1. В развитие темы "ЭМОС
в сабвуфере - generation next" было задумано изготовление более совершенного
изделия. Процесс его разработки и изготовления представлен ниже в фотографиях,
схемах и результатах замеров. Надеюсь, мой опыт, полученный за это время,
пригодится другим 
.
За основу сабвуфера был взят низкобюджетный 12" автомобильный
динамик Blaupunkt, GT Series. Ко мне он попал за бесценок, с горелой катушкой
и уже подпорченным от времени полиуретановым подвесом .
Сложность перемотки катушки заключаласть только в том, что она была четырехслойной,
а хороший подвес для замены мне презентовал Петр Зодниев (тоже хороший человек
).
рис.1.
Особых сложностей с установкой пьезодатчика также не было - единственное конструктивное препятствие - выступающая гильза звуковой катушки, которая мешала приклеить датчик непосредственно к диффузору.
рис.2.
Легкая прокладка из пенопласта, вырезанная из строительной потолочной плитки и приклееная под основание датчика, позволила смонтировать конструкцию желаемым образом. Хотя, как я подозреваю, такое не совсем жесткое крепление пьезодатчика могло повлечь за собой появление нежелательного резонанса на АЧХ в районе 2кГц.
рис.3.
Гибкий коаксиальный кабель на диффузоре был зафиксирован термоклеем, на раме динамика был укреплен саморезом держатель, к которому кабель также был укреплен термоклеем.
рис.4.
В качестве корпуса саба был использован доработанный компактный тестовый бокс (кубик), объемом 30 литров. Доработка заключалась в укреплении стенок распорками, изготовлении дополнительной лицевой панели и встраивания в заднюю стенку отсека для электроники. Потом корпус был обтяну самоклеющейся декоративной пленкой под дерево.
рис.5.
2. Для раскачки такого динамика потребовался более мощный ИТУН. Хотелось попробовать что-то новенькое. За основу была взята схема усилителя мощности в классе "G" (экономичная, с двухуровневым питанием) на микросхеме TDA7293. Мой выбор определялся тем, что повышенный уровень выходной мощности от усилителя для работы системы ЭМОС требовался, как правило, только в моменты отработки фронтов огибающей сигнала, а все остальное время выходной каскад микросхемы питался от пониженного напряжения, что повышало его КПД.
рис.6.
Макетирование усилителя ИТУН прошло достаточно гладко, без неожиданностей, в базовой схеме из даташита изменились элементы обратной связи, обеспечивающие требуемый ход АЧХ и выходной импеданс усилителя. К окончательной принципиальной схеме УМ мы еще вернемся позже, поскольку опыт эксплуатации выявил пару неприятных моментов...
рис.7.
На следующем графике АЧХ видно, что получилось: красный - импеданс динамика в открытом пространстве, желтый - результирующая АЧХ ИТУНа. Подъем АЧХ в районе 200...1000Гц желателен, так как при этом фазовая характеристика позволяет получить в системе ЭМОС большую устойчивость в этом диапазоне частот.
рис.8.
Учитывая повторно-кратковременный режим работы УМ,
радиатор был сделан небольших габаритов и составлен из нескольких маленьких
радиаторов (изъятых с чипсетов горелых материнских плат ),
закрепленных на общей теплоотводящей шине.
рис.9.
Вот его печатная плата. Не обошлось без перемычек, зато плата получилась односторонней.
рис.10.
Опять же учитывая повторно-кратковременный режим работы УМ, решил попробовать сделать двухуровневый двуполярный источник питания на основе схемы с удвоителем напряжения. Основной режим работы обеспечивает обычный мостовой выпрямитель (D1,D2,D4,D5), а вторая ступень напряжения, менее мощная, формируется цепочками C3,D3,D10,C5 - для "+" питания, и C4D6,D9,C6 - для "-" питания. D7 и D8 нужны для защиты конденсаторов C3 и C4 от переполюсовки. Резисторы R1 и R2 имеют номинал 3,6К, а R4 и R3 - 10К и нужны для разрядки емкостей фильтра после выключения устройства. Для моделирования уровня пульсаций на выходе выпрямителя (как на графиках), номиналы этих элементов были занижены до 50 и 200 Ом, соответственно.
рис.11.
В сборе готовый блок питания состоит из платы синфазного сетевого фильтра (+сетевой разъем, +предохранитель, +выключатель), трансформатора на 55вт и платы выпрямителей/умножителей с конденсаторами фильтров. Все это выглядит так:
рис.12.
3. Для определения параметров корректирующих цепей платы управления ЭМОС, были произведены замеры сигналов с пьезодатчика и акселерометра ADXL150. После этого было произведено тестовое замыкание петли ЭМОС на обоих типах датчиков. Пока на голом динамике, без АО. С пьезодатчиком на АЧХ получился горб в районе 1,8КГц.
рис.13.
После помещения динамика в ЗЯ, выяснилось, что этот горб на АЧХ датчика не позволяет получить требуемую (оптимальную) глубину ЭМОС (зеленый график на следующей иллюстрации), так как частота основного механического резонанса стала равна 70Гц. Комментарий: красный график - АЧХ динамика без АО, полученная с пьезодатчика, синий график - график АЧХ динамика в ЗЯ, желтый график - та же АЧХ, пропущенная через интегратор (фактически, это - петлевое усиление ЭМОС).
рис.14.
По результатам замеров было принято решение использовать вариант корректора ЭМОС с режектором. Его АЧХ+ФЧХ (желтый график) показана на следующем рисунке. Параметры элементов фильтра были взяты из соответствующей таблицы в статье "ЭМОС в сабвуфере - generation next".
рис.15.
Вот фото этой готовой платы. В качестве опторезистора была использована пара VT43N1 (фоторезистор) и светодиод с оранжевым рассеянным излучением.
рис.16.
На следующем фото видно, как они смонтированы на плате. Сверху оптопара закрыта светозащитным экраном.
рис.17.
Графики замеров ЭМОС с этим корректором приведены ниже:
рис.18.
В процессе наладки и проверки работы лимитера, обнаружилось, что система становится склонной к возбуждению на частоте, порядка 1КГц. Выяснилось, что петля местной ООС, образованной цепями лимитера, искажает АЧХ корректора при отработке сигналов большого уровня. Преодолеть этот недостаток удалось увеличив значение резистора, включенного последовательно с фоторезистором до значения 5,6К. Это, правда, несколько уменьшило диапазон работы лимитера.
рис.19.
4. Сразу предполагалось установить в сабвуфер параметрический эквалайзер. Замеры АЧХ в комнате на различных расстояниях от динамика показывают наличие нескольких мод (стояков), возникающих из-за ограниченных размеров помещения. Так как предполагалось эксплуатировать сабвуфер в квадратной комнате, резонно предположить, что количество комнатных мод (по частоте) будет меньше, но основная мода будет более выражена.
рис.20.
Поэтому было решено пока ограничиться одним параметриком с возможностью отключения, и добавить общую эквализацию НЧ (Bass-Boost), чтобы иметь возможность сделать АЧХ саба более горизонтальной. Его схема представлена ниже:
_
рис.21.
Вот его измеренные характеристики - видны диапазон
перестройки параметрика по частоте и добротности, также можно видеть степень
глубины регулировки как в "+" так и в "-". Синяя кривая
- диапазон перестройки Bass-Boost: до +6дБ на частоте 20Гц. Ниже - фото печатной
платы эквалайзера в сборе. Набор переменных резисторов на металлической планке
был выпаян с какого-то древнего VGA монитора .
рис.22.
5. Плата предусилителя не имеет отличий от описанной в статье "ЭМОС в сабвуфере - generation next". Ниже виден полный набор компенентов для сборки сабвуфера с ЭМОС.
рис.23.
рис.24.
Блок питания полностью смонтирован внутри корпуса.
Трансформатор закреплен шурупами к задней стенке через резиновые амортизаторы
(изъятые с дохлых СД-ромов ),
плата выпрямителей и фильтров привинчена к стоечкам, установленным на задней
стенке отсека электроники.
рис.25.
рис.26.
В верхней части отсека для электроники закреплен усилитель мощности. Ниже - остальные узлы. Отверстия для проводов потом герметизировались скульптурным пластилином.
рис.27.
В качестве лицевых панелей для узлов были использованы заглушки от компьютерных корпусов - платы крепились к 3,5" заглушкам, а те, в свою очередь, приклеивались к 5,25", аналогично тому, как это было сделано в предыдущей конструкции.
рис.28.
рис.29.
Очень трудоемкими оказались градуировка и нанесение
самодельных надписей под органы управления :
рис.30.
Вот так выглядит готовый сабвуфер.
рис.31.
6. Возвращаемся к усилителю мощности. Защитные диоды D6, D7 появились после пары необъяснимых отказов микросхемы TDA7293. Наиболее превдоподобная гипотеза - в данной конфигурации схемы (раздельное питание УН и ВК микросхемы), при выключенном питании, ЭДС самоиндукции с динамика (при постукиванию по диффузору - сравнивалась степень демпфирования динамика) приводит к выходу из строя УН внутри микросхемы. В процессе поиска возможных причин, так как она проявлялась сразу же при включении сабвуфера, в схему был добавлен узел софт-старта на Q12, да так и оставлен. Далее - после замены китайского трансформатора питания на отечественный ТПП278 с целью уменьшения просадок по питанию при повышенных уровнях громкости, поимел еще пару отказов микросхемы TDA7293... Уже из-за выхода режимов за пределы безопасной работы ВК... И не мудрено - активное сопротивление катушки динамика - 3,5 Ом. Пришлось добавить каскад повторителей на Q10, Q11 для разгрузки микросхемы по максимальному выходному току.
рис.32.
После незапланированных доработок
узел усилителя мощности выглядит так (дополнительные транзисторы установлены
на уголковом теплоотводе, защитные диоды напаяны с нижней стороны платы):
рис.33.
Ну, и, напоследок, результаты борьбы с комнатными стояками в месте установки саба:
рис.34.
Результат на слух очень заметен - бас в комнате стал еще более собранным, четким, "стояк" почти не заметен практически по всей площади комнаты, только у дальней стенки чувствуется выпирание основной моды (38Гц). Локализация саба отсутствует, его звучание полностью сливается со звучанием сателлитов.
P.S. После очередного непонятного выхода из строя усилителя мощности (TDA7293) решил сделать УМ в дискрете. Было проведено моделирование, макетирование, отладка ИТУНа (пришлось повозиться с устойчивостью) - в результате окончательная схема выглядит так:
Рис.35.
Печатная плата выполнена с частичным использованием SMD-компонентов, чтобы вписаться в те же габариты.
Рис.36.
В "железе" собранная плата выглядит не
такой уж загроможденной элементами
:
Рис.37.
Рис.38.
Измерения нелинейных искажений на полном сигнале дают весьма неплохую картинку.
С установкой этого УМ в сабвуфер проблем не возникло. Пока полет нормальный.
P.P.S. Возникла новая проблема: так как в этой версии усилителя нет входа "Mute", при включении сабвуфера появился весьма неприятный переходный процесс. Пришлось поработать над модернизацией схемы плавного запуска (Soft_Start). Для устранения переходного процесса был использован аналоговый ключ на основе N-MOS транзисторов, отключавший на некоторое время вход усилителя от процессора ЭМОС. Так как не было особого желания перекраивать печатную плату схемы управления, новая схема близка по схемотехнике старой. Отличия таковы: в ней изменилась полярность всех полупроводниковых приборов, заряд конденсатора в "+" идет от выходного напряжения стабилизатора "-15V".
Рис.39.
Диод D1 нужен для того, чтобы предотвратить пробой БЭ-перехода Q2 обратным напряжением при зарядке времязадающего конденсатора С1. Транзисторы Х1 и Х2 - выпаяны из неисправной материнской платы. V4 - выход ОУ Х3 (по рис.26 из статьи "ЭМОС в сабвуфере - generation next"), нумерация элементов R8, R10, C10 совпадает. Печатная плата подверглась минимальным доработкам: пришлось перерезать несколько печатных проводников и поставить пару дополнительных перемычек, а также впаять SMD диод в эмиттер Q2.
Рис.40.
Выход сабвуфера на режим происходит через 4 секунды после подачи
питания, переходный процесс - отсутствует.
