Как убрать свист в колонках от генератора? — Вечный вопрос, НО РЕШАЕМЫЙ! Причем весьма тривиально и просто. Как? Читаем…
Кратко моя история от абсолютного новичка…
Решил собрать себе усилок (УСН) своими руками с не менее 4 каналами и с возможность расширить количество каналов (в будущем, если вдруг взбредет в голову) — ну вот захотелось иметь свои плюшки, как-то управление каждым в отдельности каналом по задержкам (самое важное в качестве автозвука!), эквалайзеру, да еще и чтобы можно было настроить звук УСН из салона и чтобы было не менее 4-ёх предустановок. Да и в общем требование одно — чтобы можно было "творить" и прикручивать всяких вкусняшек. Купить — а кто продаст такое "чудо-юдо"? Никто. Выход — делать самому. Долго кумекал и докумекал — система должна иметь отдельный сенсорный экран (!), управляющий микроконтроллер ("мозги") и DSP (direct sound processor). DSP определился быстро — в Чип и Дипе купил их модуль на ADAU1701, у китайцев купил 4 усилителя TPA3118 каждый до 60Вт при питании +24В, "мозги" Arduino Nano, маленький понижающий преобразователь для питания "мозгов"? экран Nextion. Ну и для питания самих УСН вот такой преобразователь напряжения (блок питания).
Запрограммировал "мозги" и экран, выстроил внутреннюю структуру и работу DSP (все это сильно отдельный разговор — тут и программирование, и прошивка микроконтроллеров и запись EEPROM, и рисование (например интерфейс экрана), понимание работы протоколов передачи данный UART и I2C), согласовал работу этой электроники. Подключил УСН, блок питания. Первый тестовый запуск от аккумулятора показал — звук громкий, НО "грязный", т.е. есть шум — это шумел блок питания, не сильно, но все же… Огорчился — но решил что на первое время пойдет.
Установил в машину. Работает. Завел двигатель — ну и в общем приехали… СВИСТ ГЕНЕРАТОРА В КОЛОНКАХ. Повышаешь обороты — тон свиста увеличивается.
Приступил к решению данной проблемы. Перечитал кучу статеек и форумов. Большинство советов строится на том, что мол линейные кабели плохие, что мол проложить провода надо по "фен-шую"… Линейный провода (т.е. те что передают звук от магнитолы к УСН) у меня стоят настоящие микрофонные (т.е. медная плотная оплетка, внутри которой два отдельных медных провода — так и написано на них for microphones) — в общем лилейники явно не виноваты (даже распаяны по фуншую — на одном конце оплетка припаяна к "массе" RCA-штекера), питающий провод я сразу проложил с другой стороны от линейных проводов (ну просто места там не так уж много чтобы тянуть через один бок машины). И даже мол обязательно нужно отдельный провод массы (я пустил массу просто через корпус самой машины — манал я тратиться на абсолютно ненужные затраты).
Что я только не делал:
1. попробовал такую приблуду на микросхеме BA3121, сильно помогло — свист значительно снизился, можно стало даже ездить и слушать музыку, что в целом я долгое дело и делал. Суть данной приблуды — это по сути несколько операционных усилителей, который (не буду вдаваться в схемотехнику) по сути берут сигнал из "плюсового" провода и вычитают из него "минусовой" (если так можно выразиться), в результате, так как помехи и в + и в — теоретически одни и теже, то при вычитании получаем очищенный от помехи сигнал. Поясню, помехи это по сути "левые" токи, которые ходят как по + так и по "массе", при чем теоретически они равны между собой. И если "+" кроме как помехи еще имеет полезный сигнал, то при вычитании он и остается.
2. попробовал сделать два предусилителя — первый переводил несимметричный сигнал (кой выходит из магнитолы) в симметричный (установил прямо за магнитолой), второй предусилок наоборот симметричный сигнал переводил в несимметричный (DSP имеет только два несимметричных входа — если же принимать симметричный сигнал используя два несимметричных входа, то это по факту будет один моно-вход, пусть и сильно "крутой"). СВИСТ ОСТАЛСЯ.
ИТАК, РЕШЕНИЕ.
Если у вас имеется свист генератора, то виновата в этом "ЗЕМЛЯНАЯ ПЕТЛЯ". А точнее, что скорее всего УСН, кой вы купили построен на неправильно блоке питания.
Поясню. Передача звукового сигнала — это такая же электрическая цепь, любая цепь должна иметь замкнутый контур, т.е так или иначе электроны, передающий электрический ток, выйдя из источника питания должны в него вернуться к противоположному полюсу, на своем пути эти электроны и совершают полезную нам работу — лампочку разогревают, катушку на динамике намагничивают и т.д. Однако, электроны возвращаются обратно по всем открытым для него путям, а не тем которым мы предполагаем. Таким образом, звуковой сигнал выйдя из магнитолы достигает УСН, там совершает некую работы и возвращается обратно в магнитолу через второй провод (это называют еще "возвратным током", НО если УСН имеют контакт с "массой" автомобиля, то часть электроном возвращается в магнитолу по корпусу машины (!), а не через второй проводок в линейном кабеле. Важное тут то, что любая магнитола имеет контакт с "массой" автомобиля. Далее, нужно понимать, что корпус автомобиля — это откровенно большая антенна а также ну очень большая магистраль для разного рода токов, который текут кто-куда, и даже могут течь противоположно нашему электрону из магнитолы. Итак имеем два пути для возвратного току полезного сигнала. Дело еще усугубляет тем, что данных электроннов сильно мало — ну просто чтобы передать сигнал звука, не нужны большие токи. Итак дальше. УСН усиливает разницу напряжений между "сигналом" и "массой" на стороне самого усилителя (не на стороне магнитолы!), а раз возвратный ток у нас идет не только по второму проводку но и по корпусу, то и получается, что на контактах у нас "минус" становится не стабильным (фактически не "ноль"), колеблется, в итоге напряжение между сигналом и "минусом" тоже колеблется — появляются помехи. При работе генератор автомобиля выдает огромное количество электромагнитных помех (и их не победить! таков принцип работы генератора), все эти помехи живут на корпусе автомобиля. Значит нам надо не допустить, чтобы возвратный ток тек по корпусу автомобиля.
Как этого добиться. Есть в электротехнике такое понятие — гальваническая развязка. Это просто означает, что питание приемника и источника сигнала должны быть электрически развязаны, а проще говоря у них не должно быть единой "массы".
Небольшое отступление. Как проверить, есть ли земляная петля у вас или нет? Подключите к вашем усилку в качестве источника звука любой портативный плеер или мобильник (главное чтобы работало это устройство от своего аккумулятора) — свист генератора исчезнет, значит вы сейчас разорвали "земляную петлю".
Как реализовать гальваническую развязку в нашем случае. Ну можно сильно заморочиться и сделать передачу звукового сигнала через оптоволокно (не пробовал однако )))) ). А можно сделать так, чтобы питание вашего усилка было гальванически развязано.
Реализовать это для наших целей возможно только если использовать трансформаторный блок питания либо для источника звукового сигнала, либо для приемника сигнала. Что такое трансформатор? Это две обмотки на одном магнитопроводе, по первой обмотке идет ток источника (аккумулятор + генератор), а на второй обмотке мы снимаем ток для наших нужд, при этом между двумя обмотками нет непосредственного контакта, передача энергии идет через магнитопровод посредством электромагнитной движущей силы (ЭДС) — в общем смотрим учебник физики. Городить трансформаторный блок питания для магнитолы наверное сильно дешевле, но есть свои нюансы — современные магнитолы всегда подключены к питанию автомобиля, так как им надо хранить некоторые свои настройки (например уровень громкости, который был установлен пользователем в прошлый раз), для этого им нужно питание постоянно, пусть немного но всегда. А чтобы блок питания работал всегда — ну такое себе…
Второй наиболее приемлемый вариант — это трансформаторный блок питания для УСН.
Таким образом, если ваш усилок делает "свист" в ушах, значит купили вы явно "дерьмовый" усилок, в котором блок питания НЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ. Поясню. Для питания УСН обычно нужно напряжение больше чем 12-14 воль, следовательно нужен преобразователь напряжения (ПН). Существуют три типа преобразователя напряжение: 1. самый простой и дешевый — это конденсаторный ПН (не буде о нем, мало кто даже и слышал о таких, но например сделать на конденсаторах инвертор из плюса в минус сильно дешевле и проще 0 например для двуполярного питания операционных усилителей), 2. тоже дешевый и простой — это DC-DC преобразователь, где используется дроссель и 3. трансформаторный. В 1 и 2 варианте имеется гальваническая связь.
В итоге недавно все же собрал трансформаторный блок питания на ферритовом кольце. В моем случае одна первичная обмотка, и несколько вторичных обмоток: первая однополярная +24В (питание для TPA3118), вторая однополярная 16В (на DSP и на ардуино), и третья двуполярная +/-20В (для питания предварительного усилителя, который переводит симметричный сигнал в несимметричный — но я его пока не сделал, не впаял компоненты, разводку на плате сделал, но стало лень доделывать, решил сделать пока без него, это не критично). Запуск показал — СВИСТ ГЕНЕРАТОРА ОТСУТСТВУЕТ! Шум от самого блока питания отсутствует (на удивление получился весьма достойный бесшумный блок питания), однако выяснилось, что встроенный в плату DSP преобразователь напряжение (он формирует 3,3В) все же шумноват — прикол в том, что если включаю без DSP шума вообще нет, а если через DSP — то есть появляется небольшой шумок (нудо будет подумать над тем, чтобы перевести DSP на другой питание — выпилить встроенный преобразователь к чертям).
И ГЛАВНОЕ: "массовый" провод линейных кабелей не должен контактировать с "массой" автомобиля (!), т.е. RCA-гнезда на самом усилке должны быть изолированные, без контакта с корпусом — "массовый" провод должен контачить только с входным контактом на самих УСН.
Как избавиться от наводок и фона в динамиках автомобиля
Наводки, шум, фон при работающем двигателе — это частые проблемы не только начинающих любителей автозвука. Они могут появится после первого включения системы, а могут возникнуть совершенно неожиданно — «Вчера не было, а сегодня появились. Я вообще ничего не трогал».
В сети полно пространных материалов на тему о том как найти причину и побороться с этими неприятными явлениями. Пробегитесь по чек-листу, представленному ниже, и в большинстве случаев вам удастся решить проблему фона или наводок.
ВАЖНО! Все переключения осуществляйте на обесточенной системе. Не просто выключенной, а обесточенной.
1. Контакты
Проверяем надежность всех контактов в системе. Начиная с питания, заканчивая проверкой правильности установки разъемов и штекеров. Часто бывало что неполадки были из-за плохо вставленного межблока.
Плохой пример контакта
2. Корпус усилителя
Проверьте, не замкнут ли корпус усилителя на кузов. Он не должен контактировать с кузовом даже через крепежные элементы. Обычно для этого используются проставки из фанеры или других материалов, не проводящих ток.
Усилитель закреплен через проставку
3. Минус усилителей
Если у вас усилители берут минус с кузова, то убедитесь что контакт для всех в одной точке. Да, как показывает практика, это тоже может влиять на наводки и шумы.
Минус в одной точке
4. Расположение проводки
Частая причина фона, помех и шумов в близком расположении акустических и межблочных кабелей к силовым, либо к штатной проводке автомобиля (так же сюда относятся зарядники, навигаторы и т.п.). При монтаже тяните их по разным сторонам кузова, а если пересечения не удается избежать, то кладите межблоки и акустические провода под прямым углом ко всем остальным.
5. Кроссоверы
Кроссоверы имеют повышенную чувствительность к наводкам. Если они есть у вас в системе, то попробуйте поменять их положение. Приложите фонящий динамик к уху или попросите кого-то близко слушать установленный и перемещайте кроссовер отмечая изменения.
Не лучшее место для кроссоверов
6. Предохранитель линейных выходов
Если у вас магнитола PIONEER, то проверьте целостность предохранителя массы линейных выходов. Для пионерщиков это самая частая причина. Фон, треск, шум, увеличивающийся при нажатии на газ — все это характерные симптомы.
Пресловутый предохранитель Пионера
7. Ищем неисправное звено
Ищите неисправный элемент. Отключайте по одному межблоки от магнитолы, если фон не пропал, то она в порядке и проблема где то дальше.
Отключайте от по одному межблоки от усилителя ( подключенные к магнитоле). Если фон пропал, то виноват, последний отключенный межблочный кабель. Если остался, то виноват усилитель или что- то дальше.
8. Минус магнитолы
Если проблема не найдена, попробуйте перекинуть минус магнитолы, с кузова на АКБ или наоборот. А вдруг!
9. Ничего не помогло
Вот если эти не сложные действия не помогли вам, то можно начинать вникать глубже. Ставить на магнитолу фильтры помех по питанию, проверять генератор, свечные провода и т.д. Но обычно в 85% случаев до этого не доходит.
Чистого звука и мощного баса!
Читать еще:
Жмите на кнопку чтобы поделиться материалом:
Недавно установил на свой автомобиль усилитель 4-канальный, к нему подключил все колонки и сабвуфер. Все играло отлично, пока я не завел движок. При работающем движке ужасный свист в колонках, при повышении оборотов, свист ставал сильнее. При заглушенном движке все в порядке. Стал разбираться в чем проблема. Снял магнитолу, отсоединил тюльпаны от нее, свист пропал. Подключил телефон через переходник и включил музыку, никаких посторонних шумов не было.
Решил доработать магнитолу
После многочисленных попыток с впайкой диодов, конденсаторов, установкой готовых и самодельных фильтров, даже подключился напрямую перед микросхемой с операционными усилителями, ничего не изменилось. Поехал на базар, купил новую магнитолу. Установил, завел, свист остался, но стал тише. Поседел, подумал, отключил возбуждение от виновника всех этих проблем — генератора. Завел, свист пропал.
Снял генератор для проверки
Проверил диодный мост, обмотку статора и ротора, проверил емкость помехогасящего конденсатора, целостность гасящего напряжение самоиндукции диода в регуляторе напряжения — все в норме. Регулятор напряжения тоже работал исправно, так как перед этим замерял напряжение при заведенном двигателе — стабильные 14.4 В. После анализа всех выше указанных факторов был сделан вывод, что свист вызван работой самого регулятора напряжения. Для этого я решил доработать регулятор напряжения и поставить в цепь обмотки возбуждения (индуктора — ротора) электролитический конденсатор и дополнительный диод.
Для полной ясности картины, нужно разобраться, как работает генератор
Самый простой генератор переменного напряжения (которое превращается в постоянное с помощью диодного моста) являет собой обмотку (статор — якорь) и магнит (ротор — индуктор), который вращается внутри него.
Но проблема в том, что напряжение зависит от оборотов ротора, нагрузки на генератор и величины магнитного потока самого ротора.
Чем выше обороты ротора, тем выше напряжение на выводах обмотки статора.
Чем больше нагрузка, тем ниже напряжение на выводах обмотки статора.
Чем больше магнитный поток ротора, тем выше напряжение на выводах обмотки статора.
Для того чтобы держать напряжение на одном уровне, обороты ротора не должны меняться, что в случае с автомобилем — невозможно, и нагрузка на генератор меняться не должна, что, в случае с автомобилем, тоже невозможно, так как оборудование автомобиля не работает постоянно (стоп сигнал, повороты, фары, музыка и многое другое).
Исходя из этого, единственным решением оказалось менять величину магнитного потока ротора. В случае с постоянными магнитами такое не возможно, но возможно с помощью электромагнита.
Величина магнитного потока зависит от силы тока, который течет через обмотку этого магнита. А ток в обмотке регулирует регулятор напряжения.
И вот мы дошли к нашему вопросу, как же работает регулятор напряжения
Каждый регулятор настроен на определенное напряжение, которое он будет стабильно поддерживать в сети автомобиля, зачастую оно равно 14.4 В. То есть, при достижении в сети напряжения больше 14.4 В, генератор должен отключатся, при падении напряжения ниже 14.4 В он должен включатся. Примерно так работают автоколебательные регуляторы напряжения.
Это все реализует регулятор напряжения. Если через обмотку возбуждения (электромагнит) перестать пропускать ток, то генератор перестанет вырабатывать электрическую энергию. Таким образом, напряжение на обмотку возбуждения подается импульсами, то есть оно меняется скачком. Получается, что регулятор напряжения работает в так званом релейном, автоколебательном режиме. Если подключить осциллограф и посмотреть на амплитуду напряжения на обмотке возбуждения, то она будет прыгать и менять полярность. Положительная полярность при подачи напряжения на обмотку, и отрицательная полярность при отключении источника питания.
Электромагнит являет собой болванку, в которой есть паз под обмотку. Любая обмотка является катушкой индуктивности. Катушке индуктивности свойственно такое явление как — Самоиндукция. Самоиндукция — явление возникновения прыжка напряжения на выводах катушки индуктивности. Самоиндукция возникает при мгновенном изменении сопротивления в цепи катушки индуктивности. Когда к катушке индуктивности подключен источник, она накапливает в себе энергию, и если источник отключить, то катушка сама стает источником энергии. Энергия катушки может превратиться в два вида: электрическую в виде тока и, если она не может превратится в электрическую, тогда она превращается в электромагнитные колебания. Магнитная энергия катушки начинает искать себе путь для того, чтобы превратится в другой вид энергии. В случае отключения катушки, напряжение на ее выводах стает такого же направления как и ток проходящий через нее перед этим. Амплитуда напряжения на выводах пытается поддержать ток на том же уровне. В случае отключения катушки от цепи (сопротивление внешней цепи очень велико), напряжение резко поднимается к очень высокому значению, в некоторых случаях, напряжение может пробить воздушный промежуток (система зажигания автомобиля), или пробить изоляцию своей обмотки. Если сопротивление цепи очень мало, тогда и напряжение малое. Если пути для прохождения тока не было, тогда магнитная энергия переходит в электромагнитные колебания, ведь изолированные между собой проводники в катушке имеют между собой и емкость. Емкость и индуктивность – колебательный контур.
Для того, чтобы катушка при отключении своим напряжением самоиндукции не повредила свою изоляцию и не вывела из строя регулятор напряжения, току делают путь для прохождения – обратный диод постоянно включённый в цепь катушки.
Получается, что когда катушка подключена регулятором к источнику, то напряжение на ее выводах приблизительно равное напряжению источника (14 В), а когда она отключается от источника, тогда напряжение на выводах катушки меняет полярность и его амплитуда равна падению напряжения на диоде (0.2÷1.5) В.
Из этого всего идет вывод, что для того чтобы избавится от скачков напряжения на выводах катушки, нам нужно избавится от самоиндукции обмотки возбуждения. В этом нам поможет электролитический конденсатор.
Конденсатор имеет способность накоплять в себе заряд. Когда регулятор будет отключать обмотку возбуждения, заряд накопленный конденсатором будет источником для катушки, тем самым не давая мгновенно меняться напряжению на выводах от 14.4 В к -1.5 В, и избавит нас от самоиндукции.
Теория закончилась, приступаем к делу
Под рукой завалялось 2 электролитических конденсатора 16 В 1000 мкФ (два параллельно 2000 мкФ). Чем больше емкость, тем лучше.
