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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Controllo del volume fortemente compensato con correzione attiva dei bassi. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Audio L'articolo descrive un controllo del volume con loudness e correzione attiva dei bassi. Il dispositivo consente di selezionare la profondità di correzione della risposta in frequenza richiesta in base alle condizioni acustiche della stanza e alla sensibilità di un particolare sistema di altoparlanti. È noto che con una diminuzione del livello medio del volume, la sensibilità dell'orecchio umano cade nella massima misura alle frequenze più basse (LF) dello spettro sonoro. Per compensare questa caratteristica fisiologica dell'udito, le apparecchiature di riproduzione del suono richiedono un potenziamento dei bassi correttivo: al volume minimo (a seconda del livello di rumore nella stanza), dovrebbe raggiungere 25 ... 40 dB a una frequenza di 50 Hz rispetto a un frequenza di 2 kHz. Inoltre, secondo le curve di equal loudness, la pendenza della salita dovrebbe aumentare al diminuire della frequenza: 6 dB per ottava a partire da 250 Hz e 12 dB per ottava sotto i 100 Hz [1]. La maggior parte dei noti circuiti di controllo del volume a compensazione sottile (TKRG), con la possibile eccezione di quelli più complessi che non hanno trovato ampia applicazione, non forniscono la legge e la profondità di correzione richieste. Nel TKRG più comune con un resistore variabile collegato (o senza prese) [2], la profondità della correzione LF non è superiore a 15 dB e la sua pendenza diminuisce a frequenze inferiori a 100 Hz. Per un esempio in fig. 1 mostra la tipica risposta in frequenza di un TKRG passivo su un resistore variabile senza prese [2]. Si può vedere che l'aumento correttivo alla frequenza di 50 Hz con un guadagno del regolatore di -40 dB è di 13 dB, la pendenza sotto i 100 Hz non supera i 3 dB per ottava, che è del tutto insufficiente. Caratteristiche simili hanno anche TKRG su un resistore con un tocco.
Durante il funzionamento, tali controlli creano un effetto sgradevole: quando si abbassa il volume, si perde la profondità del suono e compare una tendenza al "borbottio". I tentativi di aumentare il grado di correzione alle frequenze più basse aggiungendo un circuito RC all'interruzione del filo comune di un resistore variabile portano a un restringimento dell'intervallo di controllo del volume. Il volume in questo caso non scende a zero, il che è molto scomodo in pratica. Un altro svantaggio dei dispositivi menzionati è la modifica errata della correzione durante la regolazione del volume. Una notevole correzione della risposta in frequenza si verifica spesso nella posizione centrale del regolatore, quando il volume effettivo (sensibilità) è ancora alto. Di conseguenza, l'equilibrio tonale viene disturbato nell'area del volume del suono medio più frequentemente utilizzata. Sfortunatamente, tutte le carenze elencate sono anche caratteristiche del TKRG elettronico, realizzato su microcircuiti specializzati. Sulla fig. La Figura 2 mostra la risposta in frequenza di un regolatore Toshiba TC9235 molto complesso, che ha un basso livello di rumore (meno di 2 μV) e distorsione non lineare (meno di 0,01%), controllo del volume digitale multistadio, comodo controllo a pulsante , ecc. [3]. Con tutto ciò, il regolatore fornisce una correzione precisa non migliore del già considerato TKRG.
Nei dispositivi di riproduzione del suono di consumo, la gamma di frequenze inferiore a 100 Hz è considerata "problematica" anche per i collegamenti finali del percorso. Quindi, un sistema acustico di piccole dimensioni raramente ha una frequenza di taglio inferiore a 50...60 Hz a un livello di -3 dB. Tipicamente, la caduta di pressione sonora inizia già a una frequenza di 100 Hz. A volte per compensare vengono utilizzati equalizzatori di alta qualità o speciali equalizzatori dei bassi basati su filtri di ordine elevato. Ma allo stesso tempo, bisogna tener conto della limitata capacità di sovraccarico dell'UMZCH alle basse frequenze e ridurre il grado di correzione contemporaneamente all'aumento del volume. L'applicazione di segnali al di sotto della frequenza di risonanza alle testine dinamiche porta solo ad un aumento della distorsione. Attualmente esistono speciali autocorrettori per bassi (X-Bass, ecc.), Che formano dinamicamente la risposta in frequenza, tenendo conto di tutti i fattori di cui sopra. Ma sono spesso sviluppi "proprietari" chiusi realizzati su microcircuiti specializzati senza marcatura [4]. Il dispositivo proposto risolve questi problemi in modo più semplice. Durante il suo sviluppo sono state utilizzate nuove soluzioni circuitali, ottenute mediante simulazione al computer in Micro-Cap 7.1.0, seguite da test su breadboard. Di conseguenza, è stato possibile creare un dispositivo semplice che combini con successo il TKRG stesso con un correttore di bassi, che "finisce" la risposta in frequenza nella gamma di frequenze inferiore a 100 Hz e ne regola l'andamento in base alla posizione del volume controllo. Il diagramma schematico del dispositivo (un canale) è mostrato in fig. 3. Consiste in un TKRG passivo e un correttore di bassi attivo assemblato su un chip DA1 Entrambe le parti sono combinate in un unico insieme in modo che gli svantaggi del regolatore passivo siano eliminati dalla parte attiva del dispositivo.
Il TKRG passivo è realizzato sugli elementi R1-R4, C1, C2 secondo lo schema ben noto (vedi Fig. 1) in una versione semplificata. Il filtro R3R4C1C2 abbassa i medi a seconda della posizione del cursore R2. I parametri del filtro sono scelti per fornire il massimo potenziamento dei bassi possibile. La correzione RF non presenta alcun problema ed è impostata dalla capacità del condensatore C1. Dall'uscita del TKRG passivo, attraverso il circuito C3R6, il segnale viene inviato all'ingresso invertente dell'amplificatore operazionale DA1.1, che amplifica il segnale (fino a 14 dB) e forma la risposta in frequenza di due circuiti OOS. Il primo - attraverso il resistore R5, gli elementi del TKRG, incluso il controllo del volume R2 e il circuito di ingresso C3.R6; il secondo - attraverso il collegamento a forma di T R7 - R10 e il chip DA1.2 con elementi correlati. Un gyrator è assemblato sul chip DA1.2, imitando un induttore. Insieme al condensatore C5, forma un circuito oscillatorio con una frequenza di risonanza di 45 ... 50 Hz. A questa frequenza il segnale OOS viene attenuato al massimo e si forma una gobba della risposta in frequenza dell'OA DA1.1. In questo caso, la pendenza della risposta in frequenza al di sotto di 100 Hz raggiunge i 10 dB per ottava e l'aumento totale (regolabile) a una frequenza di 45 Hz è +27 dB rispetto a una frequenza di 2 kHz con il controllo del volume impostato su 41 dB (figura 4). Questi parametri sono vicini ai valori richiesti di caratteristiche di volume uguale.
La limitazione dell'ampiezza dei segnali con frequenze inferiori all'AC risonante si forma nel dispositivo a causa della pendenza naturale della curva di risonanza dell'analogico del circuito LC su DA1.2 e due HPF: C3R6 e C6Rin, dove Rbx è il impedenza di ingresso della cascata a valle del regolatore. Per questo regolatore si presume che la resistenza di carico equivalente sia di 100 kOhm, per un'altra resistenza di ingresso, la capacità C6 dovrebbe essere ricalcolata in modo che la costante di tempo C6Rbx non cambi. Il secondo OOS - attraverso il resistore R5 - è anch'esso dipendente dalla frequenza, poiché include un filtro formato dai resistori R3, R5 e dal condensatore C2. Tale FOS compensativo è stato proposto dall'autore nell'articolo [5], dove il principio del suo funzionamento è descritto in dettaglio. Il risultato si riduce a un ulteriore raddrizzamento del ramo a bassa frequenza della risposta in frequenza all'aumentare del volume. Pertanto, la correzione richiesta si ottiene quando si passa dal volume basso a quello medio (Fig. 4) e non da quello medio ad alto (vedi Fig. 1,2). Inoltre, scegliendo la profondità di feedback appropriata, è possibile eliminare il sovraccarico dell'UMZCH a livelli di volume vicini al massimo, simili agli equalizzatori dinamici dei bassi. L'efficacia del feedback attraverso il resistore R5 è illustrata dalla risposta in frequenza simulata (Fig. 5).
Le curve sono calcolate per la versione con retroazione negativa (R5 = 12 kΩ) e senza (R5 = 1 MΩ). Come si può vedere dai grafici, l'OOS agisce in modo selettivo e solo le basse frequenze vengono indebolite. Con il controllo del volume impostato su -20 dB, l'attenuazione è piccola - circa 7 dB, e al massimo guadagno raggiunge i 26 dB. Allo stesso tempo, OOS attenua completamente il picco di correzione dei bassi, allineando la risposta in frequenza. Senza questo, l'UMZCH sarebbe già stato sovraccaricato nella posizione centrale del TKRG e sarebbe stato necessario eseguire manipolazioni manuali con il controllo dei toni bassi. Nella giusta posizione secondo lo schema dello slider del resistore R9 e del resistore superiore R13, il regolatore, con le caratteristiche indicate nello schema, ha le caratteristiche riportate in Fig. 4. Tuttavia, è possibile un'ampia variazione nel tipo di risposta in frequenza: con un resistore di sintonia R9, è possibile regolare la profondità della correzione dei bassi nell'intervallo 0 ... + 6 dB (Fig. 6).
La gamma è indicata a un volume sonoro medio; quando diminuisce, aumenta, quando aumenta, diminuisce, cioè il dispositivo regola in modo adattivo la profondità di regolazione in base alle curve di volume uguale e alle capacità di sovraccarico UMZCH. Se lo si desidera, il resistore variabile R9 può essere portato sul pannello frontale e utilizzato come controllo dei toni bassi. Il suo vantaggio sta nel fatto che, a differenza dei ponti e di altri controlli RC, regola i bassi e non l'intera banda di frequenza fino a 1000 Hz. Per cambi di tono fluidi, è necessario un resistore variabile con una curva di controllo di tipo B. L'alta qualità del regolatore nel suo insieme è dovuta al profondo OOS, all'assenza di condensatori di ossido e all'utilizzo del microcircuito TL074. I suoi quattro amplificatori operazionali sono caratterizzati da armoniche estremamente basse (Kg - 0,003%) e buone prestazioni di rumore. Grazie a ciò, il dispositivo può essere utilizzato come preamplificatore con un guadagno fino a 14 dB, sufficiente, ad esempio, per compensare le perdite in un controllo di tono passivo. Altrimenti, il guadagno può essere ridotto a uno o meno con un resistore di sintonia R13, che ridurrà proporzionalmente il livello di rumore. Come con tutti i TKRG, la precisione del volume dipende dal guadagno del percorso audio. Può essere regolato dal menzionato resistore di sintonia R13 o altri disponibili nel percorso. È solo necessario prendere in considerazione la distribuzione del guadagno e le proprietà del rumore dei collegamenti di percorso. Modificando il livello del segnale, selezionando il resistore R5, l'equilibrio tonale viene mantenuto per l'intera gamma di controllo del volume. Se l'UMZCH è sovraccarico al massimo volume, il valore del resistore R5 dovrebbe essere ridotto in base alla sensazione soggettiva del contenuto dei bassi e alla loro distorsione. Altre opzioni di regolazione includono lo spostamento del picco di correzione dei bassi risonanti selezionando i resistori R11, R12 per un altoparlante specifico. La profondità dei bassi è controllata dal resistore R9 come descritto sopra. Nei percorsi di massima qualità, la sostituzione dell'amplificatore operazionale TL074 è possibile con l'NE5534A. Tuttavia, nei casi più semplici, è del tutto possibile utilizzare l'unità organizzativa K157UD2A con i circuiti di correzione appropriati. In questo caso, il coefficiente armonico aumenta di circa un ordine di grandezza e il livello di rumore intrinseco a un coefficiente di trasmissione unitario non sarà inferiore a -80 dB. Altrimenti, il regolatore è assemblato su parti ordinarie: resistori MLT-0,125, condensatori KM di piccole dimensioni. Come regolatore R2, viene utilizzato un resistore variabile doppio di piccole dimensioni importato con un valore nominale di 50 kOhm (caratteristica di regolazione di tipo B). La presenza nel dispositivo dei resistori R3, R4, collegati in parallelo con la sezione superiore R2 secondo lo schema, consente l'utilizzo di un resistore variabile con caratteristica di controllo lineare (tipo A), tuttavia, in questo caso, il salto iniziale in volume è inevitabile con un'ulteriore regolare regolazione. La verifica sperimentale e l'ascolto soggettivo hanno confermato l'elevata qualità dell'erogatore. La deviazione dell'AFC reale da quelli simulati non ha superato alcuni decibel. Il livello di rumore del regolatore a guadagno unitario si è rivelato inferiore al limite di udibilità. Il funzionamento del regolatore è caratterizzato dal corretto bilanciamento tonale a qualsiasi volume, dalla conservazione dei bassi "profondi" al volume minimo e dall'assenza di sovraccarico UMZCH a livelli di volume prossimi al massimo. In molti casi è possibile rinunciare del tutto all'uso del controllo di tono convenzionale e utilizzare solo l'equalizzatore dei bassi. Letteratura
Autore: A.Pakhomov, Zernograd, regione di Rostov.
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