Тонкомпенсированный регулятор громкости, совмещенный с регуляторами тембра

Особенности нашего слуха таковы, что при снижении громкости мы все хуже и хуже начинаем слышать края звукового диапазона, т.е. высокие и низкие частоты. Если с высокими частотами все не так уж и плохо, то вот на низких частотах со снижением громкости требуется их довольно значительный подъем. Для решения данной проблемы применяется тонкомпенсированный регулятор громкости.

В доказательство сказанному на следующем рисунке представлены кривые равной громкости человеческого уха:

Упомянутый выше тонкомпенсированный регулятор громкости одновременно с изменением громкости изменяет и форму АЧХ так, чтобы тембр звука слабо зависел от уровня громкости. Для того, чтобы тонкомпенсация была верной, а изменение громкости равномерным, необходимо, чтобы определенное положение регулятора создавало в точке прослушивания соответствующий уровень громкости. Так, при установке регулятора громкости в положение максимальной громкости в точке прослушивания должен быть получен уровень громкости в 90 фон.

Простые тонкомпенсированные регуляторы громкости создают относительный подъем низших частот, который тем больше, чем меньше громкость. Существуют также и более сложные схемы, с и без использования активных элементов (транзисторы, ОУ), которые создают относительный подъем как низких, так и высоких звуковых частот.

Содержание статьи

Тонкомпесированный регулятор громкости на резисторе с дополнительными отводами

Простота этой схемы компенсируется проблемой поиска переменного резистора группы В с двумя отводами.

Если же вам удалось найти нужный резистор, то на основании величины сопротивления этого резистора можно рассчитать и остальные элементы:.

• R3 = R / 1.2
• R1 = R2 = 0.1 • R3
• R4 = 0.11 • R1
• R5 = 0.125 • R1
• C1 = 4 / R1
• C2 = 3.9 / R1
• Где R — сопротивление переменного резистора, кОм
• R1, R2, R3 — сопротивление секций переменного резистора, кОм
• R4, R5 — сопротивление резисторов корректирующих цепочек, кОм
• C1, C2 — емкости корректирующих цепей, мкФ

Вот так выглядит один из вариантов переменного резистора с отводами отечественного производства:

Тонкомпенсированный регулятор громкости на резисторе без дополнительных отводов

Такой регулятор  можно собрать и на доступном каждому переменном резисторе без дополнительных отводов. Схема такого регулятора приведена на следующем рисунке.

Использование резистора без отводов приводит к необходимости применения дополнительных деталей, однако это не сильно усложняет схему.

Обе приведенные схемы реализуют относительный подъем только в области низких звуковых частот. Относительный он потому, что отсутствие активных элементов не позволяет осуществить подъем, превышающий исходный сигнал, вместо этого осуществляется ослабление остальной части сигнала. Этот принцип заложен с основу любого пассивного фильтра звуковых частот.

Вторая схема была собранна и опробована. Элементы корректирующих цепей были напаяны непосредственно на выводы сдвоенного переменного резистора. Подобные пассивные регуляторы лучше устанавливать после предусилительного каскада и перед выходными каскадами.

Прослушивание в различных условиях продемонстрировали эффективность данной схемы, а ее применения оказалось достаточно для использования в домашних условиях на низких уровнях громкости. Тонкомпенсированный регулятор громкости позволяет сохранять тональный баланс записи без завала на низких частотах

Вместо заключения…

Хотелось бы добавить, что бесконечные споры, ведущиеся на аудиофильских форумах о правильности/неправильности применения тонкорректирующих цепей зачастую идут в разрез с общей идеологией Hi-End, сутью которого прежде всего является максимально приближенное к реальности музыкальное воспроизведение, при котором исчезают улавливаемые на слух отклонения от оригинала.

Для правильного восприятия музыкальной программы необходимо создавать необходимый уровень звукового давления при воспроизведении, которому ваши соседи явно не будут рады. Так что тонкомпенсированный регулятор громкости можно воспринимать как удачный компромисс сохранения правильного тембрального окраса музыки в домашних условиях.

Подавляющее большинство таких схем ранее строилось на основе специальных переменных резисторов с дополнительными отводами, как показано на рис.1.  Основной недостаток таких схем – применение специальных резисторов и небольшая глубина тонкомпенсации. Для них, также, характерна определенная нелинейность, ступенчатость воспроизведения верхних и особенно нижних частот при определенных положениях движка переменного резистора с одним или двумя отводами.

Рис. 1

Ниже приводятся схемы тонкомпенсированных регуляторов громкости на резисторах группы «В» без отводов (обычные переменные резисторы, широко применяемые в различной радиоаппаратуре. Группа резистора  определяет зависимость вводимого сопротивления при повороте движка и обозначается буквой, например, «А», «В», «С» в его маркировке, перед или после обозначения его номинального сопротивления)

На рис.2 показана схема, где высокочастотная (ВЧ) коррекция осуществляется цепью R1C1 , а низкочастотная (НЧ) – Т-образным фильтром R2C2R3.  АЧХ тонкомпенсации этого регулятора примерно такая же, как и у устройств с применением регулятора с двумя отводами. Недостатком такой схемы является небольшая крутизна подъема АЧХ в областях низших и высших частот, а также применение переменного резистора большого сопротивления (2 МОм),  которые не очень просто найти в настоящее время.

Рис. 2

Улучшения тонкомпенсации можно достигнуть подключением дополнительных RC-цепей, как на рис.3. К тому же здесь применен переменный резистор широко распространенного номинала  (можно поставить 47 … 68 кОм). В этом случае функцию низкочастотного корректора будет выполнять не только Т-образный фильтр R2C3R3, но и введенная дополнительная цепь R7C4.  Фактически это будет уже фильтр нижних частот (ФНЧ) второго порядка, обеспечивающий крутизну подъема АЧХ регулятора в низкочастотной области 12 дБ на октаву. ВЧ-коррекция достигнута введением фильтра верхних частот C2R5R6C5R7  в дополнение к традиционной цепи R1C1.

Следует отметить, что в данной схеме тонкомпенсация в области высших частот несколько превышает необходимую. Сделано это преднамеренно и обусловлено чисто субъективным восприятием музыкальных фонограмм в домашних условиях. Небольшой провал АЧХ  на частоте 3,5 кГц в нижнем положении движка резистора R4 обусловлен фазовым сдвигом между сигналами этой частоты, прошедшими через ФВЧ и резистор R4.  При исключении элементов C2, R5, R6, C5 этот провал исчезает,  исчезает и дополнительный подъем АЧХ на высших частотах, что приводит параметры корректора к стандартным, рекомендованным для таких тонкомпенсаторов в различной технической литературе по акустике.  Поэтому эти элементы можно исключить, все зависит от конкретных особенностей аппаратуры и личного слухового восприятия.

К незначительным недостаткам данной схемы можно отнести небольшое уменьшение (до 48 дБ) диапазона регулирования громкости, что обусловлено присутствием резистора R7 в цепи регулирования. Но на практике такое небольшое уменьшение диапазона регулировки, как правило, некритично.

Рис. 3

Схему такой тонкомненсации можно применить при разработке и изготовлении новой звукоусилительной аппаратуры, а также для доработки уже имеющихся усилителей, магнитол, приемников. Если в таких устройствах применяются обычные регуляторы громкости, то есть просто переменный резистор соответствующего сопротивления, не включенный в цепи обратной связи усилительных узлов, то можно  вместо него включить данную схему.  Но при этом нужно учитывать выходное сопротивление предшествующего каскада (до регулятора громкости) – оно должно быть значительно меньше сопротивления резистора R5, и входное сопротивление следующего за регулятором каскада, которое должно быть больше сопротивления резистора R3. Чем больше будет разница этих сопротивлений, тем лучше будет обеспечиваться согласование нагрузок и аппаратура в целом будет работать лучше. В крайнем случае можно перед регулятором и после него включить дополнительные согласующие каскады на транзисторах или микросхемах и тем самым еще и компенсировать возможное небольшое снижение максимальной громкости всего звукового тракта. В моей личной практике такой необходимости не возникало, но ниже приведу пару схем таких дополнительных каскадов согласования (рис.4).

Рис. 4

Схемы представляют собой дополнительные каскады усиления на микросхеме К157УД2 (два усилителя в одном корпусе, показано расположение выводов обоих каналов) и транзисторе. В качестве DA1 можно применить любой операционный усилитель, например К140УД6, УД7, К153 УД1, УД2 и другие с учетом цоколевки их выводов и корректирующих цепей (здесь это конденсаторы С2). От величины резистора R2 зависит коэффициент обратной связи. Чем меньше номинал этого резистора, тем меньше коэффициент усиления каскада и меньше нелинейные искажения. Поэтому резистор  следует ставить как можно меньшего сопротивления!

Транзистор во второй схеме можно заменить на КТ315, КТ342, КТ306.  Сопротивление резистора R2 здесь зависит от питающего напряжения (чем меньше напряжение питания, тем меньше сопротивление), а резистором R1 задается режим работы транзистора по постоянному току. Подбором этого резистора нужно в режиме покоя (без входного сигнала) установить на выходе (коллекторе транзистора) напряжение, равное половине напряжения питания.

Прилагаю рисунки печатных плат (скачать):

– pl1 – плата согласующего каскада на транзисторе;

– pl2 – плата согласующего каскада на МС К157УД2 (два канала);

– pl3 – плата тонкомпенсированного регулятора громкости по схеме рис.3.

Автор: Барышев Андрей

by SOUNDLOAD · 19.03.2016

Оригинальная схема комбинированного пассивного узла регулировок громкости и тембра в транзисторном усилителе приведена на рис.1. Здесь переменный резистор R3 совместно с цепями R1C1, R2C2, R4C4 образует цепь регулировки коррекции на высших частотах. Цепочка C5R5, подключенная к отводу регулятора громкости R7, обеспечивает низкочастотную коррекцию. Незначительный подъем АЧХ на низших частотах в положении минимального затухания создается резистором R2. Регулируется глубина НЧ-коррекции резистором R6.

Широкие пределы регулировки АЧХ в настоящее время представляются излишними, поэтому имеет смысл исключить конденсатор C2, заменить перемычкой конденсатор C1 и резистор R1, а сопротивление переменного резистора R6 уменьшить до 100 кОм. После такой доработки устраняется спад АЧХ в области высших частот, а диапазон регулировки АЧХ на низших частотах сужается до 10 дБ.

Не хочешь смотреть рекламу? Зарегистрируйся!

Вы возможно заметили что, когда убавляете громкость на своей гитаре — пропорционально в звуке начинают пропадать верхние частоты. Этот эффект особенно заметен если на гитаре установлены синглы. Для многих это не является проблемой — таким образом гитаристы получают более темный и менее перегруженный звук для ритм партии. При увеличении громкости для соло звук становится ярче и лучше прорезается в миксе. Итак. Что я хотел сказать? Золотое правило — прислушивайтесь к своему инструменту. Если потеря верхних частот для Вас — недостаток, «Treble Bleed Circuit» — это то что Вам нужно. В противном случае оставьте схему как есть. Без изменений.[на основе статей Alan’а Ratcliff’а и JohnH (с сайта guitarnuts.com)]

Потеря верхних частот. Причины

Это происходит потому что потенциометр громкости, кабели и прочая гитарная электроника в сумме работают как фильтр низких частот по схеме, схожей с потенциометром тона. ФНЧ имеет порог, выше которого он отрезает все частоты. Когда громкость установлена на максимум — блокируемые частоты находятся вне основного слышимого диапазона. При вращении потенциометра (понижении громкости) повышается сопротивление цепи и частота среза ФНЧ смещается в слышимый диапазон.

Способы устранения проблемы

— Высококачественные кабели низкой емкости меньше влияют на подавление верхних частот. К сожалению, эти кабели, как правило, очень дорогие, жесткие и тяжелые. — Короткие кабели имеют меньшую емкость чем длинные — но, очевидно, это может существенно ограничить ваши передвижения на сцене. — Вы можете компенсировать потерю верхних частот, припаяв конденсатор к незаземленным ножкам потенциометра «In» и «Out» — таким образом в схеме появится фильтр, подмешивающий к выходному сигналу верхние частоты. Емкость конденсатора устанавливает частоту, выше которой конденсатор пропускает сигнал. Чем больше емкость — тем ниже пороговая частота.

Treble Bleed Circuit

[1] 100pF — 500pF конденсатор. Ibanez используют 330pF на многих RG и 180pF на некоторых PRS моделях. Мод часто встречается на телекастерах. Он неплохо работает при уровне громкости в диапазоне от 100% до 40%, но при минимальных значениях звук становится слишком ярким, звенящим. Связано это с тем что верхние и нижние частоты в данной схеме убывают неравномерно. Но! На хамбакерах этот «дефект» не так заметен. И многим музыкантам он нравится. Благодаря такой ручке «громкости» можно сформировать звук, который ни одна стандартная крутилка тона сделать не может. Устранить «дефект» можно с помощью резистора двумя способами ([2],[3]). [2] Конденсатор — 560-1000pf, резистор — 80-500K. Конденсатор и резистор соеденины параллельно. Seymour Duncan и DiMarzio придерживаются именно этой конфигурации. Есть много мнений насчет оптимального сопротивления резистора — все они сводятся к тому что его значение должно находится в промежутке 50-90% от сопротивления потенциометра. Для подбора можно использовать подстроечный резистор (trimpot). Главный недостаток данной модификации — резистор, присоединенный параллельно с потенциометром, существенно влияет на его «конус» (зависимость сопротивления от поворота ручки громкости). [3] Конденсатор 1-2nf, 100-130K резистор. Конденсатор с резистором соединены последовательно (порядок не важен). Австралийский производитель звукоснимателей Chris Kinman рекомендует подобное соединение для синглов, но оно также подходит и для хамбакеров. Резистор здесь сглаживает «дефект» первого мода, при этом не так сильно влият на «конус». Конденсатор с большей емкостью имеет большую пропускную способность — не будет скачка верхних частот. Что изменится? При вращении потенциометра громкость в начале пути будет нарастать медленнее, чем у немодифицированных потенциометров.

Графики

В идеале кривая АЧХ не должна изменяться при понижении уровня громкости. Все последующие схемы соответсвуют разным модификациям «Treble Bleed Circuit» и смоделированы таким образом, чтобы кривая в районе -6db максимально приближалась к кривой «Full» (когда громкость установлена на максимум). Интерес составляют последующие изменения АЧХ, вызванные понижением уровня громкости (повышением сопротивления). [0] Стандартный потенциометр громкости. [1] Конденсатор. [2] Конденсатор и резистор соединены параллельно. [3] Конденсатор и резистор соединены последовательно.

Видео от John Planetz:

Treble Bleed Mod. Подбор конденсатора. Установка конденсатора. Несколько потенциометров громкости на одной гитаре.

• Цена: 155 руб.

От регулятора тембра мне нужен только подъем крайних частот диапазона для увеличения отдачи дешевых динамиков. Но на Али регуляторов такого типа, увы, не нашлось. Посему недорого приобрел традиционный регулятор НЧ-ВЧ с регулировками как в плюс, так и в минус. Устройство собрано на компактной плате, комплектуется ручками для регуляторов. Но провода с разъемами в комплект поставки не входят! Внешне все приемлемо — детали с 5% допуском, конденсаторы полипропиленовые, переменные резисторы B50k.

Схема устройства

Регулятор громкости включен делителем напряжения на входе. Следующий за регулятором громкости регулятор тембра собран по упрощенной схеме Баксандала. С принципом работы такого регулятора и алгоритмом расчета его элементов можно ознакомиться, например, в статье А.Шихатова в №1 журнала «Радио» за 1999г. http://archive.radio.ru/web/1999/01/013/ Заметил, что номиналы деталей китайского устройства весьма близки к номиналам деталей регулятора на рис.2 в упомянутой статье 😉 Дополнительные ограничивающие резисторы на входе и выходе можно заменить перемычками или разделительными конденсаторами (ФВЧ). Особенности подключения: пассивный регулятор тембра желательно подключать к источнику с низким выходным сопротивлением, а следующий за регулятором тембра усилитель должен иметь высокое входное сопротивление. Приобретенное устройство предполагается подключать к выходу на наушники смартфона или плеера. Выходное сопротивление таких усилителей близко к нулю. С учетом разного рода отклонений, принял Zsrc равным 1 кОм. В качестве усилителя предполагаю использование платки на основе микросхемы TPA3110D2. В даташите на нее ищу фразу «Input impedance» и получаю значение 60 кОм. АЧХ темброблока при различных положениях регуляторов можно смоделировать в программе ToneStack Calculator http://www.duncanamps.com/tsc/ При средних положениях регуляторов НЧ-ВЧ АЧХ следующая: Видно, что коэффициент передачи регулятора при этом составляет примерно -20 Дб. Для восстановления уровня громкости до исходного значения требуется дополнительно усилить сигнал в 10 раз по напряжению после регулятора. Или на вход регулятора подать усиленный сигнал, что при малом напряжении питания усилителя может привести к ограничению сигнала. Этот момент меня не особо тревожит, поскольку я надеюсь, что упомянутая микросхема TPA3110D2 (на 15 Ватт выходной мощности) обеспечит необходимую громкость на имеющихся у меня 2 ваттных динамиках. Привожу АЧХ при крайних положениях регуляторов. Как видно, АЧХ далека от идеала. Исправить ее можно уменьшив номинал резистора R3 до 510 Ом. Привожу АЧХ при крайних положениях регуляторов с измененным номиналом резистора. Другое дело! В целом впечатления от этого регулятора положительные, можно рекомендовать к покупке с учетом описанных особенностей