громкоговоритель возбуждается от усилителя мощности, выходное сопротивление которого имеет сложный комплексный характер. Структурная схема системы изображена на рис. 4.18, где Ск, Як и Lk - электрические параметры, характеризующие комплексный характер выходного сопротивления усилителя; /?s - отрицательное сопротивление, близкое по абсолютному значению сопротивлению громкоговорителя на постоянном токе; Ьскв, Res, Cues - механические параметры громкоговорителя, пересчитанные в электрическую цепь. Отрицательное сопротивление Rs устраняет влияние сопротивления звуковой кат>Ш1ки Ra и тогда емкость Ск увеличивает механическую массу подвижной системы Mas. сопротивление Rk увеличивает демпфирование Rat, а индуктивность Lk уменьшает гибкость Cms (рис. 4.18,6). Таким образо.м, изменяя соответствующим образом значения элементов Cs, Lg т Rk, возможно перестраивать механические парамегры низкочастотных громкоговорителей на нижние значения. Поскольку эти параметры определяют форму амплитудно-частотной и фазочастотной характернстики на низких частотах, система ACE-Bass дает возможность ее оперативной не- рестройки.

Система ACE-Bass может быть реализована несколькими различными способами, в частности, отрицательное выходное сопро- тивлеиие Rs реализуется как с помощью положительной обратной связи потоку, так и с помощью конвертора отрицательного сопротивления, элементы контура Lk, Ск, Rk реализуются с помощью активных ДС-цепей. Возможна реализация системы как с источником тока (рис. 4.18,а), так и с источником напряжения (рис. 4.18,в)., В этом случае выходное напряжение источника должно иметь комплексный характер. Подробное рассмотрение методов реализации дано в [4.5]. Эффект уменьшения нелинейных искажений в области нижних частот объясняется частичиы.м преобладанием электрических линейных параметров Lk, Ск, Rk над механическими, пересчитанными в электрическую цепь Lces, Смев, Res, которые,

4.4. ОПТИМАЛЬНЫЙ СИНТЕЗ ПАРАМЕТРОВ АС В НИЗКОЧАСТОТНОЙ ОБЛАСТИ

Системный подход к конструированию низкочастотных оформлений АС, позволивший описать низкочастотные характеристики любых типов АС с помощью дробно-рациональиых функций, послужил основой для создания методов оптимального синтеза АС в низкочастотной области. Суть их заключается в том, что иа ЭВМ

рассчитывают реальную передаточную функцию АС Яа(5Х), зависящую от вектора параметров системы,

=F{!s,:Qt, Vas, [в, Vb, Ql,-), к путем целенаправленного изменения значений вектора параметров X, с учетом наложенных на них ограничеЕгий вида

X, , <X,<X, a. (4.47)

либо

A-,= A: (4.4в)

приближают с заданной степенью точности реальные характеристики АС с желаемым, задаваемым в виде дробно-рациональной передаточной функции фильтра верхних частот

r(s)=fi -.- + -.--+- + - l+a ,s + a s-...+

где a=(ai, аг,...а ); b=(ui, 62.....fcn-i) и S - вещественные

коэффициенты, s=ja>la>i - комплексная частота, нормированная относительно частоты среза шз (-3 дБ), а и b - векторы параметров передаточной функции T{s), определяющие характер и форму ее модуля (АЧХ) и аргумента (ФЧХ). Наличие ограничений (4.47) диктуется требованиями реализуемости системы - например, объем корпуса не должен превышать реально допустимых значений, гибкость подвеса не может быть больше критической и т. д. В процессе оптимизации часто возникает необходимость фиксации некоторых параметров системы - например, рассчитывать систему под готовый корпус известного объема или под уже имеющийся громкоговоритель. Это обеспечивается наложением на изменяемые в процессе оптимизации параметры системы ограничений вида (4.48). Степень приближения реальных характеристик АС к желаемым характеризуется функционалом, называемым целевой функцией (см. гл. 3).

Q (X) = I [ I - IG (s, Х)/ Г (5,) F, (4.49)

где S{=j2nf; - значение комплексной частоты с номером i, п - число частотных точек в диапазоне оптимизации, \T{s,) - желаемая АЧХ, G(s,-X)-реальная АЧХ. В выражении (4.49) функция качества Q представляет собой взвешенную сумму квадратов разностей амплитудно-частотных характеристик реальной и идеальной системы.

Для получения наилучшего приближения к любой заданной АЧХ достаточно найти такие значения вектора параметров X, которые минимизируют функцию качества Q (X) и определяют в свою очередь основные параметры системы. Существуют другие способы формирования целевой функции - например, в [4.8] предлагается формировать функцию качества как

Q(XP) = 2r,dG(5,/p,X)-lГ(s,)IIVlГ(s,)l

где W( - коэффициеит веса яа i-я частоте, р - вещественный параметр.

Последовательное уменьшение р в процессе оптимизации по-

зволяет получать более низкую частоту среза системы, ие изменяя при этом формы АЧХ. Для поиска оптимального решения, т. е. нахождения глобального минимума функции качества, использухгтся различные методы - Розенброка [4.7], Флетчера - Пауэлла [4.8] и др.

На рнс. 4.19 приведен пример АЧХ системы с пассивным излучателем до оптимизации (1) и после оптимизации (2) [4.8]. При оптимизации объем корпуса системы сохранялся неизменным Кв= =60 дм. В качестве желаемой использовалась максимально-плоская АЧХ фильтра Баттерворта верхних частот четвертого порядка. Отклонение реальной АЧХ оистемы от желаемой уменьшилось с 3,3 дБ до оптимизации до 0,49 дБ после оптимизации. Соответственно частота среза системы уменьшилась с 50,3 Гц до 42,6 Гц, резонансная частота громкоговорителя уменьшилась с 51,3 Гц до 30,9 Гц. Применение оптимизационных методов с применением ЭВМ для расчета параметров и характеристик АС в области низких частот позволяют существенно ускорить процесс расчета и получать результаты, принципиально иедостижи.мые при Рис. 4.19. Пример оптимизации с примеиеннн традиционных аналого- °- ЭВМ системы с вых методов.это объясняется см ~-Z::::.. г-

что в процессе поиска оптимального АЧХ системы после ошимизации

решения ЭВМ находит потенциально достижимые параметры системы для заданных ограничений и выбранных критериев оптимальности.

В ближайшем будущем можно ожидать появление новых, более мощных алгоритмов оптимального синтеза АС в низкочастотной области, когда оптимизацией будут охвачены не только параметры громкоговорителя и корпуса, ио и параметры электронных корректирующих цепей. Перспективным представляется разработка методов многокритериальной оптимизации по таким характеристикам как. АЧХ и максимально допустимое смещение диффузора, или АЧХ и КПД системы и т. д. Дальнейшей перспективой конструирования АС в низкочастотной области являются методы нелинейной коррекции, что позволит существенно увеличить динамический диапазон и снизить нелинейные искажения.