Вибір та обґрунтування функціональної схеми акустичної системи

1. Вибір та обґрунтування функціональної схеми акустичної системи

Сучасні побутові акустичні системи, які призначені для високоякісного відтворення звуку є ,як правило, багатосмуговими. Вони складаються з декількох вузькосмугових гучномовців, наприклад: низькочастотного, середньочастотного та високочастотного. Кожен з цих гучномовців відтворює смугу частот звукового сигналу, відведену для нього. Це пов’язано з тим, що застосування одного широкосмугового гучномовця не дозволяє отримати високу якість відтворення звуку у всьому діапазоні частот.

При побудові багатосмугових АС весь діапазон звукової частоти розбивають на ділянки піддіапазонів ( рис.1.1.)

Рис. 1.1. Амплітудно-частотні характеристики передавальної функції каналів багатосмугової акустичної системи

Зокрема в системі вищої категорії (hi-fi) використовують три або чотири піддіапазони. Масові побутові АС будують, як правило, одно або двосмуговими.

Розділення всього звукового діапазону частот на піддіапазони здійснюється за допомогою пасивних або активних розділових фільтрів. В зв’язку з цим розрізняють пасивні та активні акустичні системи.

В пасивних акустичних системах використовують пасивні LC-фільтри, які ставлять на виході підсилювача потужності перед гучномовцями (рис. 2)

Для побудови активних акустичних систем використовують активні розділову RC-фільтри. В такій системі розділення звуку по частотних каналах здійснюється перед підсиленням звукового сигналу по потужності, тобто активні розділові фільтри вмикають перед підсилювачами потужності ( рис.1.3.) В зв’язку з цим для кожного виділеного піддіапазону частот необхідний свій підсилювач потужності

В порівнянні з пасивними активні фільтри характеризуються відсутністю втрат потужності звукового сигналу, малогабаритні, високодобротні, характеризуються низькими шумами та лінійними спотвореннями, дозволяють регулювати рівень АЧХ в усьому піддіапазоні та ширину піддіапазону. В зв’язку з цим активні АС знайшли сьогодні широке застосування.

Недоліком багатосмугових АС є те, що внаслідок неідеальності розділових фільтрів на частотах розділу каналів випромінення звуку здійснюється одночасно двома сусідніми гучномовцями (наприклад в смузі навколо f_p1 ( рис. 1.1.) одночасно здійснюють випромінення звуку ГНЧ та ГСЧ ). При невдалих співвідношеннях між амплітудами та фазами звуку, сформованими фільтрами і випроміненими гучномовцями на АЧХ звукового тиску АС на частотах розділення сигналів можуть виникнути піки або провали, які істотно погіршать якість звуку. Для усунення цих недоліків бажано, щоб на частотах розділу фази сусідніх каналів були однаковими.

Однак, нерівномірність АЧХ при відтворенні звуку з допомогою АС можуть виникати за рахунок приміщення (відбиття від стін, стелі, підлоги, предметів що є в приміщенні). При цьому їх не завжди вдається усунути навіть з допомогою еквалайзерів. Цей факт говорить про те, що спроектована з мінімальними спотвореннями АС в іншому приміщенні може мати сильні акустичні спотворення і, як правило, в смузі низьких частот. Тому високоякісні АС потрібно проектувати під конкретне приміщення. Але це є незручним при проектуванні побутової радіоапаратури масового вжитку. Тому виникла необхідність розробки системи, яку можна було б без значних зусиль відрегулювати за мінімумом спотворень в області низьких частот під конкретне приміщення.

Такі акустичні системи називаються адаптивними.

Для високоякісного відтворення звуку проектуватимемо двосмугову акустичну систему з окремим підсилювачем низьких частот – сабвуфером.

Згідно із завданням паспортна потужність АС становить 50 Вт і половина її припадає на сабвуфер, а інша половина на двосмугову АС. Розподіл потужностей в двосмуговій активній АС проводиться наступним чином. В залежності від частоти розділу (f_р = 1 кГц) із графіка (рис. 1.4) [1] визначаємо, скільки відсотків потужності повинно припадати на низькочастотний та високочастотний підсилювачі: Р_НЧ = 71 %, Р_ВЧ = 29 %. Виражаючи дане співвідношення у ватах отримаємо Р_НЧ = 17,75 Вт, Р_ВЧ = 7,25 Вт. Враховуючи те, що сигнал відтворюється в режимі “стерео”, тобто маємо правий та лівий канал, отримані значення потужностей необхідно розділити на 2.

Отримаємо наступні дані 2хР_НЧ = 8,875 ≈ 9 Вт та 2хР_ВЧ = 3,625 ≈ 4 Вт.

Для формування смуг використаємо активні RC-фільтри верхніх та нижніх частот з частотою розділу 1 кГц. Така схема забезпечує ідеальне фазове і амплітудне узгодження на границі між низькочастотним та високочастотним каналами. На входах фільтруючих ланок поставимо регулятори гучності для регулювання АЧХ та регулятори балансу між правим та лівим каналами для випадку, коли рівень сигналу у правому та лівому каналі буде не збалансований.

Для формування сигналу для сабвуфера просумуємо сигнали з правого та лівого каналів. Застосуємо потенціометр для регулювання рівня АЧХ на вході НЧ системи. Для відділення НЧ сигналу використаємо активний RC-фільтр з регульованою частотою зрізу в межах 100-200 Гц. Оскільки активні фільтри спотворюють фазу сигналу, то перед підсилювачем потужності поставимо регулятор фази, так званий фазовий компенсатор.

Побудуємо функціональну схему двосмугової акутичної системи з сабвуфером, яка б забезпечувала гладку АЧХ на частотах розділу 1 кГц і регулювала частоту зрізу у сабвуфері (рис. 1.5).