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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Hi-Fi y control de volumen. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Amplificadores de potencia de transistores Quizás comenzaré con una cita: "La tarea de regular el nivel de la señal - en otras palabras, el "sonoridad" - es uno de los problemas más difíciles en los circuitos de los equipos de audio" [1]. Aquí el autor, simplificando enormemente el problema, equipara conceptos como "nivel de señal" y "sonoridad" y luego describe su control de nivel. El nivel de señal es un concepto del campo de los circuitos para amplificadores de frecuencias de audio (y no solo). Aquí se utilizan los términos "control de nivel" o "control de ganancia". Y la sonoridad es un concepto del campo de la acústica fisiológica, donde se utilizan "sonoridad", "nivel de sonoridad", etc. [2]. El concepto de "sonoridad" es mucho más complicado que el término "nivel de señal", utilizado por ingenieros de audio e ingenieros de sonido y que denota la cantidad de voltaje (en voltios o decibeles) en diferentes puntos de la ruta de amplificación del sonido. Los controles de nivel, a diferencia de los controles de volumen, son dispositivos independientes de la frecuencia. Incluso existe un "control de volumen ligeramente compensado" (¡huele a tautología!), Que denota un control que tiene en cuenta las propiedades de la audición. Cabe mencionar el término "control fisiológico del volumen", similar al que acabamos de nombrar. Sin duda, los controles de volumen en los equipos Hi-Fi suelen estar ligeramente compensados o ser fisiológicos. No consideraremos equipos de "gama alta" (Hi-End), ya que allí se cumplen cualquier capricho de los snobs por mucho dinero. ¡El lujo es imprescindible! Se sabe que la sensibilidad del oído humano depende de la frecuencia [3] y, por lo tanto, el mismo volumen de sonido percibido en diferentes frecuencias corresponde a diferentes niveles de presión sonora. Gráficamente, esta dependencia se ilustra mediante "curvas de igual volumen" (Fig. 1). Para garantizar una reproducción de alta calidad de un programa de sonido en particular, es necesario, centrándose en curvas de volumen iguales, compensar las diferencias correspondientes en la sensibilidad auditiva. Esta tarea está diseñada para realizar controles de volumen ligeramente compensados [2].
Sin embargo, diseñar un regulador de este tipo no es nada fácil. La cuestión es que la forma de las curvas de igual volumen es ambigua. Depende de varios factores, en particular, de las propiedades acústicas de la sala de escucha, de la presencia de ruidos enmascarantes, de las características auditivas del oyente, etc. Como resultado, el tono del control de volumen compensado, necesario en un caso u otro, también resulta ambiguo. Y, sin embargo, según los oyentes, se pueden obtener buenos resultados si utilizamos curvas estándar de igual intensidad de tonos puros para una onda sonora plana. Pero es necesario ajustarlos, guiándose por las consideraciones siguientes. Al escuchar programas de música, el nivel de volumen no suele exceder los 90 phon y el oyente puede reducirlo al umbral de audición o al nivel de ruido de la habitación. Para ser más precisos, tomamos el rango de control de volumen en frecuencias de 1...2 kHz iguales a 80 dB. Supondremos que la respuesta de frecuencia del regulador es lineal y que el programa musical está equilibrado en términos de timbre en la posición del regulador correspondiente al volumen máximo (80 phon). La transición de este nivel de volumen a otro, por ejemplo, 60 phon, requiere la corrección de la respuesta de frecuencia del regulador. Para obtener la dependencia corregida en la Fig. 1, trazamos una línea horizontal que pasa por la división de 80 dB en el eje L (mostrado por una línea de puntos). Luego medimos las distancias desde esta línea recta hasta varios puntos que se encuentran en la curva de igual sonoridad 80 von. Además, estas distancias se establecen desde los puntos correspondientes de la curva de igual sonoridad 60 von. A través de las nuevas coordenadas obtenidas de esta forma, trazamos una curva que será la respuesta en frecuencia ajustada del regulador en una posición correspondiente a un nivel de volumen de 60 phon. De manera similar, en relación con la curva de igual volumen 80 phon. las respuestas de frecuencia corregidas se construyen a niveles de volumen de 40 y 20 (0) de fondo, y se obtiene la familia de respuestas de frecuencia del control de volumen requerida para la sonoridad correcta. En el rango de volumen de 3 dB, se muestra en la Fig. 80 (líneas continuas y gruesas).
Ahora es necesario construir un control de volumen ligeramente compensado cuya familia de respuesta de frecuencia se acerque lo mejor posible a la requerida. En el rango de frecuencia por debajo de 2 kHz, la curva correspondiente a la ganancia mínima puede aproximarse mediante la respuesta de frecuencia de un circuito RC. se muestra en la Fig.3a. Esta característica a la izquierda de la frecuencia de inflexión f1 (Fig. 3b) tiene una pendiente de 6 dB por octava. Si la resistencia R2 de este circuito se hace variable y su resistencia mínima se elige mucho menor que R1. luego, al ajustar la resistencia R2, además de cambiar el coeficiente de transmisión del circuito, también cambiará la frecuencia de inflexión de su respuesta de frecuencia. Como puede verse en la Fig. 2, teniendo en cuenta la aproximación dentro de 3 dB, la frecuencia de inflexión debe moverse a lo largo de la línea BT durante la regulación para proporcionar el volumen deseado. El rango de cambio de resistencia R2 en este caso no puede ser superior a 100, ya que fa / fv<100. Por otro lado, la ganancia Kp del regulador a una frecuencia de 2 kHz, como se puede ver en la Fig. 2 y como se mencionó anteriormente, debería cambiar en 80 dB (en un factor de 10000). La resistencia R2 debería cambiar en la misma cantidad.
Es bastante obvio que al cambiar la resistencia de una sola resistencia R2, no será posible lograr tal cambio en la frecuencia de inflexión y cambio en el coeficiente de transferencia. Sin embargo, aumentando el número de circuitos RC conectados en serie y al mismo tiempo reduciendo los límites de ajuste de la resistencia R2 en cada uno de ellos. este problema se puede solucionar. Ya dos circuitos RC de este tipo (la constante de tiempo del segundo circuito debería ser 20...40 veces mayor que la del primero) permiten obtener un resultado bastante aceptable: la desviación de las curvas de la familia de respuesta de frecuencia real (discontinua líneas en la Fig. 2) de la requerida (línea continua) no excede los 3 dB. En frecuencias superiores a 2 kHz, una disminución del volumen de 80 a 60 phon va acompañada de la aparición de una inflexión en la curva de 60 phon a una frecuencia de 5 kHz con una pendiente de 3 dB por octava. Con una disminución adicional del volumen hasta el umbral de sensación auditiva (fondo de nivel 3), la frecuencia de inflexión cambia de 5 a 3 kHz, mientras que la pendiente de las curvas prácticamente no cambia. En este rango de frecuencia, el fondo de la curva 3 se puede aproximar mediante la respuesta de frecuencia del circuito RC que se muestra en la Fig. 4a. Los valores de las resistencias R1 y R2 son los mismos que en el circuito RC. se muestra en la Fig.3a. Un cambio en la resistencia R2 no conduce a un cambio en la frecuencia de inflexión f2 (Fig. 4b).
Para que el aumento de volumen de 60 a 80 phon no vaya acompañado de un aumento de frecuencias de audio más altas, el circuito RC debe proporcionar compensación de frecuencia al coeficiente de transmisión máximo, lo que se puede lograr derivando la resistencia R2 con un condensador C2. de tal capacitancia que las constantes de tiempo T2 = R1C1 y x3 serían iguales =R2-C2. En este caso, la disminución de la resistencia R2, necesaria para el control del volumen, irá acompañada de una disminución de la constante de tiempo T3 y un cambio en la frecuencia de corte del circuito RC (f3=1/2nR2-C2) a una frecuencia más alta. región, mientras que la frecuencia de inflexión f2 permanecerá sin cambios, lo que asegurará la correspondencia requerida. Respuesta de frecuencia del circuito RC con curvas de sonoridad iguales en el rango de frecuencia por encima de 2 kHz. En la Fig. 5 [4, 5] se muestra un ejemplo de la implementación práctica de un control de volumen ligeramente compensado. Las resistencias de las resistencias y condensadores incluidos en él se pueden calcular mediante las siguientes relaciones:
Para evitar derivar el circuito R5-C5. el amplificador AF conectado a la salida del regulador debe tener una impedancia de entrada grande y una capacitancia de entrada pequeña. En particular, se puede realizar de acuerdo con el circuito seguidor de voltaje en el amplificador operacional con transistores de efecto de campo en la entrada. La impedancia de salida del amplificador conectado antes del regulador debe ser 20 veces menor que la resistencia R2. Las resistencias variables del control de volumen ligeramente compensado deben duplicarse. En nuestro caso, sus funciones las realizan los fotorresistores R4, R5 y la resistencia R10 sirve como órgano de ajuste. cambio de corriente a través de una lámpara incandescente HL1. Los fotorresistores SFZ-1 utilizados en el control de volumen tienen alta velocidad (constante de tiempo - menos de 0,06 s) y el rango necesario de cambio de resistencia. Lámpara incandescente (subminiatura) - NSM (6,3 Vx20 mA). la corriente que lo atraviesa varía entre 6 ... 18 mA. Los fotorresistores se colocan cerca de la lámpara incandescente y todo el regulador se coloca en una pantalla de metal opaca. La Figura 5 muestra un control de dos canales para un amplificador estéreo. En él, es necesario seleccionar fotorresistores en pares en diferentes canales para que cuando cambien en el rango de 104 a 106 ohmios, sus resistencias difieran en no más del 20%. De lo contrario, el desequilibrio de canales se notará cuando se cambie el volumen. El equilibrio estéreo se ajusta mediante la resistencia R9 dentro de ±6 dB. Los condensadores C7, CB eliminan los crujidos y crujidos creados por resistencias variables. La resistencia variable R10 debe tener una característica de regulación lineal. Resistencias fijas: con una desviación de resistencia del valor nominal de no más de ± 5%. Condensadores C1. C4, C5 - papel MBM, el resto - cerámica. La capacitancia del condensador C6 depende de la capacitancia de la instalación y de la capacitancia de entrada del amplificador conectado a la salida del control de volumen. Las lámparas incandescentes deben funcionar con una fuente de energía estabilizada. Ajustar el regulador se reduce a garantizar la linealidad de la respuesta de frecuencia en Kn = 0 dB (seleccionando C6) y verificar la identidad de su familia de respuesta de frecuencia en diferentes canales del amplificador estéreo a diferentes niveles de volumen. Otro ejemplo de regulador se muestra en la Figura 6. Utiliza resistencias variables duales con una dependencia lineal de la resistencia del ángulo de rotación del eje (grupo "A"). Para un regulador estéreo, necesita usar dos resistencias variables duales. Esta solución no causa ningún problema particular con el ajuste del equilibrio, si se aplican escalas de nivel de volumen al panel donde están instaladas ambas resistencias.
El intento de utilizar una resistencia cuádruple tropieza con grandes dificultades; En primer lugar, es un "pájaro" muy raro en nuestra zona, en segundo lugar, sus resistencias tienen grandes variaciones de resistencia y, en tercer lugar, se requiere adicionalmente un regulador de equilibrio, lo que no simplifica todo el diseño. Las diferencias en las resistencias de las resistencias duales son bastante aceptables para este circuito. Si las resistencias duales tienen una resistencia diferente, entonces las capacitancias de los capacitores deben recalcularse de acuerdo con las relaciones dadas. Las resistencias R3 y R5 sirven para detener el aumento de bajas frecuencias fuera del rango de audio. Con los controles deslizantes de resistencias variables en la posición superior, la ganancia del regulador es -6 dB. El rango de ajuste a una frecuencia de 2 kHz es de 80 ... 85 dB. Desviación del AMX requerido: no más de ±2 dB. si la resistencia de carga del regulador es superior a 1 MΩ y la capacitancia de carga es inferior a 50 pF. Condensadores C1. C3. C5 - película, el resto - mica. Ajuste del regulador: ¡sí, sin ajuste! Y finalmente diré que si escuchas solo música alta, entonces basta con tener un control de nivel con un rango de control de 10 ... 15 dB. Pero si quieres sentir el encanto de la música tranquila, como si viniera del parque más cercano, entonces construye este control de volumen, ¡no te arrepentirás! Literatura
Autor: I. Pugachev, Minsk
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Comentarios sobre el artículo: Boris En el texto según las figuras 4 y 5 hay imprecisiones en la notación y los valores indicados de resistencias y constantes de tiempo.
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