低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器。方案、说明

低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器。无线电电子电气工程百科全书

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扬声器的声学设计可以被认为是一个高频滤波器，因此不仅在低频区域（每倍频程从 12 到 24 dB）的幅频特性（AFC）下降，而且相频特性（PFC）也有相应的变化。根据声学设计中低音扬声器的品质因数，频率响应中可能会出现一个峰值（在声学设计 fc 中头部的共振频率处高达 6 ... 8 dB），这会导致“咕哝”的声音。

使用相对于扬声器的频率响应具有“镜像”特性的特殊校正器，不仅可以扩大低音区域的频率范围并消除“嗡嗡声”，还可以校正相位响应，从而对扬声器产生有利的影响。声音再现的保真度。声学系统 (AS) 的等效品质因数变得接近最优，等于 0,71。

Linkwitz 频率响应校正器（图 1）是一个反相放大器，由频率相关的 OOS 覆盖，在输入端和 OS 电路中使用两个双不完整 T 桥。输入 T 桥被调谐到频率 fc，在 OS 电路中 - 到频率 (0,25 ... 0,5) fc。

低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器
图。1。 Linkwitz 频率响应校正器

选择 T 桥的元件，以便校正 RC 电路的时间常数

τ1 = R1*C2 = R5*C3；
τ2 = R2*С1 = R4*С4

是平等的。 LF 区域的增益由比率 K 确定_如果 = R4/R2。根据声学设计中低音扬声器的品质因数，K 值_如果在 4,5 ... 15 范围内变化。

显然，当使用校正器时，UMZCH 必须具有适当的过载裕度。 T 桥的品质因数取决于电阻器 R1 和 R5。表 1 给出了带有相位逆变器 (FI) 的声学系统中头部品质因数的某些值的校正器元件参数。

表1
带 FI (fc=80 Hz) 扬声器的头部品质因数	R1(R5), ķ	R2(R3), ķ	R4(R6), ķ	C1 ФФ	C2(C3), ФФ	C4 ФФ	较低的交流频率，Hz (-ZdB)
1,0	18,0	12,2	54,1	566	47	128	0,48*fs
1,2	8,83	13,2	68,6	482	47	108	0,48*fs
1,4	2,32	14,0	61,9	432	47	97,5	0,48*fs
1,6	2,12	12,2	71,5	569	47	96,8	0,41*fs
1,8	2,65	23,8	169	318	22	44,7	0,38*fs
2,0	2,31	21,5	188	391	22	44,5	0,34*fs
2,5	2,79	16,7	242	646	22	44,5	0,26*fs

RC 元件的额定值必须以±1% 的精度选择。最后一列给出了均衡扬声器的较低频率（相对于头部共振频率 fs）。对于频率 fc 的其他值，重新计算电容器 C1 ... C4 的电容。例如，电容 C1 为：

C1' = C1*80 / fc

其余容器以相同方式计算。相反，您可以保持电容不变，并重新计算电阻器 R1 ... R6 的值。

对于 1,6 或更高的磁头品质因数，校正器特性在 20 ... 30 Hz 的频率上有显着提高。为了避免 UMZCH 在次低频过载，建议在其输入端放置一个额外的一阶 RC 滤波器，截止频率为 30 Hz。

要了解校正器的操作，请考虑双 T 形桥的特性（图 2a）。

低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器。双T桥
图 2.a. 双T桥

它是一个频率为 f0 的陷波滤波器：

f0=1 / 2πRC 。

当在高阻负载上运行时，这种滤波器的抑制深度（频率抑制 f0）达到 50 dB。不完整的双 T 桥（图 2b）具有相同的调谐频率，但滤波器品质因数要低得多，陷波深度仅为 10 dB。

低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器。不完整的双T桥
图 2.b. 不完整的双T桥

不完整电桥的优点是它允许您通过仅改变一个电容 Cx 来调整滤波器调谐频率。不完全双 T 桥的调谐频率由下式确定：

f = f0 * n^1/2, n = 2 * Cx/C。

对于某些 n 值，不完全双 T 桥的拒绝深度如表 2 所示。

表2
n 0,1 0,125 0,25 0,5 1,0 2 3 4 5 10
抑制深度，dB 1,5 2,0 3,5 6,0 10 14 17 19 21 26

Linkwitz 频率响应校正器主要用于封闭声学系统，但也可以与相位逆变器结合使用。

确定品质因数 AC Q_TS 而谐振频率 fc 将需要任何驻极体麦克风（例如，IEC-3）和一个在 10 到 10000 Hz 范围内具有平滑频率响应的前置放大器。

谐振频率 fc 可以如下确定，精度为 10...15%。扬声器箱体是通过紧紧关闭反相器孔来密封的。麦克风放置在离低频头的扩散器很近的地方（距离为 2 ... 2 mm），偏离其中心轴的扩散器半径为 3/0,1。向扬声器提供功率为 0,5 ... 20 W 的信号。来自放大器输出的信号由电压表和示波器控制。通过改变发生器的频率，扬声器的频率响应建立在 500 到 XNUMX Hz 之间。

他们确信在 fc 区域的频率响应中存在一个驼峰，并且特征衰减具有 12 dB / oct 的陡度。低于这个频率。

拆下低频磁头，确定其在自由空间的主谐振频率 fs 和总品质因数 Q_ts，例如，根据[2]中描述的方法。之后，扬声器的品质因数由以下公式确定：

Q_TS = Q_ts * fc / fs 。

Q 校正器的频率响应和相位响应类型_TS = 1,0 如图 3 所示，Q 的频率响应_TS = 1,4; 1,8; 2,5 - 分别在图 4 ... 6 中。

低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器
图3。

低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器
图4。

低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器
图5。

低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器
图6。

用于双通道校正器的尺寸为 45x49 mm 的印刷电路板的图纸如图 7 所示，组装图 - 在图 8 中。该板提供了安装非极性电源去耦电容器的位置（图中未显示）。 K544UD1 或 KR140UD608 类型的芯片可用作运算放大器。

低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器。双通道校正器的印刷电路板
图 7。双通道校正器的印刷电路板

低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器。装配图纸
图 8。装配图纸

鉴于校正器在 30...40 Hz 的频率下可以具有 10 到 15 dB（3...5 倍）的增益，当用于低功率放大器时，将导致其过载和严重的信号限制，有必要采取措施减少能见度失真。为此，最近越来越多地使用信号限制器（limiters）[3,4, XNUMX]。

自适应限制器的一个可能版本如图 9 所示。在电阻器 R4 和 R5 的帮助下，实现了信号的平滑对称削波，在 2 ... 3 倍输入过载时不会达到硬限制。由于输入分压器连接到 UMZCH 电源，即使电源电压发生变化，也将保持平滑限制。

低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器。自适应限制器
图 9。自适应限制器

限幅器响应的平滑度取决于二极管的数量，并且在一定程度上取决于输入电阻（电阻值越大，二极管越少，限幅特性越严格）。希望选择具有相似特性的二极管。

尺寸为 52x34 mm 的限制器的印刷电路板图如图 10 所示，组装图 - 图 11。作为 VT1 和 VT2，您可以使用 KT502E、KT503E、VT3 和 VT4 等晶体管 - 任何低功率互补晶体管，例如 KT3102、KT3107。二极管 - 任何低功率，硅和锗。

低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器。限幅器电路板
图 10。限幅器电路板

低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器。装配图纸
图 11。装配图纸

与“硬”限幅相比，使用限幅器时，信号频谱富含低阶谐波。然而，在这种情况下，在信号的峰值处，中频和高频分量显着减少，并增加了奇次谐波。

为了减少这种影响，开发了一种与限制器相结合的校正器（图 12）。

低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器。校正器与限制器相结合
图 12。校正器与限制器相结合

为了增加限制的平滑度，不是增加二极管的数量，而是引入了电阻R22和R23，并为了减少对中高频分量的限制，在分压器R13-R15（R14- R16)。频率为 30 Hz (700 mV) 和 1 kHz (175 mV) 的信号波形图分别显示在图 13 和 14 中。

低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器
图13。

低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器
图14。

在图 14 的波形图中，与图 13 相比，频率为 1 kHz 的信号的抑制明显较小，但已经出现了相位失真。因此，必须在信号的 MF 和 HF 分量的保留程度与额外的相位失真之间找到折衷。

该装置的印刷电路板尺寸为 55x75 mm，如图 15 所示，装配图如图 16 所示。

低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器。校正器印刷电路板与限幅器组合
图 15。校正器印刷电路板与限幅器组合

低功耗 UMZCH 中的 Linkwitz 频率响应校正器。装配图纸
图 16。装配图纸

文学

一、阿列克谢耶夫。关于小型声学系统的频率特性失真和“深沉的低音”。 - 无线电爱好，2000，N5，第 59 页。
I.Aldoshina，A.Voishvilo。高品质的声学系统和发射器。 - M.：无线电和通信，1985 年。
A.彼得罗夫。晶体管 UMZCH 正在走向完美。 - 业余无线电，1999，N5，S.18。
S.Ageev。超线性UMZCH，深度环保。 - 电台，1999，N11，S. 14。

作者：A. Petrov，莫吉廖夫；出版：radioradar.net

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