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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Verbesserung der Klangwiedergabe im UMZCH-Lautsprechersystem. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Transistor-Leistungsverstärker Beim Hören bevorzugen Experten oft Röhren-UMZCH, obwohl Transistorröhren formal höhere Parameter haben. Was ist los? Die Hypothese der Autoren des Artikels über das Auftreten zusätzlicher Intermodulationsverzerrungen im UMZCH aufgrund der Lautsprecherantwort wurde von ihnen bei der Suche nach einer Methode zur objektiven Beurteilung der Qualität von Verstärkern experimentell bestätigt. Der Artikel analysiert kritisch die technischen Lösungen moderner UMZCH und schlägt Maßnahmen vor, die den Einfluss des Lautsprechers auf den Verstärker ausschließen. Die Autoren behaupten, dass transitorisierte UMZCH, die resistent gegen den Einfluss der Lautsprecherreaktion sind, eine Klangwiedergabe ohne spezifische Färbung ermöglichen. Bei der klassischen Zweikanal-Stereophonie hat die Qualität von Leistungsverstärkern und Lautsprechern einen wesentlichen Einfluss auf die Ausschöpfung des Potenzials einer natürlichen Klangwiedergabe und die Räumlichkeit des Klangbildes. Aufmerksame Zuhörer, die Konzertsäle besuchen, bemerken sofort den Unterschied zwischen dem Klang echter Musikinstrumente und dem Klang einer über Lautsprecher abgespielten Tonaufnahme. Schwierigkeiten bei der Vorhersage der Qualität der Schallwiedergabe hängen mit der Unvollkommenheit der Methoden zur objektiven Messung der Eigenschaften des Schallpfads zusammen. Daher sollte das Hauptkriterium für die Auswahl von Audiogeräten eine subjektive Qualitätsbewertung (SQA) sein. Den größten Einfluss auf die Ergebnisse des SOC haben die Eigenschaften der letzten Glieder des Schallwiedergabepfades – UMZCH und Lautsprecher. Berücksichtigen Sie ihre Funktionen und Möglichkeiten zur Lösung bestehender Probleme. Lassen Sie uns zunächst den Zusammenhang zwischen den Ergebnissen des SOC und den objektiven Merkmalen des UMZCH bewerten. Konzentration auf nur die Parameter, die laut den Autoren den größten Einfluss auf die Qualität der Klangwiedergabe haben. Von großem Interesse ist hier die Analyse der Ergebnisse des SOC von Lampe und Transistor UMZCH (als Komponenten, zwischen denen der größte Unterschied in den Schätzungen besteht). In der Regel sind bei diesen Vergleichen die objektiven Parameter von Röhren-UMZCHs denen von Transistoren deutlich unterlegen, die Ergebnisse von SOCs erweisen sich jedoch oft als genau entgegengesetzt. Bei der Betrachtung beschränken wir uns auf einige grundlegende QMS-Kriterien und verwenden die von Experten am häufigsten verwendeten Formulierungen. Das erste Klangmerkmal ist die Klangfarbe: Leichtigkeit, Weichheit, Wärme bzw. Schwere, Härte, Kälte (metallischer Farbton). Die zweite ist die Wiedergabe eines Anschlags (wachsender Klang): aktiv, klar oder träge, locker. Das dritte Merkmal ist die Lokalisierung der Signalquelle: gutes oder schlechtes Panorama. Viertens – Mikrodynamik: gute Detaillierung komplex geformter Signale mit geringem Pegel oder schlecht unterscheidbare Detaillierung ähnlicher Signale. Das Gesamtergebnis des SOC: eine starke emotionale Wirkung oder dementsprechend eine schwache. Die Experteneinschätzungen der verglichenen UMZCH sind so unterschiedlich, dass es umgangssprachliche Ausdrücke gibt – „Röhre“ und „Transistor“ klingen. Erklärungen zu den Ursachen dieses Paradoxons wurden in der Literatur immer wieder zitiert, aber alle geben nur teilweise Antworten. Versuchen wir noch einmal, den Zusammenhang zwischen den hier betrachteten SOC-Kriterien und den objektiven Parametern des verglichenen UMZCH herzustellen. Die Besonderheiten der Klangfarbe im Klang einer UMZCH-Röhre lassen sich durch folgende Hauptgründe erklären:
Merkmale der Klangfarbe des Klangs für den Transistor UMZCH haben folgende Gründe:
Die Wiedergabe eines unverzerrten Angriffs von Tonsignalen ist die wichtigste Voraussetzung für die genaue Erkennung des Quellbildes. Offensichtlich beeinflusst das Auftreten von Anschlagsverzerrungen (Verzögerung oder Akzent) bei der Klangwiedergabe realer Signale deren Wahrnehmung erheblich. Einer der Gründe für diese Art von Verzerrung sind die Bedingungen für die Anpassung an das UMZCH-System – einen elektrodynamischen Lautsprecher (EDG). Wenn ein gepulstes Signal auf eine Schwingspule (VC) einwirkt, entsteht bekanntlich eine Kraft in der EDH, die dazu neigt, ihre Position im Magnetfeld zu ändern, also sich zu bewegen. Allerdings erzeugt die in diesem Fall auftretende Induktionsgegen-EMK, die sich an den Ausgangswiderstand des UMZCH anschließt, einen Strom, der die Änderung der Position des ZK verhindert und auf den Strom gerichtet ist, der diese Änderung verursacht, also den Ausgangsstrom des UMZCH. Der „Gegenstrom“ verringert einerseits die Güte der mechanischen Resonanz und erhöht die Dämpfung [1], deren Wirksamkeit vom Ausgangswiderstand des UMZCH abhängt, andererseits führt dies zu einer Verzögerung im reproduzierbaren Anschlag des Musiksignals. Somit hängt dieser Vorgang direkt vom Wert des „Gegenstroms“ ab, der bei konstantem Wert der Gegen-EMK umso größer ist, je niedriger der Ausgangswiderstand des UMZCH ist. Jede Änderung des Werts der Ausgangsimpedanz (z. B. aufgrund der Frequenzabhängigkeit der OOS-Tiefe) führt zu einer Änderung des „Rückflusses“ und einer Verzerrung des Angriffs. Ähnliche Verzerrungen entstehen durch eine Änderung der Induktivität des ZK [1] an seinen verschiedenen Positionen innerhalb des Magnetsystems und die Anregung des EDH durch eine Spannungsquelle. Der Vergleich der Werte der Ausgangsimpedanz eines Röhrenverstärkers (0,5 ... 1,5 Ohm) und eines Transistorverstärkers (normalerweise 0,1 Ohm oder weniger) lässt den Schluss zu, dass ein größerer Widerstandswert bevorzugt wird. Man sollte den Einfluss auf die Genauigkeit der Angriffswiedergabe und wenig untersuchter Verzerrungen durch thermophysikalische Prozesse in aktiven und passiven Elementen von UMZCH-, EDG- und „akustischen“ Kabeln nicht ausschließen. Als nächste wichtige Merkmale des RNS gelten die Lokalisierung von Signalquellen und die Mikrodynamik. Diese Eigenschaften werden nach Angaben der Autoren hauptsächlich durch die Größe und das Spektrum der Intermodulationsverzerrung (II) im UMZCH-EDG-System bestimmt. Somit können im ersten Schritt folgende Schlussfolgerungen gezogen werden: 1. Die Ergebnisse des SOC des UMZCH-EDG-Systems werden durch die Gesamtheit seiner technischen Eigenschaften bestimmt und hängen formal nicht von der Art der im Verstärker verwendeten aktiven Elemente ab. 2. Den größten Einfluss auf die Klangfarbe haben die Größe und Breite des NI-Spektrums sowie deren Abhängigkeit von der Frequenz und dem Pegel des Schallsignals. 3. Die Genauigkeit der Wiedergabe des Schallsignalangriffs hängt insbesondere vom Strom ab, der durch die Gegen-EMK der EDH-Induktion und Verzerrungen durch thermophysikalische Prozesse in aktiven und passiven Elementen von Hochstromkreisen verursacht wird. 4. Die Lokalisierung von Signalquellen und die Mikrodynamik werden hauptsächlich durch die Größe und das Spektrum des IR bestimmt. Lassen Sie uns nun die Möglichkeiten zur Verbesserung der UMZCH-Parameter analysieren, die den größten Einfluss auf den SOC haben. Beginnen wir mit Methoden zur Reduzierung der Stärke und des Spektrums von NI. Untersuchungen dieser Art von Verzerrungen haben zwei Hauptursachen für ihr Auftreten festgestellt – die Nichtlinearität der Eigenschaften aktiver Elemente und die Betriebsart der Ausgangsstufe. Einige der Linearitätsvorteile von Vakuumröhren im Vergleich zu Transistoren sind allgemein bekannt und in der Literatur gut dokumentiert. Die Verbesserung des Transistors UMZCH in diesem Parameter ist am effektivsten, wenn die Betriebsarten der Endstufentransistoren ohne Abschaltung des Kollektorstroms verwendet werden, zum Beispiel: Super A, neue Klasse A, nicht schaltend [2, 3] usw. In diesen Betriebsarten In diesen Modi kommt es nicht nur zu einer deutlichen Reduzierung des NI-Spektrums (bis zur vierten bis fünften Harmonischen) und ihrer Werte, sondern auch zu einer starken Abnahme mit abnehmendem Signalpegel. Die Frequenzunabhängigkeit von NI wird normalerweise durch die Auswahl geeigneter Schaltkreise und Elemente erreicht. Eine als „Feed-Forward-Fehlerkorrektur“ bekannte Kompensationsmethode – die Korrektur von Verzerrungen mithilfe einer Feed-Forward-Methode – hat eine hohe Effizienz bei der Reduzierung von NI [4, 5]. Zu den vielversprechenden Methoden zur Reduzierung von NI gehört die Kompensation mit Rückmeldung zur Subtraktion von Verzerrungen – CVID [6]. Beim Entwurf des Transistors UMZCH müssen die Besonderheiten des Betriebs der Transistoren der UMZCH-Ausgangsstufe beim Betrieb unter realer Last berücksichtigt werden. Die Gründe für das Auftreten verschiedener Verzerrungen und Methoden zu ihrer Reduzierung werden in [7–9] detailliert beschrieben, die dort vorgeschlagenen Methoden zur Kontrolle von Verzerrungen sind jedoch äußerst komplex und erfordern teure Messgeräte. Durch Empfehlungen, beispielsweise in [10], kann die Wahrscheinlichkeit von Verzerrungen deutlich reduziert werden. Die besten Ergebnisse bei der Reduzierung von NI in Transistor-UMZCH werden durch die Verwendung des Betriebsmodus der Ausgangsstufe in Klasse A mit einer minimalen Tiefe des gesamten OOS erzielt. Gleichzeitig kann NI viel niedriger sein als bei Röhrenverstärkern, da in ihnen kein Ausgangstransformator vorhanden ist – eine Quelle von Verzerrungen bei niedrigen Frequenzen. Ein sanfterer Anstieg von NI bei Überlastung der Ausgangsstufe im Transistor UMZCH wird durch eine Verringerung der Tiefe des gesamten OOS erreicht – der Effekt ist umso größer, je kleiner seine Tiefe ist. Betrachten wir weiter mögliche Methoden zur Erhöhung der Genauigkeit der Wiedergabe eines Angriffs eines Audiosignals unter Berücksichtigung der Gründe, die einen großen Einfluss darauf haben. Wie die transiente Intermodulationsverzerrung wird auch die Attack-Verzerrung sehr effektiv reduziert, da die Tiefe der gesamten Rückkopplung verringert wird. Auch die Erweiterung des Frequenzgangs des UMZCH ohne gemeinsames OOS auf 300 ... 500 kHz trägt zur Verkürzung der Signalaufbauzeit im UMZCH bei. Eine besonders wirksame Reduzierung der durch die Induktionsgegen-EMK verursachten Verzerrung des Angriffs des Stroms im Lastkreis wird jedoch beim UMZCH mit hoher Ausgangsimpedanz (RplL>> Rh) erreicht. Die Ergebnisse der Verbesserung der Eigenschaften des Audiopfads werden ausführlich in [11 - 13] beschrieben. Auf Abb. Die Abbildungen 1 und 2 zeigen die Spektrogramme der harmonischen Verzerrungen (12), wenn die EDH von einem UMZCH mit niedriger Ausgangsimpedanz und von einem UMZCH mit hoher Ausgangsimpedanz angeregt wird. Die gesamte harmonische Verzerrung für ein 3-kHz-Signal beträgt etwa 3 % bzw. 0,2 %.
Eine Analyse der Modellierung von Verzerrungen, die durch thermophysikalische Prozesse verursacht werden, die in aktiven und passiven Elementen des Schallpfads auftreten, ermöglichte die praktische Implementierung eines passiven Geräts, das die Genauigkeit der Angriffswiedergabe verbessert [14]. Die oben aufgeführten Methoden zur Verbesserung der Qualität der Angriffswiedergabe zeigen ihren Einfluss auf das Endergebnis und erklären die Gründe für erfolglose Versuche, dies nur durch eine Erhöhung der Anstiegsgeschwindigkeit der UMZCH-Ausgangsspannung zu erreichen. Aufgrund der Vielzahl der Ursachen ihres Auftretens und der Komplexität der Erkennung bereitet der Rückgang der IS erhebliche Schwierigkeiten [15-20]. Die Lösung des Problems wird zu einem großen Teil durch die verwendeten Messmethoden erschwert, die eine Vorhersage der Experteneinschätzung nicht mit ausreichender Genauigkeit zulassen. In [21] wurde eine aussagekräftigere Methode zur Messung des Rauschintermodulationskoeffizienten (NIR) vorgeschlagen. Die Analyse der Ergebnisse des SOC und mit dieser Messmethode erklärt jedoch auch nicht die Gründe für den starken Unterschied in den Schätzungen: zum Beispiel für eine Lampe UMZCH - 9 Punkte und für einen Transistor - 5. Und das ist mit geringfügigen Unterschieden im KSI - 0,8 % bzw. 0,9 %. Daher muss auch diese Methode verbessert werden. Ein Versuch, subjektive Einschätzungen für diesen Messfall zu erklären, veranlasste die Autoren, die Hypothese über die mögliche Auswirkung der Reaktion (Impulsantwort) des EDG auf den IS im UMZCH experimentell zu testen (1). Hierzu wurde die gleiche Methode zur Messung des CSI verwendet, jedoch wurde anstelle der ohmschen Last des UMZCH ein echter EDH verwendet. Besonderes Augenmerk sollte auf die Notwendigkeit gelegt werden, bei diesen Messungen die tatsächliche EDD und nicht ihr Äquivalent zu verwenden, das die Nichtlinearitäten der Signalumwandlung nicht berücksichtigt. Gleichzeitig wurde ein starker Anstieg des CSI nur für einen Transistor UMZCH mit niedrigem Ausgangswiderstand festgestellt: Statt 0,9 % betrug er 9,7 %, d. h. es gab einen Anstieg um mehr als das Zehnfache. Für die Lampe UMZCH lagen diese Werte bei 10 % bzw. 0,8 %. Der Hauptunterschied beim Ersetzen eines ohmschen Lastäquivalents durch ein echtes EDG besteht darin, dass es sich im OOS-Schaltkreis befindet. Neben der Ausgangsspannung des UMZCH-Signals und seiner Verzerrung dringt zusätzlich die Reaktion des EDG ein. In der OOS-Schleife werden sie kombiniert und ein Signal zur Kompensation von UMZCH-Verzerrungen sowie eine Antwort des EDD mit der entsprechenden Größe und Phase gebildet. Das Frequenzspektrum des Kompensationssignals kann in diesem Fall 10-30 mal höher sein als die Obergrenze des Audiosignals. Offensichtlich ist die Hauptvoraussetzung für die Beseitigung von Verzerrungen deren exakte Kompensation, die praktisch nicht umsetzbar ist. Die Einschränkungen beziehen sich auf den tatsächlichen Frequenzgang und Phasengang des UMZCH sowie auf den Grad der Verzerrung und des Rauschens. Darüber hinaus wird das Kompensationsregime auch erheblich durch die Nichtlinearität der EDH-Eigenschaften beeinflusst, sodass die Kompensation unvollständig ist. Die beste Kompensation wird in diesem Fall nur für die relativ niederfrequenten Komponenten des Spektrums der Produkte der UMZCH-Verzerrung und der Reaktion des EDD erreicht, und die hochfrequenten Komponenten des Spektrums dieser Schwingungen fallen wiederum in die OOS-Schaltung , was zu einer neuen Vorverzerrung im Verstärker führt. Es entsteht ein Teufelskreis, der zu einem starken Anstieg der hochfrequenten Anteile der Verzerrung führt. Eine Erhöhung der Tiefe des Gesamt-OOS des Verstärkers führt nur zu einer weiteren Erweiterung des Verzerrungsspektrums und dementsprechend zu einer noch stärkeren Verschlechterung der Qualität der Klangwiedergabe. Darüber hinaus werden Bedingungen geschaffen, unter denen es möglich wird, dass ein einfacher Leiter wie das UMZCH-EDG-Verbindungskabel aufgrund von Unterschieden in seinen verteilten Parametern die Ergebnisse des SOC beeinflussen kann, indem er bestimmte Harmonische aus seiner reichen Vielfalt erhöht oder abschwächt. Gleichzeitig taucht eine weitere Hypothese auf, die von den Autoren vorgeschlagen wurde, um die mysteriösen Gründe für den Einfluss von Akustikkabeln auf die Ergebnisse des SOC zu erklären: Es wird möglich, sie als „Schallventil“ – LPF – zu betrachten, das die Durchdringung der Reaktion vom EDG zum UMZCH-Ausgang schwächt. Nun zeigen wir die Gründe für den geringen Einfluss der EDG-Antwort in Röhren-UMZCH auf die AI, die in der Regel über einen passenden Ausgangstransformator und eine relativ geringe OOS-Tiefe verfügen. Wenn wir berücksichtigen, dass alle Probleme des EDD-Antwortsignals durch das Eindringen hochfrequenter Komponenten seines Spektrums, also durch Interferenzen, verursacht werden, dann ist es offensichtlich, dass die Streuinduktivität des Ausgangstransformators eine nützliche Rolle spielen kann als Tiefpassfilter, der das Eindringen hochfrequenter Störungen in den Verstärker deutlich dämpft. Darüber hinaus trägt die geringe FOS-Tiefe auch zu einer Verringerung der Wirkung der Reaktion des EDG bei. Die Autoren glauben, dass die hier beschriebenen Prozesse im UMZCH-EDG-System den Unterschied im SOC von Lampen- und Transistor-UMZCHs, die in erhalten werden, weitgehend erklären das Experiment [21]. Die Ergebnisse der Analyse weisen auf die mögliche Wirkung zweier KI-Komponenten im UMZCH-EDG-System hin. Eine davon ist die eigene KI in UMZCH, die objektiv (KSI) mit einem ohmschen Lastäquivalent gemessen werden kann. Die zweite Komponente ist der IS, der im UMZCH unter dem Einfluss der EDD-Reaktion induziert wird. Die Erkennung der zweiten Komponente erfolgt, wenn der UMZCH durch wiederholte Messung des CSI auf den echten EDD geladen wird. Dadurch können wir das Design des UMZCH so empfehlen, dass die Schaltung die minimale eigene KI im UMZCH bereitstellt. Um ihr Spektrum zu analysieren, können Sie eine leicht modifizierte Technik zur Messung des CSI verwenden, bei der das Rauschen in Terzbändern analysiert wird. In dieser Phase sollte die enge Beziehung zwischen NI und KI berücksichtigt und bekannte Methoden zu deren Reduzierung eingesetzt werden. Wie aus dem oben Gesagten ersichtlich ist, besteht die effektivste Methode zur Reduzierung des Einflusses der Reaktion des EDD auf den Anstieg des IS im UMZCH darin, die Bedingungen für seine Interaktion mit anderen Signalen in der FOS-Schleife auszuschließen. Es gibt verschiedene Methoden, um diese Aufgabe zu erfüllen. Beispielsweise weist ein passives Anpassungsgerät, ein sogenannter Dissipator, einen hohen Wirkungsgrad auf [14]. Allerdings kommt es zu erheblichen Einbußen bei der Signalleistung. Ein weiteres Beispiel für eine einfachere Implementierung ist UMZCH auf Feldeffekttransistoren unter Verwendung eines Ausgangstransformators. In diesem Fall ist die erzielte Wirkung deutlich schlechter als beim Dissipator, aber die Ausgangsleistungsverluste werden reduziert. Der maximale Effekt der Reduzierung des Effekts der EDG-Reaktion auf NI wird bei gleichzeitiger Beibehaltung einer hohen Effizienz und dem Fehlen des Einflusses von UMZCH-EDG-Akustikkabeln nur durch die Verwendung von UMZCH mit einer hohen Ausgangsimpedanz [12, 13] erreicht. aktive und passive Elemente , Änderungen im Dynamikbereich und Signalintermodulation aufgrund thermischer Kompression. Mit dieser Lösung wird die Genauigkeit der Angriffsreproduktion deutlich verbessert. Auch die im EDD auftretenden Verzerrungen werden aus folgenden Gründen deutlich reduziert:
Aus dem Vorstehenden lassen sich folgende Schlüsse ziehen: 1. Die Ergebnisse objektiver Messungen des CSI im UMZCH beim Laden auf ein echtes EDG ermöglichen es, die Ergebnisse des SOC des UMZCH-EDG-Systems vorherzusagen. 2. Eine Verringerung der Größe und des Spektrums von NI und IS, ihre Frequenzunabhängigkeit und ein sanfter Anstieg bei Überlastungen sind notwendige Voraussetzungen, um eine hohe Klangtreue im UMZCH-EDG-System zu erreichen. Die Empfindlichkeit von UMZCH gegenüber der EDH-Reaktion sollte minimal sein. 3. Der größte Effekt bei der Verbesserung der Qualität der Tonwiedergabe kann durch die Verwendung eines EDG mit einem UMZCH mit hoher Ausgangsimpedanz erzielt werden. Literatur
Autoren: A. Aleynov, Charkow, A. Syritso, Moskau
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