Повышение разборчивости звучания громкоговорителя (акустической системы)

   Для повышения разборчивости звуков слушатель просит собеседника говорить громче или увеличивает интенсивность звука из громкоговорителя.

    Скорость нарастания сигнала имеет существенное значение в разборчивости речи. Так искусственное снижение скорости нарастания сигнала приводит к полной неразборчивости речи.

   Громкоговорители имеют инерционную подвижную систему, которая в совокупности с упругими свойствами воздушной среды понижают скорость нарастания сигнала.

   Конструкторы  современной звуковоспроизводящей аппаратуры стремятся к снижению коэффициента усиления (30 и менее) отдельных блоков с целью улучшения линейности и качества переходных характеристик. Отдельным пунктом в звуковоспроизводящей аппаратуре стоит ламповый усилитель с так называемым «феноменом лампового усилителя».

  Скорость нарастания сигнала теоретически напрямую зависит от интенсивности звука.

   Опытным образцом послужило устройство – усилитель, построенный по типовой схеме для однополярного питания микросхемы (операционного усилителя) NE5532. Отличительной особенностью устройства является завышенный коэффициент усиления. R1 (Фиг.1) (условное изображение) для повышения устойчивости к «наводкам» составляет 420 Ом (может быть другим), а в качестве R2 установлен резистор 27 кОм и последовательно с ним переменный резистор 100 кОм (на рисунке не обозначен). Максимальный возможный коэффициент усиления  

Ку = 1+R2/R1 (1.1)

равен примерно 303. Схематично коэффициенты усиления (соотношения уровней входного и выходного сигнала усилителя) отображены на Фиг.2, где цифрой 1 обозначен коэффициент усиления типового усилителя, цифрой 2 – лампового усилителя равного примерно 70 и цифрой 3 – опытного образца. Отрезок а – б символически показывает «размах» входного сигнала. На Фиг.3 символически отображена величина «размаха» выходного сигнала в зависимости от коэффициента усиления усилителя и приведенного к равной интенсивности сигнала (ослабленного при помощи аттенюаторов соответствующей величины). Очевидно, что размах выходного сигнала увеличивается по мере роста коэффициента усиления усилителя, а соответственно и скорость нарастания сигнала.  Так схематично можно объяснить «феномен лампового усилителя». Фонокорректор для проигрывателя виниловых дисков так же содержит усилитель с высоким коэффициентом усиления, правда с большим спадом уровня АЧХ.

    Использование опытного образца в качестве предварительного усилителя для оконечного усилителя мощности и акустических систем среднего ценового диапазона, ЦАП класса PCM 2704 в условиях жилого помещения показало, что разборчивость и качество звучания фонограмм существенно повысилось — в частности для звуковых файлов формата МП3, битрейт 160-320 Кб/сек (спутниковое радиовещание, интернет радио, звуковые файлы).  На уровне звука порядка 30-50 Дб в мельчайших подробностях слышны все оттенки и нюансы звучания, особенно впечатлительно для «живых» инструментов. Такой эффект может быть так же дополнен малым уровнем искажений в громкоговорителе при малой интенсивности звука и особенностью строения органов слуха человека —  ростом искажений в органах слуха по мере роста интенсивности звука.

    Опытным путем установлено, что «размах» (или скорость нарастания) искусственно полученного сигнала имеет зависимость от интенсивности звука из громкоговорителя.  При существенном увеличении интенсивности звука до 70-90 Дб  регулятором громкости оконечного усилителя качество звучания снижается, проявляются искажения в диапазоне средних частот неустановленной природы. Необходимо уменьшать «размах» искусственно полученного сигнала — коэффициент усиления опытного предварительного усилителя пропорционально увеличению громкости до 120-150 единиц. 

     Оптимальный уровень «размаха» сигнала может быть выражен как соотношение интенсивности звука к скорости нарастания сигнала («размаху»)  и чувствительности громкоговорителя.

     Оптимальный уровень искусственно полученного «размаха» сигнала может быть откорректирован производителями звуковоспроизводящей аппаратуры в соответствии с чувствительностью громкоговорителя, уровнем звука и расстоянием от слушателя до громкоговорителя и введен как изменяемая поправка. В идеальном случае поправка может вводиться в соответствии с правилами тонкомпенсации с помощью, например, зависимых от частоты и положения регулятора громкости цепей обратной связи .

    Приблизительно уровень «размаха» сигнала может быть оценен как разница показаний индикаторов уровня звука (VU meter) сглаженного при помощи емкостного фильтра сигнала и не сглаженного. 

   Заметный эффект после искусственного увеличения «размаха» сигнала проявляется при коэффициенте усиления усилителя более 50.

    Дополнительным положительным свойством усилителя с высоким коэффициентом усиления (более 50) является увеличение динамического диапазона фонограмм. Впрочем, устройство может использоваться совместно с «компрессорами» звукового сигнала, так как природа вносимых изменений в звуковой сигнал различна.

    Отмечено высокое качество звучания оконечного усилителя, построенного на микросхеме TDA2050, по схеме соответствующей datasheet производителя за исключением резисторов R1 (имеющий пониженный номинал) и R2 (Фиг.1) — 220 Ом и 22 кОм соответственно.

    Устройство и способ могут применяться в звуковоспроизводящей аппаратуре, для повышения разборчивости сообщений, в медицинских целях, в слуховых аппаратах для слабо слышащих людей. Свободно использование в некоммерческих целях.

Пояснение к рисункам:

Фиг.1 – Схематично изображен усилитель с обратной связью.

Фиг.2 – Схематично показан уровень входного и выходного сигнала в зависимости от коэффициента усиления усилителя.

Фиг.3 – Схематично показан «размах» выходного сигнала в зависимости от коэффициента усиления усилителя и соответственно приведенный к общему уровню.

                                                                              Злобич Н.В.

г.Минск, Беларусь

Литература:

1. Микросхема NE5532 datasheet

2. Микросхема TDA2050 datasheet

3. Микросхема PCM2704 datasheet

4. Ламповый звук: Сайт https://ru.wikipedia.org/wiki/Ламповый_звук

5. Тонкомпенсация: Сайт https://ru.wikipedia.org/wiki/Тонкомпенсация

6. Компрессор аудиосигнала: Сайт   https://ru.wikipedia.org/wiki/Компрессор_аудиосигнала

         

P.S. Проверить правильность выводов и доводов, указанных в статье очень просто, так как для начинающего радиолюбителя, а тем более профессионала это не составит труда. Для начинающих добавлю. Естественно, что при использовании TDA2050 или аналога громкость на выходе при максимальном повороте регулятора громкости будет очень высокой. Как выход не включать громкость на максимальную или установить ограничитель подаваемого напряжения (резистор равного с установленным переменным резистором номинала в цепь «земли». Сигнал для NE5532 так же придется уменьшать на входе при помощи резистивного делителя (потенциометра) на величину коэффициента усиления. Так же, если предварительный усилитель используется отдельным блоком то и на выходе. Для того, что бы согласовать уровни сигналов предварительного и оконечного усилителя и «оторвать» полезный сигнал от уровня шумов.
           Автор

P.P.S.

Размах сигнала Разность между максимальным и минимальным значениями сигнала на протяжении заданного интервала времени R = xmax xmin= xвв + xвн Источник: ГОСТ 16465 70

Коэффициент усиления задает уровень пере оптимизации звукового электрического сигнала, который впоследствии будет поступать на громкоговорители. Громкоговорители в силу своей инерционности уменьшат уровень пере оптимизации, приведя результирующий звуковой сигнал излучаемый громкоговорителем к нормальному состоянию.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.