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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Equalizzatori sonori. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Audio Insieme a una generalizzazione delle informazioni su vari tipi di equalizzatori, l'autore fornisce diversi schemi di dispositivi multibanda basati su nuovi microcircuiti specializzati importati, fornisce raccomandazioni sulla configurazione dei dispositivi stessi e sulla configurazione di sistemi audio con un'unità equalizzatore. Le moderne apparecchiature audio e i sistemi di altoparlanti forniscono una riproduzione del suono di alta qualità solo in una stanza appositamente attrezzata progettata per l'ascolto della musica. La maggior parte dei locali residenziali, soprattutto quelli piccoli, non sono adatti a questo scopo. In qualsiasi punto di tali locali si verifica un fenomeno come l'interferenza (addizione con fasi diverse) di onde sonore che provengono direttamente dai sistemi acustici e vengono riflesse da pareti, soffitti, pavimenti, mobili. Allo stesso tempo, ad alcune frequenze, sorgono onde stazionarie: antinodi e cali di intensità del suono con un'irregolarità fino a 20 dB. che rende necessario regolare la risposta in frequenza del sistema audio in determinate bande di frequenza. Un isolamento acustico insufficiente della stanza porta al fatto di dover ascoltare programmi sonori con un livello sensibilmente ridotto rispetto a quello in cui si formano (circa 90 phon). Di conseguenza, per mantenere il timbro del suono, è necessario aumentare il livello del volume a frequenze inferiori a 200 e superiori a 5000 Hz. La compensazione adeguata, che è inserita nei controlli del volume, di norma, è incompleta. La regolazione della risposta in frequenza è necessaria anche per risolvere altri problemi: correggere il suono di fonogrammi di bassa qualità e errori di risposta in frequenza delle apparecchiature, compensare i cambiamenti dell'udito legati all'età, selezionare il timbro del suono secondo il gusto dell'ascoltatore. Per regolare la risposta in frequenza, vengono utilizzati i controlli di tono e gli equalizzatori. I controlli di tono - passivi e attivi - sono relativamente semplici. Informazioni dettagliate sui loro schemi con formule di calcolo sono fornite in [1]. Consentono di modificare uniformemente la risposta in frequenza alle basse e alte frequenze fino a ±14 ... 18 dB ai bordi della gamma. La pendenza massima della risposta in frequenza nei regolatori reali può raggiungere 4...5 dB per ottava. È molto o poco? In ambienti piccoli le vibrazioni sonore con frequenze inferiori a 40 Hz sono fortemente attenuate, e nella banda 80 ... 200 Hz, al contrario, sono alquanto amplificate. Il declino alle frequenze più basse può raggiungere i 10 dB o più. Sembrerebbe che il controllo del tono abbia capacità sufficienti per compensare questo calo. Ma è fondamentalmente impossibile equalizzare la risposta in frequenza in quest'area con un semplice controllo del tono. Quando il livello delle frequenze più basse viene alzato, i segnali già sovrastimati nella banda 80 ... 200 Hz verranno simultaneamente amplificati. La situazione può essere corretta solo da un equalizzatore, un regolatore multibanda che consente di impostare il coefficiente di trasferimento richiesto in una banda di frequenza ristretta. Ci sono equalizzatori manuali ed elettronici. I primi, a loro volta, si dividono in grafici, parametrici e paragrafi. Fino a poco tempo fa, gli equalizzatori grafici (GE) erano i più utilizzati. In essi, la gamma di frequenze audio è divisa in bande (massimo - 24 bande nell'equalizzatore Technics SH-8020). La regolazione del coefficiente di trasmissione nelle singole bande viene eseguita con resistori variabili, ad esempio tipo SPZ-23. con un regolatore lineare, in modo che la posizione dei loro cursori sul pannello di regolazione rifletta chiaramente la forma della risposta in frequenza, questo determina il nome - grafico. In (2] vengono presi in considerazione diversi dispositivi di questo tipo per amplificatori a valvole e transistor, aventi cinque o sei bande di regolazione con frequenze di 40, 90, 250, 2000, 6000, 15 Hz. I filtri passa-banda con circuiti LC non hanno trovato ampia applicazione a causa del loro ingombro e della necessità di schermatura. Gli equalizzatori moderni utilizzano solo filtri RC passivi e attivi. Il dispositivo dell'HE con filtri passa-banda attivi è considerato in dettaglio in [3]. dove viene proposto un equalizzatore a cinque bande. Avendo costruito un tale equalizzatore, mi sono trovato di fronte al fatto che l'introduzione della correzione da parte dei regolatori provoca una notevole violazione del bilanciamento stereo dell'immagine sonora. La ragione di questo fenomeno è stata citata in [4]. Per mantenere l'equilibrio stereo in qualsiasi posizione dei controlli, è necessario che i valori della frequenza di risonanza e del fattore di qualità del filtro nei canali sinistro e destro differiscano l'uno dall'altro di non più del 5%. La loro differenza rispetto ai valori calcolati è meno significativa. Per fare ciò, il dispositivo utilizza componenti passivi con una tolleranza non superiore a ± 3%. È difficile farlo in condizioni amatoriali. Il problema viene risolto applicando dei filtri assemblati secondo lo schema riportato in Fig. 1.
Il circuito di impostazione della frequenza in ciascuno di essi è formato dai resistori R2 - R5 e dai condensatori C1, C2. I resistori trimmer R1 e R2 consentono di impostare con precisione i valori richiesti del fattore di qualità (larghezza di banda) e la frequenza centrale del filtro. In [4] viene data una descrizione di un equalizzatore a dieci bande di ottava assemblato secondo questo schema utilizzando parti con una tolleranza di ± 10%. Le impostazioni del filtro in esso contenute sono pari a 30, 60, 120, 240, 480, 960, 1920, 3840, 7080, 15360 Hz. L'equalizzatore risulta essere ingombrante: nella versione stereo contiene 11 amplificatori operazionali del tipo K157UD2, più di 250 resistori e condensatori. Ma questa è una tassa per la capacità di costruire un dispositivo da parti senza selezione. La fattibilità dell'utilizzo di tali filtri passa-banda è stata confermata nel lavoro dettagliato sulla progettazione del filtro (5). Afferma che la loro sensibilità alla diffusione dei valori dei componenti è da due a tre volte inferiore rispetto ai filtri precedentemente utilizzati. Gli equalizzatori grafici sono ampiamente utilizzati nelle apparecchiature audio. L'equalizzatore a cinque bande dell'amplificatore stereo Las-pi-005 fornisce la regolazione della risposta in frequenza a frequenze di 40, 250, 100 * 0, 5000, 15 Hz. Nel sintonizzatore domestico "Corvette-000-stereo" viene utilizzato un GE a sei bande, e in un equalizzatore fisso con la stessa marca ci sono dieci bande con frequenze di 004; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 hz. Nei moderni ricevitori radio e amplificatori di frequenza audio, i GE sono realizzati su microcircuiti specializzati che semplificano questi prodotti. Il lato positivo di tali GE è anche il loro basso costo, che di solito non supera $ 1. Sulla fig. Le figure 2 e 3 mostrano i circuiti BA3822LS di ROHM e LS2009 di SGS-Thomson, che formano equalizzatori a cinque e dieci bande. Questi diagrammi sono molto semplici e non hanno bisogno di spiegazioni.
Ora - sugli equalizzatori parametrici (PE). Differiscono da quelli grafici in meno strisce e temi. che le frequenze centrali delle bande e la loro ampiezza (fattore di qualità del filtro) possono essere modificate dall'ascoltatore. Le versioni da tre a cinque bande di questi dispositivi consentono un'efficiente regolazione della risposta in frequenza con mezzi semplici, con risultati ottenibili in HE con 8-11 bande. Ma in ogni striscia di PE sono necessari due elementi normativi e due controlli. Metodi per implementare dispositivi parametrici basati su controlli passivi di tono con frequenze variabili dei punti di flesso della risposta in frequenza sono indicati in [1]. Il primo esempio di tale controllore a due bande è stato descritto in [6]. Lo schema e la descrizione dettagliata con le formule per il calcolo di un PE a cinque bande sono riportati in (7). Secondo l'autore, ha ampie opportunità. La sintonizzazione in frequenza nei filtri passa-banda è prevista negli intervalli 19...60...185; 62...190...600: 190...600...1850; 620...1900...6000; 1900...6000...18Hz. quelli. due filtri per decennio di frequenza, con ogni filtro che copre anche un decennio. Resistori e condensatori fissi devono avere una tolleranza di almeno ± 500%. Come svantaggio di questo schema, va notato la necessità di utilizzare resistori variabili quadrupli per impostare la frequenza dei filtri. Il fattore di qualità dei filtri varia tra 5 e 0,5. Gli equalizzatori paragrafici non differiscono dagli equalizzatori parametrici in termini di progettazione del circuito. Usano solo il lato esterno del GE, una rappresentazione visiva della risposta in frequenza. Esiste un'altra classe di equalizzatori: l'elettronica, che consente di impostare una delle numerose risposte in frequenza preformate. Si sono già sviluppate forme di tali caratteristiche per l'ascolto di programmi sonori di varia natura e generi musicali. Sony, ad esempio, utilizza le seguenti impostazioni di risposta in frequenza fissa nei suoi prodotti:
La pratica mostra che la maggior parte dei proprietari di apparecchiature audio sceglie proprio tali impostazioni per i controlli di tono e gli equalizzatori grafici. Per implementare un tale insieme di impostazioni di risposta in frequenza fisse, sono stati rilasciati numerosi microcircuiti specializzati. In particolare, questi sono M62412P di Mitsubishi e BA3842F SMD di ROHM. La commutazione delle opzioni di risposta in frequenza viene effettuata in esse applicando tensioni di diversi livelli agli ingressi del microcircuito. In ciascuno dei canali stereo M62412P, le forme della risposta in frequenza possono essere regolate separatamente. Il chip SMD BA3842F (la Fig. 4 mostra un diagramma della sua inclusione) ha un'unità boost a bassa frequenza. Sono selezionati da un filtro speciale e, dopo un'ulteriore amplificazione, vengono aggiunti al segnale elaborato. Ci sono tre livelli di questa regolazione. I resistori R9, R10 sono soggetti a selezione per ottenere le tensioni indicate nel diagramma.
Vengono prodotti anche microcircuiti più complessi, che consentono di selezionare fino a 15 impostazioni di risposta in frequenza fisse, come nel centro musicale Sony MHC RX110AV. Altri tipi di tali dispositivi offrono all'ascoltatore l'opportunità di formare da tre a cinque impostazioni di risposta in frequenza personalizzate insieme a quelle fisse scelte durante la progettazione del microcircuito. Ma tutti questi dispositivi sono controllati da uno speciale microcontrollore. Un esempio è il chip TEA6360 di Philips. Il numero di componenti esterni è minimo, non ci sono resistori variabili. A rigor di termini, un equalizzatore con un tale microcircuito può essere definito grafico solo se, quando viene regolato, sul display viene visualizzata la forma della risposta in frequenza. Il software del microcontrollore appropriato e i nuovi indicatori ergonomici offrono tali opportunità. A causa del fatto che lo schema elettrico per il chip TEA6360 è mostrato con errori in alcune pubblicazioni, in Fig. 5 mostra la sua versione corretta.
Considera altre caratteristiche tecniche degli equalizzatori. larghezza di banda in essi. di norma è pari a 20 ... 20 Hz. Questo parametro per apparecchiature audio viene solitamente indicato contemporaneamente al valore dell'irregolarità del coefficiente di trasferimento in una data banda, ma in relazione all'equalizzatore tale caratteristica sembra ridondante. Il livello del segnale di ingresso è 000 ... 0,2 V e raramente supera lo standard 0,5 V. Il coefficiente di distorsione non lineare è inferiore allo 0,8%. Il coefficiente di trasmissione nella posizione centrale dei regolatori è vicino all'unità. I limiti della sua regolazione sono solitamente ±11 dB. sebbene in letteratura esistano descrizioni di progetti di equalizzatori con limiti di regolazione di ±15 ... 24 dB (uno di questi indicava la possibilità di espandere questo intervallo a ±40 dB). Con qualsiasi variazione di guadagno in qualsiasi banda di frequenza, l'equalizzatore ridistribuisce l'energia del segnale di ingresso in un modo nuovo, amplificando o attenuando l'intensità delle sue armoniche con frequenze all'interno della banda regolabile. Ciò significa che alla sua uscita è presente un segnale con una composizione armonica diversa da quella in ingresso. Qualsiasi deviazione dei regolatori dalla posizione centrale porta alla comparsa di distorsioni di fase, la cui visibilità aumenta con la profondità della correzione del coefficiente di trasmissione e l'aumento della gamma di frequenze di regolazione. La comparsa di tali distorsioni nel segnale che ha superato l'equalizzatore è una tassa per la possibilità di una regolazione più profonda della risposta in frequenza. È opinione diffusa che quando il guadagno nelle bande viene modificato di non più di ±4 ... 6 dB, le distorsioni risultanti sono abbastanza accettabili e quasi impercettibili anche per una persona con un orecchio musicale. Sono accettabili anche modifiche significative in una o due bande di un EQ da 10 a 12 bande. Ma un uso più ampio delle sue capacità provoca la comparsa di evidenti fruscii, squilli, sfumature a scatti. Nelle apparecchiature fisse portatili e di bassa qualità, i controlli di tono passivi a due vie con punti di inflessione della risposta in frequenza fissi sono ora più comuni. descritti in [1], o HE a tre e quattro bande. Le capacità di questi dispositivi sono vicine, ma gli equalizzatori sono preferibili a causa della maggiore visibilità della forma della risposta in frequenza. Le basse caratteristiche delle apparecchiature di questa classe consentono di utilizzare l'intera gamma di regolazione del livello di trasmissione nelle bande senza danneggiare molto la qualità della riproduzione del suono. Nelle apparecchiature di fascia alta vengono utilizzati equalizzatori con cinque o più bande di regolazione. In considerazione di quanto sopra, il campo operativo della regolazione non deve superare ± 4 ... 6 dB. Un'aggiunta indispensabile a tale equalizzatore è un analizzatore di spettro del segnale di uscita. L'opportunità di utilizzare un equalizzatore su sistemi di fascia alta (Hi-End) è messa in dubbio da molte fonti. Soffermiamoci sui metodi di impostazione della risposta in frequenza, che in letteratura non sono praticamente trattati, sebbene siano relativamente complessi. Un equalizzatore dovrebbe correggere due tipi di carenze: quelle permanenti (livello di volume basso, difetti nella risposta in frequenza di apparecchiature, sistemi acustici e stanze), nonché quelle che si verificano rapidamente: correzione di fonogrammi di bassa qualità, selezione della colorazione del suono desiderata . Esistono diversi modi per risolverli. La correzione dell'errore di risposta in frequenza è raramente richiesta - durante l'installazione di un sistema audio in una stanza, dopo che è stato riparato o dopo aver modificato l'interno della stanza. Si consiglia di avviarlo chiarendo la posizione di installazione del sistema acustico in modo che, senza violare le dimensioni della zona di manifestazione dell'effetto stereo, per ridurre al minimo l'intensità delle onde stazionarie nella stanza, che si manifesta nell'irregolarità del campo sonoro alle basse frequenze. Per fare ciò, dovresti provare a spostare gli altoparlanti in un'altra posizione o ruotarli rispetto all'ascoltatore. Piccoli cambiamenti nella disposizione di mobili, specchi mobili, quadri, fotografie possono apportare cambiamenti significativi nella distribuzione del campo sonoro. I controlli dell'equalizzatore in questa fase sono nella posizione centrale. Il campo sonoro (soprattutto per le frequenze più basse) dovrebbe essere diffuso - la sua intensità in tutti i punti della stanza dovrebbe essere la stessa o diminuire uniformemente con la distanza dagli emettitori del suono. In pratica, ci si può avvicinare a questo ideale solo all'interno dell'area in cui si osserva l'effetto stereo e si trovano gli ascoltatori. Potrebbe essere necessario utilizzare emettitori di suoni aggiuntivi per questo. Quindi, alle frequenze in cui l'uniformità del campo sonoro non viene raggiunta, viene corretta regolando l'equalizzatore. Per eseguire questa correzione sono necessarie apparecchiature di misurazione: un generatore di rumore, un microfono con una risposta in frequenza nota per la pressione sonora, un analizzatore di spettro. Gli equalizzatori di alta classe prodotti da importanti aziende straniere sono dotati di tali apparecchiature per la loro regolazione. Se il set di apparecchiature specificato non è disponibile, verrà sostituito da un generatore di suoni e un microfono con un millivoltmetro. Infine, puoi utilizzare una cassetta con un nastro magnetico di misurazione e determinare la posizione dei punti di massima (minima) pressione sonora a orecchio. La posizione risultante dei controlli dell'equalizzatore (i loro cursori dovrebbero essere disposti in una curva morbida) dovrebbe essere considerata come zero per questo sistema audio in questa stanza. Non male se è in qualche modo segnato sul pannello di regolazione. Ciò ti consentirà di tornare facilmente ad esso dopo eventuali modifiche nella risposta in frequenza. La regolazione operativa dovrebbe essere effettuata solo per un po ', per ottenere qualsiasi suono speciale di un particolare brano musicale e, al termine, tornare alla posizione originale dei controlli. A questo proposito, la migliore soluzione al problema della regolazione del timbro del suono è la situazione in cui il sistema audio dispone di due equalizzatori: uno - per migliorare le proprietà acustiche dell'apparecchiatura e della stanza, e il secondo - per regolare rapidamente il timbro della musica ascoltata. Come primo, è razionale installare un GE a 10-12 bande di ottava o un PE a cinque bande. Un gran numero di organi di regolazione che hanno è un vantaggio, perché ti consente di mettere a punto la risposta in frequenza. Come secondo, è meglio scegliere un dispositivo più semplice: elettronico con impostazioni fisse o un GE a cinque bande. Un modo più elegante per risolvere questo problema sarebbe utilizzare un equalizzatore elettronico che genera una varietà di impostazioni di risposta in frequenza personalizzate. Ognuno di loro dovrebbe realizzare la correzione delle proprietà acustiche dell'attrezzatura e della stanza, e anche imporre uno degli effetti sonori precedentemente menzionati su questa correzione. È generalmente accettato che nella maggior parte dei casi l'HE venga regolato alla cieca, mediante un'enumerazione casuale delle impostazioni del regolatore, e la loro posizione migliore di solito non viene raggiunta. Questo vale ancora di più per PE Questo lavoro può essere facilitato, reso consapevole solo con l'aiuto di un analizzatore di spettro integrato, un dispositivo per misurare e visualizzare i livelli del segnale in diverse bande di frequenza. Incluso nel percorso audio, consente di controllare la distribuzione in frequenza dell'energia del segnale in ingresso e controllare oggettivamente questo processo al fine di ottenere un suono ottimale. Letteratura
Autore: V.Brylov, Mosca
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