Меню

Расчет ступенчатого регулятора громкости



Расчет ступенчатого регулятора громкости

Регулятор громкости с распределенной частотной коррекцией

«Радио» №8, 1986 г.
Регулятор громкости с распределенной частотной коррекцией

Одно из основных требований, предъявляемых к тонкомпенсированным регуляторам громкости (ТКРГ) высококачественных стереофонических усилителей ЗЧ,- высокая точность тонкомпенсации в широком диапазоне регулирования уровня сигнала при малом рассогласовании амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) и коэффициентов передачи.

Наиболее часто применяемые ТКРГ на базе сдвоенных переменных резисторов с отводами для цепей тонкомпенсации не обеспечивают идентичности коэффициентов передачи стереофонических каналов [1] . Недостаточна и точность их тонкомпенсации, вследствие чего ослабляются слышимые низкочастотные составляющие музыкальных программ при малых уровнях громкости. Описанный в [1] сдвоенный ступенчатый ТКРГ имеет практически идентичные АЧХ и малое рассогласование коэффициентов передачи каналов, однако диапазон его регулирования (40 дБ) мал для высококачественной аппаратуры, а АЧХ в области низших звуковых частот довольно сильно отличаются от рекомендованных в [2] .

Анализ последних позволил установить, что требуемый подъем АЧХ в области низших звуковых частот (20. 1000 Гц) прямо пропорционален ослаблению сигнала, вносимому ТКРГ на средних частотах. Иначе говоря, при уменьшении коэффициента передачи ТКРГ на средних частотах необходимый подъем АЧХ на каждой из низших частот зависит практически не от исходного значения коэффициента передачи регулятора, а от самой частоты и от изменения уровня громкости относительно исходного значения. Так, при изменении коэффициента передачи ТКРГ на частоте 1 кГц на 10 дБ требуемое изменение коэффициента передачи на частотах 31,5; 63, 125 и 250 Гц составило соответственно 3, 4,5, 6 и 7,5 дБ. Причем указанные соотношения практически не зависели от исходного значения коэффициента передачи.

Из сказанного следуют два весьма важных вывода. Во-первых, если АЧХ ТКРГ соответствуют рекомендованным в [2] , то он будет одинаково хорошо осуществлять частотную компенсацию низкочастотных составляющих музыкальной программы независимо от уровня ее музыкальной балансировки (обычно 70. 90 дБ). Достаточно лишь, чтобы начальный уровень громкости (соответствующий максимальному коэффициенту передачи ТКРГ) был близок к уровню музыкальной балансировки воспроизводимой программы. Этот уровень должен устанавливаться другим, частотно независимым регулятором громкости (так называемым регулятором максимальной громкости — РМГ), АЧХ которого горизонтальна и не зависит от его коэффициента передачи [3] .

Во-вторых, для реализации требуемого закона изменения АЧХ в зависимости от коэффициента передачи ТКРГ недостаточно ввести одно — или двухзвенную корректирующую цепь, как это делается в большинстве случаев, а необходима распределенная частотная коррекция с помощью многозвенных корректирующих цепей, число которых должно быть тем больше, чем больше ослабление сигнала, вносимое регулятором.

Два варианта таких ТКРГ и предлагаются вниманию читателей.

Основные технические характеристики
Диапазон регулирования громкости, дБ. 70
Шаг регулирования, дБ. . 3 1/3
Модуль полного входного сопротивления в полосе
частот 20…20 000 Гц, кОм, не менее. 20
Допустимое сопротивление нагрузки кОм, не менее…. 330
Рассогласование АЧХ стереофонического ТКРГ
в рабочем диапазоне регулирования, дБ, не более. 1
Уровень собственных шумов на выходе ТКРГ
в полосе частот 20. 20 000 Гц, мкВ, не более…. 3

Первый регулятор (рис. 1) выполнен на базе галетного переключателя на 23 положения и состоит из семи одинаковых корректирующих цепей A1 — А7, каждая из которых представляет собой комбинацию фильтров нижних (R1- R4C1) и верхних (R1 — R4C2) частот. Номиналы резисторов и конденсаторов выбраны таким образом, что ослабление сигнала, создаваемое каждой из цепей на средних частотах, равно 10 дБ , шаг регулирования — 3 1/3 дБ, а АЧХ ТКРГ в целом максимально приближается к требуемым во всем рабочем диапазоне регулирования. Подключенные к выходу последней корректирующей цепи А7 элементы R5, R6, СЗ выполняют функций ее нагрузки, обеспечивая идентичность АЧХ всех корректирующих цепей.

Читайте также:  Схема включения реле регулятора 3702

Работает ТКРГ так: по мере ослабления входного сигнала (рис. 2) включается все большее число корректирующих цепей, что приводит к увеличению подъема АЧХ на низших и высших звуковых частотах относительно средних (поскольку коэффициенты передачи всех предшествующих корректирующих цепей перемножаются). В последнем, 23-м положении переключателя сигнал на выходе ТКРГ отсутствует (бесконечное ослабление). Максимальное отклонение фактических АЧХ регулятора в области низших частот от АЧХ, рекомендованных в [2] наблюдается на частоте 250 Гц и по мере ослабления сигнала от 0 до -70 дБ увеличивается от 0 до 5 дБ.

Второй ТКРГ (рис. 3) реализован на базе более доступного радиолюбителям галетного переключателя на 11 положений. В отличие от первого, число корректирующих цепей уменьшено в нем до трех, что сузило диапазон регулирования этого регулятора до 33 1/3 дБ. Расширение диапазона регулирования до 70 дБ достигнуто включением еще одной корректирующей цепи R5 — R7C3C4, ослабляющей сигнал на 37 дБ (включается нажатием кнопки SB1 «Тихо»). АЧХ этого ТКРГ (рис 4) более близки к требуемым (отклонение на низших частотах не превышает 2 дБ во всем диапазоне регулирования).

Необходимо отметить, что подъем АЧХ в области высших звуковых частот у предложенных ТКРГ больше, чем рекомендовано в [2] . На это пришлось пойти, потому что прослушивание музыкальных программ на малой громкости в условиях жилых помещений показало субъективно ощущаемый недостаток высших частот в том случае, если АЧХ и этой области соответствовали рекомендациям.

Предложенные ТКРГ следует использовать совместно с РМГ и индикатором уровня выходного сигнала.

В ТКРГ по схеме на рис. 1 можно применить галетный переключатель МП1-2 на два направления и 24 положения с безобрывным переключением контактов, в ТКРГ по схеме на рис. 3 переключатель ПГК или ПГГ на два направления и 11 положений. Элементы фиксатора положений переключателя рекомендуется отрегулировать на меньший, но достаточный для четкой работы момент фиксации. Чтобы рассогласование АЧХ каналов стереофонических усилителей не превышало 1 дБ, сопротивления соответствующих резисторов и емкости конденсаторов, используемых в разных каналах ТКРГ, не должны отличаться более чем на 2 %.

Элементы корректирующих цепей R2, R3, R4, С2 рекомендуется припаять непосредственно к выводам переключателя, a R1, С1 разместить на двух печатных платах, установленных между галетами на его стяжных шпильках. Элементы дополнительной корректирующей цепи (см. рис. 3) рекомендуется смонтировать на выводах кнопочного переключателя SB1 (П2K), разместив его в непосредственной близости от галетного.

В отличие от известных, рассмотренные ТКРГ имеют значительно более высокое выходное сопротивление, которое мало зависит от выходного сигнала, поэтому для уменьшения внешних наводок все их элементы следует поместить в металлический экран, а входную и выходную цепи выполнить экранированными проводами.

Субъективные испытания ТКРГ показали высокую точность тонкомпенсации: до самых малых уровней громкости сохранялся сбалансированный по высшим и низшим частотам тембр звучания, что практически исключало необходимость пользования регуляторами тембра при регулировании громкости. ЛИТЕРАТУРА
1. Орлов П., Приходько А. О регулировании громкости в стереофонических усилителях. — Радио. 1980, № 6. с. 44-45
2. Терехов А. О регулировании громкости. — Радио 1982 № 9. с. 42-43.
3. Зубченко Н. О регулировании громкости в высококачественной радиоаппаратуре. — Радио, 1981, № 9, с 44
г. Челябинск ***

Источник

Практическая аудиофилия — Регулятор Громкости (РГ)

При построении усилителя возник вопрос: Как реализовать Р егулятор Г ромкости (РГ)?

Аудиофилы не воспринимают никакой РГ кроме «регулятор громкости Никитина», который по своей сути является управляемым аттенюатором, где контакты реле замыкают/размыкают резисторы в делителях. Самые завёрнутые используют 7 и ли 8-разрядные, хотя на практике за глаза хватает и 6! Мне приходилось слышать усилитель с таким регулятором — при переключении громкости в дополнение к механическому треску переключающихся реле ещё и в колонках отчётливо слышны «щелчки» . да.. ослабление сигнала качественное, но уж очень некомфортное в работе! И это мне такой не нужен! Я пойду другим путём!

Читайте также:  Симисторный регулятор для зарядных устройств

Происходит это потому, что при замыкании/размыкании контакта происходит «дребезг».. У плохих реле его много, у очень дорогих его мало, но он всё равно есть, ибо его не может не быть — Законы физики отменить нельзя.

Процесс дребезга при соударении контактов может быть представлен следующим образом . В момент t = 0 произошло соприкосновение контактов (точка А), в цепи появился ток, напряжение на контактах упало до нуля и началось смятие материала и торможение контакта. В точке В подвижный контакт остановился. Началось упругое восстановление материала контактов и обратное движение подвижного контакта. Если бы материал был абсолютно упругим, то контакт восстановился бы до первоначального, практически же будет наблюдаться некоторая остаточная деформация. В точке С упругое восстановление материала контактов прекратилось, но подвижный контакт по инерции продолжает отходить. Происходит разрыв контактов. Ток в цепи становится равным нулю, напряжение на контактах восстанавливается. Контакт отходит на расстояние xк и под действием контактной пружины снова замыкается (точка D). Происходит повторное смятие материала и его восстановление, и так — несколько раз с затухающей амплитудой. В цифровой технике это «лечится» подключением конденсаторов, но в звуковом тракте они будут работать как фильтр нижних частот, подавляя высокие частоты, а значит этот способ не допустим!
Вот так дребезг выглядит визуально на экране осциллографа
Смотреть позже Поделиться Посмотреть на //www.youtube.com/embed/fykq4xcgqiM?start=24&wmode=opaque

Инженеры уже давно решили эту проблему, и создали интегральный РГ Никитина, работающий абсолютно по такомуже принципу — цифровые потенциометры

Т.к. чувствительность человеческого уха к уровню звукового давления, или силе звука, изменяется в соответствии не с линейным, а с логарифмическим законом, то и регулятор громкости должен изменять уровень входного сигнала по логарифмическому закону ! Для цифрового потенциометра это можно реализовать программно! Для этого всего лишь надо «прыгать» по шкале кодов через 1дБ! А чтобы рассчитать эти коды я воспользуюсь расчетами для РГ Никитина att_calc.xls

В случае переменного резистора делитель будет выглядеть следующим образом, а ослабление А (дБ) при условии Rinput = Rload будет рассчитыватсья по следующей формуле:

Т.к. сумма R1+R2 всегда должно давать Rload , в формулу забиваем R2=Rload-R1 и задачу будем решать с помощью функции EXEL » подбор параметра «. Задаем установить в требуемое ослабление в ячейку » дБ » изменяя ячейку R1, а зная номиналы резисторов, можно высчитать коэффициент положения потенциометра и, соответственно, цифровой код ЦАП
Остаётся главный вопрос. а сколько бит достаточно для реализации цифрового логарифмического РГ? Какой выбрать?
В итоге для ЦАП 8. 16 бит получаются следующие ряды значений ослабления входного сигнала от 0 до -100дБ
Жёлтым цветом я выделил ячейки в которых происходит изменение кода без повторения
(по клику откроется полная таблица):

Для удобного визуального восприятия посмотрим на их в виде графика (по клику откроется подробный график):

разницы не заметно. Кривые лежат друг на друге. Рассмотрим крупнее диапазон ослабления (100%-70%)

разницы практически не заметно. Кривые снова лежат друг на друге! Рассмотрим крупнее диапазон ослабления (100%-90%)

до 94% разницы никакой вообще — рассмотрим крупнее диапазон ослабления (100%-94%)

до 99% разница практически не существенная! Углубляемся и рассмотрим крупнее диапазон ослабления (100%-99%)

Читайте также:  Регулятор управления дроссельной заслонки

до 99,60% (-48дБ) ослабления входного сигнала разница практически не существенная и 8битный ЦАП с лёгкостью справится с этой задачей!

так что получается? все эти биты нужны для того чтобы плавно с дискретностью 52 шага регулировать ослабление в пределах 0,4% от 100 до 99,6% ?

ПОКАЖИТЕ МНЕ ЭТУ ТВАРЬ, СПОСОБНУЮ ЭТО УСЛЫШАТЬ.

Что касается ЦАП с разрядностью 12-16бит то они до 99,90% идут практически «ноздря в ноздрю»!

с дискретностью ЦАП разобрались. а что с самым главным инструментом? Что способно услышать наше ухо?
А вот что: Как доказал Александр Щербин между порогом слышимости и болевым порогом человек различает всего

300 элементарных скачков ощущения громкости. Причём на разных частотах это количество разное. т.е. глубина дискретизации нашего уха всего 8бит.

ensemb

119 тыс. подписчиков

Звук, которого нет — ft «Чуть-чуть о науке» — Проверьте слух, аудиофилы Смотреть позже Поделиться Посмотреть на //www.youtube.com/embed/6ESy0CpPG6U?start=903&wmode=opaque
Вот теперь, аудиофилы, Вам с этим жить! 🙂

Таким образом считаю что 8-битного ЦАП будет более чем достаточно и останавливаю свой выбор на 8-битном AD8403 !

В диапазоне от 0дБ (N=000) до -30дБ (N=247) коды будут изменяться через 1дБ (как ни странно это полностью закрыло РГ Никитина на 6 релюшках), а оставшиеся 6 как получится. Вот этот ряд чисел, пользуйтесь! 🙂

-100дБ (N=255)
-54дБ (N=254)
-44дБ (N=253)
-40дБ (N=252)
-37дБ (N=251)
-35дБ (N=250)
-33дБ (N=249)
-32дБ (N=248)
-30дБ (N=247)
-29дБ (N=246)
-28дБ (N=244)
-27дБ (N=243)
-26дБ (N=242)
-25дБ (N=240)
-24дБ (N=238)
-23дБ (N=236)
-22дБ (N=233)
-21дБ (N=230)
-20дБ (N=227)
-19дБ (N=223)
-18дБ (N=219)
-17дБ (N=214)
-16дБ (N=209)
-15дБ (N=202)
-14дБ (N=195)
-13дБ (N=187)
-12дБ (N=177)
-11дБ (N=167)
-10дБ (N=155)
-09дБ (N=142)
-08дБ (N=128)
-07дБ (N=113)
-06дБ (N=097)
-05дБ (N=081)
-04дБ (N=064)
-03дБ (N=047)
-02дБ (N=031)
-01дБ (N=015)
-00дБ (N=000)

Источник

ДИСКРЕТНЫЙ РЕГУЛЯТОР ГРОМКОСТИ

Традиционно для регулировки уровня звука используют переменный резистор — потенциометр, где изменение сопротивления реализуется с помощью электрического контакта, что скользит по резистивному слою. Примером хорошо известных регуляторов аудио-класса являются японские ALPS. Однако мало кто знает, что ими выпускаются и дискретные ступенчатые регуляторы, которые ставят в том числе в high-end аппаратуру. Это устройство состоит из серии постоянных резисторов, которые переключаются по очереди.

дискретный регулятор громкости alpsдискретный регулятор громкости альпс

Несмотря на более сложное устройство и конструкцию, они имеют определённые преимущества по сравнению с плавно крутящимся потенциометром, это улучшение качества электрического контакта, в сравнении с ползунком. Улучшенная согласованность между отдельными аудиоканалами и они менее чувствительны к пыли и потертостям. В таком РГ практически исключается треск и шорох. Дискретный регулятор уровня звука практически не изменяет частотную характеристику при регулировании громкости, что положительно сказывается на линейности всего усилительного тракта, на всех уровнях громкости. Цена на них, естественно, гораздо выше, чем на обычные, но мы и не собираемся их покупать, а попробуем сделать сами.

Схема дискретного регулятора громкости

Схема дискретного регулятора громкости 1

Схема дискретного регулятора громкости 2

Три варианта схем ДРГ

Выше показаны три практические схемы такого регулятора, которую можно собрать самому. Сколько выбрать ступеней переключения — решайте сами. На практике достаточно 5-10. Резисторы желательно брать качественные, на мощность 0,125-0,25 ватт.

дискретный регулятор громкости

Естественно нужен сдвоенный переключатель, чтоб одновременно регулировалась громкость на обеих каналах стереоусилителя. Сам дискретный переключатель рекомендуется экранировать, чтоб свести уровень электромагнитных помех к нулю. Если вы взяли переключатель со слишком тугим ходом (чем грешат многие советские), разберите его и ослабьте пружину. Заодно почистите контакты мягкой ученической резинкой.

Источник