Сабсоник своими руками: 403 — Доступ запрещён – сумматор, сабсоник, регулятор частоты и фазы » Журнал практической электроники Датагор (Datagor Practical Electronics Magazine)

Предварительный усилитель для сабвуфера с корректором Линквица

Для активного саба нужен предусилитель, выполняющий множество функций. Это:

  • получить сигнал от источника
  • усилить/ослабить его до нужного уровня
  • преобразовать из стерео в моно (если нужно)
  • подкорректировать АЧХ в соответствии с требованиями (поднять басы и сдвинуть этим границу воспроизведения вниз)
  • изничтожить слишком низкие частоты фильтром инфранизких частот, называемым емким русским словом “сабсоник”
  • подкорректировать фазу сигнала
  • подрегулировать громкость звучания
  • обрезать верхние частоты для согласования с остальными колонками.

Из всех этих устройств не всегда используется только корректор Линквица, который очень полезен для акустического оформления типа “закрытый ящик” (хотя есть еще вариант настроить фазоинвертор на частоту, намного ниже оптимального значения, а образовавшийся спад АЧХ скорректировать, но это пока не формализовано никак и расчетов никаких нет). Описание корректора (трансформатора) Линквица, программа для его расчета и то, как ею пользоваться – в статье “Профессиональный” расчет корректора Линквица (Linkwitz transform).

Блок-схема усилителя показана на рис. 1 (немного нестандартным образом, но понятно).

Рис.1. Блок-схема предусилителя

Взаимное расположение блоков может быть любым, т.к. перегрузочная способность операционных усилителей довольно велика. Но все равно, лучше сначала по возможности обрезать все лишнее, а потом поднимать уровень корректором Линквица (в зависимости от исходных данных, он может поднимать усиление на НЧ раз в десять и более, поэтому заранее подавив ненужные низкие, мы избежим всяческих перегрузок наверняка).

Файл со схемой и разводка печатной платы – в конце статьи. Теперь рассмотрим эту схему поблочно и подробно. Начнем с того, что нумерация блоков не совпадает с их порядком появления на схеме. Я пошел на это после долгих раздумий и скрепя сердце. Дело в том, что в упомянутом мною расчете корректора Линквица уже нарисована схема корректора и сабсоник-фильтра, причем там производится ее расчет и всяческая оценка работы. Поэтому я сохранил эти две схемы точь-в-точь, вплоть до нумерации элементов (там на схеме есть еще другие блоки, но все остальное я сделал по-своему, в некоторых местах лучше, чем там). А по той нумерации это были блоки номер 2 и 3. И у меня они сохранили те же номера.

Многие сабвуферы, продающиеся в магазинах, имеют нижнюю рабочую частоту 40, а то и 50 Гц. Это не сабвуфер. Это – недоразумение. Ведь 50 Гц могут воспроизвести обычные колонки! Я не скажу, что они от этого будут в восторге, но тем не менее. Нижняя граница настоящего саба должна быть менее 30 Гц. Хорошего 20 Гц. Можно играть и еще ниже – это будет только лучше. Не будем об этом спорить – я излагаю свое мнение, которое взялось отнюдь не на пустом месте. На мой взгляд нижняя граничная частота должна лежать в пределах 15…20 Гц. Из этого я и буду исходить (кому не нравится – описываемая схема позволяет сделать саб даже с частотным диапазоном от 70 до 160 Гц! Творите на здоровье!). Верхняя частота должна быть порядка 80 Гц (в некоторых случаях такое значение является стандартным). Но в данном предусилителе верхняя частота равна примерно 160 Гц – на всякий пожарный случай.

Первый блок – входной усилитель.

Он имеет 2 типа входов – линейный и высокого уровня (колоночный). Входов каждого типа два – для левого и правого каналов соответственно. Входное сопротивление по каждому входу 47 кОм. Линейные входы на схеме обозначены как in L и in R, а колоночные как Hi L и Hi R.Коэффициент усиления по линейному входу:Ку лин = 2 * R107 / R101 = 2 * 2,5 = 5Множитель2 появляется потому, что сигналы 2-х каналов суммируются (а басы обычно разводят в центр стереопанорамы), поступая в сабвуфер с обоих каналов.Коэффициент усиления по входам высокого уровня:Ку ву = 2 * R107 / R103 = 2 * 0,15 = 0,3 (т.е. сигнал ослабляется в 3 раза)В любом случае коэффициент усиления можно менять, причем лучше сначала пытаться изменить R107, а потом уже и R103 и R104. R101 и R102 менять можно, но они должны оставаться в пределах 27…75 кОм, иначе или можем перегрузить выход источника малым сопротивлением, или нахватать помех по входу.Коэффициент усиления – эта именно та штука, которая устанавливается индивидуально. Он зависит от чувствительности усилителя мощности сабвуфера, усиления коректора Линквица и уровней входных сигналов (линейном и/или колоночном). Можно не бояться сделать коэффициент усиления раз в 5…7 больше, чем нужно – регулятор уровня может ослабить сигнал почти в 50 раз (поэтому даже хорошо иметь некоторый запас по усилению).

Резисторы R105 и R106 нужны для снижения входного сопротивления, чтобы если высоковольтные входы не используются, то помехи на эти входы не наводились сверх меры.

Я не сторонник колоночных входов – это самое низкое качество звучания – и никогда их не использую. Но для универсальности я их включил в схему. Кому не нужно – можно не использовать, тогда лучше вообще исключить R103 – R106, С103, С104. Или же исключив R105, R106, а R103, R104 сделав равными R101, R102, можно получить 2 пары линейных входов. Например одна пара для ресивера домашнего кинотеатра, а другая – для музыкального стереоусилителя.

Конденсатор С105 совместно с резистором R107 образуют фильтр низких частот (ФНЧ) 1-го порядка, обрезающий частоты выше 400 Гц. Он обеспечивает начальную фильтрацию сигнала, “отрезая” все “несабовские” частоты. Для других значений R107, емкость конденсатора вычисляется по приведенной формуле. Частоту среза можно снизить, увеличив емкость конденсатора. Но увлекаться этим не стОит – все равно есть еще один фильтр. Емкость при этом увеличиваем не более чем в 2 раза (тем самым частота снижается вдвое), если частоту среза снизить еще, станет заметно влияние фильтра на сигнал (сдвиг фазы).

Входные конденсаторы С101-С104 обрезают частоты ниже 3,5 Гц. Это вполне безобидное значение, и влияние конденсаторов на сигнал незаметно. Увеличивать их емкость нет особого смысла, а вот уменьшить при желании можно, но не более чем в два раза – ведь мы хотим сделать хороший сабвуфер, играющий от 15…20 Гц, поэтому с обрезанием низких нужно быть осторожным – еще нарежемся!

Что делать, если у источника (например ресивера) есть специальный выход на сабвуфер? Элементарно – подключаем его к одному из каналов линейного входа. А лишние детали можно не впаивать!

Следующий блок: фильтр инфранизких частот (ИНЧ) – сабсоник.

Это фильтр 2-го порядка. Он не всем нравится – есть ряд высказываний, что он “звучит” хуже, чем фильтр 1-го порядка. Я с таким мнением категорически не согласен! Вот мои аргументы (не строго сформулированные, для “широкого круга”):Фильтр настроен на частоту 10…15 Гц, которую мы наверняка не слышим, что там может “не звучать”? А на более высоких (20-30 Гц) он уже и не влияет.Частота среза фильтра ниже рабочей частоты динамика, поэтому снижение качества звучания динамика на нерабочих частотах перекрывает “вред” фильтра. На самом деле все наоборот – фильтр обрезает именно те самые частоты, на которых качество звучания динамика плохое.У нас в схеме стоИт корректор Линквица, который “задирает” низкие частоты, поэтому фильтр 1-го порядка всего лишь скомпенсирует этот подъем на НЧ, т.е. “вернет все на исходную”. И только 2-й порядок (и выше) способен создать 

спад АЧХ на инфранизких частотах.Хорошо бы снизить не только АЧХ по напряжению на динамике, но и снизить смещение диффузора динамика на нерабочих частотах. А смещение имеет такое свойство, что при линейной АЧХ по напряжению, оно (смещение) растет пропорционально уменьшению частоты. Так что, для того, чтобы уменьшать смещение, нужно повышать порядок фильтра.

Посчитаем его. Итак, увеличиваем порядок сабсоника и наблюдаем за результатом:

  1. Компенсирует подъем, вызванный корректором Линквица и выравнивает АЧХ по напряжению. Ход диффузора растет пропорционально снижению частоты.
  2. Создает спад АЧХ на низких. Величина хода диффузора от частоты не зависит, но может вызвать перегрузку динамика по линейному ходу.
  3. Спад электрической АЧХ на низких составляет 12 дБ/октава (с учетом корректора Л.). Ход диффузора уменьшается пропорционально частоте в нерабочем диапазоне частот.

Итак, какой порядок лучше всего? Выходит 3-й?! А у нас только второй. Но это тоже неплохо, потому что есть блок, в котором мы еще слегка пофильтруем, и получится то что надо. А на самых низких еще и входные конденсаторы (С101-С104) помогут.

Почему на схеме нет номиналов? А они получаются из электронной таблицы расчета корректора Линквица !

Если по файлу расчета счтать трудно, то можно воспользоваться упрощенным методом. Он упрощен в том, что добротность фильтра фиксирована Q=0,7. Это фильтр Баттерворта. Его рассчитать просто:

1. Задаемся частотй среза фильтра – это самая низкая частота, которую должен воспроизводить сабвуфер (точнее, к сабу будет подводиться сигнал начиная с этой частоты, а сыграет ее саб, или нет – это его проблемы).

2. Задаемся емкостью конденсаторов, емкость выбираем из таких значений: С201 = С202 = 0,22 мкФ или 0,33 мкФ или 0,47 мкФ или 0,68 мкФ.

3. По графику зная частоту и емкость находим значение сопртивления резистора R201

4. R202 = 2 * R201 (т.е. R202 в два раза больше, чем R201).

Емкость лучше выбирать такой, чтобы оба сопротивления (R201 и R202) лежали в диапазоне 20…80 кОм.

Третий по счету – регулятор уровня.

Ну, это элементарный повторитель. Несколько “хитростей”:Резистор R401 не дает установить регулятором нулевую громкость (пределы регулировки уровня 45…50 раз в зависимости от разброса сопротивлений). Это сделано намеренно – кому нужна нулевая громкость? Тогда уж проще выключить. Зато никогда не покажется, что “саб не работает” от установки этого регулятора “в ноль”.Резистор R402 нужен для того, чтобы при отсутствии потенциометра Р401 вход ОУ ОР2.1 не “висел в воздухе” (при этом его потенциал неопределен, и все окрестные помехи слетаются как мухи на мед). То же самое может произойти при случайном пропадании контакта движка потенциометра Р401 с дорожкой. Поэтому исключать R402 нельзя (если в каком-то устройстве при вращении ручки громкости вы слышыте противный треск в колонках, будьте уверены – такого резистора в той схеме нет!).С401 – это тот самый дополнительный порядок сабсоника, о котором я говорил. Его частота среза должна быть раза в 2…3 ниже частоты основного сабсоника. Таким образом достигается компромисс между низким порядком (и приемлимым сдвигом фазы) и качественной фильтрацией. При номиналах, указанных на схеме, частота его среза около 5 Гц.

Итак, кроме штатного ИНЧ фильтра у нас еще два дополнительных бастиона входные конденсаторы, и С401. В чем разница? А в том, что полной уверенности во входных конденсаторах нет – их работа зависит от той цепи, к которой они подключены. А кто его знает, то будет там на выходе источника сигнала? Поэтому-то я и сделал их частоту такой низкой – чтобы они ни при каких обстоятельствах не повлияли на работу системы. А вот С401 находится внутри, все чужие влияния нам известны, и мы можем с уверенностью использовать его для фильтрации. Или не использовать, если вас пугают высокие порядки фильтра. Для себя я его еще не считал, поэтому задал самое “безопасное” значение.

Дальше идет, собственно, сам корректор.

О нем писать практически нечего – почитайте о том, как правильно, точно и просто рассчитать корректор: Расчет корректора Линквица (Linkwitz transform) и статью Применение корректора Линквица для усиления басов, где рассказывается о корректоре Линквитца, зачем он нужен, как работает и как его правильно использовать. Заодно произведете его расчет, и все значения резисторов и конденсаторов станут известны.Нумерация элементов на схеме совпадает с нумерацией в файле расчета, поэтому никаких номиналов я не указываю – у каждого они будут свои.Особо нужно сказать только о конденсаторе Сх. Он не входит в сам корректор, а служит для улучшения устойчивости цепи, являясь опять-таки фильтром НЧ (т.е. НЧ он как раз пропускает, обрезая высокие где-то на уровне 3 кГц). Его исключать из схемы я очень не рекомендую даже в случае применения хорошего качественного ОУ – от него кроме пользы, никакого другого вреда нет.Если кто будет повторять такой фильтр для обычных колонок (чтобы расширить их диапазон вниз), то емкость нужно уменьшить раз в 8 от значения, вычисленного по формуле.Поскольку значение Сх зависит от сопротивления R301, то управляя последним, можно получить нужное значение Сх. Для чего нужное? С одной стороны, Сх не должно быть меньше 47 пФ – иначе оно станет соизмеримым с емкостью монтажа, и не будет влиять на цепь. А вот неизвестно какая емкость монтажа на цепь повлияет, только неизвестно как. С другой стороны, здравый смысл рекомендует ограничить Сх значением не более 2000…3000 пФ.Итак, если получается, что значение Сх, расчитанное по формуле, лежит в пределах 47…3000 пФ, то все в порядке (оптимальный диапазон 100…1000 пФ). Если в заданный диапазон не попадаем, то нужно пересчитать номиналы элементов корректора Линквица так, чтобы Сх оказалось в нужном диапазоне.

Предпоследний блок: ФНЧ-кроссовер, задающий верхнюю границу диапазона воспроизводимых частот.

Это обычный ФНЧ 2-го порядка с характеристикой Бесселя. Частота его среза от 40 до 160 Гц при максимальном и минимальном сопротивлении потенциометра Р501 соответственно. Этот потенциометр должен иметь линейную зависимость сопротивления от угла поворота.Почему выбрана аппроксимация именно по Бесселю? Да, такой фильтр дает самый плавный (наименее крутой) излом АЧХ, зато у него и самая лучшая фазовая характеристика. Частота среза этого фильтра определяет согласование сабвуфера с остальными колонками в системе, так что более плавный спад АЧХ и хорошая ФЧХ очень даже нам на руку.Резистор R503 (как и R402) задает нулевой потенциал по постоянному току на входе ОУ ОР3.1 независимо от того, что там происходит с регулятором Р501.

И, наконец, регулятор фазы.

Я долго выбирал между плавным регулятором и фиксированным, но все же предпочтение отдал последнему. С одной стороны плавный регулятор вроде бы позволяет выставить фазу точь-в-точь, но это только на первый взгляд. У плавного регулятора сдвиг фазы зависит от частоты. На рисунке слева каждая линия соответствует определенному положению ручки регулятора.

И какой же сдвиг фаз получается в каждом ее положении? Например “в зеленом” от 50 до 125 градусов в рабочем диапазоне частот.Таким образом получается, что пытаясь сделать “более точный” плавный регулятор на деле получаем новый головняк – ведь теперь правильно настроить фазу станет еще сложнее – на разных частотах она разная и у сабвуфера, и у регулятора фазы (т.е. в домашних условиях настройка невозможна без специального оборудования, обычной в таких случаях бутылкой не обойдешься!).  То есть к неизвестно какой ФЧХ (по звуковому давлению) сабвуфера прибавится неизвестно какая (но не линейная – это точно) ФЧХ корректора.На самом деле, у плавного регулятора преимущество все же есть: если изначально знать ФЧХ сабвуфера, то можно спроектировать регулятор таким образом, чтобы его ФЧХ компенсировало сабовскую. Тогда получается “два в одном” – и регулятор, и компенсатор!Почему я не привожу здесь такую схему – да потому, что мне неизвестна ФЧХ сабвуфера! А в фиксированном регуляторе фаза сигнала от частоты совершенно не зависит (я имею ввиду только блок регулятора фазы, фильтры-то крутят фазу дружно и весело, и корректор Линквица вместе с ними).

Он устроен очень просто – есть инвертор, и мы снимаем сигнал или с его входа, или с его выхода. Внимание! Правый по схеме вывод переключателя (соединенный с С601) на печатной плате расположен посередине между левыми по схеме выводами. Провода, идущие к переключателю, могут “ловить” помехи, поэтому их желательно делать максимально короткими.Кстати, если предусилитель установлен в сабвуфере близко с усилителем мощности (и намертво к нему подключен), и у мощника вход закрытый (т.е. имеется входной конденсатор), то элементы С601, R603, R604 не нужны.

Конструкция и детали.

Печатная плата устройства приведена в конце статьи. Она выполнена с помощью программы Sprint-Layout v. 4.0, которую легко найти в Интернете. Разводка платы хорошая, но не суперская в плане экономии места.

Желтой линией обозначен провод в изоляции, припаиваемый на плату со стороны печатных проводников.

Я не использовал SMD компонентов, и не старался сильно уплотнить монтаж. Зато она доступна для изготовления начинающим (а зубры для себя и схему сами разработают, и печатку разведут!). Широкие проводники кроме малого сопротивления, имеют также свойство, что не отслаиваются от платы при перегреве. Только паяйте осторожно, чтобы не коротнуть между дорожками мостиком из припоя!

Операционники – в принципе любые сдвоенные ОУ широкого применения зарубежного производства. Их много разных (4558, 4560, 4580 и т.п.), причем совсем не обязательны быстродействующие и высококачественные. Хотя наверняка ОРА2134 будет работать лучше, я не думаю, что разница будет очень заметна. Но себе я планирую именно эту микросхему.

Если какие-то из этих блоков не нужны – можно их и не запаивать, а отсутствующий блок заменить перемычкой на плате.

Иногда спрашивают, почему для подключения потенциометра регулировки частоты среза ФНЧ предусмотрено 4 контакта, если у потенциометра 3 вывода, а поскольку используется сдвоенный потенциометр, то выводов получается 6? Дело в том, что потенциометр включается реостатом, и реально используются только один средний и один крайний выводы у каждого. Итого по два вывода. Для лучшей работы, неиспользуемый крайний вывод переменника подключается к среднему:

Учтите, что на рисунке справа вверху вид на переменник со стороны оси (ручки) управления. Тогда при вращении ручки вправо, частота среза фильтра растет. Провода, идущие к этому потенциометру (точнее, реостату), хорошо бы попарно свить (на рисунке красный с красным а синий с синим) и не делать их длинными – они могут ловить помехи.

Чем питаемся?

Это больной вопрос. Для питания блока нужен двухполярный источник +-12…15 вольт на ток 30-50 мА. Если блок выполнен в виде приставки или какого-то отдельного преда (а в таком виде он тоже возможен), то блок питания можно посмотреть в статье расчет блока питания. Если же предусилитель встраиваем в активный сабвуфер (а в пассивном ему делать нечего), то есть смысл использовать для него источник питания усилителя мощности (нагрузка-то мизерная). Но на этом пути нас могут подстерегать проблемы. Прежде всего измеряем напряжение питания усилителя мощности в режиме покоя (т.е. на вход никакого сигнала не подаем). Если напряжение в каждом плече не превышает 30…35 вольт (ох, вряд ли такое будет – при таком напряжении питания на выходе больше 50…60 Вт не получишь), то все ОК – идем по приведенной выше ссылке и находим там схемы стабилизаторов (на 7815 и 7915, если напряжение питания усилителя мощности не больше 30 вольт, и LM317, LM337 – если не больше 35 вольт; при этом лучше все-таки брать большие корпуса). Разница будет только в том, что рядом с каждой микросхемой нужно будет установить еще по паре конденсаторов на вход точно также, как они установлены на выходе (конденсаторы С1 и С2 например К73-17, С3 и С4 можно использовать обычные керамические):

А вот если напряжение питания мощника больше 35В (а реально 50, и даже 70), то ситуация становится сложнее – если и существуют микросхемы, работающие на таких напряжениях, то они дороги и труднодоступны. В этом случае на помощь приходят транзисторы, которые вполне способны работать с напряжениями до нескольких тысяч вольт! Вот простейший параметрический стабилизатор с усилителем тока:

Схема проста и абсолютно достаточна для питания этого предварительного усилителя. Зато и 100 вольтный источник для нее не проблема! Главное выбирать транзисторы с максимально допустимым напряжением коллектор-эмиттер, равным напряжению питания усилителя мощности (точнее чуть большим). Мощность, рассеиваемая на каждом транзисторе 1,5-3 Вт, поэтому их нужно размещать на небольших радиаторах. Например, подойдут отечественные транзисторы КТ814, КТ815 с буквой “В” при напряжениях до 60 вольт, и с буквой “Г” при напряжении до 80 вольт. Конденсаторы С1, С2 улучшают фильтрацию пульсаций, и на них экономить не стОит. С3, С4 можно исключить, если длина проводов, идущих от источника к предусилителю не более 30 см. Но лучше их не исключать.

Если хочется чего-то лучшего, то обе схемы можно объединить, получив просто обалденный источник:

Первый каскад – уже описанный параметрический стабилизатор с усилителем тока, который питает практически стабильным напряжением около 25 вольт стабилизатор на микросхемах. Здесь электролиты возле транзисторов уже не нужны – те (на самом деле очень даже небольшие) пульсации, которые пройдут через транзисторы, успешно подавятся микросхемами. А “керамика” в обвесе микросхем нужна обязательно. Требования к транзисторам – как и в предыдущей схеме. Только мощность на них выделяется несколько меньше. Но такой источник стОит делать лишь при напряжении питания усилителя мощности порядка 60 вольт и больше.

Монтажную схему блока питания придумайте самостоятельно.

А если сам корректор Линквица не нужен?

А все остальное нужно. Тогда вместо полного корректора, запаиваются несколько резисторов и конденсаторов, и вместо корректора Линквица получается дополнительный фильтр, обрезающий ненужные частоты:

Вот и вся схема! А все остальное остается и прекрасно работает. А вот и вариант печатки (точнее там только немного поменялось расположение деталей):

желтой линией обозначен провод в изоляции, припаиваемый на плату со стороны печатных проводников.

Вариант печатной платы без корректора Линквица.

В настоящее время у меня имеется несколько плат (новой разводки), изготовленных промышленным способом. Как заказать – см. здесь.

10.06.2006

Самодельный сабвуфер, с претензией на Хай-Фай

Этот материал написан посетителем сайта, и за него начислено вознаграждение. Часть первая, теоретическая.
Активный сабвуфер своими руками.
В этой статье речь пойдет о самодельном сабвуфере в оформлении ЗЯ с корректором Линквитца. Идея собрать небольшой активный, а главное, качественно играющий сабвуфер витала давно, но всегда что-то мешало. Отсутствие денег, времени, и прочего. Но, поддавшись очередному весеннему обострению, решился на это дело, благо, многие нужные детали оказались в наличии.
Выбор концепции. Не секрет, что наиболее музыкальным оформлением из легко изготавливаемых является Закрытый Ящик. Недостатком ЗЯ является недостаточно низкая граница воспроизводимых частот. Либо, приходится жертвовать объемом, что очень не желательно для большинства горожан, живущих в квартирах. Что, если сделать активный фильтр, который нивелировал бы слишком быстрое падение отдачи на НЧ? Оказывается, такой вариант уже давно используется, и его автор – Линквитц.
Покопавшись в инете, были найдены очень интересные материалы на эту тему:
О корректоре Линквитца: http://electroclub.info/article/subs_linkwitz_bass.htm ;
Расчет корректора: http://electroclub.info/article/linkwitz_pro.htm ;
Номиналы деталей фильтра: http://electroclub.info/samodel/sub_pred.htm .
Динамик выбран фирмы АСАлаб, находящейся в г.Калуге, его параметры написаны прямо на динамике, и немного отличаются от указанных на сайте производителя, но незначительно. Промер динамика значения параметров подтвердил. Замечательно.

Вот скриншоты с моими расчетными данными:


(кликните по картинке для увеличения)
Расчет Линквитца в Exel
Как видно, слева вверху введены данные моего динамика, правее расчетные значения добротности и резонансной частоты динамика в ящике без коррекции, желаемая низшая частота и добротность( Target Fsc, Target Qtc), еще ниже средняя планируемая мощность усилителя и расчетное значение давления в итоге ( Power Applied, Peak SPL). Ниже видим такую строчку: SubSonic Filter Enabled и циферку 25. Это желаемая настройка Сабсоника – фильтра, обрезающего инфранизкие частоты. В моем случае 25Гц было оптимально.
На графике синим показана АЧХ фильтра, итоговая коррекция. Наглядно видно, что поднимается диапазон 10-35Гц, именно там, где завал. Ниже 10Гц давным давно в работу включается сабсоник, обезая инфраНЧ, дабы не доволить динамик до перегрузки на неслышимых частотах.
(кликните по картинке для увеличения)
Расчет линкыитца в Exel скрин2

График Group delay – общее время групповой задержки, то есть запаздывание. На 20Гц 10мс – отличный результат!
Excursion vs Frequensy – зависимость смещения от частоты. Важно, чтобы синий и красный график не пересекались.
Power vs Frequensy. Требуемая мощность/частота. Заметно, что усилителя на 100Вт предостаточно.
Часть вторая, «деревянная».
Пора от расчетов приступать к действиям. Было решено делать саб кубической формы, со стенками по 40см. Передняя стенка двойная, сзади отсек под электронику. Головка ровно по центру лицевой панели. Ящик собирался на мебельные саморезы под шестигранник и на китайские каленые саморезы, клей ПВА и силикон.


(кликните по картинке для увеличения)
начало сборки
Выпиленные стенки, наживил на шурупы. Далее – сборка основательно, проклейка. откручиваем сначала три стенки из шести, промазываем клеем, прикручиваем. Затем следующие три стенки откручиваем, промазываем, ставим и намертво затягиваем. изнутри швы проходим смесью ПВА и опилок, благо их к этому моменту появится целый кучка.
(кликните по картинке для увеличения)
морда саба
В задней стенке необходим отсек для нашей электроники. Так же прокручиваем саморезами и шурупами со всех сторон. Нам нужна безкомпромиссная жесткость ящика. Если вы делаете оформление ЗЯ, то малейшая дырочка, щель, плохо прикрученная стенка будет пропускать воздух, что невозможно не услышать.

(кликните по картинке для увеличения)
зад саба, без отделки
Так, ящик собран. Что дальше? Пора придать ему нормальный внешний вид. У меня была в запасе качественная самоклеящаяся пленка dc-fix. Цвет – под черное дерево. Шпатлюем сабик акриловой шпатлевкой по дереву, шлифуем шлифмашиной. Незаменимая вещь, должен вам сказать. Фотки в процессе:
(кликните по картинке для увеличения)
первый слой шпатлевки
Работы еще много. Глаза боятся – руки делают
(кликните по картинке для увеличения)
шпаклюем...

Уже что-то вырисовывается. Углы должны быть ровными, четкими. На плоскостях не должны быть ямочек, бугров. ровные углы и стенки - наша цель.
Фото ниже - последний слой шпатлевки, зачищен, и загрунтован. Вообще, грунтовать нужно перед каждым слоем, перед покраской или оклейкой пленкой, шпоном. Иначе - никак.


(кликните по картинке для увеличения)
финалный слой шпатлевки

Единственное, что я не учел, это то, что готовому ящику надо дать постоять месяц-другой. Шпатлевка видимо дает какую-то усадку, и проступили очертания шурупов и торцов  Но, это довольно буджетная конструкция, и можно закрыть глаза в принципе. Ящик получился очень жестким, тяжелым. Это очень хорошо.
А теперь очень важный этап – оклейка пленкой. Для этого надо подготовить столик, подстелить мягкую тряпочку под ящик. Так же, как и между слоями шпатлевки, наносится грунтовка. Сначала оклеиваете боковые стенки, верх и низ, начиная с низа. Учтите, что когда вы снимаете с пленки нижнюю бумагу, чтобы приклеить саму пленку, она электризуется, и все опилки, которых вы не замечали, вмиг прилипнут под пленку, и убрать их будет невозможно. По краю пленка отрезается острым строительным или канцелярским ножом. Затем передняя и задняя стенка. Края обрезаем ножом, проглаживаем не сильно горячим утюгом через бумагу. Получаем что-то вроде этого:

(фото большие, осторожно)
(кликните по картинке для увеличения)
саб

Смотрится солидно, фирменно радует глаз. Далее ставим саб на шипы. Это даст отличное улучшение качества звучания, за счет виброразвязки с полом. Так сказать, стремимся к HI-FI. Надо сказать, установка саба на шипа изменила звучание в заметно лучшую сторону.


(кликните по картинке для увеличения)
шипы саба
(кликните по картинке для увеличения)
саб на шипах

Часть третья, электронная.
Нам предстоит собрать блок питания, усилитель и сам фильтр-корректор Линквитца.
Блок питания. У меня было два новеньких трансформатора ТС 160-3, каждый при соединении вторичных обмоток давал по 28 вольт. В итоге имеем выпрямленные +/- 35в. Блок питания из двух диодных мостиков, и по 2 конденсатора 4700мкФ 50в. Фильтр питается от стабилизированного источника. Фильтр запустился с первого раза, и проблем не вызвал. Некоторые номиналы подбирались, по лучшему звучанию. Усилителей было опробовано три: Усков, ТДА7294 с умощнением транзисторами, и просто ТДА7294 на хорошей печатке, а не как в наборах из магазина или в даташите…
Лучшее звучание получилось у просто ТДА 7294. Никаких щелчков, хлопков, гудения и прочих неприятностей. Хорошее, сочное звучание. ЕЕ мощности с головой хватает.

Часть четвертая, музыкальная.
Звучание саба очень нравится – мягкое, точное, четкое. На рок-балладах, спокойной музыке чуть ли не интимно-вкрадчивое, очень приятное. Интересно стало слушать рэп, и подобные стили музыки с преобладанием низких частот. В фильмах взрывы тоже создают должный эффект. Громкости хватает для средней комнаты. Для любителей повеселить соседей с соседней улицы будет явно маловато…

Обсуждение и критика здесь:
https://forums.overclockers.ru/viewtopic.php?t=251813

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ САБВУФЕР

Меломаны замечательные люди. Они всё время хотят чего-то необычного и выделиться из итак уже «выделенного» общества других меломанов - меняют клеммы на золотые и провода для колонок покупают исключительно по 100 $ за метр! От этого у них «совсем другой» звук и «Ди ПурплЕ» со старого винила просто завораживает такого меломана, а соседи хотят повеситься или, по крайней мере, повесить фото негодяя на Доске Позора в подъезде. Потому что «Ди Пурпле» уже изрядно надоел, а других пластинок у меломана пока не очень много — все деньги уходят на клеммы и провода из чистого золота.

Один такой, начинающий меломан привёз мне в переделку сабвуфер огромных габаритов и «дикой», по его словам, мощности в 2000 ватт. Но при разборке сабвуфера и снятии динамика открылась жестокая сермяжная правда — надпись на динамике указывала параметры: 150 Вт, 4 Ом. И нужно было переделать этот сабвуфер из пассивного в активный, да ещё с возможностью помещать его летом в микроавтобус и ездить на Финский залив с шашлыками и бабами! И меломан очень надеялся, что это  волшебное превращение я смогу совершить, причём за небольшие деньги. Потому что деньги нужны на новые пластинки и усилитель с «тёплым ламповым звуком» для отдельных колонок на СЧ/ВЧ -каналы. И если эта статья будет опубликована и кто-то упрекнёт меня в ненужности всех этих лирических отступлений, то прошу меня простить и объяснить: почему у «меломанов» есть деньги на  усилители по 60000 р, провода из золота и пластинки по 5000 р /шт и никогда нет на то, чтобы заплатить нормально за изготовляемые по их заказам «примочки»?

Непосредственно по делу. Схема УМЗЧ

А чтобы было «дёшево и сердито», приходится, конечно, исходить из принципа: «делать из того, что есть под рукой». Под рукой был автомобильный усилитель со сгоревшим транзисторами выходного и предвыходного каскадов, но с исправным преобразователем. Из него были полностью выпаяны все детали, относящиеся непосредственно к усилителю и оставлен только сам преобразователь с выпрямителем и фильтрами. Преобразователь выдавал двуполярное напряжение 32 вольта на каждое «плечо». Схема усилителя мощности была выбрана простая и проверенная уже не раз:

Детали:

  • R1, R11 — 1k
  • R2 — 36 k
  • R3 — 240 *
  • R4, R5 — 330*
  • R6, R7 — 20 k
  • R8, R9 — 3k3 (0,5 w)
  • R10 — 27 (2 w)
  • R12R13R14R15 — 0,22 (5 w)
  • R16 — 10 k*
  • C1 — 0,33 mF
  • C2 — 150 — 330 p
  • C3, C4 — 10 mF x 25 v
  • C5, C6, C7— 0,1 mF
  • C8 — 0,22 mF
  • C9, C10 — 47-68 p
  • VD1, VD2 — стабилитроны на 15-18 вольт

(помеченные * подбираются при настройке)

Эту схему можно отыскать в «интернетах», где она выдаётся за нечто новое и уникальное, однако впервые была опубликована ещё лет 20 назад в одном из номеров журнала «Радио» и лишь подвергнута незначительным изменениям — другое включение входных цепей микросхемы и резистора R16 обратной связи. Это усилитель класса «В»., но с очень неплохими  характеристиками для такого класса. В приведённом варианте (U пит. = 45 вольт и сдвоенный выходной каскад) схема может выдавать до 200 ватт мощности на 4-Омной нагрузке и, что важно для применения в автомобильном варианте — имеет весьма незначительные токи потребления в режиме «покоя» и небольших мощностей. Схема была не раз использована для автомобильных сабвуферов и никаких нареканий не вызывала. При снижении напряжения питания до +/- 32 вольт и использовании только ОДНОЙ пары выходных транзисторов можно получить мощность порядка 100 ватт на нагрузке 4 Ом.

При напряжении питания +\- 32 вольт сопротивления резисторов R8R9 следует уменьшить до 1-1,5 кОм (!).

Правда, элементная база была частично заменена на современную и «иноземную». В качестве ОУ для сабвуферного варианта вполне можно использовать и указанный 140УД708 (608), а транзисторы заменялись на  ВD139/140 или С3205/А1273 (предвыходной каскад) и, например — 2SA1943/2SC5200 (выходной). Вообще, схема имеет хорошую (повторяемость) и не критична к применяемым деталям. Во всяком случае транзисторы (импортные) никак не подбирались по параметрам. Однако в случае применения наших КТ814/815 (816/817) и других, подбор хотя бы по коэффициенту усиления произвести стоит, так как у них по параметрам разброс бывает очень значительный.

Режим работы выходного каскада устанавливается делителями R4R6 и R5R7 в зависимости от напряжения питания и применяемых транзисторов выходного каскада. Вместо них удобно поставить подстроечные резисторы (временно) и выставить необходимый режим непосредственно при воспроизведении «звука» по отсутствию искажений во всём диапазоне громкости. При этом важно не выкручивать движки подстроечников в крайние положения во избежание трагических последствий для транзисторов VT1, VT2!

Кардинального уменьшения переходных искажений, присущих классу "В", удалось добиться благодаря управлению транзисторами выходного каскада не напряжением, а током. То есть, транзисторы VT1 и VT2 являются источниками тока для VT3 и VT4. При настройке подбором подстроечных резисторов (помеченных *) следует выставить на базах транзисторов VT1 и VT2 напряжение равное 0,4-0,5 вольта.

Входные каскады — сумматор и фильтр

В качестве сумматора сигналов левого и правого каналов, а также для выделения НЧ-составляющей из общего сигнала была применена приведённая ниже схема:

Схема — одна из множества подобных схем, которые опубликованы на различных радиосайтах и выполняют одну функию — суммирование сигналов и выделение НЧ-сигнала с возможностью регулировки частоты среза. В эту схему были внесены, однако, некоторые изменения:

  • на входах L и R добавлены конденсаторы ёмкостью по 1 mF (плёночные) перед резисторами R1, R2 для развязки от возможной постоянной составляющей от источника сигнала;
  • ёмкость конденсатора С1 увеличена до 3300 рF;
  • сопротивление резистора регулировки ОС R3 увеличено до 100 кОм;
  • сопротивление резистора регулировки частоты среза R5 и R7 (сдвоенный) увеличено до 100 кОм.

Питание на ОУ можно взять непосредственно с ножек 4 и 7 микросхемы 140УД708  усилителя мощности или же  собрать простейший стабилизатор на ограничительных резисторах и стабилитронах, как и для ОУ усилителя мощности (на фото он присутствует в виде небольшой отдельной платки). Также, при желании или необходимости можно добавить фильтр-сабсоник, который представляет собой обычно простейший фильтр 2-го порядка и «срезает» частоты ниже 10-15 Гц, но это … при желании. В этом отношении высказывается много различных мнений, в частности о том, фильтр какого порядка лучше — первого, второго или третьего  и другие тонкости и схемы также существуют в большом множестве — пассивные, на ОУ и транзисторах. В данной статье я не сумею раскрыть эту тему в полной мере и этот вопрос, опять же — при желании, каждый может изучить самостоятельно на досуге)) При уровне «качества» автомобильной музыки наличие или отсутствие узла-сабсоника вряд-ли критично.

Конструкция сабвуфера

Корпус, входные «гнёзда», выходные клеммы и регуляторы были использованы от «родного» переделываемого автомобильного усилителя. Регулятор «Уровня» (Громкости) сопротивлением 50 кОм включен по обычной схеме между выходом сумматора-фильтра и входом усилителя мощности. Теплоотводы для транзисторов предоконечного каскада не нужны. Сопротивления, помеченные * заменены на подстроечные и сопротивления их подбирались непосредственно при настройке, на «слух» по отсутствию каких-либо искажений на всех уровнях громкости. Надо сказать, что при всей простоте схемы качество и мощность звука получились на  высоком уровне и все запросы «меломана» были вполне удовлетворены! Хотя не 2000 ватт, конечно.

Собранный усилитель в корпусе был размещён непосредственно внутри «ящика» сабвуфера.

Вопрос питания

При соблюдении режима правильного питания вам буде обеспечено здоровье и долголетие. Однако речь ниже пойдёт об электрическом питании. В автомобиле этот усилитель запитывается как и любой другой, подобный — от «бортовой сети» 12 вольт. Но стояла задача и в возможности использования этого активного сабвуфера дома (зимой, когда Финский залив покрыт льдом))

Делать блок питания с отдельным трансформатором было бы не очень рационально, да и в «бюджет» меломана этот вариант никак не вписывался. Для этих целей был взять блок питания от старого компьютера мощностью 250 ватт, вскрыт, почищен и проверен. Затем были удалены все лишние провода, в данном случае ненужные — 3.3,/ 5/ -12 вольт и оставлены только «GND» и «+12» (ещё следует оставить по одному проводу — красного (+5 вольт) и зелёного цвета — зачем, будет сказано чуть далее). Удалён был и кулер, так как в нём не было необходимости. В цепь питания +5 вольт необходимо поставить «нагрузку» - резистор 5-10 Ом мощностью не менее 10 ватт. Иначе компьютерный блок питания не запустится или не выдаст нужное напряжение. Резистор следует подпаять к проводам красного (+5) и чёрного (GND) цвета и закрепить каким-либо образом внутри корпуса БП. Он будет ощутимо греться при работе!

Блок питания также был размещён внутри сабвуфера. Никаких наводок, фона и ВЧ-помех при этом совершенно не наблюдалось. В качестве выключателя питания можно использовать небольшой слаботочный переключатель, подключенный к проводам чёрного (GND) и зелёного цветов из тех, что шли ранее от блока питания на «большой» (24-pin) разъём питания материнской платы.

«Меломан» пол-года уже пользуется таким вот «бюджетным» активным сабвуфером дома и в машине и собирается на сэкономленные деньги прикупить ещё пару пластинок, а то «Ди Пурпле» немного надоел уже и ему. Барышев Андрей Владимирович.

   Форум по аудио

   Обсудить статью УНИВЕРСАЛЬНЫЙ САБВУФЕР


Не все сабвуферы одинаково полезны!

Если вы замечаете присутствие сабвуфера, это значит, что либо он работает на слишком высоком уровне громкости, либо неправильно настроен, либо плохо сконструирован.
Не все сабвуферы одинаково полезны!
Высочайшим комплиментом сабвуферу может быть то, что его вклад в звучание музыки напрямую не слышен. Он должен органично вписаться в музыкальную фактуру, не привлекая к себе внимания.

Содержание / Contents

Если вы замечаете присутствие сабвуфера, это значит, что либо он работает на слишком высоком уровне громкости, либо неправильно настроен, либо плохо сконструирован.

Высочайшим комплиментом сабвуферу может быть то, что его вклад в звучание музыки напрямую не слышен.

Он должен органично вписаться в музыкальную фактуру, не привлекая к себе внимания.


Сабвуфер — это низкочастотный громкоговоритель, воспроизводящий самые низкие басы, не входящие в диапазон частот работающих совместно с ним широкополосных акустических систем.

Термин «сабвуфер» весьма ошибочно используется для описания любой системы с низкочастотной головкой, выполненной в отдельном корпусе. В действительности, термин «сабвуфер» означает «ниже НЧ-головки» и должен использоваться исключительно для тех изделий, которые уменьшают нижнюю граничную частоту до 20 Гц и ниже. Низкочастотную головку, помещенную в корпус, обеспечивающий воспроизведение частот до 40 Гц, и используемую совместно с небольшими сателлитными громкоговорителями, правильнее будет называть просто НЧ-головкой.

Сабвуферы бывают двух видов: пассивные и активные. Пассивный сабвуфер — это просто одна или несколько помещенных в корпус НЧ-головок, которые подключаются к внешнему усилителю. В одном из вариантов подключения пассивного сабвуфера стереоусилитель подает сигнал и на основные громкоговорители, и на сабвуфер. При таком наименее желательном способе подключения широкополосный выходной сигнал усилителя мощности подается на вход сабвуфера, а его разделительный фильтр удаляет из сигнала низкие частоты и выдает отфильтрованный сигнал на основные громкоговорители. Таким образом, в сигнальном тракте используется дополнительный разделительный фильтр, работающий с сигналом высокого уровня.

Существуют широкополосные акустические системы со встроенным «сабвуфером», снабженным собственным усилителем. Большинство этих изделий в действительности выполняют функции НЧ-головок, подключенных к встроенному усилителю мощности. Такая конструкция освобождает основной усилитель от бремени управления НЧ-головкой, но требует, чтобы громкоговорители были включены в сеть переменного тока.

Более удачный способ подключения сабвуфера — с помощью электронного разделительного фильтра и отдельного усилителя мощности. Такой метод отделяет басы от сигнала, подаваемого на основные громкоговорители в том месте тракта, где сигнал имеет линейный уровень (несколько сот милливольт). Фильтрация такого сигнала вносит гораздо меньше нелинейных искажений, чем фильтрация выходного сигнала усилителя мощности. Более того, добавление отдельного усилителя мощности для сабвуфера существенно увеличивает динамический диапазон системы и освобождает усилитель основного громкоговорителя от дополнительной нагрузки. Использование разделительного фильтра в точке тракта с линейным уровнем и усилителя мощности превращает пассивный сабвуфер в активный, а систему в целом — в систему с двухполосным усилением.

Автономный активный сабвуфер объединяет в одном корпусе сабвуфер с разделительным фильтром и усилитель мощности, устраняя необходимость в отдельных корпусах и усилителях. Такой сабвуфер имеет линейные входы (для подключения к предварительному усилителю), линейные выходы (сигнал с которых подается на усилитель мощности) и регулятор уровня сигнала сабвуфера. Выходной сигнал линейного уровня, подаваемый на основные громкоговорители, фильтруется, чтобы ослабить в нем энергию составляющих низких частот. Обычно непосредственно на сабвуфере регулируется и частота разделения, чтобы можно было выбрать значение, обеспечивающее наилучшее согласование с основными громкоговорителями (подробнее об этом будет рассказано ниже). Добавление к вашей системе активного сабвуфера может существенно увеличить ее динамический диапазон, понизить нижнюю граничную частоту, улучшить чистоту звучания средних частот и обеспечить высокий уровень громкости без искажений. Добавочная мощность усилителя и дополнительная низкочастотная головка позволяют такой системе воспроизводить пики звучания музыки с более высокими уровнями. Более того, удаление низких частот из спектра сигнала, поступающего на основные громкоговорители, позволяет им звучать громче по той причине, что отпадает необходимость воспроизводить через них низкие частоты. Звучание средних частот часто становится чище, так как конус НЧ-головки не колеблется с большой амплитудой, пытаясь воспроизвести нижний бас.

Теперь о плохом. Практика показывает, что сабвуферы, используемые в системах воспроизведения, чаще всего снижают качество звучания. Причиной может послужить или плохое качество разработки сабвуфера, или его неправильная настройка, или, что чаще всего, он предназначен для воспроизведения взрывов в системах домашнего кинотеатра, а не для передачи тонких оттенков звучания музыки.

Во-первых, большинство из них — пассивных и активных — привносят в такт сигнала дополнительную электронику. Встроенный разделительный фильтр активного сабвуфера может быть не самого высокого качества. Даже хорошо исполненные сабвуферы способны снизить чистоту звучания очень высококачественных источников, предусилителей и усилителей мощности. Этого недостатка можно избежать, задействовав основные громкоговорители в широкополосном режиме (без фильтрации), но при этом есть риск потерять динамические преимущества и дополнительную чистоту звучания средних частот, достигаемую за счет устранения низких частот из сигнала, воспроизводимого основными громкоговорителями.

Во-вторых, качество звучания басов у сабвуфера может быть изначально низким. При его способности приводить в движение большие массы воздуха и обеспечивать низкую граничную частоту, плохой сабвуфер часто делает звучание глубоких басов чрезмерно бубнящим. Вместо того, чтобы усиливать вашу способность слышать происходящее в диапазоне басов, сабвуфер часто затушевывает музыкальную информацию других частотных поддиапазонов.

В-третьих, звучание сабвуфера иногда не согласуется со звучанием основных громкоговорителей. Очень низкие частоты могут отличаться по характеру от воспроизводимых основными громкоговорителями средних частот. В результате возникает чрезвычайно раздражающая неоднородность музыкальной фактуры. Эта неоднородность выражается в изменении звучания акустического баса на разных регистрах. Восходящие и нисходящие басовые ряды должны пересекать частоту отсечки разделительного фильтра без видимого изменения тембра или динамики звучания. Еще одним фактором, который может затруднить интеграцию сабвуфера в систему, является согласование медленного и тяжелого звучания сабвуфера с упругим, собранным и артикулированным звучанием основных громкоговорителей. Другими словами, звучание слабо демпфированного сабвуфера не очень хорошо сочетается со звуком сильно демпфированного основного громкоговорителя.

В-четвертых,сабвуферы часто получают возможность воспроизводить более глубокие басы при повышенном уровне чувствительности за счет управляемости, разрешающей способности по высоте звучания и устойчивости к перегрузкам. Это особенно характерно для сабвуферов, предназначенных для домашнего кинотеатра. В результате, многие из них звучат преувеличенно, медлительно, с потерей деталей.

В-пятых, наконец, сабвуфер может наполнить комнату прослушивания большим количеством низкочастотной энергии, провоцируя в помещении резонансные явления, не так заметные при его отсутствии. Поэтому размещение сабвуфера приобретает особую важность, — вы не можете просто расположить сабвуфер где угодно и ожидать хороших музыкальных результатов. Проблему возбуждения собственных частот помещения можно смягчить, имея два сабвуфера, — каждый из них возбуждает различные собственные частоты, существенно сглаживая частотную характеристику помещения в области низких частот.

Все эти проблемы усугубляются склонностью большинства людей устанавливать слишком высокий уровень громкости звучания сабвуфера. Они считают, что раз уж у них появился крутой сабвуфер, то они должны это услышать. Но если вы замечаете присутствие сабвуфера, это значит, что либо он работает на слишком высоком уровне громкости, либо неправильно настроен, либо плохо сконструирован. Высочайшим комплиментом сабвуферу может быть то, что его вклад в звучание музыки напрямую не слышен. Он должен органично вписаться в музыкальную фактуру, не привлекая к себе внимания.

Редкий сабвуфер не ухудшает качество сигнала, поступающего на основные громкоговорители, хорошо сочетается с ними по звучанию, обладает упругим и управляемым звучанием басов и может улучшить систему воспроизведения. Поэтому вы должны покупать сабвуфер с большой осторожностью. Мне на ум приходят только несколько реальных сабвуферов, достойных покупки.

Тем больше этот факт должен стимулировать вас к экспериментам в самостоятельной сборке!

Замечу также, что очень многие добротно спроектированные широкополосные громкоговорители достаточно хорошо передают глубокие басы. Очень редкие цифровые записи требуют расширения полосы частот до 16 Гц; у большинства аналоговых записей энергия в диапазоне частот ниже примерно 30 Гц очень незначительна.

Автор: Роберт Харли

Камрад, смотри полезняхи!

Иван (Puntus)

Нерехта, Костромская область

О себе автор ничего не сообщил.

 

Author:

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о