Правильное питание: новый взгляд на старую проблему.

     Хочу немного затронуть тему бортовой сети питания автомобиля и именно про возникающие проблемы в звуке при совместной работе аудиоустройств (магнитол, усилителей, аудиопроцессоров и т.п.).

    Насчет наводок от автомобильного генератора, ксеноновых ламп, различных электронных узлов автомобиля (бортовые компьютеры, микропроцессорные системы электронного зажигания и впрыска, гибридники, тормозные системы ABS, ESP, TCS, EBD, электронные (ШИМ) регуляторы света/подсветки, заземление антенны, парктроники, цифровые дисплеи, приборные панели и другие индикаторы, навигационные, противоугонные системы, системы VDC, City Stop, климатконтроля, иммобилизаторы, транспондеры, камеры ЗВ, системы контроля давления в шинах, CAN шины и т.д. и т.п) особо касаться не буду.., разве только напишу пару размышлений.

Статья пока незаконченная, пишется давно, но вижу, что если все подробно описывать, тогда я никогда её не закончу, поэтому сократил текст раз в пять, выбросил много теории и решил опубликовать.

    Данная тема в основном касается тех, кто уже сделал инсталляцию, всё работает, никаких шумов, наводок и писков нет, перепробованы всевозможные настройки, разная акустика и усилители, короче, из аудиосистемы выжат максимум, а желание, где бы еще покопаться и сделать еще лучше - огромное и непреодолимое. 

    Есть вопросы, на которые я пока не знаю ответов. Где-то догадываюсь, что-то уже применяю на практике, где-то надо ставить еще эксперименты, возможно некоторые измерения и выводы сделаны методически неправильно, просто нет времени поэкспериментировать и т.п..

    Вообще, электромагнитная совместимость (ЭМС) - это сложная и бесконечная тема, и как для автозвука (выделил жирным) нужные для нас слова с определения ЭМС - способность технических средств одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на них непреднамеренных электромагнитных помех и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам.

    В основном буду рассматривать кондуктивные дифференциальные помехи, которые возникают в системах электропитания и распространяются по проводам, кабелям, шинопроводам, проводящим конструкциям и т.п.. Все с ними воюют: и на предприятиях, и на кораблях, самолетах, вертолетах, автомобилях, в любом радиоустройстве и т.д. и т.п..

    У домашников уже давно есть свои наработанные способы борьбы с сетевыми наводками и взаимовлиянием аудиоаппаратуры друг на друга при питании её от сети 220 вольт, а вот в автозвуке многое замалчивается, цельного описания совокупности проблем питания нет, не полностью найдены и расписаны/описаны решения. Аксакалы автозвука многое знают по ЭМС, но ограничиваются только редкими корректировочными замечаниями как лучше сделать, без объяснения, почему нужно сделать именно так. Казалось бы простые вопросы: что имеет большее значение: "не пустить" внешние помехи в усилитель или "не выпустить" из усилителя те помехи, которые в нём рождаются?...... 

    Общая проблема состоит в том, что усилители (чистый А класс мы здесь не рассматриваем) не потребляют ток ровно и постоянно, как например, лампа накаливания, электрочайник или электробойлер. Всем известно, что реальный звуковой сигнал имеет импульсный характер и когда в бортовую сеть автомобиля подключается один или несколько усилителей (аудиоустройств), то если хотя бы одно из устройств будет выбрасывать сильные наводки в эту сеть, то все устройства, которые подключены к этой сети, страдают... вернее, страдает звук.

 На самом деле все автоусилители (точнее их блоки питания, которые являются преобразователями DC\DC) создают и распространяют огромное количество низкочастотных и высокочастотных шумов и наводок, с которыми ни один АКБ, и сами преобразователи DC/DC (вне зависимости от того, насколько качественно они спроектированы), не способны самостоятельно справиться. Уточню про усилители - они как бы всё-таки справляются, но ровно настолько, чтобы уложиться по минимуму в нормы, указанные в нормативных документах про ЭМС, но не настолько, как-бы нам хотелось, чтобы звук был максимального качества.

    Еще уточню - одно дело усилитель выпущенный в 1992 году и другое дело усилители выпускаемые сейчас. Не могу точно сказать на что опираются производители аудиоавтотехники, но то что современные требования по ЭМС значительно возросли - это факт. По крайней мере, одно дело методика тестирования оборудования на электромагнитную совместимость согласно стандарта ANSI C63.4-1992 «Методы измерения радиопомех от низковольтного электрического и электронного оборудования в диапазоне частот от 9 кГц до 40 ГГц» (Methods of Measurement of Radio-Noise Emissions from Low-Voltage Electrical and Electronic Equipment in the Range of 9 kHz to 40 GHz), а другое дело согласно стандарта 2014 года ANSI C63.4-2014 (Revision of ANSI C63.4-2009). Одно дело ГОСТ Р 51318.22- 99 (СИСПР 22 - 97) и совсем другое дело ГОСТ 30805.22-2013 (CISPR 22:2006)... ну и так далее.

    Вот поэтому иной раз со старыми усилителями установщикам приходится хорошо повозиться при инсталляциях, чтобы они играли и не нахватывали наводок в современных автомобилях.. - иной раз одни только помехи от мобильных телефонов чего стоит побороть.

    По мере прояснения вопросов, буду дописывать ответы и решения.

Правильное питание: новый взгляд на старую проблему

Неправильно ты, дядя Фёдор, бутерброд ешь.

Ты его колбасой кверху держишь, а надо колбасой на язык класть, так вкуснее получится.             

                                  Кот Матроскин.

    Неправильно Вы, ребята, вообще слушаете усилители! Слушать надо совсем по другому!

Для начала вспоминаем, как устроен цифровой усилитель (упрощенно) - это усилитель, в котором входной многоразрядный цифровой сигнал преобразуется в одноразрядный (однобитовый) цифровой, который представляет собой ШИМ сигнал. На выходе цифрового усилителя стоит фильтр НЧ, который представляет собой цепь LC, то есть, индуктивность и конденсатор.

И на входе питания любого мощного автоусилителя АВ класса тоже стоит фильтр НЧ, представляющий собой тоже LC (индуктивность и конденсатор).

Итак, чтобы «правильно» слушать усилитель, надо вместо динамиков к выходам усилителя подключить мощные (100-200 Вт) резисторы номиналом 2-4 Ом и далее подключить динамик (или наушники) через конденсатор 10-100 мкФ (лучше пленка или неполярный электролит) к клеммам питания усилителя, или еще лучше прямо к клеммам АКБ. Подаем сигнал на усилитель и выкручиваем громкость головы на максимум. 

При этом через этот динамик можно довольно громко слушать музыку... правда она будет как бы с искажениями, но, тем не менее, хорошо слышно и низкие и средние частоты, можно разобрать слова. Особенно очень хорошо слышно низкие частоты. Если подать синус - слышно синус, подать шум - слышно шум. Всё чётко.

Для стерео - нужно использовать два отдельных усилителя. И два отдельных АКБ, иначе будет плохое разделение каналов. :)

Понятно, что ФНЧ на выходах в усилителях D класса и на входе питания усилителей АВ класса, хоть их объединяет их название как фильтр НЧ, но работу они выполняют разную.

В цифровых усилителях фильтр НЧ имеет частоту среза 35-50 кГц.

А стоковый фильтр НЧ по питанию усилителей обычно имеет частоту среза 500-1000 Гц. 

Немного измерений.

Пока работаем только от АКБ, совместную работу АКБ и генератора будем рассматривать позже.

Условия:

Усилитель DLS серии A, работают два канала, усилитель потребляет при этом 13 ампер (без учета холостого тока, так как ток ХХ в разных усилителях разный, и поэтому если ХХ ток к примеру 1,2 ампера, то значит общий потребляемый ток я выставлял 14,2 ампера), силовые провода 7 калибра длиной 2,5 метра (полная длина 5 метров, сопротивление провода 0,0082 Ом, с учетом переходных сопротивления АЗС на 50 ампер и клемм АКБ – 0,012 Ом).

Почему именно 13 ампер и 7 калибр - это в данном случае примерно по 50 Вт на канал (как раз нормальная средняя громкость для мидов, при которой обычно и слушают музыку), и заодно почти реальная имитация силового кабеля нулевого калибра длиной 3 метра при 100 амперах, земля по корпусу авто.

Синусоидальную частоту задаем с генератора НЧ и осциллографом смотрим, что творится на клеммах АКБ.

На сам уровень постоянного напряжения и просадку напряжения на АКБ, пока не обращаем внимания.

C усилителями DLS A cинус на клеммах АКБ видно примерно до 1,2 кГц (на 20 Гц сигнал в размахе (пик-пик) составляет 120 милливольт, на 200 Гц - 30 милливольт, на 1 кГц уже 5 милливольт и далее сигнал прячется в наводках и шумах от преобразователя DC/DC усилителя).

Усилитель Audison VR209: на 20 Гц сигнал в размахе (пик-пик) составляет 100 милливольт , на 200 Гц - 20 милливольт, на 1 кГц - 5 милливольт и дальше всё тоже прячется в наводках и шумах..

В основном на разных усилителях (в стоке), которые я измерял, эти цифры при токе потребления в 13 ампер (без учета холостого тока) колеблются плюс минус 10%. 

Реже, но есть усилители, в которых уровень синуса существенно меньше..., а есть усилители, в которых плавно уменьшаясь синус можно видеть аж до 2,5-3,5 кГц и только потом он прячется в наводках и шумах. Например, усилитель Genesis Dual Mono: на 20 Гц сигнал в размахе составляет 120 милливольт, на 200 Гц - 15 милливольт и до 2,5 кГц видно синусоиду 5 милливольт и только потом она прячется в наводках и шумах.

Если быть точным, то в данном случае мы видим на клеммах АКБ не синус, даже совсем не синусоиду или постоянное напряжение - мы видим однонаправленное пульсирующее напряжение синусоидальной формы (с переменной и постоянной составляющей), поэтому далее я буду переменную и постоянную составляющую пульсирующего напряжения называть соответственно переменной и постоянной составляющей.

Причем в питании видно частоту в два раза больше, чем подается на вход усилителя. Это легко объяснимо: питание усилителя однополярное и поэтому: пошла положительная полуволна синуса - преобразователь потребляет ток, пошла отрицательная полуволна синуса – преобразователь тоже потребляет ток...

На досуге подумайте, может кто сможет объяснить, почему при удвоенной частоте в питании по сравнению с входной частотой, мы все равно в динамике\наушнике (подключенного к АКБ) слышим совершенно нормальные голоса (певцы легко узнаваемы), инструменты также узнаваемы, и т.д., говоря другими словами - нет такого звучания, как кричала толпа в одной известной книге: Глюм глефф Куинбус Флестрин! 

Для того, чтобы не запутаться кто после чего перед чем, в дальнейшем описании возьмем за основу направление движение тока по цепочке от плюса АКБ, предохранитель, далее силовой провод, клеммы усилителя, дроссель, драйвер преобразователя DC/DC… и т.д. до минуса АКБ.

Внутри усилителя после дросселя, с первого взгляда, на экране осциллографа видно в десять раз большей по уровню (чем перед дросселем), как бы пульсирующую двойную 25-30 % амплитудную модуляцию (но, правда, здесь верх и низ модуляции сдвинуты на 180 градусов) входного питания (постоянного напряжения) входным сигналом, где роль типа несущей выполняют импульсные выбросы от трансформатора драйвера преобразователя напряжения. 

На самом деле, это просто импульсные выбросы рисуют такую картинку на экране осциллографа на развертке с частотой входного сигнала. А уже перед дросселем мы видим пульсирующее напряжение синусоидальной формы без этих выбросов (ну почти без выбросов).

На Рис.1 я как мог, попытался нарисовать характерные картинки сигналов и пульсирующих напряжений в установившемся (стационарном) режиме.

При реальной работе усилителя (а также при переходных режимах) уже не так все красиво - переменная составляющая становится в несколько раз больше... про это читаем ниже.

Рис.1.

Полный размер.

Если ток потребления усилителем довести до 50-75-100 ампер (если усилитель на это рассчитан), то и переменная составляющая становится больше, чем при 13 амперах, в 4-6-8, соответственно, раз. Больше ток, больше падение напряжения на проводах, и тем громче будет играть динамик подключенный к клеммам АКБ.

Но амплитуда переменной составляющей увеличивается не только из-за падения напряжения на силовом кабеле.

Я специально сравнивал уровень переменной составляющей в питании усилителя на одной и той же частоте на только что заряженном АКБ и почти разряженном АКБ - разница может достигать до двух раз. К примеру, на частоте 100 Гц ток 50 ампер: на заряженном АКБ в питании на частоте 100 Гц размах переменной составляющей 100 мВ пик-пик, а при разряженном АКБ до 30% – 200 мВ пик-пик.

Общая ситуация ясна - чем сильнее разряжен (или просто слабый) АКБ, чем мощнее усилитель (громче играет) и чем больше сопротивление силового кабеля, то тем больше переменная составляющая и тем громче будет играть подключенный к клеммам АКБ наушник/динамик. 

Тут нет ничего удивительного, и если почитать специальную техническую литературу, касающейся рекомендаций по применению преобразователей DC/DC от одного ватта до мощностей в киловатты, то там написано примерно так (несколько выдержек):

Шунтирование пульсаций тока особенно важно для моделей с номинальным значением входного напряжения 12 В (здесь имеется в виду то, что у преобразователей с входным напряжением 24-48 вольт - ток меньше. Прим. моё).

Модели преобразователей без встроенного фильтра имеют большие значения переменной составляющей входного тока и постоянного тока, наложенные друг на друга. Переменная составляющая тока является почти синусоидальной при частотах выше 150 кГц. Источник первичной энергии должен иметь такой импеданс, чтобы быть способным выдавать этот ток с незначительными пульсациями напряжения. Для шунтирования высокочастотной составляющей входного тока рекомендуется установка высокочастотных пленочных конденсаторов, например типа К10-47в, параллельно шинам источника входной электроэнергии. Эта мера также эффективно снижает кондуктивные помехи и помехи излучения.

......

Для обеспечения нормальной работы преобразователей постоянного напряжения необходимо обеспечить достаточно низкий импеданс первичного источника энергии, особенно это важно при изменениях входного напряжения и при значительных и быстрых изменениях тока нагрузки. Необходимо учитывать резистивный и реактивные компоненты импеданса первичных источников питания.
........
Преобразователи без встроенных входных фильтров, как правило, требуют первичных источников энергии с более низким значением реактивной составляющей импеданса, чем преобразователи со встроенным фильтром. Это объясняется тем, что входной ток имеет значительные гармоники с частотами, кратными частоте преобразования.
Реактивная составляющая импеданса первичного источника энергии может быть эффективно снижена установкой пленочных или керамических конденсаторов на входе преобразователей.

Также напомню, что в потребляемом токе мощных преобразователя DC/DC всегда есть эффективная переменная составляющая и её максимальный уровень не должен превышать, например, согласно ГОСТ 27699-88 (СТ СЭВ 5874-87) Системы бесперебойного питания приемников переменного тока, пункт 2.2.7. - 2,5% (вот собственно для чего в усилителях на входе питания ставят дроссели).. есть и другие требования к ЭМС: Стандарт СISPR22, Cтандарт VDE 0871, Стандарт EN55022 и т.п. - там еще жестче ограничивают переменную составляющую в потребляемом токе (и по уровню, и по спектру и т.д.).

Двигаемся дальше, и теперь кроме уровня переменной составляющей на АКБ начинаем измерять постоянную составляющую при одинаковом токе потребления, но на разных частотах в диапазоне от 10 Гц до 1,0 кГц. Крутить частоту надо живенько, так как АКБ разряжается - иначе десятые/сотые вольта можно и не уловить.

При измерениях видно (Рис.1), что постоянная составляющая напряжения на АКБ немного изменяется, несмотря на то, что ток потребления как был, так и остается 13 ампер. Мы с начала видим небольшое возрастание постоянной составляющей напряжение на АКБ (примерно на 0,015 вольта), затем плавное уменьшение (эдакий плавный горбик с центром примерно на частоте 180-200 Гц), и после 1 кГц уже напряжение на АКБ не меняется. Полной достоверности насчет точного уровня постоянной составляющей в данном случае нет, так как при измерениями разными мультиметрами (стрелочными, цифровыми и цифровыми с True RMS в режиме измерения постоянного напряжения) данные получаются немного разными (если почитать инструкции многих мультиметров, то чаще всего там написано, что прибор правильно измеряет только: Постоянное напряжение (VDC) без переменных составляющих), но факт наличия горбика, так или иначе, но фиксируется всеми приборами. 

В случае с измерениями пульсирующего напряжения с постоянной составляющей - значение постоянной составляющей обычно обозначают как Uср.

Насчет сдвига фаз между входным сигналом и переменной составляющей в питании... - сдвиг есть.

Вот реальная картинка (частота входного сигнала 96 Гц, усилитель VR209):

Фото 1.

Чтобы можно было сравнивать этот сдвиг - надо бы определиться в чем выражать величину и от чего отталкиваться.
Если в лоб, то относительно входного сигнала сдвиг фаз между входным сигналом (96 Гц) и переменной составляющей (192 Гц) в питании, составляет примерно 96 градусов.. но это неправильно, так как в определении про сдвиг фаз, должно выполняться условие, что у этих сигналов одна и та-же частота, а здесь частота переменной составляющей в два раза больше, чем частота входного сигнала.
Есть такое понятие, как коэффициент мощности, который показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения. Но здесь речь идет о переменном напряжении.., а у нас вроде как постоянное питающее напряжение, однако в питании есть переменная составляющая и входной сигнал тоже переменный..
Хорошо, в питании ток потребления и переменная составляющая, в данном случае, совпадают по фазе - увеличился ток потребления и увеличилась просадка напряжения.
Тогда пока буду говорить о запаздывающем токе (ЗТ) по фазе между входным напряжением и переменной составляющей в питании усилителя.
Временно делаем так: высчитываем от максимума (или минимума) входного сигнала - до первого провала переменной составляющей (максимум потребляемого тока), за основу - половина периода частоты входного сигнала (180 градусов).
Тогда получается для входного сигнала частотой 96 Гц ЗТ= 62 градуса.
При частоте входного сигнала 20 Гц ЗТ=42 градуса, при частоте входного сигнала 200 Гц ЗТ=60 градусов.
В усилителе Genesis DM на частоте 100 Гц ЗТ=43 градуса, при 20 Гц ЗТ=27 градусов, при 200 Гц ЗТ=36 градусов.

От чего сильнее всего зависит величина запаздывающего тока (и первый-ли это провал?, см. Прим. 11), можно-ли уменьшить и надо ли это делать, как это влияет на звук других усилителей и самого себя, и т. п. - это все требует дальнейшего рассмотрения и изучения на разных усилителях.
Ясно, что величина задержки тока зависит от величин и сочетаний комбинированного сопротивления: реактивного (импеданса трансформатора и дросселя) и активного сопротивления (сопротивление дрожек, клемм и силового кабеля).

При резком появлении и пропадании сигнала на входе усилителя происходит вот такая раскачка переменной составляющей в питании в течении... до 0,5 секунды (точнее не засекал):

Установившейся режим:

Фото 2.

Раскачка переменной составляющей в питании при резком пропадании/появлении сигнала на входе усилителя (так играется ЭДС самоиндукции дросселя, а также переходные процессы системы стабилизации/регулирования выходного напряжения преобразователя DC/DC VR209):

Фото 3.

Как видно на осциллограмме - переменная составляющая увеличивается в размахе почти в 2 раза, по сравнению с установившимся режимом. 

Таким образом, переменная составляющая, измеренная в установившемся (стационарном) режиме, при работе усилителя в реальных условиях становится в 2-3 раза больше, плюс в спектре появляются нечетные гармоники (!!) из-за несимметрии переменной составляющей (и еще чёрти-каких только гармоник там не появляется), из-за чего спектр таких колебаний уверенно простирается за сотню мегагерц.

Также прыгает и постоянная составляющая - оно и понятно: пропал потребляемый ток, уменьшилось падение напряжение на силовом кабеле, увеличилось напряжение на АКБ (уровень изменения постоянной составляющей сильно зависит от степени заряженности АКБ и его внутреннего сопротивления).

И такая раскачка переменной и прыжки постоянной составляющей в питании во время работы усилителя на реальном звуковом материале происходит непрерывно и постоянно. 

Пока запомним только про горбик и вернемся к вопросу горбика чуть позже.

И какие тут напрашиваются первые выводы?

Даже если ничего постороннего не слышно в акустике автозвуковой системы - это еще не значит, что ничего не пролазит через усилитель и отсутствует в звуке... И не думайте, что на клеммах АКБ можно услышать только сильные сигналы и наводки. Если подсоединить наушники через конденсатор к клеммам АКБ, я отчетливо (!!!) слышу писк от светодиодного вольтметра DC 0-30V (так называемый алиэспрессовский цифровой вольтметр), который подсоединен к АКБ! Хотя осциллографом в питании видны цифровые импульсики размахом всего 2-5 милливольт!!! И это еще самый тихогадящий вариант вольтметра.. многие автозвуковики сталкивались с экземплярами таких вольтметров, которые пищат в автомобильных динамиках как дурные.. это касается и алиавтомобильных зарядок и т.п.
Так что все дружно берем наушники, конденсатор и слушаем что слышно на клеммах АКБ.

Кстати, так можно прослушивать чистоту питания (на АКБ, на клеммах усилителя и т.д.) на заведенной и не заведенной машине (и в какой-то мере обойтись без осциллографа): если в наушниках/динамике будут слышны какие-то сильные посторонние звуки, значит надо искать их источник и давить его, даже если этого и не слышно в установленной в автомобиле акустике. 

Что и как обычно измеряют у АКБ… это все знают, но чисто пару слов скорее для себя, так как я еще учился по книге "Химические источники тока" профессора А.П. Окатова.

Параметры АКБ измеряют на постоянном токе и переменном токе.

Самое простое измерение – это нагрузочная вилка.

Обычно такое измерение называют омической технологией тестирования, чтобы определить характеристики разрядки АКБ под нагрузкой. Более низкая проводимость (не путаем понятие электрической проводимости (См) с полным внутренним сопротивлением (Ом)) соответствует пониженной способности АКБ выдавать ток при снижении напряжения.

Двухуровневая нагрузка постоянным током. Данный метод тестирования отвечает стандарту IEC 61951-1:2005

Одночастотный метод на 90 или 1000 Гц, многочастотный, импульсный и еще много разных методов тестирования.

Метод измерения внутреннего сопротивления под активной нагрузкой измеряет и видит АКБ только как резистор.

 

Метод измерения на переменном токе видит АКБ, примерно как нарисовано на рисунке:

Рис.2

https://best-energy.com.ua/support/battery/bu-902

Измерения внутреннего сопротивления аккумуляторов на переменном токе показывают, что внутреннее сопротивление аккумулятора сильно зависит от частоты.

Рис.3.

Issledovanie-metodov-diagnostiki-akkumulyatornyh-batarey

Рис.4.

http://www.ngpedia.ru/pg144YTSh8M8E8I0p7V7F50035166371/

http://at-systems.ru/quest/new-quest/battery-resistance-y.shtml

С уменьшением температуры резонансная частота АКБ повышается. С увеличением емкости или размеров АКБ резонансная частота становится ниже.

После резонанса сопротивление АКБ принимает чисто индуктивный характер… и так далее и тому подобное.

Теперь вернемся к вопросу горбика и теоретически попробуем посчитать что же у нас получается (меняется) в питании усилителя на резонансных частотах АКБ (опуская подробности с поляризационным напряжением, временем потребления тока, без учета того, что внутреннее сопротивление свинцового аккумулятора при больших токах в несколько раз меньше, чем внутреннее сопротивление того же аккумулятора при малых токах и других особенностях химических источников тока).

90% заряженный бюджетный АКБ (TORNADO, 60А/ч, 510 А), напряжение на клеммах 12,6 вольт, температура +21°C.
При активной нагрузке 100 ампер (нагрузочная вилка) напряжение на клеммах АКБ проседает до 10,4 вольт.
12,6-10,4 =2,2 вольта
Значит, общее омическое внутреннее сопротивление АКБ составляет 2,2/100=0,022 Ом.
Многовато получается, старенький он у меня… лучше возьмем АКБ поновее.

Под рукой есть почти новый TUDOR TA640, который я планирую использовать, когда этот TORNADO совсем издохнет.

90% заряженный АКБ TA640, напряжение на клеммах 12,6 вольт, температура +21°C.
При активной нагрузке 100 ампер (нагрузочная вилка) напряжение на клеммах АКБ проседает до 11,2 вольт.
12,6-11,2=1,4/100=0,014 Ом.
Так уже нормально.

Судя по статьям на резонансную тему - на резонансной частоте у АКБ проводимость уменьшается в среднем на 30-50%

Значит теоретически на резонансной частоте сопротивление АКБ будет 0,014*0,6=0,0084 Ом.

Считаем, что у нас «идеальная» система питания усилителя и на силовой линии питания падает 0,5 вольта при 100 амперах. Это означает, что общее омическое сопротивление линии питания составляет 0,5/100=0,005 Ом

Теперь посмотрим, какое напряжение питания у нас будет на клеммах усилителя при потребляемом токе в 100 ампер на общей силовой цепи (провода+АКБ).

Считаем, какое будет падение напряжения при чисто активной нагрузке (1) и на переменном напряжении с частотой равной резонансной частоте АКБ (2).

Сопротивление провода+АКБ

1. 0,005+0,014=0,019 Ом

2. 0,005+0,0084=0,0134 Ом

Значит, напряжение на клеммах усилителя будет

1. 12,6 – (0,019*100)= 10,7

2. 12,6-(0,0134*100)= 11,26 вольт

Как видно по расчетам, разница составляет 0,56 вольта…, пусть даже вполовину будет меньше, но это уже в любом случае не милливольты и не обращать на такой факт внимания и пренебрегать возможным влиянием на звук, никак нельзя.

У одного АКБ емкостью 60-75 А/ч резонанс может быть на 120 Гц, а у другого может быть на 200 Гц. Ясно, что всевозможные типы АКБ я не измерял, но в разных исследованиях видел, что резонансная частота у некоторых типов АКБ может быть и 200-400 Гц и даже выше.. 

В заряженном состоянии резонансная частота ниже, чем в разряженном, можно и по другому сказать - чем больше разряжен АКБ, тем резонансная частота становится выше.

Что же у нас при этом изменится для усилителя с точки зрения электромонтера с ЖЭКа? 

В усилителе, где стабилизированный преобразователь – напряжение на вторичке фактически не изменится. Там, где нестабилизированный преобразователь – ну будет напряжение немного больше… ну и без разницы, если мы только не работаем на полную мощность.

Возникает вопрос – так уж ли это и всё??? И это никак не отразится на звуке? А если и отразится на звуке, то как? И где? А если поставить силовой конденсатор? Он как раз и скомпенсирует все горбики и провалы? Автозвуковики слышат как из-за номинала предохранителя звук меняется, а здесь пол вольта прыгает в питании на басах.....

Далее делаю небольшие подведения итогов по всему выше написанному, особо даже и ничего не притягивая за уши.

1. При испытаниях усилителей я постоянно сталкиваюсь с тем, что один и тот же АКБ будучи заряженный или почти полностью разряженный - по разному звучит.… правда это хорошо слышно только дома при выслушивании на мониторах, а на тяжелых автомобильных динамиках лишь слышно как меняется звучание низких частот – слегка теряется контроль, бас размазывается и становится несобранным.

И опять немного все не так… это хорошо слышно, когда усилитель еще в стоковом состоянии, а когда емкости перед и после дросселя на входе питания усилителя увеличены в несколько раз - уже не так явно слышно.

2. Каждый АКБ имеет свою резонансную частоту, которая к тому же зависит от степени его заряженности и температуры.

3. На резонансной частоте АКБ (при одном и том же токе потребления) напряжение на АКБ немного выше, чем на не резонансных частотах.

4. Резонансная частота АКБ зимой выше, а летом ниже.

5. Резонансная частота всегда ниже именно у больших и мощных АКБ.

6. Переменная составляющая в питании у одного и того же усилителя будет меньше, когда:

- толще силовые провода

- при полностью заряженном АКБ

- у более сильного АКБ (больше емкость и соответственно больше ток КЗ)

- в усилителе перед и после дросселя будут установлены дополнительные конденсаторы (большей емкости, чем стояло в 2-3-5 раз плюс пленочные конденсаторы)

- в питании перед усилителем установить силовой конденсатор на 0,12-2,0 фарады и т.д.

А мы уже давно знаем и это подтверждено практикой, что если поставить АКБ с большим пусковым током, а если его еще и зарядить до максимума, а если применить провода потолще, а если еще поставить силовой конденсатор… - то басики и звук в целом становится лучше.

С разными АКБ тоже звук меняется, и чем АКБ больше и мощнее, тем звук на басах лучше - а может это из-за того, что у большого и мощного АКБ резонансная частота очень низкая?

А может летом уж слишком много появляется баса не только из-за размягчения подвеса динамиков, и не из-за того, что становится больше емкость АКБ, а именно из-за того, что снижается резонансная частота АКБ? Значит надо, если и выбирать АКБ, то выбирать именно тот, у которого самая низкая резонансная частота? Тут я, возможно, переборщил с такими выводами, но тем не менее, какая-то связка тут есть.
А как оперативно определить какая резонансная частота у АКБ? Я не слышал, чтобы кто-то этим заморачивался. На каком токе лучше это измерять? Наверное, можно сделать и специальный приборчик для измерения резонансной частоты АКБ? Мне кажется, что-то подобное встречал на каком-то форуме по АКБ (это было связано с измерениями внутреннего сопротивления АКБ на разных частотах… - через мощные мосфеты подключалась нагрузка, а сами мосфеты управлялись с регулируемого генератора прямоугольных импульсов.. а может там и синус был). Может, кто натыкался на такое?

Получается, чем меньше переменная составляющая, которую выбрасывает усилитель в силовую линию - тем лучше. Значит есть смысл это проверять и контролировать! Вопрос как это сделать попроще? На какой частоте лучше измерять? На каком токе потребления лучше контролировать? Или просто послушать на клеммах АКБ? Вопрос тогда чем лучше слушать - наушник или динамик? С каким импедансом использовать для этого наушник/динамик? Через какой номинал конденсатора слушать - 10-22 или 100 мкФ? И еще 12 вопросов в том-же духе...

http://www.kit-e.ru/articles/elcomp/2012_11_42.php

Теперь посмотрим, как переменная составляющая от одного усилителя проникает через питание на выход другого усилителя.

Ставим простой эксперимент с двумя усилителями. В данном случае это были усилители Audison VR209 и усилитель JBL GTO2000.

GTO2000 нагружаем на резистивную нагрузку 4 Ом и подаем на вход 100 Гц. Переменную составляющую в питании доводим до уровня 200 милливольт и смотрим, что у нас появляется на выходе VR209. 

В питании переменная составляющая, как уже понятно из вышесказанного, становится частотой 200 Гц. 

А вот увидеть на низкой частоте развертки (2 миллисекунды) на выходе VR209 что-то похожее на 200 Гц, к сожалению, не удаётся. Виден только плотный лес наводок, и где он заканчивается, модулирован-ли - разглядеть подробно этот комплексный сигнал аналоговым осциллографом практически невозможно. Тут нужно смотреть цифровым запоминающим осциллографом. 

Но при переключении осциллографа Tektronix 2211 в запоминающий режим (один из вариантов режима высокого разрешения) мы обнаруживаем очень много интересного. 

Когда только включен усилитель сам VR209 – на выходе мы видим точки (пики ВЧ наводок) в размахе 20 милливольт пик-пик. 
Как только включается второй усилитель – размах ВЧ наводок сразу увеличивается в размахе до 50 милливольт. 

На фото выход УМ Audison VR209 с включенным GTO2000 :

Фото 4.

Верхняя запомненная осциллограмма на экране осциллографа - с включенным GTO2000.

Как только мы начинаем подавать на второй усилитель частоты 80, 50, 30, 20 Гц, то наводки на выходе VR209 значительно увеличиваются (так как, чем ниже частота, тем переменная составляющая в питании больше, смотри Рис.1)

Нижняя осциллограмма - при подаче на усилитель GTO2000 сигнала 100 Гц и с получившейся амплитудой переменной составляющей в питании 200 милливольт пик-пик. 

Как видно, выбросы на выходе усилителя VR209 увеличились и стали в размахе 600 милливольт пик-пик. Видимо это какие-то усиления/биения между частотами преобразователей усилителей и переменной составляющей в питании, которая проникает через питание в усилитель VR209. 

Посмотрим теперь на более быстрой развертке (10 микросекунд).

Включен только VR209 (вход замкнут), осциллограмма на выходе :

Фото 5.

Осциллограмма на выходе VR209 с просто включенным GTO2000 и как видно на осциллограмме - появились дополнительные наводки:

Фото 6.

Осциллограмма на выходе VR209 с работающим GTO2000 на нагрузку 4 Ом, на клеммах питания GTO2000 переменная составляющая амплитудой 200 мВ пик-пик:

Фото 7.

Видно, что на выходе VR209 появились "хвосты", которые в размахе уверенно достигают 0,6 вольта и с частотой работы преобразователя GTO2000 усилителя.

Таким образом, при одновременной работе усилителей AudisonVR209 и GTO2000 (который работает на нагрузку), появились дополнительные наводки на выходе усилителя VR209 и стали как минимум в шесть раз больше, чем только у самого VR209!

Изменение частоты входного сигнала на амплитуду этих выбросов почти не влияет, уровень амплитуды хвостов практически зависит только от уровня амплитуды переменной составляющей в питании.

Меньше переменная составляющая в питании, и хвосты становятся меньше. 
Частота входного сигнала с первого усилителя все таки модулирует через питание выходной сигнал второго усилителя, только это надо смотреть осциллографом совсем другого класса.

Пока первая мысль, какая приходит в голову - что эти переменные составляющие являются переносчиком (несущей) наводок от одного усилителя к другому через шину питания между усилителями, а может это биения между частотами преобразователей, которые еще и усиливаются усилителем..., но пока для нас важнее видеть факт, что эти "хвосты" присутствуют и нехорошо влияют на звук. 

Теперь следим за дальнейшим ходом эксперимента:

Если подставить к клеммам GTO2000 конденсатор 22000 мкФ, то на выходе VR209 наводка (хвосты) немного уменьшается, а если подставить этот же конденсатор на клеммы питания VR209, то наводка не уменьшается. Если поставить пленочный высокочастотный конденсатор (пока я пробовал ставить что было под рукой в пределах 0,1-2,2 мкФ) к клеммам GTO2000 - "хвостики" на выходе VR209 уменьшаются сильнее, уровень уменьшения зависит от номинала и типа конденсатора - этот вопрос требует экспериментов и подбора номинала и типа в каждом конкретном случае.

Пытался услышать что-то в мониторах, которые подсоединил к выходу VR209, потом подсоединил наушники AKG K171… но явно слышимой частоты 200 Гц я не услышал, как не напрягал слух… но все равно, чёрт побери, я что-то слышу (особенно когда увеличиваю переменную составляющую в питании до 300 милливольт) - это не низкая частота, и не высокая частота, не писк, не рокот, не шум… ага, вот!!! скорее всего, подходит слово шум. Эдакий легкий-легкий, еле-еле-еле различимый шумок, напоминающий коричневый (броуновский) шум. 

Ну и, наверное, всем будет интересно, как в целом это влияет на звук. Общее ощущение - сразу скукоживается ширина, глубина сцены, уменьшается микродинамика, неуловимо, но явно теряется пространство. По моей методике измерения глубины сцены (4 эшелона) - если у VR209 (он пока в стоке) - глубина была 5,5-6,5-7,5-8, то с вышеописанными наводками от другого работающего усилителя, глубина становится 5,5-6,5-7,2-7,5. 

И при таком раскладе (5,5-6,5-7,2-7,5), как показывает опыт: если дома на мониторах 3 и 4 эшелоны почти сливаются и становятся тяжело различимы, то в автомобиле КИЗы 3 и 4 эшелона сольются и будут однозначно слышны на одном и том же удалении.

Хочу немного успокоить всех, в том смысле, что в действительности не так уж всё совсем плохо. Здесь-то я постоянно задал  некий уровень переменой составляющей на выходе питания одного усилителя и выслушивал второй усилитель, а реально на разных треках, на разных громкостях перемененная составляющая все время меняется - так что, все таки иногда, местами, на некоторых треках будет раскрываться и глубина и ширина, и появляться пространство.

Ясно, что этот уровень проникновения наводок по питанию зависит от конкретных усилителей и может быть как меньше, так и больше, но он всегда есть.

Вот почему иной раз при массовых прослушках автоусилителей (да и динамиков тоже) получаются совершенно неверные результаты и выводы, а все дело в том, что все усилители подключают к одному АКБ, включают и они все время вместе работают... и как теперь понятно - даже один общий многофарадный конденсатор не спасает ситуацию - усилители соединены между собой напрямую и преобразователи DC/DC выбрасывая в общую шину питания НЧ и ВЧ шумы/наводки, забивают "слабые" усилители (слабые по фильтрации входного питания). 

Утверждать на 100% не буду, но пока у меня складывается такое впечатление, что усилитель, который сильнее всего гадит в питание, как раз и играет как он и играет..., а вот остальные усилители при этом сильно проседают по звуку.

Вот почему попытки создать многополосную "домашку" из автомобильных усилителей без понимания, как правильно организовать им питание, практически всегда заканчиваются провалом (по автоакустике отдельный разговор). А когда еще и делают питание 12 вольт от мощного импульсного преобразователя AC/DC - тогда вообще полная засада (западня) для звука.

Силовой кабель и его частотные свойства. 

Если мы не задавили переменную составляющую на входных клеммах усилителя, то, наверное придется считаться с частотными свойствами силового кабеля? В некоторых таблицах по данным калибров проводов AWG, кроме диаметра, cечений, сопротивлений, допустимых температур и т.п, есть столбик Max freg (Hz) или просто Hz и в примечании к этому столбцу написано: Maximum friquency for 100% skin depth (ie. no skin effects) for solid conductor copper.
American%20Wire%20Gauge%20Conductor%20Size%20Table.pdf

Для калибров 00 Max freg (Hz) составляет 200 Гц, для калибра 0 - 250 Гц, для калибра 1 – 325 Гц, для калибра 2 – 410 Гц и т.д. и т.п.

Проясняемся: до указанных частот весь ток протекает по всей толщине силового кабеля, а выше - начинает потихоньку протекать только по верхним слоям провода, что означает увеличение сопротивление кабеля… страшного особо вроде как тут ничего нет, но тем не менее надо будет поставить эксперимент.

А чего его ставить? Это уже давно проверено на практике теми, кого не пугает перерасход силового кабеля - просто им некогда об этом рассказывать, так как они не могут оторваться от наслаждения слушать кристально чистый звук...

Если усилители в стоке, то для питания двух усилителей лучше использовать, к примеру, два кабеля 4 калибра, чем один кабель первого калибра. То есть, от плюса АКБ через свой предохранитель тянут плюсовые силовые кабеля к каждому усилителю отдельно (к голове отдельно (как правило, голова в большинстве случаев именно так и запитана), к процессору тоже отдельно).

Так и переменная составляющая значительно ослабевает на АКБ и ощутимо уменьшается взаимовлияние усилителей друг на друга, по сравнению с тем, как если-бы они были соединены по классической схеме.

Ну и 80 уровень кабельного фанатизма - это когда и минуса с каждого усилителя раздельно тянутся к минусу АКБ.

Кому интересно, могут здесь почитать прочитать про особенности применения минусового кабеля усилителя к минусовой клемме АКБ

https://halin-af.blogspot.com/2016/06/blog-post.html

Главный вывод:

Чем тише и невнятнее будет играть подключенный к клеммам АКБ наушник/динамик - тем лучше!!!

Важнее всего усилителям от АКБ получать энергию в виде постоянного тока (по крайней мере, с минимальным уровнем переменной составляющей). Самым простым способом уменьшить переменную составляющую (пульсации) входного тока, является подключение электролитических конденсаторов с низким последовательным сопротивлением (ESR) непосредственно к клеммам питания усилителей.

Вот почему возникают вопросы и начинаются разговоры, что типа один усилитель ворует ток у других усилителей.
http://www.bluesmobil.ru/topic/14042-neponiatnoe-iavlenie-pitanie-sinfoni/

Конденсатор дает энергию для пульсирующего импульсного тока с гораздо более низким импедансом, чем АКБ через свой импеданс и импеданс входной цепи (предохранитель, силовой кабель и т.п.). Таким образом, АКБ обеспечивает постоянную составляющую входного тока, а добавочные конденсаторы обеспечивают током большую часть переменной составляющей входного тока и именно поэтому переменная составляющая тока в токе от АКБ существенно уменьшается. А раз уменьшается переменная составляющая, то все остальные компоненты аудиосистемы начинают играть лучше.

Если в системе работают несколько усилителей, то необходимо добавлять конденсаторы к каждому усилителю, именно присоединять силовые и пленочные конденсаторы на клеммах питания каждого усилителя!

Если нет возможности добавлять конденсаторы к каждому усилителю, то в первую очередь необходимо уменьшать переменную составляющую на усилителях сабвуфера и мидбасов, так как усилители, работающие на СЧ/ВЧ выбрасывают в питание относительно небольшие уровни переменной составляющей.

Таким образом никто ни у кого ничего не ворует, это усилители так гадят друг другу.. и результат с разными наборами усилителей, заменой кабелей и АКБ непредсказуем, а тупое навешивание конденсаторов - иногда только ухудшает ситуацию, так как неизвестно кто на кого больше влиял. По крайней мере, первоначально требуется сделать инструментальный контроль, чтобы понять какой уровень переменной составляющей выбрасывается каждым усилителем и какой усилитель слабее всего по фильтрации, чтобы знать кого и как защищать в первую очередь.

При установке на входе питания усилителя силового конденсатора емкостью 1-20 фарад частота среза ФНЧ уменьшится до десятка и даже единиц герц.

Для подавления переменной составляющей лучше батарея конденсаторов, (зашунтированная пленкой и керамикой), чем один конденсатор на 1 фараду, так как ESR батареи конденсаторов будет гораздо меньше, чем у одного конденсатора.

Но батарея не должна быть батареей в прямом смысле и не должна стоять/висеть сбоку клемм на проводках, а должна быть в проходе питания к усилителю. Уже давно проверено на практике, что RLC параметры, которые будучи равномерно распределены по длине кабеля, работают несколько иначе (лучше), чем сконцентрированные в одном месте, в виде большой квадратно/прямоугольной батареи конденсаторов. Поэтому, в идеале лучше всего батарею конденсаторов на входе питания каждого усилителей устанавливать примерно так, используя платы для фильтров, или готовые фильтра (только перепаяв полярность конденсаторов на одной стороне, соединив плюса вместе и добавив пленку), которые можно найти, к примеру, на aliexpress по словам конденсатор фильтр доска.
При выборе конденсаторов стараемся выбрать те, у которых выше допустимые значения пульсирующего тока (ripple current) и небольшой ток утечки.

Насчет пленочных конденсаторов - для подавления высокочастотных несимметричных наводок в автомобильном бортовом питании очень хорошо подходят X и Y конденсаторы (я обычно использую конденсаторы WIMA MP 3-X2 или RIFA PME271M, номиналами от 0,1 до 0,33 мкФ), есть специальные конденсаторы MKP-X2 DC, также многослойные керамические конденсаторы (в каталогах обозначаются, как MLCC - Multi Layer Ceramic Capacitor), высокочастотные конденсаторы типа MKP и демпфирующие конденсаторы (snubber capacitors) (cам не пробовал, но должны отлично сработать), например: WIMA Snubber MKP, WIMA Snubber FKP, Vishay MKP386M, Epcos B32656S, KEMET C4BS и т.п. - выбираем/подбираем номиналы 0,022-1,0 мкФ, и возможно понадобится не один такой конденсатор. Напряжение - чем больше, тем лучше (250-1000 вольт).


Более сложный способ, но более лучший, заключается в том, что раз мы увеличиваем емкость перед импульсным трансформатором (и на входе перед дросселем усилителя), то мы можем до некоторого минимума уменьшить номинал дросселя на входе питания, так как дроссель, включенный последовательно в линию питания вызывает замедление скорости заряда в конденсаторах источников питания, что воспринимается как заметная потеря ощущения пространственных звуковых иллюзий и динамики в звуке.
Первые попытки примерно так сделать (но пока без изменения номинала дросселя) были опробованы на усилителе Helix B2:
http://halin-kvd.blogspot.ru/2013/05/helix-4-b2-b4.html

Конечно, хотелось бы попробовать промышленные силовые конденсаторы, которые рассчитаны именно на большие импульсные токи (до 300 ампер, с настоящими максимальными скоростями нарастания напряжения 30-40-50 V/μs) .. например фирмы Ducati DC , фирмы CABO: серии MKP-LL (MKP-LA, MKP-LG, MKP-LS) DC-LINK, MKP-LLA, фирмы EPCOS и т.д. и т.п.... жалко что они, как правило под заказ и недешевые.

Басы и просадки - это само собой улучшается, но именно емкость после дросселя (перед драйвером преобразователя DC/DC) эффективнее всего шунтирует переменную составляющую и вот почему в некоторых усилителях производители предусматривают установку дополнительной емкости, для чего делают специальную клемму С+ (Ccap, POS+), например, в некоторых моделях E.O.S., Audio System Twister F4 и т. п., но в большинстве случаях эта клемма всего лишь выведена после предохранителя - Audison VRx, DLS A4, DLS A3.. 

И хоть на самих клеммах усилителя (перед дросселем) конденсаторы уже не так эффективно фильтруют переменную составляющую ... но это все равно лучше, чем ничего.

Надо также понимать, что входной дроссель ограничивает броски тока, как при работе усилителя, так и ограничивает бросок тока (пусковой ток включения) при запуске (включении) усилителя.. а он у некоторых мощных усилителей при запуске подскакивает до 50-100 ампер. Поэтому к уменьшению номинала дросселя надо подходить с умом и пониманием дела, так как большие броски тока могут вызвать срабатывание систем защиты как самого усилителя, так и в соседних усилителях, а также могут легко привести к тому, что просто "вылетят" все ключи в преобразователе DC/DC.

И не забываем при разработке силовой проводки заранее избегать земляных петель.

Литература:

https://www.terraelectronica.ru/files/news/RECOM_4.pdf

https://www.prosoft.ru/cms/f/468598.pdf

http://www.platan.ru/docs/library/Murata_EMI_examples.pdf

https://www.prosoft.ru/cms/f/469211.pdf 

Whitepaper Power Supply Meets EMC
Preview-APPnotes
ЭМП-фильтры для контроллеров импульсных DC/DC
http://www.kit-e.ru/assets/files/pdf/2004_04_56.pdf
http://www.markanaudio.ru/Articles/Article_3.pdf 

Теперь еще несколько бяк, которые удалось увидеть вооруженным взглядом. 

**********************************************************************

В ходе экспериментов с двумя усилителя (при подаче сигнала на первый усилитель с резистивной нагрузкой на выходах и наблюдении что творится на выходах второго усилителя), при резком появлении сигнала (выше я приводил осциллограмму, на которой видно, что в этот момент переменная составляющая в питании увеличивается в два и больше раз) - было замечено, что на некоторых (вторых) усилителях на выходах начинал смещаться ноль на 20-100 милливольт (с эдакой медленной раскачкой вверх/вниз и эта раскачка успокаивалась за 0,3-0,5 секунды). При резком пропадании переменой составляющей - опять раскачка нуля. Пока не буду говорить, в каких усилителях и при каких схемных решениях это происходит, так как продолжаю исследовать эту бяку и пытаюсь понять из-за чего это происходит и как это исправить.

Немного успокою владельцев общеизвестных топовых усилителей - пока такое я наблюдал в бюджетных и супернэйм усилителях.... но еще, правда, не вечер, и перефразируя одну "шутку" - исправных усилителей нет, есть недообследованные.

Также был один усилитель, в котором от резкого появления чужой переменной составляющей в питании - мало того, что раскачивался ноль на выходе, да еще и возникали кратковременные ВЧ возбуждения на вершинах прямоугольника.

И еще пару моментов (более подробно не исследовал это): когда я экспериментировал с усилителями одного производителя (у которых примерно одинаковые частоты работы преобразователя DC/DC), то у второго усилителя в какой то момент (зависит от уровня переменной составляющей) происходила самосинхронизация частоты преобразователя с частотой преобразователя первого усилителя (первый нагружен на нагрузку, а во втором смотрим наводки на его выходе).

Хорошо это или плохо? Знаю точно, что синхронизация преобразователей DC/DC - это хорошо, а вот когда частоты преобразователей бьются, и то синхро, то не синхро - это для звука плохо. Когда еще раз попадутся такие усилители - попробую выслушать и понять насколько именно этот эффект гадит звуку (с начала как оно есть, а потом - изменив частоту первого усилителя намного выше или ниже, чтобы самосинронизация не наступала).

И вообще насчет синхронизации работы задающих генераторов ШИМ в нескольких усилителях - тоже надо как-то заняться и сделать это... ну или попробовать решение, как это осуществлено, к примеру, в усилителях SONY XES-M1, XES-M3 - там частота работы ШИМ контролеров закварцована и "сбить" её невозможно.

Также при разработке ШИМ преобразователей всегда очень тщательно рассчитывается входной фильтр LC, чтобы его резонансная частота была за пределами контура регулирования выходного напряжения, иначе возможно возникновение кратковременных самовозбуждений преобразователя, особенно при работе на максимальных мощностях. Это выражается, как правило, в завышении выходного напряжения, вплоть до выхода преобразователя из строя.

Борьба с такими явлениями обычно производиться последовательными RC-цепочками для параллельного демпфирования, цель которых - изменение импеданса первичного источника до более низкого постоянного значения. 

https://www.prosoft.ru/cms/f/469211.pdf
ПРОБЛЕМЫ ЭМС ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

Еще некоторые выводы и вопросы: 

Вот отчасти почему в некоторых инсталлах, где используются нескольких усилителей, часто именно сабовый усилитель так плохо влияет на фронт (мидбасс и СЧ/ВЧ). И бас на мидах становится рыхлым и с сабом не стыкуется... И после перебора усилителей, вдруг какой-то сабовый усилитель наконец-то заиграл с мидами! Ура! А это может быть, что всего-лишь этот конкретный сабовый усилитель не выбрасывает такой сильной переменной составляющей в питание? 

Это относится и к подбору усилителей мид/вч и так далее. 
Тоже очень частая ситуация: ищется усилитель на СЧ или ВЧ, выбирается один из самых лучших, который признан всеми автозвуковиками мира. Устанавливается этот усилитель... и оказывается, что он в инсталле звучит совсем не так, как хотелось-бы! А возможно такая ситуация получается из-за того, что мидовый или сабовый усилитель выбрасывает в питание большую переменную составляющую!
Я раньше вообще не обращал внимание на переменную составляющую, но то что удалось в последнее время заметить - это то, что в усилителях, которые очень хорошо играют, переменная составляющая в питании меньше, чем в "обычных" усилителях и помехозащищенность лучше. Насколько это вообще верно.. - пока у меня статистики маловато.

Как уже стало понятно - добавление конденсаторов на клеммах бортового питания усилителя в несколько уменьшает выбрасываемую в питание переменную составляющую.. вот почему так часты случаи, что после установки силового конденсатора рядом с одним из усилителей, усилители вдруг начинают лучше стыковаться между собой - ведь силовой конденсатор как раз и уменьшил эту переменную составляющую в питании. Однако, это не совсем полностью решает все проблемы. Убралось в лучшем случае влияние только одного усилителя на другие усилители. 

Перефразируя: если мы не убиваем переменную составляющую в питании одного усилителя, то она с ослаблением всего в 5-10 дБ появляется на выходе второго усилителя.

Получается это надо контролировать и ставить эксперимент, чтобы понять какой усилитель сильнее всего влияет на другие усилители? И как минимум, именно в этом усилителе и блокировать переменную составляющую? А если в системе только один усилитель, то кого от кого блокировать? 

И вот тут мы плавно вспомнили, что в системе есть еще что-то. :)

Усилители, усилители...., но как то незаслуженно пропущена голова (источник звука).

Головы, процессора и т.п. тоже не сильно защищены от проникновения наводок по питанию в выходной сигнал. В основном на уровне 10 дБ и очень редко, но бывает, что проникновение на уровне 20 дБ.

А ведь звук начинается именно с головы! 

Как уже понятно, переменная составляющая выбрасываемая усилителями в питание, довольно легко проникает через питание головы в выходной сигнал и еще потом успешно усиливается усилителем. 

Пока никаких цифр и измерений по проникновению наводок с питания в выходной сигнал источников звука (магнитол и процессоров) приводить не буду, так как ситуация по этому вопросу очень удручающая.

На уровне юзеров примем как руководство к действию, что звуку с магнитолы (если не используется встроенный УМ) никогда не помешает обыкновенный автомобильный фильтр или конденсатор (батарея конденсаторов) на 0,1-0,47 фарады, которые устанавливается на питание головы. Многие магнитолы уже изначально комплектуются внешними фильтрами, в виде индуктивности в коробочке.

Лучше сделать фильтр самому, с учетом требований, указанных в ГОСТАх.

Скажу точнее - и супрессор нужен (22-24 вольта), и фильтр НЧ П- или Г-образный с частотой среза в идеале ниже 100 Гц (дроссель >1 миллигенри и два конденсатора по 4,7-10 тысяч мкФ).

Обязательным условием для фильтров является емкостный характер входного и выходного полных сопротивлений, когда вход и выход фильтра начинаются с конденсатора.

Обычно продаются автомобильные фильтра с частотой среза 250-300 Гц на ток 10-15 ампер. Внутри, как правило, Г-образный фильтр НЧ (1,5-2,0 миллигенри и 1000 мкФ), падение напряжения при 5 А не более 1 вольта. :(

Если кто хочет лучше разобраться в вопросе ЭМС оборудования автомобилей, будет интересно почитать: 

ГОСТ 28751-90 Электрооборудование автомобилей. Электромагнитная совместимость. Кондуктивные помехи по цепям питания. Требования и методы испытаний

ГОСТ 29157-91 Совместимость технических средств электромагнитная. Электрооборудование автомобилей. Помехи в контрольных и сигнальных бортовых цепях. Требования и методы испытаний

Генератор и АКБ. 

Автомобильные генераторы являются генераторами переменного тока, который затем выпрямляется диодным мостом и превращается в постоянный ток. Генераторы постоянного тока сейчас практически не применяются.

Именно генератор является источником питания в автомобиле, а АКБ служит лишь для запуска двигателя, в качестве аварийного источника питания (при поломке генератора), для постоянного и непрерывного питания нужного электрооборудования при неработающем двигателе, а также, что нас больше интересует, как для качества звука, - сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения, поступающего от генератора.

Ну и ничего не сделаешь с постоянно меняющийся частотой пульсаций исправного генератора.. тут уже как есть, так и есть.

Пока единственное, что тут можно сделать - подсоединить низкоимпедансный конденсатор к клеммам АКБ. Здесь давно все испытано и подтверждено: 0,033-0,1 фарады, установленные на клеммы АКБ, действуют бесспорно, как хороший фильтр, который убирает/уменьшает значительную часть пульсаций от генератора.

Единственно, еще здесь добавлю свои наблюдения по наводкам и их влиянию на звук.
Не так страшны для звука сторонние наводки несинхронные со звуком (даже если они сильные, но находящиеся на уровне неслышимости с акустики), как страшны даже малюсенькие наводки, которые взаимопроникают между головой, и усилителями, возникающие от самой же воспроизводимой музыки (в такт музыке, да еще и с запаздыванием).

И никогда не помешает усилить (хотя-бы поверить) заземление двигателя на кузов автомобиля. Плюсовой провод с генератора виден всем, а вот минус генератора (с корпуса генератора на корпус двигателя и плетенка с двигателя на кузов) расположен где-то внизу под двигателем и его редко можно увидеть.
Лучше всего делать вариант: шпилька генератора- кузов, или даже сразу на минус АКБ.

Станции питания (автомобильный стабилизированный мощный источник питания).

Отчего, отчего, отчего так хорошо бы должно по идее быть?

А оттого, оттого, оттого, что выходное сопротивление станции питания гораздо больше, чем внутреннее сопротивление АКБ. Плюс, когда от станции питания отбирается мощность уже выше среднего, то в выходном напряжении появляется большое количество гармоник, в том числе и низкочастотных.

На малых мощностях напряжение и наводки находятся в пределах допустимого, а вот дальше - ну никуда не денешься от самого принципа работы мощных преобразователей DC/DC - инерционность и переходные процессы работы системы стабилизации, индуктивности трансформатора, выбросов напряжения при запирании ключей, конечного значения последовательного сопротивления конденсаторов, результата действия паразитных элементов схемы и т.д. и т.п.. На больших мощностях конденсаторы перестают играть свою основную роль и нагрузка (усилители и т.п.) уже потребляет ток по сути через диоды сразу с обмотки импульсного трансформатора станции питания. Это все приводит к тому, что в выходном напряжении появляются пульсации, как минимум, амплитудой 200-600 милливольт пик-пик (конечно, это совместные пульсации станция-усилитель), да еще и с дополнительными колебаниями с частотой, превышающих рабочую частоту преобразования (подвозбуды), и как уже понятно из всего выше написанного - во входном питании возникает большая переменная составляющая, которая через цепи питания магнитол, процессоров и гадит звуку. Ну и усилители в ответ гадят как станции питания, так и другу другу.
Что нужно сделать, чтобы аудиоустройства хорошо работали со станцией питания? Это можно немного поправить - надо помочь возникшим в системе наводкам куда то замкнуться (уничтожиться) и не давать им переотражаться между станцией питания и аудиоустройствами..., ну и как уже многие поняли - в первую очередь надо чтобы сама станция питания получала от АКБ энергию в виде постоянного тока, а переменную составляющую (пульсации) входного тока убить конденсаторами, прикрученными непосредственно к клеммам станции питания.


Всем будет интересно узнать, что же изменится, если немного доработать усилитель по входу бортового питания на примере усилителя Audison VR209.

В стоке входная цепь питания такова: конденсатор 220 мкФ, дроссель и два конденсатора по 1200 мкФ. Реально емкость была 210 мкФ и два конденсатора 980 и 1000 мкФ, ESR 0,05-0,08 Ом.
Устанавливаем конденсаторы: 1000 мкФ и два по 4700 мкФ.
Напомню, что в "стоке" при 13 амперах было: на 20 Гц сигнал в размахе (пик-пик) составлял 100 милливольт, на 200 Гц - 20 милливольт, на 1000 Гц - 5 милливольт.
После установки конденсаторов увеличенной емкости стало: на 20 Гц сигнал в размахе (пик-пик) составил 60 милливольт, на 200 Гц - 10 милливольт, на 500 Гц - 5 милливольт и дальше всё прячется в наводках и шумах..

Примечания и пометки.

1. Четырех и более канальные усилители... а как у них с влиянием друг на друга каналов (когда два канала работают на нагрузку и мы смотрим, что на выходе во вторых двух каналах)?

Здесь надо разделить усилители на тех, у кого только один мощный БП и на тех, у кого стоят два драйвера или даже три.

И вот получается интересный момент: два драйвера работают на одной частоте.. входные цепи одинаковые (CLC) и совсем рядом... а вот проникновение на выход, вид и уровень наводок совсем не такой как в двух раздельных усилителях, хотя казалось-бы все должно быть наоборот - ведь есть шаблон: чем дальше расположены источники возможных шумов и наводок друг от друга, тем должно меньшее влияние их друг на друга. 

Там, где один драйвер, там точно также увеличивается уровень наводок (хвосты), но не настолько, как на Фото 7 - раза в два меньше.
Там, где два драйвера (на каждый канал или два канала) - наводка в шесть раз меньше.

Потом допишу что и как. Интрига.

2. Когда усилитель работает мостом (один канал инвертирован, чтобы усилитель мог работать мостом), то переменная составляющая (при одинаковом токе) точно такого-же вида и уровня, как и в стерео режиме.

3. Анализатор мощности FLUKE 34.
Все измерения до 30-й гармоники (40-й гармоники в диапазоне частот от 15 Гц до 22 Гц).
Пока только мечта.

4. "Пупинизация" кабеля. Для борьбы с кондуктивными синфазными помехами (особенно когда шумы от преобразователя заходят за 10 мегагерц) совсем не помешают ферритовые фильтра с защелкой, надетые на силовой кабель питания (подобные тем, что есть на VGA и хороших USB кабелях) - они играют положительную роль в подавлении электромагнитных импульсных высокочастотных излучений: ZCAT2436-1330A, BNF-1130 и т.п. с проницаемостью 1000-2000HM до 10-18 штук на плюсовой и 5-10 на минусовой кабель около каждого усилителя.

5. Дистрибьюторы... - все бы хорошо, но если в питании гуляют большие переменные составляющие, и так как потребление тока носит импульсный характер, то никуда не денешься от T-эффекта - поэтому необходимо минимизировать применение Т-образных ответвлений проводников, и уменьшить число или совсем исключить резкие изгибы силовых кабелей для того, чтобы снизить отражения тока и появление гармоник. Все надо делать плавненько, кругленько, а ответвления кабелей по касательной.

6. Дополнительные меры: Если имеется информация о том, на какой частоте работает преобразователь DC/DC или есть возможность это измерить, то для уменьшения взаимовлияния усилителей друг на друга необходимо тот усилитель, у которого выше частота располагать в силовом питании первым, иными словами - первым от АКБ должен быть подсоединен усилитель у которого частота работы преобразователя DC/DC 80 кГц, затем 60 кГц и потом 50 кГц.

7. Один раз избавиться от синфазных не симметричных наводок помогло подключение пленочных конденсаторов 4,7 мкФ на 250 вольт от клемм GND и ВАТТ сразу на корпус автомобиля прямо под усилителем. Минусовой кабель заземлялся в багажнике на болт ремня, его длина была 40 см, усилитель изолирован от корпуса автомобиля.

8. ГОСТ 30429-96 СОВМЕСТИМОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ.

9. Вентиляторы на 12 вольт, или компьютерные кулеры, которые применяют для охлаждения усилителей в закрытых отсеках.

Обычно устанавливают кулера и если писка нет, то считают что все нормально. На самом деле не так - комповые кулера генерят наводки (короткие импульсные помехи), которые легко проникают на выход усилителей и убивают послезвучия.

Поэтому без RC или LC ФНЧ здесь ну никак не обойтись (частота среза 30 Гц и ниже).

Для кулеров, которые потребляют 100-200 мА, проще всего поставить RC цепочку, которая представляет собой 3-5 ватный резистор на 10-15 Ом и конденсатор 470-1000 мкФ+керамика 0,1-1,0 мкФ.

10. Реактивная мощность... компенсация реактивной мощности (емкость параллельно дросселю). Не знаю что и сказать... но надо при случае попробовать, а вдруг?

11. Случайно обнаружил еще один интересный момент - при включенном в усилителе ФВЧ на 20 Гц получается, что ЗТ при 30 Гц уже равен нулю, а при 20 Гц ЗТ становится отрицательным (примерно -20 градусов).
Возможно, что ЗТ надо отсчитывать от максимума входного сигнала не до первого провала переменной составляющей, а до второго провала? Или все таки надо ЗТ отсчитывать до минимума тока (то есть до первого максимума переменной составляющей? Этот требует перепроверки и уточнения.

Продолжение следует.