Freq на усилителе что это: Bass freq на усилителе — Вэб-шпаргалка для интернет предпринимателей!

Голубая кривая называется асимптотическим представлением, а синяя кривая — реальной частотной характеристикой схемы.

На рис. 1 можно выделить две разные частоты среза: f _lc для «низкой отсечки» и f _hc для «высокой отсечки». Величина f _hc -f _lc называется полосой пропускания и представляет собой частотный диапазон, в котором усиление выше плато -3 дБ.

Последнее наблюдение может быть сделано относительно крутизны частотной характеристики вне полосы пропускания. Во-первых, они не обязательно должны быть идентичными для низких и высоких частот.Более того, как мы увидим позже, наклон имеет значение, которое зависит от реактивного сопротивления компонентов, которые вызывают зависимость от частоты.

Влияние конденсаторов

Рассмотрим усилитель с общим эмиттером (CEA), конфигурация которого показана на рис. , рис. 2 :

Структура вокруг биполярного транзистора состоит из цепи делителя напряжения (R ₁ и R ₂ ), нагрузки (R _L ), разделительных конденсаторов (C ₁ и C _{). 3} ) и байпасный конденсатор С ₂ .

Важно помнить, что конденсаторы обладают свойством, называемым реактивным сопротивлением , которое является эквивалентом сопротивления. Реактивное сопротивление (X _C ) конденсаторов зависит от частоты и номинала конденсатора, оно удовлетворяет следующей формуле:

Независимо от номинала конденсатора, когда частота низкая, X _C имеет тенденцию быть высокой. Вблизи сигналов постоянного тока конденсаторы ведут себя как разомкнутые цепи.С другой стороны, при увеличении частоты X _C стремится к нулю, и конденсаторы действуют как короткие замыкания.

На низких входных частотах конденсаторы связи с большей вероятностью будут блокировать сигнал, поскольку X _{C 1} и X _C3 выше, большее падение напряжения будет наблюдаться на C ₁ и C ₃ . Это приводит к более низкому усилению напряжения.

При высоких входных частотах байпасный конденсатор C ₂ укорачивает эмиттерную ветвь до земли, а коэффициент усиления по напряжению усилителя составляет A _В = (R _C // R _L ) / r _e , где r _e — малое сопротивление эмиттера диода.Когда частоты ниже, сопротивление между эмиттером и землей больше не только r _e , но R _E + r _e , и, следовательно, коэффициент усиления по напряжению уменьшается до A _V = (R _C // R _L ) / (R _E + r _e ) .

В то время как конденсаторы связи и байпаса действуют как фильтр верхних частот (они блокируют низкие частоты), эти внутренние конденсаторы ведут себя иначе.Действительно, если частота низкая, C _BC и C _BE действуют как разомкнутая цепь, и на транзистор это никак не влияет. Однако, если частота увеличивается, через них проходит больше сигнала, а не через базовую ветвь транзистора, что снижает коэффициент усиления по напряжению.

Очень важная формула, приведенная в Уравнение 3 , связывает частоту среза RC-фильтра:

Низкочастотная характеристика

Имея в виду всю эту информацию, давайте рассчитаем и построим график низкочастотной характеристики CEA , рис. 2 , с параметрами, приведенными ниже:

• R _S = 500 Ом; R ₁ = 80 кОм; R ₂ = 30 кОм; R _C = 5 кОм; R _E = 2 кОм; R _L = 6 кОм; r _e = 25 Ом
• C ₁ = 100 нФ; C ₂ = 150 мкФ; C ₃ = 400 нФ; C _BC = 5 пФ; C _BE = 30 пФ
• Коэффициент усиления транзистора β = 100; В _{питание} = 10 В

В первую очередь рассмотрим входной фильтр верхних частот R _в C ₁ .Как объяснялось в предыдущих руководствах, R _в — это полное входное сопротивление усилителя. В нашем примере это может быть определено как]

R _дюйм = R _S + (R ₁ // R ₂ // βR _E ) = 20,2 кОм .

Таким образом, нижняя частота среза входа будет: f _{cl, в} = 1 / (2πR _в C ₁ ) = 79 Гц .

Та же процедура может быть проделана для выхода с выходным сопротивлением R _out = R _C // R _L = 2.7 кОм . Нижняя частота среза выходного фильтра: f _{cl, out} = 1 / (2πR _out C ₃ ) = 147 Гц .

Наконец, для байпасного конденсатора формула сопротивления более сложная и определяется следующим образом: R _bypass = R _E // ((r _e + (R _S // βR _E ) / β )) = 30 Ом . Таким образом, нижняя частота среза байпасной структуры:

f _{cl, байпас} = 1 / (2πR _байпас C ₂ ) = 35 Гц .

И последнее, что нам нужно понять перед построением графика Боде, — это крутизна наклона средних значений. Уменьшение A _{В, середина} с частотой называется спадом , и его значение для каждого простого RC-фильтра составляет -20 дБ / декаду (дБ / дек). Это значение означает для фильтров верхних частот (соответственно фильтров нижних частот), что каждый раз, когда частота делится на 10 (соответственно умножается на 10), коэффициент усиления усилителя уменьшается на -20 дБ.

Когда несколько фильтров блокируют один и тот же диапазон частот, спад увеличивается.В нашем примере три фильтра одновременно блокируют частоты ниже 35 Гц, поэтому спад составляет 3 * (- 20 дБ / дек) = — 60 дБ / дек.

Эта информация может быть синтезирована на графике Боде, показывающем низкочастотную характеристику CEA в асимптотическом представлении:

Высокочастотная характеристика

Как указывалось ранее, именно внутренние конденсаторы транзистора ограничивают усиление на высоких частотах, действуя как фильтры нижних частот.Можно показать, что эквивалентная схема , рисунок 2, на высокой частоте может быть нарисована так, как показано на , рисунок 5, :

Мы можем отметить, что конденсаторы связи не представлены, поскольку они ведут себя как короткие замыкания на высоких частотах. Кроме того, эмиттерная ветвь укорачивается до земли по той же причине, что и байпасный конденсатор.

Внутренний конденсатор C _BC преобразуется с помощью теоремы Миллера в эквивалентные C _{в конденсаторах} и C _из .Более того, эта теорема утверждает, что C _в = C _BC (A _{V, середина} +1) и C _out = C _BC (A _{V, середина} +1) / A _{В, средний} .

Общая входная емкость этой цепи составляет C _IN = C _BE + C _in ; общее входное сопротивление R _IN = R _S // R ₁ // R ₂ // βr _e . Численное приложение к нашему примеру дает A _{В, mid} = (R _C // R _L ) / r _e = 108, C _IN = 575 пФ и R _IN = 409 Ом. Таким образом, верхняя частота среза входа составляет f _{hc, in} = 1 / (2πR _IN C _IN ) = 677 кГц .

С точки зрения выхода, высокая частота среза просто задается фильтром (R _C // R _L ) C _{на выходе} с C _{на выходе} = 5,3 пФ : f _{hc, выход} = 1 / (2π (R _C // R _L ) C _выход ) = 1,1 МГц .

Информация, представленная здесь, суммирована на графике Боде, представляющем высокочастотную характеристику CEA в асимптотическом представлении:

Заключение

Мы представили некоторые ключевые концепции, такие как блок децибел и частота среза , чтобы понять идею частотной характеристики.

Мы видели, что множество различных типов конденсаторов влияют как на низкочастотную, так и на высокочастотную характеристику усилителей. Конденсаторы связи и байпаса действительно ограничивают низкочастотную характеристику, тогда как внутренние конденсаторы транзистора ограничивают высокочастотную характеристику.

В двух последних разделах мы показываем пошаговый метод для отдельного определения низкочастотной и высокочастотной характеристики типичной конфигурации CEA.

Объединив два графика Боде, полученные для низкочастотных и высокочастотных характеристик на рис. 4 и , мы теперь можем построить общую частотную характеристику конфигурации CEA:

Что такое частотная характеристика и как она влияет на мою музыку?

Если вы достаточно долго болтались в звуковых кругах, вы, вероятно, столкнулись с термином «частотная характеристика».Это может возникнуть практически в любой дискуссии, начиная от наушников и динамиков и заканчивая ЦАП и усилителями, и даже акустикой помещения. Вот все, что вам нужно знать о частотной характеристике, независимо от того, знакомы ли вы с предметом или только начинаете понимать этот термин.

Как следует из названия, мы имеем дело с частотой и тем, насколько хорошо конкретный компонент способен воспроизводить все тона, которые мы слышим. Человеческий слух колеблется от очень низких частот всего 20 Гц до очень высоких частот около 20 кГц.Хотя индивидуальный слух будет варьироваться в зависимости от этих двух крайностей. В музыкальном смысле мы часто видим это разделение на басовые, средние и высокие части. Это не фиксированные определения, но обычно низкие частоты соответствуют частотам от 20 до 300 Гц, средние частоты — от 300 Гц до 4 кГц, а высокие частоты считаются как все, что выше 4 кГц, очень грубо говоря.

Частотная характеристика описывает диапазон частот или музыкальных тонов, которые может воспроизводить компонент.

Частотная характеристика измеряет, воспроизводит ли и насколько хорошо конкретный аудиокомпонент все эти слышимые частоты, и вносит ли он какие-либо изменения в сигнал на своем пути.Например, какую самую низкую частоту может воспроизводить сабвуфер X. За исключением любых преднамеренных настроек эквалайзера, идеальная частота на выходе компонента должна быть равна входной, чтобы не изменять сигнал. Это часто называют «плоской» частотной характеристикой, когда синусоидальная волна фиксированного объема (измеряемая в децибелах) может проходить через систему и будет иметь одинаковую амплитуду на всех частотах на выходе.

Частотную характеристику часто можно представить как фильтр, который может усиливать или ослаблять входной сигнал для изменения звука.

Другими словами, идеальная частотная характеристика — это такая, при которой не регулируется громкость низких, средних или высоких частот из нашего источника. Для сравнения: если вы возились с настройками эквалайзера любого музыкального приложения, вы, возможно, видели не плоскую настройку эквалайзера, которая усиливает басы или срезает высокие частоты и т. Д. Итак, если компонент (например, драйвер наушников) не имеет плоская частотная характеристика, вы можете в конечном итоге услышать больше или меньше определенных частот, чем должно быть. В крайних случаях это может испортить впечатление от прослушивания.

Проблемы с получением плоского ответа

К сожалению, со звуком то, что идеально, и то, что происходит на самом деле, редко идут рука об руку, и добиться идеально ровной частотной характеристики по всей цепочке аудиосигнала невероятно сложно. Чаще всего это проблема с драйверами наушников и динамиками, где механические свойства, электроника и акустика объединяются, создавая нелинейность, влияющую на звук. Например, согласование импеданса и емкостная связь между усилителями и динамиками, катушками индуктивности динамиков и драйверами и даже акустикой комнаты, в которой вы находитесь, могут повлиять на окончательную частотную характеристику.

Каждый компонент в сигнальной цепи в идеале должен иметь ровную частотную характеристику, чтобы звук проходил без изменений. Но на самом деле многие компоненты не обеспечивают идеальной производительности.

В реальном мире вы часто будете видеть, что в характеристиках частотной характеристики указывается диапазон частот, например 20 Гц — 20 кГц, за которым следует величина изменения частотной характеристики в децибелах, например +/- 6 дБ. Это просто говорит нам о максимальной величине усиления или среза в любой точке между заданными частотами, поэтому на самом деле ничего не говорит о том, как будет звучать продукт.

Для большинства людей плюс-минус 3 дБ считается нижним пределом того, что вы можете слышать, поэтому небольшие отклонения в 1 или 2 дБ здесь не о чем беспокоиться. Но несколько отклонений на 3 дБ или выше подчеркивают некоторые заметные изменения в вашей музыке. Резонансные частоты, которые появляются в виде заметных изолированных горбов на частотной диаграмме, могут быть особенно проблематичными, поскольку некоторые музыкальные ноты и тона затем становятся преувеличенными или маскированными.

Следовательно, недостаточно взглянуть на частотную характеристику, например, 20 Гц-20 кГц +/- 3 дБ, лучше иметь возможность увидеть , где происходят эти колебания акцентов и как они распределяются.Более плавная частотная характеристика лучше, чем сильно изменяемая, идеальная цель — плоская.

Сравнение идеального (зеленый), вероятного неприемлемого примера из реальной жизни (желтый) и более слышимых (красный) частотных характеристик для динамиков.

Когда дело доходит до ЦАП, выходной сигнал всегда должен быть почти полностью плоским на слышимых частотах, даже в современных недорогих конструкциях. Преобразование из цифрового в аналоговый в современном оборудовании представляет собой прямое преобразование выборки, прежде чем отфильтровать шум на частотах, выходящих далеко за пределы человеческого восприятия.На данном этапе не нужно беспокоиться ни о каких механических или акустических проблемах.

немного сложнее, но в целом: даже комбинация ЦАП / усилитель среднего должна иметь плоскую частотную характеристику при питании всех, кроме динамиков / наушников с самым низким импедансом.

В то время как компоненты динамика наушников могут иметь широкий диапазон частот, компоненты ЦАП и усилителя должны быть плоскими.

Анализ Фурье и ваша музыка

До сих пор мы имели дело с довольно простым для понимания аспектом частотной характеристики: нелинейный отклик изменяет способ звучания нашего источника.Однако это касается не только общих понятий, таких как низкие и высокие частоты, но также влияет на качество звука каждого инструмента в миксе. Чтобы разобраться в этом более тонком аспекте того, как нелинейная частотная характеристика может влиять на то, что мы слышим, нам нужно обратиться к анализу Фурье.

Вкратце, анализ Фурье и преобразование Фурье показывают, что сложная форма волны может быть выражена как сумма серии синусоидальных волн различной амплитуды. Таким образом, квадрат, треугольник или любая другая форма волны, которая появляется во временной области, может быть представлена ​​несколькими различными отдельными частотами с разными амплитудами в частотной области.Сюда входят формы волны, которые создаются музыкальными инструментами, от резких ударов малого барабана до толстых прямоугольных электрогитар.

В музыкальных инструментах эти синусоидальные волны преимущественно гармонически связаны, располагаясь на нечетных и четных октавах (кратных частоте основной ноты) над основной нотой. Так, например, если вы играете естественную до на скрипке, она звучит на основной частоте 261 Гц плюс некоторая вторая гармоника на 522 Гц, третья на 783 Гц, четвертая на 1044 Гц и так далее с уменьшающейся громкостью.Другие инструменты имеют разные гармонические отношения, которые частично создают их уникальный звук. На приведенной ниже диаграмме в качестве примера показаны различия частотных соотношений между звуком фортепиано и скрипки.

Гармоники могут быть тихими, но они не менее важны для вашей музыки.

ResearchGate

Почему это важно? Вернемся к частотной характеристике и фильтрации, и теперь мы можем видеть, что не плоская характеристика не только изменяет общее представление нашей музыки, но также может изменить способ звучания отдельных инструментов.Даже если на графике частотной характеристики нет серьезных проблем с низкими или высокими частотами, меньшие нелинейности на определенных частотах могут изменить наше восприятие определенных инструментов.

См. Также:

Эквалайзер: точная настройка звучания

Некоторые общие правила эквализации заключаются в том, что уменьшение основной частоты инструмента дает менее мощный звук, а увеличение — добавляет «глубину». Точно так же уменьшение гармоник инструмента приводит к тусклым звукам, лишенным пространства, в то время как усиление гармоник увеличивает присутствие, но в конечном итоге может звучать слишком резко.Сделав еще один шаг вперед, усиление и срезание различных частот инструментов может даже привести к маскировке или усилению звука других инструментов на дорожке. Таким образом, нелинейная частотная характеристика может свести на нет всю тяжелую работу, которую инженер вложил в тщательное микширование трека.

Музыкальные продюсеры не могут не работать, поскольку изменение акцента означает изменение качества звука в целом.

Почему важна частотная характеристика

По традиционным стандартам Hi-Fi, хорошая аудиосистема — это система, которая принимает входной сигнал и выводит его , не изменяя его вообще .Сюда входят компоненты, начиная от исходного аудиофайла и заканчивая цифровой обработкой и такими компонентами, как ЦАП, вплоть до усилителя и динамиков. Частотная характеристика — лишь одна часть этого уравнения, но она очень сильно влияет на то, как звучит выходной сигнал.

Связано: Амплитудно-частотная характеристика: Где живут звуки?

Амплитудно-частотная характеристика — это не только то, слишком много низких, средних или высоких частот исходит из системы. Это также может более тонко повлиять на тон и баланс инструментов в треке, потенциально окрашивая и даже разрушая наше впечатление от прослушивания.Совершенно ровный, идеальный отклик не возможен для каждого компонента, но современные высокотехнологичные технологии, безусловно, могут приблизиться к тому, что человек никогда не сможет сказать.

Если наша цель — послушать музыку в как можно более чистой форме, то мы должны обратить внимание на частотную характеристику. Это также может быть удобным инструментом, если вы ищете способ эквалайзера использовать далеко не идеальное оборудование.

| Краткое руководство по настройке усилителя

У вас есть вторичный усилитель для питания ваших динамиков или сабвуфера (ов), но как вы настроите его, чтобы полностью раскрыть потенциал ваших динамиков, сабвуфера (ов) и усилителя?
CarAudioNow собрал краткое руководство по базовой настройке вашего усилителя, чтобы ваша стереосистема раскрыла свой потенциал.Используйте его для настройки как сабвуферов, так и динамиков. Но прежде чем мы перейдем к настройке, давайте рассмотрим несколько основных и общих терминов, функций и функций, которые помогут вам лучше понять процесс настройки.
Также прочтите нашу публикацию «Выбор лучшего усилителя», чтобы узнать, как выбрать подходящий усилитель, который наилучшим образом подходит для вашей акустической системы и сабвуфера, если вы еще не выбрали его.

Общие термины

Макс. (Пиковая) против среднеквадратичной мощности

Разница между « Peak Power » и « RMS Power » проста, поэтому не позволяйте ей сбивать вас с толку.Среднеквадратичная мощность — это постоянная мощность усилителя. Это реальная мощность, на которую рассчитан усилитель. Это больше среднее значение выходной мощности за установленный промежуток времени. Пиковую мощность лучше всего можно описать как «пиковую» мощность, которую усилитель может генерировать или обрабатывать за очень короткий промежуток времени, т.е. Это не количество мощности, которое усилитель излучает на постоянной основе, а скорее кратковременная вспышка.
Несмотря на то, что значения пиковой мощности продаются производителями динамиков и усилителей, чтобы привлечь внимание потребителей, вы хотите использовать не пиковую мощность, а среднеквадратичную мощность, которую вы хотите использовать в качестве инструмента для согласования правильной колонки с правильным усилителем.

Прирост

Gain — это необходимая регулировка входной чувствительности, которая используется для согласования входа усилителя с выходом приемника. Правильно настроенное усиление снижает фоновый шум, искажения и предотвращает повреждение динамика.
Настройка усиления:

Частота

Частота — это высота звука, с которой ваши динамики издают звук. Вам необходимо знать диапазон ваших динамиков или сабвуфера, чтобы правильно настроить усилитель.

Фильтры низких / высоких частот

Фильтры нижних частот (LPF) и верхних частот (HPF) — это фильтры, пропускающие сигналы с частотой ниже / выше определенной максимальной / минимальной частоты.Если вы выберете фильтр верхних частот на своем усилителе, соответствующий регулятор частоты установит минимальную частоту, которую усилитель будет передавать на подключенные динамики / сабвуферы (HPF обычно используется для динамиков меньшего размера). И наоборот, если вы выберете фильтр нижних частот, шкала частот установит максимальную частоту, которую ваш усилитель будет отправлять на подключенные динамики / сабвуферы (LPF обычно используется для громкоговорителей и сабвуферов большего размера). Оптимальная установка будет иметь динамики, которые покрывают частоты высокого диапазона, в то время как сабвуферы будут покрывать частоты низкого диапазона, без какого-либо промежутка между частотным покрытием.
В дополнение к фильтрам низких и высоких частот, есть также выбор «Полный», который не фильтрует частоты и отправляет полный диапазон частот на подключенные динамики / сабвуферы. Если в вашей системе нет сабвуферов, а усилитель используется для питания динамиков 6,5 ″, 5 ″ x 7 ″ / 6 ″ x 8 ″ или 6 ″ x 9 ″, вы можете использовать эту опцию для получения полного диапазон звука.
Выбор фильтра:

Усиление низких частот

Bass Boost — это функция, разработанная для усиления низких частот.Обычно он используется для сабвуферов, однако может быть очень болезненным и опасным в использовании. Мы рекомендуем не использовать усиление низких частот без необходимости.

Настройка усилителя

Отлично, теперь, когда у вас есть представление об основных терминах, давайте приступим к настройке вашего усилителя:

Шаг 1: Настройка громкости и контроля усиления

Выключите стереосистему и отсоедините кабели RCA, идущие к усилителям. Затем снова включите систему, увеличьте громкость радио / ресивера до максимума, чтобы на них не играла музыка.Если ваши динамики отключены от вашего радио, и вы настраиваете свой усилитель на дополнительный сабвуфер, убедитесь, что вы отключили все динамики, прежде чем включать радио, чтобы не повредить динамики.
Теперь, когда вы нашли максимальную громкость (многие радиостанции обозначают максимум цифрами), верните громкость примерно на 80% от максимальной и установите эквалайзер радиостанции на «Flat». Затем установите усиление и усиление низких частот вашего усилителя на ноль, а фильтры кроссовера выключите или полностью.
Теперь снова подключите RCA к каналу усилителя, для которого вы хотите настроить (например, если вы разделяете динамики по каналам и имеете отдельные RCA для каждого, выберите один для настройки). С вашим любимым жанром музыки или приобретите тестовый диск для настройки, медленно увеличивайте усиление, пока в динамиках не начнете слышать искажения. Как только ваши динамики начнут искажать, возвращайтесь к усилению, пока вы не перестанете слышать искажения. Это базовое усиление, которое вы теперь будете использовать для настройки частот.

Шаг 2: Настройка частот

Теперь пора переключиться на встроенные кроссоверы и фильтры, встроенные в ваш усилитель. Для сабвуферов выберите фильтр нижних частот (LPF), а для динамиков (для системы, в которой есть отдельный сабвуфер или динамики для перекрытия частот нижнего диапазона) выберите фильтр верхних частот (HPF). Если вы используете усилитель для питания динамиков среднего размера, которые предназначены для покрытия всего диапазона частот, выберите положение «полный» или «выключено» и не обращайте внимания на эту настройку.
Теперь найдите частотный диапазон ваших динамиков / сабвуферов. Если вы настраиваете громкоговорители и выбираете HPF, вы выровняете шкалу частот с самой низкой частотой, на которую рассчитаны ваши громкоговорители (обратите внимание, что числа на шкале могут быть в тысячах). Если вы настраиваете сабвуфер (ы) и выбираете LPF, вы установите шкалу частот на самую высокую частоту, на которую рассчитаны ваши сабвуферы.

Шаг 3: усиление низких частот

Если вы чувствуете себя рискованно и не против поставить громкость перед долговечностью, усиление низких частот — отличный способ увеличить громкость ваших басов, но это может быть очень сложно в использовании и трудно настроить должным образом.Если вы собираетесь усилить басы, убедитесь, что вы уменьшили усиление. Каждый сабвуфер отличается, поэтому поиск правильной комбинации усиления и усиления низких частот зависит от вашего уха, но суть в том, чтобы иметь максимальную мощность без искажений.

Шаг 4. Возвращение к прибыли

Теперь, когда частоты и усиление низких частот установлены, вернитесь к своему усилению, пока ваше радио находится на 80% от максимума при воспроизведении музыки, и снова настройте усиление, пока не услышите искажение, настраиваясь обратно, как только вы его услышите.

Шаг 5. Завершение работы

Последний шаг! Снова подключите все усилители (если вы настраивали каналы или усилители отдельно) и выключите радио на ноль. Медленно увеличивайте громкость, пока не дойдете до 80% или искажения, в зависимости от того, что наступит раньше. Если все настроено правильно, вы достигнете 80% без каких-либо искажений в любом из ваших динамиков. Если нет, найдите соответствующее усиление для динамиков / сабвуферов, которые искажают, и уменьшайте усиление до тех пор, пока они не перестанут искажаться.

И все! Не превышайте максимум 80% на вашем радио. Имейте в виду, что разные музыкальные жанры могут нуждаться в разной настройке для получения максимальной отдачи. Теперь все готово, и ваши усилители настроены!

Амплитудно-частотная характеристика

О ЧЕМ ГОВОРИТ США

Все частоты в музыкальном сигнале должны усиливаться одинаково, от самого низкого баса до самого высокого из высоких частот, иначе тональный баланс будет неправильным. Диапазон звуковых частот простирается от низких частот 20 Гц (двадцать циклов в секунду) до 20 кГц (двадцать тысяч циклов в секунду).Все частоты в этом диапазоне должны проходить через усилитель без изменения амплитуды.

Современные усилители легко удовлетворяют этому требованию. Многие превосходят его с большим отрывом, работая от 1 Гц (или постоянного тока) до 200 кГц или даже больше. Однако, хотя создание такого усилителя возможно, большинство разработчиков предпочитают этого не делать, ограничивая усиление на обоих концах звукового спектра по разным причинам. Так что очень широкая частотная характеристика не является признаком добра.

Давным-давно (Матти Отала) было предложено ограничить высокочастотное усиление усилителя на ранних стадиях предусилителя, чтобы избежать переходных интермодуляционных искажений.Усилители Naim соответствуют этому критерию, усиление падает выше 20 кГц. Громкоговорители с супер-твитерами и цифровой частотой дискретизации 192 кГц между ними предполагают необходимость расширения полосы пропускания системы до условных 100 кГц (другой вопрос, есть ли какой-либо аудиоконтент в музыке на этих частотах), а большинство усилителей Hi-Fi имеют плоскую частоту 50 кГц и просто достигают 100 кГц (-3 дБ). Продукты AV обычно предназначены для работы на частоте 100 кГц.

Некоторые усилители достигают частоты выше 100 кГц, 200 кГц и более, но это открывает систему для усиления низких радиочастот или радиочастотных (РЧ) помех.Обычно считается, что это плохая идея, поскольку нелинейность может складываться в звуковой диапазон из-за интермодуляции. Сторонники этой идеи пытаются сохранить линейность усилителя, чтобы предотвратить это, но все усилители исчерпывают открытый низкочастотный коэффициент усиления и обратную связь на некоторой частоте, и лучше не пропускать через них радиочастотные сигналы. Особую проблему представляют городские районы, окружающие мощные передатчики, такие как Crystal Palace в Южном Лондоне. Захват радиосигнала происходит в выводах громкоговорителя, а выпрямление происходит в первом переходе транзистора, RF достигает этой точки через контур обратной связи.Шунтирующие ВЧ конденсаторы вместе с заземлением и экраном могут исправить это.

может расширяться вниз по частоте ниже 20 Гц, а для аудиоусилителей обычно снижается до 5 Гц, а иногда и ниже. Хотя прирост к постоянному току возможно постоянный ток сервоконтур, используемый для обнуления выходного напряжения смещения, должен иметь верхнюю рабочую частоту, и это обычно определяет нижний предел усиления. Также источники сигнала могут нести постоянный ток. на выходе из-за плохой конструкции или протекающих конденсаторов, и большинство усилителей имеют входные блокирующие конденсаторы, чтобы это не повлияло на усилитель и, в конечном итоге, на громкоговорители, которые всегда d.c. спаренный.

Лучше не пропускать очень низкие частоты через ламповые усилители, потому что выходные трансформаторы перегружаются (насыщаются) раньше, чем 5 Гц. Нижний предел 10 Гц здесь — хорошая идея. Хотя клапаны могут без труда усиливать высокие звуковые частоты, наличие реактивного сопротивления в выходном трансформаторе обычно ограничивает эту способность. Хорошо спроектированный и изготовленный выходной трансформатор может достигать 50 кГц без пикового напряжения.

Таким образом, частотная характеристика от 5 Гц до 50 кГц в пределах 1 дБ является обычным явлением, а 20 Гц – 20 кГц — наиболее узкий приемлемый результат.Некоторые усилители имеют плоскую частотную характеристику в гораздо более широкой полосе пропускания, но это случается редко. Клапанные усилители немного более ограничены, чем транзисторные усилители, из-за наличия сигнальных трансформаторов и использования меньшего количества или даже отсутствия обратной связи (обратная связь расширяет полосу пропускания).

[ОСЦИЛЛОГРАММА КОНТРОЛЯ ТОНОВ]

Регуляторы тембра изменяют частотную характеристику , уменьшая или усиливая низкие и высокие частоты. Элементы управления в старом стиле оказали сильное влияние и разбалансировали звук не очень полезным способом.Современные элементы управления увеличивают или уменьшают только крайние частоты и в идеале должны давать срезание плато и усиление при низких настройках, чтобы эффективно компенсировать распространенный дисбаланс громкоговорителей.

И, наконец, фонокорректор, если он установлен, является единственной частью усилителя, которая не имеет плоской частотной характеристики . Он оснащен схемой эквалайзера, которая усиливает басы и срезает высокие частоты. См. Подробности в разделе «Фонокорректоры» в разделе «Виниловые пластинки».

КАК МЫ ИЗМЕРИМ ЭТО

Мы измеряем частотную характеристику в усилителях с помощью простого ручного генератора развертки и HP8903B, который измеряет уровень высоких частот, и HP3561A, который может точно измерять от 10 Гц до d.c.

Изначально регулятор громкости установлен на максимум, а уровень входного сигнала отрегулирован так, чтобы на выходе было несколько вольт. Затем снова измеряем половину громкости. Два результата должны быть идентичными или, по крайней мере, близкими. К сожалению, разработчики обычно забывают, что емкостная нагрузка, наблюдаемая на выходе (ползунок) регулятора громкости, будет сокращать частотную характеристику больше всего на половину громкости (по сопротивлению), и довольно часто частотная характеристика падает до минимума, иногда неприемлемого, при половинной громкости.Решение — уменьшить емкостную нагрузку или уменьшить значение потенциометра; банк в 10 тысяч всегда будет менее уязвимым, чем банк в 100 тысяч. в этом отношении, но это больше загружает источник.

Регулятор громкости 10k установлен на половинную громкость, нагружен 2nF, откатывается от высоких частот — см. Ниже.

Это диаграмма анализа специй LT.

АЧХ скатывается из-за чрезмерной емкостной нагрузки регулятора громкости — не редкость.

Этот анализ выполнил LT Spice.

Мы измеряем регуляторы тембра в реальном времени, пропуская шум через усилитель и глядя на отклик на анализаторе спектра. Это позволяет быстро и легко увидеть, что элемент управления может делать во всем рабочем диапазоне.

ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬ ТОНА

ОБЪЯСНЕНИЕ КОНТРОЛЯ ТОНА

(графические эквалайзеры см. В тестах AV-ресиверов)

Фонокорректор — самая сложная для измерения часть усилителя, поскольку для него требуется очень слабый сигнал.Однако следует избегать шума от контуров заземления испытательного оборудования. Мы используем нашу собственную очень точную инверсную сеть RIAA для подачи на вход фонокорректора и ввода случайного шума из секции генератора анализатора Rohde & Schwarz UPL, который синхронизируется с анализатором спектра (с использованием «равномерного» или «прямоугольного» окна БПФ). Это дает кривую, показывающую точность выравнивания, которую можно опубликовать в журнале. Однако пределы +/- 1 дБ обычно лежат за пределами звукового диапазона. Чтобы найти их, мы используем генератор синусоидальной развертки.

Наш вариант UPL включает предварительную и последующую коррекцию RIAA. Это означает, что сигнал на фонокорректоре может быть предварительно выровнен, или сигнал из усилителя может быть подвергнут пост-эквализации, последнее является лучшим, поскольку дает более высокое отношение сигнал / шум на низких частотах, сводя к минимуму влияние гула на Анализ. В целом, у нас есть и используются три различных метода измерения точности выравнивания RIAA, тесная корреляция между сетями выравнивания R&S и Hi-Fi World, что говорит о том, что наши измерения соответствуют стандартам в жестких пределах и очень точны (в пределах 0.1 дБ или около того).

Частотная характеристика через Phono (MM) усилителя Rega Elicit, показывающая эквализацию RIAA. Фильтр деформации снижает усиление ниже 20 Гц.

Частотная характеристика через Phono (MM) усилителя Rega Elicit через сеть предварительной коррекции, демонстрируя точность выравнивания.

Общие сведения о технических характеристиках — Частотная характеристика автомобильного аудиоусилителя

В качестве следующей темы нашей серии, объясняющей технические характеристики усилителя, мы рассмотрим информацию о частотной характеристике, которую предоставляют производители, и объясним, как интерпретировать эту информацию.В простейшем случае характеристика частотной характеристики расскажет вам о пределах низких и высоких частот усилителя в зависимости от его конструкции. Как и все спецификации, которые мы рассмотрели, предоставленная информация так же информативна, как и информация, которая может отсутствовать на странице спецификаций. Давайте погрузимся и посмотрим.

Общие сведения о частотных характеристиках усилителя

Давайте взглянем на хороший усилитель с характеристиками от 4 Гц до 50 кГц. В этом конкретном примере допуск не предусмотрен, поэтому мы не знаем, соответствуют ли эти пределы низких и высоких частот допуску 1 дБ или 3 дБ.Давайте включим усилитель и посмотрим, что мы сможем выяснить.

Подключенный к нашему цифровому интерфейсу и банку нагрузочных резисторов, усилитель показывает частотную характеристику -1 дБ: 8,21 Гц на нижнем конце и 48,7 кГц на верхнем. С учетом допуска в 3 дБ измерение составляет 4,36 Гц внизу и выше предела измерения 96 кГц моего оборудования вверху.

Короче говоря, эта информация говорит нам, что этот усилитель не повлияет существенно на отклик вашей аудиосистемы где-либо в слышимом спектре и далеко за его пределами.

Динамики не являются резисторами

Частотную характеристику усилителя определяют несколько факторов. Помимо обсуждения схемотехники и компонентов, используемых для усилителя, большинство людей понимают, что акустическая система, к которой вы подключаете усилитель, может повлиять на его работу.В лаборатории мы используем резистивные нагрузки. В реальном мире динамики добавляют уровень индуктивного реактивного сопротивления, который препятствует протеканию переменного тока и влияет на частотную характеристику. Когда вы добавляете пассивный кроссовер, нагрузка теперь включает емкостное реактивное сопротивление. В конечном счете, даже в простой двухполосной пассивной кроссоверной сети нагрузка, которую видит усилитель, сильно варьируется в зависимости от частоты.

Я связался с Джоном Аткинсоном, редактором журнала Stereophile, и попросил разрешения воссоздать его сеть моделирования реактивного динамика.Использование им реактивной нагрузки для тестирования отклика усилителя стало результатом работы Эрика Бенджамина, опубликованной в Audio Engineering Society под названием «Усилители мощности звука для нагрузок на громкоговорители». Аткинсон проконсультировался с Кеном Кантором из NHT и International Jensen по пассивной сети, и в результате была получена версия сети, которую вы видите ниже.

Цель этой сети — предоставить усилителю разные импедансы на разных частотах для оценки его характеристик. Сеть воспроизводит то, что увидел бы усилитель при питании двухканальной полочной АС в герметичном корпусе с номинальным сопротивлением 8 Ом.Я создал эту сеть с помощью Фрэнка Фабиана из Speaker Shop в Торонто. В его магазине внушительный запас конденсаторов, резисторов и катушек индуктивности. Если у вас есть домашний динамик, который нуждается в ремонте или повторном ремонте, то вам стоит поговорить с ним!

Отклик усилителя на реактивные нагрузки

Следующим шагом было повторить измерение частотной характеристики нашего эталонного усилителя с использованием 4-омной нагрузки, 2-омной нагрузки и нашей реактивной нагрузки, чтобы продемонстрировать, насколько сильно это влияет на отклик.

Как вы можете видеть, есть небольшое изменение высокочастотной характеристики этого усилителя в зависимости от импеданса нагрузки. Усилитель включает в себя несколько дросселей фильтров на выходах как часть конструкции блока питания с регулируемым напряжением. Разница между 4 Ом и реактивной кривой составляет 0,85 дБ на частоте 20 кГц.

А как насчет недорогих усилителей?

Наш эталонный усилитель — это просто высококачественный усилитель, который звучит потрясающе. Итак, что происходит, когда вы выполняете те же тесты на недорогом усилителе? Посмотрим и увидим!

Наш дешевый усилитель неплохо справляется с резистивными нагрузками, спадая на 1 дБ около 16 кГц вверху и ниже 10 Гц внизу.Красная кривая показывает, что между 2 и 3 кГц имеется некоторый акцент, вызванный индуктивными характеристиками сети пассивных фильтров. Будет ли слышен этот акцент? Это будет зависеть от вашего уровня одержимости. Вы можете услышать разницу в несколько десятых дБ при настройке эквалайзера.

Как насчет наших друзей-усилителей класса D?

Как мы уже упоминали, маленькие фильтры на выходе нашего хорошего усилителя привели к заметному изменению частотной характеристики между различными нагрузками.Что происходит, когда мы измеряем усилитель класса D, который использует большие фильтры на выходах?

Здесь мы можем видеть, что есть выпуклость на полдБ около 3 кГц и более 2 дБ дополнительного выходного сигнала на 20 кГц по сравнению с опорным уровнем 1 кГц. По сравнению с чисто резистивной нагрузкой, удар на частоте 20 кГц на 3,5 дБ больше, чем резистивная нагрузка на 4 Ом, и примерно на 7 дБ громче, чем на 2 Ом. Если вы когда-нибудь задумывались, почему усилители класса D звучат иначе, чем высококачественные усилители класса AB, это одна из причин.

Работа с характеристиками частотной характеристики

В большинстве случаев измерения частотных характеристик выбранных усилителей можно игнорировать. Большинство будет достаточно ровным от 20 Гц до 20 кГц. Если вы планируете управлять нагрузкой с низким сопротивлением (драйверы с низким сопротивлением или несколько драйверов, подключенных параллельно), добавленное сопротивление резко снизит высокочастотные характеристики усилителя класса D.

Если вы планируете создать аудиосистему, которая действительно поддерживает звук высокого разрешения и способна воспроизводить аудиосигналы с частотой выше 20 кГц, вам нужно будет выполнить некоторую домашнюю работу.Скорее всего, вам как минимум понадобится усилитель класса AB для твитеров.

Наконец, разработка аудиосистемы, использующей активную фильтрацию, поможет уменьшить вариации импеданса, вызванные пассивными кроссоверами.

Если вам нужна помощь в выборе усилителя для автомобильной аудиосистемы, зайдите в местный специализированный магазин мобильной электроники и поговорите с одним из их специалистов по продукции.

Ознакомьтесь с другими статьями из нашей серии о технических характеристиках.

Полоса пропускания усилителя

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• Опишите факторы, влияющие на полосу пропускания в одноступенчатых усилителях с общим эмиттером.
• • Паразитная емкость и индуктивность в цепях и компонентах.
• • Произведение коэффициента усиления на полосу пропускания, частота среза f _T .
• Опишите основные методы управления пропускной способностью
• • в усилителях ЗЧ.
• в усилителях RF.

Управление пропускной способностью

Любой усилитель в идеале должен иметь полосу пропускания, подходящую для диапазона частот, который он предназначен для усиления, слишком узкая полоса пропускания приведет к потере некоторых частот сигнала, слишком широкая полоса пропускания приведет к появлению нежелательных сигналов в случае например, в усилителе звука они будут включать низкочастотный гул и, возможно, механический шум, а на высоких частотах — слышимое шипение.

Компоненты переменного тока в усилителе с общим эмиттером

Схема усилителя с общим эмиттером класса A, показанная на рис. 1.4.1, имеет компоненты смещения постоянного тока, описанные в модуле 1.3, с добавленными компонентами переменного тока (конденсаторы от C1 до C4), которые необходимы для использования с сигналом переменного тока, а также для достижения контроля над обоими. усиление и пропускная способность.

Рис. 1.4.1 Усилитель с общим эмиттером класса А.

Сигнал должен проходить через входные и выходные конденсаторы связи C1 и C2, когда он проходит от входа к выходу.Основная функция этих конденсаторов — обеспечить изоляцию постоянного тока от напряжений в предыдущих и последующих цепях. Однако, поскольку действие конденсаторов зависит от частоты, они также могут влиять на полосу пропускания усилителя.

C1 вместе с R1, R2 и входным сопротивлением транзистора образует фильтр верхних частот, а C1 обычно имеет довольно большое значение емкости, что делает угловую частоту фильтра очень низкой. Однако на частотах ниже этой точки коэффициент усиления усилителя будет уменьшен.

C2 будет действовать аналогичным образом с входным сопротивлением любой последующей цепи, также внося свой вклад в падение усиления на низких частотах.

Развязка эмиттера

Конденсатор развязки эмиттера C3, подключенный к резистору стабилизации эмиттера R ₄ , предназначен для предотвращения появления на эмиттере любого сигнала переменного тока, который в противном случае действовал бы как отрицательная обратная связь, серьезно снижая коэффициент усиления усилителя. Относительно большое значение C3 почти полностью удаляет любой переменный ток из эмиттера, но он будет иметь некоторое реактивное сопротивление на самых низких частотах и, таким образом, позволит некоторым очень низкочастотным сигналам появляться на эмиттере (при условии, что эти частоты не были удалены с помощью действие C1 и C2, как описано выше), и хотя C3 способствует более высокому усилению на большей части полосы пропускания, усиление на очень низких частотах не может быть улучшено.

Значения C ₁ , C ₂ и C ₃ поэтому выбраны так, чтобы обеспечить требуемое падение усиления на низкочастотном конце полосы пропускания.

Рис. 1.4.2 Емкость перехода.

Высокочастотные эффекты

На высоких частотах усиление усилителя имеет тенденцию до некоторой степени уменьшаться из-за наличия небольшого количества индуктивного реактивного сопротивления (которое увеличивается с увеличением частоты) в проводке и компонентах схемы, но в основном за счет паразитных емкостей.Это не обязательно распознаваемые компоненты конденсатора, но могут быть неизбежными емкостными эффектами в проводке схемы и самих компонентах.

И КМОП, и биполярные транзисторы обладают емкостью на переходах. Как показано на рис. 1.4.2, переходы база-коллектор и база-эмиттер биполярного транзистора фактически образуют очень маленькие конденсаторы из-за (изолирующих) обедняющих слоев по обе стороны от базы. На очень высоких частотах, обычно в сотнях МГц, эти крошечные «конденсаторы» будут формировать пути отрицательной обратной связи, подавая противофазные сигналы между коллектором и базой, а также синфазные сигналы через переход база-эмиттер.

Таким образом, каждый транзистор имеет ограничение на усиление по высокочастотному току, и это обычно указывается в технических данных транзисторов как частота отсечки f _T . Это частота, на которой усиление тока слабого сигнала h _fe падает до 1. Поскольку усиление начинает падать на 6 дБ на октаву (удвоение частоты) задолго до того, как будет достигнуто f _T , транзистор должен работать. на частотах значительно ниже f _T . Из-за взаимосвязи между частотой и усилением в транзисторах, f _T также обычно указывается как «произведение коэффициента усиления на полосу пропускания».

Паразитная емкость между плотно упакованной проводкой и компонентами может также снизить коэффициент усиления на высоких частотах, а также вызвать другие проблемы, такие как нестабильность и колебания, поэтому практический верхний предел работы усилителя зависит от ряда причин. Однако во многих практических схемах усилителей эти экстремально высокие пределы частоты не могут быть достигнуты; Нет смысла разрабатывать усилитель, который имел бы заметное усиление на частотах выше, чем самая высокая требуемая частота сигнала.Это означало бы, что в этой области усилитель будет усиливать в основном высокочастотный шум (например, шипение в случае аудиоусилителя.

Звуковые гармоники

Однако ограничение высокой частоты около 20 кГц (теоретический предел человеческого слуха) предполагает, что сигналы, которые должны быть усилены, являются чистыми синусоидальными волнами; На практике существует компромисс между полосой пропускания, достаточно широкой, чтобы обрабатывать всех требуемых сигналов, и пределом высоких частот, достаточно низким для ограничения нежелательного шума.

Большинство аудиосигналов представляют собой сложные волны самых разных и постоянно меняющихся форм. Аудиосигналы представляют собой сложные волны переменного тока с основными частотами в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, а также с множеством высокочастотных гармоник. Чтобы сохранить исходную форму сигналов (т.е. не вносить искажений), важно, чтобы сохранились хотя бы некоторые из этих гармоник. Поэтому не рекомендуется резко обрезать высокие частоты на произвольных 20 кГц, а разрешить некоторое усиление явно неслышимых гармонических частот, что будет способствовать сложной форме слышимых волн, особенно там, где эти сигналы содержат внезапные изменения (быстрые переходные процессы), которые требуют наличия высокочастотных компонентов для сохранения формы волны.

Рис. 1.4.3 Формирование кривой звукового отклика.

Существует несколько способов гарантировать, что обрезание высоких частот происходит на соответствующей частоте, уменьшая шум и нестабильность, но сохраняя важные гармоники в аудиоусилителе. Одним из таких способов в многокаскадном усилителе является использование фильтра нижних частот в одном из каскадов усилителя. На рис. 1.4.1, например, C4 эффективно действует вместе с R3 как фильтр нижних частот (помните, что что касается сигналов переменного тока, верхний конец R3, подключенный к положительному источнику питания (+ Vcc), является в той же точке, что и земля), предотвращая усиление нежелательных высоких частот.Его действие заключается в ограничении ВЧ-усиления, как показано на рис. 1.4.3.

Настроенные ВЧ усилители

В схемах, предназначенных для усиления радиочастотных (RF) сигналов, нагрузочный резистор заменяется либо параллельным резонансным контуром LC (рис. 1.4.4a), либо керамическим или кристаллическим фильтром той или иной формы. Конструкция этих фильтров или значения L и C таковы, что цепь нагрузки резонирует и фактически становится высоким сопротивлением в центре усиленной полосы частот. Это может дать кривую частотной характеристики с резким пиком в узкой полосе частот, называемой полосой пропускания, при этом частоты выше и ниже этой полосы отклоняются.

В современных конструкциях использование керамических фильтров и фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ) позволяет создавать конструкции с довольно сложными частотными характеристиками (рис. 1.4.4b), которые не требуют (как в случае LC-цепей) ручной настройки. Они обычно используются в таких системах, как сотовые телефоны, а также в аналоговых телевизионных приемниках, где звуковые и визуальные сигналы на разных частотах усиливаются в одном усилителе с разной степенью. Отклик усилителя также разработан так, чтобы иметь низкое усиление на определенных частотах, чтобы отклонять сигналы других передач на соседних каналах.

Рис. 1.4.4 (a и b) Кривые отклика ВЧ-усилителя

chet_paynter_introduct_6 | Частотная характеристика усилителя | Краткое содержание главы

Вот краткое изложение материала, рассмотренного в этой главе:

Большинство усилителей имеют относительно постоянное усиление в диапазоне или полосе частот. Эта полоса частот упоминается как полоса пропускания схемы. При работе в пределах его полосы пропускания значения и для усилителя рассчитываются, как показано ранее в тексте.Для ясности, эти значения называются значениями усиления средней полосы и обозначаются как, и.

Кривая частотной характеристики представляет собой графическое представление взаимосвязи между усилением усилителя и рабочей частотой. Типичная кривая частотной характеристики показана на рисунке 14-1. Эта конкретная кривая иллюстрирует взаимосвязь между усилением мощности и частотой. Как показано на рисунке: