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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Hi-Fi e controllo del volume. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Amplificatori di potenza a transistor Vorrei iniziare, forse, con una citazione: "Il compito di regolare il livello del segnale - in altre parole, il "volume" - è uno dei problemi difficili nei circuiti delle apparecchiature audio" [1]. Qui l'autore, semplificando notevolmente il problema, identifica concetti come "livello del segnale" e "volume", quindi descrive il suo controllo di livello. Il livello del segnale è un concetto del campo dei circuiti degli amplificatori di frequenza audio (e altri). Qui vengono utilizzati i termini “controllo di livello” o “controllo di guadagno”. E il volume è un concetto del campo dell'acustica fisiologica, dove vengono utilizzati "volume", "livello di volume", ecc. [2]. Il concetto di “volume” è molto più complesso del termine “livello del segnale”, utilizzato dagli ingegneri del suono e dagli ingegneri del suono e denota la quantità di tensione (in volt o decibel) in diversi punti del percorso di amplificazione del suono. I controlli di livello, a differenza dei controlli di volume, sono dispositivi indipendenti dalla frequenza. Esiste addirittura un “controllo del volume scarsamente compensato” (sa di tautologia!), che denota un regolatore che tiene conto delle proprietà dell’udito. Vale la pena citare il termine “controllo fisiologico del volume”, simile a quello appena citato. Indubbiamente, i controlli del volume nelle apparecchiature Hi-Fi sono, di regola, compensati ad alto volume o fisiologici. Non prenderemo in considerazione le attrezzature “di fascia alta”, poiché soddisfano ogni capriccio degli snob per un sacco di soldi. Il lusso obbliga! È noto che la sensibilità dell'orecchio umano dipende dalla frequenza [3], e quindi la stessa intensità sonora percepita a frequenze diverse corrisponde a diversi livelli di pressione sonora. Graficamente, questa dipendenza è illustrata da “curve di uguale volume” (Fig. 1). Per garantire una riproduzione di alta qualità di un particolare programma sonoro, è necessario, concentrandosi su curve di uguale volume, compensare le corrispondenti differenze nella sensibilità uditiva. Questo compito è progettato per essere eseguito da controlli del volume con compensazione precisa [2].
Tuttavia, progettare un regolatore di questo tipo è tutt’altro che semplice. Il punto è che la forma delle curve di uguale volume è ambigua. Dipende da una serie di fattori, in particolare dalle proprietà acustiche dell'ambiente di ascolto, dalla presenza di rumore di mascheramento, dalle caratteristiche uditive dell'ascoltatore stesso, ecc. Di conseguenza, anche la famiglia di risposta in frequenza richiesta in un caso particolare, il tono del controllo del volume compensato, risulta essere ambigua. Eppure, secondo gli ascoltatori, si possono ottenere buoni risultati se si utilizzano curve standard di uguale volume dei toni puri per un'onda sonora piana. Ma devono essere adeguati, guidati dalle considerazioni seguenti. Quando si ascoltano programmi musicali, il livello del volume di solito non supera i 90 di sottofondo e può essere ridotto dall'ascoltatore alla soglia di udibilità o al livello di rumore nella stanza. Per chiarezza, prendiamo la gamma di controllo del volume a frequenze 1...2 kHz pari a 80 dB. Assumeremo che la risposta in frequenza del regolatore sia lineare e che il programma musicale sia timbricamente equilibrato nella posizione del regolatore corrispondente al volume massimo (80 sottofondo). La transizione da questo livello di volume a un altro, ad esempio 60 di fondo, richiede la correzione della risposta in frequenza del regolatore. Per ottenere la dipendenza corretta in Fig. 1, tracciare una linea orizzontale attraverso la divisione 80 dB sull'asse L (mostrata dalla linea tratteggiata). Poi misuriamo le distanze da questa linea retta a diversi punti che giacciono su una curva di uguale volume 80 von. Successivamente, tracciamo queste distanze dai punti corrispondenti sulla curva di uguale volume di fondo. Utilizzando le nuove coordinate ottenute in questo modo, disegniamo una curva che sarà la risposta in frequenza regolata del regolatore nella posizione corrispondente al livello di volume di 60 di fondo. Allo stesso modo, rispetto alla curva di uguale volume 80 von. la risposta in frequenza corretta è costruita a livelli di volume di 40, 20 e 0 (3) di fondo e si ottiene la famiglia di risposta in frequenza del controllo del volume richiesta per il volume corretto. L'intervallo di variazioni del livello del volume di 80 dB è mostrato in Fig. 2 (linee continue e spesse).
Ora è necessario costruire un controller di volume a compensazione sottile, la cui famiglia di risposta in frequenza si avvicini al meglio a quella richiesta. Nella gamma di frequenza inferiore a 2 kHz, la curva corrispondente al guadagno minimo può essere approssimata dalla risposta in frequenza di un circuito RC. mostrato in Fig. 3a. Questa caratteristica a sinistra della frequenza di flessione f1 (Fig. 3b) ha una pendenza di 6 dB per ottava. Se il resistore R2 di questo circuito viene reso variabile e la sua resistenza minima viene scelta molto inferiore a R1. quindi quando si regola la resistenza R2, oltre a modificare il coefficiente di trasmissione del circuito, cambierà anche la frequenza di inflessione della sua risposta in frequenza. Come si può vedere dalla Fig. 2, tenendo conto dell'approssimazione entro 3 dB, la frequenza di flessione deve spostarsi durante il processo di controllo lungo la linea LP per fornire la necessaria compensazione del volume. L'intervallo di variazioni della resistenza R2 non può essere superiore a 100, poiché fa/fв<100. D'altra parte, il coefficiente di trasmissione del controller ad una frequenza di 2 kHz, come si può vedere dalla Fig. 2 e come accennato in precedenza, dovrebbe cambiare di 80 dB (10000 volte). La resistenza R2 dovrebbe cambiare della stessa quantità.
È abbastanza ovvio che modificando solo la resistenza del resistore R2, non sarà possibile ottenere un tale spostamento della frequenza di flessione e una variazione del coefficiente di trasmissione. Tuttavia, aumentando il numero di circuiti RC collegati in serie e riducendo contemporaneamente i limiti di regolazione del resistore R2 in ciascuno di essi. questo problema può essere risolto. Già due di questi circuiti RC (la costante di tempo del secondo circuito dovrebbe essere 20...40 volte maggiore del primo) permettono di ottenere un risultato del tutto accettabile: la deviazione delle curve della famiglia reale di risposta in frequenza (linee tratteggiate in Fig. 2) da quello richiesto (linea continua) non superi i 3 dB. A frequenze superiori a 2 kHz, una diminuzione del volume da 80 a 60 von è accompagnata dalla comparsa di un'inflessione nella curva di 60 von alla frequenza di 5 kHz con una pendenza di 3 dB per ottava. Con un'ulteriore diminuzione del volume fino alla soglia della sensazione uditiva (livello di fondo 3), la frequenza di inflessione si sposta da 5 a 3 kHz, ma la pendenza delle curve rimane praticamente invariata. In questo intervallo di frequenza, lo sfondo della curva 3 può essere approssimato dalla risposta in frequenza del circuito RC mostrato in Fig. 4a. I valori dei resistori R1 e R2 qui sono gli stessi del circuito RC. mostrato in Fig. 3a. Una variazione della resistenza R2 non porta ad uno spostamento della frequenza di flessione f2 (Fig. 4b).
Per garantire che un aumento del volume da 60 a 80 von non sia accompagnato da un aumento delle frequenze sonore più elevate, il circuito RC deve fornire una compensazione di frequenza al coefficiente di trasmissione massimo, che può essere ottenuto deviando il resistore R2 con il condensatore C2 di tale capacità che si osservi l'uguaglianza delle costanti di tempo T2 = R1C1 e x3 =R2-C2. In questo caso, la diminuzione della resistenza R2 necessaria per il controllo del volume sarà accompagnata da una diminuzione della costante di tempo T3 e da uno spostamento della frequenza di taglio del circuito RC (f3 = 1/2nR2-C2) verso una regione di frequenza più alta, e la frequenza di flessione f2 rimarrà invariata, il che garantirà la conformità richiesta. La risposta in frequenza del circuito RC è una curva di uguale volume nella regione di frequenza superiore a 2 kHz. Un esempio dell'implementazione pratica di un controllo del volume con compensazione sottile è mostrato in Fig. 5 [4, 5]. Le resistenze dei resistori e dei condensatori in esso contenuti possono essere calcolate utilizzando le seguenti relazioni:
Per evitare di derivare il circuito R5-C5. L'amplificatore AF collegato all'uscita del regolatore deve avere un'elevata impedenza di ingresso e una piccola capacità di ingresso. In particolare, può essere implementato utilizzando un circuito inseguitore di tensione utilizzando un amplificatore operazionale con transistor ad effetto di campo all'ingresso. La resistenza di uscita dell'amplificatore collegato davanti al regolatore dovrebbe essere 20 volte inferiore alla resistenza R2. I resistori variabili del controllo del volume con compensazione sottile devono essere doppi. Nel nostro caso, le loro funzioni sono eseguite dai fotoresistori R4, R5 e il resistore R10 funge da elemento di controllo. cambiare corrente attraverso una lampada a incandescenza HL1. I fotoresistori SFZ-1 utilizzati nel controllo del volume hanno un'elevata velocità (costante di tempo - inferiore a 0,06 s) e l'intervallo richiesto di variazioni di resistenza. Lampada a incandescenza (subminiatura) - NSM (6,3 Vx20 mA). la corrente che lo attraversa varia tra 6 e 18 mA. I fotoresistori sono posizionati vicino alla lampada a incandescenza e l'intero regolatore è posto in uno schermo metallico a prova di luce. La Figura 5 mostra un controllo a due canali per un amplificatore stereo. In esso, è necessario selezionare le fotoresistenze in coppie su canali diversi in modo che quando si cambia nell'intervallo da 104 a 106 Ohm, le loro resistenze differiscano non più del 20%. Altrimenti, lo squilibrio dei canali sarà evidente quando si cambia il volume. Il bilanciamento stereo viene regolato dal resistore R9 entro ±6 dB. I condensatori C7, SV eliminano i fruscii e i crepitii creati dai resistori variabili. Il resistore variabile R10 deve avere una caratteristica di regolazione lineare. Resistori fissi - con una deviazione della resistenza dal valore nominale non superiore a ±5%. Condensatori C1. C4, C5 sono MBM di carta, il resto è di ceramica. La capacità del condensatore C6 dipende dalla capacità di montaggio e dalla capacità di ingresso dell'amplificatore collegato all'uscita del controllo del volume. Le lampade a incandescenza devono essere alimentate da una fonte di alimentazione stabilizzata. La regolazione del regolatore si riduce a garantire la linearità della risposta in frequenza a K„=0 dB (selezionando C6) e a verificare l'identità della famiglia della sua risposta in frequenza in diversi canali di un amplificatore stereo a diversi livelli di volume. Un altro esempio di controller è mostrato in Fig. 6. Qui vengono utilizzati resistori a doppia variabile con una dipendenza lineare della resistenza dall'angolo di rotazione dell'asse (gruppo "A"). Per un regolatore stereo, è necessario utilizzare due resistori variabili doppi. Questa soluzione non crea particolari problemi nella regolazione del bilanciamento nel caso in cui sul pannello dove sono installate entrambe le resistenze siano applicate le scale di livello del volume.
Il tentativo di utilizzare un resistore quadruplo incontra grandi difficoltà; in primo luogo, è un "uccello" molto raro nella nostra zona, in secondo luogo, i suoi resistori presentano grandi variazioni di resistenza e, in terzo luogo, è necessario un regolatore di bilanciamento aggiuntivo, che non semplifica l'intero progetto. La diffusione della resistenza dei doppi resistori è abbastanza accettabile per questo circuito. Se i doppi resistori hanno una resistenza diversa, le capacità dei condensatori devono essere ricalcolate utilizzando i rapporti indicati. I resistori R3 e R5 servono a fermare l'aumento delle basse frequenze al di fuori della gamma audio. Quando i cursori del resistore variabile sono nella posizione superiore, il coefficiente di trasmissione del controller è -6 dB. Il campo di regolazione ad una frequenza di 2 kHz è 80...85 dB. La deviazione dall'AMX richiesto non è superiore a ±2 dB. se la resistenza di carico del regolatore è superiore a 1 MOhm e la capacità di carico è inferiore a 50 pF. Condensatori C1. C3. C5 sono pellicole, il resto è mica. Regolazione del regolatore: nessuna regolazione! E infine, dirò che se ascolti solo musica ad alto volume, allora è sufficiente avere un controllo di livello con un intervallo di controllo di 10... 15 dB. Ma se vuoi sentire il fascino della musica tranquilla, come se provenisse da un parco vicino, allora costruisci questo controllo del volume, non te ne pentirai! Letteratura
Autore: I. Pugachev, Minsk
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Commenti sull'articolo: Boris Nel testo secondo le figure 4 e 5 sono presenti imprecisioni nella notazione e nei valori indicati di resistenze e costanti di tempo.
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