ציוד להקליט נאמנות גבוה תוכנן עם מטרה אחת, בלתי מתפשרת: ללכוד ולהתרבות קול עם הדיוק הטוב ביותר, חינם צבע או עיוות.השגת מטרות אלה דורש הנדסה קפדנית, ובין הכלים החזקים ביותר לרשות של המעצב הוא היישום של מערכות משוב.

במהות, משוב כרוך בנטילת דגימה של אות הפלט של מגבר או שלב עיבוד ולהאכיל אותו בחזרה לקלט.זה אות החזרה יכול גם לחזק את הקלט (שוב חיובי) או להתנגד לו (שוב שלילי) בעוד משוב חיובי יכול להוביל לתנושקציה והוא בדרך כלל שמור עבור יישומים ספציפיים כמו גנרטורים טונס, משוב שלילי הוא המיטה של עיצוב נאמנות גבוהה.

מאמר זה מספק בדיקה מעמיקה של משוב בציוד הקלטה נאמנות גבוהה.נבדוק את העקרונות הבסיסיים, לעקוב אחר האבולוציה ההיסטורית של משוב במעגלי אודיו, לנער את היישום שלה במרכיבים קריטיים כגון preamplifiers, שווים, ומגברי כוח, ודנו באתגרים הנדסיים והתקדמות מודרנית שממשיכים לעצב את התעשייה.

מידע על Feedback in Audio Systems

כדי להעריך כיצד משוב פועל במעגלי אודיו, חיוני להבין את הרעיון של פעולה פתוחה מול פעולה סגורה-loop. amplifier הפועלים בלולאה פתוחה אין שום קשר מהפלט שלה בחזרה קלט שלה; הרווח שלו גבוה אך מאוד לא ליניארי, רגיש טמפרטורה, ומאופיין על ידי רוחב פס צר ועיוות גבוה. על ידי הצגת משוב שלילי (NFB), חלק של הפלט הוא מוזנח ומפורט עם השגיאה הרצויה.

המשוואה הקלאסית לרווח של מגבר עם משוב שלילי היא:

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מזון שלילי: סוס העבודה

משוב שלילי ניתח לראשונה על ידי הרולד בלאק במעבדות בל ב-1927.המצאתו מהפכה באלקטרוניקה על ידי כך שאפשר לבנות מגבר עם עיוות נמוך מאוד ורווח צפוי.

  • (FLT:0) ,העיוות הרמוני ובינלאומי: אנדרופט 1:1 NFB מתקן את הלא-לינאריות בדרך ההגברה, הורדת עיוות הרמוני מוחלט (THD) ועיוות בין-ממדי (IMD) באותו גורם כמו העלייה משוב (1 + Aβ).
  • (FLT:0) increaseed רוחב פס:FLT:1ir משוב שלילי מרחיב את תגובת התדירות שטוחה של מגבר על ידי הורדת הרווח בתדרים נמוכים ומאפשר המעגל לשמור על הפעולה באזור -3 dB בתדרים גבוהים יותר.
  • (FLT:0) שיפור גורם לחות: FIRLT:1 במני חשמל, NFB מפחית את הפלט, מתן שליטה טובה יותר על נהגים דוברי קול רם ולהפחית צבע מגיבוי EMF.
  • (ב) רווח:0 (Constant getmia: FLT:1) רווח הסגור הופך יציב מאוד, עצמאי מטמפרטורה, מתח אספקה וסובלנות למכשיר.

למרות היתרונות האלה, משוב שלילי הוא לא תרופה-כל רמות גבוהות של NFB יכול להציג שינוי שלב בקיצוניות של רוחב הפס, המוביל לבעיות יציבות.אם שולי שלב הופך לא מספיק, המגבר עשוי לבודד או לייצר "עיוותים המושרה של שואו" (הידוע גם בשם עיוות בין-מתקפה טרנסי, או TIM). עיצובים מודרניים לנהל בקפידה את הסחר הזה באמצעות טכניקות פיצוי.

משוב חיובי והשימוש בו

משוב חיובי, שבו האות החזיר מחזק את הקלט, בדרך כלל נמנע במעגלים ליניאריים בעלי נאמנות גבוהה, כי הוא מקטין את היציבות ויכול לגרום להפחתה עצמית.

  • (FLT:0)Oscillators: FLT:1 oscillators גל Sine עבור הטיה קלטת, טונים קלבריה, וסינתזה מוסיקה אלקטרונית להשתמש משוב חיובי כדי לקיים אות מתמשך.
  • (FLT:0) מעגלי Regenerative: 1FLT) כמה פקדים של תיבול ו"presence" השתמשו משוב חיובי מבוקר כדי להגביר תדרים ספציפיים, אם כי עיצובים כאלה נמצאים לעתים רחוקות בהילוך גבוה מודרני בשל חוסר יכולת.
  • (FLT:0)Comparator hysteresis: ibph:1 [ב- delta-sigma ADCs ו- PWM Modulators, משוב חיובי (היסטריה) מוחל בכוונה על מנת למנוע oscillation ב- comparator, הבטחת ההמרה דיגיטלית נקייה.

בהקשר של מאמר זה, משוב חיובי הוא כלי מיוחד המשמש בספאם; הרוב המכריע של משוב בציוד הקלטה נאמנות גבוהה הוא של מגוון שלילי.

פיתוח היסטורי של Feedback ב- Recording Equipment

היישום של משוב בציוד אודיו התפתח יד ביד עם הטכנולוגיה של זמנו.מגברי צינור אבק המוקדמים היו עיצובים פתוחים עם עיוות גבוה - באופן חד-משמעי 5% עד 10% THD בתפוקה מלאה.מגבר הלווינסון של 1947 היה אחד הראשונים ליישם משוב שלילי משמעותי, הורדת עיוות מתחת ל-0.1% והגדרת תקן עבור רב-נאמנות גבוהה.

במהלך שנות החמישים וה-60, מעצבים כמו D.T.N. Williamson והמהנדסים ב- Quad ו- McIntosh פיתחו משוב מתוחכם להתנצלות, כולל חיבורים "ultra-Li" בשלבים של פלטי הצינור אשר הגישו משוב מרשת המסך.המבוא של מכשירים יציבים-מדינתיים בשנות ה-60 הביא אפשרויות חדשות: טרנזיסטורים עם הרבה יותר רחב יותר פתוח-loop-אפשר אפילו שלילי, אבל משוב של רשתות ריבאורקריות חדשות מובילות.

הגיל הדיגיטלי הביא משוב לתוך התחום של דלה-sigma Modulation, שבו לולאות משוב בזמן מתמשך ודיסקרטיות ממירות אותות אנלוגיים לנתונים דיגיטליים ברזולוציה גבוהה היום, רבים ממירים אנלוגיים מתקדמים משתמשים ארכיטקטורות משוב רב-ביט מורכבות כדי להשיג מפרטים שהיו בלתי-סבירים לפני חמישים שנה.

מזון ב- Key Recording Equipment Components

מיקרופוני Preamplifier

במיקרופונים preamps, המטרה היא להגביר אות מיקרופון ברמה נמוכה (לעתים קרובות בטווח מילימטר) לרמה קו, תוך הוספת רעש קטן ועיוות ככל האפשר. משוב שלילי הוא חלק בלתי נפרד לתהליך זה.קלאסית preamp topogies, כגון שלב סימטרי גבוה סימטרי שנמצא ב- API רבים ועיצובים, להשתמש מקומי (כל אחד) ולקבל משוב גלובלי (משלב), כדי למזערי, להפחתה גלובלית, להפחתה).

קלטות מאוזנות של Transformer משלבות לעתים קרובות משוב כדי לינארית את תגובת התדירות של המירנר.לדוגמה, טופולוגיה נפוצה מזין בחזרה מדגם של המתח המשניים אל ראשית הטרנספורמציה, המשתרע על פני רוחב הפס וצמצום עיוות הליבה. המודרנית משולבת-circuit preamps (כגון זה 5171 ו- TINA163) להשתמש בלולאות trated מאוד כדי להשיג TN+N0.00% מתחת ל-R.

שוויוניות ופילטרים

שוויוניות הן למעשה מסננים ויזואליים של תדר. Feedback ממלא תפקיד מרכזי ביצירת עקומות EQ מדויקות, חוזרות ונשנות.פילטרים שניתן להגדרה, בשימוש ב- parametric equalizers, משתמש בשני אינטגרטורים ו-Aסיכום מגבר בלולאה משוב לייצר לולאה בעלת חתימה נמוכה, עקיפה גבוהה, ופלטי פסים.

בשוויון גרפי אנלוגי, כל להקה בדרך כלל משתמשת מעגל gyrator - aסימולציה inductor שנוצר עם דגימה ו capacitors בתצורה משוב. גישה זו מאפשרת למחנכים להימנע תוך השגת מסננים Q גבוהים. הדיוק של מסננים אלה תלוי לחלוטין דיוק של רכיבי רשת משוב.

כוח Amplifiers

מגברי חשמל הם אולי היישום התובעני ביותר של משוב בציוד הקלטה. עיצוב מגבר מוצק טיפוסי משתמש זוג קלט שונה, שלב רווח מתח (VAS), ואת שלב הפלט המשלים. משוב שלילי גלובלי (לעיתים קרובות 30-40 dB) מוחל מהפלט בחזרה לקלט כדי להשיג תנופה נמוכה מאוד ועיוות.

עם זאת, זרמי שלב הפלט גבוהים וכובע יכולים לגרום לגיסת שלב, יציבות מאיימת מעצבי לבחור בקפידה את רשת פיצוי משוב כדי להבטיח שולי שלב גדול מ 45 מעלות. " משוב מוזנח" ו "שוב חוזר" להתנצלות מועסקים בכמה עיצובים מתקדמים לשיפור שיעור השבעה נוסף ולהקטין עיוותי זמן.

Class-D החלפת amplifiers, עכשיו נפוץ רבים לפקחי סטודיו, להסתמך על משוב שלילי כדי להפחית את ה-High- ⁇ החלפת חפצים ולשמור עיוות נמוך.השגיאה מגבר בתוך המנטר PWM כל הזמן משווה את הפלט לסימן קלט, תיקון עבור אספקת חשמל ript וריאציות.

הקלטת תקליטים ו- Analog Recording

למרות שהקלטות דיגיטליות שולטות, מכונות קלט אנלוגיות עדיין רלוונטיות לאופי הסוניקה שלהן.

  • (FLT:0) oscillator: irph:1 ⁇ גבוהה הטיה (בדרך כלל 100 kHz) מוחל על ראש הרשומה כדי לינארי את המאפיינים של העברת מגנטי של הקלטת.האוצילטור שמייצר הטיה זו משתמש משוב כדי לקיים גל חי, נמוך של חטא.
  • (FLT:0) Reproduce equalization:FLT:1 ⁇ מגבר להשתמש משוב ליישום עקומות ה-NAB או IEC.com מכיל רכיבים תלותיים בתדרים ש בדיוק לפצות על תגובת התדרים הטבועה של הקלטת.
  • (FLT:0) בקרת משרתו: מנגנוני תחבורה Tape משתמשים בלולאות סרבו (שליטה אחורית) כדי לשמור על מהירות קלט מתמדת ומתח, צמצום ווז ושטף.

בכל מקרה, משוב מבטיח ביצועים מדויקים, חוזרים כי חיוני עבור הקלטה מגנטית נאמנות גבוהה.

Analog-to-Digital ו- Digital-to-Analog Converters

Feedback הוא העיקרון הליבה של Modulation delta-sigma, האדריכלות המשמשת ברוב המכריע של אודיו מודרני ADCs ו DACs. A delta-sigma Modulator מורכב מצומת שונה, אינגרה (או מספר רב של integrators), מתאם, משוב DAC הוא a גבוה הדופק-denity של ייצוג שלילי של כוח קידוד בינוני יכול להיות מדויק של אותות מתקדמים.

מודולרים מסדר גבוה משתמשים במספר מסלולי משוב ורעש מורכב בעיצוב כדי להשיג טווח דינמי העולה על 120 dB. הדיוק של משוב DAC ואת האינטגרטורים האנלוגיים ישירות קובע את הביצועים ליניאריים של הממיר ורעש.

שיקולים עיצוביים ואתגרים

בעוד היתרונות של משוב שלילי ברורים, היישום שלה דורש הנדסה זהירה כדי למנוע נפילה.האתגר הקריטי ביותר הוא שמירה על יציבות. כל מגבר מציג שינוי שלב עקב קצבה קיבולית ו אינדוקטיבית, ובתדירות מסוימת שלב מצטבר עשוי להגיע 180 מעלות, להפוך משוב שלילי לתוך משוב חיובי ולגרום oscillation.

מעצבים מתייחסים לכך עם ⁇ :0 ⁇ פיצויי 1FLT:1 טכניקות נפוצות כוללות פיצוי הקוטב הדומיננטי (המתקבלת קיבול ב VAS כדי להפחית את הרווחים בתדרים גבוהים), פיצוי מוביל (התקבלת אפס לשלב מראש), ושכר מילר (באמצעות קפיטור מעבר ל- VAS כדי לחלק את הקוטבים).המטרה היא להבטיח כי הדרגה נשארת מספיקה (בדרך כלל 45 מעלות) בכל תדרי הגדלים.

דאגה נוספת היא עיוות בין-מודולציה מתמשך (TIM) כאשר מגבר מונע עם transient מהיר, הנקודות הפנימיות עשויות לפענוח גבול רב-פעמי, מה שגורם לולאת משוב להיפתח באופן יעיל ברגעים. זה תוצאות בעיוות הרגעי כי כמה מבקרים טוענים הוא גרוע יותר סובייקטיבי מאשר THD יציב שמטרתו להפחית את העיצובים המודרניים עם שיעורי סלסול גבוה (יותר מ 20 מיקרו / n) ו- tre) נשאר הרבה יותר מכווץ את הפחתת כוח זה עדיין עקבי.

מדד ביצועי משוב כרוך בבדיקה ברמת המערכת. פרמטרים מרכזיים כוללים רווח פתוח שלב (מחוש על ידי שבירת הלולאה עם הזרקה שינוי ותדירות גורפת), רוחב פס סגור, THD+N לעומת תדירות, ותגובה צעד (Overshoot, Ringing, ריצוף זמן) כמו מנתחים ונתחי רשת אודיו הם סטנדרטיים במעבדות מקצועיות.

קידום מודרני: חסכון דיגיטלי ומודל

המעבר לעיבוד אותות דיגיטליים פתח גבולות חדשים עבור משוב.במגברים דיגיטליים, לולאת משוב ניתן ליישם עם ADCs ו אלגוריתמי DSP, המאפשר פיצוי "מושלם" של אי-לינאריות אנלוגיות.לדוגמה, משוב דיגיטלי ב- Class-D יכול לתקן עבור עיוותים במשרה מתה ואספקת חשמל עם דיוק גדול בהרבה מאשר אנלוגים.

משוב הסתגלותי, אשר מאמת את הפרמטרים של משוב בזמן אמת על בסיס מדידת הפלט, הופך להיות אפשרי בציוד high-end. גישה זו יכולה לפצות על רכיבים ההזדקנות, סחף טמפרטורה ואפילו שינויים עומס הדוברים.חלק מהממריצים הדיגיטליים כוללים כעת שגרות קירור עצמי אופטימיזציה רשת משוב עבור כל מפגש האזנה.

מודלים של מגברים (למשל, עבור סימולציה של גיטרה) להשתמש לולאות משוב בתוך אלגוריתמים של חיקוי דיגיטלי כדי לשחזר את ההתנהגות המורכבת, לא ליניארית של מעגלים צינורית וינטג 'הסתמך על רמות שונות של משוב שלילי ומקומי.היכולת מודל אלה עשה במדויק את המעבדים המודרניים המסוגלים אודיו כי הוא בלתי מהסס מן החומרה המקורית.

שיטות טובות למהנדסים ולאנשי אנתאוס

עבור מהנדסים עיצוב ציוד הקלטות נאמנות גבוהה, ההנחיות הבאות הן חיוניות:

  • (FLT:0) להבין את המסחר-off: FLT:1 משוב נוסף מפחית עיוות ופלט אימפולסים, אבל יכול להציג סיכונים יציבות ו-TIM. Aim עבור משוב מינימלי הדרוש כדי לענות מפרטים, לא את המקסימום האפשרי.
  • משוב מקומי שבו ניתן: FLT:1 ; משוב גלובלי סביב מגבר כוח הוא יותר נוטה לבעיות שולי שלב. משוב מקומי בתוך כל שלב יכול לשפר לינאריות ללא אותו עונש יציבות.
  • (FLT:0)העברה לעומסים תגובתיים:BuildFLT:1) במגברי חשמל, להבטיח שרשת משוב תישאר יציבה עם עומסים קיבוליים (כבלים דוברי ארוכים, רמקולים אלקטרוסטטיים).
  • (FLT:0)Measure הן THD והן TIM:03F1 מבחנים סטנדרטיים THD+N עשויים שלא לחשוף עיוותים טרנספורמטיביים. השתמש בבדיקות מרובות טון ותגובה לגל מרובע כדי להעריך ביצועים של זמן.
  • (FLT:0) להעריך את המערכת המלאה: FLT:1; Feedback in a preamp חייב לעבוד עם הקלט של השלב הבא ואת הציפוי כבל.

עבור אודיופילים ומהנדסי הקלטת בחירת ציוד, בדיקות האזנה נשאר חשוב, אבל מדידות של פרמטרים הקשורים משוב (THD, IM, מינוף, רוחב פס) לספק בסיס מוצק. ציוד שעומד או עולה על ביצועים מקובלים ביצועים מתקדמים, בעוד גם קול מוזיקלי הוא כנראה תוצאה של עיצוב משוב חכם.

מקורות חיצוניים לקריאה עמוקה יותר כוללים את המאמר הטכני של האגודה להנדסה אודיו (Owiki Engineering Society) 1 (FLT:1) על עיצוב מגבר משוב, FLT:2 המאמר הוויקיפדיה המקיף על משוב שליליFLT:3, ומדריכים מעשיים של יצרנים כמו FLT:4Benchmark MediaFLT:5 על יישום משוב במעריפי ה-Preampls שלהם.

מסקנה

Feedback אינו רק אפשרות עיצוב בציוד הקלטה עתיר; זוהי טכניקה חיונית המאפשרת את רמות הביצוע שאנו מצפים מ אודיו מודרני.ממממגברי צינור הריק של שנות ה-40 לממירים דלה-סיגמה של היום, משוב שלילי סיפק את היציבות, הליניאנס והדיוק הדרושים כדי ללכוד את האתגרים שלו - במיוחד ויציבות - יש עיוותים - יש לדחוף את החידושים האפשריים כדי להמשיך את החידושים.

בעוד טכנולוגיית ההקלטות מתפתחת לתחומים של שיעורי מדגם גבוה יותר, רצפות רעש נמוכות יותר, עיבוד דיגיטלי אדפטיבית, עקרונות היסוד של משוב נשארים רלוונטיים כמו אי פעם. מאסטרי של עקרונות אלה הוא מה שממבדיל את הציוד האיכותי ביותר מהסכום היחיד.אם אתה מעצב את הדור הבא של ציוד סטודיו או בחירת מקדמה מיקרופון עבור שרשרת ההקלטה שלך, הבנה עמוקה של מדריך רצון טוב יותר כלפי חנינה.