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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Ecualizadores de sonido. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Audio Junto con una generalización de la información sobre varios tipos de ecualizadores, el autor brinda varios esquemas de dispositivos multibanda basados en nuevos microcircuitos especializados importados, brinda recomendaciones sobre cómo configurar los dispositivos y configurar sistemas de audio con una unidad de ecualizador. Los equipos de audio y los sistemas de altavoces modernos brindan una reproducción de sonido de alta calidad solo en una sala especialmente equipada diseñada para escuchar música. La mayoría de los locales residenciales, especialmente los pequeños, no son adecuados para este propósito. En cualquier punto de dichos locales, existe un fenómeno como la interferencia (suma con diferentes fases) de ondas sonoras que provienen directamente de sistemas acústicos y se reflejan en paredes, techos, pisos, muebles. Al mismo tiempo, en algunas frecuencias, surgen ondas estacionarias: antinodos y caídas en la intensidad del sonido con una irregularidad de hasta 20 dB. lo que hace necesario ajustar la respuesta de frecuencia del sistema de audio en determinadas bandas de frecuencia. El aislamiento acústico insuficiente de la habitación conduce al hecho de que debe escuchar programas de sonido con un nivel significativamente reducido en relación con el que se forman (alrededor de 90 phon). Como resultado, para mantener el timbre del sonido, es necesario aumentar el nivel de volumen en frecuencias por debajo de 200 y por encima de 5000 Hz. La compensación adecuada, que se ingresa en los controles de volumen, por regla general, es incompleta. La regulación de la respuesta de frecuencia también es necesaria para resolver otros problemas: corregir el sonido de fonogramas de baja calidad y errores de respuesta de frecuencia del equipo, compensar los cambios de audición relacionados con la edad, seleccionar el sonido del timbre al gusto del oyente. Para ajustar la respuesta de frecuencia, se utilizan controles de tono y ecualizadores. Los controles de tono, pasivo y activo, son relativamente simples. En [1] se proporciona información detallada sobre sus esquemas con fórmulas de cálculo. Le permiten cambiar suavemente la respuesta de frecuencia a frecuencias bajas y altas hasta ±14 ... 18 dB en los bordes del rango. La pendiente máxima de respuesta de frecuencia en reguladores reales puede llegar a 4...5 dB por octava. ¿Es mucho o poco? En habitaciones pequeñas, las vibraciones del sonido con frecuencias inferiores a 40 Hz se atenúan mucho, y en la banda de 80 ... 200 Hz, por el contrario, se amplifican un poco. La disminución a frecuencias más bajas puede alcanzar los 10 dB o más. Parecería que el control de tono tiene capacidades suficientes para compensar esta disminución. Pero es fundamentalmente imposible igualar la respuesta de frecuencia en esta área con un simple control de tono. Cuando se eleva el nivel de las frecuencias más bajas, las señales ya sobreestimadas en la banda de 80 ... 200 Hz se amplificarán simultáneamente. La situación solo se puede corregir con un ecualizador, un regulador multibanda que le permite establecer el coeficiente de transferencia requerido en una banda de frecuencia estrecha. Hay ecualizadores manuales y electrónicos. Los primeros, a su vez, se dividen en gráficos, paramétricos y paragráficos. Hasta hace poco, los ecualizadores gráficos (GE) eran los más utilizados. En ellos, el rango de frecuencia de audio se divide en bandas (máximo: 24 bandas en el ecualizador Technics SH-8020). El ajuste del coeficiente de transmisión en bandas individuales se realiza con resistencias variables, por ejemplo, tipo SPZ-23. con un regulador lineal, de modo que la posición de sus controles deslizantes en el panel de ajuste refleje claramente la forma de la respuesta de frecuencia, esto determina el nombre - gráfico. En (2] se consideran varios de estos dispositivos para amplificadores de válvulas y transistores, que tienen cinco o seis bandas de ajuste con frecuencias de 40, 90, 250, 2000, 6000, 15 000 Hz. Los filtros de paso de banda con circuitos LC no han encontrado una amplia aplicación debido a su volumen y la necesidad de apantallamiento. Los ecualizadores modernos usan solo filtros RC pasivos y activos. El dispositivo del HE con filtros de paso de banda activos se considera en detalle en [3]. donde se propone un ecualizador de cinco bandas. Habiendo construido un ecualizador de este tipo, me enfrenté al hecho de que la introducción de la corrección por parte de los reguladores provoca una violación notable del equilibrio estéreo de la imagen de sonido. La razón de este fenómeno fue nombrada en [4]. Para mantener el balance estéreo en cualquier posición de los controles, es necesario que los valores de la frecuencia de resonancia y el factor de calidad del filtro en los canales izquierdo y derecho difieran entre sí en no más del 5 %. Su diferencia con los valores calculados es menos significativa. Para ello, el dispositivo utiliza componentes pasivos con una tolerancia de no más de ± 3%. Es difícil hacer esto en condiciones de aficionados. El problema se resuelve aplicando filtros ensamblados según el esquema que se muestra en la Fig. 1.
El circuito de ajuste de frecuencia en cada uno de ellos está formado por resistencias R2 - R5 y condensadores C1, C2. Las resistencias de corte R1 y R2 le permiten establecer con precisión los valores requeridos del factor de calidad (ancho de banda) y la frecuencia central del filtro. En [4], se da una descripción de un ecualizador de octava de diez bandas ensamblado de acuerdo con este esquema utilizando piezas con una tolerancia de ± 10%. Las configuraciones de filtro en él son iguales a 30, 60, 120, 240, 480, 960, 1920, 3840, 7080, 15360 Hz. El ecualizador resulta engorroso: en la versión estéreo contiene 11 amplificadores operacionales del tipo K157UD2, más de 250 resistencias y condensadores. Pero esta es una tarifa por la capacidad de construir un dispositivo a partir de partes sin selección. La viabilidad de utilizar estos filtros de paso de banda se confirmó en el trabajo detallado sobre el diseño de filtros (5). Afirma que su sensibilidad a la dispersión de los valores de los componentes es de dos a tres veces menor que en los filtros utilizados anteriormente. Los ecualizadores gráficos son muy utilizados en equipos de audio. El ecualizador de cinco bandas del amplificador estéreo Las-pi-005 proporciona un ajuste de respuesta de frecuencia a frecuencias de 40, 250, 100 * 0, 5000, 15 Hz. En el sintonizador doméstico "Corvette-000-stereo" se usa un GE de seis bandas, y en un ecualizador estacionario de la misma marca hay diez bandas con frecuencias de 004; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Hz. En los modernos receptores de radio y amplificadores de frecuencia de audio, los GE se fabrican en microcircuitos especializados que simplifican estos productos. El lado positivo de tales GE es también su bajo costo, que por lo general no supera el dólar. En la fig. Las figuras 2 y 3 muestran los circuitos BA3822LS de ROHM y LS2009 de SGS-Thomson, que forman ecualizadores de cinco y diez bandas. Estos diagramas son muy simples y no necesitan explicaciones.
Ahora, sobre ecualizadores paramétricos (PE). Se diferencian de los gráficos en menos franjas y temas. que el oyente puede cambiar las frecuencias centrales de las bandas y su ancho (factor de calidad del filtro). Las versiones de tres a cinco bandas de estos dispositivos permiten un ajuste eficiente de la respuesta de frecuencia con medios simples, con resultados alcanzables en HE con 8-11 bandas. Pero en cada tira de PE se requieren dos elementos reguladores y dos controles. Los métodos para implementar dispositivos paramétricos basados en controles de tono pasivos con frecuencias variables de los puntos de inflexión de la respuesta en frecuencia se indican en [1]. El primer ejemplo de un controlador de dos bandas de este tipo se describe en [6]. El esquema y la descripción detallada con fórmulas para calcular un PE de cinco bandas se dan en (7). Según el autor, tiene amplias oportunidades. La sintonización de frecuencia en los filtros de paso de banda se proporciona en los intervalos 19...60...185; 62...190...600: 190...600...1850; 620...1900...6000; 1900...6000...18 Hz. aquellos. dos filtros por década de frecuencia, y cada filtro también cubre una década. Las resistencias fijas y los condensadores deben tener una tolerancia de al menos ± 500 %. Como inconveniente de este circuito, cabe señalar la necesidad de utilizar resistencias variables cuádruples para establecer la frecuencia de los filtros. El factor de calidad de los filtros varía entre 5...0,5. Los ecualizadores paragráficos no difieren de los ecualizadores paramétricos en términos de diseño de circuito. Solo usan el lado exterior del GE, una representación visual de la respuesta de frecuencia. Hay otra clase de ecualizadores: electrónicos, que le permiten configurar una de varias respuestas de frecuencia preformadas. Ya se han desarrollado formas de tales características para escuchar programas sonoros de diversa naturaleza y géneros musicales. Sony, por ejemplo, utiliza la siguiente configuración de respuesta de frecuencia fija en sus productos:
La práctica muestra que la mayoría de los propietarios de equipos de audio eligen tales configuraciones para los controles de tono y los ecualizadores gráficos. Para implementar este conjunto de configuraciones de respuesta de frecuencia fija, se han lanzado una serie de microcircuitos especializados. En particular, estos son M62412P de Mitsubishi y BA3842F SMD de ROHM. En ellos, la conmutación de las opciones de respuesta de frecuencia se realiza aplicando voltajes de diferentes niveles a las entradas del microcircuito. En cada uno de los canales estéreo del M62412P, las formas de respuesta de frecuencia se pueden ajustar por separado. El chip SMD BA3842F (la Fig. 4 muestra un diagrama de su inclusión) tiene una unidad de refuerzo de baja frecuencia. Se seleccionan mediante un filtro especial y, después de una amplificación adicional, se agregan a la señal procesada. Hay tres niveles de este ajuste. Las resistencias R9, R10 están sujetas a selección para obtener los voltajes indicados en el diagrama.
También se están produciendo microcircuitos más complejos, que le permiten seleccionar hasta 15 configuraciones de respuesta de frecuencia fija, como en el centro de música Sony MHC RX110AV. Otros tipos de dispositivos de este tipo brindan al oyente la oportunidad de formar de tres a cinco configuraciones de respuesta de frecuencia personalizadas junto con las fijas elegidas durante el diseño del microcircuito. Pero todos esos dispositivos están controlados por un microcontrolador especial. Un ejemplo es el chip TEA6360 de Philips. El número de componentes externos es mínimo, no hay resistencias variables. Estrictamente hablando, un ecualizador con dicho microcircuito puede llamarse gráfico solo si, cuando se ajusta, la forma de la respuesta de frecuencia se muestra en la pantalla. El software de microcontrolador apropiado y los nuevos indicadores ergonómicos brindan tales oportunidades. Debido a que el diagrama de cableado para el chip TEA6360 se muestra con errores en algunas publicaciones, en la Fig. 5 muestra su versión correcta.
Considere otras características técnicas de los ecualizadores. ancho de banda en ellos. como regla, es igual a 20 ... 20 Hz. Este parámetro para equipos de audio suele indicarse simultáneamente con el valor del desnivel del coeficiente de transferencia en una banda dada, pero en relación al ecualizador, tal característica parece redundante. El nivel de la señal de entrada es de 000 ... 0,2 V y rara vez supera los 0,5 V estándar. El coeficiente de distorsión no lineal es inferior al 0,8%. El coeficiente de transmisión en la posición media de los reguladores está cerca de la unidad. Los límites de su ajuste suelen ser de ±11 dB. aunque en la literatura hay descripciones de diseños de ecualizadores con límites de ajuste de ±15 ... 24 dB (uno de ellos indicaba la posibilidad de ampliar este rango a ±40 dB). Con cualquier cambio de ganancia en cualquier banda de frecuencia, el ecualizador redistribuye la energía de la señal de entrada de una nueva forma, amplificando o atenuando la intensidad de sus armónicos con frecuencias dentro de la banda ajustable. Esto quiere decir que a su salida hay una señal con una composición armónica diferente a la de entrada. Cualquier desviación de los reguladores de la posición media conduce a la aparición de distorsiones de fase, cuya visibilidad aumenta con la profundidad de la corrección del coeficiente de transmisión y el aumento del rango de frecuencia de regulación. La aparición de tales distorsiones en la señal que ha pasado por el ecualizador es un pago por la posibilidad de un ajuste más profundo de la respuesta de frecuencia. Se cree ampliamente que cuando la ganancia en las bandas se cambia en no más de ±4 ... 6 dB, las distorsiones resultantes son bastante aceptables y casi imperceptibles incluso para una persona con oído musical. También son aceptables cambios significativos en una o dos bandas de un ecualizador de 10 a 12 bandas. Pero un uso más amplio de sus capacidades provoca la aparición de notables crujidos, zumbidos y sobretonos espasmódicos. En equipos estacionarios portátiles y de baja calidad, los controles de tono pasivos de dos vías con puntos de inflexión de respuesta de frecuencia fija ahora son los más comunes. descrito en [1], o HE de tres y cuatro bandas. Las capacidades de estos dispositivos son cercanas, pero los ecualizadores son preferibles debido a la mayor visibilidad de la forma de la respuesta de frecuencia. Las bajas características de los equipos de esta clase permiten utilizar todo el rango de ajuste del nivel de transmisión en las bandas sin mucho daño a la calidad de reproducción del sonido. En equipos de alta gama se utilizan ecualizadores con cinco o más bandas de ajuste. En vista de lo anterior, el rango operativo de regulación no debe exceder de ± 4 ... 6 dB. Una adición indispensable a dicho ecualizador es un analizador de espectro de señal de salida. Muchas fuentes cuestionan la conveniencia de usar un ecualizador en sistemas de gama alta (Hi-End). Detengámonos en los métodos para establecer la respuesta de frecuencia, que prácticamente no están cubiertos en la literatura, aunque son relativamente complejos. Un ecualizador debe corregir dos tipos de deficiencias: las permanentes (bajo nivel de volumen, defectos en la respuesta de frecuencia del equipo, los sistemas acústicos y las salas), así como las que surgen rápidamente: corrección de fonogramas de baja calidad, selección del color de sonido deseado. Hay diferentes formas de solucionarlos. Rara vez se requiere la corrección de errores de respuesta de frecuencia: al instalar un sistema de audio en una habitación, después de haberlo reparado o después de cambiar el interior de la habitación. Se recomienda comenzar aclarando la ubicación de instalación del sistema acústico para que, sin violar el tamaño de la zona de manifestación del efecto estéreo, se minimice la intensidad de las ondas estacionarias en la sala, que se manifiesta en la irregularidad del campo sonoro a bajas frecuencias. Para hacer esto, debe intentar mover los altavoces a otra ubicación o girarlos en relación con el oyente. Pequeños cambios en la disposición de los muebles, espejos móviles, pinturas, fotografías pueden hacer cambios significativos en la distribución del campo sonoro. Los controles del ecualizador en esta etapa están en la posición media. El campo de sonido (especialmente para las frecuencias más bajas) debe ser difuso, es decir, su intensidad en todos los puntos de la habitación debe ser la misma o disminuir uniformemente con la distancia a los emisores de sonido. En la práctica, uno solo puede acercarse a este ideal dentro del área en la que se observa el efecto estéreo y se ubican los oyentes. Puede ser necesario utilizar emisores de sonido adicionales para esto. Luego, en las frecuencias donde no se logra la uniformidad del campo sonoro, se corrige ajustando el ecualizador. Para realizar esta corrección se requiere un equipo de medición: un generador de ruido, un micrófono con respuesta de frecuencia conocida para presión sonora, un analizador de espectro. Los ecualizadores de clase alta fabricados por empresas extranjeras líderes están equipados con dicho equipo para su ajuste. Si el equipo especificado no está disponible, se reemplazará por un generador de sonido y un micrófono con un milivoltímetro. Finalmente, puede usar un casete con una cinta magnética de medición y determinar la ubicación de los puntos de máxima (mínima) presión de sonido de oído. La posición resultante de los controles del ecualizador (sus controles deslizantes deben estar dispuestos en una curva suave) debe considerarse cero para este sistema de audio en esta sala. No está mal si está marcado de alguna manera en el panel de ajuste. Esto le permitirá volver fácilmente a él después de cualquier cambio en la respuesta de frecuencia. El ajuste operativo debe hacerse solo por un tiempo, para obtener algún sonido especial de una pieza musical en particular, y al final del mismo, volver a la posición original de los controles. En este sentido, la mejor solución al problema de ajustar el timbre del sonido es la situación en la que el sistema de audio tiene dos ecualizadores: uno, para mejorar las propiedades acústicas del equipo y la sala, y el segundo, para ajustar rápidamente el timbre de la música que se escucha. Como el primero, es racional instalar un GE de octava de 10 - 12 bandas o un PE de cinco bandas. La gran cantidad de órganos de ajuste que tienen es una bendición, porque te permite ajustar la respuesta de frecuencia. Como segundo, es mejor elegir un dispositivo más simple: electrónico con configuraciones fijas o un GE de cinco bandas. Una forma más elegante de resolver este problema sería usar un ecualizador electrónico que genere una variedad de configuraciones de respuesta de frecuencia personalizadas. Cada uno de ellos debe ralizar la corrección de las propiedades acústicas del equipo y de la sala, y además imponer a esta corrección uno de los efectos sonoros mencionados anteriormente. En general, se acepta que en la mayoría de los casos, el HE se ajusta a ciegas, mediante una enumeración aleatoria de los ajustes del regulador, y normalmente no se logra su mejor posición. Esto se aplica aún más a PE Este trabajo puede facilitarse, hacerse consciente solo con la ayuda de un analizador de espectro incorporado, un dispositivo para medir y mostrar niveles de señal en varias bandas de frecuencia. Incluido en la ruta de audio, le permite controlar la distribución de frecuencias de la energía de la señal de entrada y controlar objetivamente este proceso para lograr un sonido óptimo. Literatura
Autor: V.Brylov, Moscú
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Comentarios sobre el artículo: Vladimir ¡Gracias! Una ayuda muy detallada y visual, incluso para principiantes con mayor o menor comprensión en el sonido.
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