Gli altoparlanti paralleli suonano male, ma le serie vanno bene

Ho realizzato un semplice circuito di altoparlanti. Sembra (almeno per me) sorprendentemente buono (anche se un audiofilo probabilmente urlava ad alta voce e scappava). Attualmente ho riscontrato un problema.

Per aumentare il volume e aumentare la qualità audio (fare in modo che gli altoparlanti condividano l'onere), ho provato diverse configurazioni per quattro altoparlanti, mettendoli in parallelo tutti, serializzandoli e due paralleli in serie dagli altri due. L'aggiunta di altoparlanti in seriale ha solo un buon effetto sulla qualità audio, ma non appena uso uno di essi in parallelo, la qualità audio diventa notevolmente più rumorosa / distorta. Non capisco davvero perché. Cosa sta succedendo? Voglio essere in grado di mettere in parallelo gli altoparlanti perché la loro serializzazione è buona per la qualità audio, ma riduce il volume e questo è un problema, soprattutto se si desidera utilizzare ancora più altoparlanti.

Una soluzione "semplice" sarebbe quella di aumentare l'alimentazione in modo che io possa guidarli con tensioni più elevate, ma ne ho un po 'paura: P e farebbe anche più pressione sui componenti coinvolti. L'uso di un amplificatore operazionale rail-to-rail potrebbe forse migliorare un po 'la situazione, ma ci sarà comunque una perdita di tensione tra i BJT push-pull (immagino), e non ho alcun binario rail-to-rail adatto -amps disponibili.

È fastidioso che quasi funzioni . Non ho bisogno della migliore qualità del suono o del volume, ma solo qualcosa che è in qualche modo accettabile.

• Collegamento a una simulazione alquanto imprecisa del mio circuito

Informazioni aggiuntive:

• I diffusori sono di due tipi diversi, ma anche se ho solo parallelo due diffusori identici si presenta il problema del rumore / distorsione (e lascia gli altri due scollegati).
• Probabilmente non è rilevante, ma la mia doppia alimentazione è costituita da due verruche da parete a 5 V.
• L'amplificatore operazionale che sto usando è l'amplificatore operazionale quad LM324AN . Non è rail-to-rail.
• Una resistenza da 100 (a circa 220) ohm tra l'uscita immediata dell'amplificatore operazionale destro e la massa riduce il rumore in tutte le configurazioni. Non so perché; Mi sono appena imbattuto in questo quando ho collegato un cavo in modo errato: p
• E a proposito: non penso che il problema del rumore / distorsione provenga da altoparlanti paralleli che assorbono troppa corrente, perché il volume non ha / un piccolo effetto su di esso. Era un problema di approvvigionamento attuale, quindi un volume più elevato (penso) lo peggiorerebbe molto.
• Lo scopo del primo amplificatore operazionale è di centrare l'ingresso da 0 V a 5 V attorno a GND, ovvero l'uscita dal primo amplificatore operazionale va da -2,5 V a +2,5 V.
• Entrambi gli amplificatori operazionali sono forniti dalle guide +5 V -5 V. Sfortunatamente, ciò non viene mostrato nello schema.

Qualche altra ricerca

Okey. Quindi ho messo in azione il mio oscilloscopio e ho sondato la tensione prima degli altoparlanti (dopo il push-pull).

Ecco come si presenta con un solo altoparlante (e sì, c'è molto rumore> 20 kHz):

Ecco come appare con due altoparlanti identici in parallelo, altrimenti nelle stesse circostanze. La tensione in realtà non è diminuita, ma in fondo c'è questa strana cosa che deve essere il rumore che sento:

Nell'immagine seguente è ancora più evidente !:

A proposito, la seconda traccia è solo un marcatore. Non mostra terra e terra si trova approssimativamente nel mezzo della forma d'onda.

Oh! Mi dispiace terribilmente che lo schema sia sbagliato su un punto cruciale. Ho avuto il feedback dopo i push-pull! Come questo:

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Qualche ulteriore ricerca e la soluzione

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Innanzitutto un'immagine del segnale audio su trace1 e GND su trace2 come richiesto. Non sembra essere molto di parte DC:

Ma era comunque interessante dare un'occhiata a come apparivano le rotaie quando l'audio era rumoroso. Questa è la foto della guida positiva e di GND. Sembra rumoroso e peggiora con un volume maggiore:

Il binario negativo ha lo stesso volume ed è notevolmente peggiore del binario positivo, almeno per i miei occhi (la mia fotocamera lenta si sfoca!):

La prima cosa che ho provato è stata l'aggiunta di un condensatore da 1 µF tra l'uscita dell'amplificatore operazionale e la terra, e sono rimasto piuttosto sorpreso nel sentire che il rumore è scomparso !!

Ecco come appare la guida negativa allo stesso volume, ma con il condensatore da 1 µF aggiunto:

Quindi quel semplice condensatore da 1 µF ha risolto il mio problema! Grazie a tutti, ci sarebbe voluto molto più tempo per risolverlo senza il tuo aiuto :)

Ecco come appare un'onda sinusale dopo l'aggiunta del condensatore. Mmm, posso fissarlo tutto il giorno ...:

Aggiornamento 09-03-2016

Ho sostituito il cambio di livello Opamp con un condensatore a pellicola di accoppiamento 1uF AC e una resistenza da 10k ohm a GND dopo di esso. Non ho notato alcun miglioramento della qualità del suono, ma ho notato che la polarizzazione con un condensatore anziché il cambio di livello opamp è più sicura . Con il variatore di livello opamp se, per qualsiasi motivo, posizionasse il segnale troppo alto o troppo basso, la parte NPN o PNP dello stadio di uscita push-pull dovrebbe trasportare un carico più pesante con conseguente riscaldamento (non buono! ). Quindi, terrò il condensatore di accoppiamento CA.

Ho anche aggiunto un induttore per filtrare le frequenze PWM (~ 0.3mF), migliorando notevolmente l'aspetto della curva sinusoidale.

Tuttavia, anche con questi due miglioramenti, il problema originale si presenta ancora se rimuovo il tappo da 0,22 uF tra il pin di uscita opamp e GND. Qui sotto ci sono immagini che mostrano un'onda sinusoidale a 440Hz con e senza quel limite di 0,22uF.

L'amplificatore ha un'impedenza di uscita fissa e un'oscillazione di tensione finita. Per ottenere la massima potenza da esso, l'impedenza di carico deve corrispondere all'impedenza di uscita. Due altoparlanti in parallelo hanno la metà dell'impedenza di un altoparlante. Apparentemente è troppo basso perché l'amplificatore funzioni correttamente.

Probabilmente i tuoi rifornimenti "wallwart" stanno collassando sotto il pesante drenaggio di due altoparlanti in parallelo. La tensione di alimentazione più bassa rende la banda morta di circa 1,5 V in uscita una frazione maggiore della distorsione complessiva, aumentando significativamente. Non dici che tipo di opamp stai usando, tranne che non sono rail to rail. La tensione di alimentazione potrebbe collassare al punto in cui è rimasta una piccola regione attiva tra la banda morta nell'uscita e l'intervallo di uscita dell'opamp finale.

Inoltre, parti del circuito non hanno senso e potrebbero essere facilmente sostituite da un design migliore:

1. Hai ± forniture simmetriche. Quello è buono. Allora perché, perché stai spostando il livello di input lontano dal centro?

   Ad un esame più attento, sembra che tu stia spostando il livello per compensare il segnale in ingresso centrato intorno a 2,5 V. Questo è semplicemente stupido.

   Non puoi sentire DC. Anche l'audio "HiFi" scende solo a 20 Hz. Il modo più ovvio per gestire gli offset DC in ingresso è accoppiare il segnale in CA. Sbarazzati di tutte le sciocchezze a sinistra dell'ingresso positivo del secondo opamp. Sostituirlo con un tappo da 1 µF in serie seguito da una resistenza da 10 kΩ a terra.

2. Sembra che tu sia disposto a convivere con la banda morta nello stadio di uscita del follower a doppio emettitore, ma almeno includilo nel circuito di feedback in modo che l'opamp possa provare a compensarlo. Tutto ciò che richiede è collegare la resistenza di feedback da 10 kΩ (Argh, nessun componente designatore) all'uscita dell'intero amplificatore anziché all'uscita dell'opamp.

Ecco il tuo circuito di base con i punti ovvi sopra menzionati fissi:

Nota che questo è sia più semplice che funzionerà meglio.

Ci sono modi per ridurre significativamente la banda morta della fase finale. Due diodi è un approccio molto comune.

Quello che faccio di solito è usare un paio di transistor in più nello stadio di uscita per ottenere un guadagno di 2. Lo stadio precedente deve solo guidare a ± metà dell'intervallo di alimentazione. Ciò aggira la necessità di un opamp rail to rail, che generalmente non è disponibile a ± 12 V o più in cui si desidera eseguirli.

Aggiunto in risposta alle tracce dell'ambito

Hai ancora più problemi di quanto pensi.

Il tuo circuito oscilla sotto carico, quasi certamente restituendo gli alimentatori. Avrei dovuto menzionarlo esplicitamente, ma è ciò che C3 e C4 nel mio circuito intendono impedire. Prova il circuito che ho pubblicato. Utilizza principalmente le stesse parti ma dovrebbe funzionare meglio.

È inoltre possibile visualizzare l'evidenza della banda morta dello stadio di output sulla traccia dell'ambito. Anche in questo caso, incluso lo stadio di output nell'aspetto del feedback aiuterà in questo, anche se non lo risolverà.

Ora vedo che l'opamp è un LM324. Questa non è una buona scelta per l'audio. Userei un TL07x con un'alimentazione di ± 12 V almeno. Ciò significherà probabilmente transistor di uscita più robusti, possibilmente con dissipatori di calore.

Una volta che questo funziona, posso mostrarti come ottenere più oscillazione di tensione e meno banda morta dallo stadio di uscita, ma una cosa alla volta. Sarebbe comunque per una nuova domanda.

• E a proposito. Non credo che il problema del rumore / distorsione derivi dal fatto che i diffusori in parallelo assorbono troppa corrente perché il volume non ha alcun effetto su di esso. Era un problema di approvvigionamento attuale, quindi un volume più elevato (penso) lo peggiorerebbe molto.

Mi piace che tu abbia applicato una buona tecnica / logica di risoluzione dei problemi elettrici qui. Sfortunatamente, tuttavia, la tua logica ha perso un punto saliente.

Quando si guidano trasduttori audio dinamici (altoparlanti con magneti e bobine vocali), l'amplificatore deve avere un valore inferiore un'impedenza di sorgente rispetto al carico che sta guidando.

La quantità che l'impedenza della sorgente dell'amplificatore raggiunge al di sotto dell'impedenza di carico degli altoparlanti viene chiamata " fattore di smorzamento " nel mondo dell'audio professionale in riferimento ad esso in relazione alla capacità dell'amplificatore di guidare l'altoparlante con precisione mentre la corrente extra disponibile (e direttamente la relativa capacità di combattere i "cedimenti" di tensione combatte (smorza) gli effetti dell'aria in movimento e delle vibrazioni esterne, ecc., cercando di distorcere il movimento della bobina.

Per far funzionare in modo efficace 4 altoparlanti non corrispondenti dalla tua uscita senza friggere alcun altoparlante e senza causare cattive distorsioni, dovrai davvero aggiungere altri 3 righi di uscita finali in parallelo a quello che hai ora. Quindi, è possibile collegare ciascun diffusore alla propria uscita. Ciò consentirà di ottenere la capacità volume / volt più elevata che si desidera ottenere parallelizzando gli altoparlanti, evitando di soffiare l'amplificatore assorbendo troppa corrente e soffiando l'altoparlante con l'impedenza più bassa perché la maggior parte della potenza fluirebbe attraverso di esso se gli altoparlanti fossero tutti in parallelo su un canale.

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

Ecco uno schema di un circuito, che utilizza la maggior parte dei componenti esistenti, combinando passa-basso / passa-alto sull'ingresso audio per eliminare l'offset CC e il rumore ultrasonico PWM. Inoltre, include uscite per unità di altoparlanti parallele, insieme ai condensatori di disaccoppiamento di Olin tra alimentatori e gnd, oltre a disaccoppiare LM324AN.

Nota: sarebbe sicuramente meglio guidare ciascuna unità push / pull da un'uscita opamp separata, con il proprio loop di feedback, ma ciò richiederebbe altri 2 LM324AN (il filo usa il feed da 1OUT per eseguire tutte e 4 le sezioni "final out", con ogni "uscita finale" cablata come altoparlanti OpAmps 3 e 4 a 1 per coppia OpAmp)