Hi-Fi та регулятор гучності. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Hi-Fi та регулятор гучності. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Підсилювачі потужності транзисторні

Коментарі до статті

Почну, мабуть, із цитати: "Завдання регулювання рівня сигналу - простіше кажучи, "гучності" - є однією з непростих проблем у схемотехніці звукової апаратури" [1]. Тут автор, сильно спрощуючи проблему, прирівнює такі поняття як рівень сигналу і гучність, а потім описує свій регулятор рівня. Рівень сигналу - це поняття в галузі схемотехніки підсилювачів звукових (і не тільки) частот. Тут користуються термінами "регулятор рівня" чи "регулятор посилення". А гучність - це поняття в галузі фізіологічної акустики, де в ході "гучність", "рівень гучності" та ін [2].

Поняття "гучність" значно складніше терміну "рівень сигналу", що застосовується аудіоінженерами та звукорежисерами і позначає величину напруги (у вольтах або децибелах) у різних точках звукопідсилювального тракту. Регулятори рівня, на відміну від регуляторів гучності, - частотнонезалежні пристрої. Існує навіть таке поняття як "тонкомпенсований регулятор гучності" (пахає тавтологією!), Що позначає регулятор, що враховує властивості слуху. Варто згадати і термін "фізіологічний регулятор гучності", аналогічний щойно названому. Безперечно, регулятори гучності в Hi-Fi апаратурі – це, як правило, тонкомпенсовані, або фізіологічні. Апаратуру "високого кінця" (Hi-End) розглядати не будемо, оскільки там виконуються будь-які забаганки снобів за дуже великі гроші. Розкіш зобов'язує!

Відомо, що чутливість людського вуха залежить від частоти [3], і тому гучності звуку, що сприймається однаково, на різних частотах відповідають різні рівні звукового тиску. Графічно ця залежність ілюструється "кривими рівної гучності" (рис.1). Щоб забезпечити високу якість відтворення тієї чи іншої звукової програми, необхідно, орієнтуючись на криві рівної гучності, компенсувати відповідні відмінності у чутливості слуху. Це завдання покликані виконувати тонкомпенсовані регулятори гучності [2].

Hi-Fi та регулятор гучності

Проте спроектувати такий регулятор не просто. Справа в тому, що форма кривих рівної гучності неоднозначна. Вона залежить від цілого ряду факторів, зокрема, від акустичних властивостей приміщення прослуховування, від маскуючих шумів, від особливостей слуху самого слухача і т.д. У результаті, необхідне у тому чи іншому випадку сімейство АЧХ тон компенсованого регулятора гучності також виявляється неоднозначним. І все ж таки непогані результати, за оцінкою слухачів, можна отримати, якщо користуватися стандартними кривими рівної гучності чистих тонів для плоскої звукової хвилі. Але їх необхідно скоригувати, керуючись наведеними нижче міркуваннями.

Під час прослуховування музичних програм рівень гучності зазвичай не перевищує 90 фон і може бути зменшений слухачем до порога чутності або рівня шумів у приміщенні. Для певності діапазон регулювання гучності на частотах 1...2 кГц візьмемо рівним 80 дБ. Вважатимемо, що АЧХ регулятора лінійна, а музична програма збалансована за тембром у положенні регулятора, що відповідає максимальній гучності (80 фон). Перехід від цього рівня гучності до іншого, наприклад, 60 тл, вимагає корекції АЧХ регулятора.

Для отримання коригованої залежності на рис.1 проводимо горизонтальну лінію через розподіл 80 дБ на осі L (показана пунктирною лінією). Потім вимірюємо відстані від цієї прямої до кількох точок, що лежать на кривій рівної гучності 80 тл. Далі ці відстані відкладаємо вниз від відповідних точок на кривій рівної гучності 60 тл. Через отримані таким чином нові координати проводимо криву, яка буде скоригована АЧХ регулятора в положенні, що відповідає рівню гучності 60 фон.

Аналогічно, щодо кривої рівної гучності 80 фон. будуються скориговані АЧХ при рівнях гучності 40. 20 і 0 (3) фон і виходить необхідне правильної тонкомпенсації сімейство АЧХ регулятора гучності. У діапазоні зміни рівня гучності 80 дБ показано на рис.2 (суцільні жирні лінії).

Hi-Fi та регулятор гучності

Тепер необхідно побудувати тонкомпенсований регулятор гучності, сімейство АЧХ якого наближається до необхідного якнайкраще. В області частот нижче 2 кГц крива, що відповідає мінімальному коефіцієнту передачі, може бути апроксимована АЧХ RC-ланцюга. показаної на рис.3а. Ця характеристика ліворуч від частоти перегину f1 (рис.3б) має нахил 6 дБ на октаву. Якщо резистор R2 цього ланцюга зробити змінним, а мінімальний опір його вибрати набагато менше R1. то при регулюванні опору R2, поряд зі зміною коефіцієнта передачі ланцюга, буде змінюватися частота перегину її АЧХ. Як видно з рис.2, з урахуванням апроксимації в межах 3 дБ, частота перегину повинна переміщатися в процесі регулювання лінією ЛВ, щоб забезпечити потрібну тонкомпенсацію. Діапазон зміни опору R2 при цьому не може бути більшим за 100, оскільки fа/fв<100. З іншого боку, коефіцієнт передачі Кп регулятора на частоті 2 кГц, як видно з рис.2 і як було сказано раніше, повинен змінюватися на 80 дБ (10000 разів). У стільки ж разів має змінюватися опір R2.

Hi-Fi та регулятор гучності

Цілком очевидно, що за допомогою зміни опору лише одного резистора R2 досягти такого зсуву частоти перегину та зміни коефіцієнта передачі не вдасться. Однак, збільшуючи число послідовно з'єднаних RC-ланцюгів та одночасно зменшуючи межі регулювання резистора R2 у кожній з них. цю проблему можна вирішити. Вже два такі RC-ланцюги (постійна часу другого ланцюга має бути в 20...40 разів більше за першу) дозволяють отримати цілком прийнятний результат: відхилення кривих реального сімейства АЧХ (пунктирні лінії на рис.2) від необхідного (суцільна лінія) не перевищує 3 дБ.

На частотах вище 2 кГц зменшення гучності з 80 до 60 тл супроводжується появою перегину на кривій 60 тл на частоті 5 кГц з нахилом 3 дБ на октаву. При подальшому зменшенні гучності аж до порога слухового відчуття (рівень 3 фон) частота перегину зміщується з 5 до 3 кГц, нахил кривих практично не змінюється. У цій галузі частот криву 3 тло можна апроксимувати АЧХ RC-ланцюга, показаної на рис.4а. Номінали резисторів R1 і R2 тут ті ж, що й у RC-ланцюзі. показаної на рис.3а. Зміна опору R2 не призводить до усунення частоти перегину f2 (рис.4б).

Hi-Fi та регулятор гучності

Щоб збільшення гучності з 60 до 80 т не супроводжувалося підйомом вищих звукових частот, RC-ланцюг повинен забезпечувати частотну компенсацію при максимальному коефіцієнті передачі, чого можна досягти шунтуванням резистора R2 конденсатором С2 такої ємності, при якій дотримувалося б рівність постійних часу T2=R1C1 і x3 = R2-C2. У цьому випадку необхідне регулювання гучності зменшення опору R2 буде супроводжуватися зменшенням постійної часу Т3 і зсувом частоти зрізу RC-ланцюга (f3=1/2nR2-C2) в більш високочастотну область, а частота перегину f2 залишатиметься незмінною, що і забезпечить необхідну відповідність АЧХ RC-ланцюга кривим рівної гучності е області частот вище 2 кГц.

Приклад практичної реалізації тонкомпенсованого регулятора гучності показано на рис.5 [4, 5]. Опори резисторів і конденсаторів, що входять до нього, можна розрахувати, користуючись такими співвідношеннями:

R1=R3=R:
R4min = R5min = 0.01R;
R4max = R5max = 10R;
R1C2=R3C3=20MKC;
R4minC4=4000 мкс;
R5minC5=100 мкс;
R5maxC6 = 20 мкс. Опір R може бути вибраний в межах 103..106 Ом. На рис.5 R = 510 кОм. R5minC5=2000 мкс (4000); R4minC4=100 мкс.

Hi-Fi та регулятор гучності

Щоб уникнути шунтування ланцюга R5-C5. підсилювач ЗЧ, що підключається до виходу регулятора, повинен мати великий вхідний опір і малу вхідну ємність. Його, зокрема, можна виконати за схемою повторювача напруги на ОП з польовими транзисторами на вході. Вихідний опір підсилювача, включеного перед регулятором, повинен бути в 20 разів меншим за опір R2. Змінні резистори тонкомпенсованого регулятора гучності мають бути здвоєними. У разі їх функції виконують фоторезистори R4, R5, а органом регулювання служить резистор R10. змінний струм через лампу розжарювання HL1. Фоторезистори СФЗ-1, що використовуються в регуляторі гучності, мають високу швидкодію (постійна часу - менше 0,06 с) і необхідний діапазон зміни опору. Лампа розжарювання (надмініатюрна) – НСМ (6,3 Вх20 мА). струм через неї змінюється не більше 6...18 мА. Фоторезистори розміщуються впритул до лампи розжарювання, і весь регулятор поміщається у світлонепроникний металевий екран.

На рис.5 показано двоканальний регулятор для стереофонічного підсилювача. У ньому необхідно попарно підібрати фоторезистори в різних каналах так, щоб при зміні в діапазоні від 104 до 106 Ом їх опори відрізнялися не більше ніж на 20%. В іншому випадку буде помітно розбаланс каналів під час зміни гучності.

Стереобаланс регулюється резистором R9 у межах ±6 дБ. Конденсатори С7, СВ усувають шарудіння та тріски, створювані змінними резисторами.

Змінний резистор R10 повинен мати лінійну характеристику регулювання. Постійні резистори - з відхиленням опорів від номінального значення трохи більше ±5%. Конденсатори С1. С4, С5 – паперові МБМ, інші – керамічні. Місткість конденсатора С6 залежить від ємності монтажу та вхідної ємності підсилювача, підключеного до виходу регулятора гучності. Лампи розжарювання повинні живитись від стабілізованого джерела живлення.

Налаштування регулятора зводиться до забезпечення лінійності АЧХ при К=0 дБ (підбором С6) та перевірки ідентичності сімейства його АЧХ у різних каналах стерео підсилювача при різних рівнях гучності.

Інший приклад регулятора показано на рис.6. Тут використовуються здвоєні змінні резистори з лінійною залежністю опору від кута повороту осі (група "А"). Для стереофонічного регулятора потрібно застосувати два здвоєні змінні резистори. Особливих проблем з регулюванням балансу таке рішення не викликає, якщо на панелі, де встановлені обидва резистори, нанести шкали рівнів гучності.

Hi-Fi та регулятор гучності

Спроба застосувати счетверенный резистор наштовхується великі труднощі; по-перше, він - дуже рідкісна "птах" у наших краях, по-друге, його резистори мають великі розкиди по опору, і по-третє, додатково потрібний регулятор балансу, що не спрощує всю конструкцію. Розкиди опорів здвоєних резисторів цілком прийнятні для цієї схеми. Якщо здвоєні резистори мають інший опір, то ємності конденсаторів потрібно перерахувати за наведеними співвідношеннями. Резистори R3 і R5 служать припинення підйому НЧ поза звукового діапазону.

При верхньому положенні двигунів змінних резисторів коефіцієнт передачі регулятора дорівнює -6 дБ. Діапазон регулювання на частоті 2 кГц-80...85 дБ. Відхилення від необхідних АМХ - трохи більше ±2 дБ. якщо опір навантаження регулятора більше 1 МОм, а ємність навантаження менше 50 пФ. Конденсатори С1. C3. С5 – плівкові, інші – слюдяні. Налагодження регулятора - та ніякого налагодження!

А насамкінець я скажу, що якщо слухати тільки гучну музику, то достатньо мати регулятор рівня з діапазоном регулювання 10...15 дБ. Але якщо ви хочете відчути чарівність і від тихої музики, що ніби доноситься з найближчого парку, то будуйте цей регулятор гучності, не пошкодуєте!

література

А.Нікітін. Регулятор гучності у Hi-Fi апаратурі. - Радіохоббі, 2002. №2, С.63.
Терехов П. Про регулювання гучності. - Радіо, 1982 №9, С.42.
Цвікер Е. Фельдкеллер Р. Вухо як приймач інформації. - М: Зв'язок. 1971.
І.Пугачов. Тонкомпенсований регулятор гучності. - Радіо, 1988. N911.C.35.
Авторське свідоцтво СРСР №1390776. - Бюлетень "Відкриття, винаходи...". 1988 №15.

Автор: І.Пугачов, м.Мінськ

Дивіться інші статті розділу Підсилювачі потужності транзисторні.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву

Водна цинк-іонна батарея з тривалим терміном служби 23.08.2023

Дослідницька група на чолі з професором Чжао Банчуанем з Інституту фізичних наук Хефея (HFIPS) Академії наук Китаю (CAS) представила нове революційне досягнення в галузі енергетики - високоефективну водну цинк-іонну батарею з тривалим терміном служби, навіть за умов слабкого магніту.

Водні цинк-іонні акумулятори є обіцяючою та екологічно безпечною альтернативою літій-іонним батареям. Однак обмежені хімічні характеристики катодних матеріалів та зростання цинкових дендритів на аноді призводять до обмеження енергетичної щільності та життєвого циклу водних цинк-іонних батарей. Для подолання цієї проблеми вчені сфокусувалися на створенні катодів з підвищеною енергетичною щільністю та придушенні зростання цинкових дендритів.

Дослідники використали новий підхід, поєднавши одноетапний гідротермальний метод з електрохімічною інженерією дефектів, щоб створити унікальний катодний матеріал - VS 2 . Цей матеріал мав високу щільність дефектів, які ефективно знижували електростатичну взаємодію між іонами цинку і VS 2 , сприяючи тривимірному транспортуванню іонів Zn 2+ у структурі матеріалу. Це у свою чергу забезпечило покращену ефективність батареї.

Незважаючи на виклики у вигляді зростання цинкових дендритів, команда дослідників виявила, що вплив слабкого зовнішнього магнітного поля стримує зростання дендритів та суттєво збільшує життєвий цикл батареї. Експерименти в умовах слабкого магнітного поля підтвердили, що високоефективна батарея Zn-VS 2 забезпечує тривалий термін служби, високу енергетичну щільність та потужність.

Інші цікаві новини:

▪ 5-гігагерцевий процесор Intel Core i7-1195G7

▪ Твердотільний накопичувач Transcend MSM610

▪ Тютюн для космосу

▪ Система пористої мережі Samsung SmartThings Wifi

▪ Сприйняття кольору змінюється по порах року

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Основи першої медичної допомоги (ОПМП). Добірка статей

▪ стаття Глуха тетеря. Крилатий вислів

▪ стаття Чи кожен рік у вівці виростає шерсть? Детальна відповідь

▪ стаття Каштан звичайний. Легенди, вирощування, способи застосування