Меню

Схем тонкомпенсированных регуляторов громкости

ТОНКОМПЕНСИРОВАННЫЙ РЕГУЛЯТОР ГРОМКОСТИ

В литературе много схем аналоговых тонкомпенсированных регуляторов громкости (ТКРГ). Однако все они имеют свои недостатки – о чем так же отражено в литературе, часть которой в списке в конце. В этой статье сделана попытка создать улучшенный ТКРГ, призванный максимально устранить недостатки существующих схем и поднять качество звучания при регулировке громкости. Причем регулировать громкость будет простой переменный резистор без отводов. Вот схема предлагаемого ТКРГ (рис.1):

Рис.1. Схема тонкомпенсированного регулятор громкости.

ТКРГ состоит из двух узлов. На операционном усилителе (ОУ) А1.1 построен собственно регулятор громкости с пропорциональной добавкой ВЧ и НЧ в сигнал при уменьшении громкости (тонкомпенсация). Смешение сигналов (при включенной тонкомпенсации) происходит в точке «Ж». Причем добавляемые сигналы ВЧ и НЧ можно настраивать по частоте и амплитуде с целью получения идентичности АЧХ регулятору тембра и кривым равной громкости.

При среднем положении регулятора R4 громкость будет средней. В точку «Ж» приходят все три смешиваемых сигнала: с бегунка R4 (основной сигнал) + с ВЧ цепи + с НЧ цепи и, собственно, смешиваются. Суммарный сигнал будет со средней добавкой ВЧ и НЧ. В левом положении бегунка R4 подача основного сигнала в точку «Ж» будет минимальной, так как выход ОУ А1.1 (основной сигнал) пойдет в точку «Ж» через всю резистивную дорожку R4, а подача ВЧ и НЧ остается прежней – то есть в суммарном сигнале становится меньше основного сигнала и больше ВЧ и НЧ. В правом же положении бегунка R4 цепи добавки ВЧ и НЧ замыкаются через R9 бегунком R4 и практически не влияют на основной сигнал – никакой добавки НЧ и ВЧ в основной сигнал нет. Соответственно получается плавная пропорциональная тонкомпенсация по уровню громкости.

На ОУ А1.2 построен усилитель-смеситель с коэффициентом усиления необходимым для согласования с последующим устройством. Изменяя номинал резистора R11 можно в широких пределах регулировать усиление ТКРГ. Номинал резисторов R9+R10 взят как приемлемая нагрузка для ОУ А1.1 и резистора R4, ведь на инвертирующем входе 6 ОУ А1.2 всегда почти нулевой потенциал. Если будет использоваться старая микросхема ОУ, то резисторы R9 + R10 необходимо увеличить до 5 кОм (суммарно), не менее. Иначе ОУ возможно будет перегружаться и искажать сигнал.

Основным достоинством предлагаемого ТКРГ является возможность подстройки его АЧХ под АЧХ регулятора тембра. Эта подстройка нужна по трем причинам.

  1. Во-первых, АЧХ усилителя всегда должна быть плавной без каких-либо волн. Только в этом случае звук получается качественным. Мне, например, никогда не приходилось слышать достойный звук, прошедший эквалайзер. А если темброблок дает одну характеристику, а ТКРГ – другую, то на суммарной АЧХ появятся волны – как шторм на море – ничего хорошего. Звук будет подпорчен.
  2. Во-вторых, (из практики) на большой громкости необходимо уменьшать уровень НЧ, чтобы не перегружались колонки (НЧ динамики). То есть положение регулятора тембра НЧ заранее должно быть несколько снижено, а на средних громкостях именно ТКРГ должен обеспечивать добавку НЧ, сниженную темброблоком. На максимальной громкости действие ТКРГ прекратится. Останется несколько заниженный тембр НЧ. Вот и получается, что добавка НЧ от ТКРГ должна быть идентична самому тембру, чтобы не было волн.
  3. В-третьих, входной сигнал может быть разным по амплитуде или сопротивление колонок может быть разным. Соответственно регулятор громкости будет установлен в различных положениях на той же фактической громкости – АЧХ ТКРГ будет с меньшей или большей добавкой НЧ и ВЧ. Здесь обязательно потребуется подстройка тембра, ну и, чтобы не было волн АЧХ. И тут так же требуется соответствие АЧХ ТКРГ и РТ.

Это триединое требование соответствия АЧХ ТКРГ регулятору тембра затрудняет возможность применения обычных ТКРГ, использующих вырезание частот одной или несколькими ветками (конденсатор + резистор) в качественной аппаратуре – как на Рис. 2.

Рис.2 ТКРГ на резисторах с отводами (из интернета).

Про их недостатки написано в [3]. АЧХ у них волнистая, сильно меняется от положения бегунка (сопротивления) переменного резистора. Да и не соответствует ни регулятору тембра, ни кривым равной громкости. Я, например, всегда слышу момент прохождения бегунка мимо отвода на тонкомпенсацию при регулировке громкости на УНЧ, где резистор с отводом (даже ALPS).Так же волны будут давать ТКРГ, представленные в [1], [3], [5], [7], [10].

Конечно, кроме соответствия АЧХ ТКРГ регулятору тембра, необходимо, чтобы АЧХ тонкомпенсации соответствовала одновременно и кривым равной громкости (рис.3). Благо, что между графиками кривых равной громкости и РТ нет принципиальных, антагонистических противоречий и две ветки – НЧ и ВЧ могут обеспечить АЧХ усредненную между кривыми равной громкости и РТ.

Рис.3 График кривых равной громкости, приведенный к уровню 90 фон (из [1]).

Наверное самый большой недостаток многих ТКРГ (во всяком случае из моей практики) – это трески и хрипы при регулировке громкости. Особенно при минимальной громкости. Вероятно в том числе и для исключения этих тресков даже в промышленных усилителях ставился переключатель «Интим». Трески были в основном в ТКРГ, построенных по схеме рис.4 и вызывались слишком большим током через ползунок переменного резистора.

Рис. 4 Схема ТКРГ на резисторе без отводов (взята из интернета).

Посмотрите – составляющая НЧ и ВЧ входного напряжения – постоянной максимальной амплитуды — через резисторы R2, С2, R3, R4, R5 попросту «давят» током на бегунок переменного резистора, особенно на низкой громкости. Бегунок не выдерживает такого тока и дает трески или шорохи.

В предлагаемой схеме рис.1 с уменьшением громкости уменьшается и амплитуда сигнала, идущего с выхода ОУ на цепи НЧ и ВЧ, а через них и на бегунок переменного резистора. Этот сигнал, а точнее ток, резистор на малой громкости запросто терпит. На большой громкости ток по бегунку так же небольшой, так как ограничивается резистором R9, R10.

Это – второе достоинство предлагаемого ТКРГ – снижение тресков и, соответственно возможность применения не самых дорогих переменных резисторов. Хотя отечественные переменные резисторы вряд ли вообще можно применять. Они трещат всегда.

Третьим достоинством предлагаемого ТКРГ является больший динамический диапазон регулировки громкости, чем у подавляющего большинства ТКРГ. Здесь над этим диапазоном трудятся сразу два ОУ (рис.1): А1.1 – в основном снижает уровень сигнала, а А1.2 – увеличивает. Очень хороший тандем получается. Еще хорошо то, что при уменьшении громкости до нуля практически отсутствует ступенька, возникающая на токосъемнике некачественного резистора (то есть резкое изменение громкости к нулю). Раньше приходилось ставить резистор (здесь – R3 рис.1) для снижения заметности ступеньки. Сейчас же ступенька находится на такой маленькой громкости, что ее просто не слышно. Ну и есть абсолютная нулевая громкость. R3 можно перемкнуть. Громкость от нуля идет очень плавно. Максимальную громкость можно установить любую требуемую — изменением сопротивления R11. Динамический диапазон данного ТКРГ 80 дБ, дальше сложно измерить. Даже с китайскими резисторами (с неизвестной характеристикой) изменение громкости в очень высокой степени пропорционально углу поворота.

Четвертым достоинством предлагаемого ТКРГ является равномерная и пропорциональная добавка тонкомпенсирующих частот НЧ и ВЧ по мере поворота (угла) переменного резистора. Это лучше, чем на резисторах с отводами или переключателях. То есть сохраняется необходимая частотная характеристика независимо от угла поворота переменного резистора. А ведь почти все указанные в ниже перечисленной литературе ТКРГ очень сильно искажают (изменяют) необходимую частотную характеристику при изменении громкости, так как меняется настройка частоты фильтров добавки НЧ или ВЧ от изменения сопротивления самого переменного резистора (участка до бегунка).

Пятым достоинством предлагаемого ТКРГ является то, что частотоформирующие цепи не находятся в обратной связи ОУ. В качественной аудиотехнике в обратной связи ОУ, на мой взгляд, не должно быть конденсаторов. Все фильтры и частотные корректоры должны быть только пассивными (как в предлагаемом ТКРГ). Ну или требуется применять очень дорогие конденсаторы.

Теперь о кажущемся недостатке – это меньшая глубина тонкомпенсации НЧ, чем требуют кривые равной громкости рис.3. Однако мое мнение, что где-то в теории звука вкралась ошибка. Ведь кривые равной громкости составлены на основании восприятия человеческим ухом чистых тонов (одиночных частот). А музыкальный звук содержит спектр частот и именно как идет восприятие (громкость) нескольких рядом стоящих частот или участков НЧ не вполне понятно.

Мне не удалось найти информацию об этом, но представляется, что в реальной музыке нет смысла на малой громкости делать такой высокий подъем НЧ, как на рис.3. Это слишком много – слушается неестественно, да и создаются большие проблемы по схемотехнике (раньше пробовал – плохо получалось). Именно прослушивание показывает, что близкие частоты НЧ, их гармоники, как бы помогают друг другу быть услышанными. Да и многие усилители вообще не имеют тонкомпенсацию и люди же их слушают – и довольные. А кривые равной громкости требуют подъема низких частот на малой громкости в сотню раз! В сотню! – удивительно. Зачем?

На рис.5 представлен график АЧХ предлагаемого ТКРГ, снятый практически.

Читайте также:  Схема регулятора оборотов минидрели 12в

Рис. 5 График АЧХ ТКРГ.

Ниже -60 дБ моими приборами уже невозможно измерить уровень сигнала. Прослушивание показало, что такой подъем уровня НЧ (+12 дБ) даже несколько великоват. Слышится, что с уменьшением громкости, НЧ начинают «выпирать», хочется уменьшить добавку НЧ. В окончательном варианте подъем НЧ сделан поменьше, примерно +10 дБ. Для меня это однозначно показывает, что кривые равной громкости просто неприемлемы для воспроизведения музыки.

О назначении элементов схемы. Резистор R8 регулирует глубину тонкомпенсации. Может быть в пределах 10…18 кОм. При 10 кОм глубина тонкомпенсации слишком большая. При 18 кОм несколько маловата. Но, конечно, регулировка этого резистора повлияет и на ВЧ цепь. Придется корректировать и С3, R6. Конденсатор С4 сдвигает частоту НЧ. Если звуковые колонки большие, то ставить 0,15 мкФ, если маленькие, то 0,1 мкФ или меньше. Конденсатор С3 – уровень добавки ВЧ. Его регулировка в последнюю очередь. Резистором R11 устанавливается усиление ТКРГ под дальнейшие узлы. Может меняться в очень широких пределах.

Вместо просто ОУ А1.2 может применяться цельный усилитель например на наушники или небольшие динамики. У меня на месте А1.2 был усилитель на наушники. Работала такая связка неплохо.

Конденсаторы и резисторы лучше использовать качеством повыше – об этом много и лучше написано в интернете. Очень рекомендую в качестве ОУ использовать LM4562 – его звук просто ласкает слух – значительно лучше, чем у всех стареньких аудио ОУ.

Входное сопротивление ТКРГ равно сопротивлению резистора R1. Если предшествующий каскад относительно мощный, то сопротивление R1 можно уменьшить. Тогда динамический диапазон регулировки громкости еще расширится. Резистор R2 является «предохранителем» от тресков, если бегунок переменного резистора вдруг потеряет контакт. Например самые дешевые переменные резисторы с Алиэкспресса (Рис.6 слева) ни на что не годятся – они дают потрескивания на краях регулировки. А, вот, недорогие резисторы с отводом на тонкомпенсацию с того же Алиэкспресса уже работают получше (вторые на рис.6). Их можно ставить на тембр и, за неимением лучшего, на громкость. Третий резистор на рис.6 с маркировкой «WL» подойдет на тембр, но не на громкость. Резисторы подороже везде подойдут, в т.ч. который на рис.6 справа, даже не ALPS.

Рис. 6 Некоторые опробованные переменные резисторы.

Специально для точного подгона номиналов резисторов и конденсаторов, для возможности согласования с другими узлами и для оценки работы данного ТКРГ в составе полного усилителя пришлось собрать полный усилитель по схеме рис.7.

Рис. 7 Схема полного усилителя с предлагаемым ТКРГ (в центре).

На рис. 8 представлено как реализован ТКРГ практически в усилителе по схеме рис.7.

Рис. 8 Фото платы ТКРГ + РТ при регулировке.

Эскиз печатной платы представить не могу, так как она экспериментальная и не вполне соответствует окончательному варианту схемы.

Предлагаемый ТКРГ хорошо согласуется с «Регулятором тембра с псевдообходом» (Рис.7, слева. Статья есть в интернете). Такая связка становится как бы единым узлом без лишних связующих элементов. Так же ТКРГ хорошо согласуется с УНЧ из статьи «УНЧ с двойной термостабилизацией» (Рис.7, справа. Статья есть в интернете). УНЧ и ТКРГ имеют общий узел – усилитель напряжения. Соответственно несколько сокращено количество радиодеталей, усиления и ослабления сигнала по сравнению с обычным построением усилителей.

На рис. 9 показан момент прослушивания данного ТКРГ (в составе самодельного усилителя – серого цвета на фото) в сравнении с ТКРГ фирменного Грюндига R1. Там переменный резистор ALPS с одним отводом.

Рис. 9 Сравнение ТКРГ предлагаемого и «Grundig R1».

Прослушивание показало, что предлагаемый ТКРГ:

  • имеет тонкомпенсацию более равномерную при повороте регулятора громкости – ее просто не чувствуешь – как будто и нет ее. У Грюндига ясно слышно, на каком угле поворота регулятора громкости она действует;
  • имеет более правильную, понятную и слышимую частотную характеристику. Нет никаких бубнений, лишних призвуков. У Грюндика добавленные тонкомпенсацией низкие и высокие частоты слышатся какими – то комками. Непонятно, что добавляется – то ли просто гул на НЧ, а на ВЧ жесткость.
  • имеет больше очень низких и очень высоких частот;
  • имеет более линейную характеристику от угла поворота регулятора громкости на простом китайском резисторе. Это, даже, удивительно – резистор ALPS оказывается в середине очень слабо изменяет громкость, а резко на краях. Только сейчас это заметил.
  • у Грюндига общая глубина тонкомпенсации меньше и не дотягивает до оптимальной, установленной в предлагаемом ТКРГ.
  • динамический диапазон регулировки громкости примерно одинаков. Но надо учитывать, что если на громкость предлагаемого ТКРГ поставить то же резистор ALPS, то, наверное, диапазон регулировки будет поболее. Хотя и существующие диапазоны регулировки, думаю, удовлетворят любого меломана при любых прослушиваниях.
  • на предлагаемом ТКРГ иногда проскакивают слабо слышимые потрескивания на краях регулировки громкости. Лучше ставить переменные резисторы качеством повыше. Шуршаний ни тут ни там нет;
  • общее качество звука данного ТКРГ с усилителем значительно выше, чем у Грюндига, но здесь кроме ТКРГ еще и УНЧ с темброблоком, так что не совсем корректно сравнивать, да и громкость предлагаемого УНЧ ниже.

Вообще, по жизни, мне пришлось собрать и слушать много различных ТКРГ и про предлагаемый скажу, что он получше. Тем же, кому «лишь бы танцевать» будет абсолютно безразлично какой применен ТКРГ. И еще хочется возразить тем, кто считает, что ТКРГ не нужен вообще: при включении ТКРГ переключателем на малой громкости восприятие музыки значительно облегчается, музыка становится более доходчивой, не надо прислушиваться к звукам, крутить тембр, музыка явно красивее. Да и добавка тембров до самого упора иногда не полностью компенсирует недостаток НЧ. А вот отсутствие ТКРГ требует постоянной подстройки тембра под конкретную громкость. Думаю, что тот, кто повторит именно предлагаемый ТКРГ со мной согласится и будет очень доволен его звуком и качеством регулировки.

Источник



Регулятор громкости с тонкомпенсацией

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.

Стандартная схема для переменного резистора с отводами
Рис. 1

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)

Читайте также:  Схема реле регулятора для лодочного мотора

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.

Простая схема на резисторе без отводов
Рис. 2

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.

Улучшенная схема
Рис. 3

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).

Каскады согласований сопротивлений на микросхеме и транзисторе
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:
— pl1 – плата согласующего каскада на транзисторе;
— pl2 – плата согласующего каскада на МС К157УД2 (два канала);
— pl3 – плата тонкомпенсированного регулятора громкости по схеме рис.3.

Источник

Пассивный тонкомпенсированный регулятор громкости с НЧ коррекцией. Часть 1

Алексей Кузьминов, Москва

В статье приводятся принципиальные схемы, варианты разводки плат и фотографии готовых устройств – пассивных тонкомпенсированных регуляторов громкости (ТКРГ) с НЧ коррекцией. Применение двух резонансных контуров, настроенных на частоты 20 Гц и 20 кГц, позволило существенно приблизить АЧХ ТКРГ (также приведенные в статье) к линиям равной громкости, а использование первичной обмотки малогабаритных трансформаторов ТОТ-XX индуктивностью в единицы генри в контуре 20 Гц и индуктивности для поверхностного монтажа в контуре 20 кГц, не требующих утомительных ручных моточных работ, – получить недорогое миниатюрное устройство с простейшей схемой.

Тонкомпенсированные регуляторы громкости (ТКРГ), основанные на RC-цепочках [3], обеспечивают недостаточный диапазон регулировки громкости (не более 20 дБ) и, кроме того, их АЧХ существенно отличаются от кривых равной громкости (Флетчера-Мэнсона, Робинсона-Дадсона, ГОСТ Р ИСО 226-209 и т. п.). Для экономии места в статье график кривых равной громкости приведен в дополнительных материалах к статье, размещенных на сайте журнала.

ТКРГ, в котором АЧХ при регулировке громкости более приближены к кривым равной громкости, был опубликован в работе [4] (2003 г.). Этот регулятор основан на резонансном контуре, настроенном на частоту 20 Гц. Снижение добротности контура позволило получить кривые резонанса, которые, по мнению автора [4], проходят близко от кривых равной громкости. Однако в связи с тем, что частота резонанса FРЕЗ очень низкая (20 Гц), для создания подобного резонансного контура требуются очень большие номиналы емкости конденсатора и индуктивности дросселя (например, L = 3.2 Гн, C = 20 мкФ), что нетрудно подсчитать, учитывая, что FРЕЗ = 1/(2π√LC). В связи с этим автором [4] вместо индуктивности был использован так называемый гиратор, т.е. схема на ОУ, моделирующая индуктивность. Однако сложность схемы, масса дополнительных регулировок, недостаточная коррекция (менее 30 дБ), существенное отклонение АЧХ от кривых равной громкости в области ВЧ, а главное, применение дополнительного ОУ, который неизбежно будет «шуметь», вызывают сомнения в высоком качестве подобного регулятора громкости.

В более новой статье за 2015 г. [5] ее автор использовал тот же принцип (резонансный), но только подошел в прямом и переносном смысле «с другого конца». А именно, использовал резонансный контур, настроенный на частоту 20 кГц, т.е. частоту другого конца звукового диапазона частот.

В верхней части Рисунка 1 (исключая пунктирный прямоугольник) показана схема одноканального ТКРГ, описанного в [5]. Хотя, как видно из схемы, она проста до примитивности, существенное приближение АЧХ такого ТКРГ к кривым равной громкости, а также кардинально бóльший диапазон регулировки уровня звукового давления (до 60 дБ) в подобном устройстве послужили причиной, побудившей сделать такой регулятор и попробовать его в работе. Результаты такой пробы просто ошеломили автора: высокие частоты (ударные) явно прослушивались при самом малом уровне громкости, а средние частоты не затмевали ни НЧ, ни ВЧ. Что касается низких частот, то они также были почти в норме, если не считать самых низких частот (от 100 до 20 Гц). В этом диапазоне частот АЧХ этого регулятора, судя по таблицам из [5], имеют отклонения от кривых равной громкости, т.е. идут ниже: на 4 дБ на частоте 100 Гц, на 10 дБ на частоте 50 Гц и на 28 дБ на частоте 20 Гц. На слух этот недостаток воспринимается только при некотором положении регулятора громкости и при воспроизведении музыкальных файлов, в которых содержится достаточно большая доля низкочастотных составляющих (низкие басовые ноты, барабаны типа «бочка» и т. п.).

Рисунок 1. Упрощенная схема ТКРГ с НЧ коррекцией.

Автор задался вопросом: а нельзя ли, не трогая уровни СЧ и ВЧ, поднять исключительно уровень НЧ с помощью цепочки L2C4, показанной в пунктирном прямоугольнике на Рисунке 1? Причем, поскольку это резонансная цепь, то, настроив ее на частоту 20 Гц, можно существенным образом поднять самые низкие частоты и, таким образом, скорректировать вышеуказанный недостаток. Правда, очень большая индуктивность L2 в 3.2 Гн вызывала у автора сомнение. На первый взгляд, кажется, что это огромный дроссель весом в несколько килограмм. Однако автору попалась статья из старого журнала Радио за 1974 г. [2], в которой приводится схема регуляторов тембров, основанная также на резонансных контурах, один из которых настроен на частоту около 70 Гц. В этом регуляторе используется индуктивность 2.7 Гн. Для получения такой индуктивности автор [2] использовал ферритовое кольцо 2000 НМ К20×12×6 (μ = 2000, размер 20×12×6 мм), на которое было намотано 2000 витков, да еще проводом ПЭВ-2 0.08! Перспектива, конечно, не совсем приятная, однако современные ферритовые материалы имеют магнитную проницаемость μ кардинально большую, чем 2000. Например, у ферритов CF199 (Ferroxcube) и T38 (Epcos) μ = 10000, у X46 (Epcos) μ = 15000, поэтому количество витков можно существенно уменьшить.

Читайте также:  Фильтры фар с регулятором давления

Вначале автор попробовал кольцо из материала CF199 размером 20×10×10 мм с коэффициентом начальной (одновитковой) индуктивности AL = 12.4 мкГн/вит 2 (Т2010CF199) производства компании Ferroxcube. Нетрудно подсчитать, что, если на такое кольцо намотать W = 500 витков, то можно получить индуктивность L = AL×W 2 = 12.4 [мкГн/вит 2 ]×500 2 [вит 2 ] = 3.1 Гн. Для получения индуктивности 3.2 Гн на таком кольце было намотано 530 витков проводом ПЭПШО 0.08. Сопротивление обмотки составило 44 Ом.

В то же время существуют и менее габаритные кольца, чем кольцо Т2010CF199. Это кольца R16×9.6×6.3 (размер 16×9.6×6.3 мм) из новейшего (2016 г.) материала 3Е12 (TX16/9.6/6.3-3E12, μ = 12000, AL = 7×73 мкГн/вит 2 ) производства компании Ferroxcube. При намотке 700 витков на таком кольце расчетом можно получить L = 7.73 [мкГн/вит 2 ]×700 2 [вит 2 ] = 3.77 Гн (поскольку значение AL = 7.73 мкГн/вит 2 в справочном листке приводится с погрешностью ±30%, то и полученная индуктивность имеет такую же погрешность). Реально на таком кольце было намотано 710 витков провода ПЭЛ-0.15. Измеренная индуктивность составила 3.1 Гн, сопротивление обмотки оказалось равным 14 Ом.

В качестве индуктивности L1 автор использовал достаточно распространенное кольцо Epcos R6.30×3.80×2.50 из материала N87 с магнитной проницаемостью μ = 2200 (B64290P0037X087) с AL = 0.56 мкГн/вит 2 . Индуктивность такого кольца легко подсчитать: L = AL×W2, где W – количество витков. Если, например, W = 100, то L = 5.6 мГн. Измерения RLC-метром показали, что для получения индуктивности около 8 мГн на кольцо R6.30×3.80×2.50 N87 требуется намотать 114…115 витков проводом ПЭЛ-0.12 или ПЭПШО-0.08.

Пробы с кольцами Т2010CF199, TX16/9.6/6.3-3E12 (в качестве L2) и B64290P0037X087 (L1) по схеме Рисунок 1 показали (см. далее), что НЧ-коррекция, добавленная в пунктирном прямоугольнике на Рисунке 1, существенным образом поднимает самые низкие частоты (вплоть до 20 Гц), однако несколько часов, потраченных автором на намотку колец L2, а также некоторое время (хоть и существенно меньшее), потраченное на намотку колец L1, заставили автора задаться вопросом: а нельзя ли вообще обойтись без моточных работ, купив что-либо готовое с соответствующей индуктивностью?

Что касается L1, то в продаже можно найти недорогую (около 20 руб. за штуку) готовую катушку индуктивности 8.2 мГн в корпусе для поверхностного монтажа размером 1812 (CM565050 822J). А вот дроссель индуктивностью в районе 3 Гн малого размера автору найти не удалось. В продаже можно найти достаточно дорогие дроссели с такой индуктивностью, но их размер (более 3×3×3 см) автора не устроил (да и цена тоже).

Однако автору попались интересные трансформаторы ТОТХХ (ТОТ – сокращение от Трансформатор Оконечный Транзисторный) размером всего 15×15×14 мм [6]. Индуктивность первичной обмотки трансформаторов TOT15 – TOT21 составляет 2.0 Гн с омическим сопротивлением в 624 Ом. У ТОТ22 – ТОТ28, соответственно, 3.8 Гн и 880 Ом. Вторичная обмотка этих трансформаторов занимает, как правило, не более 10% от объема всего трансформатора и, если ее не использовать, то в качестве дросселя L2 (Рисунок 1) вполне можно использовать первичную обмотку. Подобные трансформаторы уже достаточно давно (с конца 1980 годов) выпускаются нашей промышленностью (и продолжают выпускаться до сих пор). Цены на эти трансформаторы 1990-х годов выпуска не превышают 50-60 руб. за штуку. Кроме того, они достаточно распространены, а потому широкодоступны.

Автором были приобретены трансформаторы ТОТ27 и ТОТ28, а также (на пробу) ТОТ18.

Схема двухканального ТКРГ (Рисунок 2) на базе первичной обмотки ТОТ27 (LcA, LcB) и индуктивности 8.2 мГн для поверхностного монтажа CM565050 822J (L1A, L1B) достаточно проста и построена на основе схемы Рисунок 1.

Рисунок 1. Принципиальная схема двухканального ТКРГ на основе
трансформатора ТОТ27.

Оба входных сигнала (InA и InB) подаются на входной разъем XinR, представляющий собой 3-контактные цанговые штыри с шагом 2.54 мм (PLSM-3), a оба выходных сигнала (OutA и OutB) выведены на такой же разъем XoutR. Резистор регулировки громкости подключается к 8-контактному разъему XRgI, представляющему собой четыре двухрядных цанговых штыря с шагом 2.54 мм (PDLM-8). Резистор НЧ-коррекции (RcA-RcB) подключается к двум 3-контактным разъемам XRcIA и XRcIB (PSLM-3).

Номиналы резисторов Rc1A, Rc1B (10 кОм), соответствующие резистору R5 схемы на Рисунке 1, и номиналы резисторов RcA-RcB (также 10 кОм), соответствующие резистору R4, выбраны не случайно. Дело в том, что ни расчетами, ни моделированием эти значения не получить, поскольку их воздействие на АЧХ ТКРГ зависит от множества факторов, которые необходимо учитывать. Однако, как будет видно из дальнейшего изложения, значения номиналов этих резисторов очень просто получить опытным путем, сняв реальные АЧХ ТКРГ. Для этого автором вместо двух резисторов R4 и R5 (Рисунок 1) был установлен один переменный резистор номиналом 20 кОм (т.е. почти равный R1). Сняв АЧХ ТКРГ по схеме на Рисунке 1 при отключенной цепочке L2C4 и добившись аналогичного АЧХ вращением движка переменного резистора 20 кОм при включенной цепочке L2C4, автор получил, что при среднем положении этого резистора АЧХ в обоих случаях идентичны. Другими словами, при нижнем положении резистора R4 (Рисунок 1) АЧХ этого ТКРГ соответствует АЧХ при отключенной цепочке L2C4 (то есть, при отсутствии НЧ коррекции).

Сдвоенный переменный резистор регулировки громкости RgA-RgB соответствующим кабелем соединяется с разъемом XRgO, представляющим собой двухрядные 4-контактные цанговые гнезда с шагом 2.54 мм (PBDM2×4). Сдвоенный переменный резистор НЧ-коррекции RcA-RcB двумя кабелями соединяется с двумя 3-контактными разъемами XRcOA и XRcOB, представляющими собой два 3-контактных цанговых гнезда с шагом 2.54 мм (SIP-3).

Входной кабель, показанный в пунктирном прямоугольнике в верхней правой части схемы, представляет собой экранированный кабель с двумя 3-контактными разъемами на концах: Xin (стерео джек 3.5 мм) и XKinR (SIP-3). Разъем Xin вставляется в соответствующее гнездо, предназначенное для подключения наушников, телефона, планшета, плеера или компьютера. Если компьютер стационарный, то это гнездо салатового цвета, установленное на передней панели системного блока; в ноутбуке такое же гнездо установлено на задней стенке. Разъем XKinR кабеля подключается к входному разъему XinR платы ТКРГ. Сам кабель пропущен через резиновую втулку, установленную на корпусе усилителя (либо через пластмассовый кабельный ввод).

Выходной кабель (показанный в пунктирном прямоугольнике в нижней правой части схемы), также представляет собой экранированный кабель; он подключается к разъему XoutR с помощью 3-контактного разъема из цанговых гнезд SIP3 (XKoutR). На втором конце этого кабеля расположен точно такой же разъем SIP3 (XKpr), который подключается к входному разъему предварительного усилителя (например, описанного в статье автора [1]).

Остальные компоненты схемы в связи с ее простотой, на взгляд автора, в комментариях не нуждаются.

Все постоянные резисторы – для поверхностного монтажа размером 0603. Все конденсаторы керамические, также для поверхностного монтажа. Конденсаторы C2A, C2B, C3A и C3B имеют размер 0603 и максимальное напряжение 50 В; C1A и C1B – 0805, 25 В; CcA и CcB – 1206, 25 В. Переменный резистор RgA-RgB – сдвоенный потенциометр СП3-33-25 с функциональной характеристикой «В» (показательная или обратнологарифмическая, русская буква В). Переменный резистор RcA-RcB – импортный сдвоенный потенциометр 16T1-B10K или L15KC, 10 кОм с линейной функциональной характеристикой (латинская буква B). Кабели, соединяющие переменные резисторы с соответствующими разъемами, могут быть либо плоскими, либо, что лучше, экранированными, с подключением экрана к «земле»..

Источник