Давайте более плотно познакомимся с динамиком, как объектом регулирования. Начнем это знакомство с изучения импедансной кривой. Без акустического оформления, она выглядит так –

крупнее

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 –

крупнее

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 –

крупнее

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 –

крупнее

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) –

крупнее

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) –

крупнее

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.