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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Controle de volume altamente compensado com correção ativa de graves. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Áudio O artigo descreve um controle de volume com volume e correção ativa de graves. O dispositivo permite selecionar a profundidade de correção de resposta de frequência necessária de acordo com as condições acústicas da sala e a sensibilidade de um determinado sistema de alto-falantes. Sabe-se que, com a diminuição do nível médio de volume, a sensibilidade do ouvido humano cai ao máximo para as frequências mais baixas (LF) do espectro sonoro. Para compensar essa característica fisiológica da audição, os equipamentos de reprodução de som requerem um reforço corretivo de graves: no volume mínimo (dependendo do nível de ruído na sala), deve atingir 25 ... 40 dB em uma frequência de 50 Hz em relação a um frequência de 2 kHz. Além disso, de acordo com as curvas de volume iguais, a inclinação do aumento deve aumentar à medida que a frequência diminui: 6 dB por oitava começando em 250 Hz e 12 dB por oitava abaixo de 100 Hz [1]. A maioria dos circuitos conhecidos de controles de volume de compensação fina (TKRG), com a possível exceção dos mais complexos que não encontraram ampla aplicação, não fornecem a lei e a profundidade de correção necessárias. No TKRG mais comum com um resistor variável com derivação (ou sem derivações) [2], a profundidade da correção LF não é superior a 15 dB e sua inclinação diminui em frequências abaixo de 100 Hz. Para um exemplo na fig. 1 mostra a resposta de frequência típica de um TKRG passivo em um resistor variável sem derivações [2]. Pode-se observar que o aumento corretivo na frequência de 50 Hz com ganho do regulador de -40 dB é de 13 dB, a inclinação abaixo de 100 Hz não ultrapassa 3 dB por oitava, o que é totalmente insuficiente. Características semelhantes também têm TKRG em um resistor com um toque.
Em operação, esses controles criam um efeito desagradável: quando o volume é reduzido, a profundidade do som é perdida e surge uma tendência a "resmungar". As tentativas de aumentar o grau de correção nas frequências mais baixas adicionando um circuito RC à interrupção no fio comum de um resistor variável levam a um estreitamento da faixa de controle de volume. O volume neste caso não diminui para zero, o que é muito inconveniente na prática. Outra desvantagem dos dispositivos mencionados é a alteração incorreta na correção conforme o volume é ajustado. Uma correção perceptível da resposta de frequência geralmente ocorre na posição intermediária do regulador, quando o volume real (sensibilidade) ainda é alto. Como resultado, o equilíbrio tonal é perturbado na área usada com mais frequência do volume médio do som. Infelizmente, todas as deficiências listadas também são características do TKRG eletrônico, feito em microcircuitos especializados. Na fig. A Figura 2 mostra a resposta de frequência de um regulador Toshiba TS9235 muito complexo, que possui baixo nível de ruído (menos de 2 μV) e distorção não linear (menos de 0,01%), controle de volume digital de vários estágios, controle de botão de pressão conveniente , etc. [3]. Com tudo isso, o regulador fornece uma correção fina não melhor do que o já considerado TKRG.
Em dispositivos de reprodução de som de consumo, a faixa de frequência abaixo de 100 Hz é considerada "problemática" também para os links finais do caminho. Portanto, um sistema acústico de pequeno porte raramente tem uma frequência de corte inferior a 50...60 Hz em um nível de -3 dB. Normalmente, a queda de pressão sonora já começa na frequência de 100 Hz. Às vezes, equalizadores de alta qualidade ou equalizadores de graves especiais baseados em filtros de alta ordem são usados para compensá-lo. Mas, ao mesmo tempo, é preciso levar em consideração a capacidade limitada de sobrecarga do UMZCH em baixas frequências e reduzir o grau de correção ao mesmo tempo em que aumenta o volume. A aplicação de sinais abaixo da frequência de ressonância às cabeças dinâmicas apenas leva a um aumento da distorção. Atualmente, existem corretores automáticos de graves especiais (X-Bass, etc.), que formam dinamicamente a resposta de frequência, levando em consideração todos os fatores acima. Mas na maioria das vezes são desenvolvimentos "proprietários" fechados feitos em microcircuitos especializados sem marcação [4]. O dispositivo proposto resolve esses problemas de maneira mais simples. Durante seu desenvolvimento, foram utilizadas novas soluções de circuitos, obtidas por simulação computacional em Micro-Cap 7.1.0, seguidas de testes em breadboard. Como resultado, foi possível criar um dispositivo simples que combina com sucesso o próprio TKRG com um corretor de graves, que "finaliza" a resposta de frequência na faixa de frequência inferior a 100 Hz e regula seu curso dependendo da posição do volume ao controle. O diagrama esquemático do dispositivo (um canal) é mostrado na fig. 3. Consiste em um TKRG passivo e um corretor de graves ativo montado em um chip DA1.As duas partes são combinadas em um único todo para que as desvantagens do regulador passivo sejam eliminadas pela parte ativa do dispositivo.
O TKRG passivo é feito nos elementos R1-R4, C1, C2 de acordo com o esquema conhecido (ver Fig. 1) em uma versão simplificada. O filtro R3R4C1C2 reduz os médios dependendo da posição do controle deslizante R2. Os parâmetros do filtro são escolhidos para fornecer o máximo de aumento de graves possível. A correção de RF não apresenta nenhum problema e é definida pela capacitância do capacitor C1. Da saída do TKRG passivo, através do circuito C3R6, o sinal é alimentado para a entrada inversora do amplificador operacional DA1.1, que amplifica o sinal (até 14 dB) e forma a resposta de frequência por dois circuitos OOS. O primeiro - através do resistor R5, os elementos do TKRG, incluindo o controle de volume R2 e o circuito de entrada C3.R6; o segundo - através do link em forma de T R7 - R10 e o chip DA1.2 com elementos relacionados. Um girador é montado no chip DA1.2, imitando um indutor. Juntamente com o capacitor C5, forma um circuito oscilatório com frequência de ressonância de 45 ... 50 Hz. Nesta frequência, o sinal OOS é atenuado ao máximo e forma-se um pico da resposta de frequência do OA DA1.1. Nesse caso, a inclinação da resposta de frequência abaixo de 100 Hz atinge 10 dB por oitava e o aumento total (ajustável) em uma frequência de 45 Hz é de +27 dB em relação a uma frequência de 2 kHz com o controle de volume definido como - 41 dB (Fig. 4). Esses parâmetros estão próximos dos valores exigidos de características de sonoridade iguais.
A limitação da amplitude dos sinais com frequências abaixo do AC ressonante é formada no dispositivo devido à inclinação natural da curva ressonante do analógico do circuito LC em DA1.2 e dois HPFs: C3R6 e C6Rin, onde Rbx é o impedância de entrada da cascata seguindo o regulador. Para este regulador, a resistência de carga equivalente é assumida como 100 kOhm, para outra resistência de entrada, a capacitância C6 deve ser recalculada para que a constante de tempo C6Rbx não mude. O segundo OOS - através do resistor R5 - também é dependente da frequência, pois inclui um filtro formado pelos resistores R3, R5 e o capacitor C2. Tal FOS compensador foi proposto pelo autor no artigo [5], onde o princípio de seu funcionamento é descrito em detalhes. O resultado é reduzido a um endireitamento adicional do ramo de baixa frequência da resposta de frequência à medida que o volume aumenta. Assim, a correção necessária é alcançada ao passar do volume baixo para o médio (Fig. 4), e não do médio para o alto (ver Fig. 1,2). Além disso, ao escolher a profundidade de feedback apropriada, você pode eliminar a sobrecarga do UMZCH em níveis de volume próximos ao máximo, semelhantes aos equalizadores dinâmicos de graves. A eficácia do feedback através do resistor R5 é ilustrada pela resposta de frequência simulada (Fig. 5).
As curvas são calculadas para a versão com realimentação negativa (R5 = 12 kΩ) e sem ela (R5 = 1 MΩ). Como pode ser visto nos gráficos, o OOS atua seletivamente e apenas as baixas frequências são enfraquecidas. Com o controle de volume ajustado para -20 dB, a atenuação é pequena - cerca de 7 dB, e no ganho máximo chega a 26 dB. Ao mesmo tempo, o OOS suaviza completamente o pico de correção de graves, alinhando a resposta de frequência. Sem isso, o UMZCH já estaria sobrecarregado na posição intermediária do TKRG e seria necessário realizar manipulações manuais com o controle de tom baixo. Na posição correta de acordo com o diagrama do controle deslizante do resistor R9 e do resistor superior R13, o regulador, com as classificações indicadas no diagrama, possui as características mostradas na fig. 4. No entanto, é possível uma ampla variação no tipo de resposta de frequência: com um resistor de ajuste R9, você pode ajustar a profundidade da correção de graves na faixa de 0 ... + 6 dB (Fig. 6).
O alcance é indicado em um volume de som médio; quando diminui, aumenta, quando aumenta, diminui, ou seja, o dispositivo ajusta de forma adaptativa a profundidade de ajuste de acordo com curvas de sonoridade iguais e capacidades de sobrecarga UMZCH. Se desejado, o resistor variável R9 pode ser trazido para o painel frontal e usado como um controle de tom baixo. Sua vantagem reside no fato de que, ao contrário das pontes e outros controles RC, ele regula os graves, e não toda a faixa de frequência até 1000 Hz. Para mudanças de tom suaves, você precisa de um resistor variável com uma curva de controle tipo B. A alta qualidade do regulador como um todo se deve ao OOS profundo, à ausência de capacitores de óxido e ao uso do microcircuito TL074. Seus quatro amplificadores operacionais são caracterizados por harmônicos extremamente baixos (Kg - 0,003%) e bom desempenho de ruído. Graças a isso, o aparelho pode ser utilizado como pré-amplificador com ganho de até 14 dB, suficiente, por exemplo, para compensar perdas em um controle de tom passivo. Caso contrário, o ganho pode ser reduzido para um ou menos com um resistor de ajuste R13, que reduzirá proporcionalmente o nível de ruído. Como em todos os TKRGs, a precisão do volume depende do ganho do caminho de áudio. Pode ser ajustado pelo mencionado resistor de sintonia R13 ou outros disponíveis no caminho. Só é necessário levar em consideração a distribuição do ganho e as propriedades de ruído dos links de caminho. Ao alterar o nível do sinal, selecionando o resistor R5, o equilíbrio tonal é mantido em toda a faixa de controle de volume. Se o UMZCH estiver sobrecarregado no volume máximo, o valor do resistor R5 deve ser reduzido de acordo com a sensação subjetiva do conteúdo dos graves e sua distorção. Outras opções de ajuste incluem mudar o pico de correção de graves ressonantes selecionando os resistores R11, R12 para um alto-falante específico. A profundidade dos graves é controlada pelo resistor R9 conforme descrito acima. Nos caminhos da mais alta qualidade, a substituição do amplificador operacional TL074 é possível pelo NE5534A. No entanto, em casos mais simples, é perfeitamente possível usar o K157UD2A OU com os circuitos de correção apropriados. Nesse caso, o coeficiente harmônico aumenta em cerca de uma ordem de magnitude e o nível de ruído intrínseco em um coeficiente de transmissão da unidade não será pior que -80 dB. Caso contrário, o regulador é montado em peças comuns: resistores MLT-0,125, capacitores KM de tamanho pequeno. Como regulador R2, é usado um resistor variável duplo de tamanho pequeno importado com um valor nominal de 50 kOhm (característica de regulação tipo B). A presença no dispositivo dos resistores R3, R4, conectados em paralelo com a seção superior R2 de acordo com o esquema, permite o uso de um resistor variável com característica de controle linear (tipo A), porém, neste caso, o salto inicial em volume é inevitável com uma regulação mais suave. A verificação experimental e a audição subjetiva confirmaram a alta qualidade do regulador. O desvio do AFC real dos simulados não excedeu alguns decibéis. O próprio nível de ruído do regulador no ganho de unidade ficou abaixo do limite de audibilidade. A operação do regulador é caracterizada pelo equilíbrio tonal correto em qualquer volume, a preservação dos graves "profundos" no volume mínimo e a ausência de sobrecarga do UMZCH em níveis de volume próximos ao máximo. Em muitos casos, é possível renunciar totalmente ao uso do controle de tom convencional e usar apenas o equalizador de graves. Literatura
Autor: A.Pakhomov, Zernograd, região de Rostov
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