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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Amélioration de la reproduction sonore dans le système de haut-parleurs UMZCH. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Amplificateurs de puissance à transistors Lors de l'écoute, les experts privilégient souvent les UMZCH à tubes, malgré le fait que ceux à transistors ont formellement des paramètres plus élevés. Quel est le problème? L'hypothèse des auteurs de l'article sur l'apparition de distorsions d'intermodulation supplémentaires dans l'UMZCH en raison de la réponse du haut-parleur a été confirmée expérimentalement par eux dans le cadre de la recherche d'une méthode permettant d'évaluer objectivement la qualité des amplificateurs. L'article propose une analyse critique des solutions techniques des UMZCH modernes et propose des mesures pour éliminer l'influence du haut-parleur sur l'amplificateur. Les auteurs affirment que le transistor UMZCH, résistant aux effets de réponse du haut-parleur, permet une reproduction sonore sans coloration spécifique. Dans la stéréophonie classique à deux canaux, la qualité des amplificateurs de puissance et des haut-parleurs a un impact significatif sur la réalisation du potentiel de transmission du son naturel et de l'image sonore spatiale. Les auditeurs attentifs qui visitent les salles de concert remarquent immédiatement la différence entre le son des instruments de musique réels et leur son dans l'enregistrement sonore diffusé via des haut-parleurs. Les difficultés de prévision de la qualité de la reproduction sonore sont liées à l'imperfection des méthodes utilisées pour les mesures objectives des caractéristiques du trajet sonore. Par conséquent, le principal critère lors du choix d’un équipement audio doit être considéré comme une évaluation subjective de la qualité (SQA). La plus grande influence sur les résultats du RNS est exercée par les propriétés des maillons finaux du chemin de reproduction sonore - l'UMZCH et le haut-parleur. Examinons leurs caractéristiques et leurs possibilités pour résoudre les problèmes existants. Tout d’abord, évaluons la relation entre les résultats du SOC et les caractéristiques objectives de l’UMZCH. en accordant une attention particulière uniquement aux paramètres qui, selon les auteurs, ont le plus grand impact sur la qualité de la reproduction sonore. Ici, l'analyse des résultats du SOC des UMZCH à tubes et à transistors (en tant que composants entre lesquels il existe la différence d'évaluation la plus spectaculaire) est d'un grand intérêt. En règle générale, dans ces comparaisons, les paramètres objectifs des tubes UMZCH sont nettement inférieurs à ceux des transistors, mais les résultats du SOC s'avèrent souvent exactement le contraire. Lors de l'analyse, nous nous limiterons à quelques critères de base du SOC, en utilisant les formulations les plus souvent utilisées par les experts. La première caractéristique du son est la coloration du timbre : légèreté, douceur, chaleur ou, selon le cas, lourdeur, dureté, froideur (teinte métallique). La seconde est la reproduction de l'attaque (augmentation du son) : active, claire ou lente, lâche. La troisième caractéristique est la localisation de la source du signal : bon ou mauvais panorama. Le quatrième est la microdynamique : un bon niveau de détail des signaux de formes complexes avec un faible niveau de détail ou des détails peu distinguables de signaux similaires. Le résultat global du SOC : un impact émotionnel fort ou en conséquence faible. Les évaluations d'experts des UMZCH comparés sont si différentes qu'il existe des expressions d'argot - son « tube » et « transistor ». Les explications des raisons de ce paradoxe ont été données à plusieurs reprises dans la littérature, mais elles n’apportent toutes que des réponses partielles. Essayons encore une fois d'établir la relation entre les critères SOC considérés ici et les paramètres objectifs des UMZCH comparés. Les particularités de la coloration du timbre dans le son d'un tube UMZCH peuvent s'expliquer par les principales raisons suivantes :
Les particularités de la coloration du timbre du son pour le transistor UMZCH ont les raisons suivantes :
La reproduction d'une attaque non déformée des signaux sonores est la condition la plus importante pour une reconnaissance précise de l'image source. Il est évident que l'apparition de distorsions d'attaque (prolongation ou accentuation) dans la reproduction sonore de signaux réels affecte significativement sa perception. L'une des raisons de ce type de distorsion réside dans les conditions d'adaptation du système UMZCH - haut-parleur électrodynamique (EDG). Comme on le sait, lorsqu'un signal impulsionnel agit sur une bobine acoustique (COV), une force apparaît dans l'EDC, tendant à changer de position dans le champ magnétique, c'est-à-dire à se déplacer. Cependant, la force contre-électromotrice inductive qui apparaît dans ce cas, se fermant sur la résistance de sortie de l'UMZCH, crée un courant qui empêche un changement de position du disjoncteur et est dirigé vers le courant provoquant ce changement, c'est-à-dire la sortie courant de l’UMZCH. Le flux de « contre-courant », d'une part, réduit le facteur de qualité de la résonance mécanique et améliore l'amortissement [1], dont l'efficacité dépend de l'impédance de sortie de l'UMZCH, et d'autre part, cela entraîne un retard dans l'attaque reproduite du signal musical. Ainsi, ce processus dépend directement de l'ampleur du «contre-courant», qui, à valeur constante de la force contre-électromotrice, est d'autant plus grande que la résistance de sortie de l'UMZCH est faible. Toute modification de la valeur de la résistance de sortie (par exemple, en raison de la dépendance en fréquence de la profondeur de rétroaction) entraîne une modification du « contre-courant » et une distorsion de l'attaque. Des distorsions similaires surviennent en raison des changements dans l'inductance du GC [1] dans ses différentes positions à l'intérieur du système magnétique et de l'excitation de l'EDF à partir d'une source de tension. La comparaison des valeurs de résistance de sortie des amplificateurs à tube (0,5...1,5 Ohm) et à transistor (généralement 0,1 Ohm ou moins) nous permet de conclure qu'une valeur de résistance plus élevée est préférable. Il ne faut pas exclure l'influence sur la précision de la reproduction des attaques et des distorsions peu étudiées des processus thermophysiques dans les éléments actifs et passifs des câbles UMZCH, EDC et « acoustiques ». Les prochaines caractéristiques importantes du RNS sont à juste titre considérées comme la localisation des sources de signaux et la microdynamique. Ces caractéristiques, selon les auteurs, sont déterminées principalement par l'ampleur et le spectre de la distorsion d'intermodulation (ID) dans le système UMZCH-EDG. Ainsi, à la première étape, les conclusions suivantes peuvent être tirées : 1. Les résultats du SOC du système UMZCH-EDG sont déterminés par l'ensemble de ses caractéristiques techniques et ne dépendent formellement pas du type d'éléments actifs utilisés dans l'amplificateur. 2. La plus grande influence sur la coloration du timbre est exercée par l'amplitude et la largeur du spectre NI, ainsi que par leur dépendance à l'égard de la fréquence et du niveau du signal sonore. 3. La précision de la reproduction de l'attaque d'un signal audio dépend notamment du courant provoqué par l'induction contre-EMF de l'EDH et des distorsions dues aux processus thermophysiques dans les éléments actifs et passifs des circuits à courant élevé. 4. La localisation des sources de signaux et la microdynamique sont déterminées principalement par l'ampleur et le spectre du signal. Analysons maintenant les possibilités d'amélioration des paramètres UMZCH qui ont le plus grand impact sur le RNS. Commençons par les méthodes permettant de réduire l'ampleur et le spectre de NI. Les études de ces types de distorsions ont établi deux raisons principales à leur apparition : la non-linéarité des caractéristiques des éléments actifs et le mode de fonctionnement de l'étage de sortie. Certains avantages de la linéarité des caractéristiques des tubes électroniques par rapport aux transistors sont largement connus et largement couverts dans la littérature. L'amélioration du transistor UMZCH dans ce paramètre est plus efficace lors de l'utilisation de modes de fonctionnement de transistors d'étage de sortie sans coupure de courant de collecteur, par exemple : Super A, Nouvelle classe A, Non commutation [2, 3], etc. Avec ces modes de fonctionnement, non seulement le spectre NI diminue significativement (jusqu'à la quatrième ou cinquième harmonique) et leurs valeurs, mais aussi leur forte diminution à mesure que le niveau du signal diminue. L'indépendance en fréquence d'un NI est généralement obtenue en choisissant des circuits et des éléments appropriés. Une méthode de compensation connue sous le nom de « correction d'erreur par anticipation » - correction des distorsions par communication directe - est très efficace pour réduire le NI [4, 5]. Les méthodes assez prometteuses pour réduire le NI incluent la compensation avec rétroaction pour soustraire les distorsions - OCVI [6]. Lors de la conception du transistor UMZCH, il est nécessaire de prendre en compte les caractéristiques de fonctionnement des transistors de l'étage de sortie UMZCH lorsqu'ils fonctionnent sur une charge réelle. Les raisons de l'apparition de diverses distorsions et les méthodes pour les réduire sont décrites en détail dans [7-9], mais les méthodes de contrôle des distorsions qui y sont proposées sont extrêmement complexes et nécessitent des équipements de mesure coûteux. La probabilité de distorsions peut être considérablement réduite en utilisant les recommandations, par exemple dans [10]. Les meilleurs résultats en matière de réduction du NI dans le transistor UMZCH sont obtenus en utilisant le mode de fonctionnement de l'étage de sortie en classe A avec une profondeur minimale de rétroaction environnementale globale. Dans ce cas, le NI peut être bien inférieur à celui des amplificateurs à tubes, en raison de l'absence de transformateur de sortie - source de distorsion aux basses fréquences. Une augmentation plus douce de NI lorsque l'étage de sortie est surchargé dans le transistor UMZCH est obtenue en réduisant la profondeur de la rétroaction négative globale - l'effet est plus grand, plus sa profondeur est petite. Examinons ensuite les méthodes possibles pour augmenter la précision de reproduction d'une attaque de signal audio, en tenant compte des raisons qui ont une grande influence sur celle-ci. Comme la distorsion d'intermodulation transitoire, la distorsion d'attaque est réduite de manière assez efficace lorsque la profondeur du feedback global est réduite. La réduction du temps d'établissement du signal dans l'UMZCH est également facilitée par l'extension de la réponse en fréquence de l'UMZCH sans protection générale de l'environnement à 300...500 kHz. Cependant, une réduction particulièrement efficace de la distorsion d'attaque du courant dans le circuit de charge, provoquée par la force contre-électromotrice d'induction, est obtenue dans l'UMZCH avec une résistance de sortie élevée (RplL>> Rh). Les résultats de l'amélioration des caractéristiques du chemin audio sont décrits en détail dans [11 - 13]. En figue. Les figures 1 et 2 montrent des spectrogrammes de distorsions harmoniques (12) lorsque l'EDC est excité à partir d'un UMZCH avec une faible résistance de sortie et d'un UMZCH avec une résistance de sortie élevée. La distorsion harmonique totale pour un signal de 3 kHz est respectivement d'environ 3 % et 0,2 %.
L'analyse de la modélisation des distorsions causées par les processus thermophysiques se produisant dans les éléments actifs et passifs du chemin audio a permis de mettre en œuvre pratiquement un dispositif passif qui augmente la précision de la reproduction des attaques [14]. Les méthodes énumérées ci-dessus pour améliorer la qualité de la reproduction des attaques montrent leur impact sur le résultat final et expliquent les raisons des tentatives infructueuses pour y parvenir uniquement en augmentant le taux d'augmentation de la tension de sortie de l'UMZCH. La réduction des SI entraîne des difficultés notables en raison de la multiplicité des causes de leur apparition et de la complexité de leur détection [15-20]. Dans une large mesure, la solution au problème est entravée par les méthodes de mesure utilisées, qui ne permettent pas de prédire l'expertise avec une précision suffisante. Dans [21], une méthode plus informative pour mesurer le coefficient d'intermodulation du bruit (NIF) est proposée. Cependant, l'analyse des résultats du SOC avec cette méthode de mesure n'explique pas non plus la raison de la forte différence de notes : par exemple, pour un tube UMZCH - 9 points, et pour un transistor un - 5. Et ceci avec des détails mineurs différences dans le CSI - 0,8% et 0,9%, respectivement . Par conséquent, cette méthode nécessite également des améliorations. Une tentative d'expliquer les évaluations subjectives pour ce cas de mesure a conduit les auteurs à un test expérimental de l'hypothèse sur l'influence possible de la réponse (réaction impulsionnelle) de l'EDH (1) sur le SI dans l'UMZCH. A cet effet, la même méthode de mesure du CSR a été utilisée, mais au lieu d'une charge résistive de l'UMZCH, un véritable EDC a été utilisé. Une attention particulière doit être portée à la nécessité d'utiliser dans ces mesures l'EDH réel et non son équivalent, qui ne prend pas en compte les non-linéarités de conversion du signal. Dans le même temps, une forte augmentation du NSR n'a été découverte que pour un transistor UMZCH avec une faible résistance de sortie : au lieu de 0,9 %, il est devenu 9,7 %, c'est-à-dire qu'il y a eu une augmentation de plus de 10 fois. Pour une lampe UMZCH ces valeurs étaient respectivement de 0,8% et 1,2%. La principale différence lors du remplacement de l'équivalent résistif de la charge par un véritable EDC est qu'elle se trouve dans le circuit OOS. En plus de la tension de sortie du signal UMZCH et de sa distorsion, la réponse de l'EDC pénètre également. Dans la boucle OOS, ils sont combinés et un signal est formé pour compenser la distorsion de l'UMZCH et la réponse de l'EDC avec l'amplitude et la phase correspondantes. Le spectre de fréquences du signal de compensation peut être 10 à 30 fois supérieur à la limite supérieure du signal audio. Évidemment, la principale condition pour éliminer les distorsions est leur compensation exacte, qui est presque impossible à mettre en œuvre. Les limitations sont liées à la réponse en fréquence et à la réponse en phase réelles de l'UMZCH, ainsi qu'au niveau de distorsion et de bruit. De plus, le mode de compensation est fortement influencé par la non-linéarité des caractéristiques EDC, ce qui fait que la compensation s'avère incomplète. La meilleure compensation dans ce cas est obtenue uniquement pour les composantes relativement basses fréquences du spectre des produits de distorsion de l'UMZCH et la réponse de l'EDC, et les composantes haute fréquence du spectre de ces oscillations entrent à nouveau dans le circuit OOS, provoquant l'apparition de nouvelles prédistorsions dans l'amplificateur. Un cercle vicieux se crée, générant une forte augmentation des composantes de distorsion haute fréquence. L'augmentation de la profondeur du feedback global de l'amplificateur ne conduit qu'à une nouvelle expansion du spectre de distorsion et, par conséquent, à une détérioration encore plus importante de la qualité de la reproduction sonore. De plus, des conditions sont créées dans lesquelles il devient possible qu'un simple conducteur, tel que le câble de connexion UMZCH-EDG, en raison des différences dans ses paramètres distribués, soit capable d'influencer les résultats du RNS, augmentant ou affaiblissant certaines harmoniques de leur riche variété. Parallèlement, une autre hypothèse apparaît, proposée par les auteurs pour expliquer les raisons mystérieuses de l'influence des câbles acoustiques sur les résultats du SOC : il devient possible de les considérer comme une « soupape sonore » - un filtre passe-bas, affaiblissant la pénétration de la réponse de l’EDC à la sortie de l’UMZCH. Nous allons maintenant montrer les raisons de la faible influence sur l'IA de la réponse de l'EDC dans les tubes UMZCH, qui, en règle générale, ont un transformateur de sortie adapté et une profondeur de rétroaction relativement faible. Si nous tenons compte du fait que tous les problèmes du signal de réponse EDC sont causés par la pénétration de composants haute fréquence de son spectre, c'est-à-dire des interférences, il est alors évident que l'inductance de fuite du transformateur de sortie peut jouer un rôle utile en tant que un filtre passe-bas, affaiblissant considérablement la quantité d'interférences haute fréquence pénétrant dans l'amplificateur. De plus, la faible profondeur de l'OOS contribue également à réduire l'influence de la réponse de l'EDC. Il semble aux auteurs que les processus décrits ici dans le système UMZCH-EDG expliquent en grande partie la différence de RSO du tube et du transistor. UMZCH obtenus dans l'expérience [21]. Les résultats de l'analyse indiquent l'action possible de deux composants de l'IA dans le système UMZCH-EDG. L'un est la propre IA de l'UMZCH, qui peut être mesurée objectivement (CSI) avec un équivalent de charge résistive. Le second est l'IA provoquée dans l'UMZCH sous l'influence de la réponse de l'EDC. La détection du deuxième composant se produit lorsque l'UMZCH est chargé sur l'EDC réel par mesure répétée du CSR. Cela nous permet de recommander de concevoir l'UMZCH de telle manière que les circuits fournissent une IA intrinsèque minimale dans l'UMZCH. Pour analyser leur spectre, vous pouvez utiliser une technique légèrement modifiée pour mesurer la fréquence du bruit, en analysant le bruit dans des bandes de tiers d'octave. À ce stade, il convient de prendre en compte les relations étroites entre NI et IA, en utilisant des méthodes connues pour les réduire. Comme le montre ce qui précède, la méthode la plus efficace pour réduire l'influence de la réponse de l'EDC sur l'augmentation de II dans l'UMZCH consiste à éliminer les conditions de son interaction avec d'autres signaux dans la boucle OOS. Il existe différentes méthodes pour accomplir cette tâche. Par exemple, un dispositif d'adaptation passif appelé dissipateur est très efficace [14]. Cependant, il y a une perte importante de puissance du signal. Un autre exemple de mise en œuvre plus simple est un UMZCH basé sur des transistors à effet de champ utilisant un transformateur de sortie. Dans ce cas, l'effet obtenu est nettement inférieur à celui du dissipateur, mais en même temps les pertes de puissance de sortie sont réduites. L'effet maximum de réduction de l'influence de la réponse EDG sur le NI est obtenu tout en maintenant un rendement élevé et l'absence d'influence des câbles de haut-parleurs UMZCH-EDG uniquement en utilisant l'UMZCH avec une impédance de sortie élevée (12, 13). la mise en œuvre pratique du générateur de courant UMZCH, l'influence des processus thermophysiques se produisant dans ses éléments actifs et passifs, sur les changements de plage dynamique et l'intermodulation du signal dus à la compression thermique. Avec cette solution, la précision de reproduction des attaques est considérablement améliorée. Les distorsions qui se produisent dans l’EDC sont également considérablement réduites pour les raisons suivantes :
Sur la base de ce qui précède, il est possible de tirer les conclusions suivantes : 1. Les résultats des mesures objectives du CSR dans l'UMZCH lorsqu'il est chargé sur un véritable EDC permettent de prédire les résultats du SOC du système UMZCH - EDC. 2. La réduction de l'ampleur et du spectre de NI et IR, leur indépendance en fréquence et leur augmentation douce en cas de surcharge sont des conditions nécessaires pour obtenir une reproduction sonore haute fidélité dans le système UMZCH-EDG. La sensibilité de l'UMZCH à la réaction EDH doit être minime. 3. Le plus grand effet d'amélioration de la qualité de la reproduction sonore peut être obtenu en utilisant un EDC avec un UMZCH ayant une impédance de sortie élevée. littérature
Auteurs : A. Aleynov, Kharkov, A. Syritso, Moscou
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