und bei der Änderung ihrer Eigenschaften betrachten. Es ist heute nicht möglich, dies an einem großen Modell zu berechnen, und eine solche Simulation steht auf der Schulter. Theoretische Physiker sehen beispielsweise noch keine Muster für eine gezielte Suche nach Materialien für die Hochtemperatur-Supraleitung. Moderne Computer können ihnen bei ihren Berechnungen nicht helfen, zumal sie blind suchen müssen. Die Modellierung des Verhaltens von Materie auf analogen Quantensimulatoren könnte den Weg zu diesem heiligen Gral für Energie und darüber hinaus öffnen. Dies wird die Theorie beiseite legen und viele Ideen in der Praxis testen. Tatsächlich können analoge Quantensimulatoren eines neuen Typs auf dem Weg zu universellen Quantencomputern helfen. So gibt es zum Beispiel die Idee, solche Quasiteilchen wie Parafermionen (Gruppen von Elektronen mit einer speziellen Wechselwirkung) als Qubits zu verwenden. Die Ladungen der Elektronen in diesem Zustand (Z3) sind gleich 1/3 der üblichen Ladung. Unter Laborbedingungen haben Wissenschaftler solche Partikel noch nicht erzeugt, und das vorgeschlagene Simulatormodell ermöglichte es, sie nach entsprechender Anpassung der Spannung an den Elektroden zu simulieren. Tatsächlich haben Wissenschaftler im Labor Materie geschaffen, die vorher in der Natur nicht existierte. Und schließlich kann danach studiert werden! „Durch die Skalierung eines Quantensimulators von zwei auf viele nanoskalige Komponenten hoffen wir, viel komplexere Systeme simulieren zu können, mit denen moderne Computer nicht umgehen können“, sagte einer der Autoren der Arbeit. „Dies könnte der erste Schritt in Richtung Endgültigkeit sein einige der rätselhaftesten Geheimnisse unseres Quantenuniversums zu lüften."

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