Trochę teorii z zakresu elektroniki
i elektroakustyki
Elektroakustyka jest to dziedzina nauki zajmująca się przemianą drgań akustycznych na sygnały elektryczne i odwrotnie, ich wzmacnianiem, kształtowaniem itp.
Ciśnienie akustyczne wyrażane jest różnicą między wartością chwilową ciśnienia w określonym punkcie ośrodka, w którym istnieją drgania akustyczne, a wartością średnią w stanie równowagi, równą ciśnieniu statycznemu.
Wzmacniacz jest to układ elektroniczny, w którym sygnał wyjściowy, bez zmiany kształtu, zwiększa swoją wartość (napięcia, prądu, mocy) kosztem doprowadzonej do wzmacniacza energii.
Wzmacniacz mocy jest to wzmacniacz o dużym wzmocnieniu prądowym i najczęściej małym wzmocnieniu napięciowym. Zadaniem wzmacniacza mocy jest dostarczenie do jego obciążenia odpowiedniego poziomu mocy, bez wprowadzania dodatkowych zniekształceń i szumów.
Podstawowe parametry wzmacniaczy mocy:
Współczynnik zawartości harmonicznych wyznaczany jest na podstawie pomiaru amplitud napięć o częstotliwościach harmonicznych, występujących na wyjściu wzmacniacza pobudzonego sygnałem sinusoidalnym.
Współczynnik zniekształceń intermodulacyjnych jest miarą liniowości wzmacniacza, która to liniowość jest niezbędna do wiernego przenoszenia sygnałów elektrycznych. Jego ocena polega na pomiarze amplitud napięć o częstotliwościach będących wynikiem mieszania dwóch sygnałów o różnych częstotliwościach, doprowadzonych jednocześnie do wejścia wzmacniacza.
Czułość wzmacniacza określa minimalne napięcie sygnału m.cz na wejściu wzmacniacza, niezbędne do uzyskania na jego wyjściu mocy znamionowej. Czułość określa się najczęściej dla jednej, wybranej częstotliwości sygnału m.cz (np. 1kHz).
Sprawność wzmacniacza jest to stosunek mocy oddawanej na obciążenie wzmacniacza do mocy pobieranej ze źródła zasilania. Decydujący wpływ na sprawność wzmacniacza mocy ma punkt pracy jego tranzystorów wyjściowych (klasa wzmacniacza).
Znamionowa moc wyjściowa jest to moc, którą wzmacniacz może oddać na znamionową impedancję obciążenia przy danej częstotliwości lub w danym paśmie częstotliwości, bez przekroczenia określonego współczynnika zniekształceń nieliniowych.
Muzyczna moc wyjściowa określana jest identycznie jak moc znamionowa. Różnica wynika z faktu, że moc znamionowa mierzona jest przy trwałym wysterowaniu wzmacniacza, a moc muzyczna mierzona jest przy wysterowaniu chwilowym.
Pasmo przenoszenia jest to zakres częstotliwości dla których wzmocnienie sygnału wyjściowego maleje nie więcej niż 3dB od wartości maksymalnej wzmocnienia w tym zakresie. Pasmo przenoszenia ograniczone jest dolną oraz górną częstotliwością graniczną.
Dolna częstotliwość graniczna jest to najniższa częstotliwość, dla której wartość wzmocnienia maleje o 3dB od wartości maksymalnej, w zadanym przedziale częstotliwości.
Górna częstotliwość graniczna jest to najwyższa częstotliwość, dla której wartość wzmocnienia maleje o 3dB od wartości maksymalnej, w zadanym przedziale częstotliwości.
Impedancja wejściowa wzmacniacza jest to impedancja, jaką przedstawia sobą wejście wzmacniacza dla znamionowych warunków pracy.
Impedancja wyjściowa (wewnętrzna) wzmacniacza decyduje o wartości impedancji obciążenia, które może być dołączone przy określonej sprawności wzmacniacza. Impedancja wyjściowa nie może przekraczać 1/3 znamionowej impedancji obciążenia w zakresie częstotliwości akustycznych (20Hz ÷ 20kHz).
Znamionowe napięcie wejściowe jest to takie napięcie, które podane na wejście wzmacniacza, pozwoli otrzymać na jego wyjściu moc znamionową.
Stosunek sygnał / szum jest to stosunek napięcia sygnału użytecznego do napięcia sygnałów zakłócających (szumy, przydźwięk) na wyjściu wzmacniacza.
Szum jest to zakłócenie wywołane bezwładnymi przebiegami w postaci dużej liczby przypadkowych impulsów o przypadkowym rozkładzie częstotliwości i kątów fazowych, a więc o szerokim widmie częstotliwości.
Głośnik jest to urządzenie przetwarzające energię elektryczną w energię akustyczną. Wyróżniamy głośniki nisko tonowe, średnio tonowe i wysoko tonowe.
Podstawowe parametry głośników:
Moc znamionowa jest to wartość mocy pozornej, którą głośnik może być obciążony w sposób trwały, przy której nie nastąpi jego uszkodzenie ani nie wystąpią nadmierne zniekształcenia odtwarzanego dźwięku.
Impedancja znamionowa jest to najmniejsza wartość impedancji głośnika, przy częstotliwości leżącej powyżej rezonansu mechanicznego jego układu drgającego.
Częstotliwość rezonansu mechanicznego głośnika jest to najniższa częstotliwość, przy której impedancja głośnika osiąga swoje pierwsze maksimum.
Dolna częstotliwość graniczna głośnika równa jest częstotliwości rezonansu mechanicznego głośnika. Dla głośników wysoko tonowych, częstotliwość tą określają normy przedmiotowe.
Górna częstotliwość graniczna głośnika równa jest częstotliwości, przy której ciśnienie akustyczne wytwarzane przez głośnik spada o 10dB poniżej średniej wartości ciśnienia akustycznego w środkowej części pasma przenoszenia głośnika.
Filtry są to układy o strukturze czwórnika, które przepuszczają sygnały z określonego przedziału częstotliwości, a tłumią sygnały o częstotliwościach nie należących do tego przedziału. Wyróżniamy filtry bierne, zbudowane z elementów RLC, oraz filtry aktywne czyli wzmacniacze selektywne.
Podział filtrów:
filtry dolno przepustowe charakteryzują się górną częstotliwością graniczną (odcięcia), poniżej której znajduje się pasmo przenoszenia. Częstotliwości powyżej punktu odcięcia są przez układ tłumione.
filtry górno przepustowe charakteryzuje się dolną częstotliwością graniczną (odcięcia), powyżej której znajduje się pasmo przenoszenia. Częstotliwości poniżej punktu odcięcia są przez układ tłumione.
filtry pasmowo przepustowe charakteryzuje się dwoma lub większą ilością częstotliwości granicznych. Są to rozbudowane układy filtrów, których pasmo przepustowe (lub tłumione) może się składać z kilku oddzielnych zakresów częstotliwości.
Wzmacniacze operacyjne są to wzmacniacze o bardzo dużym wzmocnieniu napięciowym. Właściwości wzmacniaczy operacyjnych są kształtowane przez zewnętrzny obwód sprzężenia zwrotnego.
Wzmacniacze selektywne są układami wzmacniającymi sygnały o określonej częstotliwości, tłumiąc zarazem sygnały o pozostałych częstotliwościach. Wzmacniacze selektywne nazywane są również filtrami aktywnymi.
Współczynnik tętnień napięcia zasilającego równy jest stosunkowi wartości skutecznej składowych zmiennych do stałej wartości napięcia lub prądu.