» » » Полный усилитель на микросхемах. Часть 5-2. Компенсация сопротивления соединительных проводов акустических систем

 
 
 
13

Полный усилитель на микросхемах. Часть 5-2. Компенсация сопротивления соединительных проводов акустических систем

Разместил MVV 20 сентября 2014. Просмотров: 13 165

Не мечтай, действуй!


Интерфейсные искажения, возникающие между УМЗЧ и акустической системой, явно недооценены любителями. Зато факт влияния соединительных проводов на звук подхвачен индустрией, не имеющей в настоящее время проблем с рынком сбыта акустических кабелей.

Принцип действия рассматриваемой в этом проекте схемы простой: измерение (снятие) падения напряжения на «холодном» соединительном проводе у акустической системы, удвоение его и добавление к усиливаемому сигналу на выходе УМЗЧ.
В сущности, это эквивалентно устранению проводов между усилителем и акустической системой.

Принцип работы

Эффективное техническое решение, уменьшающее уровень интерфейсных искажений в несколько раз, было предложено Николаем Суховым в УМЗЧ высокой верности [1]. Оно опирается на зарубежные патенты, подобные [2, 3].

Принцип работы устройства компенсации сопротивления соединительных проводов АС иллюстрирует рис. 1.

Рис. 1. Принцип работы «кабелечистки»


Здесь А1 – основной УМЗЧ, А2 – вспомогательный усилитель с коэффициентом передачи К2=─ R3/R4=─2. Примем R5=R2, тогда коэффициент передачи с входа Cleaner до выхода УМЗЧ A1 окажется равным двум.

Для соединения усилителя мощности с акустической системой используется двухпроводный акустический кабель с одинаковым сопротивлением «горячего» и «земляного» проводов и по ним протекает один и тот же ток. Сняв сигнал с «земляного» проводника, подходящего к АС, получим увеличение напряжения на выходе УМЗЧ ровно на падение напряжения на обоих соединительных проводах, чем собственно и обеспечивается компенсация их сопротивления.

Обратим внимание, что устройство компенсирует не только активную, но и реактивную составляющую полного распределенного сопротивления акустического кабеля на низких и средних частотах.
Из схемы видно, что при замене кабеля или АС никакой настройки устройства не требуется.

Выключателем SA1 устройство компенсации может быть отключено, что наглядно демонстрирует его работу. Впрочем, выключателя может и не быть, и если не смущает «висячий» вход, можно отключить «кабелечистку» простым отсоединением провода от входа Cleaner.

Следует только посетовать на то, что любителями не был по достоинству оценен этот простой и эффективный способ уменьшения интерфейсных искажений АС. Законы природы не обманешь, и закрывать глаза на якобы незначительный вклад этих искажений в общую картину звучания не стоит!

Значительные сигналы противоЭДС самоиндукции катушек громкоговорителей за счет падения напряжения на акустических проводах создают ощутимые искажения.

Уменьшение искажений с помощью устройства компенсации сопротивления подводящих проводов сродни улучшению звучания АС при ее включении способом Bi-wiring, только в сравнении с ним «кабелечистка» дает существенно больший эффект.

Напомним, что при подключении Bi-wiring усилитель и АС соединяет четырехпроводный кабель: одна пара для низкочастотной секции, другая – для высокочастотной. Подключение Bi-wiring позволяет добиться лучшей детальности звучания.

Схема компенсации сопротивления соединительных проводов акустических систем в УМЗЧ на LM1875

Конструкция базируется на улучшенной схеме усилителя из предыдущей публикации. Принципиальная схема УМЗЧ изображена на рис. 2.

Отличия заключаются в применении сдвоенного ОУ DA2. На первом из них (выводы 1, 2 и 3) выполнено устройство компенсации проводов АС, а на втором (выводы 5, 6 и 7) – интегратор для поддержания «нуля» на выходе.

Коэффициент передачи усилителя мощности DA1 по инвертирующему входу равен «– 1» (определяется отношением резисторов R6 к R5), по входу устройства компенсации сопротивления проводов АС «– 2» (R8/R10), по входу интегратора «– 1» (R8/R9).

Наличие инвертирующего каскада позволило уменьшить число пассивных элементов интегратора (C4, R12).

Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен только полноправным членам сообщества и подписчикам.
Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями доступа.

Рис. 2. Принципиальная схема УМЗЧ с интегратором и схемой компенсации сопротивления проводов АС

Сборка усилителя

Катушка L1 мотается на оправке диаметром 10 мм и содержит 13 витков провода ПЭЛ, ПЭВ диаметром 1,0 мм. Резистор R12 находится внутри катушки L1.
Операционный усилитель DA2 заменим на более современный TLE2072.
При подготовке элементной базы я подобрал резисторы R5, R6, R8, R9, R10, чтобы получить точность указанных выше коэффициентов передачи не хуже одного процента.



Расположение элементов УМЗЧ с «кабелечисткой» показано на рис. 3.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен только полноправным членам сообщества и подписчикам.
Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями доступа.

Рис. 3. Размещение деталей на печатной плате


Физически соединение устройства компенсации с «холодным» входом акустической системы может быть выполнено любым тонким проводом, например, как советует Н. Сухов, ПЭЛШО 0,12. Я взял провод МГТФ. Можно использовать пару проводов кабеля UTP.

Результаты

Влияние аудиокабеля, соединяющего УМЗЧ с акустической системой, полностью устраняется простыми схемотехническими средствами.
При этом я пробовал даже силовой многожильный кабель сечением 2,5 кв. мм, и доволен результатом.
Существенный положительный эффект от наличия устройства компенсации сопротивления соединительных проводов АС подтверждается как субъективными, так и объективными испытаниями. Проведенные сравнительные измерения коэффициента гармоник непосредственно на зажимах акустической системы (рис. 1) с включенной и отключенной системой Cleaner показали следующее, см. табл.

Как говорится, комментарии излишни.

Рассмотренное техническое решение годится для любого УМЗЧ, охваченного общей ООС.


Файлы

Схемы и печатную плату можно взять тут:
Part_5-2.zip | Файл 36,06 Kb загружен 126 раз.

Упомянутые источники

1. Сухов Н. УМЗЧ высокой верности // Радио, 1989, №6, с. 55 – 57; 1989, №7, с. 57 – 61.
2. Патент ФРГ №3107799, МКИ H04R 3/00, публ. 30.05.85.
3. Патент США №4441085, МКИ H03F 1/34, публ. 03.04.84.
Владимир Мосягин (MVV)
Россия, Великий Новгород
Профиль MVV
Радиолюбительством увлекся с пятого класса средней школы.
Специальность по диплому радиоинженер, к.т.н.

Автор книг «Юному радиолюбителю для прочтения с паяльником», «Секреты радиолюбительского мастерства», соавтор серии книг «Для прочтения с паяльником» в издательстве «СОЛОН-Пресс», имею публикации в журналах «Радио», «Приборы и техника эксперимента» и др.
 

Понравилось? Палец вверх!

  • всего лайков: 88

Поделись с друзьями!

Связанные материалы:


Схема на Датагоре. Новая статья Входной буфер и регулятор уровня громкости для УМЗЧ. Часть 1... В усилителях мощности звуковой частоты (УМЗЧ), выполненных по схеме инвертирующего усилителя...
Схема на Датагоре. Новая статья Варианты цепей защиты входа интегратора УМЗЧ... Учитывая, что напряжение питания усилителя мощности обычно превышает напряжение питания...
Схема на Датагоре. Новая статья Новое звучание TDA2822M. Усилитель с изменяемым выходным сопротивлением... Известно, что повышение выходного сопротивления усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ) способно...
Схема на Датагоре. Новая статья Полный усилитель на микросхемах. Часть 5-4. Токовая помпа Хоуленда в выходном каскаде УМЗЧ... Не мечтай, действуй! Особенность построения УМЗЧ настоящего проекта заключается в том, что его...
Схема на Датагоре. Новая статья Полный усилитель на микросхемах. Часть 5-3. Усилитель в режиме ИТУН... Не мечтай, действуй! Незабываемый кадр из незабываемого фильма. Сейчас Марти МакФлай вжарит!!!...
Схема на Датагоре. Новая статья Полный усилитель на микросхемах. Часть 5-1. Улучшаем УМЗЧ Питера Смита... Не мечтай, действуй! В заключительной пятой части проекта проведем серию экспериментов по...
Схема на Датагоре. Новая статья Полный усилитель на микросхемах. Часть 3. Устройство защиты акустических систем. Схема соединений функциональных блоков усилителя... Не мечтай, действуй! Усилители мощности звуковой частоты с непосредственной связью представляют...
Схема на Датагоре. Новая статья О монтаже сигнальных цепей в ламповом усилителе... ГЕННАДИЙ СЕМЕНОВИЧ ГЕНДИН "ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЕ ЛАМПОВЫЕ УСИЛИТЕЛИ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ" От...
Схема на Датагоре. Новая статья Усилитель на К174УН7 (A210K, ТBА810AS, LA4420) с уменьшеным уровнем искажений... Да, это старая-добрая К174УН7 (аналог A210K ТBА810AS, LA4420 ), но на ней при небольшой мощности 4...
Схема на Датагоре. Новая статья Радиолюбительский High-End. 40 лучших конструкций ламповых УМЗЧ за 40 лет.... Радиолюбительский High-End. 40 лучших конструкций ламповых УМЗЧ за 40 лет. Малая энциклопедия...
Схема на Датагоре. Новая статья Прецизионные усилители низкой частоты. Данилов А. А.... Данилов А. А. Прецизионные усилители низкой частоты. — М.: Горячая линия — Телеком, 2004. — 352 с,...
Схема на Датагоре. Новая статья Операционные усилители. Ч.1 Теория, типовые включения... Источник: Радиокот.ру Представляю вашему вниманию статью про операционные усилители (ОУ). Надеюсь...
<
  • Гражданин
25 сентября 2014 19:03

Игорь Рогов / AudioKiller

Цитата
  • С нами с 10.01.2012
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 293 комментария
  • 3 публикации
 
  • 0
В такой системе для подключения колонок удобно использовать трехпроводный электрический кабель. Причем поскольку обратный провод используется только лишь как сигнальный, его сечение может быть меньше. И надо помнить, что это не "волшебная схема, очищающая кабель от всемирного зла", а система с обратной связью. Поэтому с кабелем сопротивлением 200 ом хорошее звучание не получишь, даже используя такой вот компенсатор. А вот провода, которые "чуть-чуть плохие", схема лечит на раз.

И еще, для изначально инвертирующего усилителя схему надо немного изменить. В таком виде она не пойдет.

И еще еще. Никакой биваринг с этой системой и рядом не стоял...

<
  • Главный редактор
25 сентября 2014 19:50

Игорь Петрович Котов / Datagor

Цитата
  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 652 комментария
  • 265 публикаций
 
  • 0
Цитата: AudioKiller
Никакой биваринг с этой системой и рядом не стоял...
Тезка, как-то неоднозначно получилось. Что по вашему лучше?

<
  • Гражданин
25 сентября 2014 23:58

Игорь Рогов / AudioKiller

Цитата
  • С нами с 10.01.2012
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 293 комментария
  • 3 публикации
 
  • 0
Как и у автора: биваринг на самом деле улучшает ситуацию чуть-чуть, а схема компенсации - очень хорошо (для разумных кабелей).

<
  • Кандидат
26 сентября 2014 11:45

Юнак Константин Петрович / kastet780

Цитата
  • С нами с 22.01.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 60 комментариев
  • 2 публикации
 
  • 0
Я пробовал кабелечистку, работает. Но, после налаживания уся и устранения всяких "земляных петель" и полной установке ноля на выходе, действие кабелечистки, на слух, стало незаметным. Исключил из схемы за ненадобностью.

<
  • Автор
27 сентября 2014 14:07

Владимир Мосягин / MVV

Цитата
  • С нами с 21.09.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 152 комментария
  • 38 публикаций
 
  • 0
В этой части проекта рассматривается реализация схемы компенсации сопротивления соединительных проводов АС применительно к неинвертирующей схеме УМЗЧ, коих подавляющее большинство.

Нет никаких препятствий к реализации схемы компенсации применительно к инвертирующему УМЗЧ. Поскольку это еще и обучающий проект, будем считать изображение схемы контрольным заданием smile .

Понятно, что не следует кидаться в крайности, например, использовать в качестве акустических кабелей телефонную «лапшу».

В любом грамотно спроектированном (отсутствие самовозбуждения, наводок, земляных петель и пр.) и настроенном (напряжение смещения нуля и пр.) усилителе с ООС действие «кабелечистки» нельзя не заметить. Если эффекта нет, ищите очередную причину.

<
  • Гражданин
1 октября 2014 03:23

Игорь Рогов / AudioKiller

Цитата
  • С нами с 10.01.2012
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 293 комментария
  • 3 публикации
 
  • 0
Причина в этом случае может быть только одна: хороший кабель! smile В смысле: с низким сопротивлением и индуктивностью. Тогда его влияние незаметно. Но для длины кабеля больше 5 метров, получить хорошие параметры затруднительно. Тут вам и "кабелечистку" в руки...

<
  • Кандидат
4 октября 2014 01:39

Юнак Константин Петрович / kastet780

Цитата
  • С нами с 22.01.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 60 комментариев
  • 2 публикации
 
  • 0
Цитата: AudioKiller
Причина в этом случае может быть только одна: хороший кабель!

Точно!

<
  • Автор
4 октября 2014 12:09

Владимир Мосягин / MVV

Цитата
  • С нами с 21.09.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 152 комментария
  • 38 публикаций
 
  • 0
Не поленился провести эксперимент. Взял кабели известной фирмы сечением жил 4 кв. мм длиной 2х3,5 м. Действие «кабелечистки» отчетливо улучшает звучание комплекса. Так какой кабель считать хорошим?

<
  • Кандидат
4 октября 2014 13:18

Юнак Константин Петрович / kastet780

Цитата
  • С нами с 22.01.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 60 комментариев
  • 2 публикации
 
  • 0
Цитата: MVV
Не поленился провести эксперимент. Взял кабели известной фирмы сечением жил 4 кв. мм длиной 2х3,5 м. Действие «кабелечистки» отчетливо улучшает звучание комплекса. Так какой кабель считать хорошим?

Когда аппарат был окончательно налажен, я продолжал использовать кабелечистку, понимая, что она дает пользу. Потом, после некоторого перерыва в прослушивании музыки, просто что-то поменялось, кабелечистка подключена, а звук просто как звук. Вот взял, и отключил кабелечистку, ничего не изменилось. Поймал себя на мысли, что внушал себе, что слышу разницу. А что собственно поменялось? Покрутил установку ноля, пока на выходе уся было 50мВ постоянки, кабелечистка работала невооруженным слухом. При абсолютном ноле, +-2мкВ - результат на уровне самовнушения. Как раз нужны были ОУ :) Отсюда следует вывод, что кабелечистка дает реальную прибавку качества звучания в том случае, если потенциал аппарата заведомо выше, чем параметры шнурка. Это и понятно, у меня не ВВшник. Субъективно, звучание моего усилителя напоминает 6Н23П+6П14П с ООС, только немного суше, но очень детально, и более осязаемо, чем звучание усилителя на микросхеме STK.
Кабель Профиголд 4кв.мм. 2+1 х 2.5м.

<
  • Гражданин
11 октября 2014 16:11

Юрий / inter02

Цитата
  • С нами с 13.10.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 100 комментариев
  • 3 публикации
 
  • 0
хорошая схема, хороший подход.
респект.
следующим шагом на пути к совершенству , наверное будет ЭМОС.
drinks wink
оную "кабелечистку" я проверял в разных вариантах на усилителе
Сухова "высокой верности". то что схема работает нет сомнений.
на ЛЮБЫХ кабелях. во всяком случае на осциллографе это хорошо видно.
на вершине прямоугольного импульса все "прибамбасы" исчезают.
а вот на слух. :) "не всё так однозначно"
на "хороших" кабелях с солидным сечением жил, практически не слышно.
а если и слышно, то на уровне подсознания. а вот, на "лапше" разница поразительная. видимо, играет роль именно сечение проводов. иначе трудно объяснить этот эффект. слишком уж отчётливо слышно на "тонких" проводах, и не слышно на "толстых".
это при том, что, осциллограф показывает работу схемы и в том и другом случае.
ну а про ЭМОС, это отдельный разговор.
эффект превосходит все ожидания, но. нету стабильности. схема хорошо работает "на грани" а эта грань зависит от многих факторов.
даже от температуры и влажности.
мои эксперименты с ЭМОС закончились "развороченным басовым динамиком" но до этого момента звук просто потрясал своим качеством.
(если кто надумает попробовать, крайне не рекомендую, "мостовую схему противо ЭДС" , самая нестабильная и капризная. неплохо работают пьезокристаллы приклеенные к диффузору, или дополнительная катушка, намотанная на звуковой катушке. или самый простой вариант микрофон возле колонки. wink )

<
  • Гражданин
31 октября 2014 15:21

Владимир / partizan0018

Цитата
  • С нами с 14.02.2013
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 138 комментариев
  • 6 публикаций
 
  • 0
Сняв сигнал с «земляного» проводника, подходящего к АС, получим увеличение напряжения на выходе УМЗЧ ровно на падение напряжения на обоих соединительных проводах, чем собственно и обеспечивается компенсация их сопротивления.


Наконец - то нашёл статью Н. Сухова, где подробно разъясняется работа "кабелечистки" (Hi-Fi правда и High-End сказки). В связи с этим возник чисто "чайнический" вопрос:

В своей статье Сухов пишет о компенсации нелинейных искажений вносимых проводами и разъёмами (а не сопротивления кабеля, хоть оно и одна из причин). Причём разъёмам уделялось не меньше внимания чем самому кабелю.
Причём тоже пишет что сигнал "добавляется" (но уточняет, что в цепь ООС). То есть приходит в противофазе с входным и на самом деле вычитается. В результате на выходе УМЗЧ имеем разность усиленного входного сигнала и сигнала "снятого" с кабеля. Что и даёт устранение влияния искажений, вносимых им.

Поправьте, если ошибся. Заодно, принцип работы устройства будет яснее тем кто осваивает тему "с нуля"

<
  • Автор
2 ноября 2014 17:12

Владимир Мосягин / MVV

Цитата
  • С нами с 21.09.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 152 комментария
  • 38 публикаций
 
  • 0
Владимир, вся информация для изучения технического решения имеется в публикации, требуется лишь внимательное прочтение. Еще раз сделаю акцент на принципиальных моментах, может быть, что-то упустил.

1. Цель решения – уменьшение (в идеальном случае устранение) интерфейсных искажений, возникающих между УМЗЧ и АС.

2. Для достижения поставленной цели предлагается схема (рис. 1), по сути компенсирующая падение напряжения на соединительных элементах между выходом УМЗЧ и АС. Ясно, что в состав соединительных элементов входят разъемы и акустический кабель, что показано на рис. 1. Для простоты будем говорить о сопротивлении кабеля Rкаб, это не меняет сути дела.

3. Техническое решение применимо в УМЗЧ, охваченном общей ООС.

Поясню работу «кабелечистки» следующим образом.

Напряжение на выходе УМЗЧ (на правом, по схеме рис. 1 выводе резистора R2, на котором действует ООС) при отключенном входе Cleaner:
Uвых=KuUвх=(1+R2/R1)Uвх,
где Uвх – напряжение на входе усилителя мощности,
Ku – коэффициент передачи УМЗЧ по напряжению.

Напряжение на сопротивлении нагрузки (разъемах АС) Rн:
URн=UвыхRн/(Rн+2Rкаб).

Коэффициент передачи с входа «кабелечистки»:
Kкаб=(–R2/R5)*( –R3/R4)= (–1)*( –2)=2.

При подключении «кабелечистки» падение напряжения на «холодном» соединительном проводе:
URкаб= UвыхRкаб/Rн.

В результате получаем «добавку» к сигналу на выходе УМЗЧ:
Uкаб= Kкаб URкаб = Uвых2Rкаб /Rн.

Напряжение на выходе УМЗЧ (на правом выводе резистора R2) увеличится и составит:
U'вых= Uвых+ Uкаб= Uвых(Rн+2 Rкаб)/Rн.

Напряжение на зажимах АС:
URн = U'вых Rн/(Rн+2Rкаб)= Uвых Rн(Rн+2Rкаб)/ (Rн(Rн+2Rкаб))= Uвых. Это и есть не что иное, как компенсация сопротивления проводов, подходящих к АС.

Что касается публикации Н. Сухова «Hi-Fi правда и High-End сказки». Она является развернутым ответом на критику усилителя [1] в журнале «АудиоМагазин» и др. Чтобы не было неясностей и недомолвок в небольшом сокращении привожу три выдержки из публикации Н. Сухова, касающиеся рассматриваемого технического решения.

«… обнаружилось, что один и тот же CD, проигрываемый на одном и том же CD-плейере через один и тот же УМЗЧ и на один и тот же монитор (студийную акустическую систему), но соединенный разными кабелями, звучит по-разному! Тщательно исследовав феномен, мы обнаружили, что те тысячные доли процентов искажений, которые давал УМЗЧ, ничто по сравнению с искажениями, «оседавшими» на соединительных кабелях и разъемах. Замена разъемов на позолоченные и обычных соединительных проводов на специальные с «некристаллической» структурой ($250 за витую пару длиной 4 м) проблему решила лишь частично - искажения уменьшились в несколько раз, но не исчезли. Тогда, после ряда экспериментов со студийными усилителями Kenwood с системой «Sigma Drive», я попробовал ввести в УМЗЧ каскады компенсации полного импеданса проводов и нелинейности «холодных» контактов и результат превзошел все ожидания - искажения исчезли, причем независимо от качества (и цены!) соединительных проводов и разъемов. Так в результате и родилась схема [1]».

«… я настоятельно рекомендую всем любителям высококачественного звука установить упомянутую схему компенсации в свои УМЗЧ. Это сделать несложно: потребуются лишь 3 прецизионных резистора и один ОУ (его тип особого значения не имеет, это может быть и 140УД6, и К157УД2)».

«Принцип работы такой схемы - измерение падения напряжения на одном из соединительных проводов, удвоение его и «добавка» к обычному сигналу на выходе УМЗЧ, что эквивалентно устранению проводов между усилителем и акустическими системами. Такое схемное решение не требует какого-либо налаживания при замене соединительных кабелей или акустических систем. Попробуйте, и вы убедитесь, что эффект превзойдет все ваши ожидания (конечно, если ваш усилитель, источник сигнала и особенно акустические системы достаточно высокого качества)».

<
  • Гражданин
2 ноября 2014 19:12

Владимир / partizan0018

Цитата
  • С нами с 14.02.2013
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 138 комментариев
  • 6 публикаций
 
  • 0
Владимир (MVV), спасибо за подробное разъяснение.
Я повторил свою давнюю ошибку - запутался во входах операционных усилителей и фазах сигналов.

Добавление комментария


Налетай! Паяльники, станции, жала с доставкой
  • smilelolbyewinkyahoocoollaughing
    crazybadcryingsadirefulsickstraight
    ballooncakegooddrinksmailbombsun
    nightrainstarscolddashguitar-manhandshake
    musicnegativenopardonshoksleepunknown
    wackoyawnblushbullyhashsmokingwhew
Скопируйте текст вашего комментария на случай неверного ответа на контрольный вопрос.