УНИВЕРСАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ СИГНАЛОВ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ

Область техники
Полезная модель относится к звукоусилительной технике, в частности, к усилителям мощности сигналов звуковой частоты, выполненных по монолитной, дискретной или смешанной технологиям.
Цель полезной модели - повышение качества звучания двухканальной системы воспроизведения в помещениях большого объема.
Поставленная цель достигается путем изменения схемы подключения громкоговорителей к выходам каналов усиления, когда к одному из выходов каждого канала синфазно подключается основной громкоговоритель, а к другому выходу канала противофазно подключается дополнительный громкоговоритель, территориально располагаемый вблизи основного громкоговорителя другого канала, чем расширяется зона стереоэффекта без снижения мощности воспроизведения сигналов основными громкоговорителями, для чего в первом канале усиления один громкоговоритель началом своей звуковой катушки подключается к неинвертирующему выходу канала, а концом - к общему проводу, при этом другой громкоговоритель концом своей звуковой катушки подключается к общему проводу, а началом посредством RC-цепи - к инвертирующему выходу канала, во втором канале усиления один громкоговоритель концом своей звуковой катушки подключается к инвертирующему выходу канала, а началом - к общему проводу, при этом другой громкоговоритель концом своей звуковой катушки посредством RC-цепи подключается к неинвертирующему выходу канала, а началом - к общему проводу.
Описание аналога
Известно устройство, представляющее собой двухканальный усилитель, содержащий на выходе каждого из каналов усиления помимо основного громкоговорителя, подключенного синфазно, еще и дополнительный громкоговоритель, подключенный к выходу канала противофазно через ослабляющую низкие частоты RC-цепь [1, рис. 1.8, с. 50]. Применение дополнительного громкоговорителя в каждом из каналов способствует повышению степени разделения сигналов в стереофонической системе воспроизведения.
Однако известное устройство имеет только один выход в каждом из каналов усиления и подключение к этому выходу помимо основного еще и дополнительного громкоговорителя, снижает мощность основного сигнала, воспроизводимого этим каналом.
Описание прототипа
Известно усилительное устройство, содержащее два идентичных канала усиления, на входе каждого из каналов расположен фазоинвертор, вход которого образует вход канала усиления, к неинвертирующему выходу фазоинвертора подключен вход первого усилителя канала, а к инвертирующему - вход второго усилителя канала, идентичного первому, причем выход первого усилителя каждого из каналов образует неинвертирующий выход канала усиления, а выход второго усилителя образует инвертирующий выход канала усиления, при этом усилитель нагружен на четыре громкоговорителя, два из которых образуют пару и началами своих звуковых катушек подключены к объединенным неинвертитрующим выходам каналов, два других громкоговорителя образуют другую пару и концами своих звуковых катушек подключены к объединенным инвертирующим выходам каналов, другие выводы катушек в каждой паре громкоговорителей подключены один к общему проводу, другой - к свободному выводу громкоговорителя из другой пары [2].
Известное устройство-прототип обладает двумя выходами в каждом канале усиления, сигналы которых противофазны друг другу. Указанный вариант подключения нагрузки, состоящей из четырех громкоговорителей, реализует декодер «Псевдоквадрафонии».
Критика прототипа
К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, относится то, что указанный вариант подключения четырех громкоговорителей к выходам усилителя мощности имеет ограниченное применение, т.к. реализует процедуру декодирования комплексных сигналов, подаваемых на входы усилителя.
Сущность полезной модели
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении качества звучания двухканальной системы воспроизведения в помещениях большого объема.
Указанная задача решается за счет достижения при осуществлении полезной модели технического результата, который заключается в изменении схемы подключения громкоговорителей к выходам каналов усиления, когда к одному из выходов каждого канала синфазно подключается основной громкоговоритель, а к другому выходу канала противофазно подключается дополнительный громкоговоритель, территориально располагаемый вблизи основного громкоговорителя другого канала, чем расширяется зона стереоэффекта без снижения мощности воспроизведения сигналов основными громкоговорителями.
Указанный технический результат достигается тем, что в первом канале усиления один громкоговоритель началом своей звуковой катушки подключается к неинвертирующему выходу канала, а концом - к общему проводу, при этом другой громкоговоритель концом своей звуковой катушки подключается к общему проводу, а началом посредством RC-цепи - к инвертирующему выходу канала, во втором канале усиления один громкоговоритель концом своей звуковой катушки подключается к инвертирующему выходу канала, а началом - к общему проводу, при этом другой громкоговоритель концом своей звуковой катушки посредством RC-цепи подключается к неинвертирующему выходу канала, а началом - к общему проводу.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленной полезной модели, а определение из числа выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков, позволило определить совокупность существенных по отношению к техническому результату признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию «новизна».
Перечень фигур чертежей
На фигуре представлена структурная схема усилителя с подключенной громкоговорительной нагрузкой, реализующего двухканальное усиление при подключении к выходам каналов четырех громкоговорителей. На схеме фигуры приняты следующие обозначения: 1 - первый канал усиления; 2 - вход первого канала усиления; 3 - фазоинвертор первого канала усиления; 4 - первый усилитель первого канала усиления; 5 -второй усилитель первого канала усиления; 6 - неинвертирующий выход первого канала усиления; 7 - инвертирующий выход первого канала усиления; 8 - второй канал усиления; 9 - вход второго канала усиления; 10 - фазоинвертор второго канала усиления; 11 - первый усилитель второго канала усиления; 12 - второй усилитель второго канала усиления; 13 - неинвертирующий выход второго канала усиления; 14 - инвертирующий выход второго канала усиления; 15, 18 - неполяризованные конденсаторы; 16, 17 - подбираемые по сопротивлению резисторы.
На фигуре также представлены четыре громкоговорителя с указанием начал звуковых катушек, а также обозначен общий провод схемы всего усилителя.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.
На фигуре представлена структура предлагаемого устройства, обладающего универсальностью в отношении подключения нагрузки в двухканальном режиме усиления. Усилитель содержит два полностью идентичных друг другу канала: первый канал 1 и второй канал 8. Каждый канал имеет свой вход (2 или 9), фазоинвертор (3 или 10), первый усилитель канала (4 или 11), второй усилитель канала, идентичный первому (5 или 12) и два выхода: неинвертирующий выход (6 или 13) и инвертирующий (7 или 14).
В качестве нагрузки усилителя в каждом канале используются помимо основного еще и дополнительный громкоговоритель. Так в первом канале (1) усиления основной громкоговоритель началом своей звуковой катушки подключается к неинвертирующему выходу (6) канала, а ее концом - к общему проводу, при этом дополнительный громкоговоритель началом своей звуковой катушки подключается посредством RC-цепи (17, 18) к инвертирующему выходу (7) канала (1), а ее концом - к общему проводу. Во втором канале (8) усиления основной громкоговоритель концом своей звуковой катушки подключается к инвертирующему выходу (14) канала, а ее началом - к общему проводу, при этом дополнительный громкоговоритель концом своей звуковой катушки посредством RC-цепи (15, 16) подключается к неинвертирующему выходу (13) канала (8), а ее началом - к общему проводу.
Присутствие RC-цепей (15-16 и 17-18), посредством которых подключаются дополнительные громкоговорители, обусловлено необходимостью устранения низких частот в звуковом сигнале, в противном случае их присутствие в сигнале вызовет перегрузку широкополосных громкоговорителей, что будет приводить к возникновению слышимых искажений уже при среднем уровне громкости. Обусловлено это тем, что звуковая катушка дополнительного громкоговорителя подключается противофазно к выходу канала Устранение низкочастотных составляющих осуществляется с помощью ФВЧ первого порядка с частотной среза порядка 90-180 Гц, в роли которого выступает RC-цепь.
Конденсаторы (15 и 18) RC-цепей должны быть неполяризованными, что обусловлено «непредсказуемостью» полярности выходного сигнала усилителя, выходной каскад которого выполнен по двухтактной схеме, каковыми в подавляющем большинстве случаев являются каждый из усилителей обоих каналов. Емкости конденсаторов должны иметь значительную величину, порядка 50-220 мкФ. Неполяризованный конденсатор можно получить встречным включением двух поляризованных конденсаторов, при этом точку взаимного соединения конденсаторов следует соединить с общим проводом.
Сопротивления резисторов (16 и 17) RC-цепей должны подбираться в пределах 4…50 Ом в ходе субъективной настройки качества звучания системы. С их помощью следует отрегулировать громкость звучания дополнительных громкоговорителей таким образом, чтобы на средних частотах достигалось наилучшее подавление сигналов противоположных каналов при прослушивании основных.
Указанная схема подключения громкоговорителей предполагает, что дополнительный громкоговоритель одного канала будет пространственно располагаться по отношению к основному громкоговорителю другого канала на расстоянии большем, чем расстояние между основными громкоговорителями на 30…60 см.
Такое взаимное расположение громкоговорителей в пространственных парах, когда один из стоящих близко громкоговорителей работает в противофазе по отношению к сигналу другого канала, обеспечит повышение степени разделения сигналов соседних каналов, что расширяет зону стереоэффекта. В тоже время дополнительный громкоговоритель, подключенный к отдельному выходу канала, не снижает мощность сигнала, воспроизводимого основным громкоговорителем, чем обеспечивается качественное звуковоспроизведение аудиопрограммы в помещении большого объема.
Таким образом, вышеуказанные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующих условий:
- устройство, воплощающие заявленную полезную модель при ее осуществлении, предназначено для использования в усилителях мощности сигналов звуковой частоты, выполненных по монолитной, дискретной или смешанной технологиям;
- для заявленной полезной модели в том виде, как она охарактеризована в формуле полезной модели, подтверждена возможность ее осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- устройство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение указанного технического результата.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию «промышленная применимость» по действующему законодательству.
Литература
1. Петров А.А. Звуковая схемотехника для радиолюбителей / под ред. С.М. Янковского. - СПб.: Наука и техника, 2003. - 400 с.: ил. (рис. 1.8, с. 50).
2. Патент РФ на полезную модель №164500 (RU 164500 U1). МПК HO3F 3/181 (2006.01). Заявка №2015151781/08, 02.12.2015. Опубл.: 10.09.2016, Бюл. №25 (прототип)