Регулятор громкости с распределенной частотной коррекцией
"Радио" №8, 1986 г.
Регулятор громкости с распределенной частотной коррекцией
П.Зуев
Одно из основных требований, предъявляемых к тонкомпенсированным регуляторам громкости (ТКРГ) высококачественных стереофонических усилителей ЗЧ,- высокая точность тонкомпенсации в широком диапазоне регулирования уровня сигнала при малом рассогласовании амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) и коэффициентов передачи.
Наиболее часто применяемые ТКРГ на базе сдвоенных переменных резисторов с отводами для цепей тонкомпенсации не обеспечивают идентичности коэффициентов передачи стереофонических каналов [1]. Недостаточна и точность их тонкомпенсации, вследствие чего ослабляются слышимые низкочастотные составляющие музыкальных программ при малых уровнях громкости. Описанный в [1] сдвоенный ступенчатый ТКРГ имеет практически идентичные АЧХ и малое рассогласование коэффициентов передачи каналов, однако диапазон его регулирования (40 дБ) мал для высококачественной аппаратуры, а АЧХ в области низших звуковых частот довольно сильно отличаются от рекомендованных в [2].
Анализ последних позволил установить, что требуемый подъем АЧХ в области низших звуковых частот (20...1000 Гц) прямо пропорционален ослаблению сигнала, вносимому ТКРГ на средних частотах. Иначе говоря, при уменьшении коэффициента передачи ТКРГ на средних частотах необходимый подъем АЧХ на каждой из низших частот зависит практически не от исходного значения коэффициента передачи регулятора, а от самой частоты и от изменения уровня громкости относительно исходного значения. Так, при изменении коэффициента передачи ТКРГ на частоте 1 кГц на 10 дБ требуемое изменение коэффициента передачи на частотах 31,5; 63, 125 и 250 Гц составило соответственно 3, 4,5, 6 и 7,5 дБ. Причем указанные соотношения практически не зависели от исходного значения коэффициента передачи.
Из сказанного следуют два весьма важных вывода. Во-первых, если АЧХ ТКРГ соответствуют рекомендованным в [2], то он будет одинаково хорошо осуществлять частотную компенсацию низкочастотных составляющих музыкальной программы независимо от уровня ее музыкальной балансировки (обычно 70...90 дБ). Достаточно лишь, чтобы начальный уровень громкости (соответствующий максимальному коэффициенту передачи ТКРГ) был близок к уровню музыкальной балансировки воспроизводимой программы. Этот уровень должен устанавливаться другим, частотно независимым регулятором громкости (так называемым регулятором максимальной громкости - РМГ), АЧХ которого горизонтальна и не зависит от его коэффициента передачи [3].
Во-вторых, для реализации требуемого закона изменения АЧХ в зависимости от коэффициента передачи ТКРГ недостаточно ввести одно - или двухзвенную корректирующую цепь, как это делается в большинстве случаев, а необходима распределенная частотная коррекция с помощью многозвенных корректирующих цепей, число которых должно быть тем больше, чем больше ослабление сигнала, вносимое регулятором.
Два варианта таких ТКРГ и предлагаются вниманию читателей.
Основные технические характеристики
Диапазон регулирования громкости, дБ.............................70
Шаг регулирования, дБ.........................................................3 1/3
Модуль полного входного сопротивления в полосе
частот 20…20 000 Гц, кОм, не менее.................................20
Допустимое сопротивление нагрузки кОм, не менее…....330
Рассогласование АЧХ стереофонического ТКРГ
в рабочем диапазоне регулирования, дБ, не более.........1
Уровень собственных шумов на выходе ТКРГ
в полосе частот 20...20 000 Гц, мкВ, не более…...............3
Первый регулятор (рис. 1) выполнен на базе галетного переключателя на 23 положения и состоит из семи одинаковых корректирующих цепей A1 - А7, каждая из которых представляет собой комбинацию фильтров нижних (R1- R4C1) и верхних (R1 - R4C2) частот. Номиналы резисторов и конденсаторов выбраны таким образом, что ослабление сигнала, создаваемое каждой из цепей на средних частотах, равно 10 дБ, шаг регулирования - 3 1/3 дБ, а АЧХ ТКРГ в целом максимально приближается к требуемым во всем рабочем диапазоне регулирования. Подключенные к выходу последней корректирующей цепи А7 элементы R5, R6, СЗ выполняют функций ее нагрузки, обеспечивая идентичность АЧХ всех корректирующих цепей.
Работает ТКРГ так: по мере ослабления входного сигнала (рис. 2) включается все большее число корректирующих цепей, что приводит к увеличению подъема АЧХ на низших и высших звуковых частотах относительно средних (поскольку коэффициенты передачи всех предшествующих корректирующих цепей перемножаются). В последнем, 23-м положении переключателя сигнал на выходе ТКРГ отсутствует (бесконечное ослабление). Максимальное отклонение фактических АЧХ регулятора в области низших частот от АЧХ, рекомендованных в [2] наблюдается на частоте 250 Гц и по мере ослабления сигнала от 0 до -70 дБ увеличивается от 0 до 5 дБ.
Второй ТКРГ (рис. 3) реализован на базе более доступного радиолюбителям галетного переключателя на 11 положений. В отличие от первого, число корректирующих цепей уменьшено в нем до трех, что сузило диапазон регулирования этого регулятора до 33 1/3 дБ. Расширение диапазона регулирования до 70 дБ достигнуто включением еще одной корректирующей цепи R5 - R7C3C4, ослабляющей сигнал на 37 дБ (включается нажатием кнопки SB1 «Тихо»). АЧХ этого ТКРГ (рис 4) более близки к требуемым (отклонение на низших частотах не превышает 2 дБ во всем диапазоне регулирования).
Необходимо отметить, что подъем АЧХ в области высших звуковых частот у предложенных ТКРГ больше, чем рекомендовано в [2]. На это пришлось пойти, потому что прослушивание музыкальных программ на малой громкости в условиях жилых помещений показало субъективно ощущаемый недостаток высших частот в том случае, если АЧХ и этой области соответствовали рекомендациям.
Предложенные ТКРГ следует использовать совместно с РМГ и индикатором уровня выходного сигнала.
В ТКРГ по схеме на рис. 1 можно применить галетный переключатель МП1-2 на два направления и 24 положения с безобрывным переключением контактов, в ТКРГ по схеме на рис. 3 переключатель ПГК или ПГГ на два направления и 11 положений. Элементы фиксатора положений переключателя рекомендуется отрегулировать на меньший, но достаточный для четкой работы момент фиксации. Чтобы рассогласование АЧХ каналов стереофонических усилителей не превышало 1 дБ, сопротивления соответствующих резисторов и емкости конденсаторов, используемых в разных каналах ТКРГ, не должны отличаться более чем на 2 %.
Элементы корректирующих цепей R2, R3, R4, С2 рекомендуется припаять непосредственно к выводам переключателя, a R1, С1 разместить на двух печатных платах, установленных между галетами на его стяжных шпильках. Элементы дополнительной корректирующей цепи (см. рис. 3) рекомендуется смонтировать на выводах кнопочного переключателя SB1 (П2K), разместив его в непосредственной близости от галетного.
В отличие от известных, рассмотренные ТКРГ имеют значительно более высокое выходное сопротивление, которое мало зависит от выходного сигнала, поэтому для уменьшения внешних наводок все их элементы следует поместить в металлический экран, а входную и выходную цепи выполнить экранированными проводами.
Субъективные испытания ТКРГ показали высокую точность тонкомпенсации: до самых малых уровней громкости сохранялся сбалансированный по высшим и низшим частотам тембр звучания, что практически исключало необходимость пользования регуляторами тембра при регулировании громкости.
ЛИТЕРАТУРА
1. Орлов П., Приходько А. О регулировании громкости в стереофонических усилителях. - Радио. 1980, № 6. с. 44-45
2. Терехов А. О регулировании громкости. - Радио 1982 № 9. с. 42-43.
3. Зубченко Н. О регулировании громкости в высококачественной радиоаппаратуре. - Радио, 1981, № 9, с 44
г. Челябинск
***