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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Hi-Fi e controle de volume. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Amplificadores de potência a transistor Vou começar, talvez, com uma citação: "A tarefa de regular o nível do sinal - ou seja, "loudness" - é um dos problemas mais difíceis no circuito dos equipamentos de áudio" [1]. Aqui, o autor, simplificando muito o problema, iguala conceitos como "nível de sinal" e "volume" e, em seguida, descreve seu controle de nível. O nível de sinal é um conceito da área de circuitos para amplificadores de frequências de áudio (e não só). Os termos "controle de nível" ou "controle de ganho" são usados aqui. E loudness é um conceito do campo da acústica fisiológica, onde "loudness", "loudness level", etc. estão em uso [2]. O conceito de "loudness" é muito mais complicado do que o termo "nível de sinal", usado por engenheiros de áudio e engenheiros de som e denotando a quantidade de voltagem (em volts ou decibéis) em diferentes pontos no caminho de amplificação do som. Os controles de nível, ao contrário dos controles de volume, são dispositivos independentes de frequência. Existe até um "controle de volume levemente compensado" (cheira como uma tautologia!), Denotando um controle que leva em consideração as propriedades da audição. Vale citar o termo "controle de volume fisiológico", semelhante ao que acabamos de citar. Sem dúvida, os controles de volume nos equipamentos Hi-Fi são, via de regra, pouco compensados ou fisiológicos. Não vamos considerar o equipamento do "high end" (Hi-End), pois ali todos os caprichos dos esnobes são cumpridos por muito dinheiro. O luxo é obrigatório! Sabe-se que a sensibilidade do ouvido humano depende da frequência [3] e, portanto, o volume do som igualmente percebido em diferentes frequências corresponde a diferentes níveis de pressão sonora. Graficamente, essa dependência é ilustrada por "curvas de intensidade igual" (Fig. 1). Para garantir a reprodução de alta qualidade de um determinado programa de som, é necessário, com foco em curvas de sonoridade iguais, compensar as diferenças correspondentes na sensibilidade auditiva. Esta tarefa foi projetada para executar controles de volume compensados finamente [2].
No entanto, projetar tal regulador está longe de ser fácil. O ponto é que a forma das curvas de intensidade igual é ambígua. Depende de vários fatores, em particular, das propriedades acústicas da sala de audição, da presença de ruídos de mascaramento, das características da audição do ouvinte, etc. Como resultado, o tom do controle de volume compensado, necessário em um caso ou outro, também é ambíguo. E ainda, de acordo com os ouvintes, bons resultados podem ser obtidos se usarmos curvas padrão de volume igual de tons puros para uma onda sonora plana. Mas eles precisam ser ajustados, guiados pelas considerações abaixo. Ao ouvir programas de música, o nível de volume geralmente não excede 90 phon e pode ser reduzido pelo ouvinte ao limiar de audição ou ao nível de ruído na sala. Para definição, tomamos a faixa de controle de volume em frequências de 1...2 kHz igual a 80 dB. Assumiremos que a resposta de frequência do regulador é linear, e o programa musical é equilibrado em termos de timbre na posição do regulador correspondente ao volume máximo (80 phon). A transição deste nível de volume para outro, por exemplo, 60 phon, requer correção da resposta de frequência do regulador. Para obter a dependência corrigida na Fig. 1, desenhamos uma linha horizontal através da divisão de 80 dB no eixo L (mostrado por uma linha pontilhada). Em seguida, medimos as distâncias dessa linha reta a vários pontos situados na curva de volume igual a 80 von. Além disso, essas distâncias são estabelecidas a partir dos pontos correspondentes na curva de intensidade igual 60 von. Através das novas coordenadas assim obtidas, traçamos uma curva que será a resposta de frequência ajustada do regulador em uma posição correspondente a um nível de volume de 60 phon. Da mesma forma, em relação à curva de sonoridade igual 80 phon. as respostas de frequência corrigidas são construídas em níveis de volume de 40, 20 e 0 (3) de fundo e a família de respostas de frequência do controle de volume necessária para a sonoridade correta é obtida. Na faixa de volume de 80 dB, é mostrado na Fig. 2 (linhas sólidas grossas).
Agora é necessário construir um controle de volume finamente compensado cuja família de resposta em frequência se aproxime da exigida da melhor maneira possível. Na faixa de frequência abaixo de 2 kHz, a curva correspondente ao ganho mínimo pode ser aproximada pela resposta de frequência de um circuito RC. mostrado na Fig.3a. Esta característica à esquerda da frequência de inflexão f1 (Fig. 3b) tem uma inclinação de 6 dB por oitava. Se o resistor R2 deste circuito for variável, e sua resistência mínima for escolhida muito menor que R1. então, ao ajustar a resistência R2, juntamente com a alteração do coeficiente de transmissão do circuito, a frequência da inflexão de sua resposta de frequência também mudará. Como pode ser visto na Fig. 2, levando em consideração a aproximação dentro de 3 dB, a frequência de inflexão deve se mover ao longo da linha LV durante a regulação para fornecer o volume desejado. A faixa de variação da resistência R2 neste caso não pode ser superior a 100, pois fa / fv<100. Por outro lado, o ganho Kp do regulador na frequência de 2 kHz, como pode ser visto na Fig. 2 e como mencionado anteriormente, deve mudar em 80 dB (por um fator de 10000). A resistência R2 deve mudar na mesma quantidade.
É bastante óbvio que alterando a resistência de apenas um resistor R2, não será possível obter tal mudança na frequência de inflexão e mudança no coeficiente de transferência. No entanto, aumentando o número de circuitos RC conectados em série e ao mesmo tempo reduzindo os limites de ajuste do resistor R2 em cada um deles. este problema pode ser resolvido. Já dois desses circuitos RC (a constante de tempo do segundo circuito deve ser 20...40 vezes maior que o primeiro) permitem obter um resultado bastante aceitável: o desvio das curvas da família de resposta em frequência real (tracejado linhas na Fig. 2) do necessário (linha contínua) não exceda 3 dB. Nas frequências acima de 2 kHz, uma diminuição no volume de 80 para 60 phon é acompanhada pelo aparecimento de uma inflexão na curva de 60 phon na frequência de 5 kHz com uma inclinação de 3 dB por oitava. Com uma diminuição adicional do volume até o limiar da sensação auditiva (nível 3 de fundo), a frequência de inflexão muda de 5 para 3 kHz, enquanto a inclinação das curvas praticamente não muda. Nesta faixa de frequência, o fundo da curva 3 pode ser aproximado pela resposta em frequência do circuito RC mostrado na Fig. 4a. Os valores dos resistores R1 e R2 são os mesmos do circuito RC. mostrado na Fig.3a. Uma mudança na resistência R2 não leva a uma mudança na frequência de inflexão f2 (Fig. 4b).
Para que o aumento do volume de 60 para 80 phon não seja acompanhado por um aumento nas frequências de áudio mais altas, o circuito RC deve fornecer compensação de frequência no coeficiente máximo de transmissão, o que pode ser obtido desviando o resistor R2 com um capacitor C2 de tal capacitância que as constantes de tempo T2 = R1C1 e x3 seriam iguais =R2-C2. Nesse caso, a diminuição da resistência R2, necessária para o controle de volume, será acompanhada por uma diminuição da constante de tempo T3 e um deslocamento da frequência de corte do circuito RC (f3=1/2nR2-C2) para uma frequência mais alta região, enquanto a frequência de inflexão f2 permanecerá inalterada, o que garantirá a resposta de frequência de correspondência necessária do circuito RC com curvas de intensidade iguais na faixa de frequência acima de 2 kHz. Um exemplo da implementação prática de um controle de volume finamente compensado é mostrado na Fig. 5 [4, 5]. As resistências dos resistores e capacitores incluídos nele podem ser calculadas usando as seguintes relações:
Para evitar o desvio do circuito R5-C5. o amplificador AF conectado à saída do regulador deve ter uma grande impedância de entrada e uma pequena capacitância de entrada. Em particular, pode ser executado de acordo com o circuito seguidor de tensão no amplificador operacional com transistores de efeito de campo na entrada. A impedância de saída do amplificador conectado antes do regulador deve ser 20 vezes menor que a resistência R2. Os resistores variáveis do controle de volume de compensação fina devem ser duplicados. No nosso caso, suas funções são executadas pelos fotoresistores R4, R5 e o resistor R10 serve como órgão de ajuste. mudança de corrente através de uma lâmpada incandescente HL1. Os fotoresistores SFZ-1 usados no controle de volume têm alta velocidade (constante de tempo - menos de 0,06 s) e a faixa necessária de mudança de resistência. Lâmpada incandescente (subminiatura) - NSM (6,3 Vx20 mA). a corrente através dele varia dentro de 6 ... 18 mA. Os fotoresistores são colocados próximos à lâmpada incandescente e todo o regulador é colocado em uma tela de metal opaca. A Figura 5 mostra um controle de dois canais para um amplificador estéreo. Nele, é necessário selecionar fotoresistores em pares em diferentes canais para que, ao mudar na faixa de 104 a 106 Ohms, suas resistências difiram em não mais que 20%. Caso contrário, o desequilíbrio do canal será perceptível quando o volume for alterado. O balanço estéreo é ajustado pelo resistor R9 em ±6 dB. Os capacitores C7, CB eliminam ruídos e crepitações criados por resistores variáveis. O resistor variável R10 deve ter uma característica de regulação linear. Resistores fixos - com um desvio de resistência do valor nominal não superior a ± 5%. Capacitores C1. C4, C5 - papel MBM, o resto - cerâmica. A capacitância do capacitor C6 depende da capacitância da instalação e da capacitância de entrada do amplificador conectado à saída do controle de volume. As lâmpadas incandescentes devem ser alimentadas por uma fonte de energia estabilizada. Ajustar o regulador se resume a garantir a linearidade da resposta de frequência em Kn = 0 dB (selecionando C6) e verificar a identidade de sua família de resposta de frequência em diferentes canais do amplificador estéreo em diferentes níveis de volume. Outro exemplo de um regulador é mostrado na Figura 6. Utiliza resistores variáveis duplos com dependência linear da resistência do ângulo de rotação do eixo (grupo "A"). Para um regulador estéreo, você precisa usar dois resistores variáveis duplos. Essa solução não causa nenhum problema específico com o ajuste do equilíbrio, se escalas de nível de volume forem aplicadas ao painel onde os dois resistores estão instalados.
A tentativa de usar um resistor quádruplo encontra grandes dificuldades; em primeiro lugar, é um "pássaro" muito raro em nossa área, em segundo lugar, seus resistores apresentam grandes variações de resistência e, em terceiro lugar, é necessário adicionalmente um regulador de equilíbrio, o que não simplifica todo o projeto. Os spreads nas resistências dos resistores duplos são bastante aceitáveis para este circuito. Se os resistores duplos tiverem uma resistência diferente, as capacitâncias dos capacitores devem ser recalculadas de acordo com as proporções fornecidas. Os resistores R3 e R5 servem para interromper o aumento de baixas frequências fora da faixa de áudio. Com os controles deslizantes dos resistores variáveis na posição superior, o ganho do regulador é de -6 dB. A faixa de ajuste em uma frequência de 2 kHz é de 80 ... 85 dB. Desvio do AMX necessário - não mais que ±2 dB. se a resistência de carga do regulador for maior que 1 MΩ e a capacitância de carga for menor que 50 pF. Capacitores C1. C3. C5 - filme, o resto - mica. Ajuste do regulador - sim, sem ajuste! E, finalmente, direi que se você ouvir apenas música alta, basta ter um controle de nível com uma faixa de controle de 10 ... 15 dB. Mas se você quer sentir o encanto de uma música tranquila, como se viesse do parque mais próximo, então construa este controle de volume, você não vai se arrepender! Literatura
Autor: I. Pugachev, Minsk
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Comentários sobre o artigo: Boris No texto conforme as figuras 4 e 5 há imprecisões na notação e nos valores indicados de resistências e constantes de tempo.
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