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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Control de volumen fuertemente compensado con corrección activa de graves. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Audio El artículo describe un control de volumen con compensación de volumen y corrección activa de graves. El dispositivo le permite seleccionar la profundidad requerida de corrección de la respuesta de frecuencia de acuerdo con las condiciones acústicas de la habitación y la sensibilidad de un sistema acústico en particular. Se sabe que a medida que disminuye el nivel de volumen promedio, la sensibilidad del oído humano disminuye más hacia las frecuencias más bajas (LF) del espectro sonoro. Para compensar esta característica fisiológica de la audición, los equipos de reproducción de sonido requieren un aumento correctivo de los graves: al volumen mínimo (dependiendo del nivel de ruido de la habitación) debe alcanzar 25...40 dB a una frecuencia de 50 Hz relativa. a una frecuencia de 2kHz. Además, de acuerdo con curvas de sonoridad iguales, la pendiente del aumento debería aumentar a medida que la frecuencia disminuye: 6 dB por octava a partir de 250 Hz y 12 dB por octava por debajo de 100 Hz [1]. La mayoría de los circuitos conocidos de controladores de volumen con compensación delgada (TCVR), con la posible excepción de los más complejos que no han encontrado un uso generalizado, no proporcionan la ley y la profundidad de corrección requeridas. En los TCRG más comunes con una resistencia variable roscada (o sin derivaciones) [2], la profundidad de la corrección de baja frecuencia no supera los 15 dB y su pendiente disminuye en frecuencias inferiores a 100 Hz. Por ejemplo en la Fig. La Figura 1 muestra la respuesta de frecuencia típica de un TCRG pasivo usando una resistencia variable sin derivaciones [2]. Se puede observar que el aumento correctivo a una frecuencia de 50 Hz con una ganancia del regulador de -40 dB es de 13 dB, la pendiente por debajo de 100 Hz no supera los 3 dB por octava, lo cual es completamente insuficiente. El TCRG en una resistencia con un grifo también tiene características similares.
Durante el funcionamiento, estos reguladores crean un efecto desagradable: cuando se reduce el volumen, se pierde la profundidad del sonido y aparece una tendencia a "farfullar". Los intentos de aumentar el grado de corrección en las frecuencias más bajas agregando un circuito RC al cable común de una resistencia variable conducen a una reducción del rango de control de volumen. En este caso, el volumen no se reduce a cero, lo que resulta muy inconveniente en la práctica. Otra desventaja de los dispositivos mencionados es el cambio incorrecto en la corrección cuando se ajusta el volumen. A menudo se produce una corrección notable de la respuesta de frecuencia cuando el control está en la posición media, cuando el volumen real (sensibilidad) todavía es alto. Como resultado, el equilibrio tonal se altera en el área del volumen de sonido promedio más utilizada. Desafortunadamente, todas las desventajas enumeradas también son características de los TCRG electrónicos fabricados con microcircuitos especializados. En la Fig. La Figura 2 muestra la respuesta de frecuencia de un regulador muy complejo TC9235 de Toshiba, que tiene un bajo nivel de ruido (menos de 2 μV) y distorsión no lineal (menos del 0,01%), control de volumen digital de múltiples etapas, control conveniente con un botón. , etc. Con todo esto, el regulador proporciona una corrección fina que no es mejor que los TCRG ya discutidos.
En los dispositivos domésticos de reproducción de sonido, el rango de frecuencia inferior a 100 Hz se considera "problemático" para los enlaces finales del camino. Por lo tanto, un sistema acústico de pequeño tamaño rara vez tiene una frecuencia límite inferior de menos de 50...60 Hz a un nivel de -3 dB. Normalmente, la caída de presión sonora comienza a una frecuencia de 100 Hz. A veces se utilizan ecualizadores de alta calidad o correctores de graves especiales basados en filtros de alto orden para compensarlo. Pero al mismo tiempo, es necesario tener en cuenta la capacidad de sobrecarga limitada del UMZCH en bajas frecuencias y reducir el grado de corrección simultáneamente con el aumento del volumen. Aplicar señales por debajo de la frecuencia de resonancia a los cabezales dinámicos sólo conduce a un aumento de la distorsión. Actualmente, existen correctores automáticos de graves especiales (X-Bass, etc.) que forman dinámicamente la respuesta de frecuencia, teniendo en cuenta todos los factores enumerados. Pero la mayoría de las veces representan desarrollos cerrados "propietarios", fabricados en microcircuitos especializados sin marcas [4]. El dispositivo propuesto soluciona estos problemas de una forma más sencilla. Durante su desarrollo se utilizaron nuevas soluciones de circuitos, obtenidas mediante modelado por computadora en Micro-Cap 7.1.0 con posterior prueba en placa. Como resultado, fue posible crear un dispositivo simple que combina con éxito el propio TCRG con un corrector de graves, que "completa" la respuesta de frecuencia en el rango de frecuencia inferior a 100 Hz y regula su curso dependiendo de la posición del volumen. control. El diagrama esquemático del dispositivo (un canal) se muestra en la Fig. 3. Consiste en un TKRG pasivo y un corrector de graves activo ensamblados en un chip DA1. Ambas partes se combinan en un solo todo para que las deficiencias del regulador pasivo sean eliminadas por la parte activa del dispositivo.
El TCRG pasivo se fabrica en los elementos R1-R4, C1, C2 según el esquema conocido (ver Fig. 1) en una versión simplificada. El filtro R3R4C1C2 reduce las frecuencias medias dependiendo de la posición del control deslizante R2. Los parámetros del filtro se seleccionan para proporcionar el máximo refuerzo posible de las bajas frecuencias. La corrección HF no presenta ningún problema y está determinada por la capacitancia del condensador C1. Desde la salida del TCRG pasivo, a través del circuito C3R6, la señal se suministra a la entrada inversora del amplificador operacional DA1.1, que amplifica la señal (hasta 14 dB) y forma la respuesta de frecuencia con dos circuitos OOS. El primero es a través de la resistencia R5, los elementos TKRG, incluido el control de volumen R2, y el circuito de entrada C3.R6; el segundo, a través del enlace en forma de T R7 - R10 y el microcircuito DA1.2 con elementos relacionados. El chip DA1.2 contiene un giratorio que simula un inductor. Junto con el condensador C5 forma un circuito oscilatorio con una frecuencia de resonancia de 45...50 Hz. A esta frecuencia, la señal OOS se debilita al máximo y se forma una joroba en la respuesta de frecuencia del amplificador operacional DA1.1. En este caso, la pendiente de la respuesta de frecuencia por debajo de 100 Hz alcanza los 10 dB por octava, y el aumento general (ajustable) a una frecuencia de 45 Hz es +27 dB en relación con la frecuencia de 2 kHz con la posición del control de volumen - 41 dB (Figura 4). Estos parámetros están cerca de los valores requeridos de características de igual volumen.
La limitación de la amplitud de las señales con frecuencias por debajo del altavoz resonante se forma en el dispositivo debido a la pendiente natural de la curva resonante del análogo del circuito LC en DA1.2 y dos filtros de paso alto: C3R6 y C6Rin, donde Rbx es la resistencia de entrada de la cascada que sigue al regulador. Para este regulador, la resistencia de carga equivalente se considera 100 kOhm; para otra resistencia de entrada, la capacitancia C6 debe recalcularse para que la constante de tiempo C6Rbx no cambie. El segundo OOS, a través de la resistencia R5, también depende de la frecuencia, ya que incluye un filtro formado por las resistencias R3, R5 y el condensador C2. Este sistema compensatorio de protección del medio ambiente fue propuesto por el autor en el artículo [5], donde se describe en detalle el principio de su funcionamiento. El resultado se reduce a un enderezamiento adicional de la rama de baja frecuencia de la respuesta de frecuencia a medida que aumenta el volumen. Por lo tanto, la corrección requerida se logra al pasar de un volumen bajo a medio (Fig. 4), y no de medio a alto (ver Fig. 1,2). Además, al elegir la profundidad OOS adecuada, puede eliminar la sobrecarga del UMZCH a niveles de volumen cercanos al máximo, similar a los correctores dinámicos de graves. La efectividad del circuito de retroalimentación a través de la resistencia R5 se ilustra mediante una respuesta de frecuencia simulada (Fig. 5).
Las curvas están calculadas para la versión con OOS (R5 = 12 kOhm) y sin él (R5 = 1 MOhm). Como puede verse en los gráficos, el OOS actúa de forma selectiva y sólo se debilitan las bajas frecuencias. Cuando el control de volumen se establece en -20 dB, la atenuación es pequeña, alrededor de 7 dB, y con la ganancia máxima alcanza los 26 dB. Al mismo tiempo, OOS suaviza completamente el pico de corrección de graves, nivelando la respuesta de frecuencia. Sin esto, el UMZCH ya estaría sobrecargado en la posición media del TKRG y sería necesario realizar manipulaciones manuales con el control de tono de graves. En la posición correcta según el diagrama, el deslizador de la resistencia R9 y la resistencia superior R13, con los valores indicados en el diagrama, tiene las características que se muestran en la Fig. 4. Sin embargo, es posible una amplia variación en el tipo de respuesta de frecuencia: utilizando la resistencia de recorte R9 puede ajustar la profundidad de la corrección de graves en el rango de 0...+6 dB (Fig. 6).
El rango se indica con un volumen de sonido promedio; cuando disminuye, aumenta, cuando aumenta, disminuye, es decir el dispositivo ajusta de forma adaptativa la profundidad de ajuste de acuerdo con las curvas de volumen iguales y las capacidades de sobrecarga del UMZCH. Si lo desea, la resistencia variable R9 se puede mostrar en el panel frontal y usarse como control de tono de graves. Su ventaja es que, a diferencia del bridge y otros reguladores RC, regula los graves y no toda la banda de frecuencia hasta 1000 Hz. Para cambiar suavemente el timbre, necesita una resistencia variable con una curva de control tipo B. La alta calidad del regulador en su conjunto se debe a la profunda OOS, la ausencia de condensadores de óxido y el uso del microcircuito TL074. Sus cuatro amplificadores operacionales se caracterizan por un coeficiente de distorsión armónica extremadamente bajo (Kg - 0,003%) y buenas características de ruido. Gracias a esto, el dispositivo se puede utilizar como preamplificador con una ganancia de hasta 14 dB, suficiente, por ejemplo, para compensar las pérdidas en un control de tono pasivo. De lo contrario, la ganancia se puede reducir a uno o menos ajustando la resistencia R13, lo que reducirá proporcionalmente el nivel de ruido. Como ocurre con todos los TCRG, la precisión de la compensación del volumen depende del coeficiente de transmisión de la ruta de audio. Se puede ajustar mediante la mencionada resistencia de recorte R13 u otra disponible en el camino. Sólo es necesario tener en cuenta la distribución de las propiedades de ganancia y ruido de los enlaces de ruta. Al cambiar el nivel de la señal y seleccionar la resistencia R5, logramos preservar el equilibrio tonal en todo el rango de control de volumen. Si el UMZCH está sobrecargado al volumen máximo, deberá reducir el valor de la resistencia R5 basándose en la sensación subjetiva del contenido de graves y su distorsión. Otras opciones de ajuste incluyen cambiar el pico resonante de la corrección de graves seleccionando las resistencias R11, R12 para un altavoz específico. La profundidad de los graves se ajusta con la resistencia R9, como se describe anteriormente. En rutas de la más alta calidad, es posible reemplazar el amplificador operacional TL074 por el NE5534A. Sin embargo, en casos más simples es muy posible utilizar el amplificador operacional K157UD2A con los circuitos de corrección adecuados. En este caso, el coeficiente armónico aumenta aproximadamente en un orden de magnitud y el nivel de ruido con un coeficiente de transmisión unitario no será peor que -80 dB. De lo contrario, el regulador se ensambla utilizando piezas ordinarias: resistencias MLT-0,125, condensadores KM de pequeño tamaño. Como regulador R2 se utiliza una resistencia variable dual importada de pequeño tamaño con un valor nominal de 50 kOhm (característica de regulación tipo B). La presencia en el dispositivo de resistencias R3, R4, conectadas en paralelo a la sección superior R2 según el diagrama, permite el uso de una resistencia variable con característica de control lineal (tipo A), sin embargo, en este caso, un salto inicial en volumen es inevitable con un control más suave. Las pruebas experimentales y la escucha subjetiva confirmaron la alta calidad del regulador. La desviación de la respuesta de frecuencia real de las simuladas no superó varios decibelios. El nivel del ruido propio del regulador con ganancia unitaria estaba por debajo del límite de audibilidad. El funcionamiento del regulador se caracteriza por un equilibrio tonal correcto a cualquier volumen, la preservación de los graves "profundos" al volumen mínimo y la ausencia de sobrecarga del UMZCH a niveles de volumen cercanos al máximo. En muchos casos, es posible evitar por completo el uso de un control de tono convencional y utilizar sólo el corrector de graves. Literatura
Autor: A.Pakhomov, Zernograd, región de Rostov
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