2011-07-10 в 17:28
При разборке бабиного магнитофона Маяк 205 мне пришла идея использования одной его детали в качестве "фильтра" а точнее тонкомпенсатора для унч на TDA8560 т.к. это был у меня единственный в наличии на котором можно было бы даже и проверить его работу, всё подключил без проблем, сама плата из него идёт вместе с регулировкой громкости. Сама плата на один канал, если хотим два канала сделать тонкомпенсированными то придётся использовать стерео регулятор. Только я не знаю,почему здесь используется регулятор аж с 4 контактами (видно на схеме). Переменник СП3-30Б. В общем я доволен такой незначительной доработкой данного усилителя. ниже фото сборки и схема.
З.Ы. на подключение у меня ушло минут 10 + зачистка проводов
Далее идут схемы которые ещё не пробовал, но некоторые будут очень похожи.
Тонкомпенсация обычно реализуется частотно-зависимыми делителями (реже - фильтрами), связанными с регулятором громкости. Принципиальный недостаток большинства известных регуляторов на переменных резисторах с отводами - недостаточная степень коррекции АЧХ в области низших частот при малой громкости. Для лучшего приближения к кривым равной громкости необходимо использовать переменные резисторы с несколькими отводами или выполнять регулятор с распределенной частотной коррекцией . Однако такие регулирующие устройства весьма сложны в реализации и поэтому применяются довольно редко.
Наибольшее применение как в промышленных, так и в любительских конструкциях получили ТРГ на резисторе с одним отводом, схема которого приведена на рис.1. (на этом и всех последующих рисунках рядом со схемой ТРГ показаны его регулировочные характеристики). Отвод обычно делается от 1/10 общего сопротивления переменного резистора (считая от нижнего по схеме вывода), что соответствует приблизительно 1/4...1/3 угла поворота движка регулятора. Подключение к отводу RC- цепи превращают регулятор в частотно-зависимый делитель. Цепь R1C1 обеспечивает подъем АЧХ на высших частотах звукового диапазона, а R2C2 - на низших. Однако подобным регуляторам свойственны существенные недостатки. Так, обеспечиваемая ими степень коррекции АЧХ в области низших частот явно недостаточна (не более 8...10 дБ на частоте 50Гц), а в процессе регулировки заметен ступенчатый характер коррекции. По мере снижения громкости после прохождения отвода степень коррекции уже не меняется, тогда как именно при малой громкости она должна быть максимальной. Попытки увеличить степень коррекции уменьшением сопротивления резистора R2 приводят к появлению характерного провала АЧХ на средних частотах в момент прохождения отвода. И все-таки, несмотря на указанные недостатки, многие конструкторы усилителей ЗЧ выбирают именно такой ТРГ из-за его простоты. Указанные на рис.1 номиналы элементов типичны для большинства конструкций. Иногда резистор R1 может отсутствовать. В этом случае емкость конденсатора C1 должна быть примерно в два раза меньше.
Несколько большую степень коррекции АЧХ в области низших частот обеспечивает регулятор, схема которого приведена на рис.2. Его прототип применялся в 50-е годы в радиоприемниках фирмы Philips . Примеры использования таких регуляторов в современных промышленных конструкциях автору неизвестны. Цепь R2C2R3 образует ФНЧ, сигнал с выхода которого подается на отвод регулятора. Этому ТРГ свойственны те же недостатки, что и предыдущему, хотя и в меньшей степени.
Недостаточная степень подъема АЧХ на низших частотах у регуляторов, о которых шла речь, объясняется применением корректирующих цепей первого порядка. В ТРГ (рис.3) глубина коррекции при малой громкости увеличена за счет введения цепи R4C3, образующей совместно с участком переменного резистора от движка до отвода второй частотно-зависимый делитель. Применение двухступенчатой коррекции позволяет довести подъем АЧХ при минимальной громкости до 20...26 дБ на частоте 50Гц. Оборотная сторона этого достоинства - сужение диапазона регулирования громкости до 45-50 дБ, что, впрочем, в большинстве случаев оказывается вполне достаточным.
В некоторых случаях использование переменных резисторов с отводами нежелательно. На рис.4 показана схема ТРГ на переменном резисторе без отводов, использующего фильтровый способ коррекции АЧХ. Фильтр R2R3R4C1C2, подавляющий средние частоты сигнала, начинает работать при малых уровнях громкости, благодаря чему происходит подъем низших и высших частот звукового диапазона. Варианты подобного регулятора широко используются в любительских разработках. Степень подъема его АЧХ на низших частотах при минимальной громкости можно увеличить добавлением корректирующей цепи, аналогичной показанной на рис.3.
Однако все рассмотренные схемы обеспечивают только фиксированную и отнюдь не идеальную коррекцию АЧХ и в ряде случаев требуют применения регуляторов тембра для подстройки тонального баланса. Попытки создания ТРГ с регулируемой коррекцией или совмещения ТРГ с регуляторами тембра предпринимались еще в 50-х годах. Вероятно, одной из первых реализаций этой идеи был регулятор громкости приемника немецкой фирмы "Kontinental" . В схеме наряду с пассивным ТРГ на резисторе с двумя отводами использовалась регулируемая частотно-зависимая ООС, подаваемая на регулятор с выходного трансформатора усилителя.
Оригинальная схема комбинированного пассивного узла регулировок громкости и тембра в транзисторном усилителе приведена на рис.5 . Здесь переменный резистор R3 совместно с цепями R1C1, R2C2, R4C4 образует цепь регулировки коррекции на высших частотах. Цепочка C5R5, подключенная к отводу регулятора громкости R7, обеспечивает низкочастотную коррекцию. Незначительный подъем АЧХ на низших частотах в положении минимального затухания создается резистором R2. Регулируется глубина НЧ-коррекции резистором R6.
Широкие пределы регулировки АЧХ в настоящее время представляются излишними, поэтому имеет смысл исключить конденсатор C2, заменить перемычкой конденсатор C1 и резистор R1, а сопротивление переменного резистора R6 уменьшить до 100 кОм. После такой доработки устраняется спад АЧХ в области высших частот, а диапазон регулировки АЧХ на низших частотах сужается до 10 дБ.
Схема разработанного автором простого ТРГ с регулируемой коррекцией на основе резистора с отводом приведена на рис.6. Регулировка глубины коррекции одновременно по низшим и высшим звуковым частотам производится переменным резистором R1. Если регулировка в области высших частот не требуется, можно исключить конденсатор C2, а сопротивление резистора R3 уменьшить до 10 кОм. Недостаток такого ТРГ (как, впрочем, и всех схем с цепями первого порядка) - недостаточная коррекция низших частот при самой малой громкости. Как уже отмечалось, добавлением корректирующей цепи, аналогично показанной на рис.3, степень подъема АЧХ на низших частотах можно увеличить. Используя предложенный принцип, несложно ввести регулятор тонкомпенсации в звуковоспроизводящую аппаратуру промышленного изготовления.
В следующей схеме ТРГ (рис.7), также разработанной автором, используется одновременно и корректирующий фильтр C3R6R7, и частотно-зависимый делитель R2R3C2, благодаря чему достигается широкий диапазон коррекции. Переменный резистор R2 - регулятор громкости, R1 - регулятор низкочастотной коррекции, R4 - высокочастотной.
Не пропустите обновления! Подписывайтесь на нашу группу
А. ШИХАТОВ, г. Москва
Радио, 2000 год, №10
Известно, что при снижении уровня громкости человек хуже воспринимает низкочастотные и высокочастотные составляющие звукового сигнала. По этой причине в современные звуковоспроизводящие устройства устанавливают частотно-зависимые (тонкомпенсированные ) регуляторы громкости, обеспечивающие подъем высоких и низких частот при малом уровне громкости в соответствии с кривыми равной громкости. Таким образом они улучшают субъективное восприятие звуковой картины. В публикуемой статье рассказывается о наиболее распространенных тонкомпенсированных регуляторах громкости.
Совпадение кривых тонкомпенсации с кривыми равной громкости даже у идеально спроектированного тонкомпенсированного регулятора громкости (ТРГ) возможно только при строго определенном коэффициенте передачи всего звукового тракта, начиная от источника сигнала и кончая громкоговорителем. Иными словами, уровень громкости, при котором производилась тембровая балансировка в процессе записи, должен достигаться при одном и том же положении регулятора громкости для любого источника сигнала. Отклонение коэффициента передачи от расчетного приводит к нарушению тонального баланса.
В комбинированной звуковоспроизводящей аппаратуре со встроенными АС все звенья звукового тракта согласованы по уровню сигнала, и данное условие, хотя и с некоторыми оговорками, выполняется. Усилителям же блочных устройств приходится работать с источниками сигнала с достаточно большим диапазоном выходных напряжений (0.25... 1,5 В) и с АС неизвестной заранее чувствительности (84...94 дБ/Вт/м). поэтому во многих высококачественных усилителях совместно с ТРГ используются регулятор максимальной громкости или регуляторы чувствительности входов, а в последнее время - регуляторы глубины тонкомпенсации.
Тонкомпенсация обычно реализуется частотно-зависимыми делителями (реже фильтрами), связанными с регулятором громкости. Принципиальный недостаток большинства известных регуляторов на переменных 
резисторах с отводами - недостаточная степень коррекции АЧХ в области низших частот при малой громкости. Для приближения АЧХ к кривым равной громкости необходимо использовать переменные резисторы с несколькими отводами или регуляторы с распределенной частотной коррекцией . Однако такие регулирующие устройства весьма сложны в реализации и поэтому применяются довольно редко.
Наибольшее применение как в промышленных, так и в любительских конструкциях получили ТРГ на резисторе с одним отводом, схема которого приведена на рис. 1 (на этом и всех последующих рисунках рядом со схемой ТРГ показаны его регулировочные характеристики). Отвод обычно делается от 1/10 части общего сопротивления переменного резистора (считая от нижнего по схеме вывода), что соответствует приблизительно 1/4... 1/3 угла поворота движка регулятора. Подключение к отводу RC-цепи превращает регулятор в частотно-зависимый делитель. Цепь R1C1 обеспечивает подьем АЧХ на высших частотах звукового диапазона, a R2C2 - на низших. Однако подобным регуляторам свойственны существенные недостатки. Так обеспечиваемая ими степень коррекции АЧХ в области низших частот явно недостаточна (не более 8... 10 дБ на частоте 50 Гц), а в процессе регулировки заметен ступенчатый характер коррекции. По мере снижения громкости после прохождения отвода степень коррекции уже не меняется, тогда как именно при малой громкости она должна быть максимальной. Попытки увеличить степень коррекции уменьшением сопротивления резистора R2 приводят к появлению характерного провала АЧХ на средних частотах в момент прохождения отвода. И все-таки, несмотря на указанные недостатки, многие конструкторы усилителей 3Ч выбирают именно такой ТРГ из-за его простоты. Указанные на рис. 1 номиналы элементов типичны для большинства конструкций. Иногда резистор R1 может отсутствовать. В этом случае емкость конденсатора С1 должна быть примерно в два раза меньше.
Несколько большую степень коррекции АЧХ в области низших частот обеспечивает регулятор, схема которого приведена на рис. 2. Его прототип применялся в 50-е годы в радиоприемниках фирмы Philips . Примеры использования таких регуляторов в современных промышленных конструкциях автору неизвестны. Цепь R2C2R3 образует ФНЧ, сигнал с выхода которого подается на отвод регулятора. Этому ТРГ свойственны те же недостатки, что и предыдущему, хотя и в меньшей мере.
Недостаточная степень подьема АЧХ на низших частотах у регуляторов, о которых шла речь, объясняется применением корректирующих цепей первого порядка. В ТРГ (рис. 3) глубина коррекции при малой громкости увеличена за счет введения цепи R4C3, образующей совместно с участком переменного резистора от движка до отвода второй частотно-зависимый делитель. Применение двухступенчатой коррекции позволяет довести подъем АЧХ при минимальной громкости до 20...26 дБ на частоте 50 Гц. Оборотная сторона этого достоинства - сужение диапазона регулирования громкости до 45...50 дБ, что, впрочем, чаще всего оказывается вполне достаточным.
В некоторых случаях использование переменных резисторов с отводами нежелательно. На рис. 4 показана схема ТРГ на переменном резисторе без отводов, использующего фильтровый способ коррекции АЧХ. Фильтр R2R3R4C1C2. подавляющий средние частоты сигнала, начинает работать при малых уровнях громкости, благодаря чему происходит подъем низших и высших частот звукового диапазона. Варианты подобного регулятора широко используются в любительских разработках. Степень подъема его АЧХ на низших частотах при минимальной громкости можно увеличить добавлением корректирующей цепи, аналогичной, показанной на рис. 3.
Однако все рассмотренные ТРГ обеспечивают только фиксированную и отнюдь не идеальную коррекцию АЧХ и в ряде случаев требуют применения регуляторов тембра для подстройки тонального баланса. Попытки создания ТРГ с регулируемой коррекцией или совмещения ТРГ с регуляторами тембра предпринимались еще в 50-х годах. Вероятно, одной из первых реализаций этой идеи был регулятор громкости приемника немецкой фирмы Kontinental . В нем наряду с пассивным ТРГ на резисторе с двумя отводами использовалась регулируемая частотно-зависимая ООС, напряжение которой подавалось на регулятор с выходного трансформатора усилителя.
Оригинальная схема комбинированного пассивного узла регулировок громкости и тембра в транзисторном усилителе приведена на рис. 5 . Здесь переменный резистор R3 совместно с цепями R1C1. R2C2, R4C4 образуют цепь регулировки коррекции на высших частотах. Цепь C5R5, подключенная к отводу регулятора громкости R7, обеспечивает низкочастотную коррекцию. Незначительный подъем АЧХ на низших частотах в положении минимальной громкости создается резистором R2. Регулируется глубина НЧ-коррекции резистором R6.
Широкие пределы регулировки АЧХ в настоящее время представляются излишними, поэтому имеет смысл исключить конденсатор С2, заменить перемычкой конденсатор С1 и резистор R1. а сопротивление переменного резистора R6 уменьшить до 100 кОм. После такой доработки устраняется спад АЧХ в области высших частот, а диапазон регулировки АЧХ на низших частотах сужается до 10 дБ.
Схема разработанного автором простого ТРГ с регулируемой коррекцией на основе резистора с отводом приведена на рис. 6. Регулировка глубины коррекции одновременно по низшим и высшим звуковым частотам производится переменным резистором R1. Если регулировка в области высших частот не требуется, можно исключить конденсатор С2, а сопротивление резистора R3 уменьшить до 10 кОм. Недостаток такого ТРГ (как, впрочем, и всех других с цепями первого порядка) - недостаточная коррекция низших частот при самой малой громкости. Как уже отмечалось, добавлением корректирующей цепи аналогичной, показанной на рис. 4, степень подъема АЧХ на низших частотах можно увеличить. Используя предложенный принцип, несложно ввести регулятор тонкомпенсации в звуковоспроизводящую аппаратуру промышленного изготовления.
В следующей схеме ТРГ (рис. 7), также разработанной автором, используется одновременно и корректирующий фильтр C3R6R7, и частотно-зависимый делитель R2R3C2. благодаря чему достигается широкий диапазон коррекции. Переменный резистор R2 - регулятор громкости, R1 - регулятор низкочастотной коррекции, R4 - высокочастотной.
ЛИТЕРАТУРА
1. Иванов А. Тонкомпенсировамный регулятор громкости. - Радио. 1993. № 12 , с. 21.
2. Зуев П. Регулятор громкости с распределенной частотной коррекцией - Радио. 1986. N9 8 . с. 49-51.
3. Давыдов М. Акустические системы радиовещательных приемников. - Радио, 1956, № 4. с. 52-54.
4. Боздех Й. Конструирование дополнительных устройств к магнитофонам. - М. Энергоиздат, 1981. с. 174. 188.
При небольших уровнях громкости звучание звукоусилительной аппаратуры невысокого класса не обеспечивает, как правило, качественного воспроизведения. Это связано с тем, что при небольшой громкости ухо человека становится менее чувствительным к частотам нижнего и верхнего спектра. Для устранения этого недостатка в высококачественной аппаратуре предусмотрены различные схемы компенсации амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) при малых громкостях звучания, то есть верхние и нижние частоты дополнительно усиливаются, в результате АЧХ выравнивается и качество звучания не изменяется на слух при любом уровне громкости. Самым простым способом можно достичь этого эффекта, применив регуляторы громкости с тонкомпенсацией. Схемы довольно просты и не требуют применения дефицитных деталей и какой-либо настройки.
Подавляющее большинство таких схем ранее строилось на основе специальных переменных резисторов с дополнительными отводами, как показано на рис.1. Основной недостаток таких схем – применение специальных резисторов и небольшая глубина тонкомпенсации. Для них, также, характерна определенная нелинейность, ступенчатость воспроизведения верхних и особенно нижних частот при определенных положениях движка переменного резистора с одним или двумя отводами.
Ниже приводятся схемы тонкомпенсированных регуляторов громкости на резисторах группы «В» без отводов (обычные переменные резисторы, широко применяемые в различной радиоаппаратуре. Группа резистора определяет зависимость вводимого сопротивления при повороте движка и обозначается буквой, например, «А», «В», «С» в его маркировке, перед или после обозначения его номинального сопротивления)
На рис.2 показана схема, где высокочастотная (ВЧ) коррекция осуществляется цепью R1C1 , а низкочастотная (НЧ) – Т-образным фильтром R2C2R3. АЧХ тонкомпенсации этого регулятора примерно такая же, как и у устройств с применением регулятора с двумя отводами. Недостатком такой схемы является небольшая крутизна подъема АЧХ в областях низших и высших частот, а также применение переменного резистора большого сопротивления (2 МОм), которые не очень просто найти в настоящее время.
Улучшения тонкомпенсации можно достигнуть подключением дополнительных RC-цепей, как на рис.3. К тому же здесь применен переменный резистор широко распространенного номинала (можно поставить 47 … 68 кОм). В этом случае функцию низкочастотного корректора будет выполнять не только Т-образный фильтр R2C3R3, но и введенная дополнительная цепь R7C4. Фактически это будет уже фильтр нижних частот (ФНЧ) второго порядка, обеспечивающий крутизну подъема АЧХ регулятора в низкочастотной области 12 дБ на октаву. ВЧ-коррекция достигнута введением фильтра верхних частот C2R5R6C5R7 в дополнение к традиционной цепи R1C1.
Следует отметить, что в данной схеме тонкомпенсация в области высших частот несколько превышает необходимую. Сделано это преднамеренно и обусловлено чисто субъективным восприятием музыкальных фонограмм в домашних условиях. Небольшой провал АЧХ на частоте 3,5 кГц в нижнем положении движка резистора R4 обусловлен фазовым сдвигом между сигналами этой частоты, прошедшими через ФВЧ и резистор R4. При исключении элементов C2, R5, R6, C5 этот провал исчезает, исчезает и дополнительный подъем АЧХ на высших частотах, что приводит параметры корректора к стандартным, рекомендованным для таких тонкомпенсаторов в различной технической литературе по акустике. Поэтому эти элементы можно исключить, все зависит от конкретных особенностей аппаратуры и личного слухового восприятия.
К незначительным недостаткам данной схемы можно отнести небольшое уменьшение (до 48 дБ) диапазона регулирования громкости, что обусловлено присутствием резистора R7 в цепи регулирования. Но на практике такое небольшое уменьшение диапазона регулировки, как правило, некритично.
Схему такой тонкомненсации можно применить при разработке и изготовлении новой звукоусилительной аппаратуры, а также для доработки уже имеющихся усилителей, магнитол, приемников. Если в таких устройствах применяются обычные регуляторы громкости, то есть просто переменный резистор соответствующего сопротивления, не включенный в цепи обратной связи усилительных узлов, то можно вместо него включить данную схему. Но при этом нужно учитывать выходное сопротивление предшествующего каскада (до регулятора громкости) – оно должно быть значительно меньше сопротивления резистора R5, и входное сопротивление следующего за регулятором каскада, которое должно быть больше сопротивления резистора R3. Чем больше будет разница этих сопротивлений, тем лучше будет обеспечиваться согласование нагрузок и аппаратура в целом будет работать лучше. В крайнем случае можно перед регулятором и после него включить дополнительные согласующие каскады на транзисторах или микросхемах и тем самым еще и компенсировать возможное небольшое снижение максимальной громкости всего звукового тракта. В моей личной практике такой необходимости не возникало, но ниже приведу пару схем таких дополнительных каскадов согласования (рис.4).
Схемы представляют собой дополнительные каскады усиления на микросхеме К157УД2 (два усилителя в одном корпусе, показано расположение выводов обоих каналов) и транзисторе. В качестве DA1 можно применить любой операционный усилитель, например К140УД6, УД7, К153 УД1, УД2 и другие с учетом цоколевки их выводов и корректирующих цепей (здесь это конденсаторы С2). От величины резистора R2 зависит коэффициент обратной связи. Чем меньше номинал этого резистора, тем меньше коэффициент усиления каскада и меньше нелинейные искажения. Поэтому резистор следует ставить как можно меньшего сопротивления!
Транзистор во второй схеме можно заменить на КТ315, КТ342, КТ306. Сопротивление резистора R2 здесь зависит от питающего напряжения (чем меньше напряжение питания, тем меньше сопротивление), а резистором R1 задается режим работы транзистора по постоянному току. Подбором этого резистора нужно в режиме покоя (без входного сигнала) установить на выходе (коллекторе транзистора) напряжение, равное половине напряжения питания.
Прилагаю рисунки печатных плат (скачать):
– pl1 – плата согласующего каскада на транзисторе;
– pl2 – плата согласующего каскада на МС К157УД2 (два канала);
– pl3 – плата тонкомпенсированного регулятора громкости по схеме рис.3.
Особенности нашего слуха таковы, что при снижении громкости мы все хуже и хуже начинаем слышать края звукового диапазона, т.е. высокие и низкие частоты. Если с высокими частотами все не так уж и плохо, то вот на низких частотах со снижением громкости требуется их довольно значительный подъем. Для решения данной проблемы применяется тонкомпенсированный регулятор громкости.
В доказательство сказанному на следующем рисунке представлены кривые равной громкости человеческого уха:
Упомянутый выше тонкомпенсированный регулятор громкости одновременно с изменением громкости изменяет и форму АЧХ так, чтобы тембр звука слабо зависел от уровня громкости. Для того, чтобы тонкомпенсация была верной, а изменение громкости равномерным, необходимо, чтобы определенное положение регулятора создавало в точке прослушивания соответствующий уровень громкости. Так, при установке регулятора громкости в положение максимальной громкости в точке прослушивания должен быть получен уровень громкости в 90 фон.
Простые тонкомпенсированные регуляторы громкости создают относительный подъем низших частот, который тем больше, чем меньше громкость. Существуют также и более сложные схемы, с и без использования активных элементов (транзисторы, ОУ), которые создают относительный подъем как низких, так и высоких звуковых частот.
Тонкомпесированный регулятор громкости на резисторе с дополнительными отводами
Простота этой схемы компенсируется проблемой поиска переменного резистора группы В с двумя отводами.
Если же вам удалось найти нужный резистор, то на основании величины сопротивления этого резистора можно рассчитать и остальные элементы:.
- R3 = R / 1.2
- R1 = R2 = 0.1 R3
- R4 = 0.11 R1
- R5 = 0.125 R1
- C1 = 4 / R1
- C2 = 3.9 / R1
- Где R — сопротивление переменного резистора, кОм
- R1 , R2 , R3 — сопротивление секций переменного резистора, кОм
- R4 , R5 — сопротивление резисторов корректирующих цепочек, кОм
- C1 , C2 — емкости корректирующих цепей, мкФ
Вот так выглядит один из вариантов переменного резистора с отводами отечественного производства:
Тонкомпенсированный регулятор громкости на резисторе без дополнительных отводов
Такой регулятор можно собрать и на доступном каждому переменном резисторе без дополнительных отводов . Схема такого регулятора приведена на следующем рисунке.
Использование резистора без отводов приводит к необходимости применения дополнительных деталей, однако это не сильно усложняет схему.
Обе приведенные схемы реализуют относительный подъем только в области низких звуковых частот. Относительный он потому, что отсутствие активных элементов не позволяет осуществить подъем, превышающий исходный сигнал, вместо этого осуществляется ослабление остальной части сигнала. Этот принцип заложен с основу любого пассивного фильтра звуковых частот.
Вторая схема была собранна и опробована. Элементы корректирующих цепей были напаяны непосредственно на выводы сдвоенного переменного резистора. Подобные пассивные регуляторы лучше устанавливать после предусилительного каскада и перед выходными каскадами.
Прослушивание в различных условиях продемонстрировали эффективность данной схемы, а ее применения оказалось достаточно для использования в домашних условиях на низких уровнях громкости. Тонкомпенсированный регулятор громкости позволяет сохранять тональный баланс записи без завала на низких частотах
Вместо заключения…
Хотелось бы добавить, что бесконечные споры, ведущиеся на аудиофильских форумах о правильности/неправильности применения тонкорректирующих цепей зачастую идут в разрез с общей идеологией Hi-End, сутью которого прежде всего является максимально приближенное к реальности музыкальное воспроизведение, при котором исчезают улавливаемые на слух отклонения от оригинала.
Для правильного восприятия музыкальной программы необходимо создавать при воспроизведении, которому ваши соседи явно не будут рады. Так что тонкомпенсированный регулятор громкости можно воспринимать как удачный компромисс сохранения правильного тембрального окраса музыки в домашних условиях.
В статье описан регулятор громкости с тонкомпенсацией и активной бас-коррекцией. Устройство позволяет подобрать требуемую глубину коррекции АЧХ в соответствии с акустическими условиями помещения и чувствительностью конкретной акустической системы.
Известно, что с понижением среднего уровня громкости чувствительность человеческого уха в наибольшей степени падает к самым низким частотам (НЧ) звукового спектра. Для компенсации этой физиологической особенности слуха от звуковоспроизводящей аппаратуры требуется корректирующий подъем НЧ: при минимальной громкости (в зависимости от уровня шума в помещении) он должен достигать 25…40 дБ на частоте 50 Гц по отношению к частоте 2 кГц. Более того, согласно кривым равной громкости, крутизна подъема должна увеличиваться по мере понижения частоты: 6 дБ на октаву, начиная с частоты 250 Гц, и 12 дБ на октаву ниже 100 Гц .
Большинство известных схем тонкомпенсированных регуляторов громкости (ТКРГ), за исключением, может быть, самых сложных, не нашедших широкого применения, не обеспечивает требуемого закона и глубины коррекции. В наиболее распространенных ТКРГ с имеющим отвод переменным резистором (или без отводов) глубина коррекции НЧ не более 15 дБ, причем ее крутизна на частотах ниже 100 Гц уменьшается.
Для примера на рис. 1 показаны типичные АЧХ пассивного ТКРГ на переменном резисторе без отводов . Видно, что корректирующий подъем на частоте 50 Гц при коэффициенте передачи регулятора -40 дБ равен 13дБ, крутизна ниже 100 Гц не превышает 3 дБ на октаву, что совершенно недостаточно. Близкие характеристики имеют и ТКРГ на резисторе с одним отводом.
При эксплуатации подобные регуляторы создают неприятный эффект: при снижении громкости теряется глубина звука и появляется склонность к «бубнению». Попытки увеличить степень коррекции на самых низких частотах добавлением RC-цепи в разрыв общего провода переменного резистора приводят к сужению диапазона регулирования громкости. Громкость в этом случае не уменьшается до нуля, что очень неудобно на практике.
Еще одним недостатком упомянутых устройств можно назвать неверное изменение коррекции по мере регулирования громкости. Заметная коррекция АЧХ нередко возникает при среднем положении регулятора, когда фактическая громкость (чувствительность) еще высока. В результате нарушается тональный баланс в наиболее часто используемой области средней громкости звучания.
К сожалению, все перечисленные недостатки свойственны и электронным ТКРГ, выполненным на специализированных микросхемах. На рис. 2 изображены АЧХ весьма сложного регулятора ТС9235 фирмы Toshiba, имеющего малый уровень шумов (менее 2 мкВ) и нелинейных искажений (менее 0,01 %), многоступенчатую цифровую регулировку громкости, удобное кнопочное управление и т. п. . При всем этом регулятор обеспечивает тонкоррекцию ничуть не лучше рассмотренных уже ТКРГ.
В бытовых устройствах звуковоспроизведения область частот ниже 100 Гц считается «проблемной» и для оконечных звеньев тракта. Так, малогабаритная акустическая система редко имеет нижнюю граничную частоту менее 50…60 Гц по уровню -3 дБ. Обычно спад звукового давления начинается уже с частоты 100 Гц. Иногда для его компенсации применяют высокодобротные эквалайзеры или специальные бас-корректоры на основе фильтров высокого порядка. Но при этом приходится учитывать ограниченную перегрузочную способность УМЗЧ на низких частотах и уменьшать степень коррекции одновременно с увеличением громкости. Подача на динамические головки сигналов ниже резонансной частоты приводит только к росту искажений.
В настоящее время существуют специальные автокорректоры баса (X-Bass и др.), динамически формирующие АЧХ с учетом всех перечисленных факторов. Но они чаще всего представляют собой закрытые «фирменные» разработки, выполненные на специализированных микросхемах без маркировки .
Предлагаемое устройство решает указанные проблемы более простым способом. При его разработке использованы новые схемотехнические решения, полученные компьютерным моделированием в Micro-Cap 7.1.0 с последующей проверкой на макете. В результате удалось создать простое устройство, удачно сочетающее собственно ТКРГ с бас-корректором, который «достраивает» АЧХ в области частот менее 100 Гц и регулирует ее ход в зависимости от положения регулятора громкости.
Принципиальная схема устройства (один канал) представлена на рис. 3. Оно состоит из пассивного ТКРГ и активного бас-корректора, собранного на микросхеме DA1, Обе части объединены в единое целое так, что недостатки пассивного регулятора устраняются активной частью устройства.
Пассивный ТКРГ выполнен на элементах R1- R4, С1, С2 по известной схеме (см. рис. 1) в упрощенном варианте. Фильтр R3R4C1C2 понижает средние частоты в зависимости от положения движка регулятора R2. Параметры фильтра выбраны так, чтобы обеспечить максимально возможный подъем по НЧ. Коррекция по ВЧ никаких проблем не представляет и задается емкостью конденсатора С1.
С выхода пассивного ТКРГ через цепь C3R6 сигнал поступает на инвертирующий вход ОУ DA1.1, который усиливает сигнал (до 14 дБ) и формирует АЧХ двумя цепями ООС. Первая - через резистор R5, элементы ТКРГ, включая регулятор громкости R2, и входную цепочку C3.R6; вторая - через Т-образное звено R7 - R10 и микросхему DA1.2 с сопутствующими элементами.
На микросхеме DA1.2 собран гиратор, имитирующий катушку индуктивности. Совместно с конденсатором С5 он образует колебательный контур с частотой резонанса 45…50 Гц. На этой частоте сигнал ООС ослаблен в максимальной степени и формируется горб частотной характеристики ОУ DA1.1. При этом крутизна АЧХ ниже 100 Гц достигает 10 дБ на октаву, а общий подъем (регулируемый) на частоте 45 Гц равен +27 дБ относительно частоты 2 кГц при положении регулятора громкости — 41 дБ (рис. 4). Эти параметры близки к необходимым значениям характеристик равной громкости.
Ограничение амплитуды сигналов с частотами ниже резонансной АС образуется в устройстве за счет естественного ската резонансной кривой аналога LC-контура на DA1.2 и двух ФВЧ: C3R6 и C6Rвх, где Rbx - входное сопротивление последующего за регулятором каскада. Для этого регулятора эквивалентное сопротивление нагрузки принято равным 100 кОм, для другого входного сопротивления емкость С6 следует пересчитать так, чтобы постоянная времени C6Rbx не изменилась.
Вторая ООС - через резистор R5 - также частотно-зависимая, так как в нее входит фильтр, образованный резисторами R3, R5 и конденсатором С2. Такая компенсирующая ООС была предложена автором в статье , где подробно описан и принцип ее действия. Результат сводится к дополнительному спрямлению низкочастотной ветви АЧХ по мере увеличения громкости. Тем самым достигается требуемая коррекция при переходе от малой к средней громкости (рис. 4), а не от средней к большой (см. рис. 1,2). Более того, выбором соответствующей глубины ООС можно устранить перегрузку УМЗЧ при уровнях громкости, близких к максимальным, подобно динамическим бас-корректорам.
Эффективность ООС через резистор R5 проиллюстрирована смоделированными АЧХ (рис. 5). Кривые рассчитаны для варианта с ООС (R5 = 12 кОм) и без нее (R5 = 1 МОм). Как видно по графикам, ООС действует избирательно и ослаблены только НЧ. При положении регулятора громкости -20 дБ ослабление невелико - около 7 дБ, а при максимальном коэффициенте передачи оно доходит до 26 дБ. При этом ООС полностью сглаживает пик бас-коррекции, выравнивая АЧХ. Без этого УМЗЧ перегружался бы уже при среднем положении ТКРГ и пришлось бы выполнять ручные манипуляции регулятором тембра НЧ.
В правом по схеме положении движка резистора R9 и верхнем резистора R13 регулятор при указанных на схеме номиналах имеет характеристики, изображенные на рис. 4. Однако возможна широкая вариация вида АЧХ: подстроечным резистором R9 можно регулировать глубину бас-коррекции в интервале 0…+6 дБ (рис. 6). Диапазон указан при средней громкости звучания; при ве уменьшении он увеличивается, при увеличении - уменьшается, т.е. устройство адаптивно подстраивает глубину регулировки в соответствии с кривыми равной громкости и перегрузочными возможностями УМЗЧ.
При желании переменный резистор R9 можно вывести на лицевую панель и использовать как регулятор тембра НЧ. Его преимущество заключается в том, что, в отличие от мостовых и прочих RC-регуляторов, он регулирует именно бас, а не всю полосу частот до 1000 Гц. Для плавности изменения тембра нужен переменный резистор с кривой регулирования типа Б.
Высокое качество регулятора в целом обусловлено глубокой ООС, отсутствием оксидных конденсаторов и применением микросхемы TL074. Ее четыре ОУ характеризуются чрезвычайно низким коэффициентом гармоник (Kг ≈ 0,003 %) и хорошими шумовыми характеристиками (еш= 15 нВ/√Гц). Благодаря этому устройство может быть использовано как предусилитель с коэффициентом усиления до 14 дБ, достаточным, например, для компенсации потерь в пассивном регуляторе тембра. В противном случае коэффициент усиления можно уменьшить до единицы и менее подстроечным резистором R13, что пропорционально снизит и уровень шума.
Как и для всех ТКРГ, точность тонкомпенсации зависит от коэффициента передачи звукового тракта. Его можно регулировать упомянутым подстроечным резистором R13 или другим, имеющимся в тракте. Следует только учитывать распределение коэффициента усиления и шумовых свойств звеньев тракта. Изменяя уровень сигнала, подбором резистора R5 добиваются сохранения тонального баланса во всем диапазоне регулирования громкости. Если УМЗЧ перегружается при максимальной громкости, следует уменьшить номинал резистора R5 по субъективному ощущению содержания басов и их искажений. Другие возможности настройки заключаются в смещении резонансного пика бас-коррекции подбором резисторов R11, R12 под конкретную АС. Глубину басов регулируют резистором R9, как описано выше.
В самых высококачественных трактах замена ОУ TL074 возможна на NE5534A. Однако в более простых случаях вполне можно применить ОУ К157УД2А с соответствующими цепями коррекции. При этом коэффициент гармоник возрастает примерно на порядок, а уровень собственных шумов при единичном коэффициенте передачи будет не хуже -80 дБ.
В остальном регулятор собран на обычных деталях: резисторы МЛТ-0,125, малогабаритные конденсаторы КМ. В качестве регулятора R2 применен импортный малогабаритный сдвоенный переменный резистор номинала 50 кОм (характеристика регулирования типа В). Наличие в устройстве резисторов R3, R4, подключенных параллельно верхней по схеме секции R2, позволяет применить переменный резистор с линейной характеристикой регулирования (типа А), однако в этом случае неизбежен начальный скачок громкости при дальнейшем плавном регулировании.
Экспериментальная проверка и субъективное прослушивание подтвердили высокое качество регулятора. Отклонение реальных АЧХ от моделированных не превысило нескольких децибел. Уровень собственных шумов регулятора при единичном усилении оказался ниже границы слышимости. Работа регулятора характеризуется правильным тональным балансом при любой громкости, сохранением «глубокого» баса при минимальной громкости и отсутствием перегрузки УМЗЧ при уровнях громкости, близких к максимальным. Во многих случаях возможно вообще отказаться от использования обычного регулятора тембра и использовать только корректор баса.