Страница 4 из 7 4. Озадачиваемся проблемами
Давайте более плотно познакомимся с динамиком, как объектом регулирования.
Начнем это знакомство с изучения импедансной кривой. Без акустического оформления,
она выглядит так –
На частоте механического резонанса 28Гц имеем значительный подъем
импеданса, выше по частоте расположена область поршневого диапазона, который
заканчивается на частоте 550-600Гц (видим рябь на кривой – к звуковой катушке
вернулись отразившиеся от подвеса диффузора колебания деформации). Еще выше
по частоте начинается плавный рост импеданса, обусловленный индуктивной компонентой
импеданса звуковой катушки.
Поместим головку в ЗЯ (у меня – это тестовый бокс, объемом 13
литров) и опять замерим его импеданс –
Получили сдвиг резонансного максимума до частоты 61Гц; поршневой
диапазон, естественно, не изменился, но добавилась некоторая неравномерность,
связанная с резонансами корпуса на частотах 130, 160, 260Гц. Пички на 1200,
2300Гц связаны с резонансными явлениями в самом диффузоре и приблизительно
кратны верхней частоте поршневого диапазона.
Теперь интересно посмотреть, как же выглядит сигнал с датчика
–
Примечание: на всех графиках ФЧХ относится к графику АЧХ желтого
цвета.
Поскольку пьезодатчик высокоомный, емкостного типа, необходим
буферный каскад с высокоомным входом – будем использовать повторитель на ОУ
с полевым входом. Величина входного сопротивления каскада определяет нижнюю
граничную рабочую частоту датчика. В нашем случае, при емкости датчика равной
13,4 нанофарад и входном сопротивлении в 10 МегаОм она получается равной 1,19Гц,
что очень хорошо.
На графике видны АЧХ и ФЧХ сигнала ускорения с пьезодатчика при запитке головки
усилителем типа ИТУН (с высоким выходным сопротивлением). Стало четко видно,
где заканчивается поршневой диапазон, на частоте 1500Гц получился основной
резонанс конструкции датчика, на частотах 5600 и 11000Гц – резонансные явления
в самой пластинке пьезодатчика. Задержка сигнала с датчика, за счет конечной
скорости распространения звука в конструкционных материалах, составила 0,187
миллисекунд. Видим, что в предполагаемом диапазоне рабочих частот, фаза сигнала
с датчика изменяется от +180 градусов до, примерно, +10 градусов. Вне поршневого
диапазона фаза ведет себя труднопредсказуемо.
Интересно узнать получившуюся чувствительность датчика. Подаем на головку
50Гц, измеряем при этом смещение диффузора и выходное напряжение с датчика.
В моем случае цифры следующие: при двойной амплитуде смещения равной 5мм получили
сигнал на выходе датчика 0,88В эффективного значения (1,24В амплитудного).
Известны формулы для вычисления колебательной скорости и ускорения: V=2*Pi*F*S
и A=(2*Pi*F)^2*S, где S - амплитудное значение смещения колеблющейся точки,
F - частота колебаний, V - скорость, A - ускорение. При таком смещении на
этой частоте имеем максимальную колебательную скорость 0,785 м/сек и ускорение
246,7 м/сек^2 (25G). Тогда чувствительность нашего датчика получается 5,04мВ/м/сек^2.
При такой чувствительности датчика не должно быть проблем с реализацией необходимого
динамического диапазона системы.
Сравним АЧХ, полученную с датчика ускорения (синий график) с
сигналом, полученным с электретного микрофона (желтый график) в ближней зоне
(10мм) АС –
Видно, что в поршневом диапазоне АЧХ, полученная с микрофона,
практически совпадает с АЧХ с датчика ускорения. Отсутствие подъема АЧХ в
диапазоне 1- 2КГц подтверждает наш вывод о принадлежности этого резонанса
датчику ускорения, точнее его конструкции...
Проведем аналогичные измерения с усилителем типа ИНУН (с низким
выходным сопротивлением). Видим аналогичный горб АЧХ (желтый график) в зоне
1-2КГц (выше по частоте нас мало волнует) –
К тому же исчез основной резонанс на НЧ за счет электрического
демпфирования низким выходным сопротивлением усилителя. Но теперь фаза на
НЧ изменяется в диапазоне от +270 до +20Градусов, что может создать дополнительные
трудности с устойчивостью системы при введении ЭМОС. Задержка сигнала с датчика
также несколько возросла из-за иного хода АЧХ выше 1 КГц, по сравнению с ИТУНом.
Для полноты картины можно рассмотреть поведение АЧХ на ИНУН при
измерении микрофоном в ближней зоне (желтый график) –
Комментировать особенно нечего. Все предсказуемо. Можно было
и не мерять...
Выводы: ЭМОС, в принципе может реализовать только в поршневом
диапазоне работы ДГ. Необходима существенная коррекция петлевого АЧХ, чтобы
обеспечить устойчивость системы с ЭМОС. Что-то надо делать с резонансом датчика
ускорения. ИТУН как усилитель мощности предпочтительнее ИНУН, поскольку вращение
фазы сигнала ускорения с датчика в полосе рабочих частот меньше, а резонансный
горб легко выравнивается с помощью ЭМОС, к тому же увеличивая глубину ОС на
этой частоте и повышая общий КПД системы. Параметры датчика удовлетворяют
требованиям, необходимым для высококачественного воспроизведения звука.
|