Les haut-parleurs parallèles sonnent mal, mais les séries sont bien

J'ai fait un circuit d'enceintes simple. Cela semble (au moins pour moi) étonnamment bon (même si un audiophile crierait probablement à haute voix et s'enfuirait). J'ai actuellement rencontré un problème.

Pour augmenter le volume et augmenter la qualité audio (faire en sorte que les haut-parleurs partagent le fardeau), j'ai essayé différentes configurations pour quatre haut-parleurs, en les mettant tous en parallèle, en les sérialisant et en parallèle deux en série par les deux autres. L'ajout de haut-parleurs en série n'a qu'un bon effet sur la qualité audio, mais dès que j'utilise l'un d'eux en parallèle, la qualité audio est notablement plus bruyante / déformée. Je ne comprends pas vraiment pourquoi. Que se passe-t-il? Je veux pouvoir mettre en parallèle des haut-parleurs parce que leur sérialisation est bonne pour la qualité audio, mais cela diminue le volume, et c'est un problème, surtout si vous voulez utiliser encore plus de haut-parleurs.

Une solution «simple» consisterait à augmenter l'alimentation afin de pouvoir les piloter avec des tensions plus élevées, mais j'ai un peu peur de cela: P et cela mettrait également plus de pression sur les composants impliqués. L'utilisation d'un amplificateur opérationnel rail-à-rail pourrait peut-être améliorer un peu la situation, mais il y aura toujours une perte de tension entre les BJT push-pull (je suppose), et je n'ai pas d'opération rail-à-rail appropriée -ampères disponibles.

C'est ennuyeux que cela fonctionne presque . Je n'ai pas besoin de la meilleure qualité sonore ou du meilleur volume, mais seulement de quelque chose qui est quelque peu acceptable.

• Lien vers une simulation quelque peu inexacte de mon circuit

Information additionnelle:

• Les haut-parleurs sont de deux types différents, mais même si je ne fais que mettre en parallèle seulement deux haut-parleurs identiques, le problème de bruit / distorsion se pose (et laisse les deux autres non connectés).
• Ce n'est probablement pas pertinent, mais ma double alimentation se compose de deux verrues murales de 5 V.
• L'ampli-op que j'utilise est le quad-ampli LM324AN . Ce n'est pas rail-à-rail.
• Une résistance de 100 (à environ 220) ohms entre la sortie immédiate de l'ampli opérationnel droit et la masse diminue le bruit dans toutes les configurations. Je ne sais pas pourquoi; Je suis juste tombé sur cela lorsque j'ai mal connecté un câble: p
• Et BTW: Je ne pense pas que le problème de bruit / distorsion provienne des enceintes en parallèle qui tirent trop de courant, car le volume n'a pas / peu d'effet sur lui. Si c'était un problème d'approvisionnement actuel, un volume plus élevé aggraverait (je pense) beaucoup.
• Le premier ampli op a pour but de centrer l'entrée 0 V à 5 V autour de GND, c'est-à-dire que la sortie du premier ampli op est de -2,5 V à +2,5 V.
• Les deux amplificateurs opérationnels sont fournis par les rails +5 V -5 V. Malheureusement, cela n'apparaît pas dans le schéma.

Quelques recherches supplémentaires

Bien. J'ai donc mis mon oscilloscope en action et sondé la tension avant les enceintes (après le push-pull).

Voici à quoi cela ressemble avec un haut-parleur (et oui, il y a beaucoup de bruit> 20 kHz):

Voilà à quoi ça ressemble avec deux enceintes identiques en parallèle dans les autres cas sinon les mêmes circonstances. La tension n'a en fait pas diminué, mais il y a cette chose étrange en bas qui doit être le bruit que j'entends:

Sur l'image suivante, c'est encore plus visible!:

BTW, la deuxième trace n'est qu'un marqueur. Il ne montre pas le sol et le sol est approximativement au milieu de la forme d'onde.

Oh! Je suis vraiment désolé que le schéma soit erroné sur un point crucial. J'ai eu le feedback après les push-pulls! Comme ça:

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Un peu plus de recherche et la solution

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D'abord une image du signal audio sur trace1 et GND sur trace2 comme demandé. Il ne semble pas être très biaisé en DC:

Mais c'était quand même intéressant de voir à quoi ressemblaient les rails lorsque le son était bruyant. C'est l'image du rail positif et du GND. Il semble bruyant et s'aggrave avec un volume plus élevé:

Le rail négatif est au même volume et est notamment pire que le rail positif, du moins à mes yeux (ma caméra lente est floue!):

La première chose que j'ai tentée a été d'ajouter un condensateur de 1 µF entre la sortie de l'ampli opérationnel et la masse, et j'ai été assez surpris d'apprendre que le bruit avait disparu !!

Voici à quoi ressemble le rail négatif au même volume, mais avec le condensateur 1 µF ajouté:

Donc, ce simple condensateur de 1 µF a résolu mon problème! Merci à tout le monde, il aurait fallu BEAUCOUP plus de temps pour résoudre ce problème sans votre aide :)

Voici à quoi ressemble une onde sinusale après l'ajout du condensateur. Mmm, je peux regarder ça toute la journée ...:

Mise à jour 2016-03-09

J'ai remplacé le décalage de niveau opamp par un condensateur à film de couplage AC 1uF et une résistance 10k ohm à GND après. Je n'ai pas vraiment remarqué d'amélioration de la qualité sonore MAIS j'ai remarqué que la polarisation avec un condensateur au lieu du décalage de niveau d'opamp est plus sûre . Avec le décalage de niveau opamp si, pour une raison quelconque, il plaçait le signal soit trop haut soit trop bas, la partie NPN ou PNP de l'étage de sortie push-pull devrait supporter une charge plus lourde entraînant un échauffement (pas bon! ). Donc, je vais garder le condensateur de couplage AC.

J'ai également ajouté une inductance pour filtrer les fréquences PWM (~ 0,3 mF), ce qui a considérablement amélioré l'apparence de la courbe sinusoïdale.

Bien que, même avec ces deux améliorations, le problème d'origine se pose toujours si je retire le cap de 0,22 uF entre la broche de sortie opamp et GND. Vous trouverez ci-dessous des images montrant une onde sinusoïdale de 440 Hz avec et sans cette limite de 0,22 uF.

Votre amplificateur a une impédance de sortie fixe et une oscillation de tension finie. Pour en tirer le maximum d'énergie, l'impédance de charge doit correspondre à l'impédance de sortie. Deux haut-parleurs en parallèle ont la moitié de l'impédance d'un haut-parleur. C'est apparemment trop bas pour que votre ampli fonctionne correctement.

Probablement vos fournitures "murales" s'effondrent sous le lourd drain de deux haut-parleurs en parallèle. La tension d'alimentation inférieure fait de la bande morte de 1,5 V ou plus dans votre sortie une plus grande fraction de la distorsion globale, augmentant considérablement. Vous ne dites pas quel type d'opamps vous utilisez, à part qu'ils ne sont pas rail à rail. La tension d'alimentation peut s'effondrer au point où il reste peu de zone active entre la bande morte en sortie et la plage de sortie de l'ampli op final.

De plus, certaines parties de votre circuit n'ont pas de sens et pourraient plutôt facilement être remplacées par une meilleure conception:

1. Vous disposez de ± fournitures symétriques. C'est bon. Alors pourquoi pourquoi pourquoi déplacez-vous le niveau de l'entrée loin du centre au sol?

   En y regardant de plus près, il semble que vous changiez de niveau pour compenser le signal d'entrée centré autour de 2,5 V. C'est tout simplement stupide.

   Vous n'entendez pas DC. Même le son "HiFi" ne descend qu'à 20 Hz. La manière évidente de gérer les décalages CC d'entrée est de coupler le signal CA. Débarrassez-vous de toutes les bêtises à gauche de l'entrée positive du deuxième opamp. Remplacez-le par un capuchon de 1 µF en série suivi d'une résistance de 10 kΩ à la masse.

2. Vous semblez vouloir vivre avec la bande morte dans l'étage de sortie du suiveur à double émetteur, mais au moins l'inclure dans la boucle de rétroaction afin que l'ampli-op puisse essayer de compenser cela. Tout cela nécessite de connecter la résistance de rétroaction de 10 kΩ (Argh, aucun composant) à la sortie de l'ampli entier au lieu de la sortie de l'ampli-op.

Voici votre circuit de base avec les points évidents mentionnés ci-dessus fixés:

Notez que cela est à la fois plus simple et fonctionnera mieux.

Il existe des moyens de réduire considérablement la zone morte de la phase finale. Deux diodes est une approche très courante.

Ce que je fais habituellement, c'est d'utiliser quelques transistors de plus dans l'étage de sortie pour lui donner un gain de 2. L'étage précédent n'a alors qu'à piloter à ± la moitié de la plage d'alimentation. Cela permet de contourner un amplificateur rail à rail, qui n'est généralement pas disponible à ± 12 V ou plus sur lequel vous souhaitez les exécuter.

Ajouté en réponse aux traces de portée

Vous avez encore plus de problèmes que vous ne le pensez.

Votre circuit oscille sous charge, presque certainement en alimentant les alimentations. J'aurais dû le mentionner explicitement, mais c'est ce que C3 et C4 dans mon circuit sont censés empêcher. Essayez le circuit que j'ai publié. Il utilise principalement les mêmes pièces mais devrait mieux fonctionner.

Vous pouvez également voir des preuves de la zone morte de l'étage de sortie sur la trace de l'oscilloscope. Encore une fois, l'inclusion de l'étage de sortie dans le look de rétroaction aidera à cela, bien que cela ne le corrige pas.

Je vois maintenant que l'opamp est un LM324. Ce n'est pas un bon choix pour l'audio. J'utiliserais au moins un TL07x avec des alimentations ± 12 V. Cela signifie probablement des transistors de sortie plus robustes, éventuellement avec des dissipateurs de chaleur.

Une fois que cela fonctionne, je peux vous montrer comment obtenir plus d'oscillation de tension et moins de zone morte de l'étage de sortie, mais une chose à la fois. Ce serait de toute façon une nouvelle question.

• Et btw. Je ne pense pas que le problème de bruit / distorsion provienne des enceintes en parallèle qui tirent trop de courant parce que le volume n'a pas / peu d'effet sur lui. Si c'était un problème d'approvisionnement actuel, un volume plus élevé aggraverait (je pense) beaucoup.

J'aime que vous ayez appliqué ici une bonne technique / logique de dépannage électrique. Malheureusement, cependant, votre logique a manqué un point saillant.

Lorsque vous pilotez des transducteurs audio dynamiques (haut-parleurs avec aimants et bobines vocales), votre amplificateur doit avoir une impédance de source inférieure à la charge qu'il entraîne.

La quantité que l'impédance de la source de l'amplificateur atteint en dessous de l'impédance de charge des haut-parleurs est appelée le " facteur d'amortissement " dans le monde audio professionnel en référence à lui concernant la capacité de l'amplificateur à piloter le haut-parleur avec précision tandis que le courant supplémentaire disponible (et directement capacité associée à lutter contre les «affaissements» de tension) combat (atténue) les effets de l'air en mouvement et des vibrations externes, etc. essayant de déformer le mouvement de la bobine mobile.

Afin de faire fonctionner efficacement 4 haut-parleurs incompatibles à partir de votre sortie sans faire frire aucun haut-parleur et sans provoquer de mauvaise distorsion, vous aurez vraiment besoin d'ajouter 3 portées de sortie finales supplémentaires en parallèle à celle que vous avez maintenant. Ensuite, vous pouvez connecter chaque haut-parleur à sa propre sortie. Vous obtiendrez ainsi le volume / volt plus élevé que vous vouliez obtenir en mettant en parallèle les haut-parleurs, tout en évitant de souffler votre ampli en tirant trop de courant et en soufflant le haut-parleur avec la plus faible impédance car la plus grande partie de la puissance le traverserait si les haut-parleurs étaient tous en parallèle sur un canal.

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

Voici un schéma d'un circuit, utilisant la plupart de vos composants existants, combinant passe-bas / passe-haut sur l'entrée audio pour se débarrasser du décalage CC et du bruit ultrasonique PWM. En outre, il comprend des sorties de commande de haut-parleurs parallèles, ainsi que des condensateurs de découplage d'Olin entre les alimentations et le gnd, ainsi que le découplage du LM324AN.

Remarque: Il serait certainement préférable de piloter chaque unité push / pull à partir d'une sortie d'opamp séparée, avec sa propre boucle de rétroaction, mais cela nécessiterait 2 LM324AN supplémentaires (le fil utilise l'alimentation de 1OUT pour exécuter les 4 sections "final out", avec chaque "sortie finale" câblée comme OpAmps 3 & 4 à 1 haut-parleur par paire OpAmp)