Параллельные динамики звучат плохо, но сериалы в порядке

Я сделал простую схему динамика. Звучит (по крайней мере, для меня) на удивление хорошо (хотя аудиофил, вероятно, громко закричит и убежит). В настоящее время я столкнулся с проблемой.

Чтобы увеличить громкость и повысить качество звука (заставить громкоговорители распределять нагрузку), я попробовал разные конфигурации для четырех громкоговорителей, распараллеливая их все, объединяя их в последовательные каналы, и параллельно два последовательных последовательных двух других. Добавление колонок в последовательном режиме имеет только хорошее влияние на качество звука, но как только я использую один из них параллельно, качество звука становится заметно более шумным / искаженным. Я не очень понимаю, почему. Что здесь происходит? Я хочу иметь возможность параллельных громкоговорителей, потому что их последовательное соединение хорошо для качества звука, но уменьшает громкость, и это является проблемой, особенно если вы хотите использовать еще больше громкоговорителей.

«Простым» решением было бы увеличение источника питания, чтобы я мог управлять им с более высокими напряжениями, но я немного боюсь этого: P, и это также оказало бы большее давление на задействованные компоненты. Использование операционного усилителя «от рельса к рельсу», возможно, могло бы немного улучшить ситуацию, но все равно будет потеря напряжения на двухтактных BJT (я полагаю), и у меня нет подходящей опоры « рельса на рельс». -Амперы доступны.

Раздражает, что это почти работает. Мне не нужно лучшее качество звука или громкость, а только то, что несколько приемлемо.

• Ссылка на несколько неточную симуляцию моей схемы

Дополнительная информация:

• Динамики бывают двух разных типов, но даже если я просто параллельно, только два идентичных динамика вызывают проблему шума / искажения (и оставляют две другие не подключенными).
• Это, вероятно, не актуально, но мой двойной источник питания состоит из двух 5-вольтовых бородавок.
• Операционный усилитель, который я использую, - это четырехкомпонентный операционный усилитель LM324AN . Это не железная дорога.
• Резистор 100 Ом (приблизительно до 220 Ом) между непосредственным выходом правого операционного усилителя и массой снижает уровень шума во всех конфигурациях. Я не знаю почему; Я просто наткнулся на это, когда я неправильно подключил кабель: p
• И кстати: я не думаю, что проблема шумов / искажений возникает из-за параллельных динамиков, потребляющих слишком большой ток, потому что громкость не влияет на это. Если бы это была текущая проблема с поставками, то более высокий объем (я думаю) сильно усугубил бы ее.
• Назначение первого операционного усилителя - центрировать вход 0 В до 5 В вокруг GND, т. Е. Выходной сигнал первого операционного усилителя составляет от -2,5 В до +2,5 В.
• Оба операционных усилителя питаются от шин +5 В -5 В. К сожалению, это не отображается на схеме.

Еще немного исследований

Окей. Поэтому я включил свой осциллограф в работу и измерял напряжение перед динамиками (после двухтактного подключения).

Вот как это выглядит с одним динамиком (и да, там много шума> 20 кГц):

Вот как это выглядит с двумя одинаковыми динамиками параллельно при прочих одинаковых обстоятельствах. Напряжение на самом деле не уменьшилось, но внизу есть странная вещь, которая должна быть шумом, который я слышу:

На следующем изображении это еще более заметно!

Кстати, второй след это просто маркер. Он не показывает землю, а земля находится примерно в середине сигнала.

Ой! Мне ужасно жаль, что схема была неправильной в одном важном моменте. У меня была обратная связь после пуш-пулов! Нравится:

================================

Еще немного исследований и решения

================================

Сначала изображение аудиосигнала на trace1 и GND на trace2 в соответствии с запросом. Похоже, это не очень смещено по DC:

Но все же было интересно взглянуть на то, как выглядели рельсы, когда звук был шумным. Это картина положительного рельса и GND. Это выглядит шумно, и это становится хуже с большим объемом:

Отрицательный рельс находится на том же уровне громкости и заметно хуже, чем положительный рельс, по крайней мере, на мой взгляд (моя медленная камера размывается!):

Первым делом я попытался добавить конденсатор емкостью 1 мкФ между выходом ОУ и заземлением, и я был очень удивлен, услышав, что шум исчез !!

Вот так выглядит отрицательная шина при том же объеме, но с добавленным конденсатором 1 мкФ:

Так что простой конденсатор на 1 мкФ решил мою проблему! Спасибо всем, мне понадобилось бы НАМНОГО больше времени, чтобы решить это без вашей помощи :)

Так выглядит синусоида после добавления конденсатора. Ммм, я могу смотреть на это весь день ...

Обновление 2016-03-09

Я заменил преобразователь уровня операционного усилителя на пленочный конденсатор с переменным током 1 мкФ и резистор 10 кОм на GND после него. Я не заметил каких-либо улучшений в качестве звука, НО я заметил, что смещение с помощью конденсатора вместо смещения уровня операционного усилителя более безопасно . Если в устройстве сдвига уровня операционного усилителя по какой-либо причине он поместит сигнал слишком высоко или слишком низко, то часть NPN или PNP двухтактного выходного каскада должна будет нести более тяжелую нагрузку, что приведет к нагреву (не хорошо! ). Итак, я сохраню конденсатор связи переменного тока.

Я также добавил индуктор для фильтрации частот ШИМ (~ 0,3 мФ), что значительно улучшило внешний вид синусоиды.

Тем не менее, даже с этими двумя улучшениями исходная проблема все еще возникает, если я удаляю крышку 0,22 мкФ между выходным выводом операционного усилителя и GND. Здесь внизу изображения, показывающие синусоидальный сигнал 440 Гц с и без этой 0,22 мкФ крышки.

Ваш усилитель имеет фиксированный выходной импеданс и конечное колебание напряжения. Чтобы получить максимальную мощность, нагрузочное сопротивление должно соответствовать выходному сопротивлению. Два параллельных динамика имеют половину полного сопротивления одного динамика. Это явно слишком мало для того, чтобы ваш усилитель работал правильно.

Возможно, ваши «настенные» расходные материалы рушатся под сильным стоком двух динамиков параллельно. Более низкое напряжение питания делает 1,5 В или около того зону нечувствительности на выходе большей частью общего, значительно увеличивая искажения. Вы не говорите, какие операционные усилители вы используете, кроме того, что они не железные дороги. Напряжение питания может падать до уровня, когда между мертвой зоной на выходе и диапазоном выходного сигнала конечного операционного усилителя остается небольшая активная область.

Кроме того, части вашей схемы не имеют смысла и могут быть легко заменены на лучший дизайн:

1. У вас есть симметричные запасы. Это хорошо. Так почему, почему вы смещаете уровень входа от земли?

   При ближайшем рассмотрении кажется, что вы сдвигаете уровень, чтобы компенсировать входной сигнал с центром около 2,5 В. Это просто глупо.

   Вы не можете слышать DC. Даже аудио "HiFi" снижается только до 20 Гц. Очевидный способ справиться со смещением входного постоянного тока - это подключить сигнал переменного тока. Избавьтесь от всякой ерунды слева от положительного входа второго операционного усилителя. Замените его последовательным колпачком на 1 мкФ, а затем резистором 10 кОм на землю.

2. Похоже, вы готовы жить с зоной нечувствительности в выходном каскаде с двумя эмиттерами, но, по крайней мере, включите ее в контур обратной связи, чтобы операционный усилитель мог попытаться компенсировать это. Все, что для этого требуется, - это подключить резистор обратной связи 10 кОм (Argh, без обозначений компонентов) к выходу всего усилителя вместо выхода операционного усилителя.

Вот ваша основная схема с исправленными очевидными точками:

Обратите внимание, что это и проще, и будет работать лучше.

Существуют способы значительно уменьшить зону нечувствительности финальной стадии. Два диода - это очень распространенный подход.

Обычно я использую еще пару транзисторов на выходном каскаде, чтобы получить усиление, равное 2. В этом случае предыдущий каскад должен работать только до ± половины диапазона питания. Это обойдется, если вам нужен операционный усилитель «от рельса к рельсу», который обычно недоступен при ± 12 В или более, на котором вы хотите их использовать.

Добавлено в ответ на следы области

У тебя даже больше проблем, чем ты думаешь.

Ваша цепь колеблется под нагрузкой, почти наверняка благодаря обратной связи через источники питания. Я должен был явно упомянуть об этом, но это то, что C3 и C4 в моей схеме предназначены для предотвращения. Попробуйте схему, которую я отправил. Он использует в основном те же детали, но должен работать лучше.

Вы также можете увидеть свидетельство мертвой зоны выходного каскада на трассировке области. Опять же, включение выходного каскада в внешний вид обратной связи поможет с этим, хотя это не исправит это.

Теперь я вижу операционный усилитель LM324. Это не хороший выбор для аудио. Я бы использовал TL07x с питанием ± 12 В как минимум. Это, вероятно, будет означать более мощные выходные транзисторы, возможно, с радиаторами.

Как только вы это заработаете, я покажу вам, как получить больше размаха напряжения и меньше зоны нечувствительности от выходного каскада, но по одной вещи за раз. Это было бы для нового вопроса в любом случае.

• И кстати. Я не думаю, что проблема шума / искажения возникает из-за параллельных динамиков, потребляющих слишком большой ток, потому что громкость не влияет на это. Если бы это была текущая проблема с поставками, то более высокий объем (я думаю) сильно усугубил бы ее.

Мне нравится, что вы применили здесь хорошую технику / логику для устранения неисправностей. К сожалению, однако, ваша логика упустила важный момент.

При управлении динамическими аудиопреобразователями (громкоговорители с магнитами и звуковыми катушками) ваш усилитель должен иметь более низкий импеданс источника, чем нагрузка, которую он возбуждает.

Величина, которую полное сопротивление источника усилителя достигает ниже импеданса нагрузки динамиков, называется « фактором демпфирования » в мире профессионального аудио в отношении к нему, касающимся способности усилителя управлять динамиком с точностью, в то время как дополнительный доступный ток (и непосредственно связанная с этим способность бороться с напряжением «провисает») борется (гасит) эффекты движущегося воздуха и внешних вибраций и т. д., пытаясь исказить движение звуковой катушки.

Чтобы эффективно запустить 4 несовпадающих динамика из выходного сигнала без использования каких-либо громкоговорителей и без значительных искажений, вам действительно необходимо добавить еще 3 конечных выходных сигнала параллельно тому, что у вас есть сейчас. Затем вы можете подключить каждый динамик к собственному выходу. Это позволит получить более высокую громкость / вольт, которую вы хотели получить, параллельно подключая колонки, избегая при этом поддувать ваш усилитель, потребляя слишком большой ток, и подавать на динамик с наименьшим импедансом, потому что большая часть мощности будет проходить через него, если динамики все параллельно на одном канале.

- - - - - - - - - - Added Schematic - - - - - - - - - -

Вот схема схемы, использующая большинство ваших существующих компонентов, сочетающая в себе низкочастотный / высокочастотный аудиовход, чтобы избавиться от смещения постоянного тока и ультразвукового шума ШИМ. Кроме того, он включает в себя параллельные выходы привода динамиков, а также развязывающие конденсаторы Олина между источниками питания и gnd, а также развязку LM324AN.

Примечание. Определенно было бы лучше управлять каждым двухтактным модулем с отдельного выхода операционного усилителя со своим собственным контуром обратной связи, но для этого потребовалось бы еще 2 LM324AN (для подачи по всем 4 секциям «окончательного вывода» используется канал 1OUT, с каждым «финальным выходом», подключенным как OpAmp 3 и 4 к 1 динамику на пару OpAmp)