Электромеханическая обратная связь по смещению (ЭМОС) — это метод снижения нелинейных искажений в сабвуферах и низкочастотных акустических системах за счет физического контроля положения диффузора. Технология позволяет компенсировать инерционность и механические резонансы, которые невозможно устранить только электронными методами. Подробнее о принципах работы и реализации ЭМОС можно узнать в статье Реализации ЭМОС по смещению. 10 лет спустя.
Несмотря на фантастические показатели качества цифровых методов обработки и современных операционных усилителей, громкоговоритель остается «слабым звеном» аудиотракта. Именно он вносит основные нелинейные, интермодуляционные и инерционные искажения, сводя на нет усилия инженеров по улучшению электроники.
Существует два основных пути решения проблемы искажений:
Путь 1: Создание идеальных громкоговорителей
- Использование сверхжестких, безинерционных подвижных частей из кевлара, графена или вспененного титана;
- Применение премиальных материалов подвеса;
- Сложные магнитные системы;
- Специализированные провода для намотки катушек.
Этот путь ведет к резкому удорожанию АС, но не решает проблему полностью: остаются масса воздуха, стоячие волны и внутренние резонансы.
Путь 2: Единая отрицательная обратная связь (ООС)
Второй путь заключается в охвате обратной связью как усилителя, так и громкоговорителя. Снимается физический сигнал о положении подвижной части (смещение ℓ, скорость v или ускорение a), обрабатывается и суммируется с входным сигналом УМЗЧ.
Ранее предпринимались попытки создания таких систем со снятием сигнала скорости или ускорения, но массового распространения они не получили. В данной статье описывается реализация второго пути: снятие сигнала именно о смещении подвижной части от положения равновесия.
Конструкция датчика смещения
Для реализации системы разработан датчик, выдающий напряжение, пропорциональное расстоянию до диффузора. Вычитая постоянную составляющую, получаем переменный сигнал, точно отражающий колебания диффузора. Внешний вид датчика и его конструкция показаны на рисунке:
Сигнал с датчика поступает на блок формирования обратной связи, затем на сумматор-вычитатель (см. рис. 2) и суммируется с сигналом темброблока перед подачей на вход УМЗЧ. УМЗЧ в данной схеме собран по известной схеме Сырицо на микросхеме TDA7294. Блоки предусилителя и обработки собраны на популярной микросхеме TL072, что делает схему простой и доступной для повторения.
Результаты измерений и сравнение осциллограмм
Теория подтверждается практикой. На рисунке ниже показаны точки А и Б, в которых снимались эпюры напряжений цифровым осциллографом ATTEN ADS 1022CL+.
Тестовым сигналом служила мелодия группы OTTOWAN «HANDS UP». На рис. 4 показан сигнал на выходе темброблока (точка А):
На рис. 5 показаны колебания диффузора без применения обратной связи (точка Б). Видны значительные искажения формы:
На рис. 6 показан результат при включенной обратной связи по смещению (точка Б). Форма сигнала становится практически идентичной входной:
Сравнительный анализ однозначно показывает: обратная связь по смещению заставляет диффузор точно повторять форму сигнала с темброблока. Это подтверждается и на других музыкальных фрагментах (см. рис. 13).
Датчик стоит около 300 рублей и прост в изготовлении. Схемы на TL072 легко повторяемы. Дополнительную информацию о схемотехнике УМЗЧ можно найти в разделе Звукотехника (УМЗЧ).
В системе использовался громкоговоритель (см. рис. 10), а установка датчика показана на рис. 11. Разработана и новая модель датчика с повышенной чувствительностью (рис. 14).
Для динамика рабочее расстояние до диффузора составляет 62-64 мм. На рисунках 12, 15 и 16 показаны варианты установки и крепления.
На рис. 14 показан усилитель с темброблоком, а на рис. 15 — блок формирования обратной связи. Даже дорогие сабвуферы не обеспечивают такого качества следования формы сигнала и часто вносят фазовые искажения.
Субъективная оценка и выводы
Звук перестает быть «бухающим» и затянутым. Он становится динамически упругим и реальным: начинают различаться инструменты (разные барабаны), а не просто ощущается низкочастотный гул. Средний по характеристикам НЧ динамик с ЭМОС выходит на уровень HI-END.
Кроме улучшения звука, датчик смещения позволяет проводить объективные измерения: АЧХ и ФЧХ «голых» динамиков и акустических оформлений, анализ добротности и переходных процессов. Это делает акустические исследования доступными для малых фирм без дорогих акустических камер.
Как сказал Дмитрий Менделеев: «Наука начинается там, где начинают измерять».
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.
