датчик эмос что это такое

Громкоговоритель с ЭМОС (Трошин Н.)

При конструировании высококачественных радиокомплексов большое внимание уделяется акустическим системам (АС). И это понятно, ведь качество звучания в значительной степени определяется их параметрами. Обычно радиолюбители стремятся создать высококачественную АС с малыми габаритами. При традиционном подходе к конструированию это связано с немалыми трудностями, поскольку для получения равномерной АЧХ АС в области низших звуковых частот требуется увеличивать объем ящика. Выйти из этого затруднения можно, используя электромеханическую обратную связь (ЭМОС). Она позволяет уменьшить габариты низкочастотного громкоговорителя АС, расширить диапазон воспроизводимых частот, снизить нелинейные искажения, уменьшить влияние переходных процессов на качество звучания.

Принцип работы трехполосной АС с ЭМОС поясняет структурная схема, показанная на рис. 1. Входные сигналы каждого из каналов стереофонических предварительных усилителей ЗЧ разделяются фильтрами Z1 и Z1′ на НЧ и СЧ-ВЧ составляющие. Далее СЧ-ВЧ сигналы усиливаются усилителями А1 и А1′ и воспроизводятся отдельными громкоговорителями ВА1 и ВА1′. НЧ сигналы поступают на сумматор А2. Сюда же через фильтр НЧ Z2 подводится сигнал ЭМОС, снимаемый с пьезокерамического датчика BQ1, установленного на диффузоре НЧ головки. Этот сигнал, вычитаясь из основного НЧ сигнала, обеспечивает отрицательную ЭМОС. Поскольку на частотах ниже 300 Гц, которые воспроизводятся НЧ головкой, звуковое давление может быть принято пропорциональным ускорению ее диффузора, а напряжение, возникающее на пьезокерамическом датчике, прямо пропорционально ускорению, напряжение на датчике оказывается прямо пропорциональным звуковому давлению. Для нормальной работы громкоговорителя с ЭМОС необходимо выполнить ряд условий. Во-первых, в диапазоне частот, где ЭМОС отрицательна, усиление в ее петле должно быть большим, а в диапазоне частот, где она положительна — меньше единицы. Во-вторых, поскольку из-за действия ЭМОС мощность, подводимая к НЧ головке на низшей частоте рабочего диапазона, значительно превышает мощность, поступающую на нее на более высоких частотах, для получения достаточного звукового давления во всем воспроизводимом НЧ головкой диапазоне частот необходимо выбрать головку большой мощности со значительным свободным ходом диффузора и усилитель мощности с номинальной выходной мощностью, в 1,3-1,5 раза превышающей мощность головки.

С учетом изложенных соображений был разработан трехполосный громкоговоритель с акустическим оформлением НЧ излучателя в виде закрытого ящика, изготовленного из ДСП толщиной 20 мм, внутренним объемом приблизительно 40 л (500х340х300 мм без звукопоглощающих покрытий и наполнителей), в котором установлена низкочастотная динамическая головка 75 ГДН-1Л-4 (старое название 30ГД-2).

Принципиальная электрическая схема громкоговорителя с ЭМОС приведена на рис. 2. Входной сигнал поступает на эмиттерный повторитель на транзисторе VT1 (У1) и далее на активные разделительные фильтры на ОУ DA1.1. и DA1.2. НЧ и СЧ-ВЧ сигналы снимаются с движков переменных резисторов R13 и R14 соответственно. Затем НЧ сигнал через цепь C5R8 поступает на вход ОУ DA1.1 сумматора (УЗ). На этот же вход через цепь C4R7 подается НЧ сигнал с разделительных фильтров второго канала усилителя (У1′), который на схеме не показан. Сюда же через цепь C3R6 с выхода фильтра НЧ на ОУ DA1.2 поступает сигнал ЭМОС с пьезокерамического датчика BQ1 (У2), предварительно усиленный каскадом на полевом транзисторе VT1, включенном по схеме с общим истоком. Этот каскад размещен на печатной плате рядом с датчиком BQ1 и позволяет согласовать его с входным сопротивлением ОУ DA1.2 и, таким образом, снизить уровень наводок и помех даже без применения экранированных проводов. Фильтр НЧ на ОУ DA1.2 снижает усиление в петле ЭМОС на частотах, где она положительна. Сигнал ЭМОС вычитается из входного сигнала, после чего разностный сигнал усиливается ОУ DA1.1 и поступает на вход усилителя мощности НЧ сигнала (У4), к выходу которого и подключена НЧ головка с датчиком ЭМОС. СЧ-ВЧ сигнал, снимаемый с выхода разделительных фильтров, поступает на отдельный усилитель мощности. Его функции может выполнять любой высококачественный усилитель с номинальной мощностью 5-15 Вт, работающий на широкополосную динамическую головку, например, 10 ГД-36К или малогабаритную АС объемом около 6 л. Для этой цели подойдет усилитель, описанный в статье «Усилитель мощности ЗЧ с нестандартным включением ОУ» (см. «Радио», 1988, № 6, с. 55—56).

Принципиальная схема источника питания трехполосной активной АС показана на рис. 3. Он позволяет получить стабилизированные напряжения ±15 В (для питания разделительных фильтров и сумматора) и ±27 В (для питания каскадов предварительного усиления усилителя мощности НЧ сигнала), а также нестабилизированные напряжения ±28 В (для питания транзисторов выходного каскада это го же усилителя). Разделительные фильтры, сумматор, усилитель мощности НЧ сигнала и источник питания выполнены на отдельных печатных платах из стеклотекстолита.

Чертежи печатных плат показаны соответственно на рис. 4 – рис. 7:

Все они рассчитаны на установку постоянных резисторов МЛТ-0,125, переменных СПЗ-226, оксидных конденсаторов K50-16, остальных К73-9 и КМ. Трансформатор питания может быть любого типа мощностью 100 Вт, обеспечивающий напряжение 2х20 В при токе 4 А и 2 х 27 В при токе 0,3 А Печатные платы закреплены на диэлектрическом основании, прикрепленном к задней стенке ящика НЧ громкоговорителя с наружной стороны. Функции пьезокерамического датчика выполняет трубчатый пьезоэлемент (используется в стереофонических пьезокерамических звукоснимателях), приклеенный через прокладку к плате датчика эпоксидной смолой (рис 8). Предварительно к его обкладкам необходимо припаять тонкие проводники. Кроме пьезоэлемента на плате У2 (рис. 2) установлены полевой транзистор VT1, вклеенный в отверстие в ее центре эпоксидной смолой, и резистор R1. Чертеж печатной платы показан на рис. 9. Она изготовлена из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Диэлектрическая прокладка под датчиком изготовлена из стеклотекстолита толщиной 1 мм, размерами 3х3 мм. Плата датчика устанавливается в центре диффузора динамической головки. Предварительно нужно аккуратно удалить его защитный колпачок, хорошо промочив место его приклейки ацетоном. «Общий» вывод с платы датчика следует тонким проводом припаять к одному из выводов звуковой катушки головки. Этот вывод впоследствии нужно подключить к «общему проводу усилителя мощности НЧ. «Сигнальный» провод платы датчика (вывод 1) соединяют с фильтром НЧ (УЗ вывод 1) проводником, аналогичным проводнику, подводящему сигнал ЗЧ к звуковой катушке. Плату датчика вклеивают в центр диффузора клеем «Момент» или аналогичным. После этого приклеивают на место защитный колпачок. К собранной головке припаивают три провода (предварительно пометив их, чтобы не перепутать при подключении): «общий», «сигнальный» к усилителю мощности и «сигнальный» с платы датчика. Для снижения уровня паразитных напряжений необходимо заземлить корпус динамической головки. Для этого можно подложить лепесток под один из крепежных винтов головки и припаять к нему проводник, соединенный с «общим» проводом. После этого динамическую головку устанавливают в ящик, пропустив подключенные к ней провода через отверстие в задней слейке. Затем ящик тщательно герметизируют.

Налаживание правильно собранного устройства несложно. Предварительно движки подстроечных резисторов R6—R8 на плате сумматора следует установить в положение наибольшего сопротивления, а переменных резисторов R13, R14 на плате разделительных фильтров в среднее положение. Затем нужно включить блок питания и проверить авометром наличие напряжений на его выходах. Они не должны отличаться от указанных на схеме более чем на ±20 %. Далее соединяют между собой все платы и динамическую головку согласно схеме (обратная связь выключена, контакты выключателя SA1 разомкнуты) и на вход разделительных фильтров подают сигнал от генератора НЧ напряжением 20 мВ и частотой 30 Гц. Динамическая головка должна воспроизводить этот сигнал с небольшой громкостью. После этого, подключив осциллограф к резистору R1 на плате УЗ, следует убедиться в наличии сигнала ЭМОС на входе фильтра НЧ, а затем, переключив осциллограф к выводу 9 DA1.2 и общему проводу,— на его выходе.

Далее, установив частоту генератора, равной 150 Гц, и увеличив его напряжение до 200 мВ, нужно замкнуть контакты переключателя SA1. При этом звуковое давление (громкость) должно несколько уменьшиться. После этого, плавно уменьшая сопротивление резистора R6 сумматора, снижают звуковое давление до тех пор, пока не возникнет самовозбуждение (на частотах выше 250 Гц, где ЭМОС положительна). Тогда надо несколько увеличить сопротивление резистора R6 приблизительно на 20 % от той величины, на которую его перед этим уменьшили. Теперь подстройкой резисторов R7, R8 сумматора УЗ нужно установить чувствительность низкочастотного тракта, соответствующую номинальной выходной мощности. И наконец, следует подать сигнал с движка резистора R14 разделительных фильтров на усилитель мощности СЧ-ВЧ канала и резисторами R13 и R14 добиться (на слух) равной громкости звучания НЧ и СЧ-ВЧ трактов.

АЧХ громкоговорителя (по напряжению с датчика) представлена на рис. 10. Для удобства сравнения результатов с ЭМОС и без ЭМОС звуковое давление на частоте 150 Гц установлено одинаковым. Из рисунка видно, что при включенной ЭМОС звуковое давление неизменно практически до 40 Гц (—3 дБ). При выключенной ЭМОС такое же звуковое давление на 80 Гц, т. е. эффективно воспроизводимый диапазон частот увеличился на 40 Гц. Кроме этого, значительно уменьшились нелинейные искажения громкоговорителя (см. таблицу). Измерения проводились при одинаковом сигнале на датчике при включенной и выключенной ЭМОС измерителем нелинейных искажений С6-7. Приведенные в таблице цифры соответствуют горизонтальной АЧХ при напряжении на выходе платы датчика

Пример применения ЭМОС на динамике 75 ГДН (не по схеме из статьи):

Автор статьи: Н. Трошин, г. Москва

Источник

Тема: Что такое ЭМОС

Опции темы

Уменьшает искажения на НЧ.

Обязательно обращаем внимание на фиолетовую тесёмочку на черном шурупе, которая не дает фильтрам в ЭМОС-звене упасть на радиаторы TDA2050 и вспыхнуть.

Это, тскать, мой домашний макетик. Нет смысла травить платы для такого простого макетика.

У NotaBene всё это помещается в диапазон

10х10х10 сантиметров, так что не надо особо бояться.

Качество ёмкостей в НЧ-звене сугубо по барабану, нет.
Но ты умнее, может там и присутствует какой-нибудь джиттер на тактировании клоком когтей по линолеуму от проходящего кота.
Не, я серьезно, мабуть ёмкости моhут поднакакать.

На второй фоте суть Слагаемые Датчика ЭМОС:

На «Трахоме» справа всё это реализовано: виден черный «фидер», исходящий от динамика к прикрученному шурупчиком корректору.

Просто это пример «из-говна-конфетки», во что многие не верят. Не шоколаной пока что конфетки, но что-то типа карамельки уж точно есть.

Просто ситуация такова: специально покупать детали я и не имею возможности, и не хочу, и не приучен как-то… всегда по жизни вечно выкручиваться приходилось чисто по-советски. Опять же от бедности, естественно. До сих пор ухо режет, когда на форума проскакивает фраза «Чо ты будиш мучицо са схемай, луче гатовую купидь!»… где оно было, это «гатовое!», когда в магазин хлдили с пацанами поглядеть на катушечник «Маяк-205″…

И вот теперь эти «куски» 544-х ОУ и «красные флажки» прекрасно идут в дело.

А вот многие думаю от такого испугаются и убегут. Даже не попробовав положить на язык.

Это все прекрасно, вы когда с Наилем родите готовую конструкцию, годную к повторению? А то все эксперименты, эксперименты.
Ну не на уровне плат с деталировкой, но хотя бы на уровне отработанной схемы, стыковки ее с имеющимся усилителем, и более-менее оконченную конструкцию датчика.

В то время как я почему-то крупно подозреваю, что «вспышка» 20 Гц у впечатляющего количества форумчан не отличается особой красотой. Почему и провоцирую таких орлов как ты, Торрес, и ты, Грэич, посоревноваться в этом плане. Ну то есть вы будете соревноваться, а я зырить и хихикать. Или, положим, офигело круглить глаза от того, что ваши НЧ-тракты и без Э_ОС хороши, такое тоже возможно.

Источник

ЭМОС по смещению – будущее сабвуферов

Меня зовут Александр Федорович Ракитский, работаю инженером-конструктором в ОКБ, АО «ИЭМЗ «КУПОЛ», г. Ижевск, Республика Удмуртия, Россия. В данной статье я излагаю результаты (некоторые) своих исследований, связанных с улучшением звучания акустических систем (АС), в частности, АС с низкочастотными динамиками и сабвуферами.

В настоящее время сложилась парадоксальная ситуация – за счёт цифровых методов обработки информации, достижений в производстве электронных приборов, операционных усилителей, транзисторов и т.д. и т.п. достигнуты просто фантастические показатели качества акустического тракта от источника сигнала до выхода усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ). А вот последний элемент – громкоговоритель – самое слабое звено, сводящее на нет все предыдущие усилия и достижения, является основным источником искажений – нелинейных, интермодуляционных, инерционных и т.д. и т.п.

На мой взгляд, есть два пути решения данной проблемы:

1 путь – создание сверхвысококачественных громкоговорителей:

Всё это ведёт к очень резкому удорожанию АС, но не решает задачу по качественному воспроизведению звука до конца, так как всё равно остаются масса и инерционность воздуха внутри АС, стоячие волны внутри АС, внутренние резонансы и многое другое.

2 путь – охват УМЗЧ и АС единой обратной отрицательной связью (ООС).

Для этого снимается физический сигнал о каком-либо параметре движения подвижной части громкоговорителя – смещении (ℓ), скорости (v) или ускорении (a) – обрабатывается и суммируется соответствующим образом с входным сигналом, поступающим на УМЗЧ.

Имелись попытки создания таких АС вплоть до малосерийного производства, где сигналом для ООС была скорость смещения подвижной части громкоговорителя или ускорение. Однако, широкого распространения данные АС не получили, массовое производство их так и не было реализовано.

Мной, в настоящее время, разработан и реализован 2 путь улучшения звучания громкоговорителя путём снятия физического сигнала о смещении подвижной части громкоговорителя от положения равновесия, его обработки и суммирования с сигналом, подаваемым на вход УМЗЧ.

Для этого мною был разработан датчик, на выходе которого имеется напряжение, пропорциональное расстоянию от датчика до подвижной части громкоговорителя. Если из этого напряжения вычесть постоянную составляющею, то получим переменный сигнал, пропорциональный реальному колебанию подвижной части громкоговорителя. Схема и конструкция датчика описана в [1], а его внешний вид показан на рис. 3:

Сигнал с выхода датчика поступает на блок формирования сигнала обратной связи и с его выхода, после соответствующей обработки, он подаётся на сумматор-вычитатель (рис. 2) и, в сумме с сигналом на выходе темброблока, поступает на вход УМЗЧ, а с выхода УМЗЧ – на вход громкоговорителя, замыкая обратную связь.

Можно сто раз говорить об улучшении качества сигнала, но лучше пару раз показать это конкретно.

На рис. 2 показаны точки А и Б, в которых снимались соответствующие эпюры напряжений с помощью цифрового осциллографа ATTEN ADS 1022CL+.

Первым тестовым сигналом была известная мелодия группы OTTOWAN с названием «HANDS UP», в современной обработке. Сигнал на выходе темброблока в точке А показан на рис. 4.

Сигнал колебания подвижной части громкоговорителя без применения обратной связи (точка Б) показан на рис. 5.

На рис. 6 показан сигнал колебания подвижной части громкоговорителя в случае применения обратной связи (точка Б).

Сравнительный анализ форм колебаний подвижной части громкоговорителя без применения и с применением обратной связи по сравнению с формой колебаний на выходе темброблока однозначно показывает положительный эффект применения обратной связи по смещению, выражающийся в весьма точном повторении формы сигнала на выходе темброблока.

Другим тестовым сигналом стала французская шансонная песенка с неизвестным названием, которую удалось записать с какого-то FM-радио. Форма сигнала колебания подвижной части громкоговорителя также очень близка при применении ООС к форме сигнала на выходе темброблока.

Датчик прост и недорог – суммарная стоимость его деталей составляет около 300 рублей. Схемы предусилителя, темброблока, блока формирования сигнала обратной связи, сумматора-вычитателя собраны на популярной м/сх TL072, просты, повторяемы. УМЗЧ собран по широко известной схеме Сырицо на м/сх ТDA7294.

Схема блока обработки сигнала, все нюансы изготовления и работы с датчиком – know-how автора статьи, если у нас с Вами сложится работа – то, пожалуйста, секретов нет. В АС применён громкоговоритель 8 ГД-1 РРЗ, внешний вид показан на рис. 10, а на рис. 11 показано, как устанавливается датчик:

На рис. 12 показан новый датчик (с чувствительностью на порядок больше предыдущей модели, к сожалению, пока не могу показать его содержимое полностью):

Расстояние до подвижной части громкоговорителя 100 ГДН-3-8 равно 62-64 мм (на этом громкоговорителе я планирую проводить дальнейшие исследования).

На рис. 14 показан УМЗЧ с темброблоком и сумматором-вычитателем, а на рис. 15 – блок формирования сигнала обратной связи (старый вариант):

Главное – даже самые лучшие сабвуферы в мире не обеспечивают такое повторение формы сигнала, не смотря на их фантастические стоимости. Кроме этого они вносят соответствующие фазовые искажения, обусловленные их схемотехническими решениями.

Чуть не забыл основного, для чего писалась статья – как изменился звук! Он перестал быть бухающим, затянутым, а стал динамически упругим, реальным, действительно зазвучали разные барабаны, а не бьёт по ушам какое-то неопределённое автомобильное «бухало»! Это надо, всё-таки, Вам хотя бы один раз услышать, милости просим Вас прослушать.

Предполагаемый вывод – средний по характеристикам НЧ динамик с помощью ООС по смещению, предлагаемою мной, по качеству выходит на уровень HI-END или весьма близким к этому.

Применение датчика по смещению позволяет осуществить большое количество других объективных и полезных измерений, таких как АЧХ и ФЧХ низкочастотных громкоговорителей в «голом» виде без акустического оформления, АЧХ и ФЧХ акустического оформления, провести анализ колебательности громкоговорителей, их добротности, нюансы переходных процессов, становится возможным их документирование, обработка и прочее. И ещё один важный момент – появилась реальная возможность сделать акустические исследования наукой даже для малых и средних акустических фирм, которые не могут часто бывать в дорогих специализированных акустических камерах.

И, наконец-то, должно резко уменьшиться количество отзывов о звучании той или иной АС типа: «Тёплое и чистое …», «Прозрачное…», «Бархатное…» и тому подобное, словно речь идёт о пиве или того хуже…

Дмитрий Менделеев сказал следующее: «Наука начинается там, где начинают измерять». И тут больше прибавить нечего.

С уважением, Александр Фёдорович Ракитский, инженер, Ижевск, rafmail@mail.ru

Литература: «Радиолюбитель», Минск, №6, стр. 8 – 12, 2008 г.; № 7, стр. 8 – 11, 2008 г.

100 комментариев: ЭМОС по смещению – будущее сабвуферов

Интересная идея, но сколько нужно таких датчиков чтобы точно определить смещение диффузора выше критической частоты, после которой разные части его изгибаются в разные стороны?

Об этом говорилось ещё с первых публикаций систем с эмос – нужны фнч.

ЭМОС – принципиально правильный подход к увеличению верности воспроизведения НЧ сигнала. АС – единственное звено тракта, не охваченное ООС. Не знаю, пробовал ли кто такие варианты обратной связи как ЭМОС с выделением противоЭДС мостового или немостового типа с токовым датчиком и решение в лоб на базе микрофона перед диффузором НЧ динамика? Даже при глубине обратной связи 2 раза и ограниченной полосе рабочих частот эффект должен быть заметен.

В далекой юности пробовал с микрофоном МД от магнитофона – не получилось, все время сваливался в возбуждение. Остановился на катушке приклееной к диффузору не расстоянии несколько см от пылезащитного колпака. 10 ГД30 в корпусе 10МАС. Какой то эффект был,звук нравился, но нагрузка на динамик выросла и родная звуковая катушка сползла. На этом эксперимент закончился

Поподробнее о приклеенной катушке, пожалуйста!

Источник