Но вот, наконец, позади недели
(а может быть, и месяцы) кропотливого труда. И
настал долгожданный день. Усилитель заработал, и
притом именно так, как и должен был заработать, -отлично.
Очень скоро вы убедитесь, что при самом
придирчивом отношении к усилителю нельзя
предъявить никаких претензий: все параметры, на
которые он рассчитан, полностью реализованы.
Но означает ли это, что
действительно достигнут предел возможного и что
уже ничего нельзя изменить к лучшему? Отнюдь нет.
В деле совершенствования любого радиоаппарата
пределов быть не может, особенно для настоящих
радиолюбителей - людей пытливых и творческих. И
здесь можно наметить несколько направлений.
Первое заключено в дальнейшем
совершенствовании самого усилителя. Следует
отметить, что улучшить показатели того
усилителя, который вы изготовили по приведенным
описаниям, вряд ли удастся: если вы тщательно и
добросовестно проделали все, что было
рекомендовано по изготовлению трансформаторов,
подбору деталей и особенно по регулировке и
измерениям, то значит, что из усилителя
"выжато" все до последней капли.
Модернизация усилителя не
только возможна. Но и вполне оправдана, особенно
если вы выбрали для начала один из упрощенных
вариантов, например, не вводили в конструкцию
кланг-регистр, или ограничились двумя
регуляторами тембра вместо четырех. Теперь самое
время ввести эти "излишества" в ваш
усилитель.
Вполне допустимо заменить
оконечные лампы более мощными, если вам удалось,
наконец, их приобрести или если выходная
мощность вашего усилителя кажется
недостаточной. А может быть, вначале, для пробы,
вы ограничились изготовлением одноканального
варианта, так что переход к стереофонии -
очередная задача.
Другой путь состоит в отказе
от одноканальной схемы усиления и
звуковоспроизведения и переходу на
многоканальную (для начала -двухканальную). Мы
уже говорили, что при полосе пропускания всего
тракта от 20 Гц до 20 кГц "перекрытие
диапазона" составляет 1:1000. Это очень большая,
просто огромная величина. Вспомните для
сравнения, что в любом всеволновом
радиоприемнике весь радиовещательный диапазон
(он находится в пределах от 150 кГц на длинных
волнах и до 100 МГц на УКВ) составляет по
перекрытию меньшую величину, всего 1:666. И тем не
менее этот диапазон разбит как минимум на четыре
отдельных диапазона: ДВ, СВ, KB и УКВ. При этом
следует учитывать, что значительная часть этого
диапазона (от 20 до 64 МГц) вообще не используется
для вещания. Такая разбивка на поддиапазоны
вызвана тем, что слишком уж разные условия работы
приемной части схемы на различных частотах.
В низкочастотном усилителе
действуют те же законы, но есть Своя специфика
усиления на разных частотах. Достаточно указать
на один факт: индуктивное сопротивление
первичной обмотки выходного трансформатора с
индуктивностью L = 40 Гн на частоте 20 Гц составляет
5 кОм, а на другом краю рабочего диапазона
(частоте 20 кГц) - уже 5 МОм! Разница, заметьте, в
100000%! А мы хотим, чтобы этот трансформатор
одинаково работал на всех частотах.
То же относится и к влиянию
различных паразитных (точнее сказать -
неизбежных) емкостей монтажа, полей рассеяния
трансформаторов, межэлектродных емкостей ламп.
Если в нижней части рабочего диапазона (от 1000 Гц и
ниже) их влияние практически неощутимо, то на
частотах выше 10 кГц они становятся полноправными
и безраздельными "хозяевами" схемы,
создавая непредсказуемые положительные и
отрицательные обратные связи, которые могут
полностью нарушить нормальную работу усилителя
и даже превратить его в генератор.
И здесь просматривается
только одно решение: разделить весь
низкочастотный спектр по меньшей мере на два и
обработку каждой части спектра поручить
отдельным усилителям. Мы же говорим об этом,
предполагая, что радиолюбитель, собравший один
из описанных здесь усилителей, в дальнейшем
сможет использовать его в качестве
низкочастотного, а для работы с верхним участком
спектра построить дополнительный,
высокочастотный канал, нагруженный на свои
дополнительные выносные громкоговорители.
Но самое увлекательное и
неизведанное поджидает пытливых и
любознательных радиолюбителей на третьем пути -
пути, которому в основном и посвящена эта глава.
Это связано с тем, что УЗЧ и акустическая система,
на которую он работает, не два отдельных
устройства, а одна единая система, звенья которой
связаны между собой неразрывно, как два смежных
каскада в схеме усилителя.
Любой УЗЧ вырабатывает на
выходе сигнал с определенными заранее
параметрами, на которые подключаемая
акустическая система в идеальном случае вообще
никак не влияет, а в худшем случае снижает КПД
усилителя и увеличивает нелинейные искажения
при неоптимальном согласовании.
В свою очередь, ни один
усилитель не может повлиять на полосу
воспроизводимых акустической системой частот,
ее неравномерность и нелинейные искажения,
создаваемые излучателями. Если представить себе
комплекс усилитель + акустическая система как
единую систему, то окажется возможным
осуществить их взаимное влияние, охватив всю
систему цепью отрицательных и положительных
обратных связей с определенными заданными
параметрами. В чем же "изюминка" этой идеи?
Для ответа на этот вопрос придется снова
вернуться к теории.
Известно, что любой
громкоговоритель представляет собой
электромеханическую систему, электрическая
часть которой определяется индуктивностью
звуковой катушки, ее активным сопротивлением и
параметрами магнитного поля, в зазоре которого
катушка перемещается. Механическая часть
системы характеризуется массой диффузора,
жесткостью его подвески, инерцией всей подвижной
системы, площадью излучения диффузора.
Дополнительное и весьма существенное влияние на
механические характеристики акустической
системы оказывают форма и размеры футляра,
являющегося экраном, предотвращающим или
снижающим степень "акустического короткого
замыкания" между фронтальной и тыльной
сторонами диффузора излучателя.
Некоторые из этих параметров
неизменны и заложены в конструкции излучателя
(например, активное сопротивление катушки,
механическая масса диффузора, жесткость его
подвески и т.п.). Другие могут непрерывно меняться
в процессе работы громкоговорителя (например,
индуктивность катушки, ее реактивное
сопротивление). Кроме того, вся система имеет
множественные собственные электрические и
механические резонансы, проявляющиеся в разной
степени на разных частотах, которые могут быть
присущи как данному типу излучателей, так и
конкретному экземпляру.
Эти факторы делают частотную
характеристику излучения по звуковому давлению
в значительной мере непредсказуемой и
неравномерной. Кроме того, не следует забывать,
что громкоговоритель представляет собой
нелинейную систему, в которой форма протекающего
через катушку тока звуковой частоты значительно
отличается от формы приложенного к ней
напряжения. А ведь именно от формы и значения
этого тока зависят механические колебания
диффузора. Поэтому как бы мы ни старались
линеаризовать форму приложенного к
громкоговорителю напряжения, форма тока в
катушке нам неподвластна.
Совсем иное дело, если мы имеем
напряжение, форма которого в точности повторяет
форму тока в катушке. Тогда это напряжение в виде
отрицательной обратной связи можно было ввести в
схему усилителя и таким образом воздействовать
на процесс механических колебаний диффузора,
устраняя выбросы и провалы в частотной
характеристике излучения.
К счастью, такая возможность
существует. Для ее реализации достаточно
включить последовательно с громкоговорителем со
стороны его заземленного конца активное
безындукционное (непроволочное) сопротивление,
составляющее 3...5% от полного сопротивления
звуковой катушки. Для четырехомного
громкоговорителя это составит 0,15...0,2 Ом.
Возможно, что найти такой резистор окажется
непросто. В этом случае его можно заменить
небольшим отрезком высокоомного провода из
константана, нихрома, манганина.
При работе громкоговорителя
через этот резистор будет протекать точно такой
же ток, что и через звуковую катушку, и,
следовательно, на нем будет падать напряжение,
форма которого в точности повторяет форму тока,
что нам и требовалось. Это напряжение обратной
связи необходимо вернуть в усилитель отдельной
независимой двухпроводной линией и подать на
вход оконечного каскада, предварительно
сформировав с помощью специального
дополнительного широкополосного усилительного
каскада нужную величину и полярность сигнала
обратной связи. Использовать в качестве нулевого
провода тот, что идет от выходного
трансформатора к динамикам, недопустимо, так как
его активное сопротивление при достаточно
длинной соединительной линии (2...5 м) соизмеримо с
сопротивлением добавочного резистора.
Это общее описание физики
процесса. Но мы не станем приводить подробные
данные о его схемной реализации. Пусть каждый,
кто захочет поэкспериментировать в этом совсем
новом направлении, найдет свое решение.
В конце концов, цель этой книги
не просто описать конкретный усилитель для
повторения, а побудить радиолюбителей к
творческому поиску, привить вкус к серьезной
исследовательской работе, результаты которой
принесут неизмеримо больше радости, чем
возможность послушать высококачественное
звучание усилителя, пусть даже и созданного
своими руками.
Но чтобы читатель не подумал,
что это направление не более чем красивый
теоретический изыск, сообщаем, что на одном из
описанных в книге усилителей (неважно каком).
Автором использовался описанный способ
получения электрической обратной связи между
группой громкоговорителей и оконечным каскадом
УЗЧ дал превосходные результаты. На рис.
приведены две частотные характеристики этой
акустической системы по звуковому давлению,
полученные при испытаниях, проводившихся в
электроакустической лаборатории МТУСИ. На
рисунке сплошной линией изображена частотная
характеристика акустической системы без
обратной связи, штриховой - с обратной связью.
Результаты не требуют комментариев.
