Как проверить усилитель звука сигналом прямоугольной формы

Содержание:

Показать

Настройка усилителя | основы

Настройка усилителя для сабвуфера и остальной аудиосистемы может поставить новичка в тупик. Утонченная настройка — дело не простое и требует большого опыта или помощи профессионала.

На этой  странице мы разберем основные, базовые настройки — чтобы у вас ничего не сгорело, сабвуфер не пытался отыгрывать скрипку и все было на своих местах.

HPF / LPF (ФВЧ / ФНЧ)

Hight pass filter (HPF), он же фильтр высоких частот (ФВЧ) — отфильтровывает (отсекает) низкие частоты, оставляя высокие.

При настройке сабвуферного усилителя установите регулятор примерно на 20 Hz, чтобы отсечь инфразвук и не тратить энергию, так как вы все равно его не услышите. Для среднечастотных динамиков HPF выставляется в районе 80 Hz, чтобы убрать диапазон низких частот, для которого динамик не предназначен и не сможет его отыграть. Если у вас выделены отдельные каналы или даже отдельный усилитель для твиттеров (пищалок) — HPF выставляется в районе 3000 — 5000 Hz в зависимости от модели, что бы не спалить их.

Все приведенные цифры являются примерными, для получения более точных и безопасных значений изучите характеристики ваших динамиков!

HPF и LPF (полезная статья —(АЧХ) Амплитудно-частотная характеристика)

Low pass filter (LPF), он же фильтр низких частот (ФНЧ) — противоположен HPF и срезает верхние частоты, оставляя нижние.

Для сабвуферов устанавливается в районе 50-80 Hz в зависимости от типа оформления (ЗЯ, ФИ, и т.п.), чтобы отсечь частоты, для которых сабвуфер не предназначен. Аналогично и со среднечастотниками, для  них режьте в районе 1400-1600 Hz.

Если есть возможность, то можно  ограничить твиттеры на 20 000 Hz, но это не обязательно.

Gain Level

Gain (чувствительность) часто путают с громкостью, но это не совсем правильно.

Gain (гейн) — это регулировка входной чувствительности усилителя для согласования с магнитолой. Но не будем забираться в дебри и рассмотрим эту настройку с точки зрения полезной для пользователя.

Иногда значение Вольт (V)  указанное на регуляторе может ввести в заблуждение. Дело в том, что чувствительность измеряется в Вольтах. Чем меньше V — тем выше чувствительность — тем громче будет играть динамик и наоборот.

Для начала будет полезно посмотреть понятое видео про то, как работает гейн на усилителе:

Настройка гейна на слух (1 способ)

Имея хорошее сабовое звено, не пользуйтесь эквалайзером и различными басовыми улучшайзерами, забудьте про bassboost на усилителе — поэтому перед настройкой гейна проверьте чтобы все это было отключено! 

Установите регулятор на минимум и включите музыку, которую вы обычно слушаете. Прибавляйте громкость магнитолы на 3/4 от максимума, услышав искажения в звучании саба раньше — остановитесь и убавьте громкость на пару делений. Переходите к усилителю. Попросите помощника медленно прибавлять регулятор гейна до появления новых искажений, а услышав их, остановите вращение и убавьте на 10 %.

Настройка гейна на слух (2 способ)

Если вы не доверяете своему слуху и боитесь во время не услышать изменения, тогда воспользуйтесь более точным способом — с помощью синусов.

Если вы настраиваете сабвуфер, то используйте 40 Гц, в случае если ваш корпус настроен выше 40 Гц или у вас закрытый ящик, тогда берите 50 Гц, (скачать синусы в разделе Загрузки). Для настройки гейна для усилителя мидбаса возьмите 315 Гц.

Синус или тон (в нашем случае) — тоновый сигнал определенной частоты, изменения в звучании которого вы легко услышите

Установите гейн на минимум, включите ваш синус и прибавляйте громкость магнитолы. При изменении звучания тонового сигнала остановитесь и убавьте на пару делений (выставьте ограничение максимальной громкости на это значение, если в вашей магнитоле есть такая функция). Переходите к усилителю. Аналогично первому способу прибавляйте гейн. При изменении звучания остановитесь и убавьте на 10%.

Настройка гейна с помощью мультиметра или осциллографа

Настройка уровня гейна с помощью приборов является грамотным и точным согласованием. При этом не напрягается ни динамик ни ваши уши. Подробно о такой настройке показано в видео на нашем Ютуб канале:

Обратите внимание, что при настройке с помощью мультиметра вы должны быть уверены в мощности, заявленной производителем усилителя.

Subsonic

Subsonic — это тот же фильтр высоких частот (HPF) на сабовых усилителях (часто на моноблоках) — отрезает инфразвук. Устанавливайте его примерно на 20 Hz.

Bassboost

Bassboost — повышает громкость на определенной частоте, как правило это 40-45 Hz.

При использовании басбуста шанс спалить сабвуфер резко повышается, так как клипп наступает значительно раньше. В большинстве случаев bassboost не нужен и  если вы новичек, то просто примите правило «Басбуст не трогать!»

Опытными людьми он может использоваться для увеличения полки АЧХ, чтобы вытянуть провалы в определенных частотах, но это уже глубокие настройки и эффект не всегда оправдает риск.

X-over

X-over — переключатель фильтров. Присутствует в случае, когда у усилителя не предусмотрена регулировка для каждого фильтра в отдельности. HPF — режет снизу, LPF — режет сверху, Full / Flat — фильтры отключены.

Регулятор фазы (Phase)

Регулятор фазы — является частью углубленной настройки — меняет фазу динамика. Бывает фиксированный переключатель 0 / 180° и регулятор 0° — 180°. Читайте отдельную тему: Фаза сабвуфера — правильная настройка.

Master/Slave

Этот переключатель используется при мостовом подключения моноблоков. Master устанавливается на усилителе, к которому подходят RCA («тюльпаны») от магнитолы, Slave ставится на подсоединяемом моноблоке.

Видео

Читать еще:

Полезный материал? Поделитесь, если так:

С помощью осциллографа со встроенным калибратором можно проверять работу различных схем, используя калибратор как источник прямоугольных импульсов, а сам осциллограф для наблюдения за сигналом на выходе схемы. Например, с помощью осциллографа можно проверить усилитель ЗЧ.

Что такое осциллограф и как он работает вы можете узнать в одной из предыдущих статей по измерительному прибору осциллографу для начинающих.

Подключаем осциллограф к УНЧ

Для экспериментов можно взять любой маломощный УЗЧ, готовый или самодельный, например, собранный по схеме, показанной на рисунке 1. Впрочем, какой это УНЧ в данном случае не так уж и важно, поэтому обозначим его на схеме прямоугольником со входом и выходом (рис. 2).

Рис. 1. Схема простого самодельного УЗЧ на трех транзисторах КТ3102.

Рис. 2. Схема подключения осциллографа с калибратором к УЗЧ.

Если на вход УНЧ подать прямоугольные импульсы с калибратора осциллографа, то в динамике раздается звук тона частоты 1 кГц.

Но, для исследования работы УНЧ нам нужно динамик заменить эквивалентом нагрузки, то есть, резистором такого же сопротивления и мощности как динамик (рис. 3). Если это УНЧ по схеме на рисунке 1, то там динамик мощностью 0,25 Вт сопротивлением 8 Ом.

Соответственно, берем постоянный резистор мощностью 0,25Вт и сопротивлением 8,1 Ом (наиболее близкое значение к 8 Ом).

Рис. 3. Как динамик заменить эквивалентом нагрузки.

Затем, рассчитываем величину выходного сигнала для максимальной мощности УНЧ. Максимальная выходная мощность УНЧ по схеме на рисунке 1 — 0,2Вт. Сопротивление нагрузки — 8,1 Ом, пользуясь формулой Р = (U^2)/R находим значение U = 1,3В.

Это такое переменное напряжение должно быть на эквиваленте нагрузки для получения максимальной мощности (для другого УНЧ с другими параметрами значение будет другим). Но это действующее значение, чтобы узнать амплитудное нужно его умножить на 1,44.

Получаем амплитуду 1,872 В. Амплитуду импульсов, поступающих от калибратора на вход УНЧ нужно установить такой, чтобы на эквиваленте нагрузки была амплитуда 1,872 В (примерно 1,8-1,9В).

Анализ работы усилителя НЧ

В идеале, на эквиваленте нагрузки должно быть, по форме, то же, что и на входе, то есть ровные прямоугольные импульсы, как на рис.4. Если это так, то усилитель просто замечательный.

Если будет наблюдаться завал фронта и спада (рис.5) это говорит о том, что на высших частотах усиление данного усилителя снижается. Степень этого снижения может быть разной, если совсем плохо — это как на рисунке 6.

Рис. 4. Ровные прямоугольные импульсы на экране осциллографа.

Рис. 5. Завал фронта и спада на экране осциллографа.

Рис. 6. Если все плохо с УЗЧ.

При завале усиления на низких частотах осциллограмма будет выглядеть как на рисунке 7.

Рис. 7. Завал усиления усилителя на низких частотах, осциллограмма.

Подъем усиления на низких частотах, — осциллограмма на рис. 8. Падение усиления на низких и средних частотах, — осциллограмма на рис. 9.

Подъем усиления на средних частотах, -осциллограмма на рисунке 10. Подъем усиления на высоких частотах, -осциллограмма на рисунке 11. Провал усиления в каком-то узком диапазоне частот — рис. 12.

Рис. 8. Подъем усиления на низких частотах — осциллограмма.

Рис. 9. Падение усиления на низких и средних частотах — осциллограмма.

Рис. 10. Подъем усиления на средних частотах — осциллограмма.

Рис. 11. Подъем усиления на высоких частотах — осциллограмма.

Рис. 12. Провал усиления в каком-то узком диапазоне частот.

Таким образом, всего лишь один сигнал прямоугольных импульсов частотой 1 кГц может рассказать очень много о работе усилителя ЗЧ.

Если у осциллографа нет калибратора, можно на вход усилителя ЗЧ подать прямоугольные импульсы от любого генератора прямоугольных импульсов частотой 1 кГц, например, сделанного на логических элементах или по другой схеме.

В том случае, если частоту импульсов на выходе генератора можно регулировать, можно будет более широко проанализировать работу усилителя ЗЧ.

Кроме того, используя тот же осциллограф с калибратором (или отдельным генератором импульсов) можно проследить прохождение сигнала и внутри схемы УН4, чтобы найти дефектный каскад, например, в УН4, построенного по сложной многокаскадной схеме.

Литература: РК-2017-03.

Иногда бывает, что собрал своими руками усилитель, запустил, запело…  радости нет предела 🙂 но потом эйфория проходит и приходит понимание, что как-то что-то не так. Или, например, принесли знакомые проверить, да или просто захотелось оценить свой усилитель через который уже несколько лет музыка слушается. Если требуется проверить усилитель звука, то очень многое об усилителе может рассказать меандр, вернее даже не сам он, а то, каким станет его форма после прохождения исследуемого усилителя.

Меандр— это периодический сигнал прямоугольной формы. Отличие меандра от просто прямоугольного сигнала в том, что его скважность равна 0,5 .

Верно то, что сигналы прямоугольной формы не могут ни показать многого, ни дать точную количественную оценку параметров исследуемого аудио усилителя. То, что они выражают можно только оценить как ‘мало’, ’много’ или ‘не совсем’. Но и эта оценка очень полезна, тем более что все очень наглядно и просто. Таким образом можно не только проверить усилитель на работоспособность, но и по виду сигнала на выходе усилителя оценить степень линейности АЧХ и качество усилителя.

Для оценки усилителя достаточно располагать одним генератором прямоугольных сигналов, работающим на фиксированной частоте 1кГц. В интернете полно схем подобных генераторов. Так же потребуется осциллограф для визуального отображения сигнала.

Данная методика позволяет проверять любые усилители, как для акустических систем, так и усилители для наушников, реализованные на любой элементной базе будь то лампы, транзисторы или микросхемы.

Схема и методика проверки 

Выход испытываемого усилителя нагружается активным сопротивлением, равным номинальной нагрузке 4, 8,16 или 32 Ом и способным рассеивать номинальную выходную мощность усилителя.

Выход генератора подключается к линейному входу усилителя. Выходной  уровень генератора подбирается так, чтобы при частично открытом регуляторе громкости усилителя на входе осциллографа получился сигнал, амплитудой 1-2 вольта. Не рекомендуется при таком виде измерений полностью открывать регулятор громкости, чтобы не допускать насыщения транзисторных каскадов усилителя.

Качество сигнала прямоугольной формы, в частности его фронтов не является критичным, т.к. при наличии искажений, вносимых усилителем это будет отчетливо видно на осциллограмме.

Сигнал прямоугольной формы имеет частотный спектр богатый гармониками и, по правде говоря, теоретически, для идеального его воспроизведения необходимо чтобы верхняя граница частотного диапазона усилителя располагалась где-то в бесконечности, в таком случае фронты сигнала будут идеально прямоугольными.

На практике же если некоторые частоты не пропускаются совсем или пропускаются хуже, то форма сигнала на выходе видоизменяется. Форма так же изменяется, если между некоторыми частотами или полосами частот в спектре получаются фазовые искажения, или если усилитель вносит большие нелинейные искажения, или самовозбуждается.

Возможные варианты на выходе усилителя

На рисунках собраны и показаны осциллограммы типичных случаев искажения прямоугольного сигнала при его прохождении через усилитель звука

1 — исходный сигнал прямоугольной формы частотой 1 кГц, подаваемый на вход усилителя. Фронты не идеально прямоугольные, но и этого достаточно.

2 — сигнал усилителя с линейной характеристикой. Легкий наклон вызван спадом в области инфразвука, ниже 20Гц. Такой вид осциллограммы может свидетельствовать о наличии фильтра инфразвука. Если усилитель от винилового проигрывателя то в нем имеется рокот фильтр.

3 —  слабое затухание в области высоких частот. Приблизительно 3 дБ на 10кГц

4 — значительное затухание на высоких частотах. -6 дБ на 3кГЦ и -15дБ на 20кГц

5 — подъем высоких частот. 6дБ на 10 кГц

6— подъем низких частот 15 дБ на частотах 15-50 Гц

7 — затухание низких частот. -15 дБ на частотах 15-50 Гц

8 — исправный усилитель с линейной характеристикой. На выходе подключен громкоговоритель.

9— самовозбуждающийся усилитель, нагруженный громкоговорителем.

Для более наглядного сравнения:

Если на усилителе имеются регуляторы тембра то во время оценки следует выставить их в положение линейной характеристики. Если при этом наблюдаются картина как на рисунках 3 и 4 то это с большей вероятностью говорит о неправильно подобранных постоянных связанных RC-цепей(недостаточная емкость конденсатора либо мало  сопротивление резистора)

Причиной затухания на низких частотах может быть недостаточная емкости конденсаторов по входу и выходу усилителя.

При наличии двухканального осциллографа очень полезна сравнительная оценка идентичности двух стереоканалов и точности сдвоенных стереопотенциометров, идентичности фильтров, а также проводить их сравнение с эталонным сигналом.

Используемые источники:

• https://doctorbass.ru/znaniya/nastroyka/kak-nastroit-usilitel-gain-lpf-hpf/
• http://radiostorage.net/4380-oscillograf-kak-rabotat-proveryaem-usilitel-nizkoj-chastoty.html
• https://audiogeek.ru/kak-proverit-uselitel-meandrom/