звуковоспроизводящее устройство с электромеханической обратной связью

Формула изобретения

Звуковоспроизводящее устройство с электромеханической обратной связью, содержащее усилитель, подключенный к нему громкоговоритель с датчиком тока и контур отрицательной обратной связи по току звуковой катушки громкоговорителя, отличающееся тем, что в контур обратной связи между датчиком тока и входом усилителя установлены дифференциальное и интегрирующее звенья второго порядка.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к электроакустике и может быть использовано в бытовой и профессиональной аппаратуре звуковоспроизведения.

Известны громкоговорители, состоящие из электородинамичской головки и ее акустического оформления, у которых для снижения частотных и нелинейных искажений используются различные виды электромеханической обратной связи [патент Великобритании №1438724, кл. Н04K 3.00 от 9 июня 1976 г.]. Такой вид обратной связи предполагает наличие датчика какого-либо выходного параметра громкоговорителя (звукового давления, скорости или ускорения его подвижной системы), сигнал с которого используется как напряжение для создания отрицательной обратной связи.

Известные громкоговорители требуют либо специальной конструкции электродинамической головки с встроенными датчиками [М.М.Эфрусси. Громкоговорители и их применение. М.: "Энергия", 1976, с.129], либо использования схем выделения электрического сигнала, пропорционального скорости (перемещению, ускорению) подвижной системы [Электродинамическая обратная связь в акустических системах. Ю.Митрофанов, А.Пикерсгиль. "Радио", 1970, №5, с.25-26]. Первый способ не позволяет использовать серийные головки, а при втором способе необходима довольно сложная индивидуальная настойка громкоговорителя, к тому же критичная к изменению активного сопротивления его звуковой катушки при нагреве во время работы.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является устройство звуковоспроизведения по авторскому свидетельству СССР №1646080 "Устройство звуковоспроизведения". Указанное устройство содержит датчик тока звуковой катушки, сигнал которого через последовательно соединенные пропорционально-дифференцирующие и колебательные звенья, а так же потенциометр, подается на неинвертирующий вход дифференциального усилителя мощности. Целью такого решения является повышение качества воспроизведения в области низкочастотного диапазона в области основного резонанса электродинамической головки и практически не затрагивает остального диапазона воспроизводимых частот.

Технический результат заключается в уменьшении частотных и нелинейных искажений звуковоспроизводящего устройства во всем диапазоне воспроизводимых частот.

Указанный технический результат достигается тем, что в цепи отрицательной обратной связи по току звуковой катушки между датчиком ее тока и входом усилителя установлены дифференциальное и интегрирующее звенья второго порядка.

Принцип действия предлагаемого звуковоспроизводящего устройства с электромеханической обратной связью может быть описан с помощью передаточных функций составляющих его звеньев. Передаточная функция электродинамической головки по ускорению ее подвижной системы, создающей звуковое давление, имеет вид [А.с. №1646080 СССР - Устройство звуковоспроизведения. / В.П.Кузнецов, С.Н.Гринфельд. Опубл. 30.04.91]

где А(p) - ускорение подвижной системы головки; U(p) - подводимое к звуковой катушке напряжение; L и R - соответственно индуктивность и активное сопротивление этой катушки; m - масса подвижной системы головки; s - механическая жесткость ее подвески; q - механическое сопротивление движению; В - индукция в зазоре магнитной системы; l - рабочая длина проводника звуковой катушки.

Ускорение подвижной системы А(p) является главным выходным параметром громкоговорителя, который создает звуковое давление, развиваемое громкоговорителем. Для установления связи между ускорением и током звуковой катушки, преобразуем выражение (1) к виду

Из этого выражения можно определить ток звуковой катушки, который предлагается принять как сигнал, несущий информацию об ускорении подвижной системы

Если последовательно со звуковой катушки включить датчик тока (шунт) с сопротивлением R_ш, то падение напряжения на нем от тока звуковой катушки будет

Полученное напряжение после обработки звеном с передаточной функцией W_ос(p) позволяет получить сигнал, пропорциональный ускорению А(p) подвижной системы электродинамической головки. Требуемый вид передаточной функции звена W_ос(p) может быть определен из отношения его входного сигнала U_ш(p) к выходному, который должен представлять желаемое значение ускорения А(p)

Подставляя сюда значения U_ш (p) из (4) и А(p) из (1), после упрощающих преобразований, получим:

В полученное выражение не входит активное сопротивление звуковой катушки R. Следовательно, параметры и настройки схемы не будут зависеть от изменения этой величины вследствие прогрева.

Выражение (6) показывает, что требуемая функция W _ос(p) может быть реализована последовательным соединением типовых звеньев - дифференцирующего и интегрирующего звенев второго порядка [Н.Н.Иващенко. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. М.: "Машиностроение", 1978, с.302.].

На фиг.1, 2, 3 и 4 изображены структурные схемы, иллюстрирующие приведенные выше выкладки.

Передаточной функции электродинамической головки по выражению (1) соответствует схема на фиг.1. Здесь представлены звенья, составляющие ее передаточную функцию: 1 - звено, представляющее звуковую катушку электродинамической головки; 2 - звено, выражающее электромеханическую связь между током звуковой катушки и ускорением подвижной системы головки; 3 - звено, отражающее внутреннюю обратную связь по э.д.с., возникающей при пересечении витков катушки поля магнитной системы головки.

На фиг.2 представлена преобразованная структурная схема электродинамической головки в соответствии с выражением (2). Она состоит из тех же звеньев, что и схема на фиг.1, но выходной величиной здесь представлен ток звуковой катушки таким образом, чтобы к выходу можно подключить шунт 4, являющийся датчиком сигнала обратной связи.

На фиг.3 представлена структурная схема выделения и обработки сигнала обратной связи, пропорционального ускорению подвижной системы электродинамической головки. Звеном 5 представлена передаточная функция головки по току в соответствии с выражением (2). К выходу этого звена подключен шунт (4). Падение напряжения с этого шунта подается на звено 6, которое преобразует это падение в сигнал, пропорциональный ускорению подвижной системы в соответствии с выражением (6).

Полная структурная схема предлагаемого звуковоспроизводящего устройства с электромеханической обратной связью приведена на фиг.4. Схема состоит из электродинамической головки 8, которая подключена к выходу усилителя мощности 7. Последовательно с головкой включен шунт 4, соединенный с входом звена обработки сигнала обратной связи 9. Между выходом этого звена и инвертирующим входом усилителя мощности 7 установлен регулятор глубины обратной связи 10.

Устройство работает следующим образом. При подаче на неинвертирующий вход усилителя сигнала в цепи звуковой катушки электродинамической головки 8 возникает ток, создающий пропорциональное падение напряжения на шунте 4. Это напряжение преобразуется звеном обработки сигнала обратной связи 9 и через регулятор 10 поступает на инвертирующий вход усилителя мощности 7. Регулятором 10 производится настройка глубины электромеханической обратной связи исходя из конкретного значения коэффициента усиления усилителя 7.