Выставляем правильный тембр
Любители электроники, самостоятельно проектирующие звуковоспроизводящие устройства нередко сталкиваются с задачей оснащения своего усилителя регулятором тембра или эквалайзером. С точки зрения электроники, это устройство, позволяющее избирательно корректировать амплитуду сигнала в зависимости от частоты сигнала (высоты, тембра звука). Во времена первых опытов звукозаписи студии были оснащены низкокачественными микрофонами и громкоговорителями, которые искажали звук, и эквалайзер или темброблок применялись для амплитудной коррекции по частотам. Однако в настоящее время эквалайзер является мощным средством для получения разнообразных тембров звука (то есть разных оттенков звучания).
История эквалайзеров началась в 1930-х годах в Голливуде, когда появились первые фильмы со звуком. В то время многие обращали внимание на неестественное звучание музыки и голосов актёров. Одним из этих людей был Джон Волкман, который и применил первый эквалайзер для улучшения звучания звуковых систем в кинотеатре. До этого подобные эквалайзеру приборы использовались для коррекции звуковых потерь при передаче сигнала. Однако Волкман был первым, кто внедрил эквалайзер в звукоусилительную систему. Первый такой эквалайзер (EQ-251A) представлял собой прибор с двумя ползунками, каждый из которых имел переключатель выбора частот.
В то же время в голливудских студиях звукозаписи проводились эксперименты с эквалайзерами в целях пост-продакшна и создания эффектов. Тогда компания Cinema Engineering разработала первый настоящий графический эквалайзер (модель 7080), который имел 6 полос, регулируемых в пределах 6 дБ с шагом в 1 дБ, а впоследствии — очень популярный в то время 7-полосный эквалайзер 9062A.
Во время Второй мировой войны в этой сфере наступило затишье, а в 1958 году профессор университета Уэйна Радмоуз успешно разработал и применил свою теорию акустической эквализации. После этого в 1962 году Радмоуз совместно со своим другом Боунером разработали акустический фильтр с очень высокой добротностью — так был разработан эквалайзер White, который помог Боунеру создать теорию акустической обратной связи и эквализации помещений.
В 1967 году Арт Дэвис (из Cinema Engineering), совместно с Джимом Ноблем и Доном Дэвисом, разработали первый набор пассивных 1/3-октавных фильтров, который был назван «Acousta-Voice». Эта система положила начало новой эры современной эквализации.
Современные эквалайзеры являются сложными радиотехническими устройствами, часто с микропроцессорным программным управлением и цифровой обработкой сигнала, но классические двух-трехполосные регуляторы тембра, с которых начиналась история регулировки тембра звучания, не теряют своей актуальности для применения во многих случаях.
Нередко регуляторы тембра совмещают с предварительными усилителями звукового сигнала для компенсации потерь в фильтрах темброрегулировки. При работе с эквалайзером очень важно понимать, что усиление какой-либо частотной полосы приводит к усилению общего уровня аудиосигнала, и чрезмерное усиление полос может зачастую привести к искажениям звукового сигнала. В связи с этим ослабление «ненужных» частот зачастую даёт более качественный результат, нежели усиление «нужных». Поэтому регулятором тембра или эквалайзером следует пользоваться очень аккуратно, чтобы получить улучшение звука, а не его ухудшение.
Компания Мастер Кит предлагает несколько видов регуляторов тембра, некоторые их которых и являются героями нашего обзора. Все эти устройства являются бескорпусными «кирпичиками» для сборки самостоятельно проектируемой система усиления и воспроизведения звука и позволяют улучшить качество воспроизводимого звука.
- BM2112 — встраиваемый темброблок на базе специализированной микросхемы XR
Высококачественный компактный стереофонический темброблок предназначен для регулирования тембра высоких и низких частот с регулировкой уровня громкости в стерео аппаратуре высокого класса. Модуль рассчитан на питание как постоянным, так и переменным напряжением напрямую от трансформатора. На модуле для быстрого подключения установлены гнезда для кабеля с разъёмами типа Jack 3.5 мм. Блок может использоваться в качестве предварительного усилителя аудиокомплекса и будет незаменим для модернизации устаревших усилителей мощности НЧ.
Технические характеристики темброблока:
Напряжение питания переменное или постоянное 6‐18 В;
Ток потребления при питании 9…16 В 50 мА;
Частотный диапазон 20…20000 Гц;
Отношение сигнал/шум 80 дБ;
Разделение каналов 75 дБ;
Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц 0,06 %;
Входное сопротивление 10 кОм;
Выходное сопротивление 20 Ом;
Диапазон регулировки громкости 75 дБ;
Диапазон регулировки тембра +/‐15 дБ;
Габаритные размеры 70х55×30 мм.
- MP1243A — Hi-Fi аудиопроцессор на микросхеме TDA8425, расширение для ARDUINO.
Основа модуля — интегральная микросхема TDA8425 — стереофонический аудиопроцессор с цифровым микроконтроллерным управлением.
Модуль позволяет производить регулировку уровня звука в каждом канале отдельно, а также тембра по низким и высоким частотам. Есть возможность переключать входы и режимы обработки сигнала: псевдостерео, расширенная стереобаза.
Все настройки производятся с помощью контроллера ARDUINO. Специально для этого проекта нами была написана библиотека для языка WIRING.
Применение контроллера ARDUINO позволяет радиолюбителю создать свой собственный и неповторимый домашний кинотеатр, а со временем изменить его архитектуру: усовершенствовать, усложнить, дополнить, кардинально изменить.
Технические характеристики устройства:
Напряжение питания 12 В;
Максимальный потребляемый ток 55 мА;
Диапазон воспроизводимых частот 20-20000 Гц;
Шаг регулировки тембра 2 дБ
Максимальный уровень входного сигнала 2 В;
КНИ на частоте 1 кГц 0,05;
Отношение сигнал/шум 96 дБ;
Разделение каналов на частоте 1 кГц 80 дБ;
Диапазон регулировки уровня выходного сигнала -78,5…0 дБ;
Количество коммутируемых входов 2;
Входное сопротивление 50 кОм;
Сопротивление нагрузки на выходе, не менее 2 кОм;
Размеры платы 55х56 мм.
- MP1235 — предварительный усилитель-темброблок с выходом на сабвуфер, микроконтроллерным управлением, жидкокристаллическим индикатором и пультом дистанционного управления.
Основа модуля интегральная схема TDA7429L — трехканальный аудиопроцессор-эквалайзер с выходом на сабвуфер и цифровым управлением. Модуль раскладывает стереосигнал на 4 стерео и один сабвуферный канал. Он позволяет производить регулировку уровня звука в каждом канале отдельно и во всех каналах одновременно, а также тембра по низким и высоким частотам и уровень громкости сабвуфера. Все настройки производятся с помощью кнопок или пульта ДУ и индицируются на ЖКИ индикаторе. Три линейных входа позволят выбрать источник сигнала с клавиатуры или пульта ДУ. Модуль имеет дополнительную функцию выключения звука MUTE.
Технические характеристики модуля:
Напряжение питания 1, не более 10 В;
Напряжение питания 2, не более 5 В;
Максимальный потребляемый ток 55 мА;
Диапазон воспроизводимых частот 20-20000 Гц;
Шаг регулировки тембра 2 дБ;
Частота среза сабвуферного канала 100 Гц;
Максимальный уровень входного сигнала 3 В;
КНИ на частоте 1 кГц 0,01;
Отношение сигнал/шум 106 дБ
Разделение каналов на частоте 1 кГц 100 дБ;
Диапазон регулировки уровня вых. Сигнала -78,5 … 0 дБ
Количество коммутируемых входов 3;
Входное сопротивление 30 кОм;
Сопротивление нагрузки на выходе не менее 50 кОм;
Размеры платы ЖК дисплея 27 х 90 мм;
Размеры клавиатуры 35 х 90 мм;
Размеры печатной платы 85 х 65 мм.
Комплект поставки:
Модуль темброблока 1;
ЖК дисплей 1;
Плата с кнопками 1;
Пульт ДУ 1;
Инструкция по эксплуатации 1.
- NM0104 — набор для пайки предварительного усилителя НЧ с регулятором тембра.
Прежде всего, следует отметить, что устройство представляет собой набор для самостоятельной сборки (пайки). Для сборки понадобятся паяльник, припой с канифолью, радиотехнические бокорезы, желательно мультиметр. Если у вас еще нет этих необходимых для каждого электронщика инструментов, отличным выбором будет приобретение комплекта «Универсальный набор инструментов радиолюбителя».
Набор, состоящий из печатной платы и набора электронных компонентов, позволит вам собрать высококачественный регулятор тембра с предварительным усилителем для использования его в составе полного усилителя и различных усилительных систем. Ркгулятор рекомендован для использования совместно с оконечными УНЧ с входным сопротивлением не менее 10кОм и номинальным входным напряжением не более 1,3В. Радиоконструктор предназначен для детей старшего школьного возраста, а также радиолюбителей любой квалификации.
Регулятор тембра с предварительным усилителем можно отнести к классу универсальных. Он является двухканальным с синхронными регулировками громкости и тембров. Основой схемотехнического решения модуля является микросхема КР1434УД1А, содержащая в себе два идентичных малошумящих операционных усилителя.
Модуль питается от собственного стабилизатора напряжения, поэтому его можно питать от блока питания оконечного усилителя мощности, совместно с которым он будет работать. Тем не менее, не рекомендуется превышать значение напряжение питания более +/-35В.
Особенностью устройства является отсутствие на входе и выходе разделительных конденсаторов, поскольку модуль использует двухполярное питание, а нулевой потенциал на выходе поддерживается автоматически операционным усилителем.
Основные технические характеристики:
Номинальное выходное напряжение 1 В;
Коэффициент нелинейных искажений 0,1 %;
Диапазон частот 20…20000 Гц;
Отношение сигнал/шум невзвешенное -75 дБ;
Чувствительность по входу 1 250 мВ;
Чувствительность по входу 2 50 мВ;
Входное сопротивление по входу 1 47 кОм;
Входное сопротивление по входу 2 10 кОм;
Напряжение питания двухполярное 20…30 В;
Габаритные размеры 76x65x18 мм.
Предлагаем также ознакомиться с другими материалами по теме усиления звука и построения домашних и автомобильных звукоусилительных систем на нашем сайте, например:
Обзор усилителей звуковой частоты BM2043M и BM2043Pro
Обзор темброблока BM2112 на микросхеме XR1075 BBE
Обзор ФНЧ для сабвуфера
Обзор темброблока BM2112 на микросхеме XR1075 BBE
Обзор усилителей звуковой частоты BM2043M и BM2043Pro
BM2114dsp — Цифровой процессор звука
Усилитель НЧ D-класс 2х50Вт с регулировкой тембра
Предварительные усилители низкой частоты
Подписывайтесь на наши новости, чтобы всегда быть всегда в курсе новинок и специальных предложения на сайте компании Мастер Кит.
Пассивные регуляторы тембра теория | SOUNDLOAD.RU
Основной недостаток еще недавно популярных активных регуляторов тембра состоит в использовании глубокой частотно-зависимой ООС и больших дополнительных искажениях, вносимых ими в регулируемый сигнал. Вот почему в высококачественной аппаратуре желательно применять пассивные регуляторы. Правда, и они не лишены недостатков. Самый крупный из них — значительное затухание сигнала, соответствующее диапазону регулирования. Но так как глубина регулирования тембра в современной звуковоспроизводящей аппаратуре невелика (не более 8…10 дБ), то в большинстве случаев вводить в тракт сигнала дополнительные каскады усиления не требуется.
Другой, не столь существенный недостаток таких регуляторов — необходимость применения переменных резисторов с экспоненциальной зависимостью сопротивления от угла поворота движка (группа «В»), обеспечивающих плавное регулирование. Однако простота конструкции и высокие качественные показатели все же склоняют конструкторов к применению именно пассивных регуляторов тембра.
Следует отметить, что эти регуляторы требуют низкого выходного сопротивления предшествующего им каскада и высокого входного сопротивления последующего.
Разработанный английским инженером Баксандалом еще в 1952 г. регулятор тембра [1] стал, пожалуй, самым распространенным частотным корректором в электроакустике. Классический его вариант состоит из образующих мост двух звеньев фильтра первого порядка — низкочастотного R1C1R3C2R2 и высокочастотного C3R5C4R6R7 (рис. 1,а). Аппроксимированные логарифмические ампли-тудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) такого регулятора показаны на рис. 1 ,б. Там же приведены расчетные зависимости для определения постоянных времени точек перегиба ЛАЧХ.
В традиционном варианте рассматриваемого регулятора R1/R3=C2/C1= =C4/C3=R5/R6=n, R2=R7=n-R1. При этом достигается приблизительное совпадение частот перегиба АЧХ в области ее подъема и спада (в общем случае они различны), что обеспечивает относительно симметричное регулирование АЧХ (спад даже в этом случае неизбежно получается более крутым и протяженным). При обычно используемом п=10 (для этого случая указаны минимальные значения номиналов элементов на рис. 1,а-3,а) и выборе частот раздела вблизи 1 кГц регулирование тембра на частотах 100 Гц и 10 кГц относительно частоты 1 кГц составляет ±14…18дБ. Как отмечалось выше, для достижения плавного регулирования переменные резисторы R2, R7 должны иметь экспоненциальную характеристику регулирования (группа «В») и, кроме того, для получения линейной АЧХ в среднем положении движков регуляторов соотношение сопротивлений верхнего и нижнего (по схеме) участков переменных резисторов также должно быть равно п. При «хайэндовском» п=2…3, что соответствует диапазону регулирования ±4…8 дБ, вполне допустимо использовать переменные резисторы с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота движка (группа «А»), но при этом несколько огрубляется регулировка в области спада АЧХ и растягивается в области подъема, а плоская АЧХ получается отнюдь не в среднем положении движков регуляторов. С другой стороны, сопротивление секций сдвоенных переменных резисторов с линейной зависимостью лучше согласовано, что уменьшает рассогласование АЧХ каналов стереофонического усилителя, так что неравномерное регулирование в этом случае можно считать допустимым.
Наличие резистора R4 не принципиально, его назначение — снизить взаимное влияние звеньев и сблизить частоты перегиба АЧХ в области высших звуковых частот. Как правило, R4= =(0,3…1,2)’R1. Как показано ниже, от него в ряде случаев можно вообще отказаться. Для снижения влияния на регулятор предшествующих и последующих каскадов их выходное Rвых и входное Rвх сопротивления должны быть соответственно Rвых<<R3, Rвх>>R2.
Приведенный «базовый»вариант регулятора применяется обычно в радиоаппаратуре высокого класса. В бытовой аппаратуре используют несколько упрощенный вариант (рис. 2,а). Аппроксимированные логарифмические амплитудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) такого регулятора приведены на рис. 2,6. Упрощение его высокочастотного звена привело к некоторой расплывчатости регулирования в области высших частот и к более заметному влиянию предшествующего и последующего каскадов на АЧХ в этой области.
Подобный корректор при п=2 (с переменными резисторами группы «А») был особенно популярен в простых любительских усилителях [2] конца 60-х — начала 70-х годов (главным образом, из-за малого затухания), но вскоре величина п возросла до привычных сегодня значении. Все сказанное выше относительно диапазона регулирования, согласования и выбора регуляторов справедливо и для упрощенного варианта корректора.
Если отказаться от требования симметричного регулирования АЧХ на участках их подъема и спада (кстати, необходимость спада практически не возникает), то можно еще более упростить схему (рис. 3,а). Приведенные на рис. З.б ЛАЧХ регулятора соответствуют крайним положениям движков резисторов R2, R4. Достоинство такого регулятора — простота, но поскольку все его характеристики взаимосвязаны, для удобства регулирования целесообразно выбирать п=3…10. С ростом п крутизна подъема растет, а спада — снижается. Все сказанное выше о традиционных вариантах корректора Баксандала в полной мере относится и к этому, предельно упрощенному варианту.
Однако схема регулятора тембра Баксандала и ее варианты — отнюдь не единственная возможная реализация пассивного двухполосного регулятора тембра. Вторая группа регуляторов выполнена не на базе мостов, а на базе частотно-зависимого делителя напряжения. В качестве примера изящного схемотехнического решения регулятора можно привести темброблок, в свое время использовавшийся в различных вариациях в ламповых усилителях электрогитар. «Изюминкой» данного регулятора является изменение частот перегиба АЧХ в процессе регулирования тембра, что приводит к интересным эффектам в звучании «классической» электрогитары. Базовая его схема изображена на рис. 4,а, а аппроксимированные ЛАЧХ — на рис. 4,6. Там же приведены расчетные зависимости для определения постоянных времени точек перегиба.
Нетрудно заметить, что регулировка в области низших звуковых частот изменяет частоты перегиба, не меняя наклон АЧХ. Когда движок переменного резистора R4 находится в нижнем (по схеме) положении, АЧХ на низших частотах линейна. При перемещении же движка вверх на ней появляется подъем, причем точка перегиба в процессе регулирования сдвигается в область более низких частот. При дальнейшем перемещении движка верхняя (по схеме) секция резистора R4 начинает шунтировать резистор R2, что вызывает сдвиг высокочастотной точки перегиба в область более высоких частот. Таким образом, при регулировании подъем низких частот дополняется спадом средних. Регулятор высших звуковых частот представляет собой простейший фильтр первого порядка и особенностей не имеет.
На базе этой схемы можно построить несколько вариантов темброблоков, позволяющих регулировать АЧХ в области низших и высших частот. Причем в области низших частот возможен и подъем, и спад АЧХ, а на высших — только подъем.
Вариант темброблока с регулированием частоты перегиба АЧХ в низкочастотной области показан на рис. 5,а, его ЛАЧХ — на рис. 5,6. Резистор R2 регулирует частоту перегиба АЧХ, a R5 — ее наклон. Совместное действие регуляторов позволяет получить значительные пределы и большую гибкость регулирования.
Схема упрощенного варианта темброблока приведена на рис. 6,а, его ЛАЧХ — на рис. 6,6. Он представляет собой, в сущности, гибрид низкочастотного звена темброблока, показанного на рис. 3,а, и высокочастотного звена темброблока, показанного на рис.4,а.
Объединив функции регулирования АЧХ в низкочастотной и высокочастотной областях, можно получить простой комбинированный регулятор тембра с одним органом управления, весьма удобный для применения в радиоприемной и автомобильной аппаратуре. Его принципиальная схема показана на рис. 7,а и ЛАЧХ — на рис. 7,6. В нижнем (по схеме) положении движка переменного резистора R1 АЧХ близка к линейной во всем диапазоне частот. При перемещении .его вверх появляется подъем на низших частотах, причем низкочастотная точка перегиба в процессе регулирования сдвигается в область более низших частот. При дальнейшем перемещении движка верхняя (по схеме) секция резистора R1 включает в работу конденсатор С1, что приводит к подъему высших частот.
При замене переменного резистора R1 переключателем (рис. 8,а и 8,6) рассмотренный регулятор превращается в простейший тон-регистр (положение 1 — classic; 2 — jazz; 3 — rock), популярный в 50-х — 60-х годах и вновь используемый в эквалайзерах магнитол и музыкальных центров в 90-х.
Несмотря на то что о регулировании тембра, казалось бы, все давно уже сказано, многообразие пассивных корректирующих цепей не исчерпывается предложенными вариантами. Немало забытых схемотехнических решений переживают сейчас второе рождение на новом качественном уровне. Весьма перспективен, например, регулятор громкости с раздельной регулировкой тонкомпенсации по низким и высоким частотам [З].
ЛИТЕРАТУРА
1. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике (пер. с нем.). — М.: Мир, 1991, с. 151-153.
2. Крылов Г. Широкополосный УНЧ. — Радио, 1973, N 9, c.56,57.
3. Шихатов А. Комбинированный блок регулирования АЧХ. — Радио, 1993, N 7, с. 16.
А. ШИХАТОВ, г. Москва
(Радио 1-99)
Похожее
Регулятор тембра, громкости, баланса на CXA1352AS
Микросхема CXA1352AS фирмы SONY представляет собой двухканальный, пяти полосный регулятор тембра, громкости и баланса.
Данный регулятор тембра обеспечивает корректировку частотной характеристики звукового сигнала в диапазоне от 100Гц до 10кГц. Предназначена CXA1352AS для применения в различной портативной звуковой аппаратуре, кассетных магнитофонах, радиоприемниках, мобильных телефонах.
Множество нареканий можно увидеть в интернете о данном эквалайзере. Пишут, что ужасно искажает звук. При первом запуске моего регулятора тембра на CXA1352AS были замечены очень сильные искажения звука. Дело было в плохо смытой канифоли. После того как с платы были удалены спиртом остатки канифоли, искажения исчезли. Звук в принципе радует. Хрипов и ужасных искажений, о которых пишут в сети , при воспроизведении звука через данный регулятор тембра, я не услышал. Так что, вполне может использоваться для корректировки амплитудно-частотных характеристик в автомобильных усилителях и не только.
Напряжение питания микросхемы CXA1352AS составляет от +4 до +10В, рабочая температура от -20 до +75 градусов Цельсия.
Обозначения выводов микросхемы можно посмотреть в даташите.
В интернете множество схем регуляторов громкости, тембра и баланса на данной микросхеме, а также множество ошибок в схемах. Мной было принято решение собирать эквалайзер по схеме из datasheet. Все номиналы элементов собранного мной регулятора тембра были выдержаны согласно схемы.
Устройство собрано на двух печатных платах, на первой сам регулятор, на второй печатной плате (колодке) расположены только переменные резисторы.
Печатную плату печатаем как есть без зеркального отражения!
Регулятор не нуждается в наладке и при правильном монтаже запускается с первого раза. Хорошо смывайте канифоль, спиртом или чем-нибудь еще, например, жидкостью для снятия лака. Через лупу посмотрите, нет ли нигде олова между контактами, где сравнительно малое расстояние между ними.
ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА СКАЧАТЬ
Datasheet НА CXA1352AS СКАЧАТЬ
Похожие статьи
Расчет регулятора тембра
- Подробности
- Категория: Методики расчета
Часто встречается необходимость добавления к оконечному усилителю предварительного усилителя и регулятора тембра. Регуляторы тембра служат для плавной регулировки частотной характеристики усилителей. Наибольшее распространение получили RC регуляторы мостового типа. Принципиальная схема такого регулятора приведена на рис. 1.
Рис.1.
Расчет регуляторов тембра по методике Л. Ривкина (Р-1/69) можно проводить по номограммам на рис.2 и рис.3, а также с помощью таблицы дополнительных параметров. Ниже приводится пример расчета.
Рис. 2.
Пусть требуется рассчитать регулятор тембра, имеющий следующие характеристики:
Подъем частотной характеристики на низких частотах mн = +17 дБ;
Подъем частотной характеристики на высоких частотах mВ = +17дБ;
Нижняя частота регулировки тембра НЧ fн = 30 Гц;
Верхняя частота регулировки тембра ВЧ fВ = 18 кГц;
Rн = RВ = 47 кОм.
1. Из таблицы для полного диапазона регулировки тембра mн полн = 34 дБ находим значение В>70. Принимаем В = 100, тогда R2 = Rн/В = 470 Ом.
2. Из номограммы № 1 для mн = 17 дБ и В =100 находим mВ =17,8 дБ.
3. Из таблицы для mВ =17,8 дБ находим А = R1/R2 = 10; А0 = А/(А+1) = В0 = 0,91; К0 = 0,09.
Из номограммы № 2 для сопротивления эквивалентной схемы при А=10 на НЧ rн = R2 = 470 Ом; mН = 17 дБ; fН = 30 Гц находим Сн = 10 мкФ, Сн/А = 0,1 мкФ.
4. Приняв Г = Rв/R3 = 10, найдем R3 = 4,7 кОм. Из номограммы № 3 для эквивалентного сопротивления схемы на ВЧ rВ = R3 = 4,7 кОм; mВ = 17 дБ и fВ = 18 кГц находим СВ = 0,02 мкФ; СВ/А = 2000 пФ.
Рис.3.
Рассчитанный регулятор тембра имеет коэффициент передачи в некорректированной части диапазона (на средних частотах) К0=0,09. Частотный баланс схемы наступает при А0 = В0 = 0,91, поэтому для плавной регулировки тембра необходимы переменные резисторы с обратной логарифмической зависимостью (кривая В). Для обеспечения расчетной глубины регулировки тембра необходимо, чтобы нагрузочное сопротивление регулятора тембра было
намного больше его выходного сопротивления, а внутреннее сопротивление источника сигнала намного меньше входного сопротивления регулятора.
