/
Текст
Д ПОПЯНЕВ К ВЛАХОВ
БИТОВА
звуке
ТЕХНИКА
ТЕХНИКА
К.т.н. инж- Димитър Ф- ПОПДНЕВ
инж. КОСТА Д. ВЛАХОВ
БИТОВА
ЗВУКО
ТЕХНИКА
ДЪРЖАВНО ИЗДАТЕЛСТВО „ТЕХНИКА'
СОФИЯ 1981
УДК 681.84
В книгата са разгледани основните въпросн, конто се от-
насят за електроакустичните звена, използувани в битовите
звукотехническм системи. Дадени са приннипът на действие
и основните параметри на микрофоните, магнитофоните, гра-
мофоните, усилвателите, смесителите, високоговорителите,
озвучителните тела и разделителните филтри за тях. По-
казана е конструкцията на някои озвучителни тела, конто
могат да се реализират с български високоговорители. Приве-
дени са схеми на усилватели, изпълними в любителски ус-
ловия. Разгледани са основните акустични пронеси, протичащи
в затворено помещение, както и основните звукозаписващи и
звуковъзпронзвеждащи стереофонични и квадрофонични св-
стеми.
Глава II, III и IX са написани от инж. К. Влахов, аоста-
налите глави — от к. т. н. инж. Д. Попянев.
Книгата е предназначена за широк кръг читатели, люби-
тели на висококачественото записване и възпроизвеждане на му-
зика, но може да бъде полезна и на специалистите, занимава-
щи се с производство и експлоатация на електроакустични
преобразуватели и усилвателна техника.
(§) Лимитър Фотев Попянев
Коста Димитров Влахов, 1981
c(Q Jusautor, Sofie ;
681.8
ПРЕДГОВОР
В последните години производството на акустич-
ни апаратури за запис и възпроизвеждане бележи
значителен прогрес, който, от една страна, се опре-
дели от общия технически прогрес, а от друга стра-
на» се стимулира от нарасналите материален воз-
можности на потребителите и неизбежно свързаните
с това повишеки изисквания за висскокачественс еъз-
произвеждане на музикални произведения. Преди
години като знак ’за високо качество на електроаку-
стичките апаратури бе утвърдеко означението Hi-Fi.
Апаратурите от Hi-Fi клас значително превъзхождаха
апаратурите за обща употреба както по кон-
структивно изпълкение, така и по качество на въз-
произвеждането, по кадеждност и дизайн. С развн-
тието на транзисторната техника качеството на елек-
тронните звена на звукотехническите системи не-
прекъснато.нараства и разликата между изделията
от Hi-Fi клас и изделията за обща употреба намаля-
ва. Появиха се и апаратури, конто значително над-
хвърлят изискванията за Hi-Fi клас и по парамет-
ри се доближават до професионалните. Извънредно
голямата мощност при едва забележими изкривява-
ния, високите технически параметри и комфортът
при управлението задоволяват и най-пргтенциозни-
те потребители и определят тези апаратури като
суперклас (или супер Hi-Fi).
Значителен прогрес бе постигнат и при конструи-
ракето и производството на електрсакустичните пре-
образуватели — микрофоки, високоговорители, слу-
шалки, озвучителни тела и др. Параметрите на по-
3
вечето от тях впоследно време съответствуват на
изискванията за Hi-Fi клас, а има и изделия със
значително по-добри параметри. Появиха се по-съ-
вършени системи за записване и възпроизвеждане
на акустичните сигнали, с конто се постига по-пъл-
но съответствие между оригиналната и възпроизве-
дената звукова картина. Стереофоничната система,
която измести мояофоничната, вече отстъпва място-
то си на квадрофоничната или на нейните модифи-
кации (псевдоквадрофонична и матрична).
С тази книга авторите са си поставили за цел
да запознаят широкия кръг читатели с основните
елементи за битовата звукотехническа апаратура —
електроакустичните преобразуватели и усилвателни-
те устройства, със съвременните постижения в та-
зи облает и тенденциите на развитието й. В книгата
е използувана международната система за измерва-
телни единици СИ.
Авторите изказват своята благодарност на ре-
нензентите преф. к. т. н. инж. Иван Вълчев и инж.
Б. Василев, к а кто и на научния редактор инж. Н.
Влахова за проявеното старание при рецензирането
и педактирането на книгата, с коего допринесоха
за значителнэто й подобряване.
С благодарност ще бъдат пр нети всички бележ-
ки и препоръки, конто читателите ще изпратят на
адреса на издателството.
4
ГЛАВА ПЪРВА
ВЪВЕДЕНИЕ
1.1. Звуково поле и звукови сигнал и. Чист звук.
Основни понятия в електроакусгиката
Движението на частиците на една еластична среда около ня-
какво равновесно положение се нарича акустично трептене или
вибрация. В зависимост от честотата и амплитудата си то може
да се възприеме или да не се възприеме от слуховия апарат
на човека. Акустичното трептене, което предизвиква у чове-
ка слухово възприятие, се нарича звук. Акустичното треп-
тене, което не предизвиква звуково възприятие у човека поради
това, че неговата честота е много ниска, се нарича инфразвук.
За граница между звука и инфразвука се приемат трептенията с
честота 16—20 Hz. Акустичното трептене, което не предизвиква
у човека слухово възприятие поради това, че неговата честота
е твърде висока, се нарича ултразвук. За граница между звука
и ултразвука се приемат акустичнитетрептення с честота 20 000 Hz
(човек с нормален слух може да възприема трептения с честота, не
по-висока от 16 000—20 000 Hz). Тази възможност обаче до го-
ляма степей зависи от възрастта — обикновено възрастните хора
не могат да възприемат трептения с честота, по-висока от 8000 Hz.
Звукът, създаден от синусоидално акустично трептене, се ка-
рича чист звук или тон. Звукът, който е съставен от два или по-
вече чисти звука, се нарича сложен или съставен.
В практическата дейност на човека много често възникват
акустични трептения, конто се възприемат като нежелани, не-
приятии звукове. Такива трептения не съдържат ясно изразени
честотни съставящи. Те представляват непостоянни, статистиче-
ски случайни акустични трептения и се наричат с общото наиме-
нование шум.
Звукова вълна. От даденото определение за звука се вижда,
че той е състояние на веществото, характеризиращо се с това,
че частиците му трептят около едно равновесно положение. Вся-
ка частица при трептенето си предава своего състояние и на съ-
седните частици. Така звукът се разпространява в определена
посока или във вскчки посоки. Предаването на трептенията от ча-
5
стица па частица в еластична среда се нарича механичен еълнов
прзцес или механично въляово движение. Съответно предаването на
акустичните трептсния се нарича акустичен еълнов процес или
акустични вълни. Електроакустичните преобразуватели, предна-
значени за домашна употреба, функционират във въздушна среда,
поради което разглеждането на акустичните явления ще се огра-
ни чи само за такава среда. Предаването на звука в газова среда
се осыцествява посредством сгъстяване и разреждане на газа.
Раздространението на сгъстяването и разреждането на едка газо-
ва среда, предизвикани от акустично трептение, се нарича зву-
кова вълна.
Областта от пространството, в която се разпространяват зву-
кови вълни, се нарича звуково поле.
Основни характеристики на звукового поле. Еластичната сре-
да, в която обикновено се възбужда звуково поле, е атмосфер-
ниятвъздух. Еъв всяка точка на пространството има налягане, кое-
то зависи от мястото, температурата и други метереологични фак-
тори и се нарича атмосферно налягане. Ако през определена точ-
ка на пространството не преминава звукова вълна, съществуващо-
то в кея атмосферно налягане е статичното налягане в дадената
точка на средата. Ако обаче през точката преминава звукова въл-
на, тя се оказва точка на съответмото звуково поле и налягане-
то в чея е различно от атмосферного. Разликата между налягане-
то, което съществува в дадена точка на звуковото поле, и атмо-
сферного налягане в определен момент от времето представлява
моментното звуково налягане в дадената точка на средата (на
звуковото поле). Ако налягането в разглежданата точка в даден
момент е по-голямо от статичното атмосферно налягане, звуковото
поле се характеризира със сгъстяване на частините на средата з
околността на точката и моментното звуково налягане е положи-
телно. Ако в някой следващ момент налягането в точката се ста-
же по-малко от статичното, това показва, че в околността на точ-
ката частиците на средата се разреждат и моментното звуково на-
лягане е отрицателио. Звуковото налягане се означава с р, а еди-
ницата за звуково налягане съгласно SI е ласкал (Ра). Един
паскал е налягане, което се получава от действието на сила 1 ню-
тон върху повърхност 1 in2, т. е. Pa=N/m2.
Звуковото налягане в дадена точка на звуковото поле зависи
и от времето На фиг. Lie показана произвол на функция на мо-
ментното звуково налягане от времето, отнасяща се за опреде-
лена точка на звуковото поле. Ефективната стойност на звуко-
вото налягане е средноквадратичната стойност от момента ите му
стойкости за даден интервал от време. Ако се разглежда чист
звук, ефективната стойност се определи за един период. Възприе-
6
то е под звуково налягане да се разбира неговата ефективна стой-
ноет, освен ако не е споменат изрично друг смисъл.
Скорост на звука. Скоростта, с която се предава състоянието
на материалните частици на средата, в която се разпространява
звуковата вълна, се нарича скорост на распространение на зву-
ковата вълна или скорост на звука. Тази скорост се определи ка-
то път, конто звуковата вълна изминава за единица времепри раз-
пространяването си в дадена однородна среда. Измерва се в m/s
и се бележи с с. Трябва добре да се различава скоростта на раз-
пространение на звуковата вълна (скоростта на звука) от скорост-
та на трептене на частиците на средата, в която е възбудено звуко-
во поле. Скоростта на звука е постоянна величина и нейната го-
лемина зависи само от параметрите на средата. Завъздухсъс ста-
тично налягане р5=10БРа, плътност р0= 1,276 kg/m3 и температу-
ра t—20°С скоростта на звука е 343,7 m/s.
Енергията, която пренасят звуковите вълни, се нарича звуко-
ва енергия и се измерва в джаули (J). Пренасяната за единица
време звукова енергия определи звуковата мощност, която се из-
мерва във ватове (W). Интензитетът на звуковата вълна се
определи от звуковата мощност, която преминава през 1 т2 от
фронта на звуковата вълна, и се измерва във W/m2. Количеството
звукова енергия в единица обем определи плътността на зву-
ковата енергия, измервана в J/m3.
При едновременното разпространяване на две или повече зву-
7
кови вълни в едно и също пространство те си взаимодействуват.
Това явление се нарича интерференция на звуковите вълни. Интер
ференцията между две звукови вълни с близки честоти, в резултат
на която се получава периодично изменение на интензитета на
Фиг. 1.2
звука в дадена точка на звукового поле, се нарича б иене. Изме-
нението на посоката на разпространение на звуковата вълна при
преминаването й покрай преграда или през процеп се нарича
дифракция на звуковата вълна.
Отношението на максималиста звуково налягане ргоах към
Минималното в дадена точка на звукового поле за определен
интервал от време определи динамичния обхват D на звуковата
картина
— Алах
Anin
(1.1)
В музикалната терминология динамичният обхват се дефини-
ра като отношение на фортисимото към пианисимото на дадена
музикална картина.
Звуковата вълна, породена от чист звук (фиг. 1.2), се харак-
терна йра със следните параметр и:
Фаза на звукового налягане — стадият на из-
менение състоянието на средата в разглежданата точка по отно-
шение на коего и да е нейно състояние, условно прието за на-
чал но. Изразява се в единиците за измерване на равнинен ъгъл—
радиан (rad) или градус (°). Обикновено за начално състояние
на средата се приема това, при коего нейните частици се намират
в равновесно положение, т. е. в средата не се разпространява зву-
8
кова вълна и нейните частици не трептят. В този случай налягане-
то в разглежданата точка е равно на атмосферного, т. е. моментната
стой ноет на звукового налягане е равна на нула. Точките А и В
от фиг. 1.2 са с еднаква фаза. Фазата на звукового налягане е от
р.Ро
Фиг. 1.3
съществено значение, когато в дадено пространство се създава
звуково поле от два или повече източници.
Период Т — най-малкият интервал от време, в края на
конто звукового налягане в разглежданата точка има съшата фа*
за, както и в начал ото. Измерва се в секунди (s).
Честота / — броят на периодите за едка секунда. Едини-
цата за измерване на честотата е херц (Hz).
Между честотата f и периода Т съществува зависимостта
f. 7=1. (1.2)
Амплитуда рт — максималната стойност на звукового на-
лягане за време един период.
Моментната стойност на звукового налягане р се определи с
израза
p=pm sin М+^о). (1.3)
където со =2л/ е ъгловата честота;
<р —- начал ната фаза, конто може да бъде равна ина
нула.
Дължина на звуковата вълна Z — разстояние-
то, на коего се разпространява звуковата вълна за време един
период. Дължината на звуковата вълна е пространствен параме-
тьр и се измерва в т. На фиг. 1.3 е показано измененного на мо-
9
ментната стой ноет на звуковото налягане в различии точки на
звукового поле, разположени върху една права линия по посока
на разпространението на звуковата вълна. На същата фигура
е означена и дължината на звуковата вълна X.
Между дължината на звуковата вълна X, скоростта на разпро-
странение на звуковата вълна с, честотата f и периода Т съще-
ствуват следните зависимости:
л-гГ, (1.4)
Х=-у— (1.5)
Ефективната стойност на звуковото налягане на чист звук е
= (Ь6)
Твърде често при създаване на звуково поле от чист звук с
определена честота /възниквати други чисти звукове, честотата на
конто се намира в кратко отношение с честотата Л Чист звук, чия-
то честота е nf9 се нарича висш хармоник (обертон) на звука с че-
стота /. Чист звук с честота - се нарича субхармоник (унтертон)
на звука с честота f. В двата случая п е цяло положително число.
На сложните звукове в повечето случаи е присъща окраска,
която зависи от количеството и интензитета на хармониците и
определи тембъра на звука.
За оценка на съотношението между чистите звукове е въве-
дено понятието октава. Октава се нарича честотното разстояние
между две честоти f2 и f19 чието отношение е равно на две, т. е.
А : /1=2. В такъв случай се казва, че честотата f2 е с една октава
по-висока от честотата f1 или честотата А е с една октава по-ниска
от честотата f2.
Броят п на октавите между две произволни честоти fmax и
се определи от зависимости
п=log2 4™^=3,33 log • (1.7)
J nun Jmin
Музикалните тонове се намират на честотно разстояние една
осма от октавата. Честотният спектър от 10 000 до 20 000 Нг се
съдържа само в една октава. Посочените пример и показват, че
октавата е твърде голяма единица и трябва да се въведат крайни
единици. В електроакустиката се използува една трета от окта-
вата — т. нар. терца.
За провеждане на електроакустичните измервания е стандарти-
зирана поредипа от честоти, конто отстоят една от друга на раз-
10
стояние една трета от октавата: 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100;
125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000;
2500; 3150; 4000; 5000; 6300; 8000; 10 000; 12 500; 16 000; 20 000;
25 000; 31 500; 40 000 Hz.
Честотен обхват — всичкн честоти, съдържащи се меж-
ду две дадени честоти, конто се наричат граници на честотния
обхват или съответно дол на и горна fr гранична честота на
обхвата.
Честотен спектър на звука — съвкупността от
всички чисти звукове (тонове), на конто може да се разложи да-
ден сложен звук.
След прекратяване действието на звуковия източник звуковото
поле, получено от този източник в някакво затворено (заградено)
пространство, не изчезва веди ага, тъй като звуковите вълни не се
поглъщат изцяло от преградата, върху която попадат. Част от
енергията, която те носят, се поглъща, а друга част се отразява.
Необходими са неколкократни отражения, за да се намали тази
енергня до нула. Продължаващото звучене в закрито помещение
след прекратяване действието на звуковия източник се нарича
реверберация. Времето след прекъсване на звука, за което интен-
зитетът му намалява един милион пътп спрямо началната си стой-
ност, се нарича време на реверберация.
Ниво и логаритмични единици. Сетивните органи на човека
оценяват съответните дразнители, като ги сравняват. Човек не
може да определи количествено звуковото налягане, но може да
прецени кога то е променило своята стойност. Поради тази особе-
ност на човешките сетивни органи и в частност на ухото в елек-
троакустиката е въведено понятието ниво Lx на физичните вели-
чина — логаритъм от отношение™ на две стойкости А и Ао на да-
дена фпзична величина:
£д=В1о^ (1.8)
където В е коефиниент на пропорционалност.
За улеснение нивото на физичните величини се определи спрямо
някаква стойност, условно приета за нулева или реперна. Във
формула (1.8) реперната стойност е До. Казва се, че £ле нивото на
А спрямо Ас.
Необходимо е добре да се знае, че понятието ниво се въвежда
само при сравняване на еднородни физични величини, тъй като
може да се логаритмува число, което няма размерност.
Ако се приеме, че В = 1, че величината А има характер на
мощност и се премине към десетичен логаритъм, се получава
И
£x=lg-r-. Единицата за това ниво е бел (В). Тазя единица е твър~
А»
де голяма за практически приложение и затова по-често се изпол-
зува кратната й единица децибел (1В = 10 dB). Нивото £д на ве-
личината А спрямо реперната стойност Ло е
^=101g dB. (1.9>
Като логаритмична единица за ниво на дадена величина се из-
ползува и единицата непер (Np). Връзката между двете единици е
1 Np=8,68 dB; ldB-0,1151 Np. (1.10)
Ниво на електрическите велич ин и. При
определяне нивото на електрическата мощност за реперна стой-
ност се приема Ро~1 mW. Нивото Lp на дадена електрическа
мощност Р (W) е
£p=101g^==101g~»30+101gP, dB.
На изменение на мощността 2 пъти съответствува изменение
на нивото й с 3 dB; на изменение 4 пъти — с 6 dB; на изменение
10 пъти — с 10 dB и т. н.
Нивото Lu на електрическото напрежение U (V) се спределя
спрямо реперната стойност L^-0,775 V, съответствуваща на на-
прежението на изхода на генератор, който отдава мощност 1 mW
върху товар 7?т=600 Q. Тъй като мощността е пропорционална
на квадрата на напрежението, Lv се определи от зависвмостта
Г'2 и
^101g-^-=201g^, dB. (1.12)
На изменение на напрежението 2 пъти съответствува измене-
ние на нивото му с 6 dB; на изменение 4 пъти — с 12 dB; на из-
менение 10 пъти — с 20 dB.
Ниво на акустичните велич и ни. В акустика-
та за реперна стойност на интензитета на звуковото поле е прие-
то /о~10~12 W/m2, конто съответствува на врага на чуваемост
при 1000 Hz. Нивото
Ij^lOlg / = 120+101g7, dB, (1 13>
-О
където J е интензитетът на звуковото поле, W/ш2.
Нивото Lj се измени с 10 dB при изменение на интензитета /
10 пъти.
12
Нивото Lp на звуковото налягане р се определи спрямо р0=
*=2 . I05 Ра, съответствуващо на прага на чуваемост при често-
та 1000 Hz във въздушна среда. Тъй като интензитетът на звуко-
вото поле е пропорционален на квадрата на звуковото на лягане
£<,-101g-4-=201g-f-=94+201gA dB. (1.14)
Ро
На изменение на звуковото налягане р 2 пъти съотвествува
изменението на неговото ниво с 6 dB.
Ако е известно нивото Lp на звуковото налягане р в dB, стой-
ността му може да се определи, като се използува зависимостта
П_.о4- д. Ра. <’15)
Нивото на звуковото наляг ане в тиха стая (например във вил-
ка зона) е 25—30 dB, докато нивото в жилищна стая в градската
зона при затворен прозорец е около 60 dB. Разликата между ни-
вата е 30—35 dB, на което съответствува отношение между зву-
ковите налягания от 31,6 до 55. На булеварда на голям град ни-
вото на звуковото налягане достига около 100 dB, докато в тихи
горски поляни то е около 20 dB. На разлика между нивата 80 dB
съответствува отношение между звуковите налягания 10 000. Ни-
вото на звуковото налягане в първите редове на концертна зала,
създавано от малък оркестър, е около 95 dB, а от симфоничен
оркестър — около 120 dB (при фортисимо).
Честотен спектър на звуковите източници. Честотният спек-
тър, създаван от звуковите източници, трябва да се възпроизвежда
от електроакустичната апаратура и затова трябва добре да се по-
знава както от конструкторите, така и от слушателите. Основни
или първични източници на звук сачовешкият глас (говор, пеене
и пр.) и различните музикални инструменти. Разбира се, към
първичните източници на звук спадат и различните машини, тех-
нически съоръжения, природни звукоизточници (шумът на ли-
стата на дърветата, шумът на падащата вода, шумът на морските
вълни) и др. Звуковите картини, конто се създават от първичните
звукови източници, се наричат първични. Високоговорителите и
озвучителните тела представляват вторични звукоизточници, тъй
като не излъчват произволна звукова картина, създадена от са-
мите тях, а строго определена, създадена от първичните звукоиз-
точници. Честотният спектър на дадена първична звукова карти-
на се определи от честотните спектри на звуковите източници, кон-
то вземат участие при създаването й. В табл. 1.1 [12] са дадени
честотните спектри на най-често срещаните звукови източници.
13
Таблица LI
Звуков източник Основен честотен спектър (мелодия ) Hz Пъпен честотен спектър (мелодия и тембър), Hz
Мъжки говор 70 — 700 70 — 8372
Женски говор 164,8— 1300 164,8—10548
Бас 82.4— 392 82,4— 9392
Баритон 98 — 440 98 — 9392
Тенор 130,8— 5873 130,8— 9392
Алт 174,6— 784 174.6-10548
Мецосопран 220 — 880 220 —10548
Сопран 261,6— 1568 261,6—10548
Чело 65,4— 784 65,4 -16744
Цигулка 174,6— 3520 174,6—16744
Бас саксофон 55 — 587,3 55 —14080
Кларинет 110 — 1318,5 НО —15804
Обой 246,9— 1568 246,9—12544
Флейта 239,7— 2349,8 239,7—16734
Барабан 87,8— 220 87,8—15804
Орган 16,4— 8372 16,4—21096
Роял 27,5— 4693,7 27.5— 7040
Чинели 329,6—16744 329,6—16744
Под основен честотен спектьр се разбира спектърът от основни
тонове, конто може да създаде даден звуков източник. Пълният
честотен спектьр включва и честотния спектър от хармонините,
конто възникват с даден основен тон и определят тембъра на зву-
коизточника. От таблицата се вижда, че спектърът на органа заема
най-широк честотен обхват — по-широк от звуковия спектър. За-
това изпълнение с участието на орган трябва да се възпроизвежда
от електроакустична система с много добри показатели.
Нивото на сигнала — електрически или акустичен, съответ-
ствуващ на определено музикално изпълнение или говор, е про-
изводна функция на времето — фиг. 1.4. На всяка определена
стойност на нивото съответствуват интервали, в конто нивото на
сигнала е по-високо — например за интервалите Д^, Д£2, Д/3, Д£4
и Д4 (фиг. 1.4) нивото е по-високо от Ьг. Общото време на преви-
шаване на нивото е T=A/14-Af2+Af3-f-Af4-b Af5, а относителнот0
време — В случая е достатъчно дълъг интервал от
време, за да се получи пълна представа за процеса. За говор
се приема тд-Ю—15 s, а за музика —тдМ5 — 60 s.
Разликата между максималното ниво LTOax и средното ниво
Lcp се нарича еърков фактор (пик-фактор) П:
П—Z>niax ^ер- (1.16)
14
Върховният фактор е твърде важен, тъй като определи какъв
резерв трябва да притежава електроакустичния канал спрямо
средната стойност на сигнала, който ще се възпроизвежда. Върхо-
вият фактор, измерен за никои музикални инструмента при из-
пълнение на откъси с продължителност 15 s, е: за барабан — 16 dB;
за контрабас — 10,8 dB; за бас-саксофон — 16,6 dB; за орган —
13,2 dB; за оркестър от 75 инструмента — от 17,7 до 27,8 dB.
Формата на акустичния сигнал, получаван от даден първичен
източник на звук, се измени непрекъснато с времето. Измени се и
съставът на неговия спектър. Независимо от това във всеки мо-
мент от времето сигналът може да се разглежда като съставен от
краен брой сигнали с фиксирана честота, т. нар. дискретен спек-
тър, който представлява сума от един или няколко основни тона
и техните хармоници (фиг. 1.5а) или съставен от неограничен
брой сигнали с фиксирана честота — плътен или непрекъснат
спектър (фиг. 1.56 — ординатата Д е пропорционална на ампли-
тудата на сигнала). Моментната стойност на акустичния сигнал се
получава като сума от моментните стойности на отделяйте съста-
вящи го сигнали. Всеки съставящ сигнал притежава определена
мощност и пренася определено количество енергия. Мощността
е пропорционална на квадрата на амплитудата на съответния
15
сигнал. За пълно характеризиране на даден сложен сигнал тряб-
ва да се определи неговата мощност и мощността на съставящите
го сигнал и. Във връзка с това се дефинират понятията енергиен
спектър и спектрална плътност на сигнала. Мощността на слож-
ния сигнал е сума от мощностите на всички спектрални съставя-
щи, които го образуват. Енергията, която пренася сложният сиг-
нал за определен интервал от време 1м също е сума от енергиите,
които пренасят съставящите го сигнали за интервала тдг(енер-
гийният анализ на даден сложен сигнал винаги се извършва за
определено време т//). При анализ на сигнал, съответствуващ на
говор, обикновено се приема тдг= 15 s, а при сигнал, съответству-
ващ на музикално изпълнение — т/; =60 s. Определянето на
енергията на отделните сигнали, съставящи сложния сигнал, се
нарича енергиен спектрален анализ на сигнала. Спектралното
разпределение на енергията се представя с линии, съответствува
щи на квадрата на амплитудата А2 на съставящите сигнали —
фиг. 1.6.
Енергиен спектър на сложен сигнал. Това е спектърът от
енергиите на сигналите, които съставят даден сложен сигнал. Не
бива да се забравя, че енергийният спектър се определи за даден
интервал от време. Ако се разглежда процесът на пренасяне на
звукова енергия за единица време, следва да се говори за мощност
на сигнала и съответно за честотен спектър на мощността на слож-
ния сигнал. Кривата, която обвива квадратите на амплитудите
(минава през върховете им), изобразява графично енергийния
спектър на даден сложен сигнал за даден интервал от време (кри-
16
ва а на фиг. 1.6). На практика тази крива се нарича също енер-
гиен спектър на сложния сигнал.
Интензитетът на звука в честотен обхват с широчина единица
се нарича спектрална плътност на акустичния сигнал. В аку-
Фиг. 1.6
стиката за единица широчина се приема 1 Hz, при което спектр ал-
ната плътност J се определи със зависимостта
(1-17)
където Iд/ е интензитетът, измерен в честотен обхват с широчина А/.
За удобство при разглеждане на енергийното разпределение
за оценка на плътността на спектъра също се въвежда логарит-
мична единица. Тази единица се нарича ниво на спектралната
плътност или спектрално ниво
В електроакустиката твърде често се използуват акустични
шумове, чиито енергийни спектри се подчиняват на определена
закономерност. Шумът, който се характеризира с еднаква спек-
трална плътност в целия честотен обхват, се нарича бял шум. Ка-
то се има пред вид определението за спектрална плътност, следва,
че в честотни обхвати с еднаква абсолютна широчина се съдържа
еднакво количество енергия. Например честотният обхват от 100
до 200 Hz съдържа толкова енергия, колкото и честотният обхват
от 16 000 до 16 100 Hz (абсолютната широчина на обхвата и в
двата случая е 100 Hz). Енергията в равни относителни честотни
обхвати (например октави) не е еднаква, анараства пропорционал-
2 Битова звукотехннка
17
но на увеличаването на абсолютната широчина на обхвата. Напри*
мер широчината на обхвата за октавата от 100 до 200 Hz е 100 Hz,
а за октавата от 200 до 400 Hz е 200 Hz, т. е. два пъти по-голяма.
При еднаква спектр ал на плътност енергията на втората октава е
два пъти по-голяма от тази на
първата. Шумът, конто се харак-
теризира с еднакво количество
енергия в честотен обхват, равен
на една октава или х/3 от окта-
вата, се нарича розов шум.
За практиката голям интерес
представлява спектралното раз-
пределение на енергията на сиг-
нал и, съответствуващи на опреде-
лена музикална или говор на про-
фиг 1 7 грама. Това е необходимо за пра-
вилно определяне енергийните
режими на работа на отделните
звена от даден акустичен канал, в конто възпроизвеждането на
различните честотни спектри се осъществява от обособени звена.
Обикновено изследването се провежда за откъси с продължител-
ност 15-^60 s в продължение на 15ч-30 min, след което от полу-
чените резултати се определи средната стойност за цялото време.
Необходимо е да се отбележи, че определянето на една средне-
статистически крива на спектралната плътност на дадено музикална
Фиг. 1.8
Фиг. 1.9
произведение е много трудна, практически нерешима задача. При-
чината за това е обстоятелството, че всяко музикално произведе-
ние има индивидуална спектрална плътност. Може да се определи
спектралната плътност на конкретното изпълнение на произведе-
нието, но това не означава, че при следващото му изпълнение тя
18
ще бъде същата. На фиг. 1.7 е дадена усреднената спектрална
плътност на средната мощност на вокална и камерна музика, на
фиг. 1.8 — на лека и естрадна музика, а на фиг. 1.9 — на симфо-
нична музика [9].
1.2. Основни свойства на човешкия слух
Основните изисквания по отношение на електроакустичната
апаратура се определят от свойсгвата на човешкия слух. Само ка-
то се познават количествените характеристики на слуха, могат
да се дефинират техническите изисквания за честотен обхват, ни-
во на звуковото налягане, нелинейни изкривявания при опреде-
лено звуково налягане и за други параметри на електроакустич-
ната апаратура. При това органът на човешкия слух (човешкото
ухо) представлява един своеобразен приемник на звук, конто се
различава съществено от техническите приемници на звук, създа-
вани от самия човек.
Праг на чуваемостта. Това е най-малката стойност на звуко-
вого налягане (интензитета на звука), което действува на човеш-
кото ухо и може да предизвика у човека звуково усещане. Уста-
новено е, че за да се чуе чист звук с честота 1000 Hz в напълно
тихо помещение, амплитудата на звуковото налягане в точка от
звуковото поле, която се намира в непосредствена близост до чо-
вешкото ухо, трябва да има стойност 2,84.10"5 Ра (ефективна стой-
ност 2.10“5Ра). Това звуково налягане се нарича праг на чу-
ваемостта. Интензитетът на звука, съответствуващ на прага на
чуваемостта, е 10"12 W/m2.
Прагът на чуваемостта е различен за сигнали с различна че-
стота. В резултат на многобройни изследвания е установена за-
виси.мостта на прага на чуваемостта от честотата за чист звук —
крива 1 от фиг. 1.10 а. Вижда се, че звукови сигнали с честота от
2000 до 4000 Hz предизвикват звуково усещане даже и ако създа-
ват звуково налягане, по-малко от 2 . 10 5 Ра. Затова се казва,
че човешкото ухо е най-чувствително за звукове с честота от 2000
до 4000 Hz.
Праг на болезненото усещане. При непрекъснатото нарастване
на звуковото налягане се увеличава непрекъснато и гръмкостта.
При високи стойности на гръмкостта възбуденото у човека усеща-
не започва да става неприятно и при достатъчно голямо звуково
налягане се смесва с чувство за'болка в ушите. Това звуково наля-
гане се нарича праг на болезненото усещане. Средностатистиче-
ската крива на болезненото усещане е дадена на фиг. 1.10а —
19
крива 2. Вижда се, че прагът на болезненото усещане също завися
от честотата, но в по-малка степей от врага на чуваемостта. Раз-
ликата между звуковите налягания, съответствуващи на прага на
чуваемост и прага на болезненото усещане, за средните честоти
на звуковия спектър е много по-голяма, отколкото за граничните
честоти.
Зона на слухового възприятие. Стойностите на звуковото на-
лягане, създадено от сигнали със звукови честоти, конто се на-
мират между прага на чуваемостта и прага на болезненото усе-
щане, образуват зоната на слухового възприятие. Отношение™
между стойностите на звуковите налягания, съответствуващи на
прага на болезненото усещане и на прага на чуваемостта за да-
дена честота, представлява динамичная обхват на слуховото въз-
приятие или динамичния обхват на човешкото ухо.
Височина на тоновете. Устройство™ на човешкото ухо е такова,
че човек възприема звуковите вълни с различна дължина по раз-
личен начин. При сравняване на два звука се казва, че звукът с
по-висока честота се възприема като по-висок тон. В резултат на
продължителни експерименти е установено, че звуковото усеща-
не за промяна на височината на тона на възприемания сигнал е
пропорционално на относителното, а не на абсолютного изменений
на честотата
Необходимо е да се знае, че човешкото ухо е много чувствител-
но към относителните изменения на честотата. В областта на сред-
ните честоти (от 500 до 4000 Hz) човек може да разграничи два тон:
с ниво 80 dB, различаващи се по височина само с 0,2%, т. е. звук
20
с честота 501 Hz и звук с честота 500 Hz. Именно тази голима чув-
ствителност към промяната на височината на тона налага и висо-
ките изисквания по отношение на скоростта на задвижване на
магнитофоните и грамофоните — допустимите отклонения от но-
миналната скорост са много малки.
Поради свойството на човешкия слух да реагира на относител-
ното изменение на честотатапри графично изобразяване на че-
стотните характеристики на електроакустичната апаратура често-
тата се нанася по абсцисната ос в логаритмичен мащаб.
Гръмкост G. Субективното възприятие, свързано с усещането
за различен интензитет на звуковото поле, се нарича гръмкост.
В средата на миналия век Вебер установил, че най-малкото на-
растване на интензитета на звука, което може да се различи слу-
хово, представлява около 10% от неговата стойност, т. е. субек-
тивното възприятие се измени пропорционално на относителното
изменение на дразнителя. Почти по същото време Фехнер дал
математичната формулировка на зависимостта, установена от Ве-
бер. Тази зависимост носи названието психофизичен закон на Ве-
бер—Фехнер и гласи: нивото на субективното възприятие е
пропорционално на логаритьма от отношението на интензитетите
на звуковото поле. Слуховото възприятие е субективен пронес и
не се поддана на точно математизиране. Законътна Вебер—Фех-
нер е само приблизително верен, като най-малки са отклоненията
за сигнали с честота 1000 Hz. Единицата за гръмкост е сон (sone),
като 1 sone съответствува на гръмкостта на звуков сигнал с че-
стота 1000 Hz и ниво на звуковото налягане 40 dB.
За да се възприемат два звукови сигнала с различии честоти
като сигнали с еднаква гръмкост, е необходимо те да създават
различно ниво на звуковото налягане. Като се съпоставя гръм-
костта на сигнал с честота 1000 Hz с гръмкостта на сигнали с раз-
личии честоти, се определят стойностите на нивото на звуковото
налягане, за конто гръмкостта е еднаква. Така са получени кри-
вите на еднаква гръмкост за хармоничен сигнал, дадени на
фиг. 1.10а.
Ниво на гръмкост LG. Баркхаузен е въвел понятието ниво на
гръмкостта — изразеното в децибели ниво на звуковото налягане
на сигнал с честота 1000 Hz за дадена крива с еднаква гръмкост.
Единицата за ниво на гръмкостта е фон (phone). На фиг. 1.10 а
е означено нивото на гръмкостта на кривите с еднаква гръмкост
в единици phone. Понятията гръмкост и ниво на гръмкостта твър-
де често се смесват, за това ще седадат някои пояснения.Сигналът
с честота 1000 Hz, конто създава звуково налягане 2.10“3 Ра,
т. е. има ниво 40 dB спрямо 2.10"5Ра, се възприема с гръмкост
21
1 сон. Но нивото на тази гръмкост не е О фона, (колкого би се
получило, ако се логаритмува 1), а е 40 фона (колкого е нивото на
звуковото налягане, възприемано с гръмкост 1 сон). По принцип
нивото на гръмкостта не се определи чрез логаритмуване на чи-
слото, показващо гръмкостта, а съответствува на нивото на зву-
ковото налягане на сигнал с честота 1000 Hz, възприемано с опре-
делена гръмкост. При известно ниво на гръмкостта на чист тон
може математично да се определи гръмкостта, но за L с^40 фона:
О=20,,<Лс_40). (1.18)
На фиг. 1.106 е показана графично зависимостта на гръмкостта
за чист тон (в сонове) от нивото на гръмкостта (във фонове), като
крива 1 е експериментално определена, а крива 2 съответствува
на формула (1.18).
От графиките на фиг. 1.10а се вижда, че честотната зависимост
на кривите с еднаква гръмкост е различна за различните нива на
гръмкостта — при високо ниво на гръмкостта кривите са срав-
нително равномерни, а при ниско — много неравномерни с ясно
изразен седловинен характер. От това следва една съществена
особеност, която трябва да се има пред вид. Ако се слуша при ви-
соко ниво на гръмкостта (например 90 фона), сигналите с различ-
ии честоти трябва да създават приблизително еднакво ниво на
звуковото налягане, за да се възприемат от човека с еднаква гръм-
кост. Ако се слуша при ниско ниво на гръмкостта (например 30
фона) сигналите с ниски и високи честоти ще трябва да създават
значително по-високо ниво на звуковото налягане от сигналите
със средни честоти, за да се възприемат от слушателя с еднаква
гръмкост — например сигналът с честота 40 Hz трябва да създава
с 42 dB по-високо ниво на звуковото налягане от сигнала с че-
стота WOO Hz. От това следва, че когато се слуша при ниски нива
в електронния тракт на електроакустичната система трябва да се
повишава нивото на сигналите с ниски и високи честоти. За та-
зи цел се използуват тонкоректорите. Ако се слуша при ниско ни-
во на гръмкостта, тонкоректорите трябва да бъдат максимално
отворени (в максимална степей да повишават нивото на сигна-
лите с ниски и високи честоти).
Маскиране на звукови сигнали. Прагът на чуваемостта за зву-
ков сигнал с дадена честота се определи в иапълно тихо помеще-
ние. Ако обаче едновременно с дадения звуков сигнал се появи
друг чист тон или някакъв шум, прагът на чуваемост за дадения
сигнал се измества към по-високите нива. Това явление се нарича
маскиране на звуковите сигнали. Количествен© маскирането М
на даден сигнал от друг сигнал, които се нарича маскиращ, се оце-
22
нява с разликата на праговете на чуваемост на дадения сигнал при
наличие и отсъствие на маскиращия сигнал.
Маскиращото влияние на сигнал с определена честота съгласно
[27] се илюстрира с кривите на прага на чуваемост , дадени на
фиг. 1.11. Крива 1 изоб-
разява Прага на чуваемост
в напълно тихо помещение
(абсолютен праг на чувае-
мост), а крива 2 — прага
на чуваемост за различии
честоти в присъствието
на.маскиращ сигнал с
, честота 1000 Hz и ниво
20 5°)пп2СЮ на звуковото налягане 80
оВ. Вижда се, че за чес-
. , ,, тоти, намиращи се с по-
вече от една октава по-
ниско от маскиращия звук (под 500 Hz), прагът на чуваемост
остава непременен. За честоти, лежащи в октавата 1000—2000 Hz,
прагът на чуваемост е повишен сравнително най-много. В обхвата
2000—10 000 Hz измененного на прага на чуваемост намалява с
увеличаване на честотата, като над 10 kHz остава непременен.
За честоти, равни на основната, удвоената и утроената честота на
маскиращия сигнал, се чува биене в широк обхват на изменение
нивото на този сигнал. Вижда се, че всеки чист тон оказва силно
маскиращо влияние върху други чисти тонове, конто се намират
в обхвата на по-високата октава на маскиращия звук — в слу-
чая 1000 Hz и октавата 1000—2000 Hz. В обхвата на по-ниската
октава (от 1000 до 500 Hz) маскиращото влияние намалява рязко,
а за високите честоти (над 2000 Hz) по-плавно. С намаляване ни-
вото на маскиращия сигнал се намалява и изменението на прага
на чуваемостта, като в същото време се стеснява и честотният
обхват, в който се проявява маскиращия ефект. От казаното ста-
ва ясно защо субхармониците, конто се получават в резултат на
нелинейни изкривявания, влошават качеството на възприеманата
звукова картина в по-голяма степей от висшите хармоници — суб-
хармониците не се маскират от основния тон.
Бинаурален ефект. Нормално звуковата информация постъп-
ва през два рецептора—двете уши на слушателя. В главния мозък
се извършва сложна обработка (съпоставяне) на информацията,
постьпила през двете уши, и се изгражда единна звукова карти-
на. При тази обработка се определят редица параметри на зву-
ковия източник, който не биха могли да се определят, ако инфор-
23
мацията постьпваше само през един канал. Из граждане™ на еди-
нен звуков образ в съзнанието на слушателя при слушане с цве-
те уши, при което се получава определена представа и за звуко-
вия източник, се нарича бинаурален ефект. Ако слушателях се
намира точно срещу звуковия източник, звуковата вълна дости-
га одновременно до двете му уши и звуковото налягане в тях е с
еднаква амплитуда и фаза. Всяко изменение на взаимного раз-
положение на звуковия източник и главата на слушателя (освен
преместване по правата, която ги съединява) ще доведе до про-
мяна както на амплитудата, така и на фазата на звуковото наля-
гане, действуващо на двете уши на слушателя. До ухото, което
е разположено по-далече от звуковия източник, звуковата вълна
достига с известно закъснение и създава по-ниско звуково наля-
гане. Тези две явления, позволяващи да се определи слухово
посоката към звуковия източник, се наричат съответно фазов и
амплитуден бинаурален ефект.
Благодарение на бинауралния ефект човек може да определи не
само посоката но и приблизително разстоянието, на което се нами-
ра звуковият източник. При определяне на разстоянието трябва
да се има пред вид и ефектът на изпреварването (ефект на Хаас):
ако един и същи звук се излъчва от два или повече източника,
намиращи се на различно разстояние от слушателя, звукът се
възприема така, като че ли се излъчва от един единствен (най-
близкия) звуков източник. При това ефектът на изпреварване се
запазва дори и тогава, когато по-далечните звукови източници
създават звуково налягане с по-високо ниво.
Бинауралният ефект и ефектът на Хаас играят съществена
роля при стереофонично възпроизвеждане на музикални или
говорни картини.
Възприятие за тембър на звука. Още Ом изказал мисьлта, че
просто слухово усещане се получава само при въздействие на зву-
ково поле, създадено от източник па чист звук. Ако към основния
звук се прибавят втори, трети и т. н. чисти звукове с други че-
стоти, слухового възприятие се измени — възниква впечатление
за окраска на звука. Възприятието, което се получава от един
и същи основен тон, но съчетан с различен брой и различно ниво
хармонични тонове, е различно и се нарича възприятие за тем-
бър на звука. Според Ом и Хелмхолц човешкото ухо като че ли
разлага сложния звук на чисти звукове, конто предизвикват
отдел ни усещания. Всяко изменение на честотния спектър на
даден сложен звук или изменение на съотношението на нивото
на съставящите го чисти звукове води до промяна на тембъра на
звука.
24
1.3. Пространствен© слушане
Първичните звукови картини се създават от определена съв-
купност от музикални инструмента, разположени на естрадата
или на сцената на коннертна зала. Инструменталното изпълнение
може да се придружава и от вокално — пеенето на един или по-
вече певци. Звуковете, създадени от отделяйте инструменти и
вокални изпълнители, се разпространяват в залата и достигат
във всяка нейна точка. Освен директните звукове до всяка точка
достигат и отразени (еднократно или многократно) от стените на
помещението звукове. По такъв начин сеоформя звуковата кар-
тина в залата. Трябва да се отбележи, че в един и сыци момент
звуковата картина е различна във всяка точка от пространството
на залата. Освен това тя се променя непрекъснато и във времето»
от една страна, норади продължаващото изпълнение на дадената
музикална творба, и от друга, поради развитието на различии
физични процеси.
Цялата тази съвкупност от акустични сигнали въздействува
на слуховия орган на всеки слушател, които се намира в концерт-
ната зала и поражда цял комплекс от усещания във вид на „жива",
обемна звукова картина, непрекъснато изменяща се във вре-
мето. Слушании с двете си уши, слушателят едновременно въз-
приема звуковите картини, които се създават в две точки от про-
странството на концертната зала — точките, в които се намират
ушите му. Периферната и централната нервна система обработ-
ват информанията от двете уши и изграждат единен звуков образ.
Въпреки единството на звуковия образ слушателят може да раз-
личи ясно някои негови компонента.
Слушателите, които седят на първите редове в концертната
зала, ясно възприемат разположението на отделните инструмен-
ти както по широчина, така и в дълбочина на сцената. Слушате-
лите от по-отдалечените места трудно могат да добият ясна пред-
става за това, но все пак определено възприемат пространственото
разположение на инструментите. Пространственото впечатление
у слушателя е една от най-важните особености на естественото
слушане. Не случайно в последно време се дават указания не са-
мо за точния състав на инструментите и изпълнителите, които
участвуват в изпълнението на дадено музикално произведение,
но се посочва и разположението им на сцената или на естрадата.
По този начин се цели да се използува още едно средство за въз-
действие върху слушателя — разделността на звученето, което
може да подчертае конфликтността на различните теми, тяхното
обединяване, съпоставяне, противопоставяне и т. н.
25
Възприятието за положение™ на източника на звука спрямо
слушателя възниква благодарение на бинауралния ефект. Опре-
делянето на местоположение™ на източниците на звук в про-
странство™ е възможно също благодарение на бинауралния ефект.
Л
Фиг. 1.12
Локализацията в хоризонталната равнина
се обяснява с бинауралната разлика меж-
ду времената Дтб и бинауралната разлика
между нивата на интензитетите ALe на сиг-
налите, въздействуващи на лявото и дясно-
то ухо на слушателя. На фиг. 1.12 а и б
са показани измененията на Атб и ДЬб в за-
висимост от изменение™ на положение™ на
звуковия източник спрямо слушателя—ъгълът
gj с <р на фиг. 1.12 в (звуковият източник се на-
мира върху хоризонтална равнина, минава-
ща през центъра на главата на слушателя).
Кривите от фиг. 1.12 са получени експериментално [10] в звуко-
заглушена камера. Вижда се, че на всяко положение на звуковия
източник, определено с ъгъла , съответствуват точно опреде-
лени стойности на Дтб и ДЬб- Направлението към източник на
звук, излъчващ сигнали с ниска честота (под 500 Hz), може да
26
се определи само от разликата Дтб, тъй като ДЬб почти не зави-
си от <р. При това за сигнали с честота под 100—150 Hz практи-
чески посоката към източника не може да се определи. В обхва-
та на средните честоти (от 500 до 5000 Hz) за правилното опре-
деляне на посоката към звуковия източник съдействуват в ед-
наква степей Д?б и ДЬб- Локализаниятана източник, който излъч-
ва сигнали с честота над 5000 Hz, се осъществява главно от раз-
ликата ДЬб- По този начин човек може да определи посоката към
звуковия източник с точност 3—4° в хоризонталната равнина,
докато способността му да локализира звуковия източник във
вертикалната равнина е по-слабо изразена — точността тук не
превишава 10—15°.
Човек е в състояние да определи и разстоянието до източника
на звук благодарение на свойството на слуха да възприема не
само звуковото налягане, но и някои други параметри на звуко-
вото поле. Установено е например [10], че човешкото ухо е спо-
собно да оценява и големината на скоростта на трептене на въз-
душните частици от пространството, в което е възбудено звуко-
во поле. В резултат на това човек определи разстоянието до из-
точника на звука по преходните процеси, конто възникват при
излъчване на сигнали с ниска честота. Установено е, ч? в есте-
ствени условия локализацията по дълбочина не е много точна.
Пространственото слушане се оформя в резултат на съвместно-
то действие на два основни субективни фактора — усещането за
посоката на звуковия източник и усещането за разстоянието до
него.
Много важен фактор в психофизиологията на слуховото
възприятие е усещането за обемност. Смята се, че след усещането
за гръмкост и височина на тона на звучене трябва да се постави
усещането за обемност. Установено е, че различните по височина
тонове създават различно усещане за обемност. Високите тонове
предизвикват усещането, че се излъчват от локален източник на
звук, докато ниските тонове възбуждат усещане за пространстве-
ност на източника, който ги излъчва, независимо от това, че
субективното възприятие за гръмкостта на двата сигнала е еднак-
во. Ако се увеличи нивото на гръмкостта на сигнала с по-висока
честота, може да се установи такова съотношение, при което двата
сигнала да възбуждат еднакво усещане за обемност. Например
чист тон с височина 2000 Hz трябва да създава ниво на звуковото
налягане 120 dB, за да възбуди същото усещане за обемност,
каквото възбужда тон с височина 500 Hz при ниво на звуковото
налягане 40 dB. Подобно на кривите на еднаква гръмкост са
установени и криви на еднаква обемност за сигналите с различна
27
честота — криви 3—7 на фиг. 1.13. На същата фигура за срав-
нение са нанесени кривите на прага на чуваемост — / и прага на
болезнено усещане — 2. За репер е взето усещането за обемност,
предизвикано от сигнал с честота 1000 Hz с определено ниво на
звуковото налягане, прието
за параметър на кривите. От
кривите на фиг. 1.13 се
вижда, че от сигналите с
висока честота (над 5kHz) не
може да се получи усещане-
то за обемност, съответству-
ващо на сигналите с ниска
честота, защото преди това
се достига прага на болезне-
ното усещане.
Всеки оркестър включва
голям брой музикални ин-
иг* * струменти, които се различа-
ват помежду си по тембър и
по структура на излъчваните звукови сигнали. Слушателят възпри-
ема изпълнението на оркестъра в концертната зала не само слухо-
во, но и зрително. Той следи непрекъснато всички нюанси на динами-
ката на обемната звукова картина, възприема я като едно цяло, ка-
то обединява сигналите на отделните инструмента в ансамбъл по
общи признаци, например по сходството на обвивката на излъчва-
ните сигнали. Но слуховият анализатор на човека притежава и яс-
но изразена избирателна способност. Тя позволява слушателят да
отдели в съзнанието си звученето на отделен интересуващ го ин-
струмент по-подчертано от общото звучене. Това качество на
слуховото възприятие е известно като прозрачност на звученето.
При слушане в концертна зала прозрачността на звученето за-
виси от пространственото разположение на източниците на звук,
от спектралните свойства на излъчваните от тях сигнали, както
и от изменението на нивата на тези сигнали. Прозрачността на
звученето е една от най-важните особености на пространственото
слушане.
Обединяването на съставящите на сложного звучене в единен
звуков образ и неговото разделяне на компоненти са два проти-
воположив по своята природа процеси, които лежат в основата
на естетическото възприятие на непрекъснато изменящата се във
времето и пространството звукова картина и подобряват про-
зрачността и монолитността на звучене на звуковата панорама
като цяло.
28
За създаване на обемност и пластичност на звученето е много
важно да се осигури възможност'за добро предаване на сигналите
с ниска честота. В много големите помещения поради голямото
разстояние между слушателите и оркестьра-усещането за направ-
ление към звуковите източници или за разстояние до тях може
изобщо да не се прояви или да се прояви слабо. С цел да се по-
лучи по-жива и обемна звукова картина се увеличава броят на
музикалните инструмента в оркестъра, конто създават предимно
нискочестотни акустични сигнали.
Качество™ на звучене зависи в много голяма степей от акустич-
ните параметри на помещението, в което се намират изпълнители-
те и слушателите. Оркестрово изпълнение на открито създава у
слушателите представа за бедно, сухо звучене. Същото изпъл-
нение от същия оркестър, но в концертна зала, създава несрав-
нимо по-богати звукови картини и доставя голяма естетическа
наслада на слушателите. В закрито помещение след директния
сигнал слушателят възприема голям брой отразени сигнали, кон-
то се различават от директния сигнал и помежду си по нивото,
формата на спектъра, времето на закъснение и посоката, от
която идват. Отразените сигнали характеризират пространстве-
ния реверберационен процес в залата, който значително подоб-
рява тембъра на звучене на отделяйте инструмента и гласове,
като по този начин ги обогатява и подчертава отделяйте нюанси.
За някои сигнали с определена честота се получават отражения с
твърде високо ниво — т. нар. енергийни пикове на ревербераци-
онная процес. Те се възприемат на фона на общия равномерен
реверберационен процес и заедно със структурата на първите
отражения изграждат достатъчно точна субективна слухова
представа за обема на залата. Разликата между времето на ре-
верберация за сигналите с различна честота е също фактор, съз-
даващ у слушателя впечатление за размерите на концертната зала.
Този фактор спомага за получаване на специфично звучене в
залата, което е присъщо само на тази зала. Разликата между
направленията на всеки отразен звук съдействува за по-добро
възприемане на акустичните параметри на концертната зала от
слушателите, но за сметка на това намалява пространствената
избирателност на слуха. Степента на дифузност на звуковото
поле в залата оказва не малко влияние за субективното възпри-
емане на залата от слушателите. Всички тези фактори създават
т. нар. акустична атмосфера в концертната зала, в която се из-
пълнява и възприема дадено музикално произведение.
Тук е необходимо да се подчертае, че директният и отразените
звукове се възприемат слято, като продължение един на друг
29
само ако времето на закъснение на всеки следващ звук е по-мал-
ко от 50 ms. При това ако закъснението е повече от 30 ms, ще се
получи качествен© изменение на звученето. Сливането на после-
дователно действуващите звукове се дължи на инертността на
Фиг. 1.14
слухового усещане, което за 50 ms ста-
ва такова, каквото би било, ако е полу-
чено от сигнале ниво, по-ниско с 3 dB.
Ако отразеният сигнал достигне до слу-
ховия орган с по-голямо закъснение
от 50 ms, той може също да се приеме
слято с предишния сигнал, но при ус-
ловие, че нивото на отразения сигнал
е значително по-ниско. Нафиг. 1.14 е
дадена зависимостта на разликата меж-
ду нивата ALC на двата сигнала като
функция от времето на закъснение т3,
при която сигналите ще се възприемат
слято — крива 1. С крива 2 е пока-
зана зависимостта между същите ве-
личини, при която вторият сигнал ще се възприеме като ехо
на първия [25].
1.4. Блокова схема на електроакустична система
Електроакустичните системи намират широко приложение
при озвучаването на открити и закрити пространства. Те могат
да се използуват още и при формирането на първичните звукови
картини, като в този случай се наричат звукоусилеащи електро-
акустични системи- Предназначението на звукоусилващата си-
стема е да повиши нивото на излъчваните от определен музика-
лен инструмент акустични сигнали, с което се цели да се получи
баланс на нивото, създавано от звукоизточниците на даден ан-
самбъл и в крайна сметка да се получи звукова панорама, която
да възбуди по-голяма естетическа наслада у слушателите. На-
пример при естрадни изпълнения създаваните от китарите аку-
стични сигнали не се излъчват директно, а се усилват чрез зву-
коусилваща система. Това се налага, тъй като акустичната мощ-
ност, която могат да излъчват директно китарите, е много малка
и те ще се маскират в общия фон от значителното ниво, създавано
от останалите инструменти. По същата причина се усилват во-
калните изпълнения и изпълненията на много други музикални
инструменти.
30
Със звукоусилващата система се увеличава нивото на сиг-
нала, излъчван от първичния източник (музикален инструмент,
певец или оратор), и когато ограничената мощност на източника,
високото ниво на шума или неподходящите акустични параметри
Фиг. 1.15
на помещението влошават силно чуваемостта. На фиг. 1.15 е
дадена в най-общ вид блоковата схема на една звукоусилваща
система. Най-често 1 е микрофон, който преобразува акустич-
ните трептения в електрически, но може да бъде и електромеха-
ничен преобразувател, преобразуващ механичните трептения
(напр. на струната на китара) в электрически. Усилвателят 2
повишава енергийното ниво на електрическите трептения за
сметка на енергията на токозахранващия източник, а акустич-
ната система 3 преобразува електрическите трептения в аку-
стични-
Звукоусилващите системи се използуват за озвучаване на го-
леми аудитории и зали при провеждане на конференции, лекции и
обществено-политически мероприятия с голям брой участници,
на площади при провеждане на митинги или демонстрации, на
жп гари и аерогари, на стадиони и други спортни съоръжения и
т. н. Характерна особеност на тези системи е, че обикновено мик-
рофонът, който приема първичния акустичен сигнал, се намира
в звуковото поле на акустичната система, излъчваща същия аку-
стичен сигнал, но с по-високо ниво (след усилването му от усил-
вателя). В резултат на това се осъществява акустична обратна
връзка — посредством акустичната среда се затваря веригата
между изхода и входа на звукоусилващата система. При доста-
тъчно голямо усилване енергийните съотношения могат да се
окажат благоприятни за възникване на автотрептения, т. е.
за самовъзбуждане на системата на някоя честота от звуковия
обхват. Тези автотрептения се излъчват като пищене, тъй като
нивото им е много високо. В резултат на самовъзбуждането си-
31
стемата става неуправляема и не може да изпълнява функции
те си.
Основного предназначение на електроакустичната систем,
за възпроизееждане е да пресъздаде точно н вярно първичнот
звуково поле (първичната звукова картина или панорама), съз
дадено в концертната зала, в помещението, в което се намир
слушателят. Първичното звуково поле се характеризира с опре
делено звуково налягане plt което е функция на времето t и про-
странствените координати х, у и z на помещението, в което о
създава. Вторичното (възпроизведеното) звуково поле също о
характеризира с определено звуково налягане р2, което е функ-
ция на времето t и пространствените координати на помещението.
в което се слуша музикалното изпълнение. За да се пресъздаде
пълно и точно първичното звуково поле,трябва р8 да е същата
функция на времето и пространството, каквато е Да се получи
това на практика е невъзможно. Обикновено размерите на поме-
щението, в което се възбужда вторичното звуково поле, са раз-
личии от размерите на помещението, в което е било създадено
първичното. Освен това акустичните параметри на двете поме-
щения никога не могат да бъдат идентични. Ето защо целта е
електроакустичната звуковъзпроизвеждаща система да осигури
такова възпроизвеждане на първичното звуково поле, което да
предизвика у слушателя комплекс от усещания, по възможност
най-близки до тези, възникнали при естественото слушане — про-
странственост и прозрачност на звученето, тембър на музикалните
инструменти и на вокалните изпълнители, музикално равнове-
сие на отделните елементи на сложного звучене. Освен това тя
трябва да възпроизведе акустичните свойства на първичното по-
мещение, да създаде у слушателя ефект на присъствие, т. е. илю-
зия за неговото пренасяне в концертната зала с присъщите й
акустични параметри.
Вторичното звуково поле, създавано чрез звукопроизвеждаща
електроакустична система, не трябва да се разглежда като пасив-
но отражение — по-бедно, непълно и неточно повторение на
първичното звуково поле. Не трябва да се забравят широките
възможности за допълнителна обработка на първичната звукова
панорама, преди да се предостави за възпроизвеждане. Тук именно
звукорежисьорът има поле за творческа изява при създаването
на звукови ефекти, чието осъществяване е трудно и дори невъз-
можно в условията на естественото слушане. Звукорежисурата е
активен творчески процес на преработка на изходната звукова
информация. Не е изключена възможността при тази преработка
получената нова звукова панорама да е по-добра от изходната.
32
Блоковата схема на една звуковъзпроизвеждаща електро-
акустична система в най-общ вид е. показана на фиг. 1.16. Микро-
фонът 1 преобразува звуковата картина в еквивалентен електри-
чески сигнал, който се предава в канала за звукозапис 2. Обик-
фиг. 1.16
новено следва промишлено размножаване на записаната звукова
информация, но в никои случаи полученият в канала 2 запис
остава единствен. При прослушването записаната информация
се преобразува в канала за възпроизвеждане 3 отново в електри-
чески сигнал, който се подава на входа на високоговорителя 4.
Високоговорителят създава вторичното звуково поле.
Съществуват няколко основни типа звуковъзпроизвеждащи
електроакустични системи, конто се различават по начина за
„консервиране" на характеристиките на звуковото поле, по на-
чина на записване на електрическите сигнали и тяхното възпро-
извеждане. Най-често използувани са механичната, магнитната
и оптичната система.
В практиката намират приложение различии системи за зву-
ковъзпроизвеждане, конто се различават по вида и броя на еле-
ментите, изграждащи системата. В зависимост от броя на кана-
лите за запис и възпроизвеждане електроакустичните системи се
разделят на: едноканални, двуканални, четириканални и пр.
Едноканални системи. Те са широко известии като монофонич-
ни системи. При тях независимо от броя на използуваните мик-
рофоны (един или повече) се записва един сигнал. При един мик-
рофон сигналът за запис се получава на изхода му и не са необ-
ходими допълнителни електронни устройства между микрофона
и усилвателя. Този сигнал може да се възпроизведе от един или
повече високоговорители. При това всички високоговорители
могат да възпроизвеждат синфазно записаната фонограма.
Възможно е някои от тях да възпроизведат фонограмата ре-
жисирано (през закъснителна линия), а други — нережиси-
рано, като за целта във възпроизвеждащия канал е необходимо
да се включи функционален преобразувател за възпроизвеждане.
3 Битова звукотехника
33
Ако в записващия канал се използува повече от един микрофон,
може да се използува и функционален преобразувател за запис.
Двуканални системи. Широко популярно е наименование™ им
стереофонични или само стереосистеми. Необходимо е да се посо-
чи, че това наименование не е съвсем точно. Стереофон буквално
означава пространствен звук, а както е известно всеки звук е
пространствен. Обикновената едноканална система създава също
пространствен звук. Двуканалната звуковъзпроизвеждаща си-
стема създава подчертано възприятие за обемност, звучи „по-
пространствено“ в сравнение с едноканалната и затова е получила
наименование™ стереофонична. Впоследствие беше създадена
четириканална система, която още повече подчертава обемността
на звученето, но нейното наименование се определи от броя на
каналите — квадрофонична. Вече се създават и шестканални
(хексафонични), и осемканални (октофонични) системи.
Ако се излиза от обемността на звучене, наименование™
стереофонична трябва да се отнася за всички звукоизлъчващи
системи или поне за всички системи с повече от един канал. За
да се запази съществуващата терминология, в книгата стерео-
фонични ще се наричат само двуканалните електроакустични
системи.
Каналите за запис и възпроизвеждане при стереофоничните
системи са два. Обикновената двуканална система има точно два
микрофона в приемната страна и точно две озвучителни тела във
възпроизвеждащата. Разбира се, възможни са най-различни
модификации и в двете страни
Четириканални (квадрофонични) системи. Характеризмрат се
с четири микрофона в приемната страна, четири канала за усил-
ване, четири канала за запис и четири записани фонограмм, които
са синхронизирани по време. Във възпроизвеждащата страна съ-
що има четири канала за възпроизвеждане и усилване и четири
озвучителни тела за създаване на звуковото поле, които излъч-
ват синфазно. Възможностите за модификации и комбинации тук
са още по-големи, отколкото в монофоничната и стереофоничната
систем а.
1.5. Висока точност на възпроизвеждането.
Изисквания относно апаратурата от Hi - Fi клас.
Елементи на Hi-Fi системите
Идеалната електроакустична система за звуковъзпроизвеж-
дане трябва да отговаря на следните основни изисквания:
34
— зависимостта между изходната и входната й величина да
е линейна и еднозначна;
— да има ниска цена;
— да заема малък обем;
— да има подходащ външен вид, отговарящ на съвременен
дизайн.
Както се вкжда, изискванията са от различен характер и в
същото време—противоречив!!. Например постигането на съвър-
шенство във възпроизвеждането, както и съвременното решение
на външния вид са неминуемо съвързани с увеличаване на це-
ната и обема на системата.
Оптималната конструкция на електроакустичната система се
получава в резултат на разумен компромис между тези противо-
речиви изисквания. Обикновено се говори за „приемливо" каче-
ство, „приемлива“ цена и т. н. В понятието качество в случая се
включват не цифровите стойкости на обективно измерените физич-
ки параметри на системата, а главно тяхното влияние върху
степента на естетическото удоволствие, което се получава при
прослушането на възпроизведената звукова панорама. Като се
нзлиза от субективния характер на възприятията на слушателя,
изискванията, конто се предявяват по отношение на качеството на
електроакустичната система, се свеждат до едно — възприятието,
получено при възпроизвеждането на определен запис, да е равно-
стойно на полученото при оригиналното изпълнение. Това изиск-
ване има експлоатациокен характер и не дава точна представа
за техническите изисквания по отношение на електроакустичната
система като цяло или изграждащите я елементи. Все пак, опи-
райки се на това изискване, инженерите-специалисти търсят обек-
тивните параметри, чиято количествена оценка в достатъчка
степей да характеризира субективно възприеманото качество на
системата.
В последно време широка популярност получи понятието
Hi-Fi (хай-фи) като показател за качеството на електроакустичиа-
та система или на изграждащите я електроакустични апаратури
(high fidelity — точност на възпроизвеждането). Апаратурите»
означени със знака Hi-Fi, трябва да осигуряват висока точност
на възпроизвежданата от тях записана звукова информация,
което се постига чрез подобряване на качествените им показа-
тели. Те се оформят като един глас от електроакустични апара-
тури с отлични обективно оцекявани качествеки показатели,
конто включва изделията от най-високата непрофесионална кате-
гория. Понятието Hi-Fi се използува за непрофесиоиалки апара-
тури или системи и респектира потребителите. За съжаление мио-
35
го западноевропейски фирми спекулират с надписа Hi-Fi, като га
използуват за рекламни цели.
Най-добрите непрофесионални изделия, произвеждани в по-
следно време, се различават незначително по електроакустичните
си показатели от професионалните и студийните апаратури. По-
съществена остава разликата по отношение на надеждността,
здравината и възможностите за обслужване, конто са на значи-
телно по-високо ниво при професионалните апаратури.
Въпреки широката си популярност понятието Hi-Fi досега
не се свързва еднозначно с точно определени обективни качествени
показатели на апаратурите или системите, за конто се отнася.
Не съществуват някакви международни норми за изискванията
по отношение на апаратурите от класа Hi-Fi. Различните фирми
или държавни стандарти поставят определени изисквания, на
конто следва да отговарят електроакустичните устройства, за да
им се постави знакът Hi-Fi, но те са различии за отделяйте фирми
или страни, и то главно поради факта, че нито едно изискване не се
формира на базата на обща дефиниция за Hi-Fi. Това понятие до
известна степей трудно може да се дефинира. Едно изпълнение
без грешка и изкривяване, едно съвършено изпълнение се нарича
перфектно. Очевидно високо качество е по-ниска степей от пер-
фектно, обаче трудно може да се отговори на въпроса, до каква
степей на несъвършенство спрямо перфектното може да се приеме,
че изпълнението е достатъчно добро, с висока точност.
Стандартът DIN 45500 на ФРГ е възприет от почти всички
страни и производители като основен документ, формулиращ
изискванията по отношение на изделията от категория Hi-Fi.
Но той не е задължителен, защото един стандарт има задължи-
телна сила в дадена страна само ако е национален стандарт или ако
е международен документ със задължителен характер (например
стандартите на СИВ за страните—членки на СИВ). Затова не са
малко случайте, когато на дадено изделие се поставя знак Hi-Fi,
а то не отговаря на изискванията на DIN 45500. Ето защо някои
производители освен ,,Hi-Fi“ поставят и надпис „съгласно DIN
45500л
Основната цел при възпроизвеждането на даден музикален
фрагмент с една електроакустична система е да се достави на
слушателя определено естетическо удоволствие. При това обаче
не е сигурно, че ако системата е конструирана в съответствие с
всички изисквания, субективното възприятие ще бъде най-добро.
Също така не може да се твърди със сигурност, че ако възпроиз-
веждането задоволява критичния слушател, системата, с която
е било осъществено, отговаря на обективните технически изиск-
36
вания, установени с най-голяма точност. Вероятно съществува
определено отношение на условност, свързващо обективните тех-
нически изисквания със субективното възприятие. Възпроизвеж-
дането'на определена звукова панорама може да се осъществи в
пълно съответствие с обективните технически изисквания — съ-
вършено от техническа гледна точка — и въпреки това да не за-
доволява по отношение степента на естетическата наслада, до-
ставен а на слушателя. Възможно е възникването на субективната
преценка за съвършено качество на възпроизвеждане да не из-
ключва съмненията по отношение изпълнението на техническите
условия. Тази относителност на точността на възпроизвеждането
има своето обяснение. Едно от обясненията се състои в това, че
звуковете, създавани от повечето музикални инструмента, не
само се определят, нс и се ограничават от конструкцията на ин-
струмента. Това с особена сила се отнася за всички механични
инструмента. Хората с по-богата музикална култура са свикнали
с тези звукове, но въпреки това те приемат звученето на инстру-
мента за по-приятно, ако се изменят по подходящ начин звуко-
вете, създавани от този инструмент. Звученето на един контрабас
се приема за по-естествено, ако основният му тон и ниските му
хармоници се усилят допълнително чрез електроакустична си-
стема. При опит е установено, че електроакустично усиления звук
на една цигулка се приема от слушателите като по-добър от ори-
гиналния.
Установено е също, че ако предавателната характеристика на
дадена електроакустична система не е напълно линейна или ако
един или няколко от музикалните инструмента се възпроизвеж-
дат с по-голямо относително ниво спрямо нивото им в първичната
звукова панорама, възможно е субективното възприятие да бъде
по-пълно, по-богато от възприятието, породено от съвършено
точного възпроизвеждане.
Неизбежната разлика между акустичните параметри на поме-
щението, в което е създадена първичната звукова панорама, и
помещението, в което тя се възпроизвежда, е още една предпо-
ставка за допустимо несъеършенстео на електроакустичната
система.
База на всяко определяне на техничерките изисквания трябва
да бъдат вече установени научни факта. На тази база могат да се
извършат субективни корекции, които да съдействуват възпрс-
извеждането да отговаря на изискванията, поставени от музи-
кална гледна точка.
Перфектното възпроизвеждане не следва непременно да бъде
напълно еднакво с оригиналното изпълнение. Ако разликата
37
между оригиналната и възпроизведената звукова панорама q
толкова малка, че ухото не може да я долови, това възпроизвеж-j
дане практически се приема за перфектно. При перфектното
възпроизвеждане всички технически несъвършенства Остават
извън възможностите на слуховою възприятие на човека. Ако
няколко електроакустични системи отговарят на всички условия
за перфектно възпроизвеждане, напълно ясно е, че чрез прослуш-
ване не може да се установи разлика между тях независимо от
това, че по технически параметри те могат да се различават съ-
ществено помежду си. Ако качеството на възпроизвеждането не е
перфектно, но все пак е достатъчно високо, тогава то може да се
означи като Hi-Fi възпроизвеждане.
Количествена оценка за техническите изисквания по отноше-
ние на апаратурите от Hi-Fi клас ще се направи при разглеждане
на съответните апаратури. Тук ще бъдат дадени само някои основ-
ни изисквания.
Мощност. Електроакустичната система трябва да осигурява
таказа електрическа и акустична мощност, че звуковото поле на
възпроизведеното музикално изпълнение да има същия интен-
зитет, какъвто има оригиналното. При това трябва да се има
пред вид върховият фактор (пикфакторът) на сигнала за цялото
времетраене на изпълнението. В противен случай възпроизвеж-
дането няма да направи същото впечатление както първичната
хмузикална панорама.
Изкривявания. Нелинейните изкривявания се възприемат, ко
гато нивото им превиши определена граница, която в общи линии
записи и от честотата на сигнала. Общо взето, те влошават каче-
ството на възпроизвеждането и затова трябва да бъдат достатъчно
малки, за да не се възприемат от слушателя.
Честотна характеристика. Всички сигнали, изграждащи музи-
калната картина, трябва да се усилват в еднаква степей, за да се
запази немного оригинално звучене. Ако сигналите с различна
честота се усилват в различна степей, по време на възпроизвеж-
дането ще се измени амплитудною им съотношение и получе-
ната звукова картина ще се различава от оригиналната. Тази раз-
лнка ще се възприеме от слушателя само ако изменението пре-
виши определена граница. По принцип изменение на съотноше-
нието може да възникне при всички честоти, но когато се дължи
на резонансны явления, се проявява само в тесен честотен обхват.
Обикиовено изеледванията са насочени към установяване на
допустимата разлика в степента на усилване, която все още не се
възприема от слушателя. Няма данни за изеледвания дали едно
38
изменение на амплитудного съотношение при специални усло-
вия може да даде по-благоприятен. общ резултат.
Честотната характеристика трябва да се разглежда също и
като възможност на електроакустичната система да отдава мощ-
ност при различии честоти.
Височина на тона. Ако
възпроизведеният тон се раз-
лич ава по височина от ори-
гнналния, тази разлика мо-
же да бъде дол овен а, но при
условие, че превишава опре-
делена стойност. Изменение-
то на височината на тона на
практика може да бъде не-
прекъснато изменяща се раз-
лика в тона, която се въз-
Фиг. 1.17
приема като виене, но мо-
же да бъде и постоянно различаваща се височина на тона спрямо
оригиналния тон. В двата случая възпроизвеждането не се ха-
рактер изир а с висока точност, налице е изкривяване на ориги-
налната звукова картина.
Шумове. Ако ш у монете на фона и стракичните шумове,
възникват някъде в електроакустичната система, превишават опре-
делена граница, ще се възприемат от слушателя и ще влошат
качеството на възпроизвеждането. При ниски нива на музикалното
изпълнение шумовете се възприемат като досадни, ако нивото им
е сравнително високо. Основните източници на шум са активните
(лампи и транзистори) и пасивните (резистори, бобини, конден-
затори, трансформатор и) елементи, а също така и мрежовото на-
прежение.
Електроакустичната звуковъзпроизвеждаща система от Hi-Fi
клас за конкретно приложение при озвучаване на битови поме-
щения трябва да бъде изградена съгласно блоковата схема, да-
дека на фиг. 1.17. Елементите, конто изграждат схемата, са:
— грамофон 1 от Hi-Fi клас;
— тунер 3;
— магнитофон 2 от Hi-Fi клас;
— усилвател 4 от Hi-Fi клас;
— озвучителни тела 5 от Hi-Fi клас;
— слушалки 6 от Hi-Fi клас.
При възможност между тонизточниците и усилвателя може
да се включи смесителей пулт.
Разширената битова електроакустична Hi-Fi система може
39
да включва и касетен магнитофон, а също и втори ролков маг*^
нитофон. Последният е необходим за магнитен врезание (от лента
на лента) или за врезание от грамофонна плоча на магнитна лента.
Желателно е вторият магнитофон да не се използува за възпро-
извеждане на записи с цел да се запазят за по-дълго време онези
елементи, които се износват при експлоатация — магнитофонните
глави, електродвигателите и др.
40
ГЛАВА ВТОРА
НИСКОЧЕСТОТНИ УСИЛВАТЕЛИ
2.1. Общи положения. Предназначение на усилвателя
Тобар
Усилбатеь
ЗахоомЛэщ
източмик
Усилвателят е устройство, с помощта на което постоянната
енергия на токоизточника се преобразува в променлива посред-
ством управляващ променливотоков сигнал, подавай на входа му.
Управляващият сигнал определи мощността на възбуждане или
входната мощност. Управ-
ляемата мощност представ- ^зточник
лява консумираната от усил- да сигнал
вателя мощност от токоиз-
точника. Преобразената и от-
далена в товара мощност
представлява изходната мощ-
ност на усилвателя. За
усилване може да се говори,
когато изходната мощност
Р2 е значително по-голяма
от входната управляваща
мощност Рг. Това може да се
види и от блоковата схема на
усилвателя, показана, на
фиг. 2.1.
За да се изпълни условието Р2>Р^ е необходимо мощността
на токоизточника Ро да превишава изходната мощност Р2з т. е.
(2-1)
Фиг. 2.1
2-
Всеки усилвател е и консуматор на енергия, която се изра-
зява най-общо във вид на загуби. Ето защо стойността на изход-
ната мощност се определи от разликата на мощността на токо-
източника и мощността на загубите Р3:
Р2-Рс-Р3. (2.2)
Изходната мощност на усилвателя е функция от управлява-
щата входна мощност. При липса на сигнал на входа практи-
чески липсва сигнал и на изходните клеми на усилвателя, а ко-
41
гато на входа се подаде сигнал, на изхода се получава сигнал със
същата форма, но със значително по-толяма амплитуда.
Предназначението на нискочестотния усилвател (НЧУ) като
елемент на всяка електроакустична система е да усили сигнала,
получен от тонизточниците (звукоотнематели, магнитофонна гла-
ва, микрофон, детекторен изход на радиоприемник, друг усил-
вател и др.) до необходимата за задействуване на озвучителните
тела или слушалките стойност, в резултат на което се получава
необходимого звуково налягане. При използуването му за звуко-
записващи цели усилвателят трябва да може да усили сигналите
до такова ниво, че да се задействува записващият усилвател или
записващото устройство.
В израза (2.2) под мощност на токоизточника се разбира ос-
новната мощност, необходима за захранване на усилвателя. Освен
нея е необходима и допълнителна мощност, която не се преобра-
зува в усилен сигнал, а осигурява отопление на катодите на
лампите или преднапрежение и температурна стабилизация на
транзистор ните усилвател ни стъпала.
2.2. Класификация на усилвателите
Прието е според вида на усилвания сигнал усилвателите да
се делят на усилватели на хармонични и на импулсни сигнали.
Към първите се отнасят усилвателите на периодични и квазипери-
одични сигнали, който се използуват в звукозаписа и звуковъз-
произвеждането, телефонната техника и т. н. Импулсните усил-
ватели се използуват в електронноизчислителните машини, радио-
локационните и радионавигационните системи, в телевизионните
видеоусилватели, в някои регулиращи и управляващи устрой-
ства и др.
В зависимост от широчината на честотния обхват на усилвани-
те сигнали усилвателите се делят на усилватели на постоянен
ток (бавно изменящи се напрежения и токове), на яискочестотни,
високочестотни и междинночестотни усилватели и др.
Нискочестотните усилватели са предназначен!! за усилване
на непреобразувани електрически трептения. Те имат много ши-
рока честотна лента, т. е. отношението нагорната към долната
гранична честота е много по-голямо от .единица (/2//1>1).Часген
случай на нискочестотните усилватели са усилвателите на сиг-
нали с честоти от звуковия обхват, конто ще бъдат обект на по-
нататъшно разглеждане, като се запази възприетият термин нис-
кочестотни усилватели.
42
В литературата и в практиката се прилагат и други класифи-
кацки на усилвателите: според прСдназначението им — магнито-
фонни, киноусилватели, транслационни, грамофонни, телеви-
зионни, измервателни и т. н.; според вида на използуваните
елементи — лампови, транзисторни, Магнитки, диодни, моле-
кулярни; според предназначението на схемата — усилвателн
на ток, напрежение и мощност; според големината на сигнала —
на малки и големи сигнали и др.
2,3. Основни технически параметри
Основните технически параметри на усилвателите са: кое-
фициентът на усилване, честотната, фазовата и преходната харак-
теристика, линейните и нелинейните изкривявания, входният и
изходният импеданс, отношението сигнал.'шум, изходната мощ-
ност, стабилността и надеждността на работа, климатичните и
механичните изисквания и др.
Коефициентът на усилване е един от основните параметри на
усилвателя и представлява число, равно на отношението на из-
ходната към входната величина. Различават се коефициент на усил-
ване на ток, на напрежение и на мощност в зависимост от това,
коя величина предимно се усилва, въпреки че съгласно даденото
в началото определение усилванего е свързано преди всичко с
преобразената мощност на изходните клеми на усилвателя, която
е по-голяма от входната. Сыцествува мнение, че по-правилно ще
бъде този параметър да се нарича коефициент на предавало, тъй
като не винаги има усилване на трите величини (ток, напреже-
нне, мощност). По-нататък ще бъде използуван терминът кое-
фициент на усилване поради установената традиция в терминоло-
гията. Коефициентът на усилване е честотно зависим параметър
и има комплексен характер, тъй като изходният ток и изходно-
то напрежение поради наличието на реактивни компонента в
усилвателя и товара са дефазирани по отношение на входните.
Когато входният импеданс на усилвателя е значително гю-
голям от изходиия импеданс на генератора, се използува т. нар.-
коефициент на усилване на четириполюсника. В този случай вход-
ного напрежение на усилвателя е равно на изходното напрежение
яа генератора. Но за усилвателните стъпала с малък входен им-
педанс, особено конструираните с германиеви транзистори, за
конто той е съизмерим с вътрешния импеданс на генератора, по-
правилно е да се използува т. нар. коефициент на проходно усил-
ване- Той изразява отношението на изходната към съответната
43
входна величина „на празен ход14 (когато е налице източник на
напрежение) или „накъсо" (когато е налице източник на ток). В
тези случаи проходното усилване на напрежение Ки и на ток
Kl се определят от изразите
KV=& (2.3)
Г
- (2.4>
Г
Коефициентнте на усилване на напрежение, на ток и на мощ-
ност се определят от изразите, дадени в табл. 2.1. Тук за простота
е прието, че вътрешният импеданс на генератора и входният импе-
данс на усилвателя имат само активна съставка.
Таблица 2.1
| Величина Коефициент на усилване на четуриполюсника Коефициент на проходно усилване
i К К, dB *np, ОВ
Напрежение Ток Мощност огаг II II II ь с- 3 < к < U2 *4/=201g К, =201g Р2 U2 к и пр^<7г г /2. А/лр— / и2 ^/np“201g^- ^B₽“2oig г
Коефициентът на усилване има номинална стойност при опре-
делена честота /0> наречена спорна. Възприето е тази честота да
бъде 1000 Hz.
Амплитудно-честотната характеристика (или само честотната
характеристика) е зависимостта на коефициента на усилване К
от честотата. Обикновено тя се представя графично, като по ор-
динатната ос се нанася К в линеен или логаритмичен мащаб, а по
абсцисната ос — честотата f в Hz (или ъгловата честота w=2^f)
в логаритмичен мащаб — фиг. 2.2
44
Отношението на коефициента на усилване за дадена честота
към коефициента на усилване за опорната честота представлява
коефициентът на честотни изкривявания
(2.5)
M=20\g~, dB.
Фиг. 2.2
Зависимостта на коефициента на честотни изкривявания от чес-
тотата също се нарича амплитудно-честотна характеристика на
усилватели. Обхватът от честоти от една долна гранична честота
Д до една горна гранична честота f2, за конто коефициентът на
честотни изкривявания не надвишава предварително зададена
стойност, се нарича ефективен честотен обхват на усилвателя.
Фазова характеристика. Сигналите с различии честоти преми-
нават през усилвателя за различно време поради наличието на
капацитети и индуктивности в схемата. Ето защо между изход-
ната и входната величина съществува разлика във фазите ср.
Зависимостта на ср от честотата се нарича фазова характеристика
на усилвателя — фиг. 2.3. Изменението на съотношението между
фазите на компонентите на изходния сигнал спрямо съотношение-
то между фазите на компонентите на входния се нарича фазово
изкривяване на сигнала. В резултат на фазовите изкривявания
формата на изходния сигнал се получава различна от формата
на входния. Смята се, че фазовите изкривявания не се възприемат
от човешкото ухо, но оказват влияние върху стабилната работа
на усилвателя. Честотните и фазовите изкривявания се дължат
на наличието на реактивни елементи (индуктивности и капаците-
ти) и се наричат линейни изкривявания на усилвателя. Към тях
спадат и преходните изкривявания, за конто ще стане дума по-
нататък.
Зависимостта на амплитудата на изходното напрежение 1/2
45
от амплитудата на входного се нарича амплитудна харак-
теристика на усилвателя (фиг, 2.4) и обикновено се дава за сред-
ни честоти. Реалната амплитудна характеристика не започвэ
от началото на координатната система. При липса на сигнал на
входа ([/х=0¥) на изхода на усилвателя винаги може да се-из-
мери малко по стойност изходно напрежение (О2=^/ш), което се
дължи на шумовете, породени в усилвателя. При увеличаване на
входния сигнал до някаква определена стойност изходният
сигнал е почти постоянен, тъй като нивото на полезния сигнал е
по-ниско от нивото на шумовете. За стойкости на входния сиг-
нал, по-големи от L/lmin, зави-
симостта на изходния сигнал
от входния е почти линейна.
Тази линейност се запазва до
— Изходното напреже-
ние което съответствува
на L\max, се нарича номиналы
изходно напрежение на усилва-
теля. При изходнотт
напрежение нараства в ио-мал-
ка степен от входния сигнал.
Това се дължи на огранича-
ването на сигнала от актив
ните елементи.
Минималното входно на-
има такава стойност, че нивото , нп
Фиг. 2.4
прежение £7imln трябва да
съответствуващото му изходно напрежение да надвишава нивок
на смущаващите напрежения с определена стойност.
46
Отношението на максималното входно напрежение към мини-
мал ното определи динамичния обхват Dy на усилвателя:
______^Imax
иу~ и Г
(2.6)
или
Г>у=201ё^та~, dB.
U imln
Динамичниит обхват може да се определи и като отношение
на съответните изходни напрежении:
Dy=-^-; Z)y= 201g^ , dB. (2.7)
*^2т1п ''jrnin
В никои случаи Оу се определи спрямо U2lu
D'==201g -%, dB. (2.8)
2ш
Определената по израза (2.8) стойност е с 6—10 dB по-голима от
определената по израза (2.7).
Напрежението на сигнала също се измени в определени гра-
ници. Това изменение има случаен, незакономерен характер.
Отношението на максималната стойност на напрежението на
сигнала към минималната за определен интервал от време се
нарича динамичен обхват на сигнала:
(2.9)
с min
ИЛИ
De=201g^, dB.
*^с min
(2.10)
Вярно възпроизвеждане на сигнала ще се получи, когато дина-
мичният обхват на усилвателя е по-широк от динамичния обхват
на сигнала за цялото времетраене на възпроизвеждането (Dy>Dc)-
При това нивото на t/Cmte трябва да бъде такова, че нивото на
C'2oifn да бъде от 6 до 10 dB по-високо от нивото на иЯш.
Областта на амплитудната характеристика между точките
А и В не е линейна, а близка до линеината. Идеалната амплитуд-
на характеристика е права, минаваща през центьра на координат-
ната система (прекъснатата линия на фиг. 2.4), докато реалната
47
се отличава с известна нелинейност (шгьтната .линия). Ето защо,
ако на входа на усилвателя се подаде сигнал с определен често-
тен спектър, на изхода му ще се получи сигнал, който съдържа и
съставки с честоти, липсващи във входния сигнал. Това явление
носи общото наименование нелинейна изкривявания и се определи
от коефициента на хармонични изкривявания коефициента
на интермодулационни изкривявания амплитудните изкривя-
вания, изкривяванията от разликови честоти, изкривявания от
висши хармонични съставки на мрежовата честота и др.
Коефициентът на хармонични изкривявания (или по-точнс
общият коефициент на хармонични изкривявания ) dh представ-
лява отношението на амплитудата или ефективната стойност на
висшите хармонили на изходния сигнал към амплитудата или
ефективната стойност на изходния сигнал или към амплитудата
или ефективната стойност на пълния изходен сигнал:
или
dh^-------------------------. 100, о/о
= ______:----------100, 0/0,
(2.11]
(2.12>
Разликата в резултата, който се получава от изразите (2.11) и
(2.12), е относително малка (под 10%), следователно dh може да
се изрази с достатъчна точност с който и да е от тях.
Частните коефициенти на хармонич-
ни т е изкривявания dhn се определят като отношение
на n-тия хармоник към ефективната стойност на сигнала с ос-
новн& честота или към ефективната стойност на пълния изходен
сигнал:
^-^"-.ЮО.о/о,
Un
(2.13)
dhn^-7======^==== - -=^.100, %.
Вместо ефективните стойности в зависимостта (2.13) могат да се
използуват амплитудните стойности на сигнала. Определениях
от изразите (2.11) и (2.12) общ коефициент на хармонични изкри-
вявания включва и нивото на шума и реално представлява .
По-прецизни са измерването и представянето на коефициента на
48
хармонични изкривявания чрез геометричната сума на частните
коефипиенти на хармонични изкривявания, защото се елимини-
ра влиянието на шума върху крайния резултат. Ухото възприема
по различен начин изкривяванията от четните и нечетните хар-
моници, като по-неблагоприятно се възприемат изкривяванията,
предизвикани от нечетните. Това се дължи на несиметричната
характеристика на ухото, което само създава четки хармоници.
Когато стойността на коефициента на хармонични изкривя-
вания е твърде малка, се използува т. нар. затихване на хармо-
нични изкривявания:
fift=201g dB. (2.14)
Коефициент на интермодулационни изкривявания. Ако на вхо-
да на усилвателя се подадат два сигнала, от конто единият с
ниска, а другият свисока честота и отношението между амплиту-
дите им е 4:1, на изхода на усилвателя ще се получи спектър от
сигнали с честоти
nfi±tnf2.
където п итса цели числаот естественна ред (0,1, 2, 3...). Не-
линейността на усилвателя в този случай може да се оцени и
чрез коефициента на интермодул ационни изкривявания
9=л
------------.100, %, (2.15)
където U/z е ефективната стойност на изходното напрежение с
честота /у,
9=л
9=1
квадратичната сума на ефективните стойности на изходните
напрежения на разликовите и сумарните честоти за
С достатъчна за практиката точност d. може да се определи
само за и <7=2.
Нелинейните изкривявания от разликовите честоти (т. нар.
Диференциален тон) са вид интермодулационни изкривявания»
конто съдържат съставките от разликата между две честоти и
техните хармоници, докато интермодулационните изкривявания
съдържат сумите и разликите на тези честоти. Практически за
4 Битова звук ©техника
49
определяне на изкривяванията от диференциален тон на входа
на усилвателя се подават два синусоидални сигнала с еднакви
амплмтуди и с малка разлика в честотите (70—80 Hz). Получе-
ните изходки напрежения се измерват със селективен волтметър.
Интермодул ационните изкривявания и изкривяванията от
разликовите честоти характеризират по-точно нелинейните свой-
ства на усилвателя от коефициента на хармонични изкривявания»
тъй като на практика на входа на усилвателя обикновено се по-
дана повече от един сигнал. Освен това измерените опитно от-
ставки от суми и разлики в честотите лежат в ефективния често-
тен обхват, докато измерените хармонични съставки в областта
на високите честоти имат по-малки стойкости от действителните
вследствие спадането на честотната характеристика.
При недостатъчна филтрация на постояннотоковото захран-
ващо напрежение могат да се появят изкривявания от висшите
хармонипи на мрежовото напрежение с честота 50 Hz.
Преходната характеристика на усилвателя представлява за-
висимостта на изходното напрежение от времето при подаване
Фиг. 2.5
на входа на усилвателя на сигнал със стъпаловидна форма (фиг.
2.5). Напрежението U2 на изходните клеми на усилвателя се
установява постепенно при изменение на входного напрежение
със скок. Наличието на реактивни елементи определи харак-
50
тера на преходната характеристика и продължителността на
Бремето за установяване. Разликата във формата на входния и
изходния сигнап определи преходните изкривявания на усилва-
теля, т. е. отклонение™ на реалната преходна характеристика
ст идеалната, която има формата на входного напрежение. Пре-
ходните изкривявания оказват силно влияние върху качество™
на звуковъзпроизвеждане, тъй като музикалните сигнали се
характеризират с бързо нарастващ фронт и ако преходните пз-
кривявания са гачем и, това означава, че за високи честоти скс-
ростта на нарастване и амплитудата на сигнала ще намалеят. кое-
io ще се възприеме като изкривяване на сигнала и стеснятане
на честотния обхват. Преходните изкривявания се изразяват с
времето на нарастване на фронта на сигнала, при което преход.
ната функция се измени от 0,1 до 0,9 от своего уста-
новено състояние 1, със стойността на отскока S, възникнал в
случай на трептящ пронес на установяване, и с относителния спад
А— или повдигане Д+, получен за определен период от време
/Е, който е значително по-дълъг от времето на установяване
Тук Д изразява изкривяванията на плоската част на импулса на
изходния сигнал в момента на прекратяване на входния сигнал
спрямо установеното изходно ниво.
Входният и изходният импеданс са съществени параметри
на усилвателя. Входният импеданс представлява вътрешният им-
педанс на усилвателя, измерен на входните му клеми, а изход-
ният—вътрешният импеданс на усилвателя, измерен на изход-
ните му клеми. В усилвателите за битово озвучаване, както и в
студийната техника, се изисква входният импеданс ZBX>3Zr
с цел да не се претоварва източникът на сигнал. Това се отнася и
за отделните предусилвателни стъпала. Аналогично за правил-
ното функциониране на усилвателя се изисква ZmSX^ZtoB/3.
С достатъчна за практиката точност в повечето случаи може
да се приеме, че в нискочестотните усилватели входният и из-
ходният импеданс имат активен характер и затова в книгата са
приети понятията сходно и изходно съпротивление (освен ако за
конкретния случай не е упоменато друге).
Изходна мощност. Вески усилвател се характеризира със своя-
та мощност. В практиката се използуват понятията номинална,
музикална, нормална изходна мощност и мощиост, ограничена от
температурата.
Номиналната изходна мощност е синусои-
далната мощност, която усилвателят може да отдава върху акти-
вен товар в продължение най-малко на 10 минути при подаване
51
на входа му на синусоидален сигнал с честота 1000 Hz, при което
коефициентът па общите хармонични изкривявания не преви-
тпава предварително задэдена стойност.
Музикалната изходна мощност представ-
лява максималната стойност на изходната мощност, отдавана от
усилвателя върху активен товар при импулсен входен сигнал с
такава продължителшст, за която захранващото напрежение да
остава практически неизменно, т. е. да бъде равно на напреже-
нието при липса на сигнал. И в този случай коефициентът на
хармоничните изкривявания не трябва да превишава предвари-
телно зададена стойност. Практически стойността на музикалната
мощност се определи както стойността на номиналната при ус-
ловие, че напрежението на захранващите източници се поддържа
постоянно и равно на напрежението на празен ход (при липса на
сигнал). В такъв случай музикалната мощност може да преви-
шава номиналната с 50% и повече. Ясное, чекогато захранващото
напрежение е стабилизирано, музикалната и номиналната мощ-
ност ще бъдат равни.
Мощността, ограничена от температурата, има голямо значе-
ние, тъй като за определянето й трябва да се вземат пред вид
условията на експлоатация, особено околната температура, кон-
струкцията на усилвателя и температурния обхват на работа на
използуваните елементи. Практически тази мощност се определи,
като на входа на усилвателя се подава синусоидален сигнал с
такова ниво, че усилвателят да отдава в активен товар синусои-
дална мощност в течение на продолжителен непрекъснат период
от време (минимум 4 часа), без да се превиши допустимата тем-
пература на който и да е от градивните елементи. Ако няма други
условия, прието е това изпитване да се провежда при температура
на околната среда 35°С. Мощността, ограничена от температура-
та, зависи не само от използуваните градивни елементи, но и от
конструкцията на усилвателя.
В практиката се използува още понятието нормална изходна
мощност, тъй като в действителност не се работи със синусои-
дални сигнали. Приема се, че тя е равна на 1/10 част от номинал-
ната изходна мощност на усилвателя.
Изходното напрежение, което съответствува на номиналната
изходна мощност, се нарича номинално.
Номиналната изходна мощност се определи от зависимостта
U2
W. (2.16)
52
От същата зависимост за съответното изходно напрежение се
определят и музикалната мощност и' мощността, ограничена от
температурата.
Чувствителността на усилвателя представлява минималната
стойност на входного напрежение, при която на изхода му се
получава номиналната изходна мощност. Един съвременен усил-
вател има няколко входа в зависимост от броя на тонизточниците,
са който е предназначен. В такъв случай чувствителността, както»
и входного съпротивление за различните входове имат различ-
ии стойности.'
Отношението на номиналната изходна мощност към консу-
мираната от токоизточника Ръ се нарича коефициент на полезно
действие (к.п.д.) на усилвателя:
4=55- 100, о/о. (2.17>
J0
2.4. Стабилност на работа и надеждност.
Устойчивост на климатични и механични
натоварвания
Стабилността на работа трябва да се разглежда като способност на
усилвателя, от една страна, да запазва параметрите си в предварит ел-
но зададени граници при стареене на елементите, промяна на за-
хранващото напрежение в определен интервал, промяна на окол-
ната температура и влага, и от друга страна, при промяна на
характера на товара или при липса на товар да не се съмовъзбуж-
да, което може да доведе до дефектирането му. По отношение на
съвременните усилватели се предявяват и допълнителни изис-
квания за защита при късо съединение на изходните клеми, защи-
та при премодулиране откъм входа, температурна защита и др.
Надежднсстта е свойство на усилвателя да функпионира нор-
мално определен период от време при зададени условия. Тя се
определи от безотказността, дълготрайността, ремонтопригодност-
та и съхраняемостта. При проектирането на изделията се за-
лагат количествени показатели за потенциалната надеждност,
конто трябва да се осигурят при производство™ и да се докажат
и поддържат в процеса на експлоатация.
Параметърът надеждност има комплексен характер и трябва
да се осигури и в трите етапа — в етапа на проектирането и разра-
ботката на изделието, в производствен'о и в експлсатанията.
Според някои автори 40—45% от отказите се дължат на греш-
53
ки в прэектирането и конструирането, 2О?6 — на недостатъци
технологията и производство™ 30% — на неправилната експло*
атация и само от 5 до 7% — на естественото стареене на елемен’
тите. Количествената оценка на надеждността се определи oi
времето на безотказна работа или от средната наработка до от*
каз, а интензитетът на отказите — от т. нар. ламбда-параметър*
(2.18,
където п е броят на дефектиралите елементи (или усилватели) а
края на изпитването;
N — общият брой на изпитваните елементи (усилватели);
t — времетраенето на изпитванията.
При анализа на отказите трябва да се вземе пред вид дали от
казът се дължи на изменение на параметрите извън предварителвд
установените граници (т. е. дали е осигурена т. нар. параметрич'
на надеждност) или на пълна или частична загуба на работоспо-
собността на усилвателя (т. е. дали е осигурена т. нар. функции
онална надеждност).
За отделимте елементи, например силициеви планарни тран-
зисторы, X достига стойност 10”7—10’9 h"1. Това означава, че
ако транзисторът работы при номиналните условия, опреде-
лени от производителя, среднего време на безотказна работа ще
бъде 1 /X = 107 -т- 10s часа, т. е. от 1200 до 120 000 години. Ако
едно устройство съдържа 1000 транзистора, средното време на без-
отказна работа (време между два отказа) на транзисторите ще
бъде от 14 месеца до 12 години. Трудностите при определянето
на средното време на безотказна работа се състоят в предвари-
телното определяне на елементите, конто имат по-висока интен-
зивност на отказите. Освен това едно електронно устройство съ-
държа и други елементи, чийто параметър X има различии стой-
кости.
Поради това, че факторите, конто влияят върху надеждността
на усилвателите имат случаен, незакономерен характер, за ре-
шаване на проблемите на надеждността се използуват теорията на
вероятностите и математичната статистика.
При измерването на номиналната стойност на електрическите
параметри на усилвателите трябва да се поддържат определени
климатични и механпчни условия. Затова обикновено измерва-
нията се провеждат при нормирана температура на околната сре-
да 20±=5сС, относителна влажност 60=tl5% и атмосферно наля-
гане 106 kPa. При измерването на електрическите параметри
усилвателят не се подлага одновременно и на механични излит-
вания. Но за да се контрол ира издръжливостта на конструкцията
и изпълнението й, значителна част Ът измерванията се провеждат
след климатичните и механичните изпитвания. Това е необхо-
димо, тъй като изделието се транспортира и работа в условия,
които се различават от тези при измерването на параметрите
му. В експлоатапионни условия параметрите на усилвателите
не трябва да се отклоняват от предварително определените гра-
ници.
Като се отчитат тези фактори и се вземе пред вид, че изделията
на битовата техника работят в затворени помещения, за зоната
на нормалния климат (МП) се приемат следните условия:
— нормална експлоатационна температура — 5-т-40°С;
— гранична (аварийна) температура — 0^-50°С.
Поради голямото влияние на околната температура върху
работата на полупроводниковите елементи трябва да се има пред
вид, че условията на работа се оказват по-тежки за тях, отколкото
за останалите елементи на усилвателя. Температурата в усилва-
теля обикновено е по-висока от тази на околната среда средне с
около 10—15°С. Ако усилвателят се постави под прякото въз-
действие на слънчевите лъчи, температурата може да се повиши
с още 10—20°С. Ето защо в някои усилватели се използуват вен-
тилатори, които се включват след преминаване на определена
температурна граница.
При твърде ниски температури параметрите на някои еле-
менти също се влошават (например загубите на алуминиевите
кондензатори се увеличават).
С механичните изпитвания се цели да се осигурят виброустой-
чивост и удароустойчивост на усилвателите главно в ©паковано
състояние, тъй като значителна част от дефектите се появяват
по време на транспортирането.
2.5. Предусилвателни стъпала и регулатори
на усилването и честотата
2.5.1. Предусилвателни стъпала. Видове. Шумови параметри
и методи за намаляване нивото на шума
Предназначението на предусилвателните стъпала е да усилват
сигнали с малка амплитуда и затова при оразмеряването им се
използуват линейните участъци от характеристиките на усил-
зателните елементи. Изходната мощност на предусилвателите е
незначителна и има стойност части от вата. Ето защо предусилва-
55
по-голямо усилване може да се свържат последователи© два i
повече диференциални усилватели, като общият коефициент hi
усилване е равен на произведението от коефициентите на усил
ване на отделяйте ДУ.
Фиг. 2.7
Ако към схемата на два последователи© свързани ДУ се свър-
же допълнително стъпало за изменение нивото на изхода, ще се
получи схема с диференциален вход и несиметричен изход, която
представлява всъщност операционен усилвател (ОУ) (фиг. 2.7 а).
Операционният усилвател има два входа — инвертиращ (—) й
58
неинвертиращ (+). При подаване на променливо напрежение на
инвертиращия вход сигналът на изхода се получава в противо-
фаза с входния, т. е. когато на входа сецодаде положителна полу-
вълна, на изхода се получава отрицателе и обратно. Амплитуда-
та на изходното напреже-
ние е К пъти по-голяма от
амплитудата на входного,
като К е коефициентът
на усилване на напреже-
ние. Ако изходът на вто-
рого диференциално стъ-
пало се свърже към еми-
терен повторится, то при
подходящ подбор на еле-
ментите на схемата на
положителния потенциал
в т. А на единия изход
на ДУ ще съответствува
изходен потенциал в т. В
(спрямо маса), равен на
фиг. 2.8
нула.
По-добри резултати се получават, ако вместо резистора Rb
се използува активен елемент (фиг. 2.7 б). В този случай потен-
циалът в т. В също е близък до нула, въпреки че потенциалът в
т. А е много по-положителен.
Ако по някаква причина потенциалът в т. А се увеличи, то
върху транзистора 7\ падът на напрежението се намалява, до-
като върху транзистора Т2 се увеличава, предизвиквайки по
този начин увеличаване на потенциала а т. В в положителна посо-
ха и обратно — при намаляване на потенциала в т. А потенциа-
лът в т. В също намалява. С добавянето на елементите 7з, Т4,
Г5 и D2 се стабилизира потенциалът на изхода и изменението му е
незаачително (фиг. 2.8). Тази схема не само създава нулево ниво
на изхода (при нулево диференциално входнс напрежение), но
поп подаване на входа на напрежение С/вхд на изхода се полу-
чава сигнал, който може да достигне в положителна посока до
стойност, близка до Ес, и в отрицателна до —Ее. Веригата на
обратната връзка jRob стабилизира изходното стъпало, компен-
сирабки температурния дрейф на напрежението в т. С. Една ти-
пична схема на ОУ е показана на фиг. 2.9, където означенията са
съгласно фиг. 2.7 и 2.8. На фиг. 2.10 е показана схемата на двой-
ния ОУ тип LM 381 на фирмата National. Ниският еквивалентен
шум — 5 pV (приведен към входа) в широк честотен обхват (от
Б9
10 до 10 000 Hz), високото захранващо напрежение (от 9 до 40V);
липсата на влияние между каналите (затихване над 60 dB) и
защитата от късо съединение правят тази схема ссобено под<
ходяща за използуване в предусилвателите1.
Едно от основните изисквания при предусилвателните стьпа-
ла е това за ниско ниво на шума. Различите видове шумове, кон-
то се получават в нискочестотните усилватели, са:
— топлинен шум, наричан още шум на Джонсън;
— дробов шум или шум на Шотки;
— фликершум или шум от вида 1//.
Топлинният шум е предизвикан от хаотичного движение на
носителите на заряди в проводника, при което в него се създава
т. нар. напрежение на шума. Известен е като бял шум, което озна-
чава, че има постоянна спектрална плътност. Топлинният шум
може да се представи като получен от генератор на напрежение
1 От фиг. 2.9 и 2.10 се в и ж да, че вътрешното устройство иа ОУ е доста
сложно, но за да бъде един ОУ използуван, не е наложително да се познава
това устройство. Достатъчно е да се знаят разположението и предназначението
на от дел ните изводи, експлоатационните условия и схемата на СЕързване ва
външните елементи, която осигурява желаните параметри.
60
последователи© към който е свързан безшумен резистор, като
ефективната стойност на Um се определи от зависимостта
V, (2.19)
където К — 1,38 . 10"23 J/K е константата на Болцман;
Т —• абсолютната температура на проводника, К;
R — съпротивлението на проводника, Q;
А/ —• честотният обхват, Hz.
Дробовият шум е предизвикан от колебанията на постоянния
ток в базата и колектора, а също така йот стойносттанаобратния
колекторен ток или наслучайното прер азпределение на тока между
колектора и базата. За разлика от хаотичното движение на токо-
носителите при топлинния шум дробовият шум има равномерен
спектър, преобладава в областта на средните и високите честоти и
зависи от широчината на честотния обхват и стойността на колек-
торния и базовия ток.
Нискочеспготният шум (шум от вида Ilf или фликер шум) е
сходен с дробовия и топлинния, тъй като има случаен характер.
За разлика от тях обачетой има спектрална гъстота 1//. Това озна-
Чава, че шумът се увеличава при намаляване на честотата. Ниско-
честотният шум зависи от материала и технологията на производ-
ство™ на транзистора или ИС, от колекторния ток, от напреже-
нието колектор—емитер и от околната температура. На фиг. 2.11
е показано спектралното^разпределение на шума. Показани са
61
трите области — / на нискочестотния шум, II — на белия шум и
III — на шума при високи честоти. Като се има пред вид, четре-
тата облает се характеризира с намаляване на статичная коефи-
циент на усилване на ток на транзистора и честотата й (над 10*
1
Hz) е извън обхвата на звуковите честоти, особен интерес представ-
ляват първите две области на спектралното разпределение на шу-
ма. Подборът на транзистор и за нискочестотни усилватели трябва
да бъде такъв, че областта на белия шум да започва при относи-
тел но ниска честота (крива С).
Всеки елемент на усилвателя е потенциален източник на шум.
Например транзисторите са източници на споменатитетри вида шум.
Следователно шумът на усилвателя може да бъде представен чрез
еквивалентни шумови генератори на напрежение и ток, включени
на входа. Така получената схема се нарича шумов модел на усил-
вателя, а шумът — еквивалентен входен шум или шум, приведен
към входа (фиг. 2.12).
Шумовите свойства на транзисторите или ИС’се характеризи-
рат с коефициента на шума F9 който се определи с отиошенията
сигнал /шум за входа и изхода на транзисторного стъпало, на
ИС или на усилвателя:
F=101g-^p\<-,x — 201g
dB.
(2.20)
ш/изх
Ш/ИЗХ
Коефициентът на шума зависи не само от типа на транзистора
или ИС, но и от избраната работна точка (постоянен ток и напре-
жение колектор — емитер), както и от вътрешното съпротивле-
ние на източника на сигнал или на предното усилвателно стъпа-
ло. Зависимостта на коефициента на шума F от емитерния ток
62
(фиг. 2.13а) е по-ярко изразена, отколкото зависимостта му от
напрежението колектор—емитер (фиг?2.13б). При предусилвател-
ните стъпала оптималната стойност на емитерния ток за силицие-
вите транзистори (ВС 109; 2Т3169; КС 509 и др.) е около 0,1—
Фиг. 2.13
),05 mA. Препоръчва се напрежението колектор—емитер да се из-
бира под 5V, ако няма допълнителни изисквания предусилвател-
ното стъпало да издържа на голямо претоварване от страната на
входа.
Коефициентът на шума се посочва от производителите на тран-
зистори за определени работна точка и честота (обикновено 1000 Hz).
По-полезно е да се разполага с
данни за коефициента на шума
в широк честотен обхват, тъй ка-
тосевключваи областтана нис-
кочестотния шум от вида 1//.
Нивото на шума на входни-
те предусилвателни стъпала мо-
же да се оптимизира, ако се
използува трансформаторен
вход. Но с това се оскъпява
схемата, стеснява се честотния
обхват, увеличават се линей-
ните и нелинейните изкривява-
ния. Ето защо по-голямо при-
ложение намират безтрансфор-
маторните схеми. При оразмеря-
ването се използуват и графиЧ-
Ните зависимости на коефициен-
та на шума от колекторния ток и вътрешното съпротивление на
генератора (фиг. 2.14). Вижда се, че като се избере подходяще
вътоешно съпротивление или подходяща стойност на колектор-
63
ния ток, може да се минимизира нивото на шума.
Оновните предпоставки за получаване на ниско ниво на шу
ма са:
— избор на колекторен ток, най-близък до оптималния;
- —избор на генератор с вътрешно съпротивление, равно п<
стойност на /?гопт;
— получаване на максимален полезен изходен сигнал от вход
НОТО стъпзло.
За да се получи максимален изходен сигнал, предусилвателя1
трябва да има малко изходно съпротивление, т. е. да работа ка
то генератор на напрежение. Това може да се осигури и посред
ством въвеждане на отрицателна обратна връзка, например къл
емитера на транзистора. Но като се има пред вид, че резисто
рът в емитера представлява допълнителен източник на шум, не
говата стойност (или на онази част от него, която не е блокираш
с кондензатор) не трябва да бъде голяма.
Вижда се, че обратната връзка има двояко влияние. У силва
тел с дълбока ООВ и с нисък коефициент на усилване не е за пред
почитане по отношение нивото на шума пред усилвател, който им
по-висок коефициент на усилване. Увеличение™ на входния импе
дане благодарение на ООВ също влияе неблагоприятно върху кое
фициента на шума, особено при отворена входна верига. Ет:
защо решението трябва да бъде компромисно.
При правилно избран колекторен ток и напрежение колектор—
емитер на първия транзистор стремежът е да се получи максима-
лен коефициент на усилване на напрежение, защото коефициенты
на шума на двустъпален предусилвател зависи в най-голяма сте
пен от коефициента на шума на първия транзистор което се виж
да и от зависимостта
(2.2Г
където F е общият коефициент на шума на двустъпалния пред
усилвател;
Fi — коефициентът на шума на първото стъпало;
F2 — коефициентът на шума на второто стъпало;
Kui — коефициентът на усилване на напрежение на първотс
стъпало.
64
2.5.2. Приложение на операционните усилватели
в ннскочестотната схемотехника
Операционните усилватели се използуват предимно за усил-
ване на постояннотокови сигнали, но ако отделните стъпала се
разделят посредством разделителни кондензатори, могат да се из-
ползуват и за усилване на променливотокови сигнали. Тук усил-
Фиг. 2.16
ването на постоянного напрежение е нежелателно, тъй като и най-
малкото му изменение на входа може да бъде усилено от първото
стъпало до ниво, достатъчно да доведе следващите галванично свър-
зани ОУ в режим на насищане. Его защо употребата на раздели-
телни кондензатори е наложителна.
Сигналът може да се подаде на инвертиращия или на неинвер-
тиращия вход на ОУ. Когато се подава на неинвертиращия вход,
е необходимо в схемата да се включи резисторът j?2 за осигурява-
не протичането на постоянния ток между неинвертиращия вход
и маса (фиг. 2.15).
В показаната схема с резистора /?3 е осъществена обратна връз-
ка. Зависимостите между посочените на схемата резистори и вход-
ного и изходното напрежение са следайте:
°- ,2-22>
(р %
2 +1)С’Вх, V. (2.23)
Ако резисторът /?2 не се включи към маса, това ще доведе до
зареждане на кондензатора С от тока 7Й2, предназначен да оси-
гури преднапрежение на Тг (фиг. 2.6). По този начин на неинвер-
5 Битова звук ©техник а
65
тиращия вход ще се появи постоянно входно напрежение, коет с
ще доведе до изменение и на постоянного изходно напрежение .
Коефициентът на усилване на напрежение на ОУ се определи
по зависимостта
(2.24)
Долна.а гранична честота се определи от времеконстантата
C.Ra, тъй като RBX^Ra. Тя зависи и от вътрешното съпротивле-
ние на генератора (изходното съпротивление на предното стъпа-
ло RKSx г )• Ако то е относително малко в сравнение с Ra, може
да се пренебрегне, т. е.
/н = 2^вх+^Г)~ ’ Hz* (2’25>
На фиг. 2.16 е показана примерна схема на инвертиращ ОУ
за променлив сигнал. И тук, ако изходното съпротивление на
предното стъпало е много малко, важат зависимостите
и <2-26>
V. (2.27)
Знакът минус означава, че сигналите на входа и изхода са в про-
тивофаза. Входного съпротивление може да се увеличи, като се
използува схемата на фиг. 2.17, която представлява повторите л
на напрежение. Изходното напрежение през С2 се подава в т. А.
Същевременно на входа на ОУ постъпва входният сигнал
Разликата в напрежението върху Rr е равно на 1/Вх—С/Изх, но тъй
като {/вх^^изх> токът през RT е изключително малък. Този ток
е консумираният ток от източника. Следователно привидното
входно съпротивление по отношение на източника ще бъде твър-
де голямо.
С поставянето на разделителни кондензатори на входа и из-
хода на ОУ отпада необходимостта от двуполярен източник за
захранване. Изходният кондензатор блокира постоянната съставка
и изменението на постоянного изходно напрежение влияе малко
върху работата на схемата. В такъв случай може да се използу-
ва еднополярен токоизточник, както е показано на фиг. 2.18.
Захранващото напрежение се раздел я на три части посредством
стабилитроните (ценерови диоди) D2 и резистора R, като дио-
дите се избират така, че стабилизираното от тях напрежение да
бъде малко по-ниско от долната граница на захранващото напре-
66
жение. Напрежението tZoa се подава на неинвертиращия вход,
с което нивото на изхода се повдига приблизително до 17р2 .
Постояннотоковият сигнал от изхода се подава на инвертиращия
вход, в резултат на което коефициентът на усилване на постоя-
Фиг. 2.17
фиг. 2.18
нен ток се получава равен на единица. За променливи сигнали
коефициентът на усилване зависи от отношението между и
и е значително по-голям. След изходния кондензатор се получава
полезният променливотоков сигнал.
2.5.3. Предусилватели с равномерна честотна характеристика
Типичен представител на предусилвателите с равномерна честот-
на характеристикаса микрофонните предусилватели. Най-често из-
ползуваните микрофоии условно могат да се разделят на две гру-
пп: на високоомни — с високо изходно ниво на сигнала, и ниско-
омни — с ниско изходно ниво иа сигнала. Поради голямото вът-
решно съпротивление (около 20 к£2) високоомните микрофони са
чувствителни към магнитного поле и те могат да се използуват
само на малки разстояния от усилвателя. По-голямо приложение
намират нискоомните (200 £2) микрофони. За правилната работа
на микрофона е необходимо входного съпротивление на микро-
фонния предусилвател да бъде най-малко 3 пъти по-голямо от
вътреишото съпротивление на микрофона.
На фиг. 2.19 е показана схема на микрофонен предусилвател,
Изграден на базата на силициеви транзистори ВС 109 (2Т3169) със
следните основни параметры:
— вътрешно съпротивление на източника ............. 200 £2
— номинално входно напрежение (чувствителност) . . . 0.2 mV
67
— максимално входно напрежение..................10 т\
— входен импеданс............................... 1 ki
— коефициент на усилване........................42 di
— коефициент на общите хармонични изкривявания.. .под 1»591
Фиг. 2.19
— максимално неограничен© изходно напрежение ... 3,1 V
— товарно съпротивление...........................3 к£2
— честотен обхват........................от 40-ь 20000 Hz
— неравномерност................................. —1 dB
— коефициент на шума.................................6 dB
Схемата представлява тристъпален микрофонец предусилва-
тел, като връзката между отделните стъпала е галванична. Първи-
те две стъпала 7\ и Т2 са свързани по схема с общ емитер (ОЕ),
а стъпалото с транзистора — по схема с общколектор (ОК)-
Галваничната връзка между отделните стъпала осигурява добра
честотна и фазова характеристика. Във вторичната намотка на
трансформатора е включена коригираща RC трупа. Усилването
зависи от местната обратна връзка по ток на стъпалото Т2. С из-
ползуването на емитерния повторител (Т3) се осигурява ниско из-
ходно и високо входно съпротивление за Т2.
Входният трансформатор има преводно отношение п=3.
Магнитопроводът му е от пермалой с напречно сечение Qot—
=0,33 cm2. Както е известно, пермалоят се използува изклю-
чително много за магнитопроводи на входни и линейни трансфор-
матори. В конкретната схема той е с високо съдържание на никел
68
и много висока магнитна проницаемост (р==15 ООО). При реали-
зирането на схемата следва да се има пред вид, че пермалоят е
чувствителен към механични удар и и постоянен ток. Ето защо
веригите на отделяйте намотки не трябва да се проверяват с омме-
Фиг. 2.20
тър, захранван с постояннотокова батерия. Броят на навивките
и диаметърът на проводника са:
^=650 нав., ПЕТ — 1В, 0,14 шш,
1^2—3x650=1950 нав., ПЕТ—IB, 0,07 шш.
За да се подобри входната симметрия, както и честотната и фа-
зовата характеристика, двете намотки се секционират и се раз-
полагат на две отделни макари. Секционирането се състои в това,
че на всяка макара се навива половината от всяка намотка, след
което отделните секции се свързват последователно. Целият транс-
форматор се екранира в пермалоен кожух, за да се защити от
външни паразитни магнитни полета.
На фиг. 2.20 е показана схема на микрофонен усилвател с го-
лямо входно съпротивление и с коефициент на усилване от 13
до 40 dB. Общият коефициент на хармонични изкривявания, съот-
ветствуващ на изходно напрежение 2V, е 0,15% при коефициент
на усилване 13 dB и 0,75% при коефициент на усилване 40 dB.
Входного съпротивление има минимална стойност 120 kQ (при
коефициент на усилване 40 dB), а изходното е в граници от 47 Q
за /Qy—13 dB до 120 £2 за /С^=40 dB.
69
Честотният обхват при неравномерност —3 dB е по-широк о
обхвата 20—20 000 №. Регулирането на чувствителността и вход
ноте съпротивление се осъществява посредством тример-потен
циометъра 1?4, включен последователно на блокиращия конденза
тор към емитера на 7\. Посредством се осигурява не само пред
напрежение на базата на 7\, но и добра температурна стабилнос*
на схемата. С /?6 се постига смесена ООВ, тъй като прекъсванети
или късото съединение на изходните клеми на стъпалото не на-
рушава действието на веригата на обратна връзка. Освен това
стъпалото има и две обратни връзки поток (неблокираната част на
емитерния резистор 1?3> R* и Я5), с конто се осигуряват постоянни
електрически параметри и добра температурна стабилност на
схемата. Тук R& е свързан между колектора на Т2 и емитера на
Гц така че при прекъсване на входните клеми се анулира дей-
ствието на ООВ. Следователно през Rb се осъществява токова
ООВ. Високоомното микрофонно стъпало има минимален коефи-
циент на шума при вътрешно съпротивление на източника под
10 kQ (по-точно около 5 kQ).
Транзисторите 7\ и Т2 са с проводимост NPN и са свързани в
схема с ОЕ. Кондензаторът С3, свързан между колектора и база-
та на Т2, служи за избягване на паразитки високочестотни трепте-
ния. Възпроизвеждането на ниските честоти зависи от стойности-
те на Ci, С2 и С4, а на високите—от С3 и от честотните параметри
Фиг. 2.21
на транзисторите. Изходното съпротивление е по-малко от това
на резистора 1?7, включен в колекторната верига на Т2.
На фиг. 2.21 е показана схема на предусилвател с изменяема
ООВ и следните основни параметри:
70
— входно напрежение............. от 0,5 mV до 50 mV
—- ниво на шума на изходз........................под 8 pV
— номинално изходно ниво.............................. IV
.— честотен обхват........................от 20-5-100000 Hz
— неравномерност ...............................±0,3 dB
Това е двустъпален предусилвател с регулируема обратна връз-
ка и може да се използува като микрофонен или като предусилва-
тел за други тонизточници с по-малка чувствителност. Транзи-
сторите Тг и Т2 работят в схема с ОЕ. Усилването напървото стъ-
пало (7\) зависи от отношението между съпротивленията на ко-
лекторния 7?з и емитерния резистор. Голямата стойност на /?8
показва, че колекторният ток е малък. Планарните силициеви
транзистори с нисък коефициент на шума, малък обратен колек-
торен ток и висок статичен коефициент на усилване по ток h21 са
подходящи за използуване в микрофонни предусилвателни стъпа-
ла. Подходящи транзистори са ВС 414, ВС 109 или българският
му еквивалент 2Т3169.
Усилването на второто стъпало също зависи от отношението на
съпротивленията на резисторите в колектора и в емитера
Общото усилване се регулира с отрицателната обратна връзка
-O+3-27V
/?4
Г~ W0
=^=С7
Т22/к
Вход
Т, ВС109С (2Т3169)
Т2 ВС 109В (2Т3169)
фиг. 2.22
между колектора на Ts и емитера на 71. Чрез регулиране дълбо-
чината на обратната връзка чувствителността на входа се изме-
ни от 0,5 до 50 mV, т. е. 100 пъти (40 dB). Ето защо този пред-
усилвател може да се използува и за вход тунер или друг тониэ-
71
точник. Устойчивостта на предусилватели на претоварване н
входа го прави подходящ за усилване на сигнали с различи
амплитуда.
Друг предусилвател, устойчив на претоварване на входа, е пс
казан на фиг. 2.22. Той може да се използува като предусилвате
Фиг. 2.23
с по-високоомен вход от показания на фиг. 2.21. Чувствителноста-
та и усилването също се регулират с помощта на ООВ (тример-
потенпиометъра /?8). Чувствителността се регулира от 15 mV за
=1 V при товар jRT=10kQ до 500 mV за 1,7 V.
Входного съпротивление е 47 kQ, а консумираният ток при за-
хранващото напрежение 27 V не надвишава 7 mA. Честотният
обхват е от 30 Hz до 100 kHz при неравномерност =t3 dB. Под-
ходящи транзистори за тази схема са ВС 109С (за 7\) и ВС 109В
(за 72) или 2Т3169.
На фиг. 2.23 е показана схема на предусилвател с универсал-
но приложение. Той може да се използува и като високоомен
предусилвател с линейна честотна характеристика, и чрез изме-
нение елементите на обратната връзка, като предусилвател, ко-
ригиращ честотната характеристика. Както и в разглежданите
досега случаи, показаният предусилвател има две отрицателни
обратни връзки, с които се осигурява температурна стабилизация
и постоянство на параметрите му. С кондензатора Ci=0,l p.F в
съчетание с 1?з се осигурява добро предаване на най-ниските че-
72
стоти. Времеконстантата Ci.7?3=l()“7 . 105=0,01 s, следователно
най-ниската честота на възпроизвеждане е
f«= г =15’9 Hz- (2.28)
, Gj u,Zo • UaH
Преднапрежението на 7\ се получава чрез резистора /?4= 100 kQ.
Усиленият сигнал от 7\ се подава непосредствено на базата на
Т2 (галванична връзка). Стойността на С4 се определи от входния
импеданс на следващото стъпало. Ако времеконстантата е съща-
та (0,01 s), С4 има стойност
0,1 pF при ZBX Сл ст = 100 kQ;
1 pF при ZBX сл ст — 10 kQ;
10 pF при ZBX сл ст — IkQ и т. в.
Зависимостите на коефициента на усилване и на входния импе-
данс от /?1 и /?2 (фиг. 2.23) са дадени в табл. 2.2.
Таблица 22
! i Коефициент на усилване на напре- жение Коефициент на усилване, dB /?!. kP ! 1 /?21 kp Входе!) импеданс,
10 20 39 3,9 2
20 26 47 2,2 1
50 34 100 1,8 0,35
j 100 40 100 0,91 0.2
Показаната схема може да се реализира с различен коефи-
циент на усилване чрез стъпално включване на посочените рези-
стори или чрез свързване на два тример- потенциометъра със
стойкости 7?1=100 kQ и 5 kQ. Ако вместо се включи че-
стотно зависима верига, може да се измени честотната характе-
ристика.
Микрофонен безтрансформаторен нискоомен предусилвател мо-
же да се реализира с операционния усилвател LM381A, както
е показано на фиг. 2.24. Токовата ООВ се осъществява с резисто-
рите /?4 и/?5- Коефициентът на усилване се определи от отноше-
нието на стойностите на резисторите /?4 и докато С2 оказва
влияние върху долната гранична честота. Горната граница на
честотния обхват се определи от стойностите на кондензатора С3.
73
Капацитетът на кондензатор Ci оказва влияние върху флике]
шума и върху долната граница на честотния обхват.
Едно от важните изисквания по отношение на микрофоннщ
предусилвателни стъпала е получаването на ниско ниво на шу
Фиг. 2.24
200:10к
Фиг. 2.25
и брум на изхода. Освен с посочените досега средства значителе!
резултат може да се получи, ако за микрофонния вход се изпол
зува балансен входен трансформатор (фиг. 2.25). За свързванен!
балансния трансформатор са необходими три проводника — два
сигналим и един замасяващ. С това решение се минимизира нивок
на шума и брума. Двата сигнални проводника трябва да бъдал
усукани и покрити с плътна обща метал на оплетка (ширмовка)
свързана към маса.
При реализирането на схемата на фиг. 2.24 с балансен транс
форматор е необходимо да се направи корекция на елементип
₽а=560 £2, Cs=20 pF и С3=82 pF. Така реализираната схемг
дава изходно ниво 0,775 V (О dB) при t/„x=2 mV. За да се полу
чи оптимален импеданс на генератора по отношение нивото hi
шума, преводното отношение на трансформатора трябва да бъд
^гопт = 110000 7
V 200
(2.2&
74
2.5.4. Предусилватели с коригирана честотна
характеристика
Като всяка енергийна система и системата за пренасяне на
електроакустични сигнали не е идеална по отношение на целия
пренасян честотен обхват. Свързващите междустъпални, входни
и изходни кондензатори, паразитните капацитети, самоиндуктив-
ностите на разсейване и собствените индуктивности на входните
и изходните трансформатори оказват влияние върху спадането или
повдигането на ниските и високите звукови честоти. Трябва да се
има пред вид, че повечето източници на сигнали не осигуряват
честотно независимо напрежение на входа на усилвателя. Честот-
ната характеристика при възпроизвеждане зависи не само от
параметрите на електроакустичната система, но и от мястото на
поставяне на озвучителните тела (в средата на помещението, до
стената или в ъглите), при което е възможно както повдигане
на честотната характеристика, така и спадане. Освен това има и
субективни фактори, дължащи се на различните вкусове на слу-
шателите. Налага се изводът за необходимостта от коригиране на
честотната характеристика. За целта се използуват честотно за-
висими елементи — т. нар. коректори, които според начина на дей-
ствие могат да се разделят условно на две групи:
— коректори, които изравняват честотната характеристика на
честотно зависимите източници на сигнали, каквито са грамофон-
ните дози, магнитофонните глави и др.;
— коректори, с които се коригира честотната характеристика,
за да се получат определени звукови ефекти. Към тях се отнасят
тонкоректорите. презенц -филтрите, физиологичните регулатори
и др.
Причините, които налагат коригирането на честотната харак
теристика, както и схемните решения на предусилвателите» пред
назначени за възпроизвеждане на грамофонни и магнитофонни
записи, са разгледани в трета глава.
2.5.5. Тонкоректори и филтри
Честотно зависимите параметри на преобразувателите, субек-
тивните вкусове на слушателите, както и различните акустични
качества на помещенията, правят тонкоректорите необходими
елементи на всеки съвременен усилвател. Според начина на из-
пълнение на схемата се различават активни (тонкоректори на
Баксандал) и пасивни тонкоректори. Пасивните тонкоректори
представляват /?С-звена, включени между две предусилвателни
75
стъпала, докато при активните 7?С-звената са включени във £
ригата на обратната връзка. Двата вида тонкоректори имат раз
личен характер на стръмността при повдигане и спадане на чи
стотната характеристика. Пасивният тонкоректор независимо с
положението на регулатора коригира честотната характеристик
от опорната (1kHz) до граничните честоти (фиг. 2.26), докато пр
активния повдигането и спадането откачало са ограничени 1
краищата на честотния обхват и за да се получи повдигане ил
Фиг. 2.27
спадане и за средните честоти, е необходимо регулаторите да с
поставят в крайно положение (фиг. 2.27). Трябва да се отбележи
че и двата типа тонкоректори имат своите предимства и недоста
тъци. Например активният тонкоректор при малки отклонени:
76
на плъзгача на регулатора в посока на спадане на честотната
характеристика може да изпълнява -функциите на филтър. Необ-
ходимого повдигане и спадане може да се получи при определено
вътрешно съпротивление на генератора и определено товарно
Фиг. 2.28
съпротивление. За./товар обикновено служи входного съпротивле-
ние на следващото* стъпало.
В зависимост от съотношението на стойностите на елементите
и схемного решение на тонкоректора повдигането и спадането на
честотната характеристика могат да бъдат симетрични или аси-
метрични.
На фиг. 2.28 е показана схемата на активен баксандалов ко-
ректор, включен в обратната връзка между колектора и базата на
транзистора 7\. Основните му параметри са следните:
— повдигане и спадане за 30 Hz...........+19,5 dB; —22 dB;
— повдигане и спадане за 20 kHz. . . . +19,5 dB;—19 dB;
— коефициент на усилване Ku.......................0,91;
— входен импеданс при 1 kHz.....................40 kQ;
— изходен импеданс при 1 kHz....................180 £2;
— коефициент на общите хармонични изкривявания:
при инэх =250 mV.........................под 0,1%,
при «изх =2 V за f=12,5 kHz........... под 0,85%,
при «изх =2 V за f—l kHz................под 0,6%,
при «изх =2V за /=40 Hz................. под 0,5%.
77
Внесеното от тонкоректора затнхване може да се компенеира.
от усилването на един транзистор, чийто коефициент на усилване
е близък до единица.
Съотношението между стойиостите на елементите на пасивните
тонкоректори са дадени на фиг. 2.29. Схемата има симетрична
характеристика на повдигане и спадане за ниски и високи често-
ти. Резнсторът /?4=10 кй намалява влняннето между двата тои-
коректора. Вариацията на относителното изходно ниво за сред-
ните честоти (около 1 kHz) е значително по-ниска от нормираната
(<4 dB). Кондензаторът Cj отдели постоянната съставка на тока
на предното стъпало. При спазване изискванията за ниско изходно
съпротивление на предното стъпало (<660 £2) и активен харак-
тер на товара (/?т^20 кй) ще се получи спадане и повдигане за
честота 20 Hz съответно —18 dB и за честота 20 kHz съответно
—20dB-{-18dB. Затихването, което внася тонкоректорът, изме-
рено при средни честоти, е около 20 dB.
В произвежданите внсококачественн усилватели обикновено е
вграден един тонкоректор за всеки канал. Няконфирми произвеж-
дат усилватели с коригнраие на честотната характеристика в це-
лив честотен обхват. С това се постнга и по-добро изравняване на
звуковата картина в помещенията.
Честотната характеристика се коригира и с помощта на вгра-
дени в усилвателния канал филтри. Тук ще бъдат разгледанн
нискочестотните (противошумови), високочестотните (румпел) и
средночестотните (презенц) филтри.
Нискочестотните филтри са предназначени да ограничават
шумовете с висока честота. Най-ярко това може да се ил юстрира
78
с ограннчаване шумовете от износена, стара грамофонна плоча.
Ако за целта се използува тонкорёктор, ограничението не вннагн
се оказва достатъчно и при това може да се влоши значително
резултантната звукова картина. Етозащо най-често се използуват
филтри с една или две (по-рядко с повече) честоти на срязване,
например 4 и 8 kHz.
Висдкочестотният филтър, както н ннскочестотният, често
се явява едно „необходимо зло**, тъй като ограничава честотння
обхват откъм ниските честоти. Използува се с цел да се ограни-
чи или да се премахне усилването и възпроизвеиодането на меха-
ничните вибрации, предавани чрез задвижващия механизъм на
диска в рамото и дозата на грамофона, а оттам на входа на усил-
вателя. Тези смущения с ниска честота се предизвикват от задвиж-
ващнте механизми на грамофоните и магнитофоните и носят на-
званнето румпел (rumble). Румпелът може да бъде възпронзведен
от озвучнтелните тела, особено от високоговорителите с висок
к. п. д. Смущения с честоти, по-ниски от чуваемнте, могат да
повлняят неблагоприятно върху качеството на звуковъзпроиз-
веждането чрез претоварване на мощного крайне стъпало илн на
озвучнтелните тела, въпреки че не могат да се чуят.
Презенц-филтърът регулира честотната характеристика в
областта на средннте честоти и с поставянето му в усилвателя се
цели да се подчертае определена честота и тесен обхват от областта
на средните честоти. Презенц-филтърът може да се настрои на една
честота или честотата да се нзбира. Обикновено използуваните в про-
фесионалните усилватели презенц-филтрн са с фиксирани честоти
за подобхвата от 700 Hz до 4 kHz. Това се прави, за да се под-
чертаят основните честоти или обертоновете на отделяй инстру-
мента или на човешкия глас, за конто саналице формантни обла-
сти (формантна облает се нарича тази облает от честотния обхват,
в която нма най-голямо съсредоточаване на звукова енергия).
Изкуственото подчертаване на формантаите области придава осо-
бена яснота на звуковата картина, тембърът звучи релефно. Ако
са налице няколко презенц-филтъра, може да се получат различ-
ии звукови ефекти, т. е. да се подчертаят определени формантни
области на различии инструмента, да се създаде илюзия за добли-
жаване на певеца към микрофона, да се направи изпълнението no-
отчетливо. В битовите усилватели най-често презенц-филтри-
те се създават за честоти от 2000 до 4000 Hz, тъй като ухото е най-
чувствително в тази честотна облает и усилването им създава
по-Добра разбираемост и яснота на звуковата картина.
Едно решение на високочестотен филтър (румпел) е показано
на фиг. 2.30, а на фиг. 2.31 — схема на нискочестотен (шумов)
79
фнлтър с ИС. При оразмеряването на филтрите обикновено кое-
фициентът на усилване се приема равен на 1 с оглед филтрите да
не оказват влияние върху изходното напрежение при включването
и изключването им. В показания на фиг. 2.30 филтър стръмността
Изход
Фиг. 2.30
на срязване е 12 dB/oct, коефициентът на усилване —1
(входният сигнал се подава на инвертиращия вход) и коефициен-
*тът на общите хармонични изкривявания Румпел-фил-
търът е оразмерен за честота на срязване fCp—50 Hz.
Фиг. 2.31
Схема на презенц-филтър с ИС рА 741, която може да се за-
мени с рА 709, е показана на фиг. 2.32, а на фиг. 2.33 — честотна-
та характеристика на предусилвателя, съдържащ освен презенц-
филтър и тонкоректор. Тази схема създава значителни възможно-
сти за коригиране на честотната характеристика. Показаните на
80
+18V
Фиг. 2.32
Фиг. 2.33
6 Битова звукотехника
81
фиг. 2.33 характеристики съответствуват на следните положена
на регулаторите:
/ — регулаторът на презенц-филтъра в положение минимУ*
а на тонкоректорите —в средне положение (линейна харакп
ристика);
Фиг. 2.34
2 — регулаторът на презенц-филтъра в положение максимум.
а тонкоректорите — в средне положение,
3 — тонкоректорите в по-
Фиг. 2.35
ложение „повдигане" и ре
гулаторът на презенц- фил
търа на максимум;
4— регулаторът на пре-
зенц-филтъра в положение
максимум, тонкоректорите в
положение „спадане*2 3 4 5 6;
5 — регулаторът на пре-
зенц-филтър а в положение
минимум, тонкоректорите в
положение „спадане";
6 — регулаторът на пре-
зенц-филтър а в положение
минимум, тонкоректорите —-
в положение „повдигане".
Захранването е двуполюсно и стабилизирано с ценерови диоди.
Макснмалното повдигане за честота 2,5 kHz е 15 dB. Най-често
82
срещаното решение на презенц-филтър е за повдигане от 8 до
10 dB, което се смята за достатъчно.
Схема на презенц-филтър с дискретни елементи на база тран-
зистор ВС 148, който може да бъде заменен с 2Т3168, е показана
на фиг. 2.34. Селективната Т-мостова схема, включена във вери-
гата на отрицателната обратна връзка между колектора и база-
та на транзистора, образува презенц-филтър с повдигане 13 dB
за честота 2 kHz. Коефициентът на усилване на напрежение е
0,95. Коефициентът на общите хармонични изкривявания при
£7изх =250 mV за целия честотен обхват не превишава 0,1%, а
при UKax —2 V и честота 1 kHz — 0,5%. Графиките на честотна-
та характеристика за различните положения на регулатора са
показани на фиг. 2.35. Графика 1 съответствува на положение на
регулатора максимум, а графики 2 и 3 на положения средно и ми-
нимум. И тук необходимо условие за постигане на желаното по-
вдигане при средни честоти е вътрешното съпротивление на гене-
ратора да бъде под 600 й.
2.5.6. Смесители и регулатори на усилването
Смесители. Когато е необходимо да се направи запис на му-
зикален състав или запис на говор на фона на музикално изпъл-
нение, трябва да се използува устройство, което има няколко
входа и един изход (за монозапис), свързани така, че да осигуря-
ват смесване на сигналите от различните тонизточници. Въпреки
че усилвателите за битови цели обикновено имат много входове
за различии тонизточници, смесването на сигналите в тях не ви-
наги е осигурено и необходимо. Устройствата, осигуряващи смес-
ване най-малко на два сигнала, се наричат смесители. За бито-
ви цели е достатъчен един микрофонен вход с възможност за
смесване с останалите входове. За по-претенциозни записи са не-
обходими повече входове. Въпреки че смесителите намират по-
голямо приложение в професионалния запис, ще бъдат разгледа-
нк някои прости схеми на смесители, конто могат да се приложат
в усилвателите за домашне ползуване.
На фиг. 2.36 е показана схема на активен смесител, съставен
от транзисторите Т1 и Т2, конто работят на общ колекторен товар.
Емитерният повторител (транзисторът Т3) осигурява малко изход-
но и голямо входно съпротивление на смесителя. Схемата има
тази особеност, че чрез местната положителна обратна връзка към
базата на Т19 респ. (схема bootstrap) се осигурява увеличение
на привидното входно съпротивление. Например благодарение
на тази обратна връзка се намалява променливият ток през ре-
83
зистора 7?i= 100М2. В резултат на това входното съпротив^
ние става
фиг. 2.36
където Kue е коефициентът на усилване по отношение на емитерги
т. е. при схема с общ колектор (ОК).
is Л21£- _______
UE IE ДЛЛ
(2.31)
където hE са h-параметрите на транзистора за схема с общ емитер
(ОЕ). От формула (2.30) се вижда, че колкого Kue е по-близо до
единица, толкова входното съпротив-
ление е по-високоомно. Но /?Их се
влияе и от входното съпротивление на
транзистора и стойностите на резисто-
рите Т?2 и 7?3. Входното съпротивление
на транзистора се определя по форму-
лата
^вхГ, • Rl . (2.32)
Фиг. 2.37 Като се взема пред вид и влиянието
на резисторите и входното съ-
противление се определя от изчислението на паралелно-после-
дователната връзка на резисторите, показани на еквивалентната
схема на фиг. 2.37.
84
Явх=(/?вх Г11| /?')+(/?а :| /?3 II /?4), Й. (2.33)
Еквивалентното съпротивление на паралелно свързаните рези-
стори 7^2» 7?з и Т?4 е по-малко от 7?4=15 kQ и може да се прене-
брегне, при което се получава
.а
Схемата на смесителя може да се видоизмени, като към еди-
ния вход се включи микрофо нен предусилвател, а другият се из-
ползува като грамофонен вход с кристална доза или като линеен
или магнитофонен вход. Параметрите на така получения смесител
с два високоомни входа са:
— входно съпротивление ...........................2,5 MQ
— изходно съпротивление ..............................70Q
— коефициент на общите хармонични изкривявания в обхва-
та от 40 до 12 500 Hz за£/изх =0,5 V.................под 0,1%
за £/иЗХ =2 V................... под 0,5%
— честотен обхват..........................20-ь 20000 Hz
— неравномерност .................................±0,5 dB
— максимално входно напрежение при dh =0,5%. ... IV
За смесване на сигнали на повече от два източника може да се
използува схема с четири входни стъпала, три от конто са с ре-
гулируема чувствителност. Четвъртият вход може да се изпол-
зува за линеен универсален вход, за магнитофонен или за вход
радиоприемник, ако е налице такова изходно напрежение от из-
точника на сигнали (фиг. 2.38). В противен случай вместо входа
4 е необходимо да се избере друго подходяще предусилвателно
стъпало. Схемата се характеризира със своята простота на изпъл-
нение. Трите входни предусилвателни стъпала са изпълнени по
схема с ОЕ. Поляризацията на базата на всеки един от транзи-
сторите Т1, Т2м. Тз се получава с резисторите 7?i, респ. и 7?3, с
конто се осъществява и обратна връзка по напрежение. Дълбочи-
ната на ООВ зависи и от стойността на -Rtob и 7^геи==7?и нточника*
Същевременно с неблокираната част на емитерните резистори,
образувани от тример-потенциометрите ТР1, ТР2 и ТРЗ, която
представлява обратна връзка по ток, може да се постигне необхо-
димого входно и изходно съпротивление (обратната връзка по на-
прежение намалява входного и изходното съпротивление, дока-
то токовата обратна връзка го увеличава). Така че в случая е
налице смесена обратна връзка. Подадените сигнали на входо-
вете 1—3 се усилват от предусилвателните стъпала Т2, и се
85
Фиг. 2.38
смесват в т. А със сигнала от вход 4. Нивото на сигналите в т. А
зависи от положението на плъзгачите на потенциометрите Pi,
Р9 и Р4 и от стойностите на разделителните резистори Рю» Ри»
Ри и Р20. Колкого тези стойкости са по-големи, толкова по-
малко е взаимного влияние между отделяйте входове, но съще-
временно е по-голямо затихването на изходния сигнал. Ако разде-
лителните резистори имат малка стойност, освен значителното
влияние между входовете ще се получи и изменение на честотна-
та характеристика на дозата на грамофона, ако входът 4 се из-
ползува за тази цел. Смесеният сигнал се усилва от стъпалото
Т4, което не само компенсира внесеното затихване от разделнтел-
ните резистори, но и усилва сигнала до ниво 0 dB, което е до-
статъчно за разколебаване на усилвателя на мощност. Емитер-
иият повторител Тъ осигурява ниско изходно съпротивление, кое-
то позволява полезният сигнал да се предаде на значително раз-
стояние от смесителя.
Параметрите на смесителя с четири входа са следните:
— чувствителност на микрофонните входове при входно съ-
противление 7 kQ — 3 mV (чрез тример-потенциометъра може да
се намали чувствителността до 12 mV при P3x=I50 kQ);
— чувствителност на високоомння вход при входно съпротивле
ние 200kQ—400mV;
— номинално изходно напрежение 0,775 V (OdB);
— максимално изходно напрежение 2 V;
— товарно съпротивление 600 О;
— честотен обхват 20^-20* 000 Hz;
— неравномерност =±=0,5 dB;
— захранване 9V/8 mA.
При захранване с 20—24 V/30 mA чувствителността е 1,5 mV
при <7изх=0,775 V и /?T=600Q.
Изходното съпротивление се определи по зависимостта"
р __i _ А5 -103 i 25,9 ^455 о го ЗЯ'!
^изх hnE + /с(тА) ~ 100 + 5.4 (2.33)
където h2i е статичният коефициент на усилване на Т* в схема
с ОЕ;
1С= ^-=5,4 mA—постоянният ток през колектора (емитера) —
предварително за транзистора Т& е прието Л21— 100.
Регулатори на усилване. Регулирането на усилването се осъ-
ществява с логаритмични потенциометри, зада има пропорционал-
ност между усилването или затихването и ъгъла на завъртане
87
(ако потенциометърът е с кръгово движение) или линейното пре
местване (ако потенциометърът е с линейно движение) на плъзгд
ча. Обхватът на регулирането се оценява с отношението на макси
малния към минималния коефициент на усилване на напреже
ние.
Още през 30-те години Флетчер и Мънсон доказаха, че човеш-
кото ухо реагира различно на звуковете с еднакъв интензитет и
различна честота. При ниски нива човешкото ухо чува по-лошо
ниските и високите честоти. Това наложи създаването на т. нар.
физиологична корекция. Чрез включване на 7?С-елементи към до-
пълнителни изводи на регулатора на усилването може да се по-
лучи повдигане на относителното ниво при ниски и високи че-
стоти и ниски нива на изходния сигнал. На фиг. 2.39а е показана
практически реализация на физиологичната корекция при средно
положение на плъзгача на потенциометъра (10% от съпротивле-
нието му). Когато плъзгачът на потенниометъра се движи към по-
високите стойности на съпротивлението, паралелната връзка на
7?С-звеното оказва по-малък ефект и честотната характеристика
се линеализира (фиг. 2.396).
2.6. Усилватели на мощност
2.6.1. Видове. Общи изисквания. Граничим параметри
на транзисторите и разрешена облает на работа.
Вторичен пробив
Усилватели на мощност са тези усилватели, на конто ампли-
тудата на сигнала е съизмерима със стойностите на захранващите
напряжения и токове. В зависимост от схемното решение те биват
еднотактни и двутактни. Еднотактните усилватели на мощност
обикновено се състоят от един транзистор или, ако е необходимо
да се получи по-голяма мощност, от два и повече транзистора,
евързани паралелно или последователно и работещи с еднаква фаза-
Двутактната схема се състои от два транзистора (по-общо два
активни елемента), сигналите към конто се подават в противо-
фаза, противотактно. За увеличаване на изходната мощност в два-
та клона на стъпалото могат да се евържат паралелно или после-
дователно допълнителни транзистори.
В зависимост от избраната работна точка в режим на покой
(на празен ход) усилвателите се делят на класове Д, В, С и D.
Има и междинни положения, като режими класове АВ и В+С.
В усилвателите режим клас А транзисторите са отпушени през
време на целия период на сигнала и максималният коефициент
на полезно действие е по-малък от 50%. Когато работната точка е
така подбрана, че при липса на сигнал токът през транзистора
е равен на нула, се говори за усилватели клас В. В този случай
усилвателният елемент през единия полупериод усилва само една-
та полувълна на сигнала. Максималният теоретичен коефициент
на полезно действие на тези усилватели достига 78,5%. Когато
транзисторът е в отпушено състояние за период, по-къс от едната
полувълна на сигнала, усилвателят работи в режим клас С. Тези
усилватели не се използуват в звукотехниката главно поради
високия коефициент на хармонични изкривявания, тъй като те
усилват само част от полупериода на сигнала.
Когато усилвателите на мощност работят в режим на прев-
ключване, т. е. усилвателният елемент се намира последовател-
но само в две състояния — отпушено или запушено — се говори
за режим клас D или ключов режим. При този режим максимал-
ният теоретичен к. п. д. се получава много голям, но тъй като, ко-
гато транзисторите са отпушени, върху тях действува напрежението
на насищане, а през напълно запушените транзистори протича
обратният колекторен ток, практически полученият к. п. д. не
надвишава 90%- Големият к. п. д. се дължи наключовия режим на
89
работа на усилвателя на мощност, при който се използва импулс
но-широчинна модулация. Коефициентът на хармоничните изкри
вявания за усилвателите клас D е значителен, а честотният об
хват — сравнително тесен.
Споменатият по-горе усилвател в режим В+С, чиято разработ
ка е дело на колектив от български учени под ръководството на
доц. инж. В. Василев, представлява принос в теорията и прак-
тиката на нискочестотните усилватели. При този режим иа ра-
бота се получава голям коефициент на полезно действие, без да
се влошават другите параметри на усилвателите. Връзката меж-
ду полезната номинална мощност Р2, мощността на загубата Ра
и коефициента на полезно действие, като се използуват зависи-
мостите (2.2) и (2.17), е pI=p,_L2L. (2.36)
Фиг. 2.40
Вижда се, че при зададена
стойност на Р2 единствената
възможност за намаляване
на загубите е повишаването
на
Названието усилватели
клас В+С произлиза от са-
мия принцип на действие:
два усилвателни елементи,
единият от конто работи в
режим клас В, а другият —
в режим клас С, к мощно-
стите им се сумират върху
общо товарно съпротивление.
За да се получи повишаване
на к. п. д. на класическия
усилвател на мощност клас
В, е необходимо усилвател-
ният елемент да се захранва
с по-ниско напрежение от ра-
ботещия в режим клас С. Ед-
на опростена схемна кон-
фигурация на усилвател клас
В+С е дадена нафиг. 2.40.
Това в същност е двутактен усилвателен блок, напълно симе-
тричен по отношение на средната хоризонтална линия, който се
захранва от източник със средна точка, свързана с маса. 7\
и Та изпълняват функциите на предусилвателно стъпало към
90
крайняя усилвател на мощност. Всяко рамо на крайния усилвател
е изградено от два мощни транзистора с еднакви параметри
(7f и 7^или 7| и 7£). Изходите на 7f Tf и Т& са свързани
последователю, а базите им се управляват от общия източник
на сигнал или 72- Режимът може да се подбере така, че при
покой Tf и да бъдат на границата на отпушването, т. е. да
работят в режим клас В при минимален колекторен ток, протичащ
през диодите Di и О2. При покой поради симетрията ток през
товарного съпротивление RT няма да тече. Транзисторите Tf и
Тс ще бъдат запушени (режим клас С), защото емитерите им имат
среден потенциал, а базите им през или получават запуш-
ващо напрежение, приблизително равно на 0,5 Е. Напрежението
на двата еднакви кондензатора с голям капацитет се поддържа
постоянно и равно на 0,5 Е поради това, че ирез двете симетрич-
ни намотки на дросела Wy к w2 тези кондензатори са свързани с
двата полюса на захранващия източник.
Поради пълната симетрия действието на схемата може да се
разгледа само за едното
рамо, например долното.
Източник на сигнал за
това рамо е транзисторът
6м. С известно приближе-
ние той може да се пред-
стави като идеален гене-
ратор на променливо на-
прежение f7r, действува-
що между базите на
транзисторите и маса или
между базите и отрина-
телния полюс на захран-
ващия източник, тъй като
по променлив ток това е
едно и също. Тогава за
долното рамо се получава
еквивалентната схема, по-
казана на фиг. 2.41. Сега Фиг. 2.41
е очевидно, че „В“ транзи-
сторът 7 в се захранва с половината от захранващото напреже-
ние, т. е. Е^=0,5 Е. От друга страна, като се отчете, че на-
прежението на кондензатора Ес е с еднаква, посока к равно на
половината от захранващото напрежение, общото напрежение,
91
действуващо на двата последователно включени транзистора, ще
бъде равно на цялото захранващо напрежение.
Действието на схемата е следното: при сигнал до около 50%
от максималната стойност работи само „В“ усилвателят с тран-
зистори и Т^9 като колекторните токове протичат през съот-
ветния диод или и товара 7?т. Енергия за всяко рамо се чер-
ни от източник на напрежение 0,5£. При моментна стойност на
сигнала, по-голяма от 50%, работещият „В“ транзистор се насища
и създава условия за отпушване на принадлежащий му „С“ тран-
зистор. Последният управлява тока на товара, докато полезно-
го напрежение върху £т достигне стойност Е.
Повишаването на к.п.д. при тази схема за сигнали с ниво
до 50% от максималното се дължи на намаляването наполовина
на консумираната от захранващия източник енергия. В табл.
2.3 са дадени за сравнение изразите за изходната и консумира-
ната мощност и коефициентът на полезно действие за режимите
на работа на усилвателните елементи.
Засега най-голямо приложение намират усилвателите, които
работят в режим клас АВ. При тях токът на покой не е равен
на нула, но е значително по-малък от амплитудата на сигнала.
Поради това, че усилвателите клас АВ са най-често срещаните в
практиката, по-нататък е отделено място единствено на тях и по-
точно на безтрансформаторните усилватели на мощност клас АВ.
Основните изисквания по отношение на усилвателите на мощ-
ност се свеждат до следното*.
— получаване на необходимата номинална изходна мощност
върху определен товар и при определен коефициент на хармонич-
ни изкривявания;
— осигуряване на необходимия входен импеданс и чувстви-
телност;
— осигуряване на необходимия честотен обхват и неравномер-
ност;
— осигуряване на възможно най-голямо отношение сигнал
(шум);
— осигуряване на необходимите климатични и най-вече тем-
пературки условия на работа;
— осигуряване на голям коефициент на полезно действие;
— осигуряване на голям коефициент на затихване — т. нар.
демпфаш фактор или коефициент на разтоварване.
При избора на транзистори за реализиране на усилвател на
мощност се изхожда от стойността на пробивного напрежение ко-
лектор — емитер, колекторния ток, коефициента на усилване по
ток ha и разрешената облает за работа с оглед транзисторът да
92
Таблица 2.3
К. п. д., изходна и консумирана мощност за различните режимн на работа на усилвателите
Режим на работа на усиавателя Изходна мощност Рп 2 max Консумирана мощ- ност РЛ 0 max К. п. д. к 'max Характарни особености и използуваие в схе- мите на нискочестотните усилватети на мощиост
1 2 3 4 5
Клас А р =-^= *2 max 2 Е2 “ 2ЯТ Е2 Ро “А) Е«= g = ~-Р:2 max р _ г2 max __ чшах " п"' ^0 = 0,5 Практически ^=30-“40%. Токът на празен ход (на покой) има значи- телна стойност. Използува се рядко
Клас В р =Л’_ 2 max т Е» lP0mtx= Чкр т те ^тах” 4 = -0,785 Поради нелинейността на характе- ристика при малки сигнали изход- ният сигнал има камбанообразна форма и коефициентите на хармо- нични и интермодулапионни изкривя- вания имат значителни стойкости. * Не се използува
Клас АВ р <-£- *2 max 8 R т _Е2_ Ротах" 2я/?т 0,5 < tj < 0,785 Практически г;— 60—65%. Токът на празен ход /0 >0. но по-малък, откол- кото за режим клас А. Консумирана- та и изходната мощност зависят от големината на входния сигнал. Из- ползува се най-много
Клас С Усилва се част от полупериода на сигнала. Токовете в транзисторите не съответствуват по форма на усилва- ния сигнал. Възпроизвеждането на сигнал с производна форма и голе- мина е невъзможно. Не се използува
Продължение на табл, 2.3
1 2 3 4 5
Клас В 4-С -Г) >0,8 К. п. д, е по-голям, отколкото при режим клас АВ, без влошаване на другите параметрн. Засега се нзпол- зува само у нас
Клас D 11 х| _ I , е| i ч 11 j ^0?JS4> • ^0 и Лэ •4 к L to О *“3 • # ЙН * « Практически тдМ)0%. Сигналите имат правоъгълна форма с постоянна амплитуда и изменяема широчина в зависимост от усилваните звукови сиг- нали. Подават се на превключващи транзистора, които преобразуват мо- дулираните правоъгълнн импулси в нискочестотни сигнали. Използува се много рядко. * Г=1//т—период на тактово треп- тене. * * та — продължителност на импул- снте
бъде предпазен от т. нар. вторичен пробив. На фиг. 2. 42а е пока-
зана характерна крива, определяща безопасната облает за ра-
бота на мощен транзистор. Тя характеризира натоварването по
ток, напрежение и мощност на транзистора в отпушено състся-
ние. Тази облает, ограничена от началотона координатните оси
и от полигоналната линия а—b—с—d—e—f—g, не може да се
определи от конструктора, а се дава от производителя. В схема
с общ емитер (ОЕ), която се използува най-много в усилвател-
ните стъпала на мощност, допустимото напрежение колектор —
емитер зависи от условията на работа на веригата база — емитер.
На фиг. 2.42 ае посочена безопасната облает на работа в зависи-
мост от тези условия и продължителността на импулсите. За
удобство при работа зависимостта Ic^Wce) е Дадена в логарит-
мичен мащаб. Отделните отсечки на полигоналната линия на
областта определят:
а — граничната стойност на колекторния ток в постоянно-
токов режим;
b — граничната стойност на колекторния ток в импулсен ре-
жим (ако а съвпада с Ь, това означава, че колекторният ток в им-
пулсен режим е равен на тока при постояннотоков режим);
с — граничната стойност на допустимото напрежение колек-
тор — емитер при отворена база (/в==0) и при ток в базата, съот-
ветствуващ на активната работа на транзистора, т. е. когато е
отпущен;
95
d — граничната стойност на допустимата разсеяна мощное
на транзистора в постояннотоков режим, която се определи oJ
зависимостта
PCmax = -VaX~f-, (2.371
където f/rnix е максимално допустимата температура на прехода,
ic — температурата на корпуса, a — вътрешното топлин
но съпротивление преход-корпус;
е — допустимото натоварване на транзистора в постоянно токов
режим, като се вземе пред вид вторичният пробив.
Вторичният пробив обикновено водидоразрушаванена прохо
дите на транзистора. При значително напрежение между колектсь
ра и емитера и голям колекторен ток се образуват локални обла*
сти — т. нар. „горещи точки", с малки термички времеконстанти
предизвикани от неравномерната плътност на колекторния tow
по цялата площ на прехода. Вторичен пробив може да се получу
във всеки транзистор, работещ при относително високи напре
жения, но той е от особено значение при средномощните и мощни
те транзистори, тъй като те се използуват по-пълно в енергий
но отношение. Характерен е за транзисторите с тънка база (висо
кочестотните транзистори) й може да настъпи независимо от зна
ка и стойността на преднапрежението на емитерния преход, коек
се вижда от кривите, показани на фиг. 2.426. За един NPN тран
зистор, включен в схема с ОЕ, кривите имат следното значение:
1 — транзисторът е отпушен; (UBE>0, /в>0);
2 — (RB=oo);
3 — 0<RB<oo\
4 - Ube-~Q (Яв=0);
5 — транзисторът е запушен (J7B^<0; /в<0);
6 — (веригата на емитера е прекъсната);
7 — линия на вторичния пробив;
8 — точки на първичния пробив;
е — линия на настъпване на вторичния пробив, геометрично
място на точките на настъпването на вторичния пробив;
f — трупа успоредни прави, изразяващи хиперболите на до-
пустимата разсеяна мощност в импулсен режим (тук хиперболи-
те се представят като прави, тай като зависимостта Ic-wWce)
е в логаритмичен мащаб); както се вижда от фиг.2.42 а, възмож-
ното натоварване по мощност е толкова по-голямо, колкото по-
късо е времетраенето на импулса;
96
g — натоварването по мощност при импулсен режим, като се
вземе пред вид вторичният пробив.
Данните, конто производителите на транзистори дават в ка-
талозите, се отнасят за една опорна температура, която обикно-
вено е 25°С. За по-високи температуря граничните стойкости на
параметрите при натоварване трябва да се коригират. При ораз-
меряването на усилвателя на мощност трябва да се вземе пред
вид, че стойностите на параметрите не трябва да излизат извън
гранипите на безопасната облает и за най-неблагоприятните усло-
вия на работа. Например, ако е налице и схема за защита от къ-
со съединение, необходимо е да се провери дали никоя от гра-
ничните стойкости на параметрите не надвишава допустимте от
безопасната облает на работа за целия честотен обхват и при из-
ходен сигнал, съответствуващ на авариен режим.
2.6.2. Усилватели на мощност с дискретни елемента
На фиг. 2.43 е показана универсална схема на усилвател на
мощност, захранван от т. нар. асиметричен токоизправител. С
Фиг. 2.43
тази схема при съответен подбор на режима на работа и на актив-
Ните и пасивните елементи може да се получи номинал на изходна
Мощност 25,50 или 100 W. Стойностите на параметрите на усил-
7 Бияова звукотехннка
97
вателите на мощност УМ25,УМ50 и У Ml 00 са дадени в табл. 2.4
а на отделяйте елементи — в табл. 2.5. Поради универсалностт
на схемного решение за реализиране на трите усилвателя мож
да се използува една и съща печатна платка (фиг. 2.44).
Фиг. 2.44
Входното стъпало на усилвателя се състои от транзистора
и /?С-елементите, определящи режима му. Стъпалото работа в
режим клас А. Връзката с драйверния транзистор Т2, който съ-
що работа в режим клас А» е галванична. Транзисторът служи
като стабилизатор на тока на покой при изменение на темпер ату р-
ните условия. Затова той се монтира върху общия радиатор на
комплементарната (-допълващата се) транзисторна изходна двойка
Т* и Т6. Двата комплементарии транзистора се монтират върху
общ радиатор, но електрически се разделят посредством изола-
циоина подложка от слюда или пластмаса и изолационни втулки.
При използуването на самостоятелни радиатори за всеки из-
ходен транзистор Т3 се разполага върху който и да е от двата
радиатора.
Тъй като входният и драйверният транзистор са с различна
98
Таблица 2.4
Параметри на усилвателите за мощност УМ 25, УМ 50 и УМ 100 (фиг. 2.43>
К Параметър Рая- мер- на еди- ница Усилвател
УМ 25 УМ 50 УМ 100
1 1 2 3 4 5 1 6
1 : । j Номинална изходна мощност Р2 мом върху активен товар 4Q W 25 50 100
2 , Постояннотоково захранващо напрежение при Р=Р2ном V 40 60 80
3 Ток на покой през Т$ mA 20 40 40
4 Консумиран ток за ^2=^2 ном А 1,2 1,65 2.25
5 j Чувствителност (входно напре- жение) за Р2=Р2 ном mV 400 400 ! 500
6 Входно съпротивление kQ 150 150 150
7 Изходно съпротивление Q 0,04 0,05 : о»1
8 Коефициент на интермодула- ционни изкривявания % 0,6 0,6 ' i ; 0,5
9 ‘Отношение сигнал/шум при изходна мощност 50 mW dB >75 >75 >70
10 'Честотен обхват при неравно- | мерност 0.5 dB Hz 15—70 000 28—65 000'36—36 000
11 Коефициент на общи хармо- нични изкривявания за спорна честота 1 kHz и Р2 ном % 0,1 0,35 1 0,3
12 Честотен обхват на мощността1 при Hz 12—60 000 12—65000^20—20000
13 Топлинно съпротивление иа радиатора (корпус — околна среда) Rt{c_a} °c/w 4,1 3.4 1,2
14 Ток през колектора иа Тх mA 0,5 0.5 0,5
15 Ток през колектора иа Т2 mA 1 5 4 4
1 Честотният обхват на мошността определи честотната характеристике при дадена стойност на
коефициента на общи хармоничнн изкрнвявання (в случая *7^=1%), в границите на която ня-
ходната мошност спада c3dB, т. е. наполовиаа от номиналната нзходна мощност. За усилва-
телнте от клее Hi-Fi честотният обхват на мощност трябва да бъде по-широк от 40 —12 500 Hz
Пря
проводимост, е възможно да севъведе дълбока отрипателна обрат-
на връзка чрез резистор ите 7?1Ь, Т^8, и 7?6. Входного стъпало ста-
билизира тока на покой и стойностите на захранващото на-
прежение в т. С, която се нарича средна точка. За да бъде захран-
99
Стойности на елементите на усилвателите УМ25, УМ50 и УМ 100
(фиг. 2.43)
Таблица 2.5
Елемент Усилвател Ел’емент Усилвател
УМ 25 УМ 50 | УМ 100 УМ 25 УМ 50 УМ 100 -
R. 150 кй 150 кй 270 кй с. 4,7 p,F/63 V 4,7 p.F/63 V 1 | 4,7 p.F/63 V j
150 кй 220 кй 390 кй Са 680 nF 680 nF 1 1 680 nF
Й 47 к2 47 Й 47 й с3 ' 220pF/25V 160 u.F/63 V 160pF/63V I
й 47 кй 100 к2 220 кй Q 220 liF/25 V 220 pF/25 V 220 p.F/25 V |
/?5 R. , 3,3 кй 3,3 кй 3,3 кй С6 1 nF 1 nF 1 nF
1,2 кй 1,2 кй 1,2 кй I кй Св 330 pF 330 pF 330 pF
£ 1 кй 1 кй с7 Cg 100 nF 100 nF 100 nF
R* 1,2 кй 2.7 к2 2,2 кй 2200|iF/25V 2200 pF/40 V 2200 p.F/63 V
R$ Р10 1,5 кй 1,5 кй 1,5 кй с9 330 pF 330 pF 330 pF
1 кй 1 кй 1 кй С,о 330 pF 330 pF 330 pF
#11 #12 680 кй 0,5 кй 6802 1'2 680 Й 1 Й Г1 BC558 BC557 BC577
2 W 4 W 6 W BC637
£> 0 5 кй 1 2 1 й г2 BC547 BC639
^13 2 W 4W 6W Гз BC548 BC548 BC548
#м 10 й; 0.5 W 1,8 кй 270 й 270 й 10 й; 0,5 w 10 й; 0,5 W Ti BD267 BDX65A BDX67B
*'• 14 Р,_ 2,7 кй 5,6 кй Ть BD266 BDX64A BDX663
470 2; 0,5 W 270 й; 0,5 W Ъ BC548 BC548 BC548
£46 #17 470 QJ 0,5 W 270 Й; 0,5 W Г? BC558 BC558 BC558
'1/ #18 R.n 8.2 кй 8.2 кй I 4.7 кй 1 4,7 кй 10 кй 10 кй 27 кй 27 кй Di BA222 BA222
£49 fr° /<21 4,7 кй 4,7 кй 4.7 кй 4,7 кй D2 BA222 BA222
ващото напрежение по-стабилно, необходимо е стойността на
Rs да не бъде много голяма. Сыцевременно за да се получи дълбо-
ка отрицателна обратна връзка чрез R15, резисторът трябва да
има колкого е възможно по-голяма стойност по отношение на
Ri6. Ето защо се прибягва до компромисно решение, така че да
се удовлетворят и двете изисквания. Кондензаторът С6, свързан
между колектора и базата на драйверния транзистор Т2, както и
звеното на Бушеро C7R14 са предназначени да предпазят усилва-
теля на мощност от високочестотни трептения и самовъзбуждане.
Крайнего мощно комплементарно стъпало представлява еми-
терен повторител. За да се увеличи привидното входно съпротивле-
ние на драйверного стъпало, итукеизползувана капацитивна връз-
ка на колекторното товарно съпротивление с товара на крайното
стъпало. Тази връзка, реализирана посредством С4, представля-
ва разгледаната схема bootstrap. От отношението на съпротивле-
нията на R7 и Rs в значителна степей зависи привидното входно
съпротивление на крайното стъпало.
Поради доказани предимства, особено по отношение на добра-
та преходна и честотна характеристика, модерните усилватели
по-често се захранват със симетрични токоизправители. По-важ-
ните предимства на усилвателите на мощност, захранвани със си-
метрични (двуполярни) токоизправители, пред захранваните с не-
симетрични (еднополярни) са:
— не е необходимо последователно на товара да се включва
изходен кондензатор, което довежда до намаляване на преход-
ните процеси при включване и изключване и до разширяване на
честотния обхват, особено в областта на ниските честоти;
— нивото на брума при равни други условия е по-малко.
Недостатъци на усилвателите, захранвани от симетрични то-
коизправители, са:
— необходимостта от допълнителен извод от вторичната на-
мотка на мрежовия трансформатор;
— използуване на диференциален усилвател, за да се осигури
нулев потенциал в средната точка;
— необходимостта от два предпазителя —по един в плюсо-
вата и минусовата верига.
На фиг. 2.45 е показана схема на усилвател с номинална из-
ходна мощност 25 W, отдавана върху товар 8£2, със симетрично
захранване. Характерно тук е използуването във входа на схема-
та на диференциален усилвател, състоящ се от транзисторите
и Т2, евързани с общ емитерен резистор R4. Входният сигнал се
подава на базата на Тх, а Т2, чиято база чрез С4 и R2 е свързан а
по променлив ток към маса, осигурява обратна връзка от изхо-
101
да до входа на усилвателя на мощност. Дълбочината на ОБ <
определи от отношението на съпротивленията на и
’Лените и дефазирани от Т± сигнали от колекторния товарен р
зистор /?3сеподават на базата на работещия в режим клас А ДРа
Фиг. 2.45
верен транзистор 7\. Транзисторът Т3 изпълнява същата функ
ция на стабилизатор на постоянния ток на покой, както и при
разгледаната схема с асиметрично захранване, като с тример-
потенциометъра R i9 се регулира напрежението на средната точка
за получаване на отимална симетрия. Кондензаторите С10 и С1г
отвеждат към маса високочестотните съставки на захранването или
високите честоти, конто биха се появили като паразитки трепте-
ния чрез верига та на захранването. /?С-групите RleC6 и /?15С9
увеличават затихването на високочестотните трептения, конто
1С2
могат да се появят от резонансните кръгове, образувани от Сю»
респ. Си, и индуктивността на .мрежовия трансформатор. Без
тези групп на изхода би се появил характерен сигнал вследствие
получените високочестотни паразитни трептения. Гр у пата
G)
Фиг. 2.46
увеличава стабилността на работа на усилвателя даже ако ха-
рактерът на товара стане капацитивен. Тази стабилност е под-
силена и с /?С-звеното на Бушеро /?18С7 и кондензаторите Св»
С12 и С13. Видът на печатната платка откъм фолираната страна и
от страната на елементите е показан съответно на фиг. 2.46 а, б.
Трябва да се отбележи, че времето на зареждане на електро-
литните кондензатори, включени в захранването, трябва да бъ-
де еднакво, тъй като в противен случай в озвучнтелните тела ще
се чуе интензивно пукане. От това следва, че не може единият
103
полюс и маса да се използуват за захранване, например на пред-
усилвателните стъпала. Най-правилното решение е за тази цел 1
да се използува допълнителна намотка намрежовия трансформа-
тор с отделен токоизправител.
Основните параметри на описания усилвател на мощност със
симетрично захраяване са:
— номинално постояннотоково захранващо напрежение =±=26 V
— консумиран ток при Р2—Р2ном.....................0,8 А
— номинална изходна мощност върху активен товар в Q..25W
— входно напрежение (чувствителност)............. 430 mV
— входно съпротивление ......................... 350 кй
— изходно съпротивление ..........................0,2 Q
— коефициент на интермодулационните изкривява-
ния при fi"250 Hz и /2=8 kHz.......................под 0,3%
— коефициент на общите хармонични изкривявания
за Р2=Р2н<м и за честоти до 12,5 kHz...............под 0,1 %
— ниво на шум при отворен вход, измерено с по-
мощга налентов филтър за честоти 0—20 kHz.......под 1,6 mV»
2.6.3. Основни практически насоки при конструирането
на усилвателите
Високи технически и експлоатационни параметри на усилва-
теля няма да се осигурят, ако освен избора на подходящи висо-
кокачествени елементи и добро оразмеряване на схемата не се
спазят някои изисквания по отношение взаимното разположение
на елементите, особено на входните и изходните съединители или
клеми, замасяването, екранирането и др. За някои особено чув-
ствителни входове (микрофон, грамофон с динамична доза, вход
за звуковъзпроизвеждаща глава на магнитофон и др.) усилването
може да достигне няколко хиляди. Ако не се вземат необходими-
те конструктивни мерки, това може да се окаже причина за не-
стабилна работа на усилвателя вследствие възникването на па-
разитки положителни или отрицателни обратни връзки, затова
изходът и входът взаимно се разделят или екранират. Причина
за увеличаване нивото на брума и на смущаващите напрежения
може да стане и захранващият трансформатор вследствие на раз-
сеяното магнитно поле или на блуждаещите токове. На фиг. 2.47
е показан пример на нсправилно (а) и правилно (б) оформяне на
печатния монтаж на платка на елементарен едностъпален тран-
зисторен предусилвател. За да се намали влиянието на блуждае-
щите токове и смущаващите напрежения, е необходимо контурът
104
който се затваря между кондензаторите Сх и С2, да има възможно
цай-малка площ.
Нивото на смущаващите напрежения и стабилността на усил-
вателя зависят и от начина на замасяване. Тъй като протича-
Фиг. 2.47
щите в усилвателите на мощност токове имат значителна стой-
ност, достигаща понякога до няколко ампера, важно е замасяване-
то да бъде такова, че през веригите на предусилвателните стъпала
да не протичат токове с голям интензитет. Тези токове създават
възможност за образуването на локални отрицателни или поло-
жителни обратни връзки, конто могат да станат причина за уве-
л ичаване нестабилността на усилвателя. На фиг. 2.48 е показан
пример на неправилно (а) и правилно (б) замасяване. В участъ-
ците Д, Б и В на общия замасяващ проводник от фиг. 2.48 а има
опасност да се образуват местни обратни паразитки връзки в за-
Фиг. 2.48
еисимост от това, дали падът на напрежение в проводника е във
фаза или в противофаза с усилвания сигнал. Затова тсковите
кръгове на по-мощните стъпала и захранването не трябва да се
затварят през участъците на входните стъпала.
105
При стереоусилвателите въп росите със замасяването са па
сложим, отколкото при моноусилвателите, защото при тях или
общо захранване и общ замасяващ проводник за двата канала
В такъв случай се избират две точки на замасяване — едната 34
Фиг. 2.49
предусилвателните стъпала, а другата за усилвателите на мощ-
ноет и захранването. Отделните стъпала се захранват със само-
стоятелни проводници — фиг. 2.49.
За да се избегне влиянието на блуждаещите токове, се пре-
поръчва изменението на захранващото напрежение в зависимое!
от консумирания ток да не бъде голямо, тъй като, ако то е съизме-
римо с нивото на сигнала, може да стане причина за нестабил
ната работа на усилвателя.
При използуване на ИС важат същите принципи на разпола-
гането на външните елементи, като стремежът трябва да бъде
проводниците да имат минималки дължини, а за чувствителните
входове — да бъдат екранирани.
2.6.4. Хибридни и интегрални схеми
на усилватели на мощност
Хибридните и интегралните схеми на усилватели на мощност
са изградени по подобие на показаните на фиг. 2.43 и фиг. 2.45.
През последните няколко години промишлеността на ГДР пусна
на пазара различии интегрални схеми с многостранно приложе-
106
ние. Голям интерес представляват ИС, предназначени за ниско-
честотни усилватели. Към тях се отнасят:
— А202 (еквивалент на ТВА1002на фирмата VALVO) с приложение в
магнитофонните записващи и възпроизвеждащи усилватели;
— А205 и модификациите й — A203D, А203К, А204К, А205К за ниско-
честотни усилватели на мощност;
— А211 (еквивалент на ТАА611В на фирмата SGS ATES, но с друге
разположение на изводите за нискочестотни усилватели на мощност.
С)
Фиг. 2.50
Интегралната схема А250 може да отдава в товар а максимал-
на изходна мощност 5W. Изградена е в корпус DIL (DUL IN
107
LINE) и изводите й 4—5 и 12—13 са свързани помежду си, ката
образуват охладител (радиатор). Охлаждането е решено по дм
начина: за А250К — с радиатор закрепен за интегралната схема
под ъгьл 45° спрямо плоскостта й; за A250D — с хоризонтално
разположени плоски изводи за закрепване върху по-голяма ох-
лаждаща плоча.
На фиг. 2.50 а е показано вътрешното устройство на ИС, а
на фиг. 2.50 б — практически схема на усилвател с А250, конто
има много добри параметри. Предназначението на никои от еле-
ментите, свързани във или извън корпуса на ИС, е:
— резисторът /?21 определи големината на входния ток; стой-
ността му обикновено се избира в границата от 10 до 100 кй;
— кондензаторът С19, включен между изхода на ИС (извод
12) и изхода на предусилвателя (извод 5), определи горната
гранична честота не само на ИС, но и на целия усилвател; за
да бъде схемата на усилвателя устойчива против високочестотни
трептения и самовъзбуждане, се препоръчва да се осигури висо-
кочестотна компенсация, като се избере С18=5С19;
— отношенията между съпротивленията на вътрешния рези-
стор (фиг. 2.50 а) и резистора R22 определи стойността на кое-
фициента на усилване на ИС; резисторът Re има стойност около
4 кй, която поради технологични причини може да се мени в
малки граници; в такъв случай желаното усилване се получа-
ва чрез подходящ избор на стойността на /?22;
— долната гранична честота за ИС зависи от стойностите на
R22 и Ge> като в' > н0 тази честота трябва да бъде
^кзз.с1в
по-висока от долната гранична честота, определена от веригата
bootstrap R23 С20; върху долната гранична честота оказват вли-
яния и стойностите на елементите на входа С13/?21 и на изхода
С*22/?т;
— кондензаторът С14 намалява колебанията на захранващото
напрежение при изменение на консумацията на ток от токоиз-
точника.
Интегралната схема А203 се отличава от А205 по това, че е
предназначена за захранващо напрежение от 4 до 15 V, докато
А205 — за напрежение от 4 до 20 V. Оптималният работен ре-
жим за А203 се получава при захранващо напрежение 12 V,
изходна мощност 3 W и коефициент на хармонични изкривява-
ния dA<10%, докато за А205 при захранващо напрежение 15 V
се получава изходна мощност 4,5W при същата стойност на кое-
фициента на хармонични изкривявания.
При използуване на интегралните схеми е необходимо пе-
108
чатната платка да се конструира уака, че масата, захранващото
напрежение и товарът да бъдат свързани към ИС с възможно
най-къси проводници; да се осигурят малки пулсации на захран-
ващото напрежение; изходното съпротивление на задаващия
генератор (предното стъпало) да бъде възможно най-малко — в
противен случай връзката между ИС и задаващия генератор
трябва да се осъществи с ширмован проводник. Максималната
загубна мощност за A203D и A205D е около 1,3 W при темпера-
тура на околната среда 25°С, а за А203К и А205К — около 5 W.
За А203К и А205К топлинното съпротивление при хоризонтален
монтаж на ИС е с около 20% по-голямо в сравнение с това при
вертикален монтаж.
Граничните параметри на А205 при температура на околна-
та среда 25°С са:
минимум средне максимум
Изходна мощност Коефициент за хармонични изкривявания 4,5 W 6W
за Р2~50 mW 0,22% 2%
за Рг=2,5 W ОД % 2%
за />2=4,5 W Коефициент на усилване на напрежение 1,58% 10%
за Р2=2.5 W 34 dB 37,5 dB 40 dB
Горна гранична честота Входно напрежение при Р2=2,5 W 15 kHz 35 kHz 42 mV
Еквивалентната интегрална схема на A203D е ТСА 830А,
а на A205D — ТВА 810 А. Интегралните схеми А203К и А205К
нямат еквиваленти.
Предусилвателят с дискретни елементи, показан на фиг.
2.50 б, не се отличава съществено от разгледаните досега. Кое-
фициентът на усилване и компенсирането на затихването, вне-
сено от активния тонкоректор, се определят от съотношението
на съпротивленията на резисторите 7?16 и включени в емитера
на Ts. За да се получи голямо входно и малко изходно съпро-
тивление, транзисторите 7\ и Т2 са включени по схема с ОК и
общото усилване на усилвателя в най-голяма степен зависи от
ИС А205 (по-конкретно от стойността на съпротивлението на
^22)-
Значително по-големи възможности има интегралната схема
на фирмата SGS ATES TDA 2020 (фиг. 2.51) или чехословашкият
й еквивалент MBA 2020, която се използува и за конструиране-
то на усилватели с параметри, удовлетворяващи изискванията
за Hi-Fi клас. Захранващото й напрежение е =tl7 V, а максимал-
109
но допустимого ^=22 V. Като се реализира схемата, могат да се
получават следните параметри;
— изходна мощност ...............................18,5 W
— честотен обхват при спадане — 3 dB 10—160 000 Н1*
— коефициент на об щите хармонични
изкривявания dh в обхвата 40—15 000 Hz за
изходиа мощност от 150 mW до 15 W 0,3%
— чувствителност ......................................... 260 mV
— товар ............................................... 4 2
— входно съпротивление ...................................... 5 М2
— ниво на шума на входа ................................под 4 pV
Интегралната схема представлява операционен усилвател,
в корпус (DIL) в пластмасово изпълнение. Температурната за-
щита, защитата от късо съединение на изхода й от претоварване
правят ИС ТДА2020 многостранно приложима както за само-
стоятелни усилватели, така и като елемент на нискочестотната
част на радио- и телевизионните приемници. Схемата трябва да
се монтира върху радиатор с топллнно съпротивление
=24-8°C/W, като за подоб^лтане на топлоотдаването между
ИС и радиатора се поставя еиликонова паста.
С хибридните схеми може да се получи изходна мощност ня-
колко десетки вата. В литературата са описани хибридни схеми
от типа STK020, STK025, STK036 на фирмата SANYO, от типа
НС1000, НС2000 на фирмата RCA и др. Типична хибридна схема
Фиг. 2.51
производство на фирмата RCA е показана на фиг. 2.52. Схемата
представлява операционен усилвател, подобен на описаните до-
тук усилватели със симетрично токозахранване. Оформена е
като плочка сразмери 12x48x58 mm и е залята с епоксидна смо-
110
Фиг. 2.52
ла. Схемата на защита (защрихованата част) предотвратява не
желаните последний от късо съединение. Захранващото напреже
ние е от 30 до 75 V и консумираният ток достига 7 А. Този усил-
вател може да отдаде в товар 4 £2 номинална изходна мощное!
Р2—100 W. Връзката между отделимте стъпала е галванична. Че
стоткият обхват достига от 0 до 30000 Hz. Решаващо влияни
върху долната гранична честота има кондензаторът, който <
на входа и се намира извън хибридната схема.
Входното стъпало представлява диференциален усилвател.
съставен от транзисторите Тг и Т2, с NPN проводимост и с общ*
емитерно съпротивление. Тук емитерното съпротивление им*
активен характер, тъй като се състои от транзистора Т3 и рези
стора Rg. Входният сигнал се прилага на извода 9 на хибридна-
та схема, свързан с базата на 7\. С транзистора Т2 се осигурява
ООВ от изхода към входа. Усиленият и дефазиран от 7\ вхо-
ден сигнал се подава на базата на Т6. Сигналът за задействува-
не на 7\ се взема от базата на Т3 и има същата фаза както по-
даденият на 7\. Крайнего стъпало е изпълнено по т. нар. квази*
комплементарна схема, тъй като Т10 и Гц, конто са транзистор >
с еднаква проводимост, се задействуват от комплементарната
двойка Т8 Т». Базите на транзисторите 7\0 и Тц са евързани към
източници с малко вътрешно съпротивление (/?18, /?19), за да се
получи широк честотен обхват на въпроизвежданите сигнали.
Диодите D7 и D8 предпазват транзисторите Т10 и 7и от обратим
напрежения. Изходният сигнал се подава на товара от общата
точка на резисторите /?2о #21 чрез бобината L с индуктивност
ЮрН и паралелно включен резистор /?22- По този начин, както
и със звеното на Бушеро, се повишава стабилността на усилва-
теля при промяна на характера на товара даже ако той стане
капацитивен и се използува електростатичен високоговорител.
2.6.5. Схеми за защита на усилвателите на мощност
При усилвателите на мощност транзисторът работа в режим,
който е близък до допустимия, определен от разрешената об-
лает за работа. Границите на областта на безопасната работа се
стесняват с повишаването на температурата и с изменение на то-
вара (намаление на товарния импеданс, включително и късо
съединение, индуктивен или капацитивен храктер на товара и
т. н.). На фиг. 2.53 са показани графиките на зависимостта
Тс=№се) при активен и реактивен товар. За да се предпази
транзисторът от разрушаване, необходимо е да се допълни схе-
мата на усилвателя на мощност със схема за защита, която да
112
осигури транзистора срещу претоварване и късо съединение,
както и срещу разрушаване от 'изменение на характера на
товара, така че във всички случаи да не се излезе извън безо-
пасната облает на работа. Транзисторът може да се повреди от
превишение на тока, напрежени-
ето или разсеяната мощност из-
вън граничните допустими стой-
ности. При късо съединение на
изходните клеми е налице токо-
во претоварване на крайните тран-
зистори. Известии са два типа
схеми на защита от късо съе-
динение:
— схема с изключване на
тока;
— схема с ограничаване на
тока.
Схема с изключване на тока
беше показана на фиг. 2.43 (за-
щрихованата част). Нейното дей-
ствие е следното: Когато токът
през изходния транзистор Т4 се
увеличи вследствие претоварване
или късо съединение на изхода,
Фиг. 2.53
увеличава се и напрежението
UAc, тъй като то представлява сума от напреженията С/д16+
+ Ц?12+£>в£> където UBE е напрежението база — емитер на
транзистора Т4. Увеличението на тока през Т4 се контролира чрез
напрежението 1/лс. Когато точката D стане по-положителна от
точката С, транзисторът TQ се отпушва. Моментът на превключ-
ване на транзистора TQ се определя от стойностите на резистори-
те /?18 и /?20, от които 7?2о о регулируем. По този начин колкото
транзисторът TG става по-проводим, толкова по-силно запушен
е транзисторът 7\. Комплементарният транзистор Т$ е защитен по
същия начин, като запушването му е толкова по-силно, кол-
кото точката Е става по-положителна, тъй като Ть е от PNP тип.
Диодът Di предотвратява протичането на обратен ток през пре-
хода колектор — база на 76, когато Т5 е отпущен. Аналогично е
предназначението на D2 и Т7.
За да се настрои схемата, е необходим двулъчев осцилоскоп,
който трябва да се евърже към резисторите Т?12 и /?13, и то в кра-
мщата им, свързани с емитерите на Т4 иТ6, и към общата точка
С. Настройката може да се извърши и с еднолъчев осцилоскоп,
в Битова звукотехника
113
като последователно се настройва всяко рамо на крайното стъ-
пало. Усилвателят се натоварва с резистор със съпротивление
2,2 £2 (при 4-омов товар) или 3,9 Q (при 8-омов товар), като се
избира резистор с мощност, по-голяма от номиналната мощност
на усилвателя. Плъзга-
чите на тример-потен-
циометрите R20 и Т?21 се
поставят в средно по-
ложение. Изчислява се
максималното напреже-
ние върху емитерните
резистори Т?12 и /?13,
с ъответству ващо на
стойността на емитер-
ния ток, при която
трябва да се задейству-
ва схемата за защита.
Стойностите на емитер-
иите резистори /?12 и J?13 не трябва да се различават помежду си с
повече от 5%, ако транзисторите Т4 и Т& имат еднакви или близки
коефициенти на усилване по ток Л21, което е необходимо усло-
вие, за да се получи нисък коефициент на хармонични изкривя-
вания. След изчисляване на необходимото напрежение UR12
съответно t/^з, от което трябва да започне ограничението на
сигнала, на входа на усилвателя на мощност се подава сигнал с
честота 1000 Hz и такава амплитуда, че върху /?i2 и _R13 да се
получи изчислената максимална стойност на напрежението.
Стойността на тример-потенциометъра R20 се регулира с плъз-
гача до настъпване на ограничения на сигнала върху /?12, как-
то това е показано на фиг. 2.54 а9 а стойността на тример-по-
тенциометъра /?21 — докато се получи форма на сигнала върху
/?12 и 7?13, подобна на показаната на фиг. 2.54 б.
Схема с ограничаване на тока през крайните транзистори
беше показана на фиг. 2.45 и фиг. 2.52 (ограничена с пунктира-
ми линии). Токът през изходния транзистор в схемата за защи-
та, показана на фиг. 2.45, се контролира чрез изменение на
напрежението върху емитерния резистор /?13. Когато изходният
ток превиши определена стойност, транзисторът Тъ се отпушва и
отклонява сигнала от базата на Т7. По този начин изходният
ток се ограничава до определена стойност. Моментът на отпуш-
ването се определи от стойностите на делителя /?Х1 Т?20. Анало-
гично е положението и за отрицателната полувълна върху емитер-
ния резистор на Т8, когато Те се отпуши. Така реал изираната
114
схема осигурява защита от токово претоварване или късо съе-
динение на изхода. Ако е необходимо схемата да се задействува
и при повишаване на захранващото напрежение, трябва да се
добавит резисторите /?22 и /?23 показани на фиг. 2.45 с пунктир.
По ч.узи начин схемата става чувствителна и на изменението на
напрежението колектор — емитер на 7\, респ. 7V
Схемата се задействува, ако на базата на Т5 е налице на-
прежение, по-голямо от 0,6 V. Действието на схемата на защи-
тата се илюстрира с правата на задействуване на фиг. 2.53, коя-
то има стръмност
Ra= 2. (2.38)
Рс 'max ^11
При оразмеряването се излиза от следните условия: схемата
трябва да се задействува при Uwax>Ec (Ес е захранващото на-
прежение); правата на задействуване на защитата трябва да бъ-
де по-далече от товар ната права и да не пресича кривата на
безопасна работа на транзистора. Като се вземе пред вид, че
и /?13С#2о за t7max и /max важат зависимостите:
V; (2.39)
(2.40)
При оразмеряването стойността на някой от резисторите (обик-
новено /?ц) се избира, а останалите се определят, като се удо-
влетворява условието през делителя /?2о да не протича силен
ток, така че 7?ii+7?2o^>₽i3- Необходимо е да се има пред вид, че
транзисторите от схемата на защитата трябва да имат по-висока
гранична честота от крайните мощни транзистори. Диодите Dr и
/)а предпазват транзисторите Т5 и Тв от обратна поляризация, а
резисторът /?10 ограничава разсейваната мощност на превключ-
ващия транзистор. Времеконстантата на задействуване на тран-
зистора TQ се определи от стойностите на /?10 и /?12 и от парамет-
рите на транзистора в ключов режим.
Схемата на защитата от късо съединение и претоварване, по-
казана на фиг. 2.52, е подобна на разгледаната. Диодите D3 и 1)4
имат същите функции, т. е. предпазват транзисторите 76 и Т7
от обратна поляризац ия и позволяват да се отпушват само при
наличието на сигнали с отрицателни (за D3) или положителни
(за D4) амплитуди на базите на и Т9. Това може да стане само
при условие, че напрежението върху резисторите /?16 и /?21 над-
виши някаква предварително определена стойност, която е в
115
пряка зависимост от претоварването на стъпалото. За увелича
ване скоростта на заействуване на схемата успоредно на рези
сторите /?1в и Т?17 се включват кондензаторите С5 и С6 със стой
ноет 50 nF. С диодите D6 и D6 се увеличава обхватът на задей
ствуване на ток, т. е. задействуването става при по-голяма стой
ноет на тока в сравнение с предната схема. Подходящи тран
зистори за тези схеми са ВС107 и ВС177, 2Т3168В и ВС178В,
диоди — 2Д5607 и др.
От фиг. 2.53 може да се види, че товарната права В за UCE
Ес
= ~2“ има чупка, след която стръмността й се измени. Товас
дължи на наличието на диодите О5 и D6, като напрежението
съответствуващо на чупката, има стойност 1,4 V. С това се оси
гурява по-добро използуване на разрешената облает на работа
тъй като товарната права опасва по-добре хиперболата, опреде
ляща тази облает. Така предложената схема на защита е ефек
тивна само при активен характер на товара. За товар с индукти
вен характер (означен на фигурата с пунктир) е необходимо д-
се избере такъв режим на работа, че да не се създават услови»
токът или напрежението да достигнат стойкости, конто са близю
до границата на разрешената облает или я прекосяват.
Токови защити, конто реагират на моментната стойност на
тока и имат характеристики /с“/гпах^const (крива С), не оси
гуряват ефективна защита на крайните транзистори и не се из
ползуват.
2.7. Стереоусилватели от Hi-Fi клас с номинал на
изходна мощност 2X35W
През 1976 год. на нашия пазар се появи стереоусилвател
от Hi-Fi клас с номинална изходна мощност 2x35 W. Тойесъстав-
на част от апаратурите „Студио“ и„Студио2“. В двете си моди-
фикации се различава основно по дизайна, като в стереоусилва-
теля за комплекта „Студио 2“ са внесени малки изменения в схе-
мата. Понастоящем усилвателят се произвежда от поделенията
на стопанския комбинат за радиотехническа апаратура в гр.
В. Търново. Схемата на стереоусилвателя 2x35 W е дадена в
приложение 1.
Усилвателят на мощност е изграден по схема със симетрично
захранване, както разгледаните в т. 2.6.2 и 2.6.3. По този на-
чин се осигурява широк честотен обхват при малка неравномер-
ност, добра фазова и преходна характеристика, както и малки
116
коефициенти на хармонични и интермодулационни изкривява-
ния. Използуването на диференцйален усилвател на входа, съ-
стоящ се от два транзистора ВС177А, позволява да се използува
галванична връзка между отделяйте стъпала. Нулевото напре-
жение в средната точка на крайните транзистори се регулира с
тример-потенциометъра 7?601, а токът на покой —чрез тример-по-
тенциометъра 7?609 (токът на покой е около 30 mA). Устойчивост-
та на усилвателя по отношение на паразитни високочестотни
трептения и промяна на характера на товара се осигурява от
L601 7?620, Т?621-С6О7(звено на Бушеро) и от кондензаторите С605
(включен между базата и колектора на 7605) и СбОЗ (включен меж-
ду базата и колектора на 7603). ДиодитеО604 и Об05служат за
температурка стабилизация на усилвателя на мощност, a D606 и
D 607£—за защита от късо съединение и претоварване. Принци-
път на действие е подобен на разгледаните досега — увеличе-
ние™ на положителната амплитуда върху резистора 7?619 от-
пушва диода D607, който ограничава сигнала към базата на 7605.
Аналогично е положението при увеличаване на отрицателната
амплитуда върху 7?617. Диодите D608 и D609 предпазват край-
ните транзистори от обратна поляризация.
С кондензатора С604, включен между общата точка на ре-
зисторите R611 и R612 и средната точка на схемата се осъществя-
ва положителна обратна връзка тип „bootstrap", с която се у ве-
личава привидното входно съпротивление на усилвателя на
мощност и амплитудата на изхода. Усилвателят на мощ-
ност представлява сложен емитерен повторител, чието изпълне-
ние е квазикомплементарно, тъй като крайните транзистори
(2N 3055) са с NPN проводимост. Добри параметри на усилвате-
ля на мощност ще се получат, когато параметрите на транзисто-
рите от двете рамена са еднакви. Това се отнася най-вече за ста-
тичния коефициент на усилване по ток h21 за схема с ОЕ. В слу-
чая коефициентът на усилване на стъпалото е равен на произве-
дение™ от коефициентите на усилване на свързаните по схема
Дарлингтон транзистори. Разликата в коефициентите на усил-
ване на транзисторите в двете рамена не трябва да бъде повече
от 20%.
Крайното мощно стъпало освен със схемата на защитата е
защитено с отделни предпазители. Захранва се от самостоятелен
токоизправител, изпълнен по мостова схема със заземена средна
точка на вторичната намотка на мрежовия трансформатор. Схе-
мата дава възможност прослушването да се извършва с динамич-
ни слушалки, като посредством превключвател се изключат озву-
чителните тела. Същевременно е предвидена възможност за ви-
117
Таблица 24
№ Параметър Постигнати стой- ностн за усилва- теля Норма no БДС 11431-78 за 1 кл. (Hi-Fi)
1 Номинална изходна мощност при активен товар 4 2 на канал 2 Честотен обхват и неравномерност 3 Коефициент на обшите хармонич- ни изкривявания при 1000 Hz и ^2=^2ном 4 Коефициент на интермодулациоини изкрнвявания за /x=250Hz и /2— =8000 Hz 5 Отношение сигнал/шум при изход- на мощиост P2-»2x50inW 6 Обхват на регулиране на стерео- баланса 7 Повдигане и спадане иа честотна- та характеристика за граничиите честоти при действие на тоикорек- торите । 8 Шумов фнлтър за честоти над 1 6 kHz 9 Румпел филтър за честоти под . 100 Hz ! 10 Презенц филтър за f=2 kHz । 11 Чувствителност и входен импеданс ’ за различните входове: ’ — грамофон с динамична доза 1 —-грамофон с кристална доза — магнитофон — тунер — монитор — изход за запас на магнитофон : 12 Разлика в коефициентите и а у сил- ване на двата канала 13 Претоварване на входовете (за ко- . ригираните входове само за 1 kHz) 14 Консумирана мощност от мрежата при P2-P2ltOM=2X35W 15 Захранване от мрежа 220V/50 Hz 2X35 W 20—20 000 Hz; ±0,5 dB <0,25% <0,6% >65 dB >8dB ±16 dB спадане 6dB/oct спадане 6 dB/oct повдигане 8dB <5mV/47 kQ <300 m V/500 kQ <300 mV/500 kQ <150 mV/150kQ <500 mV/47 kQ >300 mV/4.7 kQ sS3 dB >15dB Й150 VA 1 >2x6 W 40—16000 Hz; ±1,5 dB j £1% ^3% >50 dB >8dB <8mV/47kQ <300 mV/470 kQ ^300 mV/470 kQ z 6dB
Експлоатационяи възможности: — превключване „моно — стерео"; — слушане със слушалки яри изключени озвучителни тела; — получаване на квядроефект; — ввзуааеы контрол на изходксто ниво.
зуално наблюдаване нивото на изходния сигн ал посредством
сдвоен стрелкови индикатор, включен в крайното мощно стъпало.
118
Компенсирането на чувствителността на човешкото ухо към
ниски и високи честоти при ниски нива се осъществява с физио-
логичен коректор. В стереоусилвателя има необходимите тонко-
ректори и филтри (румпел и шумов), каквито има във всеки съвре-
менен висококачествен усилвател. Тук тонкоректорът е включен
в обратната връзка база — колектор на Т401 (2Т3169В) и пред-
ставлява активен баксандалов тонкоректор, чието действие беше
вече разгледано.
Изходът за запис на магнитофон е изведен от двустъпалния
входен предусилвател П1, което гарантира нисък коефициент
на хармонични изкривявания и равномерна честотна характери-
стика.
Вариантът на стереоусилвателя за Hi-Fi комплекта „Студио 2“
притежава още едно експлоатационно предимство — за реализи-
ране на псевдоквадрофония има матрица, включена на изхода
на усилвателя.
Корекцията за динамична доза е съгласно изискванията
БДС 11431—78 с времеконстанти 3180, 318и75 [is, което удовлет-
ворява изискванията на МЕК и RIAA. Параметрите на този сте-
реоусилвател превъзхождат значително изискванията на нашия
стандарт БДС 11431—78 и получилия международна известност
западногермански стандарт DIN 45500 (лист 6).
Основните електрически параметри на стериоусилвателя от ком-
плектите „Студио" и „Студио 2“ са дадени в табл. 2.6.
Посочените по-горе параметри представляват средни стой-
кости, гарантирани от производителя. В действителност те са
по-високи. Така например стойността на номиналната изходна
мощност е обикновено 2x42 W, а на коефициента на общите хар-
монични изкривявания — около 0,12%.
2.8. Методи за измерване и изпитване
на нискочестотните усилватели
Изпитването на усилвателите и измерването на параметрите
им се извършват, за да се провери правилността на изчисленията
и функционирането на усилвателите в условия на експлоатация.
Тук ще бъдат разгледани съвсем накратко някои основни методи
за измерване на електрическите параметри и изпитване на усил-
вателите. За основа са използувани БДС 4142—77 и СТ СИВ
1079—78. Ще бъдат посочени и други методи, възприети в стан-
дартизационните документа на различии страни.
Понастоящем много от методите за измерване са уеднаквени с
119
OWD
R2O7
fe
1682
1 к
R314
R316
411315/141^6115/
Ш
T605 ?T№j^
J) O>
’ 2J %
^j§
СП СЙ
u
R615
-{3?
18k
10k
§S5
§^e
§8j
R503
2613
ЭД56О7
:бОккж
ie
24560
^604.
fc2xb
SC177A
—rsm
SCJ774
R601 R602
25k
ч4-
L
2T316.
-й
R616
2614
L501
И5607Г§ф,
.0673^
^612
2306
Г7Т}
2308
cnta 52
R606
*<J1C
ЕЦЩ
§ §fc)2T3169BIC
«Io ol|, SffiBcmA
o»o OWD '54SZ
S!«
~° o«n 276552
^276321
1УК6504
-jio ОЧЙь-
go o<5£
fcmuh
съе-
нит&
.съедим
ВГи СЛ
M02
Ж
7401 Htt
Eft/Д j
дал
иоз
-SrJ
R513
Etel
I
възприетите в Други страни и се базират на препоръките на МЕК
268—3. Тези препоръки определят два вида основни условия, при
конто трябва да се извършват измерванията: номинални и нор-
мални работни условия на усилвателя.
Номиналните работни условия в общи линии са следните:
— усилвателят да бъде включен към токоизточник, чието за-
хранващо напрежение и честота при измерването да се поддържат
с точност :±=2%1;
— към измервания вход да се включи тонгенератор, чието
вътрешно съпротивление (или импеданс) е равно на номиналното
вътрешно съпротивление на тонизточника; на входа на усилва-
теля да се подаде честота, равна на опорната (1 kHz), а е. д. н. да
бъде равно на номиналното2;
— към изходните клеми да се свърже активно съпротивление»
равно на номиналния товар; регулаторът на усилването да бъде
в положение, съответствуващо на номинална изходна мощност;
— тонкоректорите, филтрите и другите коригиращи звена да
бъдат изключени или да бъдат приведени в положение на линей-
на честотна характеристика.
Преди започване на измерването усилвателят трябва да пре-
стои в продължение най-малко на 1 час при нормални климатични
условия. Когато се измерват многоканални усилватели, регула-
торите на баланса се поставят в положение, при което се изравня-
ва усилването на каналите за опорната честота (1000 Hz).
Нормалните работни условия се отличават от номиналните с
това, че подаваното от генератора напрежение е намалено с 10 dB
от номиналното.
Параметрите чувствителност, номинална изходна мощност, за-
тихване между входовете и каналите и к. п. д. се измерват при
номинални условия. Параметрите честотен обхват и неравномер-
ност, входен и изходен импеданс, разлика в усилването в канали-
те (при многоканални усилватели) се измерват при нормални усло-
вия. Останалите параметри като отношение сигнал/шум, коефи-
циент на хармонични изкривявания, коефициент на интермодула -
1 Съгласно изискванията на СТ СИВ 1079—78 точността трябва да бъде
±1%-
а Съгласно СТ СИВ 1079—78 еквивалентният импеданс на тонизточника
трябва да бъде:
— за високоомеи линеен вход — 22kQ/250 pF;
— за нискоомен коригиран вход — 2,2 kQ;
— за нискоомен линеен вход — 1 kQ;
— за усилвател на мощност — 1 kQ.
120
ционни изкривявания, тонкоректори и филтри и др. се измерват
при съответните специфични условия.
По-долу са разгледани методи за измерване на някои от пара-
метрите на усилвателите.
Фиг. 2.55
Измерване на номиналната изходна мощност и чувствител-
ността. Усилвателят се намира при номинални работай условия.
Изпълнява се блоковата схема, показана на фиг. 2.55. Регулато-
рът на усилването се поставя в положение на максимално усил-
ване. Измереното на входа напрежение представлява чувствител-
ността на усилвателя, а номиналната мощност се изчислява от
зависимостта:
г2
P2=-d—^ w. (2.41)
Със същата схема се измерва и музикалната мощност, като по-
стояннотоковото захранващо напрежение се поддържа на нивото,
което усилвателят има при липса на сигнал.
Измерване на затихването между каналите и входовете. Из-
мерването се извършва, като на входа на един от каналите се по-
дава номинално входно напрежение. Към другите входове са свър-
зани номиналните импеданси на тонизточниците. Измерва се из-
ходното напрежение на повлияните канали. Регулаторите на усил-
ването се намират в положение, отговарящо на номиналното изход-
но ниво. Затихването между каналите се определи от зависимостта:
i4K=201g% dB, (2.42)
където U2 е номиналното изходно напрежение;
U2— изходното напрежение на канала, подложен на
влияние.
Измерването се извършва за честота 1000 Hz и за обхвата от
121
250 до 10 000 Hz. За усилвателите от клас Hi-Fi е необходим»
затихването при двете измервания да бъде съответно >40 df
и >30 dB.
Аналогична е постановката при измерване затихването межщ
отделимте входове, като измерването се извършва последователн|
за всички входове. За горепосочените условия на измерване нор
мите за затихване между входовете на усилвателите от кла
Hi-Fi са:
— за 1000 Hz — ^50 dB;
— в обхвата 250 — 10 000 Hz — ^>40 dB.
Измерване на честотния обхват. Изпълнява се блоковата схе
ма, показана на фиг. 2.55. За улеснение волтметърът, включе)
към изходните клеми, трябва да има и скала за децибели. Измерва
нето се извършва при поддържане на постоянно напрежение hi
изходните клеми на тонгенератора и ниво на входа с 10 dB по-
ниско от номиналното при 1000 Hz (нормални работни условия)
Измени се честотата на генератора, като се отбелязват честотитч
fi и за конто се достига предварително зададената неравномер
ноет на честотния обхват.
Определяне на входния импеданс. Усилвателят се поставя пр.
нормални ^работай условия. Последователно на тонгенератора а
включва резистор със стойност R--0,1 ZBX (ZBX е предполагаемия*
входен импеданс на усилвателя). Измерва се напрежението U\
на входа на усилвателя и напрежението върху резистора R
Абсолютната стойност на входния импеданс се определи от за
висимостта
(2.43
За да не се получат грешки в отчитането, е необходимо волт-
метърът Vx да има входен импеданс ~>10ZEx. Желателно е измер-
ването да се повтори и за граничните честоти за всички входове,
с изключение на коригираните, а за вход грамофон с динамична
доза — за опорната честота.
Определяне на изходния импеданс. Измерването се извършва
при нормални работни условия на усилвателя, като се използува
постановката, показана на фиг. 2.55. Измерва се изходното напре-
женпе U2 при номинален активен товар и U2 при липса на товар-
Въз основа на получените данни се определи абсолютната стой-
ност на изходния импеданс
, и'-и2
И«зх|.R2-D.R2, Q, (2.44)
122
където D — ~2 е коефициентът на демпфаие.
V2
В никои проспектни материали или технически описания може да
се срещне и т. нар. коефициент на разтоварване.
/^=201g dB. (2.45)
Определяне на коефициента на общите хармонични изкривя-
ванмя. На изходните клеми на натоварения с номинален товар
усилвател се включва измервател на коефициента на хармонични
изкривявания. Измерването се извършва за няколко честоти,
една от конто от областта на ниските (обикновено под 100 Hz), за
опорната и за честоти над 1 kHz. (обикновено 4 kHz и по-високи).
Препоръчва се измерването да се извършва за изходна мощност от
0,1 Р2 До номиналната, като резултатите се изразяват в графики
или таблици. Измерването на dh при изходна мощност 0,1 Р2 има
смисъл, тъй като при такава мощност коефициентът на хармонични
изкривявания е повлияй и от нивото на шума и брума и обикнове-
но има по-голяма стойност, отколкото например за 0,5 Р2.
Коефициентът на общите хармонични изкривявания може да
бъде изчислен с дадените в т. 2.3 зависимости , ако вместо измер-
вател на хармонични изкривявания се използува честотен анали-
затор. По този начин може да бъде определен по-точно процентът
на отделните хармонични съставки, тъй като се елиминира влия-
нието на смущаващите напрежения (шум и брум).
Определяне на коефициента на интермодулационни изкривя-
вания. Към входа на усилвателя чрез развързващо звено се
включват два тонгенератора. Изходното напрежение на единия ге-
нератор Ufl трябва да бъде с честота 250 Hz, а на втория гене-
ратор U/2. — с честота 8000 Hz. Отношение™ на амплитудите
на двата сигнала трябва да бъде 4, т. е. U/2~4 : 1. Из-
мервателните честоти могат да бъдат различии от посочените,
но по-важно е отношението между тях да бъде най-малко 8, така
че хармоничната съставка на Д да не съвпада с f2. Честотата мо-
же да се избира от 0,5 до 1,5 октава по-висока от долната гранич-
на честота, a f2 — от 0,5 до 1,5 октава по-ниска от горната гра-
нична честота. Стойността на изходното напрежение трябва да
бъде 0,8 U2 при подаване на сигнал с честота Д и 0,2 U2 при пода-
ване на сигнал с честота /2. Измерването се извършва с измерва-
тел на интермодулационни изкривявания или като се използува
постановката, показана на фиг. 2.56. Двата генератора са свърза-
ни към диагоналите на един уравновесен мост, в едното рамо на
който е включен висококачествен съгласуващ трансформатор с
123
преводно отношение n=l: 1- Резултатният сигнал се наблюдава
на осцилоскоп, като между осцилоскопа и усилвателя е включен
високочестотен филтър, който не пропуска сигналите с ниска че-
стота. За да се избягнат трудностите, конто произлизат от изпол-
Фиг. 2.56
зуването на висококачествен трансформатор с преводно отноше-
ние 1 и два генератора, се препоръчва схемата на фиг. 2.57, като
за тонгенератор на ниска честота се използува захранващата мре-
жа. Коефициентът на интермодулационните изкривявания ще се
определи от отсечките А и В, конто се отчитат директно от екрана
на осцилоскопа (фиг. 2.58), по зависимостта:
R
d'= n+B-100’ 0/о- (2-46)
Фиг. 2.57
Определяне на отношението си г нал/шум. Измерването се про-
вежда при номинални работни условия на усилвателя, като меж-
ду изходните клеми и товара се включи лентов филтър с характе-
ристика, определена съгласно препоръките на МЕК 29 (фиг. 2.59).
Когато измерването се извършва с псофометркчен филтър (кри-
124
ва Р), това означава, че се взема пред вид физиологичната чув-
ствителност на ухото към средните честота. Във всеки случай
трябва да се уточни използуваният филтър. След отчитане на но-
миналното изходно напрежение U2 тонгенераторътсеизключва от
входа, като към входните
клеми на усилвателя се
включва номиналният им-
педанс на тонизточника и
с волтметъра се измерва на-
прежението £72ш на шума.
Отношението сигнал/шум
се определи от зависи-
мостта
4,=201^, dB. (2.47)
Съгласно никои норма-
тивни документа измерва-
нето за усилватели от клас Hi-Fi е необходимо да се извършва
при изходно напрежение £72, съответствуващо на изходна мощ-
ност 100 mW за моноусилватели и 2x50 mW за стереоусилвате-
ли. Нормите за отношението сигнал/шум за усилватели от клас
Hi-Fi са при номинална мощност 20 W, респ. 2X10W, като за
по-големи мощности тази норма намалява пропорционално на
увеличението на мощността.
125
Определяне устойчивостта спрямо паразитки трептения. Усил-
вателят се поставя при нормални работни условия. Устойчивостта
спрямо паразитни трептения може да се провери по няколко на-
чина — чрез подаване на входа на усилвателя на правоъгълни
6) 6)
Фиг. 2.60
импулси, чрез изменение характера на товара, чрез снемане ха-
рактер истиката на Найкуист и др. Широко приложение е намерил
първият метод. Изпитването може да се проведе с блоковата схе-
ма, показана на фиг. 2.55, като на входа на усилвателя вместо
генератор на синусоидални сигнали се включи генератор на пра-
воъгьлни импулси. Формата на подадения на входа правоъгълен
импулс е показана на фиг. 2.60£а, а възможните форми на импул-
са на изхода — на фиг. 2.60 б, в. Ако височината на втория отскок
на правоъгълния импулс е под 50% спрямо първия, може да се
смята, че усилвателят е устойчив по отношение на високочестотни
трептения. Освен това може да се определи и честотата на тези
трептения
/=/,.4. Hz, (2.48)
където е честотата на правоъгълния импулс.
При другия метод за проверка на устойчивостта на усилвателя
спрямо паразитни трептения, в конто се използува изменение ха-
рактера на товара, вместо активен товар на изхода се включват
кондензатори от капацитивна декада. За усилватели, предназна-
чени за битови цели, където проводниците между усилвателя и
озвучнтелните тела са само няколко метра, двстатъчно е да се
включи кондензатор, чието реактивно съпротивление при често-
та, 10 пъти по-висока от горната гранична, е равно на номинално-
126
то активно сопротивление /?т. Например, ако /?т=4Йи f2=20 kHz,
кондензаторът, конто трябва да те включи вместо 7?т, има стойност
С-2й<Ь.“2жТйО“<>’2-,0“',=(,-2>‘Е <2'49>
При капацитивен товар с определената по-горе стойност на екра-
на на осцилоскопа не трябва да се наблюдават високочестотни
трептения, когато усилвателят е поставен в нормални работни
условия.
Не толкова строго е изпитването, ако вместо кондензатор се
постави паралелно свързано /?С-звено със следните стойкости:
/?2=\/2 /?т, S, (2.50)
pF, (2.51)
където Ri е номиналният товар;
/2 — горната гранична честота.
И в този случай върху синусоидата на изхода на усилвателя не
трябва да се забелязват паразитни трептения. Изпитването се
извършва за граничните честоти от честотния обхват, за опорната
честота и при нулево ниво на входния сигнал.
127
ГЛАВА ТРЕТА
ТУНЕРИ, ГРАМОФОНИ И МАГНИТОФОНИ.
ЗВУКОЗАПИС И ЗВУКОВЪЗПРОИЗВЕЖДАНЕ
3.1. Тунери. Предназначение и основни
изисквания
За излъчване на радиопредавания в обхватите къси, средни и
дълги вълни (КВ, СВ, ДВ) се използува амплитудна модулация
(AM), а в обхвата УКВ — честотна модулация (ЧМ). Амплитудно-
модулираните сигнали се прилагат за осъществяване на далечни
предавания, но качеството на приемания сигнал отстъпва значи-
телно на получения от честотно модулирани сигнали, тъй като в
обхватите с AM не може да се осигури широк честотен обхват,
малко ниво на смущения и други определящи качествени пока-
затели.
Използуването на стереофоничните радиопредавания е отно-
сително ново. За тяхно начало може да се смята приемането на
системата FCC в САЩ в началото на 60-те години, когато прак-
тически е осъществено първото редовно стереофонично радиопре-
даване. Няколко години по-късно стереофонично предаване е осъ-
ществено в Европа. В нашата страна понастоящем също се излъч-
ват стереофонични радиопредавания, а на пазара се продават сте-
реофонични радиоприемници и тунери, някои от които са произве-
дени в Комбината за радио- и телевизионна апаратура (КРТА) в
гр. В. Търново.
Радиоприемникът е един от основните тонизточници за битово
озвучаване. Възприетое радиоприемного устройство от Hi-Fi клас,
състоящо се от високочестотна част и детектор, което безусловно
съдържа и УКВ блок, да се нарича тунер (от to tune— настрой-
вам). Обикновено той се състои от високочестотно входно стъпа-
ло, междинночестотен усилвател, декодер и спомагателни вери-
ги. Когато тунерът е обединен конструктивно с нискочестотен усил-
вател, се говори за тунер-усилвател, но това понятие е условно,
за да се разграничи висококачественото приемно устройство от
Hi-Fi клас от обикновения радиоприемник. За качеството на зву-
ковъзпроизвеждането няма особено значение дали двете изделия
са обединени или не, тъй като съвременните конструктивни еле-
128
менти позволяват в относително малък обем да се вграждат ня-
колко възела, без да се намаляват експлоатационните възмож-
ности или да съществуват някакви сериозни конструктивни про-
блемы. Практически се срещат и двете решения. Може само да се
добави, че когато тунерът е разделен от нискочестотния усилва-
тел, потребителят може постепенно да си набавя отделяйте еле-
менти на електроакустичната система, и то според предпочитания-
та и възможностите си.
Предимствата на тунерите пред другите тонизточници се свеж-
дат основно до получаването на висококачествена програма, без
това да бъде свързано с допълнителни разхсди на време, труд и
материалы за направа или закупу ване на записи (както е при гра-
мофона и магнитофона). Главният им недостатъке, че една и съ-
ща мелодия или програма не може да се чуе повече от един път
(ако не се запише).
За увеличаване на експлоатационните им възможности съвре-
менныте тунери се конструират така, че освен УКВ обхват имат и
няколко обхвата с AM.
В различните страни или районы в света за УКВ са възприети
следните честотни обхвати: 65,4—73,1 MHz (в повечето европей-
ски социалистически страни); 88—100 MHz (ГДР); 87,5—104 MHz
(Западна Европа, Югославия и др.); 87,5—108 MHz (САЩ); 76—
90 MHz (Япония).
Основните параметри на УКВ блоковете от клас Hi-Fi за стра-
вите от СИВ са дадени в табл. 3.1, където УКВ блоковете са раз-
делени на две основни групи — А и Б. Посочените параметри са
съгласувани и отразени в нормализационните документа на стра-
вите — членки на СИВ. Тези параметри представдяват минимални
изисквания по отношение на УКВ блоковете при работа с еквива-
лентна антена, която представлява активно съпротивление със
стойност 75 Q (изходното съпротивление на високочестотния сиг-
нал-генератор).
Един от основните параметри на тунера е избирателността
•(селективността), която характеризира способността му да отдели
полезния сигнал с определена честота от множеството сигнали с
различии честоти, достигащи неговия вход. Стойността й зависи
от броя на резонансните кръгове преди смесителя, като тунерите
с по-голяма избирателност са особено подходящи за използуване
в районы с много предаватели. Способността на тунера да по-
тиска сигнали с честоти, отстоящи от честотата на приемания
сигнал на разстояние две междинни честоти, се характеризира с
избирателността по огледален канал.
S Битова звукотех ника
129
Параметри на УКВ блокове от клас Hi-Fi
Таблица 3.1
м Параметър Размернсст Норма за трупа А за трупа Б
1 2 3 4 Обхват на приеманите честоти Междинна честота Широчина на пропускания обхват с междинна честота в изхода на УКВ блока на ниво —3 dB Коефициент иа усилваие на напреже- ние» не по-малък от MHz MHz kHz dB 65,4 10,7 1 180 - - 73,1 -300 18
5 6 7 Избирателност по огледален канал, не' no-малка от i Избирателност по междинна честота, ! не по-малка от Избирателност по канала, разстроен по отношение на приемания сигнал с половината от междинната често- та, не по-малка от dB dB dB i 80 83 I | 86 | 66 72 i 72
8 Чувствнтелност на системата за авто- матична донастройка на частотата (АДЧ) на хетеродина, не пэ-мал- ка от MHz/V
9 10 Нестабилиост на честотата на хею^ ! родина в зависимост от изменение- ' то на входния сигнал от 1 до 50 mV, не повече от Коефициент на шума не повече от kHz dE i 5 10 15 13
11 Отработка за отказ, не по-малка от h 1000
Чувствителността се изразява с нивото на сигнала на антенн н-
те клеми при определено входно съпротивление, при което на из-
хода на тунера се получава нормирана (предварително опреде-
лена) стойност наотношението сигнал — шум. Чувствителността
зависи от стойността на входного съпротивление, честотния об-
хват, коефициента на шума и отношението сигнал — шум. На-
пример при /?вх1=300 Q чувствителността на тунера при равни
други условия ще бъде по-малка, отколкото при ^вх2=75 й, и
то толкова пъти, колкого е резултатът от корен квадратен на от-
ношението на двете входни съпротивления, т. е,
==\f300/75=^4 =2. Колкого чувствителността е потоляма, т. е.
колкого по-малки сигнали на отдалечени или слаби предаватели.
се приемат, толкова по-голяма трябва да бъде и избирателността.
130
В противен случай смущенията от близкостоящи и мощни прела-
ватели ще бъдат големи и въпреки голямата чувствителност ка-
чеството на приемането ще бъде лопю.
Обикновено тунерите имат два входа: за симетричен антенен
кабел с /?Бх=300 й и за асиметричен антенен кабел с /?ЕХ=75 Q.
Това нал ага пред входното устройство на УКВ блока да се по-
ставя „балун" трансформатор. Предимствата на асиметричния ко-
аксилен кабел, използуван за връзка на антената с тунера, се съ-
стоят в това, че той не е чувствителен към странички смущения
(главна от сигналите на I телевизионенобхват) електрическите му
свойства се влияят по-малко от климатични въздействия и замър-
сяване и има по-голяма дълготрайност.
Тунерите, произвеждани в някои западноевропейски страни,
имат симетричен вход с /?Сж=240 Q или асиметричен вход с
=60 й, докато в повечето страни в света е възприето съответ-
но T?FX=300 Q за симетричен вход и /?вх=75 Q за асиметричен.
Шумовите свойства на тунера, както и при нискочестотните
усилватели (гл. 2), в голяма степей зависят от коефициентите на
шума и усилване на първия транзистор или интегрална схема.
По тази причина във входните стъпала се използуват нискошумо-
ви транзистори и ИС.
Широчината на честотния обхват на междинночестотния усил-
вател (МЧУ) е важен пок азател за качествата на тунера. Широки я т
честотен обхват на МЧУ води до влошаване на избирателността.
От друга страна, по-тесният честотен обхват оказва неблагоприят-
но влияние при приемане на стереофоничен сигнал (повишават се
изкривяванията и прослушването). Ето защо изискването е ши-
рочината на честотния обхват да бъде не по-малко от 180 kHz и
не повече от 300 kHz.
Друго важно изискване по отношение на тунерите е потиска-
нето на паразитната амплитудна модулация (ПАМ). Степента на
потискане на ПАМ може да служи и за критерии за потискането на
смущаващите сигнали. Съществено значение има и т. нар. начало
на ограничение на сигнала, с което се установява при какво входно
напрежение на антенните клеми (в pV) ограничението на сигнала
е ефективно. Колкою началото на ограничението започва при
по-малки стойности на входното напрежение, толкова по-добре
и без смущения могат да се приемах сигналите на отдалечени и
по-маломощни предаватели.
Коефициентът на хармонични изкривявания на съвременните
тунери при 100% модулация е под 1% при стереоприемане и под
0,5% при моноприемане.
Като пример за високо качество могат да послужат параметри-
131
Таблица 3.2
Параметри на тунера ТХ-9500 II на фирмата Pioneer (Пайънир)
№ Параметър Стойност
1 Честотно модулирана част Чувствителност при отношение сигнал/шум,
равно на 50 dB: — моно 2,5 tiV
— стерео 35 aV
2 Отношение сигнал/шум:
— моно 82 dB
— стерео 77 dB
3 Коефициент на хармонични изкривявания: — моно 100 Hz; 1 kHz; 10 kHz
0,07%; 0,07%; 0,1%
— стерео 100 Hz; 1 kHz; 10 kHz 0,3%; 0,25%; 0,5%
4 Честотен обхват и неравномерност:
— моно 20—10 000 Hz; +0,2 dB
— стерео 20-15000 Hz;
5 Г? Избирателност по огледалеи канал +0,2 dB; —0,5 dB | 85 dB
О Затихване между каналите: — за 1 kHz 45 dB
— за обхвата 50 Hz — 15 kHz 30 dB
7 Амплитудно модулирана част Чувствителност за AM:
— измерена по IHF стандарт с феритна антена 300 (iV
— измерена по IHF стандарт с външна антена 15 |iV
8 Избирателност 30 dB
9 Отношение сигнал/шум 55 dB
1 Нискочестотна част
10 Ниво на нискочестотния сигнал на изхода
иа тунера: — за ЧМ 100% модулация фиксирано 650 mV/4,2 kQ
регулируемо 50 mV—1,3 V/3,6 kQ
— за AM при 30% модулация фиксирано 200 mV/4,2 kQ
регулируемо 15 -400 mV/3,6 kQ
11 Други данни: Консумирана мощност 25W
12 Маса 9,5 kg
132
те на тунера ТХ-9500 II на фирмата Pioneer, изграден с 5 поле-
ви транзистора, 15 интегрални схеми, 12 транзистора и 19 диода.
Поевтиняването и усъвършенствуването на актив ните елемен-
ти (транзистори и ИС) създадоха възможности за подобряване
на параметрите и увеличаване на експлоатационните възможно-
сти на тунерите. Вече се произвеждат тунери с микропроцесорно
управление, с програмируема памет и др.
В нашата страна се произвежда серийно стереотунер, който е
съставна част от Hi-Fi комплекта Студио — 2 и има следните ос-
новни параметри:
— чувствителност за различните обхвати при отношение сигнал/шум,
равно на 20 dB за AM и на 26 dB за ЧМ:
ДМ, КВ ................................................<60 pV
СВ ....................................................<50 jiV
УКВ <4 pV
— избирателност по съседен канал .....................<40 dB
— прослушване между каналите за честота 1 kHz:
от вход Вч ............................................<26 dB
от вход Нч ............................................<46 dB.
Тунерът има еднакви размери к външен вид със стереоусил
вателя2х35\У. Има стрелкови индикатор за надстройка и свет-
линна индикация при приемане на стереопрограма. Настройката
е електронна и дава възможност за фиксиране на предпочитани
радиопредаватели посредством т. нар. „преомат“.
Въпреки че антената е елемент, който се намира извън туне-
ра, тя има голямо значение за качественото приемане на програ-
мата. При добре поставена и насочена антена коефициентът на
усилване може да се увеличи с 8—9 dB. Важно е и това, че чрез
правилното насочване на антената се потискат смущенията от съ-
седни предаватели, конто са разположени на повече от 60е спрямо
посоката на приемане на сигналите от желания предавател. Този
факт е особено важен, като се има пред вид относително голямата
наситеност с УКВ предаватели и перспективите за непрекъсна-
тото й увеличаване. Без наличието на качествена антена не мо-
гат да се получат високи стойности на параметрите и от най-ка
чествените тунери.
3.2. Грамофони
Грамофонът е една от важннте съставни части на битовпте
системи за озвучаване. Той се състои от ходов механгзъз: ;за-
движващелектродвигател), междинна предазка, диск, рамс и доза.
133
Ходовият механизъм е предназначен да приведе диска в рав
номерно въртеливо движение с определена честота на вьртене
Използуват се следните честоти на въртене на диска: 16 2/3, 33 1/3
45 и 78 min-1, но най-често ходовият механизъм се конструир;
за 33 1/3 и 45 min"1. Качествотона ходовия механизъм се определи
основно от два параметъра: от нивото на механичните трептения
(преди всичко на румпеля), предавани чрез рамото на дозата, к
от степента на равномерного движение. Румпел сенаричатмеханич
ните трептения с честота от 10 до 300 Hz. Тези механични трепте
ния влошават качеството на възпроизвеждането и за да се нама
лят, електродвигателят се изолира от шасито просредством гъвкав!
окачване, което трябва да осигури акустична изолация. Освен то
ва се използува ремъчно предаване между оста на двигателя i
триещото колело или между оста на двигателя и диска. Със съ
щата цел в края на 60-те и началото на70-те години отново започна
да се работи върху идеята да се използува директно предаване,
която първоначално беше изоставена заради високия румпел.
Практическата реализация на тази идея беше улеснена с разра-
ботването на многополксни безколекторни постояннотокови елек-
тродвигателн, управлявани от вградеи генератор.
С посочените решения се цели не само да се намалят нискоче-
стотните механични трептения, но и да се осигури равномерно дви-
жение на ходовия механизъм, т. е. възможно най-малко отклоне-
ние на честотата на въртене от номиналната честота на въртене
на носителя на запис. За да се получи добро звуковъзпроизвеждане,
честотите на въртене на звуконосителя (грамофонната плоча) при
запис и възпроизвеждане трябва да съвпадат. Колебанията на че-
стотата на въртене предизвикват изменения на височината на то-
на при звуковъзпроизвеждане на грамофонния запис. Ако сигналът
с честота f се възпроиз вежда при неравномерна линейна скорост на
звуконосителя и, неизбежна е девиацията на честотата v -,
което означава, че полезният сигнал е честотно модулиран. Из-
кривяванията на звука, предизвикани от неравномерната линей-
на скорост на звуконосителя, се оценяват с коефициента на де-
тонация
ф У- 100=ф • 100, о/о> ( 3.1)
където AF е максималисте отклонение на честотата на въртене
с прямо средната й стойност;
F — номиналната честота на въртене;
ф — коефициент на пропорционалност.
134
Забележимостта на детонацията зависи от честотата на въз-
произвеждания сигнал, от неговия интензитет и от честотата на
детонациите, т. е. колко бързо се измени височината на тона. Ни-
скочестотните детонации с честота от 0,2 до 10 Hz се наричат „пла-
ване“ (на английски „WOW") и се възприемат като периодично
колебание на височината на тона. Високочестотната детонация с
честота над 10 Hz се означава като „flutter". Най-забележима е де-
тонацията с честота 4 Hz [1]. Човешкото ухо е по-чувств ително
към детонациите на синусоидални сигнали и е в състояние да ги
забележи (при известии условия) даже при &d“0,005%. При въз-
произвеждане на сложни звукове ухото не е толкова чувствител-
но. Най-лесно може да се възприеме детонацията при записи на
музикални произведения с бавно темпо, изпълнени на арфа или
роялС
Слуховият орган на човека реагира не само на периодичните
изменения на височината на тона, но и на хаотичните, скокообраз-
ни изменения. Човек може да забележи еднократните скокооб-
разни изменения на тоналността, започвайки от 0,2%, и бавните
изменения, когато те достигат 1—2% [1]. Коефициентът на дето-
нации при гъвкавите предавки може да се намали до 0,1% и по-
вече. Съгласно нормативните документа за най-висококачестве-
ните грамофони той трябва да бъде максимум =±=0,15%. Но наред
с добрите постижения по отношение на коефициента на детона-
ция трябва да се отбележи един съществен недостатък на фрик-
ционните предавки. Това е преплъзването на ремъка или на гу-
меното колело, което довежда до изменение на честотата на вър-
тене, а следователи© и до изменение височината на тона. Изме-
нението на честотата на въртене трябва да бъде в границите от
1,5% до 1%. При наличие на стробоскоп честотата на въртене мо-
же плавно да се регулира с необходимата точност. Ухото възприе-
ма нзменението на честотата на въртене, например от 33 1/3 min"1
на 35 1/3 min"1, т. е. с два оборота повече, като повишение на че-
стотата на възпроизвеждане с полутон и обратно — при намале-
ние на честотата на въртене с два оборота честотата на възпроиз-
веждане се понижава с полутон.
Равномерното движение на диска може да се осигури чрез
увеличаване на инерционния момент. За тази цел дискът се прави
лят и с голяма маса — от 2,5 до 3,5 kg. Това обаче изисква мощен
двигател и съответно солидна предавка за диска. Но мощните дви-
гатели имат по-силно разсеяно магнитно поле, за намаляването на
което се налага да се използува екранировка, за да не се индукти-
ра брум в дозата на грамофона. Съществува мнение, че механич-
ните системи за ходовия механизъм и автоматиката са изчерпа-
135
ли своите възможности и по-нататъшното подобряване на каче-
ствените параметри на грамофона може да се получи само чрез
замяната им с електронни. С поставянето на диска непосредстве-
но върху вала на електродвигателя се опрости механичната кон-
струкция, избягна се преплъзването на диска вследствие отпада-
нето на ремъка и гумения диск, намалиха се детонациите и раз-
ходите, тъй като вместо мощни електродвигатели се използу-
ват маломощни постояннотокови двигатели със или без ко-
лекторна комутация. Тези електродвигатели се отличават с ви-
сок к. п. д-, малки размери и тегло и голям пусков момент.
Като задвижващ елемент може да се използува и променливо-
токов синхронен електродвигател. Принципът на електрон-
ното регулиране при променливотоковите електродвигатели се
състои, в захранване на двигателя от генератор с променлива че-
стота докато при постояннотоковите честотата на въртене се ре-
гул ира чрез стойността на подаваното към клемите на двигателя
напрежение. С оглед да се намалят нискочестотните механични
трептения (румпел) се избират бавнооборотни двигатели- При
тях механичните трептения са с честота под 1 Hz (в областта на
инфразвука) и номиналната честота на въртене се устагювява след
около 1/2—2/3 оборота на диска.
При синхронизирането на честотата на въртене с кварцо-
ви стабилизатори се получава изключително висока точност, в ни-
кои случаи надвишаваща точността на записващото устройство.
Преди няколко години започна производството на грамофони с
кварцови стабилизатори, чието изменение на честотата на върте-
не се равнява на 0,00008 %/й при точност на честотата 0,002%.
Те са много по-качествени от грамофоните с директив предавка,
но без кварцови стабилизатори. Стабилността на честотата на вър-
тене е особено важна за възпроизвеждането на високите честоти.
Например, ако се възпроизвежда честота 440 Hz и ако честотата
на въртене се измени с =±= 0,227%, ще се получи ^=1 Hz отклоне-
ние на честотата спрямо 440 Hz. При новите грамофони това от-
клонение ще бъде около сто пъти по-малко. Очевидно съчетанието
между директното предаване и електрическата сервосистема дава
изключително добри резултати. Друго тяхно предимство е, че
параметрите им не се изменят при увеличение на налягането върху
плочата. Честотата на въртене на кварцово синхронизиран гра-
мофон не се изменя дори ако се приложи товар 100—200 g. Ти-
пичен представител на този вид грамофони е PL 570 на фирмата
„Пайънир" (фиг. 3.1). Неговите основни параметри са:
— честота на въртене............................................З31/3 и 45 min ^
— детонации (,,WOW“ и „flutter") .....................................под 0,025%
136
— отношение сигнал/шум ..................................над 70 dB
— установяване на номинал ните иестоти на въртене . . .след 2/3 за-
въртане на диска,
т. е. след 240°
Фиг. 3.1
— отклонение на честотата
— температурен дрейф
— консумирана мощност
— захранване ...........
— маса .................
на въртене......................под 0,003%
. . ‘........*............под 0,00004 %/°C
...................................10 W
...............110/120V; 220/240V,50/60 Hz
....................................1 3,5 kg
В таблица 3.3 са посочени оснэвните параметри на някои грамо-
фони.
Рамото на грамофона е предназначено да води иглата на до-
зата по браздата от периферията на плочата към нейния център,
като върхът на рамото (или иглата) трябва да се движи по права,
равна на радиуса на плочата или с малки отклонения от него. Съ-
щевременно рамото трябва да се води от браздата, така че да не
внася изменения в трептенето на иглата, както и да осигурява до-
бър контакт па иглата с двете степи на браздата, което е особено
важно при стереовъзпроизвеждане. За да може иглата свободно
да се води по браздата, и то в хоризонтална и вер гикална посока,
е необходимо триенето в лагерите на рамото да бъде минимално.
137
ТаблицщЗ.З
Параметри и данни за никои грамофони
t * Тип на грдмоФона Парамггъ© Лидер 20 5 (СССР) В 790 Revox (Швейцария) CS 1246 ’ Dual (ФРГ); AF977 Philips (Холандия) , PL 514 Pioneer (Япония) PL 570 1 Pioneer I (Япония) | G 1100 UN1TRA (ПНР)
Управление на двигателя Директна предавка бързоходен (безконтак- тен елек- тродвига- тел) Директна предавка с кварпово стабилизи- ране Директна предавка (синхронен двигател) Директна предавка с кварцово стабилизи- ране Ремъчна предавка Директна предавка с кварцово стабилизи- ране Ремъчна предавка
Честота на вър- тене, min™1 ’ ЗЗ’/з; 45 33i/s; 45 ЗЗЧз! 45 I 33%; 45 331/а; 45 33%; 45 33%; 45
Депотация, % 0,03 под 0,03 1 под 0,03 под 0,03 ) под 0,055 под 0,025 под ±0,1
Отношение С/ш, dB 60 65 63 70 65 | 70 60
Отклонение от зададеиата чес- тота на въртене, % под 0,01 под 0,003
Рамо — тан ген ци- ално Д»//=52 mm —— S-образно А=221 mm S-образно А=237 mm S-образноj
Това се нал ага, защо го съществува известна неравнинноег на мло-
чата, която може да бъде предизвикана и от неправилно охране-
ние, например при съхранение при по-висока температура от
предписаната. Върху движение™ на иглата във вертикална по-
сока влияе и инерционниятмомент на рамото. Този момент е тол-
кова по-голям, колкото рамото е по-тежко и колкото по-тежките
му елементи (например противотежестите) се намират по-далече
от неговата ос на въртене. За да се осигури свободно движение на
иглата в хоризонтална посока, се използуват сферични лагери,
а за свободного й движение във вертикална посока — конусни.
Във висококачествените грамофони се използуват карданни лаге-
ри, при които силата на триене е твърде малка — едва 1% от
силата на натиск на иглата. Независимо от това, че триенето в
лагерите е малко, ако инерционният момент е голям, рамото се
води във вертикална посока тежко. В такъв случай непрекъснато
се изменя ефективната вертикална сила на иглата. Ето защо сгре-
межът е да се получи колкото е възможно по-леко рамо и по-ле-
ка доза, която поради значителната й отдалеченост от осга на
въртене на рамото чувствително увеличава инерционния момент.
Същевременно рамото не може да се олекотява много, защото се
увеличава опасността от появата на резонанс на системата рамо—
доза в областта на чуваемите честоти. Този резонанс би довел до
увеличаване на честотните изкривявания в близост до резонанс-
ната честота, до нелинейни изкривявяния поради възможната де-
формация на браздата и до увеличаване на смущенията (преди
всичко румпел) от механичните вибрации с честота, близка до ре-
зонансната. Ето защо, ако се използува доза с добра гъвкавост и
рамо с голям инерционен момент, резонансната честота може да
бъде около 8—12 Hz. Установено е, че резонансната честота f0
не трябва да бъде много по-ниска от 10 Hz, защото воденето на
иглата по браздата е нестабилно. От друга страна, тя не трябва
да бъде и много по-висока от 10 Hz, защото резонансът може да
попадне в областта на чуваемите честоти и да влоши възпроизвеж-
дането на ниските честоти. Затова рамото трябва да бъде така
оразмерено, че заедно с дозата да имат резонансна честота от 8
до 18 Hz. Резонансната честота зависи от ефективната маса на
рамото М и гъвкавостта г на дозата и се определя от зависимостта
—===г- Електрическият аналог на масата е индуктивност-
та, а на гъвкавостта — капацитетът. Гъвкавостта (под атливостта)
е свойство на дозата, изразяващо свободата на движение™ на
иглата при следенето на браздата, и има размерност mN. Следе-
нето на браздата зависи още и от ефективната маса и механичного
139
съпротивление на рамото. За да се получи определена твърдост,
рамената обикновено се правят от метални тръби, конто понякога
се запълват с демпфащ материал за потискане на резонанса.
Значително влияние върху качеството на възпроизвеждане на
грамофонния запис оказва балансирането на рамото. Чрез нега
се осигурява симетрично налягане на иглата върху стеките на
браздата и оптимално налягане на иглата върху плочата. Освен
това намалява влиянието на външните въздействия. Балансира-
нето се извършва във вертикално и хоризонтално направление, ка-
то се следи вертикалната ос на дозата, която е успоредна на вер-
тикалната ос на въртене, да бъде перпендикулярна на плочата, а
хоризонталната и ос (надлъжната ос на рамото) — успоредна на
равнината на плочата. То трябва да се направи и в статично, и в
динамично положение на рамото. За идеално балансиране може
да се говори, когато центърът на тежестта на рамото съвпада с
пресечната точка на хоризонталната и вертикалната ос на върте-
не. В такъв случай няма да се появяват въртящи моментн от вън-
шни сили и не е необходимо грамофонът да бъде в строго хоризон-
тално положение. При идеално балансирано рамо сумата на
всички въртящи момента е равна на нула. Това може да се по-
стигне главно при грамофони, на конто вертикалната сила на
иглата се регулира посредством пружина. Ако регулирането на
вертикалната сила се извърши с противотежести, това означава, че
се измества центърът на тежестта отобщата точка на пресичане
на двете оси. Грамофоните, рамената на конто се нал ага да се ба-
лансират с противотежест, е необходимо да се разно л агат хори-
зонтално. При това положение силатана тежестта няма страничка
съставка и няма да се получи въртящ момент, който би действу-
вал върху рамото странично, така че рамото да се колебае по на-
правление на радиуса на плочата.
Освен балансирането в съвременните висококачествени грамо-
фони е въведено още едно фино регулиране за компенсиране на
вредного влияние на центростремителната сила на рамото—т. нар.
ангтшскейтинг. Действието на центростремителната сила (скей-
тинг) се вижда от фиг. 3.2. Тя се проявявапо време на просвирва-
нето на плочата. При воденето на иглата по браздата върху ра-
мото действува сила на триене
. G, (3.2)
където р е коефициентът на триене, който зависи от материала
на плочата и формата на иглата (плочите от PVC -
компаунд имат по-малък коефициент на триене от
плочите, изработени ъа ацетатна основа);
140
G — вертикалната сила на натиск на иглата върху пло-
чата.
Тъй като рамото е пречупено, силата F не минава през оста
на рамото О' и може да се разложи на две съставки — FT и FE.
Докато FT се уравновесява от твър-
дата връзка на рамото с лагера,
FB=p . G . tg ср предизвиква въртящ
момент, конто се стреми да завърти
рамото към центъра на плочата.
Това означава, че иглата упражнява
по-голямо налягане върху вътрешна-
та стена на браздата, която съответ-
ствува на левия канал при стерео-
запис, отколкото на външната, коя-
то съответствува на десния канал.
Различного налягане върху стените
на браздата води до по-голямо износ-
ване на едната стена на браздата и
на иглата; а отдругата стена се по-
лучава по-слаб и изкривен сигнал.
Ако налягането за двете стени се
изравни, може да се намали необхо-
димата сила на вертикален натиск, с
което се у величава дълготрайността
на плочата и иглата. Скейтингът се
определи от въртящия момент М:
cos ср=[х.G. L.sin ср, (3.3)
където L е дължината на рамото;
<р — ъгълът между радиуса на плочата и допирателната на
дъгата, която описва рамото.
За компенсация на скейтинга на рамото трябва да се приложи
равен по големина, но противоположен по посока момент на
посочения в (3.3). Както се вижда от формулата, въртящият мо-
мент не е постоянна величина, тъй като завися от ъгъла ср, който
се изменя с изменение на радиуса на браздата. Коефициентът на
триене р също не е постоянна величина, понеже зависи от линей-
ната скорост на браздата, нивото на записа, радиуса на иглата,
материалите на плочата и иглата.
Компенсация на скейтинга чрез прилагане на постоянен проти-
воположен въртящ момент може да се получи само за два радиу-
са на браздата, а за останалата част на записа компенсацията е
частичка. За получаване на пълна компенсация се използува
141
т. нар. магнитен компенсатор. Той представлява два магнита,
обърнати един срещу друг с едноименните си полюси. Създава-
ното от тях изменящо се магнитно поле в зависимост от положе-
нието на рамото компенсира непрекъснато скейтинга. Антискей
Фиг. 3.4
тингът трябва да се прилага задължително във всички качествени
грамофони, в които се използува малка сила на натиск на игла-
та. Той е ефективен, когато силата на триенето представлява око-
ло 10% от силата на скейтинга F*. Ако се приравни ъгълът ф на
корекционния ъгъл на пречупването на рамото 3, което в първо
приближение евярно, и като се приеме р^20->25° и |л=0,3, ще се
получи
F.=p . G . tg?=0,3G . (0,36—0,465)^(0,11 -~0,14) . G. (3.4)
Следователно силата на скейтинга, която следва да се компенси-
ра, представлява И—14% от вертикалната сила на натиск на
иглата.
Голямо значение за доброто възпроизвеждане има т . нар.
ъгъл на грешката. Той се получава от разликата в начина на за-
писване и възпроизвеждане. Рекордерът се движи радиално с
определена стъпка, равна на разстоянието между две бразди (око-
ло Юр-гп), докато рамото в своето движение по браздите описва
дъга с радиус, равен на дължината на рамото. Ъгълът, който
сключват радиусът на плочата и надлъжната ос на рамото, не е
90°, както при записа, а се различава от тази стойност. Именно
тази разлика се нарича ъгъл на грешката. Колкото ъгълът на
грешката е по-голям, толкова по-големи са и нелинейните изкри-
вявания. Ако рамото има безкрайна дължина, тази грешка няма
да съществува. Но тъй като на практика това не може да се осъ-
142
ществи, за намаляване на ъгъла на грешката се прибягва до раз-
днчни конструктивни решения — рамото се пречупва в предната
част или му се придава S-образна форма. Освен това ефективната
дължина на рамото трябва да е малко по-голяма от разстоянието
от оста на рамото до центъра на плочата, т. е. L>d. Благодарение
на пречупването на рамото в предния му край ъгълът на греш-
ката за два радиуса на браздата е равен на нула, а за останалите
може да се намали до стойност р (фиг. 3.2). На фиг. 3.3 е
показана кривата на ъгъла на грешката в зависимост от радиуса
на плочата. Ако се създаде възможност за непрекъснато измене-
ние на ъгъла на пречупване на рамото, стойността на ъгъла на
грешката може да се сведе практически до нула.
Ъгълът на грешката влияе върху стойността на нелинейните
изкривявания. На фиг. 3.4 с плътна линия е показан синусоида-
лен сигнал и деформацията му вследствие изкривявания, пред-
извикани от ъгъла на грешката а. Смята се, че ъгъл на греш-
ката, по-малък от 2°, не повишава забележимо нелинейните из-
кривявания. Както е доказал Бауер, нелинейните изкривявания
се изразяват в появата на втори хармоник, чиято стойност е про-
порционална на ъгъла на грешката. Поради това, че някои ра-
мена са конструирани за няколко типа дози, трябва да има въз-
можност чрез закрепващите винтове на рамото да се отмества
дозата на малки разстояния с цел да се получи минимален ъгъл
на грешката. Съществуват и грамофони със значителна дължина
на рамото или с тангенциалнв рамена. Не трябва да се забравя
обаче, че при голяма дължина на рамото се получава голям инер-
ционен момент, в резултат на което се увеличава значително и
скейтингьт на рамото с дозата.
Тангенциалните рамена се преместват по радиуса на плоча-
та. За движението им са необходими серводвигатели и съответни
електронни устройства. Пример на грамофон с тангенциално дви-
жещо се рамо е REVOX В790 (фиг. 3.5). Неговите параметри над-
вишават значително изискванията за грамофони от Hi-Fi клас:
— ъгъл на грешката (фиг. 3.3 —крива б) .........под 0,5°
— резонансна честота на рамото.............между 12 и 15 Hz
— резонансна честота на шасито .....................под 3 Hz
— ефективна дължина на рамото .......................52 пип
— ефективна маса на рамото ..........................50 g
— отклонение на честотата на въртене................под 0,8%
— честотен обхват и неравномерност с доза Shure VI 5/IV или AoaaOrtofon;
VMS 20Е.....................................20—20 000Hz; +0,8 dB
— сила на иатиск на иглата върху плочата ...........17,5 m/N
— чувствителност (с доза Ortofon VMS 20Е) . . . . 1,7 mV/(cms)
— румпел ..........................................под 66 dB
143
В заключение трябва да се посочи, че и сигналните проводниц)
от дозата към куплунга на грамофона могат да окажат влиянй!
върху балансирането и инерционния момент на рамото. Ето за
що трябва да бъдат добре подредени и изведени към съединител!
Фиг. 3.5
^куплунга) на грамофона в близост до вертикалната ос на върте-
де иа рамото.
Грамофонните дози (звукоотнемателите) се разделят на две
юсновни групи:
— дози от амплитуден тип — това са пиезоелектрически (кри-
•стални, керамични) дози, конто реагират на амплитудата на за-
ЛИСД.
— дози от скоростей тип—това са електромагнитните и магнито-
динамичните дози, при конто е. д. н. е пропорционално на ско-
ростта на записа.
Предназначението на дозите е да преобразуват механичните
трептения на иглата в електрически. При кристалните дози
(фиг. ,3.6) иглата 1 е свързана посредством ярема 3 с две кристал-
ни пластинки 5, върху конто действуват сили на опън и натиск,
предизвикани от механичните трептения на иглата (тук 4 е гъв-
кавото окачване и 6 — корпусът на дозата). В резултат на пиезо-
<електрич₽ския ефект в краищата на тези пластинки възникват
144
напрежения, които се подават на входа на усилвателя като елек-
трически сигнали с амплитуди, пропорционални на силите на
опън и натиск. Трептенето на иглата пък е пропорционално на
амплитудата на записа. Ето защо този тип дози се наричат дози
Фиг. 3.7
ют амплитуден тип. Те имат честотна характеристика, която е
почти огледален образ на характеристиката на записа. Това по-
зволява дозата да се свързва директно към високоомния вход на
усилвателя (ако входът не е високоомен, може да се получи спа-
дане в областта на ниските честоти). Недостатьк на този тип до-
зи е, че изискват вертикална сила на натиск на иглата върху
плочата от 0,02 до 0,03 N (2—3 Ра).
Дозите от скоростей тип са предназначен!! за висококачестве-
но звуковъзпроизвеждане, тъй като имат по-добри параметри от
пиезоелектрическите. В зависимост от това, дали в бобините се
индуктира променливо магнитно поле вследствие трептенето на
иглата и свързания с нея магнит или вследствие трептенето на бо-
бините в постоянно магнитно поле (както при високоговорители-
те), се различават магнитни и динамични дози. Честотата на ин-
дуктираното напрежение съвпада с честотата на изменение на
променливото магнитно поле или с честотата на трептене на бо-
бините в постоянното магнитно поле. Амплитудата на напреже-
нието е пропорционална на скоростта на изменение на магнитного
поле или на трептенето на бобините. Ето защо тези преобразува-
тели се наричат още преобразуватели от скоростей тип. Електро-
магнитните дози се наричат още дози с подвижен магнит (moving
magnet) — фиг. 3.7, тъй като към иглата 2 е прикрепен малък
10 Бягова звукотехника
145
магнит 3, който трепти заедно с нея. Той трепти между полюсните
наставки на две бобини 4, разположени на 90° една спрямо дру-
га, в конто се индуктира променливо напрежение вследствие ме-
ханичного контактуване на върха на иглата с лявата и дясната
Фиг. 3.8
стена на браздата, което съответствува на сигнала от левия и
десния канал на стереоплочата. Тук 5 е гъвкаво окачване.
При магнитнодинамичните дози, наречени още дози с подвижки
бобини (moving coil), двете бобини, също разположени на 90°
една спрямо друга, трептят в постоянно магнитно поле (фиг. 3.8).
Този тип дози не могат да се използуват в грамофони с диск от
феромагнитен материал, тъй като дискът ще привлича магнитните,
така че силата на натиск на иглата върх\ плочата няма да може
да се контролира. На фиг. 3.8 означенията на елементите на до-
зата са следните: 1 — връх на иглата, 2 — игла, 3 — полюсни
наставки, 4 — продължение на полюсната наставка, 5 — магнит,
6 — тяло на дозата, 7 — затихвателен пръстен, 8 — подвижни
бобини, 9 — окачване, 10 — найлонов конец.
Съвременните дози имат малки вертикални сили на натиск на
иглата върху плочата, с което се намалява износването на пло-
чата и иглата. Но това изисква повишаване на гъвкавостта на
иглата и намаляване на ефективната маса на рамото. Малката си-
ла на натиск позволява да се намали радиусът на върха на игла-
та. Трябва да се има пред вид, че малките вертикални сили на на-
146
тиск, мал ката маса к др. кмат едно неблагоприятно последствие —
намаляване на чувствителността на дозата. За динамичны дози
чувствителността достига стойкости около 1 mV/(cm/s), докато
за пиезоелектрическите — десетки и стотици пътн по-високи. Чув-
Фиг. 3.9
ствителността представлява изходното напрежение на дозата в mV,
възпроизвеждаща запис със скорост 1 cm/s при честота 1 kHz.
За стереодозите в проспектните материали тя се дава като средно-
аритметичка стойност за двата какала. За да бъдат двата канала
балансирани, се изисква разликата в чувствителностите им при
висококачествените грамофони да не бъде повече от 2 dB.
Степента на взаимного проникване на сигналите от единия в
другия канал се определи от преходното затихеане или прослуш-
ването между каналите. Установено е, че стереоефектът не се
нарушава, ако затихването е не по-малко от 20 dB за средни че-
стота и не по-малко от 15 dB за високи честоти. За ниски често-
ти (под 200 Hz) затихването няма практическо значение, тъй като
под 200 Hz слуховият орган на човека трудно различава посоката
на звука.
Качеството на звуковъзпроизвеждането в зкачителна степей
зависи от формата и размерите на иглата и нейното разполсже-
ние в дозата. Върхът на иглите има различна форма — полу-
сфера, елипса и др. На фиг. 3.9 я, б, е са показани напречнкте раз-
рези на елипсовидната игла, игла Сибата и игла Праманик, а на
фиг. ЗЛО —сравнително, честотна характеристика на елвпсовид-
ната игла (2) и игла Сибата {]). Иглата Сибата, разработека в ка-
чалото на 70-те години, има специален профил на върха, по-малка
ефективна маса и е предназначена за възпроизвеждане на записи
от квадрофонични пл очи. Намалението на есЬективната маса на
подвижната система позволява да се разшври честотният обхват
147
до 40—45 kHz, необходим за тези плочи. Чрез увеличения над
4 пъти (75 pm срещу 18,6 pm) в сравнение с елипсовидната игла
радиус в надлъжна посока се осигурява значително по-голя-
ма площ на контактуване със стеките на браздата — около 4 пъ-
Фиг. 3.10
ти по-голяма от тази на елипсовидната игла. По-такъв начин се
намалява значително необходимото налягане на дозата върху пло-
чата и се получават по-малки деформации на браздата, по-дълго-
трайно използуване на иглата и плочата и по-малки нелинейни
изкривявания. Формата на тази игла съответствува повече от
елиптичната на формата на резеца на рекордера.
Иглата Праманик също има много добра контактна способно ст
със стеките на браздата, а двата нареза в предната и задната й
част не позволяват да се постави неправилно в иглодържателя.
Дозата има ефективна маса на подвижната система 0,22 mg, че-
стотен обхват до 45 kHz и сила на натиск върху плочата от 7 до
15 mN.
От показаните на фиг. 3.10 честотни характеристики се вижда,
че с игла Сибата може да се възпроизвежда значително по-широк
честотен обхват, особено в областта на високите честоти — над
30 kHz. Въпреки че иглите са предназначен!! за възпроизвеждане
на квадрофонични записи на плочи CD-4, възможно е да се из-
ползуват и за стереоплочи.
Материалите, от които се изработват иглите, са сапфир или
диамант. Диамантените игли имат от 5 до 10 пъти по-дълъг срок
на експлоатация. Игли със сапфирен връх сега могат да се срещ-
нат само при кристалните дози. С цел да се запази качеството на
заниса след 500—1000-часова работа трябва да се проверява под
148
микроскоп върхът на диамантените игли и ако е износена иглата,
да се замени с нова. Срокът на експлоатация на иглата зависи и
от налягането на дозата върху плочата. Препоръчва се [1] сап-
фирените игли да се сменят след 50 часова употреба, а диаманте-
ните — след 500—1000-часо-
ва, ако силата на натиск не
превишава стойността 0,04—
0,015 N.
За да се получат при
възпроизвеждането условия,
максимално близки до уело-
вията на записа, върхът на
иглата трябва да сключва
ъгъл 15° с вертикалната ос
(фиг. 3.11). По този начин иг-
лата при възпроизвеждането
трепти в съшата равнина, в
която трепти и рекордерът
при запис. Такасенамаляват Фиг. з.П
изкривяванията от геометри-
чен характер при условие, че ъгълът на грешката не превишава 2°.
В заключение трябва да се подчертае, че използуването на
висококачествени дози, ако грамофонът или рамото не са под-
ходящи, няма да подобри качеството на звуковъзпроизвеждането.
Необходимо е да се спазват препоръките на производителите и
всеки грамофон да се комплектува със съответната най-подхо-
дяща доза. В табл. 3.4 са дадени основните параметри на никои
дози, производство на различии фирми.
3.3. Грамофонни плочи
Съвременните грамофонни плочи се произвеждат с модерни
технологични съоръжения и материали, осигуряващи добри па-
раметри на записа.
При осъществявапето на записа се използуват три вида треп-
тене на резеца (фиг. 3.12): напречно, дълбочинно или смесено
(напречно — дълбочинно). Смесеното се използува при стерео-
записи, когато трептенията на резеца са резултат на две взаимно-
перпендикулярни трептения, а напречното — при монозаписи.
Размерите, ъгълът на разтваряне, радиусът на дъното на браз-
149
I
дата и плътността на записа за различии скорости са дадени
табл. 3.5.
Както се вижда от таблицата, минималната широчина н*
браздата при стереозапис е 35 pm. Такава широчина се получав*
при запис на високи честоти. При запис
на ниски честоти тя се увеличава.
Стандартните размери на диаметрит*
на плочите са 300 и 175 mm, а означу
нието им — съответно 0 30 и 0 17. За
плочи с 030 и честота на въртене 33 1/3
min”1 вътрешният диаметър на записи
(последната модулирана бразда) й е 120
mm, което съответствува на линейна ско^
рост на записа 21 cm/s. За 0 17 при съ-<
щата честота на въртене на диска последа
ната модулирана бразда е с диаметър 10Q
mm, което съответствува на линейна
скорост 18,5 cm/s. За плочи с 0 17 и че^
стота на въртене 45 min”1 минималната
линейна скорост е по-висока, отколкото
за плочи със същия диаметър, но с често-.
та 33 х/3 min”1, и е равна на 25 cm/s.
Може да се изчисли, че минималната
продължителност на записа при 0 30 е
25 min, при 0 17 и при честота на вър-
тене 33 х/3 min”1 е около 8 min и при0
17 и честота на въртене 45 min"1—около 6
min. Може да се изчисли също, че при
запис пътят, изминат от резеца (или от
иглата при възпроизвеждане), при 33 х/3 min"1) е около 550
ш, т. е. над половин километър.
Изискванията по отношение на грамофонните плочи са нор-
мирани в БДС 4648—79, конто е съобразен с изискванията и
препоръките на МЕК 98 и с националните стандарта на други
страни (ГОСТ 5289—73, CSN 368410 и др.).
Причините за дефектите на грамофонните плочи могат да
бъдат най-различни, но най-голямо влияние върху качеството на
звука оказват замърсяването им или наличието на нежелани
примеси в PVC-компаунда и някои пропуски в изпълнението на
технологичния режим. Нехомогенността на пластмасата, както и
неравномерного й разпределение по матрицата, в резултат на
което може да се получи непълно пресоване (недопресовка), са
причина за увеличаване нивото на шума.
Фиг. 3.12
150
Таблица 3.4
Основнн параметри на някои типове доаи
№ Параметър SP8 Bang Olufsen ffss?4E DECCA STS 444-E Elac VI5/AM—1 PICKERING ADC 10E/II AUDIO DYNA- MIC V15/II SHURE V15/IV SHURE
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Собствеиа маса, g Размери на върха иа иглата, |лш Препоръчвана сила на иатиск върху плочата, mN Статистичиа гъв- кавост, 10"3 m/N Чувствителност, mV/ (cm/s) Номинален товар, KQ Честотен обхват, Hz Преходио затих- вайе между ка- налите за 1kHz, dB Изкривявания d it % 11.7 5X17 <£15 12—15 1,4 47 20 — 20000 28 12,8 6X20 10—20 25 1,0 50 20 — 20000 6,7 6X20 7,5-15 33 1,0 47 10-24000 26 0,4 5 17 7,5 - 30 24 1,0 20 — 200000 35 1 7 8X18 5 — 15 35 1,0 47 10 - 200000 30 0,5 6,8 ' 5X18 7,5 -15 1,0 47 20-25000 25 7,5 — 12,5 1.0 * 1.0 47 4
Таблица 3.5
Величина, характеризиращи грамофонните бразди
при различии начини на записване
Вид на записа Широчина на браз- дата, дт Ъгъл иа раз- j тварян» иа браздата. Радиус иа дъното на браздата, дШ Плътност на записа, бразди на ст
без запис | модулирана
Монофоничен напречен мик- розапис 33 1/3 и 45 min "1 50—70 50—70 90+2 1 «£8,0 промеилива стьпка
Стереофоничеи запис (45/45) 33 1/3 и 45 min" 1 50—70 35—120 90+2 ^8,0 променлива стьпка
Монофоничен напречен запис с широка браз- да 78 min"1 140—180 140—180 85—93 ^25 30—-45 (по- стоянна стьпка)
Специфичен дефект на грамофонните плочи е нарушаване
тладкостта на стените на браздата, дължащо се на откъсване и
мзпадане на микроскопичните парчета от пластмасата. Условия
за това има най-вече при стереоплочите, тъй като поради нали-
чието и на вертикална компонента на механичния запис (на-
пречно — дълбочинна), отделянето на стереоплочата от матри-
цата е по-трудно, отколкото при моноплочите. Наличието на
такива „изкорубвания" по стените на браздата е причина при
възпроизвеждането да се чува краткотраен остър звук. Трябва
да се подчертае, че продължителността на този остър звук е толко-
ва по-голяма, колкого преходната характеристика на електроаку-
стичната система е по-лоша. Ако нямаше преходни процеси, кон-
то увеличават времето на възпргема^е на смущението, то би
било незабележимо, тъй като времетраенето на импулса, който
се получава от грапавините, емкого малко (части от милисекунда-
та). Така че плочи с такъв дефект, просвирени на електроаку-
стични съоръжения с различна преходна характеристика, зву-
чат различно.
Замърсяването и напрашването на плочата също оказват
неблагоприятно влияние върху звуковъзпроизвеждането, тъй
като широчнната на браздата за високи честоти е от порядъка на
няколко десетки микрона и е съизмерима с големината на прашии-
ките, влезли в браздата. В някои фирми към пластмасата за про-
изводство на плочи се добавят антистатични материали, но в по-
152
вечето фирми това не се правы. Ето защо е необходимо плочите
периодично да се почистват с антистатична течност с намокрена
и добре изстискана кърпа от антистатична материя.
3.4. Предусилватели за грамофонни дози
При записа ниските честоти са потиснати и за да се получи
равномерна (линейна) честотна характеристика при възпроизвеж-
дане, е необходимо отново да се повдигнат. Това налага към гра-
мофоните дози да се включват предусилватели, с конто да се ко-
ригира честотната характеристика.
Потискането на ниските честоти при записа се налага и от
изискването да се запише повече информация на единица площ.
Ако не се ограничи амплитудата за ниски честоти, широчината
на браздата ще се получи части от милиметъра, а разстоянието
между браздите — около милиметър. Ще се увеличат и нели-
нейните изкривявания, а за високи честоти ще се влоши и отно-
шението сигнал/шум, тъй като при постоянна скорост на записа
v и постоянна амплитуда А от зависимостта и—2 л-/ А следва, че
амплитудата на резеца ще бъде обратно пропорционална на че-
стотата. Това налага записите да не се правят с постоянна ско-
рост.
Честотните характеристики на записа и възпроизвеждането
са показани на фиг. 3.13. От фигурата се вижда, че кривата на
възпроизвеждането е огледален образ на кривата на записа. Ха-
153
рактеристиката на записа се раздели на три основни честотни'
подобхвата: на ниските и високите честоти с наклон на характе*
ристиката 6 dB/oct и на средните честоти, където характеристика-
та има линеен характер. Характерните честоти, разделящи трите
Фиг. 3.14
подобхвата, cafj=50 Hz, Д>=^500 Hz и f3~2120 Hz. На тези три
честоти съответствуват три времеконстанти Tj^SlSOps, т2=3180 ps
и т3=75 ps. Раздел ител ните честоти fr и f3 показват точките,
от които системата на записа се измени от постоянна по амплиту-
да в относително постоянна по скорост. Стойностите на относи-
телното ниво при запис и възпроизвеждане (в dB) за различните
честоти са дадени в табл. 3.6.
Запис с използуване на коригиращи звена с такива честотни
характеристики за пръв път е направен през 1955 г. от RIAA
(Record Industry Association of America). Сыците характеристики
се препоръчват от Международната електротехническа комисия
(препоръки МЕК 98) и са възприети от редица страни, включи-
телно и от нашата (БДС 4648—79).
Показаният на фиг. 2.23 или друг подобен предусилвател
лесно може да се преобразува в предусилвател, коригиращ че-
стотната характеристика по МЕК 98 (RIAA), ако обратната
връзка от колектора на Т2 към емитера на 7\ се направи честот-
но зависима. За тази цел е необходимо във веригата на ООВ да
се включи някое от показаните на фиг. 3.14 RC-звена, чиито
времеконстанти са съответно:
(3-5)
Емитерният резистор на 7\ трябва да има достатъчно голяма
стойност (практически тази стойност е винаги по-малка от 5 к£2)
и изходният импеданс на стъпалото Т2 да бъде относително ма-
лък.
154
Таблица 3.6
Честотиа характеристика на запис и възпроизвеждане на
грамофонни плочи (стерео и моно) с тясна бразда — микрозапис
33 1/3 и 45 min"-1
Честота, Hz Относително ниво, dB Честота, kHz Относнтелно ниво, dB
запис въапроизвеж дан е запис възпроизвеждане
5 — 4- 7,6 0,63 - 1,6 + 1,6
10 -19,8 4-12,8 0,8 - 0,8 + 0,8
20 -19,3 4-16,3 1 0 0
31.5 -18,5 4-17,0 1,25 4" 0,8 - 0,8
40 -17,8 4-16,8 1,6 + 1,6 - 1,6
50 -16,9 4-16,3 2 4- 2,6 - 2,6
63 -15,9 +15,4 3,15 + 5 - 5,0
80 -14,5 +14,2 4 4- 6,6 - 6,6
100 -13,1 +12,9 5 + 8,2 - 8,2
125 -11,6 4-11,5 6,3 4- 10 -10,0
160 - 9,8 4- 9,7 8 +И,9 -11,9
200 - 8,2 4- 8,2 10 +13,7 —13,7
315 - 5,2 + 5,2 12,5 4-15,6 -15,6
400 - 3,8 4- 3,8 16 +17,7 -17,7
500 - 2,6 + 2,6 20 4-19,6 -19,6
За посочената схема коефициентът на усилване за опорната
честота 1 kHz може да се определи от зависимостта
д- - R8+(2o»)4<hz f (3.6)
и Из
където (ZOB)ikHz е импедансът на съответната схема от фиг. 3.14,
включена вместо резистора в схемата на усилвателя, показа-
на на фиг. 2.23.
На фиг. 3.15 е показана практическа схема на коригиращ
предусил вател за магнитна доза. Параметрите на предусилвателя
са следните:
— коефициент на обгците хармонични изкривявания при
Инзг—4V ....................................под 0,25%
Umbx—1,5V ...................................под 0,1%
— изходеи импеданс ................................240 2
— входен импеданс ....................................... 250 к2
— коефициент на усилване на напрежението...................26 dB
Честотната характеристика на посочения предусилвател се
различава от нормираната по МЕК (RIAA) с по-малко от 1 dB,
което се смята за задоволителен резултат. Вместо посочените на
фигурата транзистори могат да се използуват транзисторите
2Т3169 и 2Т3168, производство на ЗП — Ботевград. За да се
155
получи нормираната стойност на входния импеданс (47 кй±20%)
и се подобри отношението сигнал-шум, достатъчно е успоредно към
входните клеми на предусилватели да се включи резистор със
стойност 56 или 62 kfi, както е показано с пунктир на фиг. 3.15.
Фиг. 3.15
фиг. 3.16
Ако се използува ОУ, например показаният нафиг. 2.10 LM
381 или LM 387, който има сыцата схема, но е изпълнен с кор-
пус с 8 извода, ще се получи предусилвател с корекции по МЕК
(RIAA) за магнитна доза (фиг. 3.16). Тук Т?5 и R6 определят дъл
156
бочината на постояннотоковата обратна връзка. Коефициентът
на усилване за опорната честота 1 kHz се определя от израза
жл _ 100 _оПс
0,33
(3.7)
Резисторът осигурява постоянно входно съпротивление за
магнитната доза. Повдигането за ниски честоти се определя основ-
Фиг. 3.17
но от отношението между Rb и /?8. Кондензаторът С4 (750 pF) шун-
тира JR# за честоти над 2kHz и осигурява спадане на честотната
характеристика за високи честоти. За честоти под 30 Hz се полу-
чава спадане, което зависи от стойността на Cv Между коригира-
щото звено на обратната връзка и общата точка на Д’2 и R3 се
включва резисторът 7?4=107?3, чието предназначение е да стаби-
лизира усилването, когато коефициентът на усилване е над 20 dB.
Към входните клеми на предусилватели се включва /?1=47 kQ,
за да се получи нормираната стойност на входното съпро-
тивление при използуване на магнитната динамична доза. На
фиг. 3.17 е показана аналогична коригираща схема за магнитна
доза, като е използувана ИС тип LM 1303 или еквивалентната й
рА 739.
Схема на коригиращ предусилвател за един канал на стерео-
усилвател с магнитна доза, в която е използувана съвременната
интегрална схема TDA 2310, е показана на фиг. 3.18 а. Този
предусилвател се характеризира с малък коефициент на хармо-
нични изкривявания (под 0,02%), ниско ниво на шума, обработ-
157
Маса Вход1
Фиг. 3.18
158
ка на големи амплитуды на изхода, защита от късо съединение
на изхода, което за предусилвателни ИС е новост, широк често-
тен обхват и малка неравномерност при използуването му в схеми
с некоригирана честотна характеристика.
На фиг. 3.18 б е показано разположението на елементите на пред-
усилвателя върху печатната платка. Параметрите на предусил-
вателя са:
— отклонение на честотната характеристика от кривата RIAA в об-
хвата от 20 Hz до 20 kHz ...............................2t0,5 dB
— коефициент на хармонични изкривявания за 20 kHz........0,02%
— коефициент на хармонични изкривявания при динамичен обхват
100 dB (150 mV входно напрежение) и ниво на шума 1 pV . .под 0,1%
— коефициент на интермодулационни изкривявания . .под 0,03%
— затихваие и а сигнала между каналите
при f=20kHz и Rr — 600 2 ..........................100 dB
— захранващо напрежение .......................ztl5 V.
Действието на схемата е аналогично на схемата от фиг. 3.16.
Постоянната стойност на входного съпротивление се определи
от Разделителните честоти Hz и f2=500 Hz, както и
стръмността на спадане между тези
две честоти, се определят от RC-зве-
ното 7?6 С4, включено в ООВ
между изхода и инвертиращия вход,
а точката на характеристиката, от
която започва спадането за честоти-
те, по-високи от f3 — 2120 Hz — от
пасивния коректор R8C?- За честоти-
те под 40 kHz стръмността на сряз-
ване се определи от пасивния ниско-
честотен филтър R9C8, а спадането
на честотите под 17 Hz — от инфра-
звуковия високочестотен пасивен
филтър C6Rii- На фиг. 3.19 е пока-
зана честотната характеристика по
RIAA, получена при реализиране-
то на схемата.
Фиг. 3.19
Дотук бяха разгледани корекциите, конто трябва да се пра-
вят при използуването на дозите от магнитен и динамичен тип.
Дозите от амплитуден тип могат да се включат към грамофонния
вход на усилвателя при условие, че входното му съпротивление е
над 1 М£2 и чувствителността му съответствува на чувствителност-
та на употребената доза (практически от 0,2 до 2 V). Поради
това, че пиезоелектрическите дози имат вътрешен импеданс с ка-
пацитивен характер, при ниски честоти той е голям. И ако вход-
159
ното съпротивление на усилвателя е под 1 MQ, честотната харак-
теристика на дозата ще се измени. Това изменение е толкова по-
голямо, кол кото товарното съпротивление на дозата (входното
съпротивление на усилвателя) е по-малко, като спадането за
фиг. 3.20
ниски честоти и повднгането за високи честоти (в областта на
собствения резонанс на дозата) достига забележими стойкости.
Ако входното съпротивление е голямо, може да се смята, че че-
стотната характеристика на дозата е приблизително огледален
образ на х ар актер истиката на записа. Ако усилвателят има малко
входно съпротивление, към входа му може да се включи кориги-
ращо 7?С-звено, с което дозата работи като доза от скоростей
тип. При това положение се намалява и изходното напрежение на
дозата. На фиг. 3.20 а е показана схема за включване на кристал-
на доза с използуване на активни елементи, а на фиг. 3.20 б —
схема с използуване на /?С-звено, включено паралелно на вход-
ното съпротивление на усилвателя. Схемата на фиг. 3.20 а има
следните параметри:
— честотеи обхват и неравномерност при запис по
RIAA ..........................................40—12 000Hz;±l,6 dB
— номиналио изходно напрежение .......................1,25 V
— отношение сигнал-шум .......................над 70 dB
— коефициент на хармонични изкривявания ..............под 0,1 %t
Схемата е предназначена за работа с кристална доза със собствен
капацнтет 1—10nF. За честота 40 Hz товарният импеданс
е 30 kQ, което съответствува на работа на дозата в режим на късо
съединение.
160
3.5. Системи за магнитен запис и възпроизвеждане
3.5.1. Системи за магнитен запис и възпроизвеждане
Магнитният запис е получил по-голямо разпространение в
сравнение с механичния и оптичния поради следните основни
предимства:
— простота на процеса на записване и високо качество на
записа и възпроизвеждането;
— контрол на качеството в процеса на записа посредством
почти едновременното му възпроизвеждане;
— готовност на записа за възпроизвеждане веднага след осъ-
ществяването му;
— многократно използуване на звуконосителя — магнитофон-
ната лента за звукозапис;
— възможност за многократно звуковъзпроизвеждане без
влошаване на качеството на записа;
— простота на изтриването на записа;
— възможност за наслагване на запис върху запис, направен
преди това (трик-запис);
— възможност за монтаж към тонфилми и др.
За осъществяване на магнитния запис се използува свойство-
то на феромагнитните материали да се намагнитват под въздей-
ствие на външно магнитно поле и да запазват остатъчно намагнит-
ване след прекратяване действието на това поле. Нивото на за-
писа зависи от остатъчно-
то намагнитване на лен-
тата. Магнитната лента се
състои от еластична основа
от немагнитен материал,
върху която е нанесен
слой от феромагнитен
прах. Сигналът, който се
получава от тонизточни-
ка — микрофон, УКВ ту-
нер и др. (фиг. 3.21), се
подава в намотката на за-
писващата глава 8. В ре-
зултат на това токът на записа възбужда в сърцевината на записва-
щата глава променлив магнитен поток. Движещата се с равномерна
скорост магнитна лента 10 (звуконосителят), преди да бъде подло-
жена на въздействието на този поток, се размагнитва с високо-
11 Битова звукотехника
16J
честотен ултразвуков генератор 4 и изтриваща глава 7. Създа-
деното от генератора и изтриващата глава променливо магнитнс
поле въздействува върху работния слой на магнитната лента
Работният слой се намагнитва до насищане и с отдалечаванетс
си от междината на главата се размагнитва напълно. Другие
елементн в блоковата схема на фиг. 3.21 са следните: 3 — ниво-ин
дикатор; 5 — усилвател за възпроизвеждане; 6 — високогово
рител; 9 — възпроизвеждаща глава.
Част от променливия магнитен поток, възбуден в сърцеви-
ната на записващата глава, се затваря презт. нар. въздушна меж-
дина или междина от немагнитен материал на записващата гла-
ва. В зависимост от сигнала магнитният поток ориентира елемен-
тарните Магнитки частици (елементарни магнитчета, наречени
още домени) в работния слой на лентата, която се движи с равно-
мерна скорост плътно до главата. Остатъчното намагнитване на
работния слой представлява магнитният запис (магнитната фоно-
грама). С цел да се намалят нелинейните изкривявания при за-
пис през намотката на записващата глава се пропуска ток от
внсокочестотния генератор 4 със значително по-ннсък интен-
зитет от тока през изтриващата глава. Този високочестотен ток
се нарича подмагнитващ или ток на преднамагнитване. Токът на
преднамагнитване има постоянна честота, която е значително по-
висока от най-високата честота от звуковия обхват. Токът на пред-
намагнитване има изключително голямо значение за достига-
него на оптимални електроакустични параметри и за различните
магнитофонни ленти има различна стойност.
В зависимост от материала, който се използува за създаване
на активния слой, понастоящем се произвеждат три вида маг-
нитофон™ ленти: с двужелезен триокис yFe2O3 (гамаферооксид,
нормална лента), с хромдиоксид — СгО2 и кобалтов ферооксид
COyFe2O3. Най-често се използуват магнитни ленти със слой от
двужелезен триокис и от хромдиоксид в няколко модификации,
като нормални или хомогенизирани нискошумови с голям из-
ходен сигнал LH (от английски low noise, high output) или супер-
хромови (модификация на СгО2). Хромди окси дните ленти се ха-
рактеризират с по-голяма остатъчна индукция и по-голяма коер-
цитивна сила в сравнение с лентата на база yFe2O3. Освен това
за тях е характерно, че слоят е по-равномерно нанесен и отно-
шението на дължината на елементарните магнитя към широчи-
ната им е по-голяма. Магнитофонните ленти на база CoyFe03 имат
по-добри честотни свойства в сравнение с yFe2O3t особено по от-
ношение на високите честоти, но отстъпват на лентите от хром-
диоксид. Съществуват ленти с два слоя — от Fe2O3+CrO2 и тъ-
162
FeCr
-5
и
СгО%
100 200 300 400
1пм,%
Фиг. 3.22
за магнитните ленти от
а
нък слой от СгО2, при конто е подобрено възпроизвеждането на
високите честоти.
От фиг. 3.22 може да се види разликата в необходимия ток на
преднамагнитване за различии типове магнитни ленти от 7Fe2O3,
производство на европейски (/)
и японски (2) фирми, като за
сравнение е посочено и изисква-
нето за ленти на база FeCr и
СгО2- Токът е даден в относител-
ни единици, тъй като преднамаг-
нитването зависи и от качеството
на магнитната глава. Широчината
на кривите изразява допустими-
те толеранси според препоръките
на производителите. Вижда се,
че за произвежданите от японски
фирми магнитни ленти е необ-
ходима около два пъти по-голяма
стойност на преднамагнитващия *
СгО2 — по-голяма стойност на преднамагнитващия и на изтри-
ващия ток в сравнение с магнитофонните ленти със слой от дву-
железен триокис поради по-голямата коерпитивна сила на СгО2.
Височината на кривите изразява относителната стойност на за-
писващия ток, която за лентите от СгО2 може да бъде и по-го-
ляма от тази на лентите от Fe2O3 за някои видове касетни магни-
тофони.
С увеличаването на преднамагнитващия ток се увеличава из-
ходното ниво (фиг. 3.23—крива /), но.същевременно се увели-
чават и хармоничните изкривявания (крива 2). По-нататъшното
увеличаване на преднамагнитващия ток способствува за намаляване
на нелинейните изкривявания, особено за високи честоти, носъще-
временно е налице и спадане на изходното ниво и на напрежение-
то на шума (крива 3). Коефициентът на хармонични изкривявания
се изразява най-често чрез стойността на третия хармоник, кон-
то поради S -образната форма на статичката характеристика е
преобладаващ. Освен от големината на преднамагнитващия ток
стойността на третия хармоник зависи и от равномеркостта на
нанасяне на магнитния слой, от големината на възбуждащия
сигнал и от нивото на шума. При равни условия решаващо зна-
чение има големината на преднамагнитващия ток. Той може да
се избере по минималната стойност на коефициента на хармонични
изкривявания (т. С), по максималното изходно напрежение (т. Л)
или по минималното напрежение на шума. На практика по редина
163
съображения пред намагнитващия ток се избира със стойност
/р т» за която тези три параметъра имат приемливи стойкостщ
От съществено значение е за определен тип магнитофони да се
използува препоръчания от фирмата-производител тип лентам
Фиг. 3.23
1пр
Тъй като за японските ленти е необходим по-голям преднамагнит-
ващ ток, фирмата BASF произвежда магнитна лента ferro-super LHlr
предназначена специално за
японски магнитофони. Голе-
мината на преднамагнитва-
щия ток оказва влияние и на
честотните свойства на
изходния сигнал. На фиг.
3.24 са показани зависимос-
тите на изходното напреже-
ние от честотата за различ-
на относителна стойност на
преднамагнитващия ток. При
двойно по-голяма стойност
от номиналната е налице ло-
фи г 3 24 шо възпроизвеждане на ви-
соките честоти, а при двой-
но по-малка — спадане на ниските и средните честоти.
В повечето висококачествени магнитофони (касетофони) чрез
превключване се осигурява оптимална стойност на преднамаг-
164
нитващия ток за хромдиоксидна или нормална лента. Но тъй
като за лентите, производство на различии фирми, е необходима
различна стойност на преднамагнитващия ток, произвеждат се
магнитофони с изменяем преднамагнитващ ток. Такъв магнито-
фон е Technisc RS9900, чийто преднамагнитващ ток се измени в
гранините от 50 до 250%, отнесени към стандартната лента по
DIN 45 513, т. е. може да се регулира до необходимата стойност,
препоръчана от производителя на съответния тип магнитофонна
лента. При този магнитофон може да се използува даже неизвестен
тип лента, като посредством два звукови генератора (за 400 Hz и
8 кНг)сеоптимизирапреднамагнитващиятток, като се контролир а
честотната зависимост на изходния сигнал (фиг. 3.24). Но тъй ка-
то такива магнитофони са все още рядкост и са много скъпи, най -
правилното решение е да се използуват само препоръчваните за
даден тип магнитофони ленти, тъй като и с най-качествените маг -
нитофонни ленти не могат да се реализират добри записи, ако не
им се осигури оптимален преднамагнитващ ток.
При звуковъзпроизвеждането движещата се плътно до въз-
произвеждащата глава намагнитена лента индуктира в намоткит е
й изменящо се по големина и посока е. д. н. Понеже магнитнот о
съпротивление на сърцевината на главата е много малко, то през
нея преминава значителна част от външния магнитен поток на
лентата. За да се увеличи магнитного съпротивление и се осигур и
постоянна магнитна проницаемост на главата, в задната й стра -
на е направен процеп, запълнен с немагнитен материал.
За да се разколебае озвучителното тяло, е необходимо ичдук-
тираното в намотките на възпроизвеждащата глава напрежение
да се усили от нискочестотен усилвател до определено ниво. Ка-
чествените магнитофони имат т. нар. мониторен изход, който е
свързан към мониторния вход на усилвателя. Това позволява да
се прослушва записът в момента на реализирането му и чрез пре-
включване да се сравни с качеството на звука преди записа (от
тунера или грамофона).
Сигналът, записан върху магнитофонната лента, е честотно
зависим. Широчината на честотния обхват зависи от скоростта
на движение на лентата, като за високи честоти се получава спа-
дане вследствие размагнитването. На фиг. 3.25 е показано ориен-
тирането на елементарните магнитчета в работния слой на лен-
тата при запис на синусоидален сигнал. Ако се приеме, че в про-
междутъците t0 — tx, t2 — t3 и т. н., когато токът в намотката на
записващата глава е с положителна амплитуда, магнитният поток
Ф в елементарните магнитчета е насочен отляво надясно, тогава
в промеждутъците — t2, t3 — t4 и т. н., когато токът е с отри-
165
цателна амплитуда, магнитният поток е насочен в обратна посока.
По този начин елементарните магнитчета са ориентирани в раз^
личните участъци с едноименните си полюси едно към друго,
вследствие на което взаимно се размагнитват. Степента на раз*
Фиг. 3.25
магнитване зависи от скоростта на движение на лентата и от че-
стотата на сигнала. Колкото честотата на сигнала е по-висока,
толкова дължината на вълната е по-къса (v е скоростта на
движение на лентата в pm/s, a f — честотата на записвания сиг-
нал в Hz). Когато дължината на елементарното магнитче е съ-
измерима с неговата дебелина, размагнитването става по-интен-
зивно.
Нежелано явление при магнитния звукозапис е копир-ефек-
тът. Той се състои в намагнитване на едни участъци на лентата
от други по време на съхранение. Ако това нежелано копиране на
сигнала се намира на участък от работния слой на лентата, къ-
дето има запис със значително ниво, наслоеният сигнал от копи-
рането семаскира от по-силния основен сигнал, но в интервали на
пауза се чува като ехо. При възпроизвеждане сигналите, полу-
чени от копирефекта, могат да се чуят преди основния сигнал.
Това явление се нарича изпреварващо ехо или предехо. Сигналите,
получени след основния, се наричат закъсняващо ехо или само
ехо. Копирефектът зависи от качеството на лентата, скоростта
на движение, времето на съхранение, при което едни участъци
на лентата въздействуват по-продължително или по-късо време
върху други, температурата, степента на преднамагнитването,
въздействието на странични магнитни полета, честотата на запи-
саните сигнали, механичните напрежения и тръскането на лента-
та. Копирефектът може да се намали, ако се вземат мерки за на-
166
маляване на тези фактори, например като се увеличи разстояние-
то между отделяйте навивки на' магнитните ленти.
Магнитният запис и възпроизвеждането сасвързании с опре-
делени загуби на полезния магнитен поток, конто при запис водят
до отслабване на полезния магнитен поток в работния слой на
лентата, а при възпроизвеждане — до отслабване на магнитния
поток в сърцевината на главата. Загубите са два вида — честотни
и вълнови. Честотните зависят от честотата на сигнала, а вълно-
вите от честотата и скоростта на движение на лентата, както и от
недоброто прилепване на магнитната лента към главата, от не-
паралелност на стеките на немагнитната междина, размагнит-
ване на лентата и висока амплитуда на високочестотните сиг-
нали при запис. Честотните изкривявания, дължащи се на раз*
магнитването на лентата при високи честоти, както и отслабва-
нето на магнитния поток в сърцевината на главата при възпро-
извеждане налагат да се правят честотни корекции. Спадането
на високите честоти секоригираили по време на запис, или, кое-
то се прави по-често, по време на възпроизвеждане чрез свърз-
ване на /?С-групи във веригата на обратна връзка на нискоче-
стотния предусилвател за възпроизвеждане, както за разгледа-
ните вече магнитни дози, но с други времеконстанти. Поради това,
че честотните изкривявания зависят от скоростта на движение
на лентата, и корекциите за различните скорости са различии. В
настоящий момент няма общ международен документ, конто да
стандартизира корекциите и с това да създава удобства при раз-
мяна на записи. Все пак съществуват препоръки на МЕК и на-
пионални стандарта на много страни. В табл. 3.7 са посочени
времеконстантите на коригиращите звена за ниски и високи
честоти, определящи и корекциите за различните скорости на
движение на лентата.
Таблица 37
Времеконстанти на коригиращите звена за честотната
характеристика на магнитния запис при възпроизвеждането му, [is
Скорост на движение на лентата
Ста ндарт 4,75 cm/s 1 9,5 cm/s | 19 cm/s
н. ч. в.ч. н. ч. •ч- 1 | н- ч- в. ч.
МЕК 94, BS 1568—70 МЕК 94 NAB (САЩ) DIN 45513 (ФРГ) CCIR 1590 120 20 3180 3180 90 90 3180 3180 50 50 50
167
Широка популярност са получили нормите на NAB (Natio-
nal Association of Broadcasters). Честотните характеристики на
записващата глава и записващия усилвател (крива Л) и на въз-
В) съгласно NAB са показани на фиг. 3.26, като с пунктирани
линии са показани идеализираните характеристики. За да се
направят необходимите корекции на един записващ усилвател,
трябва да се познава честотната характеристика на записващата
глава. Честотната характеристика на възпроизвеждане трябва
да бъде огледален образ на характеристиката на запис, като се
вземат пред вид и корекциите за високи честоти, компенсиращи
загубите. Честотите (Hz), за които се отнасят посочените в табл.
3.7 времеконстанти t(s), се определят по зависимостта fK= ,
като за fK честотната характеристика се различава от установена-
та с 3 dB.
За правилното функциониране на предусилвателя за въз-
произвеждане неговият входен импеданс трябва да бъде по-голям
от вътрешния импеданс на генератора, в случая възпроизвежда-
щата магнитофонна глава. Тъй като нейният вътрешен импеданс
има индуктивен характер, с повишаване на честотата съпротивле-
нието й нараства и може да достигне стойност от 400 й (за 1 kHz)
до над 5 кй за високи честоти. Следователно, за да работи нор-
мал но възпроизвеждащият предусилвател, с необходимо вход-
ният му импеданс да бъде над 50 кй.
На фиг. 3.27 е показана схема на предусилвател с дискретни
елементи, който може да се използува като предусилвател с ко-
рекции по RIAA, по NAB и като линеен предусилвател в зави-
168
симост от това, кое /?С-звено или резистор са включени във ве-
ригата на обратната връзка.
В зависимост от необходимия коефициент на усилване се
определят и стойностите на елементите на обратната връзка.
Фиг. 3.27
Например при равномерна честотна характеристика и при кое-
фициент на усилване 30 dB (31,62) стойността на R? ще се опре-
дели от израза:
=31,62; /?,=(А'г/-1)./?з=30,62.390=12 к2.
Стойностите на останалите елементи могат да се определят от
кормите за времеконстантите, дадени в табл. 3.7:
t1=/?10C8==50p.s и T2=/?ii-C8=^3180ps.
Основните параметри на този предусилвател при корекция по
NAB са:
— коефициент на усилване ...................................36 dB
— максимално изходно напрежение при товар 47 ко............2,5 V
— входен импеданс при честота I kHz..........................120 к£2
— коефициент на общите хармонични изкривявания . . .под 0,1%.
На фиг. 3.28 е показана схема на предусилвател, коригиращ
честотната характеристика при възпроизвеждане на магнитна
фонограма, изграден на базата на ИС тип LM 387А (LM 381А).
На фиг. 3.29 е показана схема на усилвател за запис с интеграл-
169
на схема LM 381. Изходът за запис е свързан със записватцата
глава чрез резистора /?5—200 и паралелен трептящ кръг.
Това се прави, за да се намалят вредните влияния от изменението
на товара от честотата (главата представлява реактивен товар L).
P+24V
изход
Фиг. 3.28
Фиг. 3.29
Следователи© усилвателят трябва да работа като генератор на
ток с голямо вътрешно съпротивление.
3.5.2. Магнитофоны
Магнитофонът е устройство, предназначено за запис и въз-
произвеждане на сигнали с честоти от звуковия обхват. Според
170
предназначението, качествените и експлоатационните параметри,
броя на каналите за запис и възпроизвеждане, вида на захран-
ващото напрежение, броя на пистите и други признаци магнито-
фоните се класифицират в различии групп. Доскоро по начина на
навиване на магнитофонната лента съществуваха един вид маг-
нитофони — ролковите. През 1968 год. се появи нов вид магнито-
фоны, при конто лентата се навива в затворени компактны касе-
ти, откъдето полу чиха и названието си — касетофони. Касето-
фоните изместват ролковите магнитофонни устройства главно
заради простотата и удобството на обслужването, по-малките
размеры и тегло, по-ниските механични натоварвания на лентата,
запазването на лентата от механични повреди и замърсявания.
Съвременните касетофони имат и много високи електроакустични
параметри, което допринесе твърде много за утвърждаването и
търсенето им като необходим елемент на всяка битова електро-
акустична система.
Магнитофонът се състои от механична и електрическа част.
Механичната част трябва да осигури постоянна скорост на дви-
жение на магнитната лента през процепа на изтриващата, за-
писваща и възпроизвеждащата глава, бързо и без механични
дефекты навиване на лентата в двете посоки, както и да прите-
жава малки детонации (изразяващи се чрез коефициента на де-
тонации).
Основните параметри и функционални възможности на маг-
нитофоните са:
— брой на скоростите,
— брой на пистите за запис и възпроизвеждане,
— честотен обхват и неравномерност на различните скорости,
— номинална изходна мощност,
— номинално входно напрежение,
— коефициент на хармонични изкривявания,
— отношение сигнал/шум или динамичен обхват,
— прослушване между каналите и между пистите,
— номинално ниво на записа,
— наличие на индикатор за запис и възпроизвеждане,
— вид на захранването и допустимы отклонения за запазва-
не на параметрите в предварително определены границы,
— възможност за контрол на записа по време на реализира-
него му,
— наличие на временен стоп,
— наличие на разделителям тонкоректори и филтри,
— шумопотискане в целия честотен обхват,
— наличие на брояч,
171
— наличие на устройства за почистване на лентата и главата
от прах и замърсяване.
При стереозаписи записът върху едната листа не трябва да
влияе върху другата. При двупистови (моно) записи и при маг-
нитофони, които не са от категория Hi-Fi, може да се постигне
ниво на прослушването под —60 dB, а при четирипистови —
под —25 dB (прослушването между пистите, което изразява
степента на влияние между тях, се измерва за честота 1 kHz).
Очевидно тъй като при същата широчина на магнитната лента
при стереомагнитофоните се събират четири писти, прослушване-
то при тях е значително по-високо в сравнение с мономагнито-
фоните при равни други условия. С някои двупистови магнито-
фони, които имат допълнителна възпроизвеждаща глава, могат
да се възпроизвеждат записи от четири писти. С по-евтините
магнитофони, които имат комбинирана записващо възпроизвеж-
даща глава, не може да се осъшестви слушане в момента на за-
писа и затова те нямат мониторен изход, докато магнитофоните с
допълнителна възпроизвеждаща глава имат предимстЕО пред
тях в това отношение.
Възприетите във всички страни скорости на движение на лен-
тата са 4,75 cm/s, 9,5 cm/s и 19 cm/s, като най-ниската скорост
е предназначена предимно за речеви записи. Върху качеството
на записа влияят детонациите, колебанията на скоростта и пре“
плъзгването на лентата. Неравномерността на движение на лен-
тата, предизвикана от колебанията на скоростта, съгласно кор-
мите за висококачествените магнитофони със скорост на движе-
ние на лентата 19 cm/s трябва да бъде под 0,05% а проплъзването
под ±1%.
3.6. Обезшумители (шумопотискащи устройства)
За да се получи вярно звуковъзпроизвеждане, един от пара-
метрите, които трябва да се постигнат, е необходимият динамичен
обхват. При запис на магнитофон динамичният обхват е ограни-
чен отгоре от насищането на магнитната лента, а отделу — от
собствения шум. При магнитофоните, използувани в бита, ди-
намичният обхват може да достигнеот40до45 dB, като нивото на
шума е с около 10 dB под нивото на най-малките сигнали. Звуко-
режисьорите отдавна са прилагали на практика методи за ръчно
управление на динамичния обхват, така че когато на режисьор-
ския пулт се е получавал сигнал с високо ниво, режисьорът е
намалявал усилването и обратно. С това се е подобрявало и отно-
172
тпението сигнал /шум, което е равнозначно на подобряване на
динамичния обхват. При възпроизвеждането се е действувало
обратно. Постепенно тези функции са били иззети от тонрежи-
сьорите, като за управление на динамичния обхват се използуват
вече компресори и експандери. С развитието на радиоелектрони-
ката и поевтиняването на елементите стана възможно тези схеми,
конто първоначално намираха място само в професионалните
апаратури, да се приложат и в някои изделия на битовата звуко-
техника. Устройствата, конто способствуват за увеличаване на
динамичния обхват и за намаляване на шума, се наричат шумо-
потискащи устройства или обезшумители.
Те могат да се класифицират условно в две групи:
— обезшумители, работещи само в режим на възпроизвеж-
дане (прагови устройства, DNL — системи):
— обезшумители, работещи при запис и възпроизвеждане.
Праговите устройства намаляват стойността на коефициента
на усилване по време на паузите. Основного изискване тук е
времената на задействуване и отпускане на праговото устрой-
ство да бъдат малки с оглед да не се получи заглушаване на по
лезния сигнал
Системата DNL (DYNAMIC NOISE LIMITED), предложена и
реализирана за пръв път от фирмата „Филипс", оказва влияние
върху високите честоти (над 4,5 kHz) на честотния обхват при
ниски нива на сигнала и е ефективна само по време на възпроиз-
веждане. Подобрението на отношението сигнал/шум за 6 kHz
е 10 dB, а за 10 kHz — 20 dB.
Към втората трупа обезшумители сеотнасят системата,,Долби",
системата ANRS (AUTOMATIC NOISE REDUCTION SYSTEM)
на фирмата JVC NIVICO, системата „Хай Ком" на фирмата Теле-
функен (ФРГ) и др.
В обезшумителя „Долби", приложен за пръв път в началото
на 70-те години, се използува компресията и експанзията (поти-
скане и разширение) на сигнала, но за разлика от преди прилага-
ната експанзия тук се усилват слабите сигнали. Системата „Дол-
би" е известна в две модификации: „Долби А" и „Долби В". При
„Долби А" честотният обхват се раздели на четири подобхвата
(честоти под 80 Hz, от 80 до 3150 Hz, над 3150 Hz и над 9000 Hz),
като всеки подобхват се обработва самостоятелно. Това решение е
твърде сложно и скъпо конкретно за магнитофоните, където обез-
шумителите намериха най-напред приложение. Предложеният
вариант „Долби В" е по-приложим за целите на битовата звуко-
техника. При него в процеса на запис се повдига нивото на мал-
ките сигнали с честота над 1 kHz, а при възпроизвеждане същите
173
сигнали се потискат. Това се вижда и от честотните характери-
стики, показани на фиг. 3.30 а. За сравнение на фиг. 3.30 б са
показани кривите на компресия и експанзия, използувани преди
предложеното от Долби решение. Вижда се, че компресията и
Фиг. 3.30
експанзията са се прилагали за сигнали със значително ниво, до-
като при системите „Долби" се прилагат за малки сигнали. Уве-
личаването на динамичния обхват при обезшумители по схема
„Долби А“ е от 15 до 18 dB, а за „Долби В“ теоретично е 10—12
dB (практически от 8 до 9dB).
Независимо от получените добри резултати с обезшумителите
„Долби" те имат и някои очевидни недостатъци: не са ефективни
за нискочестотни шумове и изискват определено изходно ниво
на сигнала. Последният недостатък ограничава пълноценното
използване на записи от един магнитофон при възпроизвеждане-
то им на друг, тъй като магнптните ленти имат различна чувстви-
телност. Това нарушава не само линейната зависимост между вход-
ното и изходното напрежение, но води и до изменения на че-
стотната характеристика.
Значителна крачка напред представлява внедряването на
системата „Хай Ком“ (HIGH-COM — съкратено от Hi-Fi COM-
PANDER) на фирмата Телефункен (фиг. 3.31). Тази система има
следните предимства пред системата „Долби В“:
— осигурява с около 10—12 dB по-голямо потискане на нгг
вото на шума;
— потискането на шума се осъществява практически в целия
честотен обхват от 30 Hz до 20 kHz, което означава, че се потис-
кат и фликер-шума и паразитните напрежения на брума с мрежо-
ва честота 50 Hz и нейните висши хармоници.
174
С вграждането на компандер „Хай Ком" в касетофона може да
се намали нивото на шума средне с 20 dB. Въпреки че цената му е
по-висока от тази на използуваната досега в магнитофоните и
касетофоните система „Долби В", предполага се, че той ще намери
по-широко приложение, включително в радио- и телевизионните
приемници и нискочестотните усилватели.
Компандерът представлява-двуполюсна ИС, съдържаща два
еднакви широколентови усилвателя и изправител. Управлява-
щото постояннотоково напрежение, което се получава на изхода
на изправителя С, се използува за изменение на коефициента на
усилване на основния усилвател А и същевременно осигурява
постоянно ниво на сигнала на усилвателя във веригата на ОВ.
Действието на схемата относително не се влияе от изменение™
на параметрите на компонентите, тъй като зависи не от абсолют-
ните, а от относителните им стойности.-Схемата не се влияе и от
изменение™ на параметрите на усилвателния канал или на зву-
коносителя. Например ако на входа на експандера на системата
„Долби В" се подаде сигнал с ниво, различно от номиналното, то-
ва може да доведе до изкривявания на изходния сигнал, докато
при системата „Хай Ком" честотната характеристика не се измени
при изменение нивото на входния сигнал с dB, което пред-
ставлява още едно предимство.
В таблица 3.8 е направено сравнение между компандери от
различии видове. Освен посочените в таблицата, в литературата
могат да се намерят данни и за компандерите „Telcom С4" и „Sli-
ding band" на фирмата Телефункен, за някои шумопотискащи
устройства на фирмите Signetics, Ехаг, Milliard и др., които се
използуват предимно в професионалните апаратури.
175
Таблица 3.8
Сравнение на компандери от различии тяпове
Telefunken DOLBY dBx Процесор
HIGH-COM А в
Постигнато увеличение на динамичния обхват, dB 20 до 20 около 10 ОКОЛО 40
Честотен обхват, Hz иад 30 под 80 803150 над 3150 над 9000 иад 800 (над 1000) нелият об- хват на зву- ковите че- стоти
Брой на управляваиите усилватели в обхвата 3 1 1
Максимален коефициент на хармонични изкривя- ваиия, % 0,4 под 1% до 100Hz<0,5 до 15 kHz <0,1
Нискочестотни шумове потиска потиска без изме- нение потиска
Основии недостатъци — не потиска брума и из- исква определено изходно ииво —
176
ГЛАВА ЧЕТВЪРТА
ЕЛЕКТРОАКУСТИЧНИ ПРЕОБРАЗУВАТЕЛИ
4.1. Електромеханична и електроакустична аналогия
4.1.1. Механична трептяща система
Възникването и разпространението на звуковите вълни ви-
наги се дължи на трептенето на някаква механична система. Пре-
образуването на механичните трептения в електрически и обрат-
но също е свързано с трептенето на механична система. Познава-
фиг. 4.1
нето на основните закономерности, на които се подчинява треп-
тенето на механичните системи, е предпоставка за правилното
възприемане на специфичните особености на електроакустичните
преобр азувател и.
На фиг. 4.1 а е показана схематично механична трептяща сис-
тема със съсредоточени параметри и една степей на свобода1. На
фиг. 4.1 б е показана аналогична трептяща система, на която са
! Трептящата система е с една степей на свобода, ако движещото се тяло
може да трепти само в една посока.
12 Битова звукотехннка
177
подобии много от трептящите системи на електроакустичнит^
преобразуватели. Масата m (kg) на цялата трептяща система е
съсредоточена в движещото се тяло, а гъвкавостта с (m/N) — в
пружината.
Сили на триене възникват само в мястото, където движещото
се тяло опира в неподвижната опора (фиг. 4.1 а) или в мястото
на еластичната връзка на тялото с неподвижната опора (фиг. 4.1 б).
Тези сили пораждат активни механични загуби в системата
конто се измерват в NS/m. Ако върху тялото с маса m се приложи
хармонична външна сила F, съгласно законите на динамиката
тялото ще започне да трепти. За да се получат закономерноститег
на конто се подчинява движение™ на тялото, трябва да се наме-
рят онези зависимости между приложената сила и елементите
на системата, конто позволяват да се определи положение™ на
движещото се тяло във всеки момент от времето. За тази цел се
составят съответните еквивалентни заместващи схе 11.
4.1.2. Механична еквивалентна заместваща схема
на трептяща система
При съставянето на механичната еквивалентна заместваща
схема на трептящата система физичните елементи се заменят със
следните символи:
—m — Маса;
с — гъвкавост;
—=>- г—активно механично съпротивление;
4XJ- z.— механичен импеданс, включващ масата, гъвка-
востта и активного съпротивление.
Външната сила ЕДфиг. 4.1 а, б) преодолява във всеки момент
инерцията на масата zn, съпротивителната сила на пружината с
гъвкавост с и силата на триенето. Следователно трите елемента
на трептящата система под действие™ на силата F~ започват да
трептят с еднаква скорост. Съгласно законите на динамиката
сумата от всички сили, конто действуват върху системата, е рав-
на на нула, т. е. силата F^ е равна на сумата от силите Fm, Fc и
Fr. действуващи върху отделяйте елементи:
F~=Fm+Fc+Fr. (4.1)
Еквивалентната механична заместваща схема, която съответ-
ствува на равенство (4.1), е дадена на фиг. 4.1 в.
178
4.1.3. Електрически трептящ кръг
На фиг. 4.2 е показана еквивалентната заместваща схема на
последователен електрически трептящ кръг със съсредоточени
параметри: индуктивност L,
капацитет С и активно «.про-
тивление /?. Съгласно закони-
те на електротехниката токът,
който протича през трите еле-
мента, е един и същи, а сума-
та от напреженията uL, иси ик
е равна на приложеното външ-
но напрежение и, т. е.
u=uL+uc+uK. (4.2)
Ако външното напрежение и Фиг. 4.2
се измени по синусоидален закон
n=l7Msinfi>/, (4.3)
протичащият ток i ще се измени по същия закон:
i= /msin(<o/4-<p), (4.4 )
където
е амплитудата на приложеното напрежение;
ZM — амплитудата на протичащии ток;
tp —фазовата разлика между тока i и напрежението и.
Амплитудата на тока 1т се определи от зависимостта
където
(4.6)
се нарича модул на електрическия импеданс на трепгящия кръг
като R е активната, а (— реактивната му съставка.
Ако <0/.= ^, (4.7)
за Zt се получава:
Ze=Z(?mln=/?. (4.8)
179
Честотата, за която е изпълнено условието (4.7), се нарича
резонансна честота fG. Тя се определя единствено от параметрите
на кръ’1
f =___L_
7о 2kV LC ’
За резонансната честота, /0 амплитудата на тока през кръга
е максимална:
(4.Ю)
В практиката се използуват предимно ефективните стойности
на напрежението U и тока I, като
rZ_<4»
V2’ V2 ~ Ze'
/тах=^-- (4.12)
4.1.4. Електромеханична аналогия
От сравняването на еквивалентната механична заместваща
схема на механичната трептяща система (фиг. 4.1) и еквивалентна-
та електрическа заместваща схема на електрическия трептящ
кръг (фиг. 4.2), както и на зависимостите (4.1) и (4.2), се вижда,
че между тях съществува пълна аналогия, която се изразява в
следното:
— сумата от силите върху механичните елементи е равна на
приложената външна сила, както сумата от напреженията върху
електрическите елементи е равна на приложеното външно на-
прежение; следователно силата и напрежението са взаимно ана-
логични величини;
— скоростта на трептене на механичните елементи е една и
съща и токът, който протича през електрическите елементи, е
един и същи; следователно скоростта на трептене и протичащият
електрически ток са взаимно аналогични величини.
Посочената аналогия дава достатъчно основание, за механич-
ните трептящи системи да се съставят електрически еквивалентни
заместващи схеми, които да се решават със законите на електро-
техниката. Решаването на електрическите вериги с помощта на
законите на електротехниката е значително по-леко от решава-
нето на механичните системи с помощта на законите на механи-
ката.
180
Аналогията между елементите се определи, като се има пред
вид следното:
— инертността на механичната система се определи от нейна-
та маса /п. а инертността на електрическия трептящ кръг — от
индуктивността L; следователно т и L са взаимно1 аналогични
величини;
— енергията на механичиата система се акумулира в пружи-
ната, а електрическата енергия на трептящия кръг — в конден-
затора, следователно механичната гъвкавост с и електрическият
капацитет С са взаимно аналогични величини;
— активните загуби на енергия и в двете системи се определят
от активните съпротивления — механичного г и електрическото
R9 следователно те също са взаимно аналогични величини.
Определението „взаимно аналогична" величини показва, че
аналогията е обратима и от електрическите заместващи схеми
може да се премине към еквивалентните им механични замества-
щи схеми, а оттам—към механични трептящи системи. Това е
много полезно при синтезиране на трептящи системи по предва-
рително определени изисквания.
Разгледаната аналогия се нарича напрежение—сила. Съще-
ствува и аналогия сила—ток и др.
В табл. 4.1 са дадени аналогичните величини за електромеха-
ничната аналогия напрежение — сила.
Таблица 4Л
Механични величини Еле ктрически величини
Наименование Означение | Символ | Наименование 1 Означение j Символ
Сила Скорост Маса i Г ъвкавост 1 Т V i т с few —®— Напрежение Ток Индуктив- ное? Капапитет Активно съ- противление Импеданс и I L II
Активно съ- противление Импеданс Z с R Z II
181
Като се приложи електромеханичната аналогия, може да
състави еквивалентната заместваща схема на трептящата систем
от фиг. 4.1, дадена на фиг. 4.3. За скоростта на трептене v
получава:
F • F
га4-( <ат—-, ]
\ €ОС /
(4.13)
където v и F са ефективните
стойности на скоростта и си-
лата.
По аналогия и тук zM се на-
рича модул на механичная
импеданс на трептящата си-
стема:
! 7 1 \2
zM=^'r2+(wm-—) , (4.14)
където г е активната съставка
Фиг. 4.3
реактивната
При сот—(4.15)
се получава
Z&тш^Л (4.16)
^^г’тах=-у- (4-17)
Честотата /0, за която е изпълнено равенство (4.15), се нарича
резонансна честота и се определи от елементите на трептящата
система чрез2 зависимостта
/о=-4=- (4-18)
2к у тс •
Резонансните явления възникват твърде често при електро-
акустичните преобразуватели и оказват голямо влияние върху
качествените им показатели.
4.1.5. Електроакустична аналогия
В електроакустиката основни величини са зьуковото наляга-
не р и звуковият поток q. Елементите на акустичната трептяща
система със съсредоточени параметри са акустичната маса та>
182
акустичната гъвкавост са и активного акустично съпротивление
га. Връзките между акустичните и механичните величини са
следните:
р= с.^с.82; (4.19)
О
Тук X е повърхността, през която севъзбужда съответният
акустичен елемент. Тя може да бъде еднаква или различна за
различните елементи.
Между акустичните и електрическите величини съществува
същата аналогия, каквато съществува между механичните и
електрическите. Взаимноаналогични величини в случая са:
звуково налягане — електрическо напрежение; звуков поток —
електрически ток; акустична маса — индуктивност; акустична
гъвкавост — електрически капацитет; активно акустично съпро-
тивление — активно електрическо съпротивление. Символите за
елементите на акустичната трептяща система са същите, както
и за механичната, като означенията носят индекс „а“.
4.2. Електромеханични преобразуватели.
Еквивалентни схеми
Общи сведения. Устройствата, които преобразуват електри-
ческата енергия в механична и обратно, се наричат електромеха-
нични преобразуватели. Устройствата, които преобразуват ме-
ханичната енергия в електрическа, се наричат преобразуватели-
генератори, а устройствата, които преобразуват електрическата
енергия в механична — преобразуватели-двигатели. Преобразу-
ватели-генератори са микрофоните и техните разновидности, а
преобразуватели-двигатели—високоговорителите, слушалките, те-
лефонните капсули, озвучителните тела и пр. Основно свойство
на електромеханичните преобразуватели е обратимостта на про-
несите, които протичат в тях.
Електромеханичен преобразувател-генератор. Той може да се
представи в най-общ вид като електромеханичен четириполюсник,
•еднатастрана (входът)на който е механична, адругата (изходът)—
електрическа. Механичната страна се характеризира със след-
ните величини: механичен импеданс z, сила F, която действува
на входа на преобразувателя и скорост на трептене v, породена
от действието на силата F, а електрическата — с електрически
183
импеданс Zt, който натоварва изхода на преобразувателя, елек-
трическо напрежение U, което се получава на изхода като резул-
тат на трептенията със скорост v и електрически ток /, протичащ
през товара ZT. Връзката между входните и изходните величини,
Фиг. 4.4
конто са разнородни, се осъществява с коефициента на електро-
механична връзка k.
Еквивалентна механична схема. Проти-
чането на електрически ток в изхода е придружено с появата на
сила, която е противопосочна на външната сила F. Това е равно-
силие на входа да се появи механичен импеданс zBH, който се
дължи на пронесите в изхода:
ьг
гВв= ZTZ • <4-20>
Еквивалентната заместваща схема на механичната страна на
преобразувателя е дадена на фиг. 4.4. Тя е получена, като е из-
ползувана електромеханичната аналогия.
Еквивалентна електрическа схема. В из-
хода на преобразувателя възниква електродвижещо напрежение
kF
ЕР= което се дължи на действието на силата F. То предиз-
виква протичането на електрически ток I. Влиянието на меха-
ничната страна на преобразувателя върху електрическата му
страна се изразява в появата на внесен импеданс на изхода ZBH=--
На фиг. 4.5 е дадена електрическата еквивалентна схема на елек-
184
тромеханичния преобразувател-генератор, отнасяща се за не-
говия изход.
Електромеханичен преобразувател-двигател. Той се характе-
ризира с електрически вход и механичен изход. Входът се за-
Фиг. 4.7
Фиг. 4.6
хранва от генератор с е. д. н. Е и изходен импеданс zz. Презвход-
ната електрическа верига протича ток I. На изхода на преобра-
зувателя възниква сила г, която привежда механичната система
с механичен импеданс z и товар zT в трептене със скорост v.
Еквивалентна електрическа схема. Вли-
янието на механичния изход върху електрическия вход се из-
k2
разява в появата на електрически импеданс ZB„— г_|_2т • На
фиг. 4.6 е дадена еквивалентната електрическа заместваща схе-
ма, отнасяща се до входа на преобразувателя-двигател.
Еквивалентна механична схема. Под
действието на протичащия в електрическата страна на преобра-
зувателя ток I в механичната му страна възниква сила F, ко-
ято се определи от зависимостта:
Влиянието на електрическата страна на преобразувателя върху
механичната се изразява във внасянето на механичен импеданс
k2
Като се приложи електромеханичната аналогия,
се получава електрическата еквивалентна заместваща схема
(фиг. 4.7) на механичния изход на преобразувателя-двигател.
185
ГЛАВА ПЕТА
МИКРОФОНИ
Микрофоните са електромеханични преобразуватели-генера-
тори, тъй като преобразуват механична енергия в електрическа.
Полученият на изхода им електрически сигнал ще съответствува
по форма точно на звуковото налягане само ако връзката между
електрическите величини на изхода и механичните величини на
входа на преобразуватели се изразява с линейна зависимост.
Микрофоните отговарят на това изискване. Това може да се види
от съставените еквивалентни заместващи схеми на преобразува-
теля-генератор.
5.1. Осовни параметри на микрофоните
Чувствителност. Ефективността, с която микрофоните преобра’
зуват механичната енергия в електрическа, се определя от полу-
ченото електродвижещо напрежение Е при действие на единица
звуково налягане р върху техния вход (мембраната). Отноше-
нието на Е към действуващото звуково налягане р се нарича
чувствителност А на микрофона:
л?-- <5д)
р Ра 4 9
В някои случаи чувствителността на микрофона се определя
по отношение на напрежението U, което се получава върху опре-
делен електрически товар на изхода му. Обикновено за товар се
използува електрическо съпротивление, което по стойност е
поне три пъти по-голямо от изходното (вътрешното) съпротивле-
нйе на микрофона за честота 1000 Hz. Този товар се нарича но-
минален.
Ниво на чувствителността LA се нарича из-
разеното в децибели отношение на определената чувствителност
към чувствителност Ар~1 V/Pa, приета за реперна:
£л=201ё4-=201ёД, dB. (5.2)
186
Честотна характеристика на микрофона се нарича зависимостта
на нивото на чувствителността от честотата. На фиг. 5.1 е пока-
зана честотна характеристика на микрофон. Вижда се, че за
всяка честота нивото на чувствителността на микрофона е раз-
лично, т. е. микрофонът с различна ефективност преобразува ме-
ханичната енергия на звукового поле в електрическа. Особено
ниска е ефективността на преобразуването за сигналите с много
ниска и много висока честота. Съществуват ед на ниска честота
/н и една висока честота за конто нивото на чувствителността е
по-ниско с определена стойност М от най-високото ниво на чув-
ствителността. Обикновено М = 10—16 dB. Тези честоти се на*
ричат съответно долна и горна гранична честота на ефектиено прео-
бразуване на микрофона, Честстният обхват, заключен между
и се нарича полезен честотен обхеат на микрофона (по-пра-
внлно е да се нарича ефективен честотен обхват).
Поради различната чувствителност на микрофоните за раз-
личните честоти се налага въвеждането на следните допълнителни
понятия:
Номинална чувствителност ЛНом — чувствителността за да-
дена честота или усреднената чувствителност за даден честотен
обхват. Обикновено номиналната чувствителност се определи за
честота 1000 Hz или за октавата със средна честота 1000 Hz.
Характеристична чувствителност Лх — средноквадратичната
стойност на чувствителностите Afi за определени честоти от
полезния честотен обхват на микрофона.
д — \+^4/2 +^/з +* .-+А/Л )
X—у \
187
където Aft се определи за честоти, дадени в стандарта като че-
стоти за акустични измервания (обикновено се използува стан-
дартната поредица с честотно разстояние г/3 от октавата съглас-
но БДС 4841—78);
п е броят на честотите,
терците или октавите, конто
се включват в полезния че-
стотен обхват на микрофона.
Неравномерност на че-
стотната характеристика—
разликата между нивото
на максималната Ьдтах и
минималната LATnin чувстви-
телност в полезния често-
тен обхват на микрофона
(вж. фиг. 5.1).
Характеристика на насо-
ченост G (6) се нарича за-
висимостта на чувствително-
стта на микрофона от ъгъла,
който сключва акустичната
му ос с посоката към звуко-
вия източник. Тази харак-
теристика се определи за редица от честоти или честотни ленти
при постоянно звуково налягане. Обикновено се дава нормира-
наша характеристика на насоченост Go(0) — отношението на
чувствителността Л0, определена при даден ъгъл 0, към осовата
чувствителност До-
О0(6)=4г при р=const и f= const. (5.4)
В практиката се използува нивото на нормираната характери-
стика на насоченост
А
L<W> = Ч“£Ао = 201g -У-, dB. (5.5)
Графиката на характеристиката на насоченост се изобразява в
полярна координатна система и се нарича диаграма на насоченост.
На фиг. 5.2 са показани две диаграми на насоченост, определени
за един и същи микрофон при две различии честоти и /2-
В зависимост от характеристиката на насоченост микрофоните
биват ненасочени, едностранно насочени и двустранно насочени
188
Отношение фронт — тил Qohso — отношение™ на осовата чув.
ствителност Ло на насочен мйкрофон към чувствителността му
Л18о при 0=180° за дадена честота:
Qo/180 = -£?-• (5.6а)
Л180
Обикновеио се използува разликата фронт — тил L qo/1So,
която представлява разликата от нивата наосовата чувствителност
£Ло и на чувствителността ЬАт при 180° на микрофона за дадена
честота:
Lq^—La — Ьдю (5.66)
Индекс фронт — тил. Този показател представлява твърде го-
лям интерес за практиката. Определя се като разлика между
нивата Lp$ и LpT на електрическите мощности, отдавани от мик-
рофона на товара при самостоятелно въздействие на дифузно
звуково поле от предната (фронталната) и задната (тилната)
полусфери (действуващите върху микрофона звукови налягания
от предната и задната полусфера трябва да бъдат равни по голе-
мина:
Lpt' (5-7)
Този индекс показва в каква степей нивото, създавано от
микрофона под действието на постъпващия сигнал от фронталната
полусфера, например от оркестъра, ще бъде по-високо от нивото,
създавано от микрофона поддействиетонапостъпващитеот задната
полусфера шумове, например от публиката. Ако нивата на полез-
ния сигнал и шумоветесаравни, индексът фронт—тил дава пред-
става за големината на потискането на шума в сравнение с по-
лезния сигнал.
Собствен шум на микрофона. На клемите на един микрофон,
поставен извън звуково поле, винаги се измерва някакво електро-
движещо напрежение Еш. То се дължи на флуктуациите на атмо-
сферного налягане и на топлинния шум в електрическата част
на микрофона. Еквивалентното звуково налягане рш на собстве-
ния шум се определя като отношение на Еш към номиналната
о сова чувствителност:
189
Нивото на собствения шум Lm се определи като логаритъм от
отношението на рш към реперного звуково налягане ро=2.10"БРа
«Г
£ш=2О1&^=94+2О1ерш, dB. (5.8>
Нелинейни изкривявания. При преобразуване на звукови сигна-
ли» чнето ниво на звукового налягане попада в зоната на слухо-
вого възприятие, мембранага на микрофона се огклонява незна-
чително ог равновесного си положение. Поради гова преобразу -
ването се осыцесгвява в линеен режим и нелинейни изкривявания
не възникват или са пренебрежимо малки. Едва при звукови на-
лягания с високо ниво (над прага на болезненого усещане) мо-
гат да се получат забележими нелинейни изкривявания, но гаки-
ва налягания не се създаваг ог музика или говор.
Изходен импеданс. Сгойносгга на импеданса, измерен на елек-
трическия изход на микрофона, разположен в свободно звуково
поле, предсгавлява изходнияг импеданс на гози микрофон. Той
е равен на отношението на напрежениего на празен ход към гока
на късо съединение. Обикновено изходнияг импеданс за чесгога
1000 Hz се приема за номинален.
Импедансна характеристика. Това е зависимостта на изходния
импеданс от честотата. Импедансната характеристика на микро-
фоните трябва да се има пред вид при определяне характера на
входния импеданс на усилвателя, към който ще се включва мик-
рофонът.
5.2. Микрофони, приемници на звуково налягане
и на градиент на звуково налягане
В зависимост от конструктивного си оформяне микрофоните
биват приемници на звуково налягане и приемници на градиент
(разлика) на звуково налягане. Това разделяне се определи от
начина, по който звукового налягане действува върху звуковъз-
приемащия елемент на микрофона. То не зависи от начина на пре-
образуване на механичната енергия в електрическа. В повечето
случаи звуковъзприемащият елемент на микрофоните представля-
ва механична трептяща система, която се нарича мембрана. По-
ради това в следващото изложение анализът на явленията, про-
тичащи в микрофоните, приемници на звуково налягане и прием-
ници на градиента на звукового налягане, ще се ограничи само
До действието на звукового налягане върху трептящата система-
190
Микрофон — приемник на звуково налягане. Микрофонът, при
който звуковото налягане може да действува само върху едната
страна на звуковъзприемащня елемент, представлява приемник на
звуково налягане.| Принципната конструкция на такъв микрофон
Фиг. 5.3
Фиг. 5.4
е показана на фиг. 5.3. Той се състои от мембрана 1 с повърхност
S и звуконепроницаема кутия 2, която закрива акустично едната
страна на мембраната, така че променливото звуково налягане р
може да действува само върху другата й страна. За изравняване
иавъншното статично налягане със статичното налягане в обема
иа кутията винаги се осъществява връзка на обема с околното
пространство чрез отвор със съвсем малък диаметър, който нма
много голямо акустично съпротивление.
Звуковите вълни, чиято дължина е значително по-голяма от
размерите на микрофона, оказват еднакво налягане р върху него-
вата мембрана независима от ъгъла 6, под който падат върху
иея. Механичната сила F, която действува върху мембраната на
микрофона, се определи от зависимостта
F-pS. (5.9)
Силата F не зависи от ъгъла на падане на звуковата вълна.
Следователно за сигнали с ниски честоти (голяма дължина на
звуковата вълна) микрофоните — приемници на звуково наляга-
не, са ненасочени, тяхната характеристика на насоченост е сфе-
рична, а диаграмата им на насоченост представлява окръжност
(фиг. 5.4, крива /). За високи честоти микрофонът започва да се
по^явява като насочен приемник и неговата диаграма на насо-
191
ченост се различава от кръговата. На фиг. 5.4 с криви 2 и 3 са
показани диаграмите на насоченост за различии стойности на от.
ношението — (d е диаметърът на мембраната, а Л — дължината на
звуковата вълна). За да бъде насочен един микрофон — приемник
на звуково налягане, диа-
метърът на мембраната му
трябва да бъде по-малък
х о
от 2. За запазване нена-
сочените свойства на да-
ден микрофон до честота
8000 Hz трябва неговият
диаметър да бъде по-ма-
лък от 21 mm. Обикнове-
но микрофоните — прием-
ници на звуковото наля-
гане, са ненасочени. Необ-
Фиг. 5.5
ходимо е да се има пред
вид, че в същност това се отнася за ниските и средните честоти
на звуковия спектър.
Микрофон — приемник на градиента на звуковото налягане»
Микрофон, при който звуковото налягане може да действува.
върху двете страни на мембраната, се нарича приемник на гра-
диента на звуковото налягане. Принпипната конструкция на ме-
ханичната трептяща система на такъв микрофон е показана схе-
матично на фиг. 5.5. Механичната сила F, която разтрептява мем-
браната, е равна на разликата между силата F&, действуваща
върху фронталната страна на мембраната, и силата FT, която
действува върху тилната й страна:
F-Гф—FT. (5.10)
Но
Гф-рф.5; FT-pTS, (5.11)
следователно
Г-(рф-рт).5, (5.12)
т. е. механичната сила F е пропорционална на разликата между
фронталното рф и тилното рт звуково налягане и на площта на
мембраната S.
Разлика между звуковите налягания рф и рт се получава в
два случая:
192
— Когато звуковият източник е в непосредствена близост до
микрофона. В този случай се пЪлучава разлика между амплитуди-
те на двете звукови налягания. При ниски честоти разликата
между фазите е много малка и механичната сила има постоянна,
Фиг. 5.6
независеща от честотата големина. При високи честоти се поя
вява и разлика между фазите, дължаща се на различните пътища,
конто изминава звуковата вълна до предната и задната страна
иа мембраната на микрофона. Поради това с повишаване на че-
стотата механичната сила намалява. Зависимостта на отноше-
нието F/Sp$ от честотата е дадена на фиг. 5.6 (крива 2).
— Когато звуковият източник е на разстояние много по-го-
лямо от размерите на микрофона. В този случай амплитудата
p$m на фронталното звуково налягане е почти равна на амплиту-
дата рТт на тилното звуково налягане. При ниски честоти и
F?=*0, т. е. чувствителносттта на микрофона клони към нула. С
повишаване на честотата нараства фазовата разлика ф, нараст-
ва и механичната сила F, респ. чувствителността на микрофона.
Честотната характеристика на чувствителността на микрофона
за ниските честоти представлява почти права линия, минаваща
през началото на координатната система (фиг. 5.6— крива 1).
За дадени размери на микрофона при определена честота фазо-
вата разлика <р достига 180° и механичната сила F става два пъти
по-голяма от фронтално действуващата F$. При по-високи че-
стоти механичната сила намалява с нарастване на честотата.
От кривите на фиг. 5.6 се вижда, че чувствителността на мик-
рофона — приемник на градиент на звуково налягане за ниски
IS Батова звук ©техника
193
честоти, зависи много от това, дали микрофонът се намира в не
посредствена близост или на значително разстояние от звукови
източник. За високи честоти чувствителността и в двата случая
почти еднаква. Оттук следва една съществена особеност на тез]
фиг. 5.7
Фиг. 5.8
микрофони. Да приемем, че даден тип микрофон е конструирав
така, че чувствителността му за ниски и високи честоти е почти
еднаква, когато е разположен на значително разстояние от зву-
ковия източник. Ако този микрофон се постави в непосредствена
близост до звуковия източник, неговата чувствителност за ниски
честоти нараства, а чувствителността му за средни и високи че-
стоти остава почти непроменена. В резултат на това ще се под-
чертават ниските честоти. Обратно, ако даден микрофон има
равномерна честотна характеристика при разполагане близо до*
звуковия източник, при поставянето му на значително разстоя-
ние от него ще се подчертават високите честоти.
Диаграмата на насоченост на микрофоните — приемници на
градиент на звуково налягане за високи честоти, има вид на ос-
194
мица — фиг. 5.7. Тази диаграма е скметрична спрямо оста 90°—
270°. Конструкцията на микрофона също е симетрична спрямо
равнината, в която се намира неговата мембрана. Поради това
тези микрофони се наричат симетрични приемници на градиен-
та на звуковото налягане.
Разновидност на приемниците на
градиента на звуковото налягане са
асиметричните микрофони — приемни-
ци на градиент на звуковото налягане.
Принципната конструкция на механич-
ната им трептяща система схематично е
показана на фиг. 5.8. Този вид микро-
фони се получава, като към симет-
ричния приемник на градиента на зву-
ковото налягане се свърже звуконе-
проницаема тръба 2, отворена на дру-
гия си край. Принципът на действие е
същият, както и на симетричните прием-
ници, но тук разликата между пъти-
щата на фронталната и тилната звуко-
„180°
Фиг. 5.9
ва вълна е по-голяма.
Диаграмата на насоченост на асиметричните микрофони —
приемници на градиента на звуковото налягане, е кардиоида —
фиг. 5.9.
5.3. Видове микрофони
Въгленови (контактам) микрофони. Те са най-старияттип микро-
фони. Поради голямата им чувствителност понастоящем се из-
ползуват само за предаване на говор в микротелефонните гарни-
тури на телефонните апарати.
Въгленовите микрофони са приемници на звуково налягане,
ненасочени за ниски и средни честоти.
Електродинамични микрофони с подвижна бобина. Тези микро-
фони се конструират като приемници на налягане и като прием-
ници на градиент на налягане.
Принципното устройство на електродинамичен микрофон с
подвижна бобина, действуващ като приемник на звуково на-
лягане, е дадено на фиг. 5.10. Той се състои от магнитна и треп-
тяща система. Магнитната система е предназначена да съз-
даде постоянно по големина и посока магнитно поле в работната
въздушна междина /7, която се състои от постоянен магнит 7,
195
централен полюсен накрайн-ик 2, магнитопровод 3 и горна полюс*
са наставка 4. Всички части на магнитната система освен магнита
не изработват от магнитно мек материал, който оказва малко
съпротивление на магнитния поток. Магнитната индукция в ра-
ботната въздушна межди-
на е В=0,6 -ь 1,0 Т.
Механичната трептя-
ща система на микрофона
се състои от мембрана 9 и
звукова бобина 10. На мем-
браната се придава купо-
лообразна форма, която
има гол яма механична
устойчивост и позволява
мембраната да се олекотя-
ва, като се изработва от
материал с малка дебели-
на (поликарбонатно фолио,
макрофол, полистирол и
други подобии). Мембрана-
та завършва с гофрирана
фиг 5 ю част, с която се закрепва
еластично към корпуса на-
ми крофона. По този начин
се ограничават нейиите степени на свобода и трептенето й се из-
вършва само по посока на оста й. В основата на купола на мем-
браната е залепена звуковата бобина. Тя се разполага в работ-
ната въздушна междина на магнитната система, която е средище
на магнитно поле с индукция В. Профилният пръстен 5 затваря
обема v на магнитната система откъм страната на работната въз-
душна междина, а декоративната капачка 8 предпазва мембраната
на микрофона.
Принципът на действие на микрофона е следният. Звуковото
налягане р действува върху мембраната със сила F=p.S- Площта
на мембраната S е постоянна, следователно F е пропорционална
на налягането р. Силата F разтрептява мембраната, а заедно с
нея и звуковата бобина. При трептенето си звуковата бобина пре-
сича магнитните силови линии и в нея се индуктира е. д. н.
(5.13)
където I е дължината иа проводника, от който е навита звуко-
вата бобина;
196
v— скоростта на трептене на звуковата бобина, която е
равна на скоростта на трептене на мембраната.
Индукцията В и дължината на проводника I са постоянни ве-
личини, конто не зависят от честотата. Тяхното произведение се
Фиг. 5.11
нарича коефициент на електро механична еръзка на електроди-
намичния микрофон
k=B.l. (5.14)
Поради малките амплитуди, с конто трепти трептящата си-
стема на микрофоните, се приема, че fe—const.
Индуктираното е.д.н. Е трябва да бъде постоянно за целия
номинален честотен обхват на микрофона. Това е възможно само
при постоянна скорост на трептене и, а тя ще бъде постоянна, ако
входният механичен импеданс на микрофона е постоянен.
Следователно чувствителността на микрофона ще бъде постоянна
и честотната му характеристика — равномерна за честотния об-
хват, в който входният му механичен импеданс е постоянен.
Напрежението U, което микрофонът отдава на товара (усил-
вателя), се определи от схемата, дадена на фиг. 5.11.
R
(5.15)
където е изходното съпротивление на микрофона.
Зависимостта на напрежението U от честотата се нарича елек-
трическа тоеарна характеристика на микрофона. От (5.15) се
вижда, че за електродинамичен микрофон с подвижна бобина тази
зависимост се определя само от е.д.н. Е.
197
Да се постигне постоянен входен механичен импеданс на
трептящата система на микрофона в широк честотен обхват е сран»
нително трудна задача. Едно от решенията е в значителното увели-
чаване на активните загуби на системата, но в този случай чув-
Фиг. 5.12
ствителността на микрофона ще бъде много малка. По-често се
използуват допълнителни акустични трептящи системи, конто
проявяват резонансните си свойства в определен честотен обхват.
Например такава трептяща система в конструкцията, дадена на
фиг. 5.10, се образува от гъвкавостта с3а на обема v на магнитната
система, масата т2а в каналите 7 и активного акустично съпро-
тивление г2а на елемента 6.
За разширяване на номиналния обхват на микрофона към об-
ластта на ниските честоти се въвежда допълнителна нискочестот-
на корекция. Тя се реализира посредством отвор в централния
полюсен накрайник и магнита на магнитната система, чрез
който обемът под купола на мембраната се свързва с допълнителен
обем, най-често обемът на корпуса на микрофона. Долната гра-
ница на номиналния честотен обхват на електродинамичните мик-
рофонИ|Може да достигне 40 Hz, а горната — до 16—18 kHz. В
областта на ниските и средните честоти (до около 5000 Hz) елек-
тродинамичните микрофони с подвижна бобина — приемници на
налягане, са ненасочени. За по-високите честоти те стават насо-
чени.
На фиг. 5.12 е показан общият вид на електродинамичния мик-
рофон с подвижна бобина тип МД74, който функционира като при-
емник на звуково налягане, а на фиг. 5.13 — неговата честотна
198
характеристика в условия на свободно звуково поле. Парамет-
рите му са:
— номинален честотен обхват ....................... 80—12 500 Hz
— полезен честотен обхват ..............................80—16000 Hz
50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 f
Фиг. 5.13
— неравномерност на честотната характеристика . ...............15 dB
— номинал на чувствителност .......................... 1,0 mV/Ра
— характеристична чувствителност (в обхвата 80—.
12 000 Hz) .................................................1,0 mV/Ра
— диаграма на насоченост .................................кръгова
— номинален импеданс (при 1000 Hz) .....................5004-50 2
— максимално звуково налягане ...........................126 dB
— размери ............................................ 23х 120 mm
— маса .............................................80 g
— препоръчвано товарно съпротивление .......................10002
Принципното устройство на електродинамичния микрофон
с подвижна бобина, действуващ като приемник на градиент на
звуковото налягане, е почти същото, както и на приемник на
налягане. Разликата е само в това, че в корпуса на микрофона и
в неговата магнитна система са направени отвори, през конто
звуковите вълни проникват към трептящата система и от тилната
страна на микрофона. По принцип всеки микрофон — приемник
на налягане, може да стане микрофон—• приемник на градиент на
налягане, ако се пробият отвори в корпуса и магнитната му
система. За да се получи равномерна честотна характеристика
обаче, е необходимо да се вземат специални конструктивни мерки.
Диаграмата на насоченост на тези микрофони има приблизително
кардиоидна форма.
Микрофонът тип МД801, производство на РЕСПРОМ, работа
като приемник на градиент на звуково налягане. На фиг. 5.14 е
199
показан външният му вид, а на фиг- 5.15— честотната характе-
ристика. Този микрофон има следните параметри;
— номинален честотен обхват .........................40—16 000 Hz
— неравиомерност на честотната характеристика ...............15 dB
Фиг. 5.14
400-
_______I______L_______I______I_____!_
40 100 230 500 1000 2000
5000 10000 20000 fa
фиг. 5.15
— номинална чувствителност ................................1 mV/Ра
— форма на диаграмата на насоченост .....................кардиоидна
— средиа разлика между чувствителностите при 0° и 180° . .12 dB
— номинален импеданс (при 1000 Hz).......................200=^50 S
— размери .....................................36 у 165 mm
— маса ..............................................125 g.
Твърде често електродинамичните микрофони с подвижна бо-
бина се конструират така, че да могат да работят и като прием-
ници на звуково налягане, и като приемници на градиент на зву-
ково налягане. Това се постига с превключвател, с който се отва-
200
рят и затваряа отворите в корпуса на микрофона и по такъв
начин се пропускат или спират звуковите вълни, действуващи
от тилната страна на подвижната му система. Такъв е микро-
фоны тип МДПН68, производство на РЕСПРОМ, който има
следните параметри:
Като приемник на градиент на звуково налягане:
— номинален честотен обхват ...............................50—15 000 Hz
— иеравномерност на честотната характеристика .................12 dB
— осова чувствителност ..................................1,25 mV/Ра
— средна разлика между чувствителностите при 0° и 180° . . .12 dB
— форма на диаграмата на насоченост........................кардиоидиа
— изходен импеданс ............................. 200±t:50 £
Като приемник на звуково налягане:
— номинален честотен обхват ...............................50—15 000 Hz
— иеравномерност на честотната характеристика .............15 dB
— осова чувствителност ..................................1,25 mV /Ра
— изходен импеданс ...................................... 200:3:50 Q
Външният вид на микрофона тип МДПН68 е даден на фиг.
5 .16, а честотната му характеристика — на фиг. 5.17.
Фиг. 5.16
Лентови електродинамични микрофони. Принципното им устрой-
ство е дадено схематично на фиг. 5.18. Между полюсните накрай-
ници на магнитната система е разположена тънка метална лента
2, свързана към съгласуващия трансформатор 3. Принципы на
201
действие е същият, както при микрофоните с подвижна бобина.
Разликата е само в това, че лентата 2, която е силно нагъната и
има достатъчно голяма повърхност, служи и катозвуковъзприемащ
елемент (мембрана). Под прякото въздействие на звуковите вълни
лентата започва да трепти в магнитното поле, вследствие на кое-
то в нея се индуктира е. д. н. Поради значителното разстояние
между полюсните накрайници индукцията В в работната въздуш-
на междина е малка, дължината I на лентичката в магнитното поле
е също малка. В резултат на това коефициентът на електромеха-
нична връзка k=B.l, чувствителността и индуктираното е. д. н.
имат малки стойкости. За увеличаване на изходното напреже-
ние на лентовите микрофони задължително се използува нови-
шаващ трансформатор. Поради малката стойност на напреже-
нието в първичната му намотка този трансформатор трябва за-
дължително да се екранира.
Обикновено лентовите микрофони представляват симетрични
приемници на градиента на звуковото налягане. Честотната им
характеристика е равномерна, когато се намират на значително
разстояние от звуковия източник. Ако се поставят близо до из-
точника, се получава повдигане на ниските честоти. За избягване
на това явление лентовите микрофони трябва задължително да
притежават коригиращо звено. Най-често това е дросел с малка
индуктивност Ьдр (фиг. 5.18), свързан паралелно на вторичната
намотка на трансформатора. Съпротивлението на дросела за
ниски честоти е малко и шунтира (входа на усилвателя). Въз-
можно е дроселът да се свързва към различии изводи от вторич-
ната намотка на трансформатора и в зависимост от разстоянието
на микрофона до звуковия източник се осъществява и съответната
202
корекция. Ако микрофонът не е съвсем близо до звуковия източ-
ник, Дроселът се включва паралелно само на част от вторичната
намотка. По този начин товарът на микрофона става честотно
зависим.
Фиг. 5.18
Фиг. 5.19
Лентовите микрофони се характеризират със следните пара-
метри:
— номинален честотен обхват .........................40—16 000 Hz
— неравномерност на честотната характеристика .............4—8 dB
— осова чувствителност ..................................1—3 mV/Ра
— форма на диаграмата на насоченост ...............най-често осмица
— изхсден импеданс ...................................... 200—250 2
Малката дебелина на лентата прави тези микрофони неустой-
чиви към въздействията на вятьра — лентата се разтегля. Затова
те се използуват предимно в закрити по-
мещения.
Произвеждат се и лентови микрофони
с насочено действие — приемници на зву-
ково налягане.
Ковдензаторни (електростатични) мик-
рофони. Принципът на действие на тези
микрофони се основава на зависимостта
на капацитета на плосък кондензатор от
разстоянието между неговите плочи. На
фиг. 5.19 е показано устройството на кон-
дензаторния микрофон. Масивният елект-
род 1 и тънкият електрод 2, разделени
от изолаторната шайба 3 с дебелина а, образуват плосък конден-
затор с капацитет Со. Еквивалентната електрическа схема на свърз-
ване в отсъствие на звуково поле е дадена на фиг. 5.20. Електро-
203
дът 2 е с много малка дебелина, съответно с много малка маса и
служи за мембрана» която трепти под влияние на действуващото
върху повърхността й звуково налягане р. Двата електрода на
кондензатора се свързват към полюсите на източник на постоянно
напрежение Ео> наречено поляризиращо, през товарния резистор
Съпротивлението на този резистор трябва да бъде много
голямо, тъй като капацитетът на кондензатора е малък, а време-
константата то=/?тСо трябва да е достатьчно голяма, така че да
е изпълнено условието
То===/?тСо>71н, (5.16)
където 7Н е периодътна акустичния сигнал с най-ниска честота,
който трябва да се преобразува от микрофона.
Като се включи към поляризиращия източник, след време,
по-голямо от Тн, кондензаторният микрофон се зарежда през
RT до напрежение Ео. Върху електродите му се установява елек-
трически заряд ^0,’определен от зависимостта
Со£о=const. (5.17)
Под действие на звукового налягане р мембраната на микро-
фона започва да трепти. Разстоянието между електродите 1 и 2
на кондензатора се променя — в такт със звукового налягане то
се увеличава или намалява спрямо разстоянието а в отсъствие
на звуково поле. По същата закономерност се изменя и капаци-
тетът между електродите 1 и 2. Между капацитета С, електричес-
кия заряд q и напрежението U на един кондензатор съществува
зависимостта q=C-U. При промяна на капацитета С трябва да се
промени електрическият заряд q или напрежението U (или и
двете величини заедно), така че да не се наруши равенството. При
кондензаторния микрофон промяната на капацитета не може
да доведе до промяна на q, тъй като времеконстантата т0 е много
голяма (по-голяма от периода Ти на акустичния сигнал с ниска
честота). Следователно трябва да се промени напрежението,
действуващо върху електродите 1 и 2. Това е еквивалентно на
поява на е. д. н. е като резултат от действието на звукового наля-
гане.
Напрежението U~върху товарного съпротивление R? ще
бъде приблизително равно на е, ако R? е много по-голямо от
съпротивлението на кондензатора за най-ниската честота fu на
номиналния честотен обхват, т. е.
<518>
204
Неравенство (5.18) може да се удовлетвори при много големи
стойкости на RT — от порядъйа на 100 MQ и повече. Това е така,
защото Со има много малка стойност. Например при Со=1ОО pF и
fH=30 Hz се получава 7?т>50 Мй.
фиг. 5.21
Какви са изискванията по отношение на усилвателя, към който
се включва микрофонът. За да се удовлетвори (5.18), е необходи-
мо /?т да бъде поне 100 МЙ. Входното съпротивление /?Вх у на
усилвателя е товарното съпротивление на микрофона, следова-
телно/?вхУ^Ю0 MQ. Освен това входният капацитетСвху на усил-
вателя трябва да бъде много малък — поне от 3 до 5 пъти по-
малък от Со. В противен случай Свх у шунтира 7?т» тъй като е
включен паралелно на него, както е показано на фиг. 5.20. Това
би довело до намаляване на напрежението върху /?т, т. е. до
намаляване на чувствителността на микрофона. Поради същите
съображения не е желателно кондензаторният микрофон да се
свързва към усилвателя с кабел, тъй като собственият капацитет
на кабела се свързва паралелно на Свх у, т. е. допринася за уве-
личаване на Свх у.
Изискванията за голямо съпротивление RBX у и малък капа-
цитет Свх у се удовлетворяват най-добре, като в корпуса на мик-
рофона се вгради лампов усилвател (катоден повторител) или
транзисторен усилвател, изпълнен с полеви транзистори.
Честотната характеристика на кондензаторните микрофони е
много равномерна — фиг. 5.21. Само в областта на резонансната
честота /0 обикновено се получава повишаване на чувствителността
и съответно връх в характеристиката. Този връх може да се на-
.мали, ако пред мембраната на микрофона се създаде Хелмхолцов
205
резонатор, като за целта се използува предпазната решетка (че-
стотната характеристика, коригирана по този начин, е показана
с пунктир).
Кондензаторните микрофони имат високи качествени пока-
затели. Освен равномерна честотна характеристика в широк номи-
нален честотен обхват те имат малки нелинейни изкривявания»
малки размери, стабилни параметри и пр. Заряди високме си
качествени показатели кондензаторните микрофони — приемници
на градиент на звуковото налягане, се използуват широко за
битови и студийни професионални цели. Честотната им харак-
теристика от 30 до 20 000 Hz има неравномерност 2—4 dB.
Електретни микрофони. По принцип на действие те представля-
ват кондензаторни микрофони с тази разлика, че при тях не е
необходим външен източник на постоянно поляризиращо напре-
жение £0- Предварително единият от електродите им (електретът)
се наелектризира и той запазва това си състояние продължително
време. С течение на времето електретите губят поляризацията си
и трябва повторно да се наелектризират или пък да се заменят
след няколко години с нови. Параметрите на електретните микро-
фони с нищо не се различават от тези на кондензаторните. Тези
микрофони обаче имат високо ниво на собствения шум и това огра-
ничава приложението им в Hi-Fi електроакустичните системи.
Пиезоелектрически микрофони. Пиезоелектрическият ефект се
проявява в кристалите на кварца, сегнетовата сол, калиевия фос-
фат, амониевия фосфат, бариевия титанат и др. Той се състои в
това, че когато върху тънка пластинка от кристала действува
механична сила F, върху двете страни на пластинката се поя-
вяват равни по големина и противоположни по знак електрически
заряди, т. е. получава се потенциална разлика е0. Пластинките се
изработват по строго определен начин. За получаване на преоб-
разувател-генератор (приемник на звуково налягане) е необходимо
да се използуват две еднакви пластинки и в зависимост от взаим-
ного им разположение да се направят изводи или от двете страни
на получения биморфен елемент, или от средата и свързаните
накъсо външни страни, като допиращите се повърхности се мета-
лизират за по-добро контактуване. Външните повърхности също
се метализират и по този начин се получава кондензатор с ди-
електрик кристалната пластина. Потенциалната разлика, която
се появява между електродите на кондензатора, е пропорциона л на
на електрическите заряди върху тях. Зарядите от своя страна са
пропорционални на действуващата механична сила. Следователно
между механичната сила и възникналата потенциална разлика»
206
която представлява електродвижещо напрежение е, съществува
пропорционална зависимост.
Пиезоелектричните микрофони са подобии на кондензаторните.
Поради големия капацитет,
кондензаторните микрофони,
определен от пиезоелектрич-
ната пластинка, тук усло-
вието (5.18) се изпълнява по-
лесно. Освен това за връз-
ка на микрофона с усилвате-
ля може да се използува
кабел, дълъг няколко метра,
без да се намалява чувстви-
телността на микрофона.
В последно време се про-
извеждат микрофони с прис-
тали от бариев титанат, кон-
то запазват качествата си в
около 10 пъти по-голям от този на
Фиг. 5.22
температурен интервал от —
— 150°С до+100°С и не са
хигроскопични. Те обаче имат
по-малка чувствителност, голям а неравномерност на честотната
характеристика и голямо изходно съпротивление. По тези при-
чини пиезоелектрическите микрофони намират приложение за
битови цели, но само в апаратурите за обща употреба.
Електромагнитни микрофони. На фиг. 5.22. е показана схема-
тично принципната конструкция на електромагнитен микрофон —
приемник на звуково налягане. Дейстрието му се основава на про-
мените на магнитния поток през магнитопровода 3, вследствие на
което в бобината 4 се индуктира е. д. н. е. Под действието на по-
стоянния магнит 2 през мембраната 7, магнитопровода 3 и въз-
душната междина 5 между тях протича определен магнитен поток
Ф, чиято големина се определи от магнитното съпротивление Rv
на елементите на веригата, през която протича този поток. В
случая R* се определи главно от съпротивлението на въздушната
междина 5, което е най-голямо. Ако се променя въздушната меж-
дина 5, ще се измени магнитното й съпротивление, а с това ще се
измени големината на магнитния поток Ф. При поставяне на
електромагнитния микрофон в звуково поле под действие на зву-
ковото налягане мембраната му се разтрептява и въздушната
междина се изменя в такт с промените на звуковото налягане.
Измени се и магнитният поток Ф, в резултат на което в бобината
се индуктира е. д. н. а.
207
Електромагнитните микрофоны се използуват предимно за
предаване на говор, като се разполагат близо до звуковия из-
точник (устата на говорещия), защото идеалната честот-
на характеристика на тези микрофони е права със стръмност
6dB/oct. Обикновено номиналният им честотен обхват е 300—3500
Hz при неравномерност =^4 dB спрямо правата със стръмност
6 dB/oct, а изходният им импеданс е 200—1000Й.
5.4. Микрофоны от Hi-Fi клас
Изискванията към тези микрофоны са по-високи от изисквания-
та. предявявани към микрофоните за обща употреба, но по-ниски
от изискванията за микрофоны, предназначены за професионални
цели. Те са формулирани в стандарта на ФРГ DIN 45500 и в
една от препоръките на МЕК- Тъй като препоръките на МЕК са
документ с по-висок ранг от националния стандарт, изискванията
към микрофоните от Hi-Fi клас ще бъдат определены в съответ-
ствие с нея.
Честотна характеристика. Изискванията към честотната ха-
рактеристика се определят иа два етапа. Първо се определи ходът
на типовата честотна характеристика, а след това се определят
допустимите отклонения на индивидуалната честотна характе-
ристика на отделяйте микрофоны спрямо типовата. Това е една
особеност при микрофоните, която е продиктувана от обстоятел-
ството, че различните условия на експлоатация определят и
различии изисквания относно честотната характеристика на мик-
рофона. Например при микрофоните, предназначены за солиста,
честотната характеристика не трябва да бъде хоризонтална права.
Изискванията по отношение на отделяйте елементи на честот-
ната характеристика на микрофоните са:
— Номиналният честотен обхват да бъде не по-тесен от 50 до
12 500 Hz.
— Типовата честотна характеристика се определи от произво-
дителя на микрофона и се отнася само за определен тип микро-
фоны. Тя трябва да се вмества в полето, заградено от начупените
линии а и б, както е показано на фиг. 5.23 за ненасочени и на
фиг. 5.24 за яасочени микрофоны. Ако обявеният от производи-
теля честотен обхват е по-широк от минимално изискващия се
обхват (50 Hz — 12 500Hz), допустимите отклонения за 50 Hz и
за 12 500 Hz, дадени на фиг. 5.23 и фиг. 5.24, се отнасят и за
честотите, конто са под 50 Hz, съответно над 12 500 Hz; така на-
реченото допусково поле се продължава с хоризонтални правы,
както е показано на фигурите с пунктир.
— Индивидуалната честотна характеристика на даден микро-
208
фон трябва да отговаря на типовата честотна характеристика със
следните максимално допустимы отклонения:
в обхвата 50—250 Hz,..±3 dB
в обхвата 250—8000 Hz... ±2,5 dB
в обхвата 8000—12 500 Hz...±3 dB
Освен това наклонът на индивидуалната честотна характери-
стика не бива да превишава:
14 Битова звукотехника
209
в обхвата 250—8000 Hz...6 dB/oct
в обхватите иод 250 Hz и над 8000 Hz до гравиците на обяве-
ния номинален честотен обхват... 9 dB/oct.
Върхове и падини в индивидуалната честотна характеристика
с широчина до х/в октава се пренебрегват.
Ако обявеният номинален честотен обхват е по-широк от об-
хвата 50—12 500 Hz, допустимият толеранс от ±3 dB се отнася
и за обхвата под 50 Hz и над 12 500 Hz.
Чувствителност в свободно звуково поле. Не е определена кон-
кретна стойност, но се изисква индивидуалната чувствителност
на различните микрофони от даден тип да не се различава с по-
вече от ±3 dB от обявената от производителя номинална чувстви-
телност за 1000 Hz.
Диаграма на насоченост. Определя се чрез зависимостта (5.5).
За ненасочени микрофони се изисква при изменение на 6 от 0° до»
90° нивото на нормираната характеристика на насоченост да
не се измени с повече от:
2 dB в обхвата до 1000 Hz;
4 dB в обхвата от 1000 до 5000 Hz;
8 dB в обхвата от 5000 до 8000 Hz.
За насочени микрофони се изисква честотната характеристика,
снета при даден ъгъл, да се различава от честотната характерис-
тика, снета по оста, с не повече от — 4 dB за обхвата 250—8000
Hz; при сравняването трябва да съвпадат точките от х ар актер и-
стиките, съответствуващи на честота 1000 Hz.
Когато нивото на характеристиката за даден ъгъл 6С и да-
дена честота fc е с повече от 12 dB по-ниско от нивото на характе-
ристиката по оста за същата честота fc, отклоненного на характе-
ристиката за ъгьла вс и честотата /с не трябва да се взема пред
вид.
Индекс фронт — тил. Определя се съгласно (5.7). Изисква се
да бъде по-голям от 3 dB в честотния обхват от 250 до 8000 Hz, но*
само за микрофоните с насочено действие.
Гранично звуково налягане. За звуково налягане до 114 dB
сумарният коефициент на хармонични изкривявания не трябва
да надвишава 1 % в честотния обхват 250—8000 Hz. В същност то-
ва е изискване за нелинейните свойства на микрофоните.
Номинално ниво на еквивалентното звуково налягане на соб-
ствения шум на микрофоните. Това ниво трябва да бъде по-ниско
от 26 dB, измерено по крива А.
Към микрофоните, предназначени за употреба в стереофонич-
ни и квадрофонични електроакустични системи, се предявява
още едно изискване: чувствителностите на тези микрофони за
всяка терца от честотния обхват 250—8000 Hz трябва да се раз-
личават помежду си с не повече от 3 dB.
ГЛАВА ШЕСТА
ВИСОКОГОВОРИТЕЛИ
6.1. Определение и класификация
В препоръките на МЕК е дадено следното определение: високо-
говорителят е електроакустичен преобразувател, позволяващ да
се получат акустични трептения в резултат на въздействието на
електрически сигнали и предназначен да излъчва в пространство™
акустична мощност в областта на честотите от звуковия спектър.
Високоговорителите представляват преобразуватели на елек-
трическа енергия в механична. Те са електромеханични преобра-
зуватели-двигатели. Създаденото от високоговорителя звуково
поле по форма ще съответствува точно на електрическия сигнал,
ако зависимостта между механичните величини на изхода и елек-
трическите величини на входа на преобразувателя е линейна,
както бе прието при съставяне на еквивалентните заместващи
схеми на преобразувателите-двигатели.
В зависимост от начина на преобразуване на електрическите
трептения в механични високоговорителите се разделят на: елек-
тромагнитни, електродинамични, електростатични, пиезоелектри-
чески и термойонни високоговорители.
В радиотехническата апаратура и д електроакустичните систе-
ми за озвучаване на открити и закрити пространства се използуват
предимно електродинамични високоговорители, защото те при-
тежават редица експлоатационни и технико-икокомически пре-
димства пред останалите типове. Техническите им показатели
отговарят на изискванията за висококачествено възпроизвеждане
на звукови програми, устойчиви са на въздействието на механични
и климатични фактори и издържат значителни краткотрайни
претоварвания.
В зависимост от начина, по който се осъществява връзката меж-
ду трептящата система на високоговорителя и пространство™,
в което се възбужда звуково поле, се различават: Високогово-
рители с директно излъчване, чиято трептяща система е свързана
непосредствен© с пространство™, в което се възбужда звукового
поле, или се намира в самого звуково поле; рупорни високогово-
рители, чиято трептяща система е свързана с пространство™, в
което се създава звуково поле, посредством акустичен рупор.
211
6.2. Електрически параметри 'на високоговорителите
При разглеждането на основните технически параметри на висо-
коговорителите се използуват никои специфични геометрични по-
нятия, конто ще бъдат уточнени, преди да се дефинират самите
параметри.
Излъчеащо отвърстие на високоговорителите — частта от
равнината, която е връзката между излъчващия високоговорител
и звуковото поле.
Работен център1 на високоговорителите — точката, от която
се измерва разстоянието от високоговорителя до слушателя или
до измервателния микрофон и обикновено е геометричният цен-
тър на симетрия на излъчващото отвърстие.
Работна ос1 на високоговорителите — правата, която минава
през работния център на високоговорителя и е перпендикулярна
на равнината на излъчващото отвърстие.
Високоговорителите като преобразуватели-двигатели имат елек-
трически вход и акустичен изход. Входните параметри характе-
ризират преобразувателя като консуматор на електрическа енер-
гия и се наричат негови електрически характеристики. Те са след-
ните:
Пълно входно електрическо съпротивление (входен електри-
чески импеданс) и номинал но пълно електрическо съпротивление
(номинален импеданс). Входният електрически импеданс ZBX на
високоговорителите се определи както при всички консуматори
на електрическа енергия като отношение на приложеното към
високоговорителя електрическо напрежение 1/вх и протичащия
през него електрически ток /вх:
ZBX=^- (6.1)
1 вх
Зависимостта на входния импеданс от честотата се нарича
импедансна характеристика на високоговорителя.
Номиналното пълно входно електрическо съпротивление (ho-
me налният входен импеданс) представлява стойността на актив-
ного съпротивление, с което се замества високоговорителят при
измерване на електрическата мощност, която черпи от захранва-
щия източник. То е равно на минималната стойност на модула на
пълното електрическо съпротивление на високоговорителя в
1 В някои литературни източници вместо термините работен център и ра-
ботна ос се използуват реперна точка и реперна ос.
212
номиналния честотен обхват. Измерените стойности на модула на
входния импеданс на високоговорителите за която и да е честота
не трябва да бъдат по-малки от 80% от обявената стойност на
номиналния импеданс. Номиналният входен импеданс на високо-
говорителите не е качествен показател, но е важен съгласуващ пара-
метър. При избор на усилвател, с който ще се захранва даден
високоговорител, обезателно трябва да се има пред вид както
стойността на номиналния импеданс на високоговорителя, така
и видът на неговата честотна характеристика. Честотната харак-
теристика на модула на входния импеданс на електродинамични-
те високоговорители с директно излъчване има вида, показан
на фиг. 6.1.
Напоследък се взема под внимание и стойността на активното
съпротивление на високоговорителя (съпротивлението му за по-
стоянен ток). Това е свързано със създаването на усилватели с
безтрансформаторна връзка с товара, при които не се използува
р азделителен ко нде нз атор.
Резонансна честота /0. Резонансната честота на електрсдина-
мичните високоговорители с директно излъчване по принцип не
е електрически параметър, тъй като тя съответствува на състоя-
нието на високоговорителя, при което е настъпил резонанс в
механичната му трептяща система. Но за механичния резонадс се
съди по големината на електрически величини. Резонансната често-
та е тази, при която модулът на пълното входно електрическо
213
съпротивление на високоговорителя получава своя максимум
(при възходящо изменение на честотата).
Резонансната честота на електродинамичните високоговорите-
ли с директно излъчване зависи от параметрите на трептящата
им система—динамичната маса /га и гъвкавостта с:
(6.2)
Качествен фактор Q. Качественият фактор Q на електродина-
мичните високопроизводители с директно излъчване е число, по-
казващо колко пъти реактивного механично съпротивление Хр на
елементите на трептящата система при резонанс е по-голямо от
съпротивлението на активните загуби г.
Определи се от зависимостта]
л_______________ 2тс /о м’ л 1 _ 1 - | т ч z-с
•Ч— 7 — 2izfocr ~ г \ с
Електрическа мощност РеЛ. Електрическата мощност на висо-
коговорителя е еквивалентна на мощността, която се разсейва
върху съпротивление, равно по стойност на модула на номиналния
импеданс (Zhom) на високоговорителя при напрежение, равно на
напрежението на входките клеми на високоговорителя. Тя се
определи с израза
и2
(6.4)
I ^ном I
? Номиналният импеданс на електродинамичните високогово-
рители не съдържа реактивна компонента, така че използуването
на модул в израза (6.4) е продиктувано по-скоро от съображения
за принципност.
Паспортна мощност. Паспортната мощност на високоговори-
телите характеризира тяхната механична здравина. Тя се опре-
дели от производителя в резултат на продължителни изпитвания
с шумов сигнал, който по спектрална плътност съответствува на
средната плътност на музикална и говорна програма, установена
по статистически път. След продължително въздействие на шу-
мовия сигнал (100 часа) високоговорителят трябва да запази
своите електрически качества и механична цялост и в него да не
се проявяват ефекти на звънтене, хриптене и други, конто пре-
чат на нормалното му функциониране. Ефективната стойност на
мощността на шумовия сигнал, която високоговорителят все
още издържа, представлява неговата паспортна мощност.
Номинална мощност. Тя се определя и обявява от производи-
214
теля с оглед на предназначението на високоговорителя в експло-
.атация. Този параметър е свързан с възможностите на електро-
акустичния преобразувател да възпроизвежда продължително
време музика и говор. Номиналната мощност на високоговори-
теля се дефинира и като мощност на усилвателя, към който висо-
коговорител ят може да работи продължително време, без да
настъпят в него електрически или механични повреди.
Производителите определят номиналната мощност на високо-
говорителите чрез продължителни изпитвания с усилватели с
различна мощност при възпроизвеждане на разнообразна музи-
ка и говор. И все пак този параметър е твърде относителен и се
определи значително по-трудно от параметъра паспортна мощ-
ност. Ето защо, когато се сравняват високоговорители по отно-
шение на техните възможности да издържат електрическо нато-
варване, като база за сравнение следва да се приеме паспортната
им мощност.
Максималиа сииусоидална мощност. Това е електрическата мощ-
ност на продължителен синусоидален сигнал с честота, съдържа-
ща се в номиналния честотен обхват, която високоговорителят
може да издържи продължително време, без в него да настъпят
електрически или механични повреди.
Музккална мощност. Тя характеризира нискочестотните високо-
говорители и е равна на максималната сииусоидална мощност.
която високоговорителят може да издържи за кратко време (не
повече от 0,2 s) в частта от номиналния честотен обхват, която се
намира под 250 Hz. Този параметър се използува предимно при
високоговорителите от Hi - Fi клас.
Работна мощност. Това е електрическата мощност, подадена
на входа на високоговорителя, под действието на която той съз-
дава звуково налягане с определена стойност. Определи се (съ-
гласно DIN 45500) като електрическа мощност, от която високо-
говорителят създава в обхвата от 100 до 8000 Hz средно звуково
налягане 1,26 Ра. Съгласно препоръките на МЕК създаваното
средно звуково налягане е 1 Ра (94 dB) при еднакви други усло-
вия.
6.3. Електроакустични характеристики
на високоговорителите
Честотна характеристика на звуковото налягане (честотна
характеристика). Тя представлява зависимостта на създаваното от
високоговорителя звуково налягане от честотата в точка, която
215
се намира на определено разстояние от неговия работен център,
при поддържане на постоянно напрежение на входните му кле-
ми. На фиг. 6.2 е показана примерна честотна характеристика на
високоговорителя.
Ефективен честотен обхват на възпроизвеждане. Честотният
обхват, в който високоговорителят ефективно преобразува елек-
трическата енергия в енергия на звуковото поле, се нарича ефек-
тивен обхват на възпроизвеждане. За даден високоговорител той
се определи като обхват от честотната му характеристика, в
който нивото на звуковото налягане се понижава с определена
стойност по отношение на нивото на средното звуково налягане
в октавата с най-голяма чувствителност, а за високоговорителите
от Hi - Fi клас в честотния обхват от 100 до 8000 Hz. Допусти-
мата стойност на понижаване на звуковото налягане за високого-
ворителите за обща употреба е 10—12 dB, а за високоговорите-
лите от клас Hi-Fi — 8 dB.
Долна гранична честота — най-ниската честота от ефектив-
ния честотен обхват.
Горна гранична честота — най-високата честота от ефектив-
ния честотен обхват.
На фиг. 6.2 са определени долната гранична честота /д, гор-
ната гранична честота/г и ефективният честотен обхват на възпро-
извеждане. За база е приета средната стойност на звуковото на-
216
лягане в октавата с наи-голяма чувствителност при допустима
стойност на понижаване на звуковото налягане за граничните
честоти 10 dB.
Номинален честотен обхват — определи се от производителя
и представлява обхватът от честотната характеристика, в конто
производителят гарантира обявените параметри на изделието.
Той представлява част от ефективния честотен обхват на въз-
произвеждане или най-много съвпада с него, но в никакък слу-
чай не може да бъде по-широк.
Неравномерност на честотната характеристика Л4. Разликата
между нивата на максималното и минималното звуково налягане
в даден честотен обхват се нарича неравноремност на честотната
характеристика в този обхват и се изразява в децибели (dB).
На фиг. 6.2 са отбелязани нивото Lmax на максималното зву-
ково налягане ртах, нивото Lmjn на минималното звуково на-
лягане pmin и неравномерността на честотната характеристика М.
Характеристична чувствителност Лх. Този параметър показва
ефективността на преобразуване на електрическата енергия в
енергия на звуковото поле. Във връзка с характеристичната
чувствителност трябва да се въведе и понятието средно зеукоео
налягане рср, което представлява средноквадратичната стойност
на звуковото налягане, създавано от високоговорителя за опре-
делен честотен обхват в дадена точка на свободно звуково поле.
Определи се с израза
където ръ-.-рп са звуковите налягания за определени честоти;
п е броят на честотите от даден честотен обхват,
за конто е измерено звуковото налягане.
Усредняването се извършва за честотите от стандартната че-
стотна поредица, дадена в гл. 1, съдържащи се в честотния об-
хват, за който се определя рСр- Средното звуково налягане се
определя в Ра, а неговото ниво спрямо налягането 2.10"5Ра —
в dB.
Чувствителността А се определя като отношение на средното
звуково налягане рсР, създавано от високоговорителя за опре-
делен честотен обхват по посока на работната му ос на разстоя-
ние 1 m от работния му център, към квадратен корен от стой-
ността на подаваната електрическа мощност, т. е.
л /’ср ,к„.
jp ’ Vw
\гел ’
217
Чувствителността в номиналния честотен обхват се нарича
характеристична — Лх-
Характеристика на насоченост на високоговорителите —за-
висимостта на звуковото налягане, създавано от високоговори-
теля в дадена точка /И, от ъгъла 0, заключен между работната му
ос и посоката към точката М.
Акустична мощност — пълната акустична енергия, излъчена
от високоговорителя за единица време. Измерва се във W.
Коефициент на полезно действие з]а — отношението между из-
лъчената от високоговорителя акустична мощност РаК и подава-
пата електрическа мощност Рел за дадена честота /:
• (6.7)
Нелинейни изкривявания. Под нелинейни изкривявания се раз-
бира появяването на компонента в излъчвания от високогово-
рителя сигнал, конто отсъствуват в спектъра на входния елек-
трически сигнал и се обуславят от нелинейността на високого-
ворителя. Звуковете, конто се дължат на разтрептяване на шаси*
то или други елементи на високоговорителя, чието предназначе-
ние не е да излъчват, не трябва да се категоризират като нели-
нейни изкривявания.
Нелинейните изкривявания се оценяват посредством кое-
фициента на нелинейни изкривявания, равен на отношението
между спектралните компонента на излъчвания от високогово-
рителя сигнал, конто отсъствуват в спектъра на входния елек-
трически сигнал, към общия изходен сигнал. Съществуват раз-
личии начини за количествена оценка на нелинейните свойства на
високоговорителите. Засега най-широко разпространение е полу-
чил методът на хармоничните изкривявания.
Хармонично изкривяване се нарича нелинейного изкривяване,
което се получава при подаване на високоговорителя на синусо-
идален електрически сигнал с определена честота f. Коефициент
на хармонични изкривявания от n-ти ред dhn за сигнал с често-
та f се нарича отношението между звуковото налягане рп с че-
стотата n.f и общото звуково налягане р, конто се получават при
подаване на високоговорителя на сигнал с честота f и определена
електрическа мощност РеЛ:
(6-8)
Сумарен коефициент на хармонични изкривявания (коефици-
ент на хармониците) се нарича ефективната стойност на всички
218
коефициенти на хармонични изкривявания от л-ти ред при п>2:
(6.9)
С достатъчна за практиката точност dh за високоговорителите
може да се определи само чрез коефициентите на хармонични
изкривявания от втор и и треТи ред.
В пссдздно време придобива популярност друг метод за оцен-
ка нелинейността на високоговорителите — посредством интер-
модул ационните изкривявания. Интермодулационно изкривялане
се нарича нелинейното изкривяване, което се получава при пода-
ване на високоговорителя на два синусоидални електрически сиг-
нала с честоти h и f2, едната от които (fr) е много по-ниска от дру-
гата (f2). Коефициентът на интермодулационните изкривявания
от и-ти ред d£n представлява отношение™ между стойността на
спектралните компоненти на създаваното от високоговорителя зву-
ково налягане с честота /2—(п—l)fi за п>1 и стойността на зву-
ковото налягане с честота f2. По този метод не могат с достатъчна
сигурност да се определят нелинейните свойства на високогово-
рителите. Причините за това са няколко. Първо, на практика е
трудно да се измери коефициентът на интермодулационни изкри-
вявания за всички честоти (fr) от номиналния честотен обхват в
комбинация с определена честота /2 с цел да се изследва даден
високоговорител. Вариранетоие честотата f2 затруднява още пове-
че измерването. Провеждането на ограничен брой измервания от
своя страна не може да даде достатъчно информация за оценка
на високоговорителя, тъй като винаги може да се намери такава
честота f2j за която d£n да има малки стойности. Второ — между
хармоничните и интермодулационните изкривявания при високо-
говорителите винаги съществува определена зависимост — висо-
коговорител, който има голям коефициент на хармонични изкри-
вявания, има и голям коефициент на интермодулационни изкри-
вявания; високоговорител с малък коефициент на хармонични
изкривявания има и малък коефициент на интермодулационни
изкривявания. Не може обаче да се твърди обратното, че високо-
говорител с малък коефициент на интермодулационни изкривя-
вания има малък коефициент на хармонични изкривявания или
внася малки изкривявания. Следователно при високоговорителите
е достатъчно да се знае големината на коефициента на хармонич-
ни изкривявания в номиналния честотен обхват (или дори в част
от него), за да се оцени, тяхната нелинейност. Обявяването на
219
коефициента на интермодулационни изкривявания има главно
рекламен характер.
Преходни процеси. Те са свързани с инертността на високого-
ворителите като електромеханични преобразуватели. Ако даден
високоговорител излъчва сигнал с определена честота и внезапно
се прекрати подаването на електрическа енергия, той ще про-
дължи да излъчва още известно време. Именно това време пред
ставлява времето или продължителността на преходните проце-
си. Аналогично, когато високоговорителят се включи към източник
на електрически сигнал, той започва да излъчва постепенно, като
след известно време, което е също време на преходните процеси,
достига установения си режим.
Продължителността на преходните процеси на високоговорите-
лите е много важна тяхна характеристика. При възпроизвежда-
не на музика или говор високоговорителят е подложен на не-
прекъснати промени на амплитудата и честотния спектър на по-
давания сигнал. Може да се каже, че високоговорителят нормално
функционира в преходен режим. Ако преходните му процеси са
много продължителни, той ще възпроизвежда много лошо музи-
калните и говорните картини независимо от това, че останалите
му параметри могат да бъдат много добри. Колкото по-кратки са
преходните процеси на високоговорителя, толкова по-естествено
ще звучат възпроизвежданите от него музика или говор.
6.4. Устройство и принцип на действие
на електродинамичните високоговорители
На фиг. 6.3 е даден напречен разрез на електродинамичен висо-
коговорител с директно излъчване. Той е изграден от следните
съставни части: магнитна система 7, звукова бобина 2, мембрана 3,
трептилка 4, гънки (гофър) 5, корпус 6 и изводи 7.
Магнитната система създава постоянно магнитно поле в про-
странството, в което е поставена звуковата бобина. През провод-
ника на звуковата бобина протича променливият ток на сигнала,
от чието взаимодействие с постоянното магнитно поле възниква
електродинамичната сила, разтрептяваща звуковата бобина. Мем-
браната е здраво залепена към звуковата бобина и трепти заедно с
нея, при което създава в околното пространство звуково поле,
Трептилката центрова звуковата бобина в работната въздушна
междина на магнитната система, като й позволява да се движи са-
мо по направление на оста си. Гънките служат за окачване на
мембраната към корпуса на високоговорителя и заедно с трептил-
220
ката осигуряват на трептящата система движение с една степей
на свббода. Корпусът е предназначен за закрепване на всички ча-
сти на високоговорителя и за закрепване на'самия високоговори-
тел към съответното устройство, в което ще се вгражда. С изводи-
те се осъществява електрическата връзка на източника на напре-
жение със звуковата бобина. В една от изводните клеми или в не-
посредствена близост до нея трябва да се означи поляритетът на
високоговрителя (обикновено със знак + или цветна точка). По-
ляритетът се определи в зависимост от реакцията на високого-
ворителя при прилагане на електрическо напрежение с определена
посока. Ако към изводите на високоговорителя се включи източ-
ник на постоянно напрежение, като към извода + се свърже по-
ложителният му полюс, мембраната трябва да се придвижи на-
пред — по посока на излъчването. Поляритетът на високоговори-
телите има голямо значение в случайте, когато два или повече
високоговорители създават общо звуково поле.
6.5. Видэз? елекгродина мични високоговорители
Присъединителни параметри. За високоговорителите това са
номиналният импеданс и номиналните и монтажни размери.
Номинален импеданс. Голямото разнообразие от но-
минални импеданси на високоговорителите, което практически е
неограничено, се оказа съществена пречка за тяхната взаимоза-
меняемост. Съгласно международн итепрепоръки БДС 4947—79
221
Таблица 6.1
М по ред 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Номинален им- педанс, 2 2 4 8 15 25 50 100 1 । 400 800
допуска произвеждането на високоговорители с номиналните им-
педанси, дадени в табл. 6.1.
Номинални и монтажни размер и. Въз основа
на препоръките на МЕК и СИВ номиналните и монтажните раз ме-
ри иа произвежданите високоговорители в нашата страна са стан-
дартизирани в БДС 4947—79.
Класификация. В зависимост от това, дали високоговорители-
те са предназначени да възпроизвеждат самостоятел но цел и я звуков
спектър, който съществува като електрически сигнал на изхэда
на дадено радиотехническо устройство, или само ограничена часг
от него, те биват широколентови, нискочестотни, средночестот-
ни и високочестотни.
Шир околентови високоговорители. Основ-
ните изисквания към тях са: висока чувствителност, широк ефек-
тивен честотен обхват на възпроизвеждане, ниска цена, техно-
логично (високопроизводително) производство, сравнително малки
нелинейни изкривявания и неравномерност на честотната харак-
теристика.
При конструирането на тези високоговорители се прави ком-
промис между изискванията за висока чувствителност, от една
страна, и за малка неравномерност на честотната характеристика»
малки нелинейни изкривявания и кратки преходни процеси — от
друга. Компромисът е в полза на чувствителността, като оста-
налите параметри са в рамките на допустимите норми за нормал-
но възпроизвеадане. Освен това за добро възпроизвежцанэ на
ниските честоти се налага балансирано да се повишава долната
гранична честота и да се понижава горната гранична честота /г,
така че да не се подчертават нито ниските, нито високите честоти.
Нискочестотни високоговорители. Те тряб-
ва да вьзпроизвеждат сигнали с честота до 2000—4000 Hz. В
случай че работят съвместно със средночестотен високоговорител,
достатъчно е да възпроизвеждат сигнали с честота до 500—800 Hz.
Следователно при тях отпада изискването да възпроизвеждат ефек-
тивно високите, а в някои случаи — и средните честоти, но се
завишават изискванията за ефективно възпроизвеждане на ни -
ските честоти.
222
Разделянето на честотния спектър се реализира предимно в
апаратурите от Hi-Fi клас. Този факт определи и останалите
изисквания към нискочестотните високоговорители — малки не-
линейни изкривявания» малка неравномерност на честотната ха-
рактеристика, кратки преходни процеси и ненасочено излъчване.
Характеристичната чувствителност, т. е. ефективността на пре-
образуване на високоговорителя, и неговата маса са второстепен-
ни показатели. Необходимого звуково налягане се създава чрез
преобразуването на по-голяма електрическа мощност. Ето защо
нискочестотните високоговорители се характеризират с голяма
паспортна или номинална мощност, което е продиктувано и от
изискването за неизкривено възпроизвеждане на звукови картини
с голям динамичен обхват.
Конструкцията на високоговорителя трябва да позволява го-
ляма амплитуда на трептенията на подвижната му система, без
при това да възникват нелинейни изкривявания. Ето защо е необ-
ходимо гъвкавостта на окачване да остава постоянна при значи-
телни отклонения от равновесного положение. Това се реализи-
ра, като трептилката се прави с голям диаметър, а гънките й —
със сравнително голяма повърхност. За да се избегне опасността
от излъчване на гънките, те се изработват от каучукова смес или
от гумиран плат. Най-добър резултат се получава при използу-
ването на микропореста каучукова смес. Звуковата бобина тряб-
ва да бъде значително по-висока от височината на работната въз-
душна междина, с което се избягват нелинейните изкривявания
при големи амплитуди. Проводникът на звуковата бобина е със
сравнително голям диаметър, за да издържа големите електриче-
ски натоварвания и да не се разрушава при консумирането на
голяма електрическа мощност.
За по-добро възпроизвеждане на ниските честоти е необходимо
площта на мембраната да бъде голяма, но тя се ограничава от раз-
мерите на високоговорителя. Самата мембрана трябва да бъде
достатъчно здрава и да не се огъва под действието на значителни
електродинамични сили. За целта напоследък в целулозните смеси
за мембрани на нискочестотни високоговорители се поставят раз-
личии примеси.
Един от рекламните параметри на нискочестотните високого-
ворители е големината на работния магнитен поток. Той трябва
да бъде достатъчно голям, за да се получат кратки преходни про-
цеси. Поради това магнитните системи на тези високоговорители са
големи и масата им достига до 4—5 kg.
У нас се произвеждат много и различии нискочестотни високо-
говорители. На фиг. 6.4 е даден външният вид на нискочестотен
223
високоговорител тип ВКН 1031 с номинален диаметър 200 mm, а
на фиг. 6.5 — честотната му характеристика, снега при елек-
трическа мощност 1 W на разстояние 1 m по посока на оста (кри-
ва 1) и на същото разстояние, но на 15° от посоката на оста (кри-
ва 2). На фиг. 6.6 са показани честотните характеристики на вто-
рия dA2 и на третия dA3 хармоник, измерени при средно ниво на
звуковото налягане 96 dB (в обхвата 100—4000 Hz). Паспорт-
ната мощност на този високоговорител е 40 W, резонансната му
честота — под 30 Hz, а номиналният му импеданс — 8 Q. Остана-
лите параметри могат да се отчетат от характеристиките.
Средночестотни високоговорители. Обик-
новено средночестотните високоговорители трябва да възпроизвеж-
дат сигналите от честотния обхват 500—5000 Hz. Ако се има пред
224
вид единствено това изискване, почти всеки високоговорител за
обща у потреба може да го удовлетвори. Но това не е достатъчно.
Неравномерността на честотната характеристика на средночестотни-
те високоговорители не трябва да надвишава =t4 dB спрямо сред-
ното й ниво. Изискванията
за малки нелинейни изкривя-
вания и кратки преходни
процеси са също високи.
Всичко това налага да се
конструират и произвеждат
специални средночестотни ви-
сокоговорители .
Произвеждат се три ос-
новни разновидности средно-
честотни високоговорители —
конусни, куполни и рупор-
ни, като се предпочитат
куполните. У нас се про-
L,dB
woo
L+30dE>
П£-
200
WOO
фиг. 6.6
извежда средночестотен ку-
полен високоговорител тип ВСК5231. Основните му електроакустич-
ни показатели са: паспортна мощност 20 W, номинален честотен
Ра
обхват от 630 до 5000 Hz, характеристична чувствителност 0,63^,
неравномерност на честотната характеристика—не повече от 8 dB
фиг. 6.7
и номинален импеданс 8 й. На фиг. 6.7 е показан външният вид
на този високоговорител, на фиг. 6.8 — честотната му характе-
ристика при електрическа мощност 1 W на разстояние 1m по
оста (крива 1) и на 15° от оста (крива 2), а на фиг. 6.9 — честот-
ните характеристики на втория dh2 и третия dft3 хармоник.
15 Битова звукотехника
225
Високочестотни би сокоговорители. Основ-
ните изисквания по отношение на тези високоговорители са: ви-
сока горна гранична честота, равномерна честотна характеристи-
ка, малки нелинейни изкривявания и широка пространствена ха-
рактеристика на излъчване. Произвеждат се също в три основни
Фиг. 6.8
226
варианта — конусен, куполен и рупорен. Те трябва да възпро-
извеждат честотния обхват от 2—5 до 15—20 kHz.
Куполните високочестотни високоговорители имат никои пре-
димства пред останалите: поради мал ките размери на купола
излъчват насочено едва при твърде високи честоти; чувствител-
Фиг. 6.10
Lp.dB
Фиг. 6.11
ността им е не по-малка от тази на конусните високоговорители;
малка маса на трептящата система, което позволява да се конструLi-
pa високоговорител с висока горна гранична честота — над
20 kHz; кратки преходни пронеси (пак поради малката маса);
малки нелинейни изкривявания; възможност да се получи доста-
тъчно равномерна честотна характеристика. Поради тези пре-
димства те са намерили много широко разпространение.
У нас се произвеждат два типа куполни високочестотни висо-
коговорители. Първият от тях — ВКВ2531, е с оксидна магнитна
система и диаметър на звуковата бобина 25 mm. Номиналният
му импеданс е 8 2 (произвежда се и вариант с номинален импе-
227
дане 4 Й — тип ВКВ2521). Въшнният вид на ВКВ2531 е даден
на фиг. 6.10. Основните му показатели са: паспортна мощност
20 W; номинален честотен обхват 2—16 kHz; неравномерност на
честотната характеристика не повече от 12 dB (в обхвата 2—8 kHz
Фиг. 6.12
са (масата на трептящата система е
кратки преходни процеси. Наред с
към претоварвания и към удари.
не повече от —4 dB); харак-
теристична чувствителност, не
по-малка от 0,4 Ра/ (фак
тически около 0,6 Pa/^/W); кое
фициент на хармониците, не
по-голям от 1 % (измерен при
вредно звуково налягане 90
dB); намаляване на излъчва-
нето на =±=15° от оста— не по-
вече от 4 dB. Честотната ха-
рактеристика на ВКВ2531 е
дадена на фиг. 6.11.
Лентовите високочестотни
високоговорители са от електро
динамичен тип с подвижна
лента и акустичен рупор. Те
имат някои безспорни предим-
ства пред куполните и ко-
нусните — почти безинертни
много малка ) и имат много
това обаче са чувствителни
228
У нас се произвежда само един тип лентой високочестотен
високоговорител — ВЛД40 (модернизация на ВЛД12, произвеж-
дан доскоро). Външният му вид е показан на фиг. 6.12, а честот-
ната му характеристика на фиг. 6.13. На същата фигура са пока-
зани и честотните характеристики на хармониците dh2 и dh3.
Паспортната мощност на ВЛД40 е 40 W, а останалите параметри
могат да се отчетат от честотната му характеристика.
229
ГЛАВА СЕДМА
ОЗВУЧИТЕЛНИ ТЕЛА
7.1. Акустично оформяне на високоговорителите
7.1.1. Високоговорители без акустично оформяне
При трептенето си мембраната на високоговорителя променя
състоянието на въздуха и от двете си страни, като сгъстяването
на въздуха от едната страна е съпроводено с разреждане от дру-
гата. В резултат на това възникват предна и задна звукова вълна,
конто са дефазирани на 180° (половин дължина на вълната). Зву-
ковото налягане в дадена точка от пространството ще бъде сума
от звуковите налягания, създавани от предната и задната звуко-
ва вълна. При много ниските честоти звуковото налягане ще бъде
минимално. Условията, при конто звуковото налягане в дадена
точка е минимално (в частей случай кула) в резултат на действие-
то на противофазни налягания от предната и задната звукова въл-
на на високоговорителя, се наричат условия на акустично късо
съединение. Такива условия могат да се създадат, ако високогово-
рителят не е оформен акустично. Тогава той почти не създава
звуково налягане в пространството, а неговата трептяща система
само премества въздушна маса от предната към задната си стра-
на и обратно. С увеличаване на честотата дължината на звуковата
вълна намалява и разликата между пътищата на предната и задна-
та звукова вълна става съизмерима с нея. При определена често-
та тя става равна на половината от дължината на вълната и фа-
зовата разлика между двете звукови налягания става равна на
0е (или 360°), в резултат на което общото звуково налягане достига
максимална стойност. При по-натат ъ шно увеличаване на често-
тата звуковото налягане се намалява отново до някакъв мини-
мум и т. н.
7.1.2. Акустичен екран
За избягване акустичното късо съединение в областта на ни-
ските честоти високоговорителите се монтират към някаква аку-
стична преграда, която разделя предното и задното звуково поле
230
я се нарича акустичен екран. Ако преградата е с неограничени раз-
мера няма никакво влияние между тези две полета. В този слу-
чай се говори за предно и задно полупространство. На практика
юбаче високоговорителите се монтират към акустичен екран с
крайни размери — например кутията на радио- или телевизион-
ния приемник и звуковото налягане се създава от едновременното
действие на предната и задната звукова вълна. Ако високого-
ворителят е разположен в средата на кутия с цилиндрична форма,
акустично късо съединение се осъществява само за сигналите с
много ниска честота. Съществуват обаче и честоти, за които зву-
ковото налягане ще бъде много малко.
Ако високоговорителят е монтиран несиметрично в кутия с
паралелепипедна форма, пътищата, които изминава задната зву-
кова вълна, заобикаляйки кутията, в различните „точки са раз-
личии. Сумарното звуково налягане, което се създава от задната
звукова вълна в дадена точка, ще се изменя по големина и фаза
с изменение на честотата, но не може да стане равно по голе-
мина и противоположно по фаза на звуковото налягане, създава-
но от предната полувълна, т. е. не съществуват условия за аку-
стично късо съединение (с изключение на най-ниските честоти.
където това е възможно). С увеличаваненачестотата звуковото на-
лягане нараства плавно.
7.1.3. Затворен обем
Най-ефикасното средство за избягване на акустичното късо
съединение е високоговорителят да се монтира към определен за-
творен обем, при което звуковото наляга-
не в озвучаваното пространство ще се съз-
дава само от предната звукова вълна. Ви-
сокоговорител с такова акустично офор-
мяне се нарича озвучително тяло със зат-
ворен обем (фиг. 7.1). Обикновено се из-
ползува кутия 2 с обем V и със стеки от
дървен материал — шперплат или плочи
от дървесни частици. Основного изисква-
не е стените на кутията да не се раэтреп-
тяват под влияние на звуковото налягане
в нейния обем, а високоговорителят 1 да
бъде уплътнен добре към кутията.
Всеки затворен обем въздух, който се
разтрептява през определен отвор, може
да се разглежда за ниските честоти (за Фиг. 7.1
231
размери, по-малки от дължината на вълната) като съсредоточеи
акустичен елемент — гьвкавост. Стойността на акустичната гьв-
кавост се определя с израза
P.O
където
V е затвореният обем;
ф — константа, която се определя от отношението на спе-
цифичните топлини на газа при постоянно наляганэ
и постоянен обем (за въздуха ф=1,4);
ps — статичното налягане, което за атмосферния въздух на
морското равнище е 105 Ра.
Механичната гъвкавост Су на обема V се определя от зависи-
мостта:
<7-2>
където S е площта на отвора, през който се възбужда звуков ото
налягане в затворения обем.
7.2. Еквивалентна електрическа заместваща схема
на трептящата система на озвучително тяло
със затворен обем
Трептящата система на озвучителното тяло представлява факти-
чески трептящата система на високоговорителя, поставена в аку-
стично взаимодействие със затворения обем V, който се разглеж-
да като акустичен елемент с гьвкавост cVa . За анализ на проне-
сите, конто протичат при функционирането на озвучителното тя-
ло, е необходимо да се познава механичната (или акустичната)
му заместваща схема. За удобство обаче се прилага електромеха-
ничната (или електроакустичната) аналогия и механичната за-
местваща схема се представя като електрическа. По този начин
се получава еквивалентната електрическа схема на механичната
трептяща система на озвучителното тяло, дадена с плътна линия
на фиг. 7.2а. Високоговорителят е определен от елементите т, г и
с, за конто са отчетени променените условия на неговата работа*
произтичащи от монтирането му към затворен обем. Масата tn
включва масата на мембраната, масата на звуковата бобина и при-
съединената маса на сътрептящия въздух само от предната стра-
на на високоговорителя. Гъвкавостта с се определя от еластичност-
232
та на окачване на подвижната система на високоговорителя и не
се променя от монтирането му към затворения обем. Активните
загуби г включват загубите в местата на окачване на подвижната
система, внесените акгивни загуби от електрическата страна в ме-
Sj
Фиг. 7.2
ханичната и загубите поради излъчване (т. нар. съпротивление
на излъчване) само в свободного пространство — излъчването в
обема се приема равно на нула.
Гъвкавостта су на обема е свързана последователно с елемен-
тите на високоговорителя, защото под действието на силата F
въздушните частици в обема V трептят със същата скорост на треп-
тене, с каквато трептят елементите на високоговорителя. На ра-
венство на скоростта в механичната схема съответствува равен-
ство на тока в електрическия й еквивалент, а през елементите про-
тича един и същи ток, ако са свързани последователно, т. е. ако
233
образуват една верига. Ако се обединят гъвкавостите Су и с, се
получава еквивалентна гъвкавост (фиг. 7.26)
(7.3)
Вижда се, че q<c, като неравенството е толкова по-силно из-
разено, колкото гъвкавостта cv на обема е по-малка от гъвкавост-
та на високоговорителя с.
7.3. Озвучително тяло с фазоинвертор (басрефлекс)
Фиг. 7.3
Принципната конструкция на озвучително тяло с фазоинвертор
е дадена в разрез на фиг. 7.3. То представлява озвучително тяло
със затворен обем, на което е направен допълнителен фазоинвер-
тиращ отвор. Този отвор свързва зат-
ворения обем с пространство™, в кое-
то високоговорителят създава звуково-
то поле. Обикновено той представлява
тръба 3 със сечение S$ и дължина
Предназначението на басрефлекса е да
подобри излъчването на озвучителното
тяло в областта на ниските честоти.
При движение™ на мембраната на
високоговорителя навътре в затворения
обем тя предизвиква сгъстяване на
въздуха и налягането в обема V се
увеличава. На входа на фазоинверто-
ра действува определена сила, породена
от налягането в обема, която привежда
в движение въздушната маса на фазоин-
вертора. В резултат на това от изхода на фазоинвертора в околно-
то пространство се предизвиква сгъстяване на въздуха, т. е. възбу-
жда се звукова вълна. В следващия момент мембраната на високо-
говорителя се придвижва напред и също предизвиква сгъстяване
на въздуха пред себе си, т. е. също възбужда звукова вълна. Ако
двете звукови вълни, създадени от мембраната на високогово-
рителя и от изходния отвор на фазоинвертора, са във фаза, зву-
ковото налягане р в пространство™ пред озвучителното тяло ще
се увеличи. По такъв начин с помощта на фазоинвертора част от
234
енергията на задната звукова вълна се излъчва в пространство-
то на предната звукова вълна.
Двете звукови вълни могат да бъдат във фаза само ако фазо-
инверторът създава звукова вълна със закъснение половин пе-
риод. Във всички останали случаи двете звукови вълни са дефа-
зирани помежду си и общото звуково налягане ще бъде по-малко
от алгебричната им сума.
За определена честота трептящата система, определена от гъв-
кавостта на обема cv и масата на фазоинвертора се намира
в състояние на резонанс. Тази честота се нарича резонансна че-
стота на фазоинвертора f0 ф и се определя от зависимостта
Лф 2^^ '
(7.4)
Обикновено резонансната честота на фазоинвертора е равна
или малко по-ниска от резонансната честота на високоговорителя.
Само при това условие се подобрява излъчването на сигналите
с ниска честота.
На фиг. 7.4 са дадени примерни честотни характеристики за
ниски честоти на озвучително тяло със затворен обем (крива 1)
н на озвучително тяло с фазоинвертор (крива 2).
При анализа на явленията в озвучително тяло с фазоинвер-
тор се приема, че параметрите на озвучителното тяло не се про-
р, ?а
менят след реализиранена допълнителния отвор, т.е. че резонанс-
ната честота и качественият фактор на високоговорителя, монтиран
към затворения обем, не се променят след поставянето на фазо-
инвертора. Това обаче не е вярно. Трептящата система на озву-
чителното тяло сепроменя. В неговата еквивалентна електрическа
235
схема, дадена на фиг. 7.2а, паралелно на гъвкавостта на обема
cv се свързват масата и активного съпротивление гф на фазо-
инвертора, както е показано с пунктир. При новото акустично
натоварване високоговорителят ще има друга резонансна често-
та /от ф, която е различна от /от; качественият фактор QT ф също
ще бъде различен от QT. Зависимостите на измененията на ре-
зонаисната честота и качествения фактор от параметрите на си-
стемата са твърде сложни и тук няма да се разглеждат. Необхо-
димо е обаче да се посочи, че обикновено са спазени съотноше-
нията:
/отф</от» Qt$<Qt (7-5)
Следователно излъчването на ниските честоти от озвучително
тяло с фазоинвертор се подобрява и поради по-доброто излъчва-
не на тези честоти от самия високоговорител, което се дължи на
намалената му резонансна честота. Подобрява се и качеството на
възпроизвеждането в резултат на намаляването на качествения
фактор.
Конструкторите на озвучителни тела с фазоинвертори трябва
да имат пред вид, че скоростта на трептене на въздуха във фазо-
инвертор а не трябва да достига големи стойкости поради опас-
ност от завихряне на въздушния поток, при което се влошава ка-
чеството на възпроизвеждане. Освен това масата на фазоинвер-
тора тф не трябва да бъде много голяма, защото ще се удължат
чувствително преходните процеси.
У нас се произвежда само едно озвучително тяло с фазоин-
вертор тип ОТ 8/8/4 с търговско наименование „Микро“ със след-
ните параметри: паспортна мощност 8 W, номинален импеданс
4Q. обем 8 dm3, честотен обхват 80—15 000 Hz.
7Д. Озвучителни тела с пасивен излъчвател
Този вид озвучителни тела по същество са разновидност на
озвучителните тела с фазоинвертор. Принципната им конструк-
ция е показана на фиг. 7.5. На мястото на фазоинвертора е по-
ставена трептяща система (мембрана) с маса /пп, гъвкавост сп и
активно съпротивление гп. Еквивалентната заместваща схема на
озвучително тяло с пасивен излъчвател се получава от тази на
озвучително тяло със затворен обем (фиг. 7.2а), като паралел-
но на с у се свържат елементите на пасивния излъчвател.
Действието на пасивния излъчвател е аналогично на действие-
то на фазоинвертора. Като черпи енергия от задната звукова въл-
236
На» той създава звукова вълна в пространство™ пред озвучител*
ното тяло, която е дефазирана на ниските честоти спрямо задната
я е почти във фаза с предната звукова вълна. Излъчването на па-
сивния излъчвател по принцип е по-малко от излъчването на фа-
зоинвертора. Ето защо се налага площта
на пасивната мембрана Sn да бъде значи-
телно по-голяма от площта на сечението
на фазоинвертора 8ф. Обикновено 8ф=
= (0,2—0,3)S, aSn~S (S е площта на из-
лъчване на високоговорителя).
Едно от предимствата на озвучително
тяло с пасивна мембрана се състои в то-
ва, че резонансната честота на пасивна-
та мембрана
Г _ 1
оп — ~ .---—
(7.6)
може да се установи на желаната стойност
сравнително лесно. Това се постига чрез Фиг. 7.5
увеличаване масата на пасивния излъчва
тел най-често с добавяне на някаква допълнителна тежест (изме-
нение™ на масата на фазоинвертора се осъществява чрез промя-
на дължината или сечението на тръбата, което не винаги може да
се реализира в желаната степей). По-важно е предимството, че с
пасивната мембрана се отстранява опасността от завихряне и
свързаните с него изкривявания. Нафиг. 7.4 е показана пример-
на честотна характеристика в областта на ниските честоти на
озвучително тяло с пасивен излъчвател — крива 3.
Пасивната мембрана също оказва влияние върху резонансна-
та честота и качествения фактор на високоговорителя, монтиран
към озвучителното тяло, но поради крайната стойност на гъвка-
востта сп това влияние е по-слабо изразено.
От казаното става ясно, че фазо инверторът и пасивният из-
лъчвател функционират на един и същи принцип и ако са пра-
вилно конструирани, допринасят за подобряване излъчването на
ниските честоти. Във връзка с това озвучителното тяло с пасивна
мембрана трябва да се нарича озвучително тяло с фазоинверти-
ращ пасивен излъчвател.
У нас не се произвеждат еднолентови озвучителни тела с паси-
вен излъчвател. В любителски конструкции такива тела могат
да се реализират, като за пасивен излъчвател се използува мембра-
ната на същия нискочестотен високоговорител, който е монтиран
237
в тялото. Към мембраната трябва да се залепи допълнително ня-
какво тяло, чието тегло е 3—4 пъти по-голямо от нейното соб-
ствено тегло. За препоръчване е това да бъде метален диск, за-
лепен към върха на конуса на мембраната.
7.5. Основни електрически и елекгроакуст ични
параметри на озвучигелните тела и факт ори,
от който зависят
Резонансна честота на озвучително тяло. Това е резонансната
честота на монтирания в озвучителното тяло нискочестотен висо~
коговорител. Резонансната честота for на озвучителното тяло със
затворен обем, т. е. на високоговорител, монтиран към затворен
обем (вж. фиг. 7.2 б), се определя от зависимостта:
4=-=—(7-7>
2т: \!тсе 'mccv у cv
VC+CV
Вижда се, че резонансната честота на озвучителното тяло е по-
висока от тази на високоговорителя, монтиран на безкраен аку-
стичен екран. При това нарастването на /от зависи от отношение-
то —. С намаляване гъвкавостта на обема cv отношението — се
cv с у
увеличава и резонансната честота на озвучителното тяло също
нараства. За да не се увеличава резонансната честота на озвучи-
телното тяло, е необходимо гъвкавостта на обема Су да бъде го-
ляма (по възможност значително по-голяма от с). Но на практи-
ка Ако се замести Су от (7.2) в (7.7), за резонансната че-
стота на озвучителното тяло се получава
/от=/оу/ 1 + Ж ^7'8)
Следователи© само ако S е много малко, а V — много голямо, е
възможно да се получи /от—/о- Отту к се нал ага много важният
извод, че при зададен обем на озвучителното тяло, ако се изпол-
зува високоговорител с по-малка звукоизлъчваща повърхност S,
резонансната честота на озвучителното тяло ще бъде по-ниска
или по-точно резонансната честота на високоговорителя в озву-
чителното тяло ще нарасне в по-малка степей. Ако обаче високо-
говорителят с по-малка звукоизлъчваща повърхност има зна-
238
чително по-висока резонансна честота, и резонансната честота на
озвучителното тяло ще бъде също по-висока.
Нискочестотните високоговорители имат твърде големи стой-
кости на гъвкавостта на окачването. Например за високоговорител
с резонансна честота 30 Hz и маса на подвижната система 20 g
гъвкавостта на окачване е
-----—Ц-------= 1,38.10"3 m/N. (7.9)
Гъвкавостта на затворен обем 20 dm3 с диаметър на отвора
18 шт, определена съгласно (7.3), е 0,22.10-3 m/N. Ако biico*
коговорителят се монтира към този затворен обем, неговата
резонансна честота ще се измени на
/ot=/oJ 1-Ь— =80 Hz. (7.10)
От приведения пример се вижда, че резонансната честота на
озвучителното тяло се определи главно от масата на трептящата
система на високоговорителя и гъвкавостта на затворения обем.
С цифровите данни от примера се получава
^т= ... __ = 76 Hz.
mcv
(7.11)
Разликата между for и /'от е незначителна (само 5%). Този
резултат показва, че не е необходимо да се увеличава гъвкавостта
на високоговорителя, ако гъвкавостта на обема, към който ще
се монтира, е много по-малка от нея. В‘ случая, когато с у, се
казва, че е реализирано „въздушно окачване" на подвижната
система на високоговорителя (възможно е да се срещне и като
„акустично окачване").
От извършения анализ може да се направи заключение, че за
реализиране на ниска резонансна честота на озвучително тяло
със затворен обем е необходимо използуваният високоговорител
да бъде с достатъчно ниска собствена резонансна честота и мал-
ка звукоизлъчваща повърхност, а затвореният обем да бъде го-
лям — да представлява гъвкавост с голяма стойност.
Качествен фактор. Качественият фактор на озвучително тяло
със затворен обем QT (вж. фиг. 7.2 б) се определи от следната за-
висимост:
239
Качественият фактор на озвучителното тяло QT е толкова по-
голям от качествения фактор на високоговорителя Q, колкото е
ло-голяма резонансната честота на озвучителното тяло от тази
на високоговорителя. Следователно за реализиране на озвучи-
телно тяло със затворен обем с малък качествен фактор е необхо-
димо използуваният високоговорител да има също малък каче-
ствен фактор и обемът на озвучителното тяло да бъде голям. Ако
тези условия не са изпълнени, трябва да се търсят начини за до-
пълнително намаляване на QT (ако QT>1).
Върху стойността на качествения фактор оказва влияние и
големината на еквивалентната звукоизлъчваща повърхност на ви-
сокоговорителя. При по-малка повърхност QT нараства в по-мал-
ка степей спрямо Q. По отношение на качествения фактор на озву-
чителни тела с обем до 30 dm3 добри резултати се получават с ви-
сокоговорители с номинален диаметър 160—200 шш.
Върху качествения фактор на озвучителните тела може да се
влияе по различии начини, най-универсалният от които е чрез
използуване на звукопоглъщащ материал, с който се запълва це-
лият обем на озвучителното тяло или част от него. По този начин
акгивните загуби на трептящата система на озвучителното тяло
се увеличават и стават по-големи от загубите на трептящата си-
стема на високоговорителя. Количество™ на използувания зву-
копоглъщащ материал зависи от вида му и от това с колко трябва
да се понижи QT. Обикновено то се определя опитно. Много под-
ходящ звукопоглъщащ материал е ямболенът на влакна. За озву-
чителни тела с обем до 30 dm3 е достатъчно да се поставят 100—
150 g ямболен, а за озвучителни тела с обем около 50 dm3 — не
повече ог 250 g ямболен.
Не бива да се забравя, че запълването на обема на озвучител-
ното тяло със звукопоглъщащ материал води до промяна на на-
чина на свиване и разреждане на въздуха в него — процесът ста-
ва изотермичен вместо адиабатичен, в резултат на което в идеал-
ния случай ф=1 и гъвкавостта на обема се увеличава 1,4 пъти.
Това е еквивалентно на увеличаване на обема на тялото с 40%.
Увеличаването на гъвкавостта намалява качествения фактор и
резонансната честота на озвучителното тяло.
Ефективен честотен обхват. Еквивалентната електрическа заме-
стваща схема на озвучителното тяло от фиг. 7.2 е идентична с та-
зи на високоговорителя. От това следва, чей факторите, от които
зависи честотният обхват на озвучителното тяло, са идентични
с тези при високоговорителя. Долната гранична честота на озву-
чителните тела зависи, както и при високоговорителите, от ре-
зонансната им честота и стойността на качествения фактор. Необ-
240
ходимо е да се има пред вид, че най-добро възпроизвеждане на
ниските честоти се получава, ако озвучителното тяло има каче-
ствен фактор QT—1- За получаване на тази стойност е необходи-
мо качественият фактор на високоговорителя да бъде Q=0,5-^-0,7.
От друга страна, е установено, че за получаване на високо каче-
ство на субективното възприятие качественият фактор и резонанс-
ната честота на озвучителното тяло трябва да се намират в опре-
делено съотношение. Стойността 1 е оптимална за озвучител-
ни тела с резонансна честота /©т=50 Hz. Ако /от>50 Hz, ка-
чественият фактор Qt трябва да бъде по-голям от единица, а
ако /оТ<50 Hz, трябва и QT<1.
Долната гранична честота на озвучнтелните тела сфазоинвер-
тор или с пасивен излъчвател в значителна степей се определя от
ефективността на излъчване на фазоинвертора (пасивния излъч-
вател). При оптимално съгл асу ване на излъчването им с това иа
нискочестотния високоговорител може да се получи долна гра-
нична честота, по-ниска с една трета до една октава от долната
гранична честота на озвучителното тяло със затворен обем.
Теоретично горката гранична честота се определя единствено
от тази на високоговорителя. На практика известно влияние оказ-
ва декоративното оформяне на озвучителното тяло — намираща-
та се пред високоговорителя решетка от плат, метал, пластмаса
или друг материал. Желателко е този елемент да не оказва влия-
ние върху качествените показатели на озвучителното тяло, да бъ-
де акустично прозрачен. В този смисъл за добри се приемат деко-
ративните елементи, конто намаляват звуковото налягане за сиг-
налите с честота 20 kHz с не повече от 0,5 до 1 dB.
Чувствителност и неравномерност на честотната характеристи-
ка. По принцип те се определят главно от високоговорителите.
Както беше посочено, в областта на ниските честоти върху хода
на честотната характеристика оказва влияние големината на обе-
ма на озвучителното тяло 1/т. Този обем определя до известка сте-
пей резонансната честота и качествения фактор и по този начин
влияе върху нер ав номер ността, а също и върху чувствителността
на озвучителното тяло. Влияние върху честотната характеристи-
ка на озвучителното тяло оказва и декоративната решетка. Ако
е от метал или от пластмаса, за отделни честоти тя може да се ока-
же в състояние на резонанс и да започне да излъчва. Независимо
от материала на решетката може да се получи заглаждане на
честотната характеристика, дължащо се на промяна в интерфе-
ренционное явления.
Нелинейни изкривявания. В областта на ниските честоти не-
линейните изкривявания на озвучително тяло със затворен обем са
16 Битова звукотехиика
241
чувствително по-малки от тези на високоговорител, монтиран към
акустичен екран с крайни размеры или високоговорител без аку-
стично натоварване. Това се дължи на обстоите л ството, че екви-
валентната гъвкавост на трептящата система на високоговорителя
в затворения обем намалява зкачително — от с тя става се. В ре-
зултат на това под действието на определена сила трептящата
система на високоговорителя ще трепти с по-малка амплитуда
в затворения обем, отколкото в свободно пространство, вследствие
на което нелинейните изкривявания в областта на ниските че-
стоти ще бъдат по-малки.
Вижда се, че влияиието на затворения обем върху парамет-
рите на озвучителното тяло е различно. За да се получат ниска
резонансна честота и малък качествен фактор е необходим голям
обем, а за да се получат малки нелинейни изкривявания в област-
та на ниските честоти — малък обем. Следователно при конструи-
рането на озвучителни тела трябва да се търси оптималният обем,
който да задоволява възможно най-добре тези противоречиви изиск-
вания. Естествеко този оптимален обем зависи най-вече от разме-
рите на високоговорителя. Въз основа на обобщены резултати, по-
лучены при измерване на голям брой озвучителни тела, производ-
ство на различии фирми, в табл. 7.1 са дадени препоръчваките
стойкости на оптималння обем VT opt на озвучителните тела в за-
висимост от номиналния диаметър Оном на високоговорителя.
Т а б л и ц а 7.1
i г» 1 mm 125 160 200 I 250 315
I Ч opt' dm3 3-12 14—18 20-25 . 30—35 45 -60
В областта на средните и високите честоти акустичното офор -
мяне не оказва влияние върху нелинейните изкривявания на
озвучителното тяло и те се определят само от високоговорителите.
Насоченост на озвучителните тела. Насочеността за дадена
честота се определи единствен© от размерите на високоговорителите
Известно влияние може да окаже и акустичното оформяне на висо-
кочестотните високоговорители. Ако тези високоговорители се мон-
тират от вътрешката страна на лицевата дъска на озвучителното
тяло, отворът в лицевата дъска ще допринася за увеличаване на
насочеността им. Ето защо високочестотните високоговорители
(особено куполните) се монтират от предната страна на лицевата
дъска.
242
Преходни процеси. Те се определят главно от качествения фак-
тор на озвучителното тяло — колкото по-нисък е качественият
фактор, толкова по-кратки ще бъдат преходните процеси. Запъл-
ването на обема на озвучителното тяло със звукопоглъщащ ма-
териал намалява продължителността иа преходните процеси, тъй
като увеличава активните загуби на системата п намалява каче-
ствения фактор. Озвучително тяло без звукопоглъщащ материал
ьъзпровзвежда твърде „размазано", неясно дадена музикална кар-
тина поради значителната продължителноет иа преходните про-
цеси. След поставяне на звукопоглъщащ материал възпроизвеж-
дането става чисто и ясно.
7.6. Основни параметри на озвучителните
тела ст Hi-Fi клас
Доскоро единственият документ, който определите изпеква-
нията относяо изделията от Hi-Fi клас, бете нанионалният стан-
дарт на ФРГ DIN 45500, приет неофикпално като международен.
През 1978 г. в СИВ се утвърди стандартът за Hi-Fi озвучителни
тела. Тъй като изискванията в двата документа са твърде близки,
ще бъдат разгледанисамсосновните параметри, посочени в СТ СИВ
1356—78.
— Честотен обхват с долна гранична честота, не по-висока от
50 Hz, и горна гранична честота, не по-ниска от 12 500 Hz (соглас-
но DIN 45500—16 000 Hz). Долната и горната гранична честота
се определят като честоти, за конто звуковото налягане е с 8 dB
по-ниско от средното звуково налягане за обхвата 100—8000 Hz
— Неравномерност на честотната характеристика, не по-го-
ляма от допусковото поле, дадеко на фиг. 7.6 (с пунктир са дадени
изискванията по DIN 45500). Нивото LCp трябва да съвпада с ни-
вото на средното звуково налягане за обхвата 100—8000 Hz.
— Нивото на средното звуково налягане в обхвата 250—8000 Hz
да не се различава за отделимте образци от даден тип озвучителни
тела с повече от 3 dB.
— Честотните характеристики, определени по работната ос и
на — 15° от нея в хоризонталната и вертикалната равнина на озву-
чителното тяло при наслагване една върху друга не трябва да се
различават с повече от 4 dB за нито едка честота в обхвата 250—
8000 Hz. Ако положение™ на озвучителното тяло при експлоа-
тацията му е определено едкозначно, достатъчно е това изисква-
не да се удовлетворява само в хоризонталната равнина. Честотна-
та характеристика се определя задължи телно чрез шумов сигнал
243
с широчина 1/3 от октавата. Препоръчва се измерването да се
извършва в условията на свободно полупространство.
Озвучителното тяло да може да създава в обхвата 100—
8000 Hz на разстояние 1 ш от работния център по посока на ра-
ботната ос средне звуково налягане с ниво 95 dB. Това налягане
се нарича номинално. а консумираната при това електрическа
мещнзет — работна. Тя не трябва да бъде по-голяма от паспорт-
ная уощност на озвучителното тяло.
— Коефициентът на хармонични изкривявания в обхвата 250—
1000 Hz да бъде ^3%, в обхвата 1000—2000 Hz да не превишава
стойностите, определени от правата линия, която се получава, ка-
то се евържат течните, съответствуващи на 3% при 1000 Hz и на
1% при 2000 Hz, а в обхвата 2000—8000 Hz— ^1%. Измерва-
нето на коефициента на хармонични изкривявания се извършва,
като на озвучителното тяло се подава електрическа мощност, в
обхвата 250—1000 Hz, равна на работната мощност, в обхвата
1600—2000 Hz — на 0,5 от работната мощност, и в обхвата 2090—
8000 Hz — на 0,25 ст работната мощност.
— Препоръчва ее номиналният импеданс да бъде 4 или 8 Q.
— Музикалната мощност трябва да бъде не по-малка от 10 W.
Озвучнтелните тела, конто не стговарят дор и на едно от
изискванията за категория Hi-Fi, се категоризират като озвучи-
телки тела за обща у потреба.
244
7.7. Електрически разделителям филтри
Да се получи високакачествено възпроизвеждане на целия зву.
ков спектър само с един високоговорител е много трудна, на прак-
тика нерешима задача. Ето защо звуковият спектър се раздели
на подобхвати, всеки от конто се възпроизвежда от високоговори-
тел, конструиран съобразно изискванията за качествено възпро-
извеждане на този обхват. За да се осъществи разделянето, се
използуват електрически разделителям филтри. По принцип филт-
рите са електрически вериги, който проявяват избирателям свой-
ства по отношение на честотата на сигналите.
В резултат на многобройни субективни прослушвания е уста-
новено, че конструкцията на филтъра оказва зкачително влия-
ние върху качеството на озвучителните тела. От един комплект
високоговорители с много високи качествени показатели, комби-
ниран с неправилко изчислен филтър, ще се получи озвучително
тяло, което няма да звучи добре. Подрсбният анализ на причините
за това не е обект на разглеждаке в книгата.
Електрическият филтър е пасивна или активна електрическа
верига, която пропуска без или с пренебрежимо малко затих ва-
не електрическите сигнали от определен честотен обхват и не
пропуска или пропуска с голямо затихване сигналите с честоти
извък този обхват.
На фиг. 7.7 е дадена схемата на свързване на разделителен
филтър към източник на електрическо напрежение и кснсума-
тор. Въведени са следките означения:
е — електродвижещо напрежение на захранващия генератор;
— вътрешно съпротивление на захранващия генератор;
и Д — входно напрежение и входен ток на филтъра;
245
IK и /2 — изходно напрежение и изходен ток на филтъра;
Рт — консуматор — товар на филтъра.
7.7.1. Основяи параметры на филтрите
Коефициент на предаете К — отношението на изходното към
входното напрежение:
(7.13)
Напэеженията и г и U2 имат комплексен характер, т. е. те се
характеризират с определена големина и определена фаза.
Фазова разлика <р—ъгълът на дефазиране между изходното
и входното напрежение. В най-общия случай напреженията t/2
и Ui са дефазирани едно спрямо друго на някакъв ъгъл <р, от кое-
то следва, че коефициентът на предаване К има комплексен ха-
рактер, т. е. той също се характеризира с определена големина
(модул К) и определена фазова разлика <р. Обикновено модулът К
и фазовата разлика ф зависят от честотата на предавания сигнал f.
В практиката е прието вместо коефициента на предаване К да се
използува нивото L*j на изходното спр ямо еходисто напрежение
L-j =20 log % dB.
(7.14)
Входен импеданс Z^x — отношение™ на входното напреже-
ние Оц към ВХОДНИЯ ТОК /1.
Консумирана електрическа мощност —
Отдазана мощност Р? —
Рг
(7-16)
Разделителна честота fr — честотата, за която отдаваната
върху товара електрическа мощност е определено число пъти
(обикновено 2 или 4) по-малка от мощността, която се отдава при
честота, клоняща към безкрайност, нула или някаква друга пред-
варително определена стойност.
Амплитудно-честотна характеристика — зависимостта на мо-
дула на коефициента на предаване от честотата f на предавания
246
сигнал. Нарича се още и само честотна характеристика на фил-
тър а.
Фа^ово-честотна характеристика — зависимостта на фазо-
вата разлика <р от честотата на предавания сигнал.
7.7.2. Видове филтри
Нискочестотен филтър — филтър, който пропуска електрически
сигнали с честота от нула до определена честота и не пропуска
сигналите с честота, по-висока от /в. Честотата fn се нарича горна
гранична честота на филтъра. Идеалната честотна характеристи-
ка на нискочестотен филтър е дадена на фиг. 7.8 а.
Високочестотен филтър — филтър, който пропуска всички сиг-
нали с честота, по-висока от определена честота /м, и не пропуска
сигнали с честота, по-ниска от fH. Честотата /н се нарича долна
гранична честота на филтъра. Горната гранична честота на висо-
кочестотния филтър клони към безкрайност. Идеалната честотна
характеристика на високочестотен филтър е дадена на фиг. 7.8 б.
Фиг. 7.8
Лентов филтър — филтър, който пропуска сигналите от даден
честотен спектър, определен с долна гранична честота /н, и горна
гранична честота и не пропуска сигналите с честоти извън то-
247
зи спектър. Идеалната му честотна характеристика е дадена на
фиг. 7.8 в.
Разликата между нивата на коефициента на предаване на фил-
търа за две честоти от неговата облает на непропускане, конто се
намират на интервал една октава (отношението им е равно на 2),
се нарича стръмност на срязване (dB/oct).
Най-високият степенен показател на честотата, участвуващ
в израза за коефициента на предаване на филтъра, определи сте-
пента или реда на филтъра.
В зависимост от реда на филтъра се различават следнмте ви-
дове филтри:
Ни с к очестотен разделителен филтър от
първи р е д. Ако към високоговорител с номинален импеданс
Zr се евърже последователно една бобина с индуктивност
248
както това е показано на фиг. 7.9 а, се получава нискочестотен
разделителен филтър от първи ред. От фигурата лесно може да
се определи модулът на коефициента на предаване:
а от него нивото Lu на £72 спрямо £7/.
и Z
Lu = 201g = 201g - (7.18)
На фиг. 7.9 6 е показана зависимостта на Lv от честотата f.
Стойността на £н се определя от условието: за разделителната че-
стота /р мощността Рр върху високоговорителя да бъде равна на
половината от мощността Ро, която той консумира при честота
на сигнала, клоняща към нула. Приема се, че в областта на про-
пускане филтрите не внасят никакво затихване, т. е. коефициентът
/<©=1 или нивото на £72 спрямо иг е £^—0 dB. Освен това се
приема, че входният импеданс на високоговорителя ZBX р за раз-
делителната честота /Р е чисто активен и по големпна е равен на
номиналния импеданс, т. е.
ZBXp = Zr = /?г. (7.19)
Необходимо е да се има пред вид, че второго допускане не ви-
наги е вярно, т. е. равенство™ (7.19) не винаги се удовлетворя-
ва. Но тъй като това няма да внесе съществени грешки при опре-
деляне на елементите на филтрите, може да се пренебрегне. При
тези предпоставки се получава
р., 1
р; =74о„== ^r-н^н)2 ' ”20)
Решението на (7.20) спрямо £н дава търсената зависнмост
L"~ 2«/р ’
(7.21)
За честоти f>/P се получава to£B>/?r. Следователно събирае-
мото Zr под корена на (7.17) и (7.18) може да се пренебрегне и
се получава
£г=201ё_Л__.
2тг/£н ’
(7.22)
249
Вижда се, че К и Ll зависят обратно пропориионално от че-
стотата, затова и филтърът е от първи ред. Освен това се устано-
вява (7.22), че стръмността на срязване е 6 dB/oct.
Изменение™ на индуктивността на бобината води единствено
до изменение стойността на /Р. Следователно стойността на LH се
определи от (7.21) само от съображения за получаване на избра-
ната разделителна честота.
Високочестотен разделителен филтър от
първи ред. Ако последователно на високоговорител с номи-
нален импеданс Zr се свърже кондензатор с капацитет С, се по-
лучава високочестотен разделителен филтър от първи ред —
фиг. 7.10 с. В случая за модула на коефициента на предаване К
се иолучава
25в
(7.23)
съответно за ниво so па U2 спрямо
£v=20 lg §=201g
(7-24)
Честотната зависимост на Lv е дадена на фиг. 7.10 6.
Стойността на С се определя от условието: за разделителната
честота /р мощността Рр върху високоговорителя да бъде равна на
половината от мощността която той консумира при честота на
сигнала, клоняща към безкрайност (или поне f>fp). За този фил-
тър се приема, че /<=1 за (или т. е. /<оо= 1 или Lu^=
=0 dB. Тук също се приема, че (7-19) е в сила. При тези условия
се получава
(7.25)
а от решението на (7.25) спрямо С—
С---------
2./р/?г
(7.26)
При честота се получава >Zr. В подкоренната вели-
чина ва (7.23) и (7.24) може да се пренебрегне събираемото Zv и
тогава
K=2rJCZr = 2rfCRr; Lur=20]g27cfCRr.
(7.27)
Вижда се, че /\ и Lr нарастват право пропорционално на че-
стотата f на първа степей и затова този филтър е от първи ред.
От (7.27) се установява, че стръмността на срязване е 6 dB/oct.
Стойността на кондензатора С се определя от изискването за
получаване на определена разделителна честота fp, като за цел-
та се използува зависимостта (7.26). Големината на С не оказва
влияние върху останалите параметри на разделителния филтър.
Средночестотен филтър от първи ред. Ве-
ригата, състояща се от последователно свързани бобина с индук-
тивност L, кондензатор с капацитет С и високоговорител с импе-
251
дане Zr^7?r> представлява средночестотен филтър от първи ред —
фиг. 7.11 а. Нафиг. 7.11 бе показана честотната характеристика
на такъв филтър. Стойността на L се определи от зависимостта
(7.21), като f? се замести с /рг» а стойността на С— от зависимостта
(7.26), като [р се замести с fpl.
С)
Фиг. 7.11
Нискочестотен филтър от втор и ред. ПрШр
ципната му схема е дадена на фиг. 7.12 а. Изграден е от два peav
тивни елемента — бобина с индуктивност LH, свързана последа
вателно на високоговорителя, и кондензатор с капацитет Си, евъ^х
зан паралелно на високоговорителя. Приема се, че равенств^
(7.19) е в сила и в този случай.
Въз основа на схемата модулът на изходното напрежение 0^
на филтъра се определи от зависимостта
252
Целесъобразно е да се направят следните полагания:
1 ' 1
Wp :s® , ИЛИ у© ——— ~ у
V L„.ca 2kJah.c„
2~~х — т. нар. нормирана честота'.
(7.29)
(7.30)
я/- = <»р.сн:/?7 у с; ч?а
(7.31)
Като се направят затлгстванията в изразите за коефициента на
яредавасе и за L^a, се получават следните зависимостти:
253
LUn=-201g ^хЧ- (Qh-2) . x2+ 1 . (7.33)
Вижда се, че модулът на коефициента на предаване /<н зави-
си от нормираната честота х и от параметъра QH, следователно от
честотата f и от елементите на филтъра.
На фиг. 7.12 6 са построени няколко честотни характеристики
на никочестотен филтър от втори ред за различии стойкости на
параметъра QK. По абсцисната ос е нанесена нормираната често-
та х. Тези характеристики илюстрират казаното за характера на
зависимостта (7.33). Освен това се вижда, че стръмността в област-
та на непропускане на всички честотни характеристики клони
към стойността 12 dB/oct. Около честотата fp стръмността зависи
от параметъра QH. При малки стойности на Ол тя е по-голяма,
а при големи стойности на QH — по-малка.
Твърде често филтрите, подобии на показания на фиг. 7.12а,
се наричат филтри на Батърворт (Butterworth), макар че Батър-
ворт е предложил само метода за апроксимиране на честотната
характеристика на коефициента на предаване на филтрите, така
че да се получи максимално плоска честотна характеристика в
областта на пропускане. За нискочестотен филтър от втори ред
такава характеристика се получава при параметър
о—ty'F-''2- <7'34>
При тази стойност на QH нивото при f-fP е по-ниско с
3 dB от нивото в областта на пропускане, т. е. толкова, колкото
трябва да бъде за разделптелната честота. Следователно условия*
та (7.29) и (7.34) образуват система и са достатъчни за определяне
стойностите на елементите LH и Сн на филтъра:
fe”? (7’35>
v 2 р
с — 1
2V2x/p/?r
Това са основните зависимости за изчисляване стойностите
на елементите на нискочестотен филтър на Батърворт от втори
ред.
Високочестотен филтърот втори ред. Прин-
ципната му схема е дадена на фиг. 7.13 а. Условията за разглеж-
дане на включения високочестотен високоговорител за товар на
филтъра, приети при анализа на нискочестотния филтър, се за-
254
пазват и тук. При това се приема, че номиналните импеданси на
нискочестотния и високочестотния високоговорител са равни по-
между си. По начин, аналогичен на използувания при нискоче-
стотния филтър, могат да се получат следните аналитични изрази
за модула на коефициента на предаване Кв и за нивото Lub-
к________х-______=_______=______,
Е фхг-Гр+хЧХ ^+(^-2)ха+1’
LUb=201g x2—20 lg^/x4+(Q'-2)x2 + i;
(1) f
където
р 7р
(7-37)
(7.38)
(7.39)
255
1 . f 1
• ^LBCB 2n^LB(y-’
<UPZ» _ 1 l/\
*r “pcB«r-/?ry cB
(7-40)
(7.41)
Вижда се» че модулът на коефициента на предаване зависи от
«ормираната честота х и от параметъра QB. Като се има пред вид»
че х и Qu се определят от стойностите на елементите на филтъра,
става ясно, че Къ също зависи от тях и от честотата f.
На фиг. 7.136 са построени три честотни характеристики на
високочестотен филтър от втсри ред при параметър крива 1
за ф,~2, крива 2 за QB< 2 и крива 3 за фв> \/2. Вижда се, че
стръмността на всички характеристики за f<fp е 12 dB/cct. В
областта на fp стръмността силно зависи от фв. При QB> у2 тя е
по-малка, а при QB< \/2 — по-голяма от 12 dB/oct.
Високочестотният филтър от фиг. 7.13 а също се нарича фил-
тър на Батърворт от втори ред. Условието за получаване на макси-
мално плоска честотна характеристика в областта на пропускане-
то и тук се свежда до удозлетворяване на зависимостта
О — - 1 < Lj5 —
~ Rr сл •
(7.42)
Като се реши системата от две уравнения, образувана от (7.40)
и (7.42), се получават зависимостите за определяне стойностите на
елементите на филтъра:
L. =-~г-. <7-43’
у 2 "/р
с ’_______
° 2^ •
Получение зависимости са аналогични на тези за изчисля-
ване елементите на нискочестотння филтър, което би следвало да се
очаква, тъй като двата филтъра са изградени от еднакви реактив-
ни елементи и се натоварват с равни съпротивления.
При извеждане на зависимостите за определяне елементите
на филтъра бяха взети пред вид единствено изискванията за по-
лучаване на максимално плоска характеристика в областта на
пропускане на филтъра. Ако при тези условия се изследва зави-
симостта на входния импеданс на филтъра от честотата, ще се уста-
нови, че както за нискочестотння, така и за високочестотния фил-
тър съществуват честотни обхвати, за конто входният импеданс
256
е по-малък от 7?г. Това може да се окаже твърде опасно за усил-
вателя, към който ще се включи филтърът. Ако усилвателят има
номинален товар, равен на 7?г. съществува опасност да се пре-
товари при усилване на сигнали с честота от честотния обхват^
за който входният импеданс на филтъра е по-малък от /?г. Тази
опасност може да се избегне, ако за параметъра Q се приемат стой-
ности, по-големи от у/2. В [19] е доказано, че е необходимо да се
спазва условието
<3=^4 =V^+f- (7'45)
където Л=£(,н 67=С7Н—Q =
От съвместното решаване на (7.45) със (7.29) и на (7.40) със
(7.45) се получават окончателните зависимости за определяне на
елементите на високочестотен и нискочестотен филтър от втори
ред:
(7.46)
СИ=СВ=С=--=Х-------. (7-47)
2V\/2+lVp/?r
Получените стойности на елементите на филтрите се различа-
ват само с около 10% от стойностите, определени, без да се взема
пред вид изискването входният импеданс да не бъде по-малък от
стойността на товарното съпротивление. Следователно нивото на
La при ще бъде сне повечеот 1 dB по-нискоотнивото —3 dB.
Това няма да окаже съществено влияние върху хода на честотна-
та характеристика на озвучителното тяло — при обща неравномер-
ност 10—12 dB понижаване на нивото с 1 dB за /р дори няма да
се забележи. Ето защо обикновено се предпочита да се приеме
Q>^2. Често с цел да се коригира честотната характеристика се
препоръчва да се приеме Q<y]2. Такава препоръка по принцип
трябва да се отхвърля или в най-добрия случай — да се анализи-
ра задълбочено, преди да се приеме.
Средночестотен филтър от втори ред. Прин-
ципната му схема е показана на фиг. 7.14а. Той е съставен от два
филтъра — високочестотен (LB, Св) и нискочестотен (LH, Сн). Еле-
ментите £в и Св се изчисляват за по-ниската разделителна често-
та /р1, а елементите £н и Сн — за по-високата разделителна че-
стота /р2* На фиг. 7.14бе показана честотната характеристика на
средночестотен филтър за стойност на параметъра Qh=Qb=^2.
По принцип влиянието на Q върху хода на честотната характери-
17 Битова звук©техника
257
стика на филтъра бе анализирано при разглеждането на ниско-
честотния и високочестотния филтър. Трябва да се има пред вид»
че QH влияе в областта на /Р2, a QB — в областта на fpi-
Разделителни филтри от трети ред. На
фиг. 7.15 а е показана принципната схема на нискочестотен фил-
тър от трети ред, а на фиг. 7.15 б — неговата честотна характе-
ристика. Принципната схема на високочестотен филтър от тре-
ти ред е дадена на фиг. 7.16 а, а честотната характеристика —
на фиг. 7.16 б. Средночестотният филтър от трети ред се изграж-
да, като се свързват един нискочестотен и един високочестотен фил-
тър от съгция ред. Принципната му схема е дадена на фиг. 7.17 а,
а честотната характеристика — на фиг. 7.17 б. При тези филтри
коефициентът на предаване в областта на непропускане зависи от
258
третата степей на честотата и затова се наричат от трети ред.
Стръмността на срязване при тях.е 18:jdB/oct. Елементите на фил->
трите от трети ред се изчисляватот .зависимостите
r (l+m)Rr r Rr !
£b1 “' 2к/р„ - ~2^; с- ~ ад.-; (7-48)
Св1=2М1+«)/р./?г ; С”2= 2^/р./?г ; £в = 4г/р. • С7-49)
Параметърът т се избира в границите от 0,4 до 0,6.
Разделителните филтри от трети ред рядко се използуват, и
то предимно като високочестотни. До употребата на такива фил-
три се прибягва само в случайте, когато високочестотният високо-
259
говорител не може да издържа въздействието на сигнали с ниска
честота и тяхното ниво трябва да се понижава рязко с намалява^
не на честотата. Разделителни филтри от трети ред се използуват
и в случайте, когато резонансната честота на високочестотния ви-
сокоговорител е малко по-ниска от разделителната честота. Необ-
ходимо е да се има пред вид, че входният импеданс на високого-
ворителите не отговаря на условията (7.19). Поради това винаги
се налага донастройване на изчисления филтър, при което се
определят окончателно елементите му.
260
7.8. Видове озвучителни тела
В зависимост от броя на подобхватите, на които се раздели
звуковият спектър, озвучителните тела се класифицират на едно-
лентови, двулентови, трилентови, четирилентови и т. н. В ня-*
кои страни се наричат съответно двупътни, трипътни и т. н.
В зависимост от реда на използувания разделителен филтър
озвучителните тела биват с филтър от първи, втори и т. н. ред,
В повечето случаи филтърът представлява комбинация от филтри
от различен ред — например нискочестотният филтър е от пър-
ви ред, а високочестотният — от втори.
261
7.8.1. Еднолентови озвучителни тела
Конструкцията на еднолентово озвучително тяло със затворен
обемедадена на фиг. 7.1. Обикновено еднолентовите озвучителни
тела се характеризират със сравнително ниски качествени пока-
затели и се причисляват към категорията за обща употреба. Те се
комплектуват към радиоприемници, грамофони и усилватели в
моно- и стереоизпълнение от втори и трети клас.
У нас се произвеждат само еднолентови озвучителни тела тип
„Ком", който се комплектуват с касетния стереомагнитофон „Ком".
Паспортната мощност на тези тела е 4 W, номиналният импе-
данс — 4 Q, а номиналният им честотен обхват е 80—12 500 Hz.
7.8.2. Двулентови озвучителни тела
Противоречивите изисквания за ефективно възпроизвеждане
на сигнали с ниска и висока честота от един високоговорител се
решават, като се конструират високоговорители, конто да преобра-
зуват ефективно само сигнали с ниска честота, само сигнали с ви-
сока честота и само средночестотни
сигнали. Изкривяванията, дължащи
се на доплеровия ефект1 и интермоду-
лапионните изкривявания, могат да се
избягнат само като ниските и високи-
те честоти се излъчват от различии ви-
сокоговорители. Така се стига до за-
ключението, че висококачествените оз-
вучителни тела следва да се изграждат
с два или повече различии високогово-
рители.
На фиг. 7.18 е показана принципна-
та конструкция на двулентово озвучи-
телно тяло. Означенията са следните: 1
е нискочестотен високоговорител; 2 —
Фиг. 7.18 високочестотен високоговорител; 3 —
разделителен филтър; 4—кутия с обемУт.
Възпроизвеждането на ниските честоти зависи от параметрите
на използувания нискочестотен високоговорител и гъвкавостта на
затворения обем. Дадените зависимости за озвучителни тела в
т. 7.1 и 7.2 са в сила и за нискочестотння високоговорител на дву-
1 Доплеров ефект — изменение на честотата на излъчвания сигнал при
движение на излъчвателя със скорост v. Изменението зависи от отношението
на скоростта v към скоростта иа звука с.
262
лентовите тела. Тук фазоинверторите и пасивните излъчватели
намират широко приложение за' подобряване излъчването на сиг-
налите с ниска честота. Обемът на тялото се запълва със звуко-
поглъщащ материал.
Възпроизвеждането на сигналите с висока честота се опреде-
ли от качествата на високочестотния високоговорител. За да се
избегне влиянието на нискочестотния високоговорител, се прави
така, че звуковото налягане в обема да не действува върху под-
вижната система на високочестотния високоговорител. Ако зву-
ковото налягане в обема действува върху мембраната на високо-
честотния високоговорител, тя ще трепти в такт с трептенията на
мембраната на нискочестотния високоговорител и към тези трепте-
ния ще се наслагват високочестотните трептения, породени от
действието на сигнала. При тези условия интер модулационните
изкривявания и изкривяванията от доплеров ефект не могат да
се избягнат. Гфектът от разделянето на звуковия спектър и въз-
произвеждането му от отделни високоговорители ще бъде незна-
чителен. Ето защо високочестотният високоговорител се затваря
в собствен обем от 1—2 dm3.
Основен въпрос при двулентовите озвучителни тела е въпро-
сът за съгласуване излъчването на двата високоговорителя, така
че да се получи равномерна честотна характеристика, а съ-
що и - получаването на необходимия входен импеданс. За да
се получи равномерна честотна характеристика, трябва да се из-
ползуват високоговорители с еднаква характеристична чувстви-
телност. При това условие на двата високоговорителя се иодава
еднакво по големина напрежение, чието ниво за разделителната
честота /р трябва да е с 3 dB. по-ниско от нивото в областта на
пропускане.
Получаването на необходимия входен импеданс зависи от вида
на филтъра и от входния импеданс на използуваните високого-
ворители и ще се разгледа при конкретните типове озвучителни
тела. По принцип трябва да се знае, че входният импеданс за коя-
то и да е честота не трябва да е по-малък от 80% от стойността
на номиналния импеданс, като превишаването на тази стойност
не се ограничава. Освен това трябва да се има пред вид, че вход-
ният електрически импеданс на филтъра в областта на пропуска-
не е равен на входния импеданс на високоговорителя за съответ-
ната честота, а в областта на непропускане е много голям.
Двата високоговорителя трябва да бъдат така свързани към
захранващия ги усилвател, че да излъчват синфазно. В противен
случай създаваните от тях звукови налягания в честотния обхват,
в който излъчват и двата (около /р), ще се унищожават.
263
Трябва обаче да се подчертае, че електрическите разделителе
ни филтри дефазират напреженията, в резултат на което токове-
те, които протичат през звуковите бобини на високоговорителите,
се оказват дефазирани един спрямо друг. Дефазирани ще бъдат
и трептенията на подвижни-
те им системи, следователно
и създаваните звукови наля-
гания. Тук се намесва още
един фактор — механичният
импеданс на трептящата си-
стема на двата високоговори-
теля е различен за дадена
честота. Създаваното звуково
налягане от високоговорите-
ля винаги е дефазирано спря-
мо протичащия през звукова-
та му бобина електрически
ток. За дадена честота дефа-
зирането между звуковото
налягане и електрическия
ток ще бъде различно за различните високоговорители. В областта
на по-високите честоти трептящата система на високоговорителите
представлява система с разпределени параметри. Извеждането на
аналитични зависимости за дефазиране между налягане и ток
при тези условия е много трудно. На практика обаче не е необхо-
димо да се познават всички фазови съотношения. Те трябва да
се имат пред вид принципно от конструктора на озвучителни те-
ла. Ако се окаже, че при синфазно свързване на високоговорители-
те честотната характеристика на озвучителното тяло в областта на
fp не е достатъчно равномерна, те трябва да се свържат противо-
фазно при условие, че полученият резултат е задоволителен. Ако
обаче се окаже, че и при синфазно, и при противофазно свързва-
не резултатът не е задоволителен, това означава, че двете звукови
налягания са дефазирани на 90° и няма значение как ще се свър-
жат високоговорителите. В този случай за увеличаване или на-
маляване на дефазирането между напреженията, подавани на ви-
сокоговорителите, трябва да се използуват допълнителни елемен-
ти — най-често активни сопротивления.
Озвучителни тела с разделителен филтър от първи ред. Елек-
трическата схема на двулентово озвучително тяло с разделителен
филтър от първи ред е показана на фиг. 7.19, а честотните харак-
теристики на изходните напрежения на филтъра — на фиг. 7.20.
Елементите на филтъра се определят от условието, че за раздели-
264
телната честота /р на всеки високоговорител трябва да се* подава
по половината от изходната мощност на усилвателя. Освен това
се приема, че за тази честота импедансите на двата високоговори-
теля са равни помежду си. Изчислението се извършва в следния
ред: Приема се определена стойност за fp и от (7.26) се определя
Св. Взема се найгблизката стандартна стойност за Св и от (7.26)
се преизчислява fp. За изчисляване на Тнсе използува зависимост-
та (7.21), в която /р се замества с преизчислената стойност. Обик-
новено бобините за разделителни филтри се навиват върху пласт-
масова макара или тръба. Индуктивността на такава бобина се
изчислява, като се използува следнатй зависимост:
. 320а2лг,10-»
—• мн,
(7.50)
където а, Ъ и с са размерите на бобината, означени на фиг.
7.21, cm;
п — броят на навивките.
Изборът на разделителната честота има твърде голямо зна-
чение за качествата на озвучителното тяло. Той се предоставя
на конструктора, бил той професионалист или любител. При ре-
шаването на тази задача трябва да се вземат пред вид размерите
на високоговорителите, честотните и импедансните им характе-
ристики, вида на използувания разделителен филтър и др. Обик-
новено при двулентови озвучителни тела се приема /^=2000—4000
Hz. Този избор не е съвсем подходящ, тъй като човешкото ухо
е много чувствително в този обхват и лесно ще схване наличи-
265
ето на интерференционни или други явления. Съвременните схва-
щания са, че разделителната честота трябва да бъде по-ниска
от 800—1000 Hz или по-висока от 4000—5000 Hz, но това е
трудно осъществимо при двулентовите озвучителни тела. Ако се
приеме ниска разделителе
на честота, високочестот-
ният високоговорител тряб-
ва да има много широк но-
минален обхват — от 1000
до 20000 Hz. Конструира-
нето на такъв високочес-
тотен’ високоговорител се
натьква на много трудно-
сти. При 1000Hz подвиж-
ната система трепти със
Фиг. 7.21
сравнително големи ампли-
туди и високоговорителят ще дефектира. Ако се приеме висока раз-
делителна честота, има опасност нискочестотният високоговорител
да започне да излъчва насочено. Става ясно, че изборът на раз-
делителна честота не е лека задача. Тя се решава най-сполучли-
во, като за всеки конкретен случай се изработят модели с ня-
колко различии разделителни честоти и се проведе субективно
прослушване. Избира се тази разделителна честота, за която
озвучителното тяло звучи най-добре. За съжаление за това е необ-
ходимо много време, значителен разход»на средства и осигуря-
фиг. 7.22
ване на подходяща аудитория от слушатели. Поради тези труд-
ности конструкторите не винаги постъпват така.
266
Озвучителни тела с разделителен филтър от втори ред. На
фиг. 7.22 е показана принципната електрическа схема на озву-
чително тяло, в което са използувани нискочестотен и високоче-
стотен филтър от втори ред. Двата филтъра имат една и съща раз-
делителна честота /р. Честотните характеристики на нивото на
изходните напряжения на филтрите са дадени на фиг. 7.23.
Елементите на филтъра се определят от йзискването за разде-
лителната честота fp върху всеки от високоговорителите да се
получи половината от изходната мощност. При това условие, ако
високоговорителите имат еднаква чувствителност и излъчват син-
фазно, създаваното от тях звуково налягане ще бъде равно на зву-
ковото налягане^ което създава всеки от тях, ако му се подава
цялата изходна мощност. Обикновено. филтрите имат равни по
стойност елементи, тъй като разделителната честота е една и съща
и номиналните им импеданси са равни помежду си. Стойностите
на елементите на филтъра се определят от зависимостите (7.35),
(7.36), (7.43) и (7.44), а може да се използуват и (7.46) и (7.47).
Ако при изчисление на елементите на филтъра се използуват факти-
ческите стойности на импедансите на високоговорителите за разде-
лителната честота, стойностите на елементите на нискочестотния
и високочестотния филтър ще се получат различии.
ДСО РЕСПРОМ произвежда няколко типа двулентови озву-
чителни тела с разделителен филтър от втори ред:
Озвучително тяло тип ОТ Ml-10. Използуваният нискоче-
стотен високоговорител тип ВВК201Б4 е с оксидна магнитна си-
стема и преобразува ефективно сигналите със сравнително ниски
честоти. За високочестотен високоговорител е използуван
ВКВ2521, който е с куполна мембрана. Това озвучително тяло
267
отговаря на изискванията за Hi-Fi клас., Разделителният филтър е
реализиран по схемата, която беше дадена на фиг. 7.22, където
са нанесени и стойностите на елементите. Външният вид на
ОТМ1 10 е показан на фиг. 7.24, а честотните му характеристики—
на фиг. 7.25.
С произвежданите от РЕСПРОМ раз-
личии типове високоговорители могат да
се осъществят различии комбинации за
двулентови озвучителни тела с р аздел и-
телни филтри от втори ред, например
нискочестотен високоговорител тип
ВВК201Б4 с куполен високочестотен
високоговорител ВКВ3721; ВВК201Б8с
ВКВ3731; ВКН0921 с ВКВ2521; ВКН1031
с ВКВ2531 и т. и. При това разделител-
ната честота може да се избира различ-
на в зависимост от използуваните висо-
коговорители и предпочитанията на кон-
структора.
Обикновено се срещат затруднения
какъв филтър да се избере и как да се
изпълни конструктивно бобината, за да
се получи желаната стойност на индук-
тивността. За улеснение в табл. 7.1 са
дадени стойностите на елементите на разде-
лителни филтри от втори ред, с конто мо-
же да се получи определена разделителна честота при зададен им-
педанс на високоговорителите. При изчисленията са взети пред
Фиг. 7.25
268
Таблица 7.2
Импеданс на мсокогово- рвтелнте, Q Разделителпа частота /р , Hz Индуктив- ост LK , mH Канацмтет Ся. Индужтнв- ност 1Л , mH Капацитет С. . pF
4 3000 0,25 16 0,20 6
4 700 3,20 24 0,60 24
4 2000 1,00 12 0,70 8
4 2500 0,70 20 0,35 8
8 2000 2,00 6 1,50 1
8 3000 0,50 8 0.35 3,3
8 700 6,40 12 1,20 12
вид фактическите стойности на входния импеданс на високогово-
рителите за съответната честота.
Ако бобините се навият върху тръба с външен диаметър 32 mm
и височина 20 mm, като се използува меден проводник с диаме-
тър 1 mm, броят на необходимее навивки п за получаване на
различните стойности на L е даден в табл. 7.2.
Таблица 73
L, шН ; 0,2 ! 0,25 0.35 0,5 1 1 0,6 0,7 toil,2 1.5 2.0 3,2 6,4
л, бр. । 60 1 68 80 100 1 но 120 1451158 178 208 257 360
Филтрите, реализирани с посочените в табл. 7.1 стойности на
елементите, могат да се използуват в озвучителни тела с високо-
говорители, произведени от различии фирми.
фиг. 7.26
269
Понякога се налога да се използува повече от един високого-
ворител за възпроизвеждане на определен честотен обхват. При-
чините могат да бъдат различии — увеличаване паспортната мощ
ноет на озвучителното тяло, изравняване на чувствителността"
Фиг. 7,28
на нискочестотния и високочестотния високоговорител и др. На-
лага се и евързване на високоговорители с различен номинален
импеданс в една комбинация.
На фиг. 7.26 и 7.27 е показано евързването на един ниско-
честотен с два високочестотни високоговорителя. В този случай
е наложително високоговорителите да бъдат с различен импеданс.
Характеристичната чувствителност на нискочестотния високого-
ворител трябва да бъде по-голяма от тази на високочестотните.
На фиг. 7.28 и 7.29 са показани два варианта на електрическата
270
схема на свързване на озвучително тяло с два нискочестотни и два
високочестотни високоговорителя. Импедансите и характеристич-
ните чувствителности на използуваните високоговорители трябва
да бъдат равни.
Всеки любител може да реализира показаните схеми, като из-
ползува български висо-
коговорители.
Озвучително тяло 2
ОТ40-1. Като се използу-
ва нискочестотен високо-
говорител с номинален
диаметър 315 mm тип
ВКН1221 и два куполни
високочестотни високого-
ворителя тип ВКВ2531
(или ВКВ3731), свърза-
ни по схемата от фиг.
7.27, може да се получи
озвучително тяло с пара-
метри, отговарящи на из-
искванията за Hi-Fi клас.
Паспортната мощност на
това тяло е 40 W, номиналният му честотен обхват е 50—20 000
Hz, а номиналният импеданс — 4Q. Избира се f—2500—3000 Hz.
Озвучително тяло 2 ОТ40-2. Озвучително тяло с номинален
импеданс 8йможе да се реализира, като се използува един висо-
коговорител тип ВКН1231 и два високоговорителя тип ВКВ2521
(или ВКВ3721), свързани по схемата от фиг. 7.26. Това озвучи-
телно тяло се различава от 2 ОТ40-1 само по номиналния си импе-
данс. Всички останали параметри са еднакви. Обемът и на двете
тела трябва да бъде около 60 dm3.
Озвучително тяло 2 ОТ50-1. Много добри резултати се пости-
гат при комбиниране на два високоговорителя тип ВВК201Б4 с
два ВКВ2521 (или ВКВ3721), свързани по схемата от фиг. 7.29.
Получава се озвучително тяло с номинален импеданс 8 Д, паспорт*
на мощност — 50 W и номинален честотен обхват от 50 до
20 000 Hz. Останалите параметри отговарят на изискванията за
категория Hi-Fi. Обемът на озвучителното тяло трябва да бъде
60 dm3, а разделителната честота на филтъра — 3500 Hz. Раз-
положението на високоговорителите е показано на фиг. 7.30.
Необходимо е около 50% от обема на кутията да бъде запълнен
със звукопоглъщащ материал — приблизително 200 g.
Озвучително тяло 2 ОТ50-2. То представлява разновидност на
271
2 ОТ50-1. Използуват се два високоговорителя ВВК201Б8 и дв?
ВКВ2531 (или ВКВ3731), свързани по схемата от фиг. 7.28. HQ:
миналният му импеданс е 4 Й. Останалите параметри са кате
на 2 ОТ50-1.
Озвучителни тела с разделителе» филтър от трети ред. На
-фиг. 7.31 е показана електрическата схема на евързване на високо-
говорителите на двулентово озвучително тяло към филтър от тре-
ти ред. Елементите на филтрите от фиг. 7.31 се определят също от
изискването за разделителната честота напрежението върху висо-
коговорителите да бъде равно на 0,707 от напрежението, което се
дюдава на входа на филтъра, и могат да се използуват зависимости*
те (7.48) и (7.49).
РЕСПРОМ произвежда озвучителни тела, в конто филтри от
трети ред се използуват само за високочестотния високоговорител.
,3а нискочестотния високоговорител се използува филтър от вто-
ри ред. Това е озвучителното тяло тип ОТГ1-01, чийто външен вид
е показан на фиг. 7.32, а честотните му характеристики — на
фиг. 7.33л В случая се налага да се използува високочестотен фил-
272
тьр с голяма стръмност на характеристиката, защото високоче-
сготниятлентов високоговорител ВЛД12 (ВАД40) не може да из-
държа нискочестотни сигнали с голяма амплитуда. Лентовият
високоговорител е свързан към филтъра посредством трансфор-
матор (поради много малкото съпро-
тивление на лентичката). Това дава
възможност самоиндуктивността на
първичната намотка на трансформа-
тора да се използува като елемент
на филтъра, при което общата стръм-
ност може да достигне теоретично
до 24 dB/oct.
Дебелината на материала, от
който се изработват кутиите на оз-
вучителните тела, зависи от разме-
рите на стените на кутията и от ни-
вото на звуковото налягане, което
се създава в обема й. При озвучи
телни тела с паспортна мощност
40—50 W нивото е доста висо ко и
дебелината на стените трябва да бъ-
де 20—-25 mm. За предпочитане е да
се използуват плочи от дървесни
Фиг. 7.32
частици.
7.8.3< Трилентови озвучителни тела
Значително подобряване на качеството на възпроизвеждане на
озвучителните тела се постига чрез разделяне на звуковия спек-
тър на три честотни обхвата, конто се подават за възпроизвеждане
от три отделни високоговорителя или високоговорителни групп.
Подобреното качество спрямо двулентовите озвучителни тела се
дължи главно на два фактора:
£8 Битова звукотехника
273
— Наличието на високоговорител, който възпроизвежда само
средните честоти, т. е. този честотен обхват, в който човешкото
ухо е най-чувствително. Това създава приятного усещане за въз-
приемане на чиста картина, без изкривявания и смущения от друг
характер.
Фиг. 7.34
— Възможността двете разделителни честоти fpi и /р2 да бъ-
дат извън обхвата, в който човешкото ухо е най-чувствително,
т. е. /Р1<800 Hz, a fp2>4000 Hz. Обикновено се приема fPi—
400—750 Hz, a fp2=4000—6000 Hz.
Разделителните филтри за трилентовите озвучителни тела мо-
гат да бъдат от първи, втори и трети ред или комбинирани, както
Фиг. 7.35
и при двулентовите тела. Тук обаче са възможни по-голям брой
комбинации поради по-големия брой на високоговорителите. В
обема на тялото трябва да се постави звукопоглъщащ материал.
Българската радиопромишленост произвежда няколко типа
трилентови озвучителни тела.
274
Озвучително тяло тип 0ТМ1-11. Реализирано е с разделителен
филтър от втори ред и високоговорители тип ВВК201Б4, тип
ВК138Б4 и тип ВКВ2521 (куполен). Паспортната му мощност е
30 W, ефективният честотен обхват е 50 — 18 000 Hz, а коми нал _
L,db
1DO
3D
во
7D2O
50 ЮО 230
озд iCOU 2000 50С0 WDDG 2ЮСО 40330
Фиг. 7.36
ният импеданс — 4Й. Има малки изкривявания и отговаря и а
изискванията за Hi-Fi клас. Външният вид на това тяло (без ли-
цевата решетка) е даден на фиг. 7.34, схемата на филтъра — на
фиг. 7.35, а честотните характеристики —
на фиг. 7.36.
Озвучително тяло тип ОТП-ОЗ. В него
е използуван комбиниран разделителен фил-
тър — нискочестотният и средночестотният
филтър са от втори ред, а високочестотният—
от трети ред. На фиг. 7.37 е даден вън-
шният вид на ОТП-ОЗ, на фиг. 7.38 а — схе-
мата на филтъра и на фиг. —7.38 б — че-
с летите му характеристики. Към филтъра
е предвидена защита от претоварване на лен-
товия високоговорител чрез релето Р. Това
озвучително тяло има много високи качест-
вени показатели: паспортна мощност 50 W,
ефективен честотен обхват 32—32 000 Hz и
номинален импеданс 4 Q. Произвежда се и
вариант с номинален импеданс 8 Q, чието
типово означение е ОТГ1-04. Неравнохмерност-
Фиг. 7.37
та на честотната характеристика и коефи-
циентът на хармонични изкривявания отговарят на изисквания-
та за Hi-Fi клас.
С произвежданвте у нас високоговорители могат да се кон-
275
Фиг. 7.38
струират и изработят голям брой комбинации трилентови озву-
чителни тела.
7.8.3. Озвучителни тела с активни филтри
Интермодулационни изкривявания се появяват не само при
преобразуването на електрическите сигнали в акустични от внсо-
коговорителите, но и при усилването им от усилвателите. За из-
бягване на тези изкривя-
вания честотният спектър
на музикалната картина
се разделя на честотни под-
обхвати още в усилвате-
ля. За целта се използу-
ват разделителни филтри,
които едновременно и усил-
ват сигналите, и се нари-
чат активни филтри. Под-
робного разглеждане на
тези филтри не е обект на
настоящата книга. Необ-
ходимо е само да се знае,
че колкото изходни кана-
ла има усилвателят, тол-
кова крайни мощни стъпа фиг’ '•
ла трябва да има той.
На фиг. 7. 39 е дадена блоковата схема на усилвател с актив-
ни филтри с три крайни стъпала —- за ниски, средни и високи
честоти. Съответните високоговорители се свързват директно към
изходите на крайните стъпала. В този случай номиналната мощ-
ност, на различните канали може да бъде различна. Обикновено
се приема усилвателят за средни честоти да има номиналиа мощ-
ност равна на 60—80% ст тази на нискочестотния, а усилвателят
за високи честоти — от 40 до 60% от нея.
Усилвателите с активни филтри имат много предимства. При
тях съгласуването на импедансите се осъществява по-лесно,
тъй като всеки високоговорител се съгласува със съответкия из-
ход на усилвателя. Също така лесно може да се постигне изравня-
ването на честотната характеристика на озвучителното тяло, 4а"
зовата характеристика на озвучителното тяло е по-добра и пр-
Но за сметка на това цената на комплекта усилвател — озву^и-
телното тяло е твърде висока.
Понякога се среща изпълнението, дадено на фиг. 7.40. Усил-
277
вателят игла две крайни стъпала — едко за ниски честоти (3) и
друго за средни и високи честоти (2). Към изхода на втория усил-
вател се включва пасивен филтър 4, който раздели сигналите със
средни честоти от тези с високи. Към изхода на този филтър се
включват средночестотяият и високочестотният високоговорител.
фиг. 7.40
7.8.4. Озвучителни тела с елсктрсдингатична
отрицателна обратна връзка (ЕДССВ)
Приншшът на ЕДООВ и нейното приложение за подобряване
качествените показатели на високоговорителите е патентован още
през 1924 г., но едва в последните 10 години започна широко да се
прилага с цел да се подобри нискочестотното излъчване на високо-
говорителите и да се намалят нелинейните им изкривявания. За
получаването на ефект, който е еквивалентен на намаляване ре-
зонансна": а честота на озвучителното тяло, трябва да се получи
сигнал, пропорционален на изместването на подвижната му си-
сте?ла или на нейното ускорение. Сигнал, пропорционален на
ускореняето, се получава, като към върха на конуса на мембрана-
та, близо до звуковата бобина на високоговорителя, се закрепи
пиезокерамичен преобразувател. В срсдата му се поставя допъл-
нителна маса, така че той става приемник от ускорителен тип. По-
лученото на изхода на преобразувателя напрежение се интегри-
ра два пъти, при което се получава сигнал, пропорционален на
изместването, който се подава на входа на усилвателя. В крайна
сметка резултатът е, че при ниските честоти усилвателят отдава
на високоговорителя по-голяма мощност. В усилвателната техни-
ка въвеждането на ООВ изисква резерв на усилване. При във еж-
дане на ЕДООВ е необходим резерв от мощност, и то както в усил-
278
входа на усилвателя, също се по-
ка резонансната честота на ви-
♦Р.Ра
Фиг. 7.41
в ат ел я, така и във високоговорителя. Ако това условие не е на-
лице, тази отрицателна обратна връзка не може да се приложи.
Ако напрежението, получено на изхода на пиезокерамичния
преобразувател, се подаде на
лучава ефект на намаляване
сокоговорителя (озвучител-
ното тяло), но вече намаля-
ването съответствува на уве-
личаването на масата на по-
движната система на преоб-
разувателя. При това поло-
жение се повишава качестве-
ният фактор на високогово-
рителя, което не е желател-
но. Освен това масата на по-
движна? а система на преоб-
разувателя може да се уве-
личи и като директно седо-
бави допълнителна тежест
към нея. Намаляването на звуковото налягане може да се компен-
сира чрез увеличаване на напрежението за ниските четости, т. е.
чрез подаване на по-голяма мощност.
За предпочитане е сигналът за ЕДООВ да бъде пропорционален
на изместването на трептящата система, при което ефектът на на-
маляване на резонансната честота на високоговорителя се полу-
чава за сметка на еквивалентното увеличаване на неговата гъвка-
вост. При това качественият фактор се намалява.
Ефектът на намаляване на нелинейните изкривявания чрез
ЕДООВ се обяснава по следния начин’. Допуска се, че движение-
то на подвижната система се подчинява на синусоидален закон,
ускорение™ й във всеки момент съответствува на това движение и
върнатото напрежение за ЕДООВ има определена форма (изме-
ни се по определен начин във функция от времето). Но от даден
момент ty (фиг. 7.41) подвижната система престава да се движи
по синусоидален закон. Създаваното от нея звуково налягане би
имало формата, дадена с пунктир, при което ускорение™ на
трептенето в интервала от време t± t2 по форма няма да съответ-
ствува на движение, подчиняващо се на синусоидален закон, вър-
натото напрежение за ЕДООВ — също. В резултат на това отри-
цателната обратна връзка намалява, на високоговорителя се по-
дава по-голяма мощност, и то такава, че да принуди трептящата
му система да се движи по синусоидален закон, за което също е
необходим резерв от мощност.
279
В заключение може да се каже, че посредством ЕДООВ се по-
добрява възпроизвеждането на сигналите с ниска честота, но съ-
щият резултат може да се получи и чрез използуване на усил-
вател, чиято честотна характеристика е неравномерна — нивото
Фиг. 7.42
на ниските честоти е по-високо от това на средните. За намалява-
не на долната гранична честота на едно озвучителнотяло с 1 окта-
ва е необходимо усилвателят да отдава за тази честота 16 пъти
по-голяма мощност, отколкото при средните и високите честоти.
Посредством ЕДООВ се намаляват нелинейните изкривявания,
което не може да се постигне лесно по друг път. Но и тук подо-
бряването е за сметка на изразходване на по-голяма мощност,
Съществуват методи, при които нелинейните изкривявания на ви-
сокоговорителите се намаляват за сметка на намаляване тяхната
ефективност на преобразуване.
Блоковата схема за осъществяване на електродинамична отри-
цателна обратна връзка е дадена на фиг. 7.42. Веригатана ЕДООВ
може да съдържа усилвател на напрежение и интегриращи звена,
Обикновено при прилагане на ЕДООВ крайните усилвателни стъ-
пала се монтират в кутията на озвучителното тяло.
280
ГЛАВА ОСМА
АКУСТИКА НА ПОМЕЩЕНИЕ?*).
ВИДОВЕ ЕЛЕКТРОАКУСТИЧНИ СИСТЕМИ
8.1. Реверберация. Оптимално време на реверберация
Възпроизвеждането на дадена музикална или говорна програ-
ма в закрито помещение, в това число и в стая от жилище, може
да се разглежда като възпроизвеждане на отделки звукови импул-
си. Основание за това дава фактът, че говорът представлява со-
четание от отделил срички, конто се произнасят през различии
интервали от време, а музикалната програма — сочетание от
импулси, конто се излъчват през определен интервал от време,
в определен такт, например ударите на тъпана.
При разпространение на звукова вълна в закрито помещение
тя попада върху ограждащите помещенного повърхности, след
което променя своята посока на разпространение, т. е. отразява
се от срещаната преграда. Посоката на разпространение на отра-
зената звукова вълна се определя със същия закон, който е в
сила за отразяване на светлинен лъч — ъглите, конто сключват
падащият и отразеният лъч с перпендикуляра към отразяващата
повърхност в точката на отразяването са равни помежду си.
Установено е, че енргията ЕотР , която пренася отразеният лъч,
е по-малка от енергията £, която пренася падащия лъч. Раз-
ликата между енергиите Е и £ОТр се поглъща от отразяващата
повърхност и се нарича енергия на поглъщането ЕПоГ‘ Погъл-
натата енергия може да се превърне в топлина във веществото,
от което е изградена преграждащата повърхност, но може и да
премине през тази повърхност и да създаде звуково поле зад
преградата. Най-често част от ЕПОг се превръща в топлина, а
останалата част преминава през преградата. За целите на озву-
чаването съществено значение има фактът, че част от излъчената
енергия се губи и не участвува при изграждането на картината
на звуковото поле в затвореното помещение. Въпросът за раз-
пределението на погълнатата енергия е второстепенен.
Каква част от падащата енергия се поглъща от дадена прег-
рада зависи от веществото, от което е изградена тази преграда,
от нейната конструкция и т. н. За сравнителна оценка на звуко-
281
поглъщащите свойства на различните преградни конструкции се
въвежда понятиетэ коефициент на зеукопоглъщане (на поглъща-
не) а. Той представлява отношение на погълнатата енергия ЕПОГ
към енергията £, която пренася падащата звукова вълна:
(8.1)
£
Коефициентът а обикновено зависи от честотата на звуковата
вълна, но по принцип не зависи от амплитудата й.
Как се получава слуховото възприятие в затворено помещение?
Нека в такова помещение е поставен звуков източник 1 (фиг. 8.1),
който в даден момент излъчва един звуков импулс. Слушателят,
разположен в т. х (има се пред вид слуховият орган на слуша-
теля, ще възприеме в първия момент звуковия сигнал 2, който
директно преминава през т. х. В следващия момент през т. х
ще премине сигналът 3, отразен еднократно от една от заграж-
дащите повърхностн, а след него и сигналът 4, който е претър-
пял двукратно отражение. В определена последователност през
т. х ще преминат голям брой отразени звукови вълни, претърпе-
ли различен брой отражения. Теоретично този процес продължа-
ва безкрайно дълго време, но практически неговата продължи-
телност е от порядъка на части от секундата за жилищни поме-
щения и до няколко секунди за големи зали. Слуховото възпри-
ятие у слушателя се формира в резултат на сумарното въздействие
на директната и всички отразени звукови вълни. Поради това, че
след всяко отражение енергията на звуковата вълна намалява,
нивото на пристигащите в т. х звукови вълни непрекъснато на-
малява. Този процес на постепенно затихване на звуковото поле
282
пъти), е прието да се нарича стан-
в затворено помещение, което се дължи на отраженията от огр аж-
дащите помещение™ повърхности, се нарича реверберация. Вре-
мето след изключване на звуковия източник, за което звуковата
енергия намалява c60dB (106
дартно време на ревербера-
ция.
Първите отразени сигна-
ли, които преминават през
т. х, имат дискретен харак-
тер. Поради съществуването
на слухова памет те продъл-
жават звученето на директ-
но възприетия звук. С те-
чение на времето през т. х
преминават все повече отра-
зени звукови вълни, които
носят все по-малко звукова енергия. На фиг. 8.2 е показана
типична зависимост на структурата на ревербериращ сигнал от
времето.
Продължителността на реверберационния процес зависи от
обгцото звукопоглъщане А на помещението, което се определя
като сума от звукопоглъщането At на отделните повърхности, от
които е изградено. Всяка повърхност Sz се характеризира с
определен коефициент на звукопоглъщане ciz. Произведение™
azSz определя звукопоглъщането на повърхността Д—а/5/.
Общото звукопоглъщане А за дадено помещение е
А — +а2-^2+'7-з-‘$з+---’ С'ср S, (8.2)
където S е общата повърхност на помещението
S~Si+S2 Ч“£з4~54+...
Средният коефициент на звукопоглъщането аср се определя
като
А
аср-
(8.3)
Стандартного време на реверберация Т зависи от обема V на
помещение™ и от неговото общо звукопоглъщане А, като приб-
лизително се определя от зависимостта
0,161J/
1 ~ А ’
(8-4)
известна като формула на Сабин.
283
Коефициентът на звукопоглъщане а зависи от честотата, еле*
дователно А и Т също зависят от честотата.
Ако звукоизточникът 1 (фиг. 8.1) излъчва продължително
време определен сигнал, в помещението ще се установи едно мак-
Фиг. 8.3
симално количество звукова енергия Ет9 чиято плътност за-
виси от излъчвяната акустична мощност Ра> скоростта на звука
с и общото звукопоглъщане А на помещението*.
4Ра
След включване на звуковия източник в помещението макси-
мал ната плътност на енергията еж не се установява изведнъж,
а нараства постепенно от 0 до еж. Времето за достигане до уста-
новената плътност ет зависи от стандартоното време на ревербе-
рация Т. При по-голямо Т максималната плътност на енергията
гт се установява по-бавно, като еж има по-голяма стойност. На
фиг. 8.3 а е показано нарастването на плътността на енергията
ен до за помещения с различно време на реверберация Т.
Мал кото време на реверберация (в случая Т3) се обуславя от
голямото звукопоглъщане А3, което от своя страна означава,
че при всяко отражение звуковата вълна губи значителна част
от пренасяната от нея енергия. Следователно лнасищането“ на
284
помещението с енергия, т. е. достигането до плътност на енергия-
та ще стане за по-кратко време, но максималната стойност
на енергията Ет3 ще има сравнително малка стойност. Ако зву-
копоглъщането на помещението е малко и времето на ревербера-
ция 7\ — голямо, достигането до максималната енергия Ет1 ще
стане по-бавно, но гт± >Ет3-
Плътността е на звуковата енергия в дадено помещение във
всеки момент е сума от плътността еп на излъчваната от звуке-
източника енергия, която се нарича падаща или директна, и плът-
ността на отразената енергия, която се нарича дифузна,
защото създаваното от нея звуково поле има почти дифузен ха-
рактер:
Е“Еп~|-£д. (8-6)
Отношението на плътността ед на отразената звукова енер-
гия към плътността еп на директната звукова енергия се нарича
акустично отношение R. Доказва се [25], че за кенасочен звуко-
източник
16^(1-агр)
аср
(8.7)
където г е разстоянието от източника до разглежданата точка.
За общата плътност г на звуковата енергия се получава
14-я _ 1 \
R ~3д ! R
.16кг<(1^ср)
£ — —СП (1 —Ед
16кг2(1-аСр)
5-«ср
(8.8)
(8.9)
Ей 1 4
Вижда се, че акустичното отношение R в дадена точка на
звуковото поле зависи от разстоянието г до звукопзточника, сред-
няя коефициент на звукопоглъщане аср и общата повърхност S
на помещението. В отдалечените от звукоизточника точки R има
по-големи стойности, т. е. звуковата картина се изгражда пре-
димно от енергията на отразените звукови вълни. Акустичното
отношение на зали, предназначени за изпълнение на музикални
произведения, трябва да бъде по-голямо от 2, за да не звучи из-
пълнението сухо. Зали, предназначени за изпълнения на орган,
трябва да имат R =8—10- При голямо акустично отношение се
намалява разбираемостта, за това се препоръчва в зали, конто
са предназначени за речеви изпълнения, да се постига акустично
отношение R^l [25].
След прекратяване действието на звуковия източник намаля-
285
ването на енергията Ед в помещението на стойност Ет до нула се
извършва по крива линия, чиято стръмност се определя от голе-
мината на стандартного време на реверберация — фиг. 8.3 б.
В случая по-малкото време на реверберация определя по-голя-
мата стръмност на кривата, т. е. по-бързо ще затихне звуковото
поле. Много бързо ще прекратят действието сп отразеннте зву-
кови вълни, конто формират усещането за обемност и дсприна-
сят толкова много за обогатяването на звуковата картина. Го-
лямото време на реверберация също влошава качествсто на зву-
ковата картина. Затихването на звуковото поле се оъществява
по крива с малка стръмност. В този случай дори краткотраен
импулс ще продължава да звучи и след пристигането на следва-
щия импулс. Това намалява прозрачността на звуковата картина
и тя се възприема „размазана".
От казаното дотук следва, че времето на реверберация не
трябва да бъде нито много малко, нито много голямо, а такова, че
да спомага за изграждането на звуковата картина в даденото по-
мещение, която да се възприема най-добре от слушателя. Това
време се нарича оптимално време на реверберация. То зависи от
обема на помещението, от неговото предназначение, а също така
и от честотата на разпространяващите се звукови сигнали. За
помещения с еднакъв обем и еднакво предназначение оптимално-
то време на реверберация може да се измени в определени грани-
ци, без да се влошава качеството на звуковата картина. Не съще-
ствува единно мнение по въпроса за определяне на оптиглалнсто
време на реверберация. Все пак някоиосновни принципни поло-
жения са възприети от всички специалиста. Залите, в конто ще
се провеждат конференции, събрания и др., трябва да бъдат с
малко време на реверберация. Причина за това е обстоятелството,
че в такива зали ще се възпроизвеждат предимно речеви изпълне-
ния, при конто основного изискване е да има добра разбираемост.
Възприятието за обемност е нежелателно. Големите концертни
зали трябва да имат сравнително голямо време на реверберация,
тъй като в тях се изпълняват преди всичко музикални произве-
дения и предимство се отдава на получаването на възприятие за
обемност и прозрачност на звуковата картина. Многоцелевите
зали, в конто се провеждат различии мероприятия, трябва да
отговарят както на условията за музикални, така и на условията
за речеви изпълнения. Тяхното оптимално време на ревербера-
ция се избира компромисно като междинна стойност между опти-
малното време за концертанте и речевите зали. На фиг. 8.4 са
дадени препоръчваните стойкости на оптималното време на ре-
верберация за различии зали. На фиг. 8.5 са показани зависи-
286
мостите на оптималното време на реверберация за честота 500Hz
от обема на зали с различно предназначение. Крива 1 се отпа-
ся за зали за говор, крива 2 — за зали за музикални изпълнения,
крива 3 — за големи концертам зали и крива 4 — за концертни
зали, предназнйчени за изпълнения на орган. Възпроизвеждането
на музиката в бита се осъществява предимно в помещения с обем
45—80 ш3. Оптималното време на реверберация за такива поме-
щения е 0,6—0,9 s за едноканално звуковъзпроизвеждане и 0,45—
0,60 s за стереофонично възпроизвеждане.
8.2. Подобряване на акустичните параметри
на битовите помещения.
Звукопоглъщащи материали и конструкции
При посочените стойности на 7брь за битовите помещения,
които ще се използуват за възпроизвеждане на музикални про-
грамм, общото звукопоглъщане трябва да бъде А = 16—18 т2.
Като се вземе пред вид общата повърхност на ограждащите стени
5=80 — 120 ш2, за средний коефициент на звукопоглъщане се
получава аср =0,20=0,15. На пръв поглед тази стойност на аср
е малка и може да се постиг не без особени затруднения, но в дей-
ствителност не е така. В табл. 8.1 са дадени коефициентите на
звукопоглъщане на основните материали и конструкции, нами-
ращи се в битовите помещения. От таблицата се вижда, че кое-
фициентът на звукопоглъщане а за по-голямата част от повърх-
ностите в помещението има малка стойност. Сравнително голям
287
коефициент на звукопоглъщане, но предимно за високите честоти
имат плюшените завеси и килимите. По принцип по-лесно се
намират материали или реализират конструкции, конто имат
сравнително голям, коефициент на звукопоглъщане за средните
и високите честоти. Обикновено се срещат трудности за пости-
гане на необходимия коефициент на звукопоглъщане за сигналите
с ниска честота. С оглед подобряване акустичните параметри на
битовите помещения за звукопроизвеждане се препоръчва подът
да бъде дървен (дъски или паркет) и да се постави на няколко
сантиметра от бетонната основа. Завесите да бъдат от плюш — за
предпочитане памучен, а подът да бъде покрит с килим (по въз-
можност тип персийски). Дървената мебел има значително по-
голям коефициент на звукопоглъщане от стените. Препоръчва се
мебелите да се разположат така, че да не останат успоредни стени,
непокрити с мебели. По-претенциозните слушатели могат да си
изработят специални резониращи звукопоглъщащи конструкции,
с конто да подобрят звукопоглъщането на сигналите с ниска че-
стота. За целта могат да се използуват нишите за радиаторите и
други подобии. Разбира се, за това е необходима компетентната
намеса на специалист-акустик, който да определи, макар и при-
близително, средняя коефициент на звукопоглъщане за различ-
Таблица 8.1
Материал»: и конструкции Коефициент на звукопоглъщане а. за честота на звукевия сигнал, Hz
। 125 250 500 | 1000 2000 , 4000
Стена с мазилка — боядисана 0,02 0,02 0,02 1 0>03 0,04 1 0,04
Стена с гипсова мазилка 0,04 0,04 0,04 I 0,06 0,06 | 0,03
Стъкло । 0,03 0,03 0,03 ! 0,02 0,02 ' 0,03
Бетонна повърхносг 0,01 0,02 0,02 । 0,04 0,04 0,04
Слушател j 0,33 0,41 0,44 1 0,46 0,46 0,46
Крее л о-тапи цирано | 0,14 0,22 0,31 i 0,40 0,52 1 0,60
Паркет върху бетой 0,04 0,04 0,07 ‘ 0,06 0,06 • 0,;'7
Паркет върху грели 0,20 0,15 0,12 I 0,10 0,08 ; 0,07
Дървен под върху грели 0,15 1 0,11 0,10 0,07 0,06 0.07
Гума 5 mm върху иода . 0,04 = 0,04 0,08 0,08 0,08 0,10
Линолеум върху твърда основа 1 0,02 | 0,02 0,03 , 0,03 0.04 0,04
Коже но кресло 0,10 0,12 0,17 1 0,17 0,12 0,10
Мрамор, гранит i 0,01 i 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
Килим тип персийски ! 0,09 1 0,08 0,21 0,27 0,27 0,37
Перде от плюш с набор ! 0,07 i 0,49 -— 0,66 —
Дунапрен с дебел ина 20 mm на разстояние 30 mm от стената 0,15 0,85 0,99 0,58 0,94
Дунапрен с дебел ина 50 mm на разстояние 30 mm от стената — ! ; 0,40 i 0,74 0,60 0,78 0,84
288
ните честоти и въз основа на това — каква корекция е необходима
и как ще се реализира тя.
Напоследък намират приложение и някои методи за електрон-
на корекция на акустичните параметри на помещението. В същ-
Фиг. 8.6
ноет не се изменят самите параметри, а електронният тракт се при-
способявакъм тях. Един от тези методи се състои в използуване на
изравншпепи на нивото. Те могат да бъдат универсалии (стан-
дартни) илиспециални(нестандартни). Корекциятасеосъществява
по следния начин. Най-напред в свободно звуково поле се снема
честотната характеристика на звукоизлъчвателите, които ще се
използуват в даденото помещение. Ако измерването се проведе
с шумов сигнал, се получава стъпаловидна крива, подобна на кри-
вата 7, показана на фиг. 8.6. След това се снема честотната харак-
теристика на същото озвучително тяло в помещенението, в което
ще се използува, при коетотялото задължително се поставя на това
място, на което ще се намира постоянно. Ще се получи примерно
крива 2 (показаната с пунктир). Корекцията се осъществява,
като в усилвателния тракт на електроакустичната система се
постави комплект от електрически филтри, пропускащи опреде-
лен честотен обхват, например 1/3 от октавата. Коефициентът
на пропускане на отдел ните филтри се регул ира така, че честот-
ната характеристика на озвучителното тяло, снета в помещението,
да бъде приблизително права линия. За това обаче е необходимо
19 Битова звукотехника
289
усилвателят да има значителен резерв от изходна мощност, осо-
бено за областта на ниските честоти. По-рационално е да се на-
правят електрически филтри за няколко честотни обхвата и да се
внесе корекция само за тях. Разбира се, това ще бъдат честотните
обхвати, за конто създаваното от озвучителното тяло ниво на
звуково налягане в помещението се отклонява съществено от
средната стойност на нивото на звуковото налягане, например с
повече от 3 dB.
8.3. Монофонична (едноканална)
електроакустична система
Монофонична се нарича тази електроакустична система, в
която полученият електрически сигнал на изхода на микрофоните
се предава само по един канал към помещението, в което ще се
възпроизвежда звуковата картина.
Фиг. 8.7
фиг. 8.8
На фиг. 8.7 е дадена блоковата схема на най-простата моно-
фонична система, изградена само от един микрофон Л4, един усил-
вател У и едно озвучително тяло В, която намира съвсем огра-
ничено приложение. Блоковата схема на усъвършенствувана
монофонична система е показана на фиг. 8.8. При нея се използу-
ват няколко микрофона /И,, подходящо разположени в концерт-
ната зала, чиито изходии сигнали се усилват от индивидуалните
предусилватели /7У, и след регулиране в peгyлaтopитej по-
стьпват в смесителното устройство СУ и крайнйя усилвател КУ-
В резултат на това се получава един единствен сигнал, който е
сума от сигналите на изходите на микрофоните, регулирани по
290
ниво, форма на честотната характеристика, структура във вре-
мето, динамичен обхват и пр.
Обикновено възпроизвеждането на монофоничния сигнал се
осъществява от един високоговорител, което лишава слушателя
от възможността да възприеме музикалната картина с присъшите
й при звучене в концертната зала особености. Звуковата кар-
тина се възприема от едно направление — откъм единствения
високоговорител, като че ли е свита в една точка. Губи се усе-
щането за пространственост на звуковата панорама, както и
възприятието за акустичните свойства на концертната зала.
Картината звучи недостатъчно естествено, с недостатъчна проз-
рачност. Използуването на няколко високоговорителя, разнесе-
ни из озвучаваното помещение, допринася за създаване на въз-
приятие за обемност на звуковата картина, намалява неприятното
усещане, че целият оркестър е свит в една точка, но пак възприя-
тието е далеч от естественото, получено в концертната зала. Не
може и дума да става за разделяне на музикалните инструменти
в пространството, за правилното им локализиране. Това е така,
защото всички високоговорители излъЧват синфазно един и съ-
щи сигнал.
Към едноканалните системи спадат и някои системи, чието
звучене се доближава до стереофоничного — псевдостереофонич-
на, квазистереофонична и др. При тези системи възпроизвеждане-
то се осъществява от два високоговорителя, които излъчват раз-
личаващи се помежду си сигнали, получени чрез допълнителна
обработка на сигнала, постъпващ за възпроизвеждане.
8.4. Стереофонична (двуканална)
електроакустична система
При използуването на стереофоничните системи се създава
възможност за сравнително точна локализация на звуковите
източници, изграждащи звуковата картина. За това допринася
разликата между нивата или фазите на сигналите, пристигащи
от двата източника. На фиг. 8.9 е показана блоковата схема на
електроакустична система, чрез която може да се регулира про-
странствената звукова панорама. Сигналът от звукоизточника
ЗИг премннава през паралелно свързаните атенюатори (пано-
рамен потенциометър) Лц и Л12, постъпва в смесителните устрой-
ства за левия Сл и десния Сд канал на системата, усилва се от
съответните усилватели и се възпроизвежда от излъчвател ите на
десния Ид и на левия Ил канал. Ако нивото на изходния сигнал
291
на Лц (десния канал) е с 20 dB по-високо от нивото на изходния
сигнал на А12, а всички останали елементи от системата изменят
нивата на сигналите в еднаква степей, слушателят ще възпри-
ема звуковия сигнал предимно от десния излъчвател и ще ло-
Фиг. 8.9
кализира звуковия източник в мястото на десния излъчвател-
Ако чрез регулиране нивото на сигналите в изходите на Лц и Л12
се постиг не изравняване на нивата на излъчваните сигнали от
Ид и Ял, звуковият източник ще бъде локализиран от слушателя
в средата между Яд и Ял- Чрез регулиране на нивата в изходите
на Л21 и Л22 може да се постигне разлика между нивата на излъ-
чените сигнали от 6 dB, като нивото, създавано от левия сигнал»
е по-високо. В този случай звуковият източник ЗИ2 ще се лока-
лизира на разстояние от левия излъчвател Ил. Като се регули-
рат нивата в изходите на Л31 и Л32> може да се постигне нивото»
създавано от Ил в мястото, в което се намира слушателят, да
бъде с 20 dB по-високо от нивото, създавано от Яд. С това ЗИ9
ще се локализира от слушателя в Ил. Ако сигналите от трите
звукоизточника постъпват едновременно в смесителните ус-
тройства за левия Сл и десния Сд канал и след усилване се въз-
произвеждат от Ил и Яд, слушателят ще локализира звукоиз-
точниците в същите места, в конто би ги локализирал при само-
292
стоятелното им звученеь Слуховият апарат на човека е достатъч-
но съвършен, за да може да отдели двата сигнала, създавани от
един и същи звуков източник, от сигналите, създавани от другите
звукови източници. Чрез изменение нивата на сигналите в из-
ходите на атенюаторите може да се измени мястото на локализа-
ция на звуковите източници.
При замяна на атенюаторите със закъснителни линии излъче-
ните от Ил и Ид сигнали ще бъдат изместени във времето. Както
бе посочено в първа глава, фазовата разлика, която се сбуславя
от разликата на пристигане на сигналите по време, е също фак-
тор за локализиране на звуковите източници. Следователно, като
се измени времето на закъснение на сигнала в единим канал спря-
мо сигнала в другия канал, също може да се измени мястото, в
което слушателят ще локализира звуковия източник. Едновре-
менното използуване на двата фактора (разлика между нивата
Д£ и между фазите Дер) за сигналите от двата канала предоставя
големи възможности за регулиране местоположението на звуко-
източниците при възпроизвеждане на звукови картини. Тъй като
звукоизточниците при възпроизведените звукови картини не
съществуват реално в мястото, в което са локализирани от слу-
шателя, те се наричат привидни източници на звук. Локализи-
рането на привидните източници на звук има смисъл само за
определяне взаимного им разположение, което трябва да съот-
ветствува на взаимного разположение на реалните източници на
звук. На практика сбаче съответствието не е пълно. Това може
да се дължи на вида на използуваната система, но може да бъде
резултат и на допълнителна звукова режисура.
8.4.1. Стереофонични системи за запис
От гледна точка на предаване на пространствената информа-
ция съществуват различии микрофонни системи за формиране на
стереофоничния сигнал.
Система АВ. Тя се изгражда от два еднакви микрофона Мг и
Л42, предназначени за формиране на монофонична звукова пано-
рама— фиг. 8.10 а. Разстоянието Вм между микрофоните се на-
рича микрофонна база. Акустичните оси на микрофоните могат
да сключват произволен ъгъл помежду си, включително и да
бъдат успоредни, както е показано на фигурата. Звуковият из-
точник ЗИ се движи по права линия, успоредна на правата, ми-
наваща през двата микрофона. Приема се, че звуковият източ-
ник е ненасочен (точковиден), а микрофоните са с напълно
идентични параметри. Напреженията UM1 и £/Л12 на изходите на
293
микрофоните трябва да съдържат информация, която да осъще-
ствява еднозначна връзка между положение™ на привидния
източник на звук, субективно локализиран от слушателя спрямо
звукоизлъчвателите, и положение™ на реалния източник на
звук, фактически локализиран спрямо микрофоните. Напреже
ннята UMt и UM2 зависят от осовата чувствителност А и характери
стиката на насоченост G(<p) на микрофоните и от звуковите наля
294
гания pi и р2, създавани от звукоизточника в местоположението
на микрофоните. От своя страна pi и р2 зависят от излъчваната
от ЗИ акустична мощност и от разстоянията и г2 между микро-
фоните и ЗИ. Интерес представлява не самата стойност на напре-
женията UMi и а разликата между тях и причините, на кон-
то се дължи тази разлика. Поради различного разстояние меж-
ду ЗИ и двата микрофона двете напрежения UMi и ИМг ще се
различават по големина и фаза. Напрежението на изхода на мик-
рофона, който е по-далече от ЗИ, ще бъде по-малко, а неговото
изменение ще се развива със закъснение — ще изостава по фаза
спрямо напрежението на по-близкия микрофон. Ако микрофоните
са насочени, по-голямо ще бъде напрежението на изхода на този
от тях, чиято работна ос сключва по-малък ъгъл <р с посоката към
звуковия източник. Следователно разликата между нивата на
UMt и Uм, може да се дължи на двата фактора — на разликата
между разстоянията гг и г2 и между характеристиките на насо-
ченост на микрофоните, докато разликата между фазите на UMt
и Ом, се дължи само на разликата между разстоянията и гг-
На фиг. 8.106 [10] е показана зависимостта на разликата AL меж-
ду нивата Ьг и La съответно на UMl и UMt, която се получава при
движение на ЗИ. Крива 1 се отнася за ненасочени микрофони, а
крива 2 — за микрофони с диаграма на насоченост осмица. Из-
мерванията са направени при BM=2 m и Уо=1,5 т. Вижда се,
295
че за ненасочени микрофони максималната стойност на AL е —6
dB. Това е съвсем недостатъчно за локализиране на ЗИ в грани*
ците на базата на микрофоните, за което е необходимо ALmax>
^=16 dB. За насочени микрофони ALmax^ — П dB, което е също
недостатъчно за точно локализиране. На фиг. 8.10 в е показана
зависимостта на разликата Ат между времето на развитие на UMv
и времето на развитие на UM^ обуславящафазаовата разлика А ср
между тях, от местоположението на ЗИ при неговото движение
успоредно на базата на микрофоните. Условията на измерване
са същите, каквито и заполучаване на зависимостите от фиг. 8.106
Максималното изменение Атвих=±4 ms е напълно достатъчно
за точното локализиране на ЗИ. По-точно за локализиране на
привидния звуков източник е достатъчно Ат да бъде --1 ms при
преместването от единия до другия звуков източник. Следователно
получените стойности на Ат за системата АВ дават възможност за
достатъчно точно локализиране на привидния звуков източник.
При стереофоничната система АВ основен фактор за локал и-
зирането на привидния звуков източник от слушателя е фазовият
бинаурален ефект, дължащ се на значителните стойности на Ат,
докато влиянието на амплитудния бинаурален ефект поради
мал ките стойности на AL е пренебрежимо малко. Поради това
системата АВ често се нарича стереофонична система по време.
При използуване на насочени микрофони влиянието на AL става
също съществено и системата придобива време-амплитуден ха-
рактер.
Всичкн звукови източници, конто се намират на разстояние,
по-голямо от от оста у, пораждат напрежения в изходит
6
на микрофоните, чиято фазова разлика съответствува на закъс-
нение във времето Дт>1 ms и се локализират от слушателя или в
левия, или в десния звукоизлъчвател. Само звукови източници,
конто са по-близо до оста у, се локализират между звукоизлъчва-
тел ите. Това е един от недостатъците на системата АВ. По съ-
щата причина неправилно ще се предава и евентуално движение
на ЗИ. Откачало той ще се възприема като неподвижен в единия
високоговорител (докато измине разстояние след това бър-
зо ще се премести в другия високоговорител (при преместване от
—_ до +. Л1) и ще се локализира в него при изминаване на оста-
6 6
налото разстояние _2и.
За отстраняване на тези недостатъци се увеличаваразстояние
296
то 1/0, но това води до намаляване на отношението директен/of-
разен звук. Може да се намали базата Вм, но в този случай вли-
янието на AL намалява още повече, а освен това крайните инстру-
мента се приемат сравнително слабо. При увеличаване на базата
фиг. 8.11
(Вж>2ш) се забелязва намаляване на звученето на инструменти-
те от средата на оркестъра, т. нар. „провал на средата".
б)
Параметрите на системата
АВ (В^, yQ характеристиките на
насоченост на микрофоните и
тяхното ориентиране) оказват съ-
ществено влияние върху качест-
вото на получената стереофонич-
на звукова панорама. За оптимал-
ното съгласуване на тези парамет-
ри е необходима висока квали-
фикация от страна на звукоре-
жисьора за правилна субективна.
преценка на особеностите на ор
кестъра, на акустичните параметри на помещението, в което
се осъществява звукозаписът, на вида на изпълняваното музи-
кално произведение и т. н. Независимо от недостатьците звуко-
режисьорите оценяват системата АВ с оптимално съгласувани
297
параметры като подходяща за получаване на висококачествена
стереофонична звукова панорама.
Система XY. Тя се реализира, като се използуват два насоче-
чени микрофона, конто се разполагат един върху друг така, че
акустичните им оси сключват някакъв ъгъл 6 помежду си —
фиг. 8.11 а. Разстоянието от звуковия източник ЗИ до двата мик-
рофона е винаги едно и също. Следователно фазова разлика меж-
ду напреженията и UM2 на изходите им не съществува. Меж-
ду нивата на тези две напрежения обаче съществува значителна
разлика AL, която се дължи на характеристиката на насоченост
на микрофоните. Локализирането на привидния източник на
звук от слушателя ще се осъществи на базата само на амплитуд*
ния бинаурален ефект. За това системата XY се нарича стерео-
фонична система по ниво (по амплитуда).
На фиг. 8.11 б е показано разположението на два микрофона
и техните диаграми на насоченост с формата на осмица при ъгъл
между акустичните им оси 6=90°, а на фиг. 8.11 е — два микро-*
фона с кардиодна диаграма на насоченост. На фиг. 8.11 г са да-
дени зависимостите на разликата AL между нивата на Um± и
във функция от преместването х на звуковия източник, намиращ
се на разстояние у=2 ш. При отдалечаване на ЗИ от оста у раз-
298
ликата AL за микрофоните с диаграма осмица нараства почти
линейно с нарастването нах, като при x=zt0,8 у достига zt16
(крива 1). При увеличаване на разстоянието от оста у разликата
AL започва рязко да нараства, като клони към безкрайност при
x==ty, т. е. при <р=45° или в общия случай при Тези
резултати показват, че стереофоничната система XY, реализирана
с микрофони, чиято диаграма на насоченост има формата на ос-
мина, правилно предава информацията за положението на звуко-
е , е
вия източник при неговото преместване в границите — 22-
Преместването извън този обхват обаче не може да бъде правилно
отразено. Същата система, реализира с микрофони с кардиоидна
диаграма на насоченост, не предава правилно местоположението
на звуковия източник. От фиг. 8.11 г — крива 2, се вижда, че в
този случай |ALl— 6dB за i<p,i<45°, което не е достатъчно за ло-
кализирането на привидния ЗИ. Но при [<р|->60° разликата AL
клони към безкрайност. Следователно всички източници, които
се намират на =^45°, ще се локализират в средата между звуко-
излъчвателите, а източниците, които се намират в зоната 45°g
^!<р|^60°, ще се локализират правилно. Може да се направи
заключение, че системата XY с микрофони с кардиоидна диаграма
на насоченост има обхват cp==t60o, т. е. по-ншрок от системата
ХУ с микрофони, чиято диаграма на насоченост има формата на
осмица.
Като недостатък на системата XY се счита увеличената гръм-
кост на централните инструмента на оркестъра, но това може да
се избегне, ако тези инструмента се разположат не по права ли-
ния, а под формата на дъга. Освен това микрофоните трябва да
бъдат отдалечени на сравнително голямо разстояние от оркестъра,
за да се вмества целият оркестър в ъгъла —45е, което води до
намаляване нивото на директно приемания сигнал.
Система MS. Тя се изгржда, както и системата XY, от два
микрофона, поставени един върху друг. В този случай обаче мик-
рофоните са с различна характеристика на насоченост. Единият
микрофон /Иж(фиг. 8.12) е ненасочен, т. е. диаграмата му на на-
соченост е кръг, а другият -— има диаграма на насоченост ос-
мица. Първият микрофон приема информация от всички посоки, а
вторият—само от две противоположни посоки. На изхода на мик-
рофоните се получават две напрежения UM и които, преди да
се подадат към десния и левия канал на системата, постъпват в
сумарно-разликов преобразувател. На изхода на този преобра-
299
зувател се получават две нови напрежения Ur и 172, конто са
полусума и полуразлика на напреженията UM и Us:
Ui=^ {UM +US -и.)- (8.10)
Напреженията U1 и t/2 се подават към двата канала на сте-
реофоничната система. Установено е, че Ur и U2 съответствуват
точно на изходните напрежения,
получавани при система XY с
два кардиоидни микрофона, но
при системата MS с микрофоните
се обхваща ъгъл 6—180°. Лока-
лизирането на привидния звуков
източник при системата MS се
Дължи само на амплитудния бина-
урален ефект. Вместо ненасочен
микрофон може да се използува
микрофон с кардиоидна] диаграма
на насоченост.
Недостатъците на посочените
стереофонични системи могат от-
части да се отстранят чрез из-
ползуването на системи, включ-
ващи по няколко стереомикрофо-
на, като получените сигнали се
подлагат на специална обработка. Независимо от това чрез двука-
налното стереофонично звуковъзпроизвеждане не може да се
повтори звуковото поле на студиото. Ето защо звукорежисьорът
се стреми да осигури такова възпроизвеждане на звуковата кар-
тина, което да задоволи естетическите изисквания на слушателите-
8.4.2. Стереофонични системи за възпроизвеждане
При тези системи възпроизвеждането на сигналите от двата
канала се осъществява от два високоговорителя, или по-точно
от две озвучителни тела, еднакви с тези, конто се използуват при
монофоничното възпроизвеждане. Двата високоговорителя са на
разстояние В (т. нар. база) един от друг. Обикновено работайте им
оси са перпендикулярни на линията на базата. При тази система
на двуканално възпроизвеждане се създава звуково поле, което
само по оста на симетрия между двата високоговорителя е про-
порционално на AL или на Ат на напреженията UMt и Но
слушател, разположен близо до оста на симетрия, също възпри-
300
ема звуковата картина с присъщото за стереофоничното възпро-
извеждане високо качество. Това е така, защото съществува зо-
на, в границите на която предимствата на стереофоничното звуко-
възпроизвеждане се възприемат така добре, както и по оста на
симетрия. Тази зона се нарича зона на стереоефекта. Обикновено
нейните граници се определят, като се допуске определена не-
точност при локализирането на звукоизточник, който се намира
в централната част на оркестъра, например 10%. На тази база е
установено, че зоната на стереоефекта се разширява с отдалечава-
не от звукоизлъчвателите — фиг. 8.13 а. С намаляване на базата
зоната на стереоефекта се разширява — фиг. 8.13 6, а с увели-
чаване на базата се стеснява — фиг. 8.13 в. Изборът на база-
та е съществен въпрос, който трябва да се реши при реализация-
та на една електроакустична стереофонична система. По прин-
цип е установено, че е за предпочитане базата да е по-голяма.
При малка база създаваната звукова картина обеднява и по ка-
чество се доближава до монофоничната. Освен това се подчертава
звученето на средните инструменти на даден оркестър за сметка
на крайните, конто започват да се губят. При по-голяма база се
увеличава прозрачността на звучене както на централните, така
и на крайните звукоизточници. Обаче при В>2,5 ш централните
източници се чуват твърде слабо за сметка на по-ясното звучене
на крайните. Мненията на специалистите за избор на оптимална
големина на базата са твърде противоречиви. Обикновено се
приема, че базата В трябва да бъде около 70% от широчината на
помещението или от 2,5 до 3 т.
301
Съществуват различии решения, с които се цели да се разши-
ри зоната на стереоефекта. Едко такова решение, известно като
система с пълзяща база, е показано на фиг. 8.14. Сигналите от
всеки канал се възпроизвеждат от две озвучителни тела Влг, Вл2
1; 2; 3;
Фиг. 8.14
и ВД1, Вд2- При това положение точките 7, 2 и 3 се оказват вър-
ху оста на симетрия съответно на Влх и Вд1, Вл2 и Вд1, ВЛ2 и ВД2.
Следователно в тези точки стереоефектът ще бъде ясно изразен.
Необходимо е обаче да се вземат мерки за намаляване взаимното
влияние между двете озвучителни тела, възпроизвеждащи сиг-
нала от даден канал.
Зоните на стереоефекта на фиг. 8.13 са определени при до-
пускането» че озвучителните тела излъчват ненасочено. Известно
е обаче, че това е вярно само за сигналите с ниска честота. Сиг-
налите със средна и особено с висока честота се излъчват вина-
ги насочено. В резултат на изследвания е установено, че зона на
стереоефекта с реални озвучителни тела може да се осъществи
само ако работните им оси сключват определен ъгъл, който за-
виси от характеристиките на насоченост на съответните тела.
Този ъгъл трябва да бъде 60°—80°. Използуването на озвучител-
ни тела с подходяща характеристика на насоченост, която за да-
деното помещение е оптимална, води до значително разширяване
на зоната на стереоефекта.
При всички разглеждания беше прието, че както микрофо-
ните, така и озвучителнитетела, използувани при стереофоничните
електроакустични системи за възпроизвеждане, са с идентични
параметри. На практика това е трудно да се осъществи. Именно
за това по отношение на еднотипните елементи, които се изпол-
302
зуват в стереофоничните системи, се предявяват допълннтелни
изисквания за допустими разлики между параметрите им.
8.5. Квадрофонична електроакустична система
Качеството на звуковата картина, възпроизведена чрез дву-
канална стереофонична електроакустична система, е значително
по-високо от качеството на картина, получена от монофонична
система. Независимо от това възпроизведената звукова картина
се различава от оригиналната, което се дължи на никои недоста-
тъци на двуканалната система за запис и възпроизвеждане на
звука. Слушателят, разположен в помещението, в което се из-
вършва възпроизвеждането, не възприема достатъчно пълно
акустичните особености назалата, къдетоеизпълнено музикалното
произведение. Това е така, защото привидните звукови източници
се локализират главно по линията на базата на озвучйтелните тела
и само частично в дълбочина. Емонионалното въздействие вър-
ху слушателя не е достатъчно силно, не се създава илюзия за
пренасяне на слушателя в концертната зала — т. нар. ефект на
присъствие.
Това наложи да се продължат търсенията на специалисти-
те в тази облает, в резултат на което бе предложена по-съвършена
електроакустична система, при която информацията за звуковата
картина в първичното помещение се предава към вторичното
чрез 4 самостоятелни канала. Тя се нарича квадрофонична си-
стема или накратко квадрофония и по същество представлява
четириканална стереофонична електроакустична система. Бло-
ковата схема на квадрофоничната система епоказана нафиг. 8.15.
Двойката микрофони и М2 се поставят пред изпълнителите по
подобие на системата АВ при двуканалната стереофония. Дру-
гите два микрофона А43 и М4 се поставят в дълбочина в залата и
са предназначени да приемат главно отразените звукови вълни.
Следователно 2И3 и 2И4 служат основно да предадат информация
за акустичните параметри на помещението, да допълнят въз-
произведената звукова картина и да я доближат по структура
и по характер на развитие на процеса до оригиналната.
Съществуват различии типове квадрофонични системи, но по
отношение на всички се предявяват някои основни изисквания:
— да бъдат съвместими, т. е. записаната програма да може
да се възпроизведе и чрез двуканална или еднокална електро-
акустична система, като качеството на възпроизведената про-
303
грама трябва да съответствува на възможностите на съответната
система;
— да създават възможност за локализиране на звуковите
източници не само в хоризонталната, но и във вертикалната
равнина;
— да пресъздават колкото е възможно по-точно в помещението
на прослушването пространствения реверберационен процес, кой-
то е свойствен на първичното помещение, т. е. да предават аку-
стичните особености на първичното помещение много по-добре
от стереофоничната система;
— да осигурят значително по-добра прозрачност на звуче-
нето и естествено предаване на тембъра на музикалните инстру-
мента и на гласовете на певците.
Дадената на фиг. 8.15 система се нарича обикновена или
дискретна кеадрофонична система. При нея са необходими 4
канала за връзка или 4 писти при осъществяване на запис.
Псевдоквадрофонична система. При тази система звуковата
информация в първичното помещение се приема така, както и
при двуканалната система и се изпраща по 2 канала до помеще-
нието за възпроизвеждане. Преди да се възпроизведе обаче сте-
реосигналът се преобразува в специално устройство и се полу-
чават 2 допълнителни сигнала, конто съдържат главно инфор-
мация за акустичните параметри на първичното помещение.
Сигналите се усилват от четириканален усилвател и се възпро-
извеждат от 4 озвучителни тела. По такъв начин звуковата кар-
тина в помещението за прослушване се обогатява със сигнали,
конто предават акустичните особености на първичното помещение
304
и спомагат за създаването па ефект на присъствке в него. На
фиг. 8.16 е показана блоковата схема на псевдоквадрофонична
система. Левият Л и десният Д сигнал се усилват от усилвателите
У1 и У2 и се подават на озвучителните тела и В2 за възпроиз-
Фиг. 8.16
веждане. Те създават стереофонична двуканална звукова карти-
на. В синфазния суматор (2) двата сигнала Л и Д се подават син-
фазно и на изхода се получава сигнал, равен на тяхната сума.
В противофазния суматор (—2) двата сигнала Л и Д се подават
противофазно и на изхода се получава сигнал, равен на тяхгата
разлика. Сигналите Л+Д и Л—Д се усилват от усилвателите У3
и У4 и се възпроизвеждат от и В4. Те създават звукова кар-
тина, съдържаща достатъчна информация за акустичните пара-
метри на първичното помещение. С атенюаторите Лх и Л2 може
да се изменя нивото на сигналите Л+Д и Л—Д спрямо нивото
на основните сигнали Л и Д. Озвучителните тела Вт и В2 могат
да се разположат и както при обикновената стереофония, а В3 и
В4 — пред и зад слушателя. В някои случаи във веригата на
задното озвучително тяло се включва закъснителна линия ЗЛ с
регулируемо време на задържанеот 10 до 100 ms, с което се по-
добрява обемността на звученето.
Матрични квадрофснични системи. Тези системи за пръв път
бяха предложени през 1970 год. и за кратък период от време
претърпяха бързо развитие — вече съществува значително то-
го Битова звукоктехника
305
лямо разнообразие от матрични квадрофонични системи. Бър-
зото им развитие се дължи на големите прсдимства, конто пред-
лагат. Основното от тях е, че информацкята при тези системи
се предава по два канала. Освен това матричните квадрофонични
системи са много добре съвместими с двуканалната стереофонич-
на и с монофоничната система. Те имат по-голямо отношение сиг-
нал-шум при еднаква широчина на честотния обхват от обикНо-
вената квадрофонична система, дадена на фиг. 8.15. Разликата
между звуковите картини, създавани от обикновената и матрич-
ната квадрофоничнасистема, е много малка, несъществена, дори
според някои изследователп — почти незабележима.
На фиг. 8.17 е дадена блоковата схема на матрнчна квадро-
фонична система. Тя включва 4 насочени микрофона —Л4<,
кодиращо устройство декодиращо устройство ДКУ, свър-
зано с КУ чрез 2 линии, логически схема за контрол на усилва-
нето ЛСКУ, 4 усилвателя У1—У^ и 4 звукоизлъчвателя В,—В4.
На входа на кодиращото устройство КУ постъпват 4 сигнала от
четирите микрофона, а на изходаму излизат 2 сигнала, конто но-
сят информация за 4-те входни сигнала. На входа на ДКУ по-
стъпват 2 сигнала, а на изхода му се появяват 4 сигнала
Всеки един от тях съдържа сигнал, който тсчно съответствува
на изходния сигнал от микрофоните /И1—Л14 и затсва те се на-
306
ричат възстановени сигнали. Например съдържа сигнал,
който точно съответствува на изходното напрежение на Но
освен това напрежението съдържа и сигнали, конто са про-
порционални на изходните напреженияна останалите 3 микро-
фона и се наричат смущаващи за дадения канал сигнали. Матема-
тичен анализ за съотношението между сигналите в даден канал
на изхода тук няма да се извършва, но в литературата може да
се намери достатъчно информация по този въпрос [10]. Различните
видове на матричните квадрофонични системисеразличават главно
по начина, по който се потискат смущаващите сигнали, както и
по отношението между възстановенпя и смущаващите сигнали.
Всеки от сигналите се усилва чрез усилвателите yt—У4 и се въз-
произвежда от озвучктслните тела Вг—В*.
Основного предимство на матричните квадрофонични системи,
че от изхода на кодиращото до входа на декодиращото устройство
има само 2 сигнала, позвод.ява да се използуват същите методи
и средства за запис, съхранение и възпроизвеждане на звука,
каквито се използуват при двуканалш.те стереофонични електро-
акустични системи. Логическата схема за контрол на усилването
ЛСКУ се използува за подобряване на отношението възстановен—
смущаващ сигнал. Действието и е разгледаио погреб но в [10]
аосх
ГЛАВА ДЕБЕТА
ИЗПОЛЗУВАНЕ НА ЕЛЕКТРОАКУСТИЧНИТЕ
СИСТЕМИ ЗА ДОМАШНО ОЗВУЧАВАНЕ
9.1. Разположение на елементите на системата
Електроакустичната система е предназначена основно за
слушане на готови, консервирани записи (грамофонни плочи,
Фиг. 9.1
магнитофопни ролки или касети) или за приемане на музикални и
речеви програми от предавателя посредством тунер. Системата
може да има единно конструктивно решение, както е показано на
фиг. 9.1, или да бъде съставена от отделки блокове, които могат
да бъдат обединени в единен станок (фиг. 9.2). Това решение
намира голямо приложение в последните години заради удобства-
та, които предлага при експлоатания. Осеовното ст тях е, че от-
делните блокове могат да се набавят постепенно. Освен това при
308
повреда на никои от блоковете останалите функционират нор-
мално, осигурено е и подходяще място за съхранение на грамо-
фонните плочи, касетите и ролките и др.
Плочите трябва да се съхраняват в пликовете на оригинална-
та опаковка, за да се предпазят от замъреявания и наранявания.
Фиг. G.2
Замърсяването и нараняването оказват неблагоприятно влия-
ние върху звуковъзпроизвеждането, тъй като амплитудата на
записа на високи честоти е от порядъка на няколко десетки мик-
рона, т. е. съизмерима с големината на прашинките, попаднали в
браздите на плочата. Никои фирми използуват за производство-
то на грамофонни плочи пластмаса, съдържаща антистатични
309
добавки, но повечето не използуват такива добавки. Ето защо се
препоръчва периодично плочите да се почистват с антистатич-
на течност с помощта на намокрена и добре изстискана кърпа от
антистатична материя.
При съхранението плочите трябва да се разполагат вертикал-
но, за да се нзбегне изкривяването им. Със съвременните тех-
нологии на производство се осигурява добра равнинност, така
че е възможно плочите да се разполагат и хоризонтално без опас-
ност за деформация на периферията им, но се препоръчва в този
случай броят им да не бъде повече от 10 (разделени по големината
на диаметъра). Преди да се постави върху диска на грамофона,
плочата трябва да се хване с двете ръце, така че върху нея да не
остават отпечатъци от пръстите, тъй като и това може да пре-
дизвика смущения при възпроизвеждането на записа.
Изискванията за съхранение на ролките и касетите са анало-
гични на посочените за грамофонните плочи, въпреки че при ка-
сетите по отношение на чистотата на лентата и защитата от по-
падане на външни частици е направено много. За съхранението
на записа е важно касетите и ролките да не се разполагат в бли-
зост до магнитни полета. Ролките, касетите и плочите трябва да
се разполагат така, че да се избягва влиянието на топлинни източ-
ници или прякото действие на слънчеви лъчи.
За доброто звуковъзпроизвеждане от особена важност са
акустиката на помещението, видът и разположението на предме-
тите в него, както и разположението на озвучнтелните тела (ОТ).
Тъй като въпросите на акустиката на помещението бяха разгле-
дани вглаваосма, тукщесе дадатсамо никои препоръкиза разполо-
жението на озвучнтелните тела и начина на слушане. Да се даде
строго правило за начина на слушане на музикални и речеви про-
грами е много трудно, понеже тук обективните (физичните) фак-
тори се преплитат със субективните оценки. Трудно е да се да-
дат и еднозначни решения за разположението на озвучнтелните
тела в помещението, но сыцествуват никои основни правила,
конто могат да бъдат полезни на любителя на висококачественото
звуковъзпроизвеждане. При това трябва да се има пред вид, че
както при оформянето на помещението, така и при разполагане-
то на озвучнтелните тела се налага да се правят компромиси»
тъй като освен съображенията за добро звуковъзпроизвеждане
съществуват и съображения от естетичен и функционален характер.
Височината, на която се разполагат озвучнтелните тела, тряб-
ва да бъде приблизително равна на височината на главата на
седящ слушател, т. е. на 1—1,2 ш от пода (фиг. 9.3). Ако озву-
чителните тела се поставят на пода, може да се влоши възпроиз-
веждането вследствие екраниращото действие на намиращите се
310
в помещението предмета. Такова разположение се препоръчва
само тогава, когато между слушателя и озвучителните тела няма
относително обемиста предмета (маса, столове, фотьойли и др.).
Редица изследвания и измервания потвърждават факта, че чес-
тотните свойства и разпре-
делението на звуковата енер-
гия зависят от разпростра-
нението от озвучителните те-
ла до стената, от това дали
те се намират до странична-
та стена или в ъгъла на по-
мещението, от звукопоглъ-
щащите свойства на пред-
метите, отгеометричната фор-
ма и размерите на помеще-
нието. За честоти до около
Фиг. '9.3
1000 Hz мястото на ОТ оказ-
ва решаващо влияние върху
честотните свойства на възпроизвежданата музикална картина.
При поставянето му в ъгъла на помещението за ниски честоти се
получава повдигане от около 6—9 dB, а ако се намира до стена-
та — за честоти до 125 Hz повдигането е само 3 dB. При съшото
разположение на ОТ за честоти около 400 Hz се получава спа-
дане с около 3 dB.
За високи честоти ъгълът на излъчване на озвучителните тела
намалява и ако слушателят се намира извън полезната площ на
слушане, ще възприема лошо тези честоти. На фиг. 9.4 е показан
пример на разполагане на озвучителното тяло при монофонично
звуковъзпроизвеждане и полезната площ на слушане, която се
получава при това разполагане. Най-малкото разстояние от оз-
вучителното тяло трябва да бъде повече от утроения размер на
нискочестотния високоговорител и обикновено се избира около
1,5 гл. При стереофонично звуковъзпроизвеждане полезната площ
зависи и от разстоянието между акустичните оси на озвучителните
тела — база В. В такъв случай минималното разстояние за слу-
шане се препоръчва да бъде повече от 0.8 В (фиг. 9.5), а максимал-
ист© е повече от 2,5 до 3 В. При разстояния, различии от по-
сочените, ефектът от стереослушането се намалява или липсва
напълно. Най-голяма полезна площ на слушане (6,7—7,8 т2)
се получава, ако разстоянието между озвучителните тела (сте-
реобазата) е от 2,5 до 3 ш. Ако няма сериозни пречки, се препо-
ръчва озвучителните тела да се разполагат на по-късата стена
на помещението, като се избягва поставянето пред тях на екра-
311
ниращи (засенчващи) и отразяващи предмета. При вертикално
разположение на ОТ високочестотните високоговорители тряб-
ва да бъдат над нискочестотните, а при хоризонтално — най-
близко до осовата линия, т. е. да бъдат поставени така, че ви-
Фиг. 9.4
Фиг. 9.5
сокочестотните високоговорители да имат по-малко разстояние
между осите си в сравнение с нискочестотните. Това се налага
главно защото, както вече беше посочено, ъгълът на излъчване
на високи честоти, изразен в градуси, е относително малък и
зависи от възпроизвежданата честота f (Hz) и активния диаметър
на излъчване DzK (m) на мембраната на високоговорителя:
3 = 2 arc sin
300 _ '
/•Чк
(9.1)
гр г оии
Тази зависимост е валидна за честоти, по-високи от / = ?<-
Т7ак •
Например за честота 10 kHz и активен диаметър на мембраната
180 mm (високоговорител с диаметър 200 mm—10%) ъгълътна
излъчване ще бъде
? 2arcsin( !().!(>.оде) 19.
312
Ако слушателите са малко, добро възпроизвеждане ще се
получи при малко завъртане на озвучнтелните тела спрямо аку-
стичните им оси в посока към стереобазата.
За индивидуално слушане на качествени стереозаписи е под-
ходяще да се използуват слушалки, чиито качествени параметри
обикновено са високи и при слушане с тях не се смущават окол-
ните, тъй като ОТ се изключват.
9.2. Свързване на елементите на озвучителната
система
Преди да се използува системата за домашне озвучаване, е
необходимо да се реализират връзките между отделяйте и еле-
менти. В табл. 9.1 са посочени изискванията, регламентирани в
СТ СИВ 1080—78, за свързване на елементите чрез съединители
(куплунги). Разположението на изводите е показано за шифтов
съединител, гледан от страната на спойките. За гнездов акусти-
чен съдинител, гледан от страната на спойките, разположението
на изводите еобърнато на 180°, т.е. на мястото на извод 1 се на-
мира извод 3 и на мястото на извод 4 — извод 5, като извод 2 за-
пазва положението и означението си. Обикновено корпусът на
гнездовия съединител и извод 2 са евързани помежду си и с об-
щия замасяващ проводник. В стереофоничните магнетофони, с
конто могат да се правят записи, трябва при включване в по-
ложение „моно“ с външен съединител да се осигури връзка между
изводи 3 и 5. В режим на възпроизвеждане „стерео" усилвателят
на магнитофона е свързан с изводи 3\Л) и 5 (Д). Във всички дру-
ги случаи към изводи 3 и 5 трябва да се включва резистор със
стойност, не по-малка от 1 MQ. за да се избегне евързването на
десния с левия канал на грамофоиа, изхода на детектора или
изхода на усилвателя. При наличие на съединител със 7 нзведа
трябва да се има пред вид, че изводи 6 и 7 са предназначена за
далечно командуване. За магнетофони, предназначени за авто-
мобили, в конто се използуват акустични съединители с повече
изводи, изводите 6 и 7 са предназначена за захранване, като
извод 6 е замасяващ.
В табл. 9.2 са посочени основните входни и изходни параметри
на елементите на електроакустичните системи, дадени в СТ СЙВ
1080 — 78. За минималните стойкости на входнпте напрежения
на изхода на усилвателя трябва да се получи номинално изход-
но напрежение. Трябва да се знае, че входът „запис" на усилва-
313
Таблица Р7
СлЗ
к—*
ф*
Свързване на контакте на щифтовия и гнездовия съединител
по изискванията на СТ СИВ 1080—78
Контакти от стр«- ната на споаване при щнфтов съеди- нител Приложение Вид на уст- ройство™ Номер на контакта
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5 6 7 8
/V\ 1 Микрофони и микро- фоини вхо- дове Моно (симетричен) активен извод 1 екран ' обратен извод 1 — 1 —
(оз 1OJ \ 2 J Моно (неси метр и- чен) активен извод екран и об- ратен из- вод — —
/оз 1о\ уо^^о/ Стерео (симетричен активен из- вод на Л канал екран обратен из- вод на Л канал активен из- вод на Д капал обратен им.од на Д канал
Стерео (несиметри- чен) активен из- вод на Л канал екран и об- ратен извод । активен из- вод на Л канал —
Слу шалки с микрофон (монофони- чен) Моно активен из- вод от мик- рофон маса1 активен из- вод на Л слушал ка обратен из- вод па Л и Д слушалки активен извод на Д слушалка (свързан с 5)
Стерео активен из- вод от мик- рофон маса1 активен из- вод на Л слушалка ( обратен из- вод на Л и ! Д слушалки j активен извод на Д слушалка
Продолжение на таблица 9.1
1 2 3 4 5 6 7 8
Грамофон тунер Моно — екран и об- ратен извод активен извод —- свързан с извод 3
Стерео — екран и об- ратен извод активен из- вод за Л канал — активен извод за Д канал
Запис и въз- произвеж- дане на маг- нитофон н свързване с други_уре- ди Моно Сигнал за запис екран н об- ратен извод сигнал за възпроиз- веждане свързан с извод 1 свързан с извод 3
Стерео1 Сигнал за запис на Л канал екран н об- ратен извод сигнал за възпроиз- веждане на Л канал1 сигнал за запис на Д канал сигнал за възпроиз- веждане на канал*
1 Вж. текста
315
теля представлява генератор на ток, чието външно съпротивление
трябва да бъде по-голямо от 150 kQ, а товарното съпротивление—
47 kQ, като минималната стойност на тока за запис е 0,2 mV/kQ.
9.3. Записи в домашна обстановка
Качествен запис от микрофон може да се получи, ако се поз-
нават добре акустичните параметри на помещението. Ето защо
за записи се използуват специално обработени в акустично отно-
шение зали и студия. В домашна обстановка не може да се раз-
чита, че могат да се получат записи, конто по качество да бъдат
еднакви със студийните. Все пак има някои общи правила, конто
трябва да се спазват при правене на запис от микрофон.
Съвпадение на звука при запис с естествените условия на
слушане ще се получи, ако при записа се спазва изискването зву-
ковата енергия на отразения сигнал ЕОтР да бъде равна на звуко-
вата енергия на прения сигнал Епр, т. е.
(9.2)
Пр
Когато гласът на изпълнителя звучи близко, интимно.
Създава се впечатление, че изпълнителят пее или говори в бли-
зост до ухото на слушателя, като в гласа му са подчертани и най-
малките оттенъци. Прекалената близост на микрофона до изпьл-
нителя обаче може да предизвика и изкривявания на звука.
Когато А>1, се получава впечатление за голям обем и дълбо-
чина на звука. Акосеправизаписнамузикално произведение, не
могат да се различават отделнитедетайли на звуковата картина и
музикалното произведение се възприема като единно цяло, без
да се получи представа за геометричното разположение на от-
деляйте инструменти. Ако е известен обемът V на помещението в
ш3 и времето на реверберация Tbs, приблизителното оптимално
разстояние между изпълнителя и микрофона може да се определи
от зависимостта
9 тп> (9-3)
където k е обемен коефициент и има стойкости от 0,5 до 2,4 за
пеене соло и от 0,2 до 0,8 за говор (по-малките стойкости на k се
отнасят за А«С1, а по-големите — за А^>1).
Ако за запис се използува микрофон с кардиоидна характери-
стика, разположен близо до изпълнител, то поради това, че отра-
316
Таблица 9,2
Входни и изходнн параметри на елементите на елгктроакустнчните системи
по изискванията на СТ СИВ 1080—78
№ Изходнн параметри Входив параметри
Номинален импеданс, kQ Изходно напрежение при ZTi mV Входен импе- данс Q Вхадно напрежение, mV
вътрешен Zi товарен zT мипи- мално номинално 6 ’ 1 макси- малио мнни- мално номи- пално макси- мално
1 2 3 | 4 5 7 8 1 ’ 9 10 11 12
1 Микрофон 1 Вход микрофон 1
1.1 Електродина- мичен и електрстеп 0,05 0,15 0,11 10 ! Електродина- мичен и електретен >0,15 0,04^ 0,1 103
0,2 0,6 —— 0,2 20 >0.6 0,08 0,2 20
0,6 2 1,8 — 0,35 35 >1,8 0,16 0,35 35
6 — 0,6 60 >6 0.2 0,6 60
1.2 Кондензаторен 0,05 0,15 — 0,5 — >0,15 0,2 0,5 —
0,2 0,6 — 1,0 — >0,6 0,4 1,0 —
0,6 1,8 — 1,7 — >1,8 0,64 1,7 —
2 Грамофонна доза (звукоот- нсмател) Вход на усил- ватсля за включване на
2.1 Пиезоелектрн- изхода на до- 2000
чески 470 — 500 2000 зата >470 200 500
2.2 Магнитна 47 — 5 20 47+20% 2 5 20
2.3 Магнитна Hi-Fi 47 — 5 20 47+20% 2 5 30
Продължение на табл. $.2
318
_2_ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 и 12
3 Приемник — детекторен изход £22 220 200й 5004 2000« Детекторен н универсален вход на усил- вателя i 2:220 200 500 2000
4 Магнитофон <22 220 — 500 2000 Магнитофонен вход на усил- вателя 2:220 200 500 2000
5 Предусилвател SS1 10 1 1000 >1000 Вход на усил- I ватсля на мощ- ноет 2110 1000 — —
6 Магнитофонен изход па усил- вателя Sr 150 47 0,27 0,57 27 Вход на магни- тофона <£47 0,27 0,57 27
7 Изход на усил- вателя на мощ- ност 6 3 ZT — — — Високоговори- тел 0,004; 0,008; 0,016; 0,025; 0,05; 0,1 — — —
8 Изход слушал- ки на усилва- , теля 0,12 ZT - J — — Слушалки с мощност ^0,1 W ' 0,008: 1 0,016; I 0,3; 0,6; 1 1; 2; (4) — —
* Забележки: 1 Стойностите са валидни за звуково налягане 0,2 Ра (80 dB/20 р.Ра); за микрофони за близко
действие звуковото налягане е 3 Ра (104 dB/20 ^Ра) и изходното напрежение трябва да бъде с 20 dB по-високо.
Продолжение на табл. 9.2
оо
CD
2 Стойността се огнася за звуково налягане ЮРа (114 dB/20 uPa), с 6dB по-високо от чувствителността на
микрофона.
3 За апаратура Hj-Fj мнннмалните стойности не трябва да бъдат по-ииски от 0,25 mV при 50 Q; 0,5 mV при
200 □; 0,85 mV при 600 Q и 1,6 mV при 2 kQ.
4 Изходно напрежение, съответствуващо на 40 dB, при което входното напрежение върху импеданс 300 Q е
1.73 mV
— девиацията за ЧМ тунери е 40 kHz
— дълбочината на модулацията при AM е 80 %
5 Изходно напрежение, за което отношението сигнал/шум е 26 dB
— девиапията за ЧМ тунери е 22,5 kHz
. —дълбочината на модулацията при AM е 30%
в Изходно напрежение, което се получава при максимален антенен сигнал и максимална модулация
7 Стойности на минималния, номиналния н максималния ток в mV/kQ
зеният и прекият сигнал са в различии съотношения, гее се го-
лучи т. нар. ефект на близостта. Така се създава впечатление»
че ниските честоти се записват от по-близко разстояние, отколкото
високите. Например при запис на тон с честота 500 Hz на раз-
стояние 0,4 ш се създава същото впечатление както при запис на
тон с честота 200 Hz на разстояние 1 ш. Такава субективна
оценка на разстоянието е възможна само за честотите до 500 Hz.
Въпреки че в домашни условия не може да се получи голяма
разлика в пътя, който трябва да измине прякага и най-късата
отразена звукова вълна, трябва да се отбележи за сведение, че
тази разлика не трябва да бъде по-малка от 6 ш и по-голяма от
17 т. В противен случай може да се получи интерференция. За
да се избегне това, често микрофонът се поставя съвсем близо
(от порядъка на сантиметри) до пода, като се вземат мерки за
намаляване на смущаващите сигнали от стъпки и други механич-
ни шумове.
При записи от грамофон, магнитофон или тунер върху магни-
тофон да се спазват изискванията за минималнито входим и из-
ходни нива и входнии изходни съпротивления, посочени в табл.
9.2. При това не трябва да се получава премодулиране на сиг-
нала, което се следи на индикаторната система на магнитофона.
320
ЛИТЕРАТУРА
1. Аполлонова, Л. П„ Н. Д. Шумова. Механическая звукозапись.
М., Энергия, 1978-
2. Б е н и н, М. С., А. С. П о д у н о в. Звукотехника. М., ДОСААФ СССР»
1976.
3. Блауэр, Й. Пространственный слух. М. Энергия, 1979.
4. Вознесенский, Ю- А., Г. Клименко. Квадрофония. М.,
Энергия, 1979.
5. В ъ л ч е в, Ив. Електроакустика. С., Техника, 1975.
6. В ъ л ч е в, И в., С л. М а л я к о в. Техника на звукозаписването и звуке-
възпроизвеждането. С-, Техника, 1971.
7. ГлуховА. А. Основы звукового вещания. М.. Связь, 1977.
8. Э ф р у с с и, М. М. Громкоговорители и их применение. М., Энергия,
1976.
9. Й о ф е, В. К., В. Корольков, М. Сапожков. Справочник по
акустике. М., Связь, 1979.
10. К о в а л г и н, Ю. А., А. Борисенко, Г. Гензель. Акустиче-
ские основы стереофонии. М., Связь, 1978.
Н. Козюренко, Ю. И., Звукозапись с микрофона. М., Энергия, 1975.
12. М а л я к о в, Сл. Висококачествено възпроизвеждане на музика в къщи*
С., Техника, 1974.
16. Ненов, Г. Усилвателни устройства. С., Техника, 1974.
14. Павловская, В. И., А. Качеров и ч, А. Лукьянов. Аку-
стика и электроакустическая аппаратура. М., Искусство, 1977.
15. По п я н ев, Д. Ф. Акустични измервания посредством камерн с ма-
лък обем. С., Дисертационен труд, 1975.
<3. П о п я н е в, Д. Ф. Нискочестотни високоговорители за Hi-Fi цели.
С., Радио, телевизия, електроника, 1971, кн. 9.
17. П о п я н е в, Д. Ф. Озвучително тяло със затворен обем и ниска ре-
зонансна честота. Авторско свидетелство №22022, МП К 10 К10/00, с приорё
от 19. IV. 1975.
18. П о п я н е в, Д. Ф. Озвучително тяло с пасивен излъчвател. Авторско
свидетелство per. № 35883 с приор, от 1. IV. 1977.
19. П о п я н е в, Д. Ф. Входен електрически импеданс на Г-образни С-раз-
делителяи филтри за озвучителни тела С., Електропромишленост и
приборостроене, 1979, кн. 6.
20. П о п я н е в, Д. Ф. Несиметрични електрически разделителни филтри
от втори ред за озвучителни тела. С., Радио, телевизия, електроника,
1979, кн. 5.
21. П о п я н е в, Д. Ф. Практическо изчисляване на електрически раздели-
телни филтри от втори ред за двулентови озвучителни тела. С., Радио,
телевизия, електроника, 1979, кн. 6.
22. П о п я н е в, Д. Ф. Нискочестотни високоговорители от Hi-Fi клас тип
ВВК 200. С., Радио, телевизия, електроника, 1979, кн. 10.
23. П о п я н е в, Д. Ф. Куполен високочестотен високоговорител от Hi-Fi
клас, С., Радио, телевизия, електроника, 1978, кн. 5.
21 Битова звукотехника
321
24. П о п я н е в, Д. Ф. Двулеьтово озвучително тяло от Hi-Fi’ клас тип
ОТГ1-02. С., Радио, телевизия, електроника, 1979, кн. 2.
25. Сапожков, М. А. Электроакустика. М-, Связь, 1978.
26. Ф у р д у е в, В. В. Акустические основы вещания. М., ГИЛ СВР,
1960.
27. Ц в и к е р, Э.» Р. Ф е л ь д к е л е р. Ухо как приемник информации.
М., Связь. 1971.
28. Барт, П. Hi-Fi схемотехника. С., Техника. 1979.
29. Б о ж е р я н о в, М. И я кои особености и изисквания към технологията
иа грамофонния стереозапис. Известия на НИИКРА, том XL С., Тех-
ника, 1973.
30. Г о р о н, И. Е. Радиовещание. М., Связь, 1979.
31. Драготинов, А., М. Драготннова. Висококачественз
транзистор ни нискочестотни усилватели. С., Техника, 1970.
32. К и н г, Г. Руководство по звукотехнике. Превод от английски. Л.,
Энергия, 1980.
33. Р а ч е в, Д. Въпроси на Hi-Fi любителя. С., Техника, 1975.
34. Р у т к о в с к и й, Дж. Интегральные и операционные усилители. Пре^вод
от английски. М., Мир, 1978.
35. Я к у б а ш к, X. Любителска тонтехника. Превод от немски. С., Тех-
ника, 1979.
36. БДС 4142—77 Усилватели нискочестотни. Общи условия за пзмер-
ване и изпитване.
37. БД С 11431—78 Усилватели нискочестотни битови стационарни.
38. БДС 4648—79 Плочи грамофонни.
39. СТ СИВ 1079—78 Усилватели нискочестотни битови с висока вяр-
ност на възпроизвеждане (категория Hi-Fi). Основни параметри и метод
на изпитване.
40. СТ СИВ 1080—78. Апаратура радиоелектронна битова. Входни
импеданси, нива на сигналите и схеми на свързване.
41. DIN 45500 (лист 6) Heimstudio — Technik (Hi-Fi). Mindestanfcr-
derungen an Verstarker. Blatt 6. 1973.
42. Audio Handbook National. 1976.
43. Dartevelle, CH. Techniques Hi-Fi. Editions Radio. Paris, 1972.
44. Dai li ngton Power Amplifiers for High Fidelity. Philips Applica-
tion Information № 146.
45. Cermak, J., K. J urkovic. Navrh a konstrukce nizkofrekvencnich
tranzistorovych zesilovacu. SNTL, Praha, 1972.
46. J usler, F. Pratique integrate des Amplificateurs EF Hi-Fi stereo a
transistors (2 editions). Editions techniques et scientifiques Francises.
Paris, 1975.
47. H u 1 1, M. D. Audio Amplifier systems. Philips Application book. Eind-
hoven, 1972.
48. T i 1 1 e t, G. W. Am pl i f i ers. A look at requirements and specifi-
cation. Audio, 1971. № 4 p. 32—36.
49. W i r s u m, S. Tables de mixage et modules de mixage. Editions Techni-
ques et scientifiques Francises. Paris, 1978.
50. Радио, тел евизия, електроника бр. 3, 1977.
51. Электроника (руски превод на Electronics) № 4. 1979.
52. Н u d b a a z v u k. 1969. 1970. 1971.
53. A m a t e rske radio pro konstruktery. № I (1980. № 1) 1981.
54. S de 1 ova ci technika Ns 1. 1979. № 6. 1973.
55. Ф и p м e н и м а т e p и а л и на Pioneer, Revox, SGS ATES, UN IT R A*
MBLE и др.
322
СЪДЪРЖАНИ Е
Глава първа. Въведеиие
1.1. Звуково поле и звукови сигнали. Чист звук. Основни понятия в
електроакустиката. .............................................. 5
1.2. Основни свойства на човешкия слух ..........................10
1.3. Пространствен© слушане .....................................25
1.4. Блокова схема на електроакустична система................ . 30
1.5. Висока точност иа възпроизвеждането. Изисквания към апаратурата
от Hi-Fi клас. Елементи на Hi-Fi системите.......................34
Глава втора. Нискочестотии усилватели
2.1. Общи положения. Предназначение на усилвателя............... 41
2.2. Класификация на усилвателите .............................. 42
2.3. Основни технически параметри .............................. 43
2.4. Ст аб ил ноет на работа и надеждност. Устойчивост на климатични и
механични натоварвания ..........................................53
2.5. Предусилвателни стъпала и регулатори на усилването и честотата 55
2.6. Усилватели на мощност ......................................89
2.7. Стереоусилватели от Hi-Fi клас с номинална изходна мощност
2x35 W ............................................ . . 116
2.8. Методи за измерване и изпитване на нискочестотните усилватели 119
Глава трет а. Туиери, грамофони и магнитофони. Звукозапис
и звуковъзпроизвеждане
3.1* Тунери. Предназначение и основни изисквания............... 128
3.2. Грамофони ....................•........................... 133
3.3. Грамофонни плочи ......................................... 149
3.4. Предусилватели за грамофонни дози......................... 153
3.5. Системи за магнитен запис и възпроизвеждане............... 161
3.6. Обезшумители (шумопотискащи устройства)................... 172
Глава четвърта. Електроа кусти чи и преобразуватели
4.1. Електромеханична и електроакустична аналогия.............. 177
4.2. Електромеханични преобразуватели. Еквивалентни схеми. ... * 183
Глава пета. Микрофони
5.1. Основни параметри на микрофоните...........................186
5.2. Микрофони, приемници на звуково налягане и на градиент на зву-
ково налягане................................................ 190
5.3. Видове микрофони ................................. 195
5.4. Микрофони от Hi-Fi клас................................208
323
Глава шеста. Високоговорители
6.1. Определение и класификация ....................................211
6.2. Електрически параметри на високоговорителите ..................212
6.3. Електроакустични характеристики на високоговорителите ... 215
6.4. Устройство и принцип на действие на електродинамичните високого-
ворители ...........................................................220
6.5. Видове електродинамични високоговорители .......................221
Глава седма. Озвучителни тела
7.1. Акустично оформяне на високоговорителите.......................230
7.2. Еквивалентна електрическа заместваща схема на трептящата сис-
тема на озвучително тяло със затворен обем..........................232
7.3. Озвучително тяло с фазоинвертор (басрефлекс) ..................234
7.4. Озвучителни тела с пасивен излъчвател..........................236
7.5. Основни електрически и електроакустични параметри на озвучител-
ните тела и фактор и, от които зависят..............................238
7.6. Основни параметри на озвучителните тела от Hi-Fi клас .... 243
7.7. Електрически разделителни филтри ..............................245
7.8. Видове озвучителни тела .......................................261
Глава осма. Акустика иа помещението. Видове електроакустични
системи
8.1. Реверберация. Оптимално време на реверберация................. 281
8.2. Подобряване на акустичните параметри на битовите помещения.
Звукопоглъщащи материали и конструкции ............................ 287
8.3. Монофонична (едноканална) електроакустична система............ 290
8.4. Стереофонична (дву канал на) електроакустична система......... 291
8.5. Квадрофонична електроакустична система........................ 303
Глава девета. Използуване иа електроакустичните системи
за домашно озвучаваие
9.1. Разположение на елементите на системата........................308
9.2. Свързване на елементите на озвучителната система...............313
9.3. Записи в домашна обстановка ...................................316
Автори: к. т. н. инж. Димитър Фотев Поляне в инж. Коста Димитров Влахов
Рецеизенти: проф. к. т. н. ииж. Иван Йорданов Вълчев инж. Борис Василев Василев
Първо издание
Научен редактор инж. Наколина Влахова Художник Досъо Досев Художник-редактор Антон
Раде веки Технически редактор Мария Йорданова Коректор Станка Митева
Дадена за набор на 7.IV.1981 г. Подписана за печат на 14.IX-1981 г. Излязла от печат на
9533122411
2S. IX. 1981 г. Код 03 3174—17—81 Издателски № 12045 Формат 60x84*16 УИК 21.38 Печат-
ни коли 20.25 Изд. коли 18,90 Тираж 7000+90 Цена 1,58 лв.
Державно иэдателство „Техника*, София, бул. Руски 6
Държавна печатница „Г. Димитров*, гр. Ямбол
ЗАБЕЛЯЗАНИ ПЕЧАТНИ ГРЕШКИ В КНИГАТА
БИТОВА ЗВУКОТЕХНИКА
Стр. Ред Напечатано Да се чет» 1 | По вина на
44 4 */ авт. ред.
49 26 U(f2-qh)+U(f2+qfx) —» —
49 31 К(/2~*0/з)+^ (/s+0/l) ^(/г-^/о+Цл-^А) —»—
136 42 min~ min”1 печатницата
247 фиг. 7.8 а fи /. автора
247 фиг. 7.86 /в /и автора
247 фиг. 7.86 4 4 /н /в авгора
256 11 QB=2 II О’ печатвицата
256 11 <?,<2 <2. <^2 S’—в —
85 7 (отдолу) ТР1, ТР2 и ТРЗ TPlt ТРЯ и TPS коректора
91 22 4 А печатницата
151 табл. 3.4 4. Статистична 4. Статична автора
r? КГ' к?
184 фиг. 4.5 Ег~" V Ер- Z автора
221 1 (отдолу) международ интерпре- международное препо- печатвицата
поръки ръки ;
273s 2 (ВАД 40) ВЛД 40 авт. ред.
311 j 7—8 разлространението от разположението на | i авт. ред.
ЦЕНА 1,58 ЛВ.