ΗΧΗΤΙΚΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΗΧΗΤΙΚΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ"

Τίμαιος Παπανδρέου
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΗΧΗΤΙΚΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΣΥΝΔΕΣΗ ΕΝΙΣΧΥΤΗ / ΗΧΕΙΟΥ ΓΙΑΝΝΗΣ ΜΟΥΡΤΖΟΠΟΥΛΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΟΜΑΔΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΗΧΟΥ & ΑΚΟΥΣΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΝΣΥΡΜΑΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

2 ηλεκτρική προσαρμογή

3 στάθμη (dbm) στάθμες ενίσχυσης SL W = -59 dbm (για 94 db SPL) -65 dbm -14 dbm 50 dbm L P = 88 db SPL ΜΙΚΡΟΦΩΝΟ ΠΡΟΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΗΧΕΙΟ 75 G = 50 db G = 64 db G = 114 db

4 in Vin Vs z in z s 2 V in Win zin Win in dbm 10 ref z 3 (W ) log W 10 Watt W z s ref ηλεκτρικό κέρδος zl Vl Vout Vout zl zout zw 2 V out Wout z l Wout (W out ) dbm 10log W ref z out z w καλώδιο πηγή V s z in V in V out V out V l z l ηχείο ενισχυτής V G Wout (W out ) dbm (W in ) dbm 10log W 10log V in 2 l 2 in z z l in (db)

5 τιμές κέρδους / αντίστασης κέρδος (db) κέρδος (X) RMS out (volt) ισχύς 8Ω (watt) ισχύς 4Ω (watt) , τύπος οικιακοί, ολοκληρωμένοι high-end επαγγελματικοί z in (Ω) 10Κ 200Κ 600 2M 5Κ 20Κ παλιοί επαγγελματικοί 600

6 ισχύς στο φορτίο +V cc -V cc έστω V cc =+/- 100 V, R L =8Ω t 1 time π.χ. στο t 1, V out =40V, I out =5A (W out =200W στο φορτίο) Άρα τα υπόλοιπα 60V και 5Α (300W σε θερμότητα)

7 Power [W] ισχύς στο φορτίο π.χ. για V S = 15 V, R L = 100Ω P L P S P D P S 2V S A R L 0.5 P L A 2R 2 L Peak Output Amplitude, A [V]

8 απόδοση ενισχυτή ο ενισχυτής, θεωρείται ότι συμπεριφέρεται σαν γεννήτρια τάσης (στα όρια της γραμμικής λειτουργίας του) ο ενισχυτής περιλαμβάνει στάδιο ενίσχυσης τάσης (π.χ. 1V x 80 = 80V) το στάδιο ενίσχυσης ρεύματος (τάση / φορτίο, π.χ. 80V/8Ω = 10Α) παρ όλο που το ηχείο έχει χαμηλή αντίσταση σε σχέση με τα υπόλοιπα στάδια, απαιτείται πολύ χαμηλή αντίσταση εξόδου η διαφορά από την τάση τροφοδοσίας V c, χάνεται σαν θερμότητα (π.χ. 20V x 10A = 200Watt) επιπλέον θερμική φόρτιση από την αύξηση στα ρεύματα και την άεργο ισχύ του ηχείου (παρακάτω)

9 απόδοση ενισχυτή ο ενισχυτής, πρέπει ιδανικά να συμπεριφέρεται σαν γεννήτρια τάσης (ανεξάρτητα διακύμανσης του φορτίου), αλλά ο ενισχυτής περιλαμβάνει ΚΑΙ στάδιο ενίσχυσης ρεύματος παρ όλο που έχει μεγάλη αντίσταση εισόδου (και ελάχιστη εξόδου), το μικρό ρεύμα εισόδου θα πρέπει να αυξηθεί σημαντικά στο φορτίο π.χ. αν στην είσοδο έχουμε z in = 100x10 3 Ω, V in = 10V, τότε Ι in = 0.1mA αν στην έξοδο έχουμε z ΕΙ = 8 Ω και V out = 10V, τότε Ι L = 1,25A Επιπλέον, ελάτωση του φορτίου, απαιτεί μεγαλύτερο ρεύμα (για σταθερή τάση) π.χ. αν στην έξοδο έχουμε: z ΕΙ = 8 Ω και V in = 10V, τότε Ι L = 1,25A και P L = 12.5 watt z ΕΙ = 4 Ω και V in = 10V, τότε Ι L = 2,5A και P L = 25 watt z ΕΙ = 2 Ω και V in = 10V, τότε Ι L = 5A και P L = 50 watt..(αντέχει???) επιπλέον θερμική φόρτιση από την άεργο ισχύ του ηχείου

προηγείται τάσης φάση ( 0 ) +45 0 0 0-45 0 επαγωγική συμπεριφορά

10 η σύνθετη αντίσταση του ηχείου 25Ω μέση τιμή z ΕΙ = 8Ω ZEI (Ohm) 5Ω συντονισμός ωμική αντίσταση, min z ΕΙ = 4Ω 100 1K 10K ρεύμα προηγείται τάσης φάση ( 0 ) επαγωγική συμπεριφορά χωρητική συμπεριφορά ρεύμα έπεται τάσης f 0 = 62 Hz 100 1K 10K Συχνότητα (Hz)

11 η σύνθετη αντίσταση του ηχείου ο ενισχυτής, θεωρείται ότι συμπεριφέρεται σαν γεννήτρια τάσης (στα όρια της γραμμικής λειτουργίας του) Το μέτρο της σύνθετης αντίστασης του ηχείου z EI (ω) δείχνει την απαίτηση για ρεύμα σε κάθε συχνότητα Η σύνθετη μιγαδική αντίσταση του ηχείου z EI (ω) δημιουργεί διαφορές στη χρονική σχέση ρεύματος / τάσης, όπως δείχνει η συνάρτηση φάσης φ(ω) η συνολική ισχύς στο φορτίο (ηχείο) δίνεται: 2 VL P L( ) cos ( ) 2 Z ( ) EI Η συνάρτηση φάσης δείχνει πόσο από την (άεργη) ισχύ χάνεται σε θερμότητα στον ενισχυτή (αφού cos(ω) 1), που μεταφέρει ισχύ μόνο στο ωμικό φορτίο Σε συχνότητες με μεγάλη αλλαγή φάσης και μικρό μέτρο, απαιτούν και πολύ ρεύμα και φορτίζουν τον ενισχυτή

12 αντίσταση του ηχείου και ισχύς ZEI (Ohm) 8Ω 4Ω 2Ω 2 VL P L( ) cos ( ) 2 Z ( ) EI 100 1K 10K η αποδιδόμενη ισχύς αυξάνει όσο μειώνεται το μέτρο της σύνθετης αντίστασης του ηχείου z EI (ω) π.χ. 100 Watt rms στα 8Ω 160 Watt rms στα 4Ω 210 Watt rms στα 2Ω...αλλά... αυξάνει η μη-γραμμικότητα των τρανζίστορ (THD) αυξάνει το ρεύμα εξόδου στα τρανζίστορ (φθορά) αυξάνει τα θερμικά φορτία στον ενισχυτή (φθορά) αυξάνει η απώλεια σε καλώδια (μειώνεται η απόδοση του ενισχυτή) ψαλιδισμός του σταδίου τροφοδοσίας (THD)

13 αντίσταση του ηχείου και ισχύς +V c ενισχυτής για ενισχυτή Τάξης Β z EI V i V B AC ηχείο V L 2 VL % cos ( ) VL 4V I Z ( ) c B EI -V c 78,5% 100 η% φ( 0 ) 90 0 V L %

14 καλώδια - συνδέσεις

15 καλώδια συσκευή Α z o /2 καλώδιο z w /2 συσκευή Β in z i out, z o /2 z w /2 τα καλώδια σε ηχητικές εγκαταστάσεις δεν είναι γραμμές μεταφοράς IEC 1987: Z o & Z w μικρή, Z i μεγάλη μέγιστη μεταφορά τάσης αν υπάρχει χωρητικότητα το καλώδιο γίνεται LPF

16 καλώδια για σύνδεση με ηχεία ισχύς στο ηχείο χωρίς απώλειες P out V z 2 out EI z V V V EI EI L out out zei zout zw zei zw z ενισχυτής z out z w καλώδιο V in V out V out V L z ΕΙ ηχείο P L V z 2 L EI 2 VL z z G loss ( P L ) dbm ( P out ) dbm 10log 20log V z z z εξασθένηση EI EI 2 out EI w EI ισχύς στο ηχείο με απώλειες (db)

17 καλώδια για σύνδεση με ηχεία 2 VL zei zei G loss ( P L ) dbm ( P out ) dbm 10log 20log 2 Vout zei zw zei ενισχυτής καλώδιο ηχείο V in V out z out z w /2 (db) Ζ ΕΙ = 8Ω z w /2 π.χ. 80m συνήθως σαν αντίσταση ανά μήκος ΤΥΠΟΣ (AWG) ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ (Ω) / 300m ,6 14 2, , Z w /2 R w /2 = 1 x 80/300 = 0,267 Ω R w = 0,534 Ω REI 8 Gloss 20log 20log 0, 56dB R R 8 0, 534 EI w

18 καλώδια για σύνδεση με ηχεία ενισχυτής καλώδιο ηχείο z out R w /2 V out z ΕΙ R w /2 L (m) R w kl 2 d k = σταθερά αντίστασης καλωδίου L = μήκος (m) d = διατομή (m) πρέπει R w 5% της Ζ ΕΙ

19 λεπτό καλώδιο, μεγάλη αντίσταση καλώδια για σύνδεση με ηχεία

20 καλώδια για σύνδεση με ηχεία οικιακές επαγγελματικές εφαρμογές επαγγελματικές γενικές AV, δικτυακές εφαρμογές

21 περίπου 4000 ευρώ - μέτρο καλώδια για σύνδεση με ηχεία

22 καλώδια για σύνδεση με ηχεία ενισχυτής καλώδιο ηχείο z out V out z ΕΙ αντίσταση που θα δει ο ενισχυτής π.χ. 8Ω, 4Ω, κλπ. τι γίνεται αν δεν ταιριάζει η z ΕΙ?

23 καλώδια για σύνδεση με ηχεία ΣΕΙΡΙΑΚΗ ΣΥΝΔΕΣΗ ενισχυτής καλώδιο ηχεία z out V out z EI1 z EI2 z EIΝ Ztot ZEI1 Z EI 2...Z EIN αν: ZEI1 Z EI 2...Z EIN ZEI τότε: Z tot NZ EI κακή απόκριση συχνότητας διακοπή αν καταστραφεί ένα ηχείο αύξηση αντίστασης μείωση στάθμης

24 καλώδια για σύνδεση με ηχεία ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΣΥΝΔΕΣΗ ενισχυτής καλώδιο ηχεία z out V out z EI1 z EI2 z EIΝ Z tot 1 1/ Z 1/ Z... 1/ Z EI1 EI 2 EIN αν: ZEI1 Z EI 2...Z EIN ZEI τότε: Z Z / N tot EI μέτρια απόκριση συχνότητας μη διακοπή αν καταστραφεί ένα ηχείο μείωση αντίστασης πρόβλημα σε ενισχυτή

25 καλώδια για σύνδεση με ηχεία ενισχυτής καλώδιο ηχεία ΣΕΙΡΙΑΚΗ / ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΣΥΝΔΕΣΗ z out z EI1 z EI2 z EIΝ z EI11 z EΙ21 z EIΝ1 V out z EI12 z EI22 z EIΝ2 z EI1Μ z EI1Μ z EIΝ Μ Z tot 1 1/ Z 1/ Z... 1/ Z EI1 EI 2 EIN όπου: ZEI1 ZEI11 Z EI12...Z EI1M ZEI 2 ZEI 21 Z EI 22...Z EI 2M ZEIN ZEIN1 Z EIN 2...Z EINM αν: τότε: ZEI1 Z EI 2...Z EIN ZEI Z Z / N tot EI μέτρια απόκριση συχνότητας μη διακοπή αν καταστραφεί ένα ηχείο ρύθμιση αντίστασης προσαρμογή σε ενισχυτή

26 καλώδια για σύνδεση με ηχεία

27 καλώδια για σύνδεση με ηχεία συνήθως HPF cross-over ενισχυτής 1 ΧΡΗΣΗ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΩΝ (BIAMPLIFICATION) μεσαίες / ψηλές συχνότητες ηχείο 1 V out1 z ΕΙ1 σήμα ενισχυτής 2 ηχείο 2 V out2 z ΕΙ2 συνήθως LPF χαμηλές συχνότητες

28 καλώδια για σύνδεση με ηχεία συνήθως HPF cross-over ενισχυτής 1 ΧΡΗΣΗ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΩΝ (BIAMPLIFICATION) μεσαίες / ψηλές συχνότητες ηχείο 1 V out1 z ΕΙ1 σήμα ενισχυτής 2 ηχείο 2 V out2 z ΕΙ2 συνήθως LPF χαμηλές συχνότητες

29 έξοδος «σταθερής» τάσης (συνήθως για μέγιστη έξοδο, 100V) σωστότερο: «υψηλής εμπέδισης» ενισχυτής καλώδια για σύνδεση με ηχεία ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΣΤΑΘΕΡΗΣ ΤΑΣΗΣ = αύξηση τάσης στις γραμμές, μείωση ρεύματος, ίση ισχύς καλώδιο + V out z EI1 N ηχεία - ισχύς σε Watt (για 100V) για μικρή απώλεια σε μακριά καλώδια αυξάνει η τάση, μικραίνει το ρεύμα (λίγη απώλεια σε I 2 R) 0, μετασχηματιστής σε κάθε μεγάφωνο προσαρμόζει σε z EI

30 καλώδια για σύνδεση με ηχεία έξοδος «χαμηλής» αντίστασης (συνήθως 8Ω) ενισχυτής καλώδιο ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΣΤΑΘΕΡΗΣ ΤΑΣΗΣ + V out N ηχεία - z EI1 + ισχύς σε Watt (για 100V) μετασχηματιστής 0, εξωτερικός εσωτερικός

31 παράδειγμα με τάση γραμμής 70,7V καλώδια για σύνδεση με ηχεία ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΣΤΑΘΕΡΗΣ ΤΑΣΗΣ συνολική ισχύς ισχύ ενισχυτή (+απώλειες)

32 καλώδια για σύνδεση ηχεία ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΣΤΑΘΕΡΗΣ ΤΑΣΗΣ Εμφανίζεται ψηλή τάση, χαμηλό ρεύμα σε ψηλή αντίσταση π.χ. για 100 Watt ενισχυτή: 100V, 1,41 Α, σε 50 Ω Παράλληλη σύνδεση στα ηχεία, Συνολική ισχύς ενισχυτή: P tot P ί ελάχιστη συνολική εμπέδιση: V100 Zmin P tot + - Χαμηλή απώλεια Προσαρμογή αντίστασης ηχείων σε ενισχυτή Κόστος μετασχηματιστών Χαμηλή ποιότητα Χαμηλό συνολικό κόστος Ευελιξία σε στάθμη / ζώνη

33 Audio Group, Wire Communications Laboratory Elecrical & Computer Engineering Department University of Patras

Σχετικά έγγραφα

ΗΧΗΤΙΚΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ

ΗΧΗΤΙΚΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ & ΥΠΟΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΓΙΑΝΝΗΣ ΜΟΥΡΤΖΟΠΟΥΛΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΟΜΑΔΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΗΧΟΥ & ΑΚΟΥΣΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΝΣΥΡΜΑΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ