Как подключить регулятор громкости

Hi-Fi и регулятор громкости

Начну, пожалуй, с цитаты: "Задача регулирования уровня сигнала - проще говоря, "громкости" - является одной из непростых проблем в схемотехнике звуковой аппаратуры" [1]. Здесь автор, сильно упрощая проблему, приравнивает такие понятия как "уровень сигнала" и "громкость", а затем описывает свой регулятор уровня. Уровень сигнала - это понятие из области схемотехники усилителей звуковых (и не только) частот. Здесь пользуются терминами "регулятор уровня" или "регулятор усиления". А громкость - это понятие из области физиологической акустики, где в ходу"громкость", "уровень громкости" и др [2].

Понятие "громкость" значительно сложнее термина "уровень сигнала", применяемого аудиоинженерами и звукорежиссерами и обозначающего величину напряжения (в вольтах или децибелах) в разных точках звукоусилительного тракта. Регуляторы уровня, в отличие от регуляторов громкости, - частотноне зависимые устройства. Существует даже такое понятие как "тонкомпенсированный регулятор громкости" (попахивает тавтологией!), обозначающее регулятор, учитывающий свойства слуха. Стоит упомянуть и термин "физиологический регулятор громкости", аналогичный только что названному. Несомненно, регуляторы громкости в Hi-Fi аппаратуре - это, как правило, тонкомпенсированные, или физиологические. Аппаратуру "высокого конца" (Hi-End) рассматривать не будем, поскольку там выполняются любые прихоти снобов за очень большие деньги. Роскошь обязывает!

Известно, что чувствительность человеческого уха зависит от частоты [3], и потому одинаково воспринимаемой громкости звука на разных частотах соответствуют разные уровни звукового давления. Графически эта зависимость иллюстрируется "кривыми равной громкости" (рис.1). Чтобы обеспечить высокое качество воспроизведения той или иной звуковой программы, необходимо, ориентируясь на кривые равной громкости, компенсировать соответствующие различия в чувствительности слуха. Эту задачу призваны выполнять тонкомпенсированные регуляторы громкости [2].

Однако спроектировать такой регулятор далеко не просто. Дело в том, что форма кривых равной громкости неоднозначна. Она зависит от целого ряда факторов, в частности, от акустических свойств помещения прослушивания, от наличия маскирующих шумов, от особенностей слуха самого слушателя и т.д. В результате, необходимое в том или ином случае семейство АЧХ тон компенсированного регулятора громкости также оказывается неоднозначным. И все же неплохие результаты, по оценке слушателей, можно получить, если пользоваться стандартными кривыми равной громкости чистых тонов для плоской звуковой волны. Но их необходимо скорректировать, руководствуясь приведенными ниже соображениями.

При прослушивании музыкальных программ уровень громкости обычно не превосходит 90 фон и может быть уменьшен слушателем до порога слышимости или до уровня шумов в помещении. Для определенности, диапазон регулирования громкости на частотах 1. 2 кГц возьмем равным 80 дБ. Будем считать, что АЧХ регулятора линейна, а музыкальная программа сбалансирована по тембру в положении регулятора, соответствующем максимальной громкости (80 фон). Переход от этого уровня громкости к другому, например, 60 фон, требует коррекции АЧХ регулятора.

Для получения с корректированной зависимости на рис.1 проводим горизонтальную линию через деление 80 дБ на оси L (показана пунктирной линией). Затем измеряем расстояния от этой прямой до нескольких точек, лежащих на кривой равной громкости 80 фон. Далее эти расстояния откладываем вниз от соответствующих точек на кривой равной громкости 60 фон. Через полученные таким образом новые координаты проводим кривую, которая будет скорректированной АЧХ регулятора в положении, соответствующем уровню громкости 60 фон.

Аналогичным образом, относительно кривой равной громкости 80 фон. строятся скорректированные АЧХ при уровнях громкости 40. 20 и 0 (3) фон и получается требуемое для правильной тонкомпенсации семейство АЧХ регулятора громкости. В диапазоне изменения уровня громкости 80 дБ оно показано на рис.2 (сплошные жирные линии).

Теперь необходимо построить тонкомпенсированный регулятор громкости, семейство АЧХ которого приближается к требуемому наилучшим образом. В области частот ниже 2 кГц кривая, соответствующая минимальному коэффициенту передачи, может быть аппроксимирована АЧХ RC-цепи. показанной на рис.3а. Эта характеристика левее частоты перегиба f1 (рис.3б) имеет наклон 6 дБ на октаву. Если резистор R2 этой цепи сделать переменным, а минимальное сопротивление его выбрать много меньше R1. то при регулировании сопротивления R2, наряду с изменением коэффициента передачи цепи, будет изменяться и частота перегиба ее АЧХ. Как видно из рис.2, с учетом аппроксимации в пределах 3 дБ, частота перегиба должна перемещаться в процессе регулирования по линии ЛВ, чтобы обеспечить нужную тонкомпенсацию. Диапазон изменения сопротивления R2 при этом не может быть более 100, так как fа/fв<100. С другой стороны, коэффициент передачи Кп регулятора на частоте 2 кГц, как видно из рис.2 и как было сказано ранее, должен изменяться на 80 дБ (в 10000 раз). Во столько же раз должно меняться сопротивление R2.

Совершенно очевидно, что с помощью изменения сопротивления только одного резистора R2 достичь такого сдвига частоты перегиба и изменения коэффициента передачи не удастся. Однако, увеличивая число последовательно соединенных RC-цепей и одновременно уменьшая пределы регулировки резистора R2 в каждой из них. эту проблему можно решить. Уже две такие RC-цепи (постоянная времени второй цепи должна быть в 20. 40 раз больше первой) позволяют получить вполне приемлемый результат: отклонение кривых реального семейства АЧХ (пунктирные линии на рис.2) от требуемого (сплошная линия) не превышает 3 дБ.

На частотах выше 2 кГц уменьшение громкости с 80 до 60 фон сопровождается появлением перегиба на кривой 60 фон на частоте 5 кГц с наклоном 3 дБ на октаву. При дальнейшем уменьшении громкости вплоть до порога слухового ощущения <уровень 3 фон) частота перегиба смещается с 5 до 3 кГц, наклон же кривых практически не меняется. В этой области частот кривую 3 фон можно аппроксимировать АЧХ RC-цепи, показанной на рис.4а. Номиналы резисторов R1 и R2 здесь те же,

что и в RC-цепи. показанной на рис.3а. Изменение сопротивления R2 не приводит к смещению частоты перегиба f2 (рис.4б).

Чтобы увеличение громкости с 60 до 80 фон не сопровождалось подъемом высших звуковых частот, RC-цепь должна обеспечивать частотную компенсацию при максимальном коэффициенте передачи, чего можно достигнуть шунтированием резистора R2 конденсатором С2 такой емкости, при которой соблюдалось бы равенство постоянных времени T2=R1C1 и x3=R2-C2. В этом случае необходимое для регулирования громкости уменьшение сопротивления R2 будет сопровождаться уменьшением постоянной времени Т3 и сдвигом частоты среза RC-цепи (f3=1/2nR2-C2) в более высокочастотную область, а частота перегиба f2 будет оставаться неизменной, что и обеспечит требуемое соответствие АЧХ RC-цепи кривым равной громкости е области частот выше 2 кГц.

Пример практической реализации тонкомпенсированного регулятора громкости показан на рис.5 [4, 5]. Сопротивления входящих в него резисторов и конденсаторов можно рассчитать, пользуясь следующими соотношениями:

  • R1=R3=R:
  • R4min=R5min=0.01R;
  • R4max=R5max=10R;
  • R1C2=R3C3=20MKC;
  • R4minC4=4000 мкс;
  • R5minC5=100 мкс;
  • R5maxC6=20 мкс. Сопротивление R может быть выбрано в пределах 103..106 Ом. На рис.5 R=510 кОм. R5minC5=2000 мкс (4000); R4minC4=100 мкс.

Во избежание шунтирования цепи R5-C5. подключаемый к выходу регулятора усилитель ЗЧ должен иметь большое входное сопротивление и малую входную емкость. Его, в частности, можно выполнить по схеме повторителя напряжения на ОУ с полевыми транзисторами на входе. Выходное сопротивление усилителя, включенного перед регулятором, должно быть в 20 раз меньше сопротивления R2. Переменные резисторы тонкомпенсированного регулятора громкости должны быть сдвоенными. В нашем случае их функции выполняют фоторезисторы R4, R5, а органом регулировки служит резистор R10. изменяющий ток через лампу накаливания HL1. Использующиеся в регуляторе громкости фоторезисторы СФЗ-1 обладают высоким быстродействием (постоянная времени - меньше 0,06 с) и необходимым диапазоном изменения сопротивления. Лампа накаливания (сверхминиатюрная) - НСМ (6,3 Вх20 мА). ток через нее изменяется в пределах 6. 18 мА. Фоторезисторы размещаются вплотную к лампе накаливания, и весь регулятор помещается в светонепроницаемый металлический экран.

На рис.5 показан двухканальный регулятор для стереофонического усилителя. В нем необходимо попарно подобрать фоторезисторы в разных каналах так, чтобы при изменении в диапазоне от 104 до 106 Ом их сопротивления отличались не более чем на 20%. В противном случае будет заметен разбаланс каналов во время изменения громкости.

Стереобаланс регулируется резистором R9 в пределах ±6 дБ. Конденсаторы С7, СВ устраняют шорохи и трески, создаваемые переменными резисторами.

Переменный резистор R10 должен иметь линейную характеристику регулирования. Постоянные резисторы - с отклонением сопротивлений от номинального значения не более ±5%. Конденсаторы С1. С4, С5 - бумажные МБМ, остальные - керамические. Емкость конденсатора С6 зависит от емкости монтажа и входной емкости усилителя, подключенного к выходу регулятора громкости. Лампы накаливания должны питаться от стабилизированного источника питания.

Настройка регулятора сводится к обеспечению линейности АЧХ при К„=0 дБ (подбором С6) и проверке идентичности семейства его АЧХ в разных каналах стерео усилителя при разных уровнях громкости.

Другой пример регулятора показан на рис.6. Здесь используются сдвоенные переменные резисторы с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота оси (группа "А"). Для стереофонического регулятора нужно применить два сдвоенных переменных резистора. Особых проблем с регулировкой баланса такое решение не вызывает, если на панели, где установлены оба резистора, нанести шкалы уровней громкости.

Попытка применить счетверенный резистор наталкивается на большие трудности; во-первых, он - очень редкая "птица" в наших краях, во-вторых, его резисторы имеют большие разбросы по сопротивлению, и в-третьих, дополнительно требуется регулятор баланса, что не упрощает всю конструкцию. Разбросы же сопротивлений сдвоенных резисторов вполне приемлемы для этой схемы. Если сдвоенные резисторы имеют другое сопротивление, то емкости конденсаторов нужно пересчитать по приведенным соотношениям. Резисторы R3 и R5 служат для прекращения подъема НЧ за пределами звукового диапазона.

При верхнем положении движков переменных резисторов коэффициент передачи регулятора равен -6 дБ. Диапазон регулировки на частоте 2 кГц- 80. 85 дБ. Отклонение от требуемых АМХ - не более ±2 дБ. если сопротивление нагрузки регулятора больше 1 МОм, а емкость нагрузки менее 50 пФ. Конденсаторы С1. C3. С5 - пленочные, остальные - слюдяные. Наладка регулятора - да никакой наладки!

А напоследок я скажу, что если слушать только громкую музыку, то достаточно иметь регулятор уровня с диапазоном регулирования 10. 15 дБ. Но если вы хотите ощутить очарование и от тихой музыки, как бы доносящейся из ближайшего парка, то стройте этот регулятор громкости, не пожалеете!

Литература

  1. А.Никитин. Регулятор громкости в Hi-Fi аппаратуре. - Радиохобби, 2002. №2, С.63.
  2. Терехов П. О регулировании громкости. - Радио, 1982, №9, С.42.
  3. Цвикер Э. Фельдкеллер Р. Ухо как приемник информации. - М. Связь. 1971.
  4. И.Пугачев. Тонкомпенсированный регулятор громкости. - Радио, 1988. N911.C.35.
  5. Авторское свидетельство СССР №1390776. - Бюллетень "Открытия, изобретения. ". 1988, №15.

Автор: И.Пугачев, г.Минск

Смотрите другие статьи раздела Усилители мощности транзисторные .

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье .

Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке :

Источник: www.diagram.com.ua

Категория: Выбор и покупка

Похожие статьи: