Пасивні регулятори тембру

У цій статті увазі читачів пропонується ряд різних за схемотехніці і функціональними можливостями регуляторів тембру, які можуть бути використані радіоаматорами при розробці і модернізації звуковідтворювальної апаратури.

Основний недолік ще недавно популярних активних регуляторів тембру полягає у використанні глибокої частотно-залежної ООС і великих додаткових викривлення, що вносяться ними в регульований сигнал. Ось чому у високоякісній апаратурі бажано застосовувати пасивні регулятори. Правда, і вони не позбавлені недоліків. Найбільший з них – значне затухання сигналу, відповідне діапазону регулювання. Але так як глибина регулювання тембру в сучасній звуковідтворювальною апаратурою невелика (не більше 8 … 10 дБ), то в більшості випадків вводити у тракт сигналу додаткові каскади посилення не потрібно.

Інший, не настільки істотний недолік таких регуляторів – необхідність застосування змінних резисторів з експоненційної залежністю опору від кута повороту движка (група "В"), що забезпечують плавне регулювання. Однак простота конструкції і високі якісні показники все ж схиляють конструкторів до застосування саме пасивних регуляторів тембру.

Слід зазначити, що ці регулятори вимагають низького вихідного опору попереднього їм каскаду і високого вхідного опору подальшого.

Розроблений англійським інженером Баксандалом ще в 1952 р. регулятор тембру [1] став, мабуть, найпоширенішим частотним коректором в електроакустиці. Класичний його варіант складається з утворюючих міст двох ланок фільтра першого порядку – низькочастотного R1C1R3C2R2 та високочастотного C3R5C4R6R7 (рис. 1, а). Апроксимованого логарифмічні амплі-тудно-частотні характеристики (ЛАЧХ) такого регулятора показані на рис. 1, б. Там же приведені розрахункові залежності для визначення постійних часу точок перегину ЛАЧХ.


Puc.1

Теоретично максимально досяжна крутизна АЧХ для ланок першого порядку становить 6 дБ на октаву, але при практично реалізованих характеристиках через незначний відмінності частот перегину (не більше декади) і впливу попередніх і наступних каскадів вона не перевищує 4 … 5 дБ на октаву. При регулюванні тембру фільтр Баксандала міняє лише нахил АЧХ без зміни частот перегину. Внесене регулятором на середніх частотах затухання визначається співвідношенням n = R1/R3. Діапазон регулювання АЧХ при цьому залежить не тільки від величини затухання п, але і від вибору частот перегину частотної характеристики, тому для його збільшення частоти перегину встановлюють в області середніх частот, що, у свою чергу, загрожує взаємним впливом регулювань.

У традиційному варіанті розглянутого регулятора R1/R3 = C2/C1 = C4/C3 = R5/R6 = n, R2 = R7 = n-R1. При цьому досягається приблизне збіг частот перегину АЧХ в області її підйому і спаду (у загальному випадку вони різні), що забезпечує відносно симетричне регулювання АЧХ (спад навіть у цьому випадку неминуче виходить більш крутим і протяжним). Загально використовуваний п = 10 (для цього випадку вказані мінімальні значення номіналів елементів на рис. 1, а-3, а) і виборі частот розділу поблизу 1 кГц регулювання тембру на частотах 100 Гц і 10 кГц щодо частоти 1 кГц складає | 14 … 18дБ. Як зазначалося вище, для досягнення плавного регулювання змінні резистори R2, R7 повинні мати експоненційну характеристику регулювання (група "В") і, крім того, для отримання лінійної АЧХ в середньому положенні движків регуляторів співвідношення опорів верхнього і нижнього (за схемою) ділянок змінних резисторів також має дорівнювати п. При "хайендовском" п = 2 … 3, що відповідає діапазону регулювання | 4 … 8 дБ, цілком припустимо використовувати змінні резистори з лінійною залежністю опору від кута повороту движка (група "А"), але при цьому кілька огрубляется регулювання в галузі спаду АЧХ і розтягується в області підйому, а плоский АЧХ виходить аж ніяк не в середньому положенні движків регуляторів. З іншого боку, опір секцій здвоєних змінних резисторів з лінійною залежністю краще погоджено, що зменшує неузгодженість АЧХ каналів стереофонічного підсилювача, так що нерівномірний регулювання в цьому випадку можна вважати припустимим.

Наявність резистора R4 не принципово, його призначення – знизити взаємний вплив ланок і зблизити частоти перегину АЧХ в області вищих частот звуку. Як правило, R4 = = (0,3 … 1,2) 'R1. Як показано нижче, від нього в ряді випадків можна взагалі відмовитися. Для зниження впливу на регулятор попередніх і наступних каскадів їх вихідну Rвих і вхідний Rвх опору повинні бути відповідно Rвих < > R2.

Наведений "базовий" варіант регулятора застосовується звичайно в радіоапаратурі високого класу. У побутовій апаратурі використовують дещо спрощений варіант (рис. 2, а). Апроксимованого логарифмічні амплітудно-частотні характеристики (ЛАЧХ) такого регулятора наведено на рис. 2,6. Спрощення його високочастотного ланки призвело до деякої розпливчастості регулювання в галузі вищих частот і до більш помітного впливу попереднього та подальшого каскадів на АЧХ в цій області.


Puc.2

Подібний коректор при п = 2 (зі змінними резисторами групи "А") був особливо популярний у простих аматорських підсилювачах [2] кінця 60-х – початку 70-х років (головним чином, з-за малого загасання), але незабаром величина п зросла до звичних сьогодні значенні. Все сказане вище щодо діапазону регулювання, узгодження і вибору регуляторів справедливо і для спрощеного варіанту коректора.

Якщо відмовитися від вимоги симетричного регулювання АЧХ на ділянках їх підйому і спаду (до речі, необхідність спаду практично не виникає), то можна ще більше спростити схему (рис. 3, а). Наведені на рис. З.б ЛАЧХ регулятора відповідають крайнім положенням движків резисторів R2, R4. Гідність такого регулятора – простота, але оскільки всі його характеристики взаємозв'язані, для зручності регулювання доцільно вибирати п = 3 … 10. Зі зростанням п крутизна підйому зростає, а спаду – знижується. Все сказане вище про традиційних варіантах коректора Баксандала повною мірою відноситься і до цього, гранично спрощеним варіантом.


Puc.3

Однак схема регулятора тембру Баксандала та її варіанти – аж ніяк не єдина можлива реалізація пасивного двосмугової регулятора тембру. Друга група регуляторів виконана не на базі мостів, а на базі частотно-залежного дільника напруги. Як приклад витонченого схемотехнічного рішення регулятора можна привести темброблок, свого часу використовувався в різних варіаціях в лампових підсилювачах електрогітар. "Родзинкою" цього регулятора є зміна частот перегину АЧХ в процесі регулювання тембру, що призводить до цікавих ефектів у звучанні "класичної" електрогітари. Базова його схема зображена на рис. 4, а, а апроксимованого ЛАЧХ – на рис. 4,6. Там же приведені розрахункові залежності для визначення постійних часу точок перегину.


Puc.4

Неважко помітити, що регулювання в області нижчих звукових частот змінює частоти перегину, не змінюючи нахил АЧХ. Коли движок змінного резистора R4 знаходиться в нижньому (за схемою) положенні, АЧХ на нижчих частотах лінійна. При переміщенні ж движка вгору на ній з'являється підйом, причому точка перегину в процесі регулювання зрушується в область більш низьких частот. При подальшому переміщенні движка верхній (за схемою) секція резистора R4 починає шунтувати резистор R2, що викликає зміщення високочастотної точки перегину в область більш високих частот. Таким чином, при регулюванні підйом низьких частот доповнюється спадом середніх. Регулятор вищих звукових частот являє собою найпростіший фільтр першого порядку та особливостей не має.

На базі цієї схеми можна побудувати декілька варіантів темброблок, що дозволяють регулювати АЧХ в області нижчих і вищих частот. Причому в області нижчих частот можливий і підйом, і спад АЧХ, а на вищих – лише підйом.

Варіант темброблок з регулюванням частоти перегину АЧХ в низькочастотній області показано на рис. 5, а, його ЛАЧХ – на рис. 5,6. Резистор R2 регулює частоту перегину АЧХ, a R5 – її нахил. Спільне дія регуляторів дозволяє отримати значні межі і велику гнучкість регулювання.


Puc.5

Схема спрощеного варіанту темброблок наведена на рис. 6, а, його ЛАЧХ – на рис. 6,6. Він являє собою, по суті, гібрид низькочастотного ланки темброблок, показаного на рис. 3, а, та високочастотного ланки темброблок, показаного на рис.4, а.


Puc.6

Об'єднавши функції регулювання АЧХ в низькочастотній та високочастотній областях, можна отримати простий комбінований регулятор тембру з одним органом управління, вельми зручний для застосування в радіоприймальної і автомобільної апаратурі. Його принципова схема показана на рис. 7, а й ЛАЧХ – на рис. 7,6. У нижньому (за схемою) положенні движка змінного резистора R1 АЧХ близька до лінійної у всьому діапазоні частот. При переміщенні. Його вгору з'являється підйом на нижчих частотах, причому низькочастотна точка перегину в процесі регулювання зрушується в область більш нижчих частот. При подальшому переміщенні движка верхня (за схемою) секція резистора R1 включає в роботу конденсатор С1, що призводить до підйому вищих частот.


Puc.7

При заміні змінного резистора R1 перемикачем (рис. 8, а і 8,6) розглянутий регулятор перетворюється на найпростіший тон-регістр (положення 1 – classic; 2 – jazz; 3 – rock), популярний у 50-х – 60-х роках і знову використовується в еквалайзерах магнітол і музичних центрів в 90-х.


Puc.8

Незважаючи на те що про регулювання тембру, здавалося б, все давно вже сказано, різноманіття пасивних коригувальних ланцюгів не вичерпується запропонованими варіантами. Чимало забутих схемотехнічних рішень переживають зараз друге народження на новому якісному рівні. Досить перспективний, наприклад, регулятор гучності з роздільним регулюванням тонкомпенсації по низьких і високих частотах [З].

ЛІТЕРАТУРА

  • 1. Шкрітек П. Довідкове керівництво по звуковий схемотехніці (пров. з нім.). – М.: Мир, 1991, с. 151-153.
  • 2. Крилов Г. Широкосмуговий УНЧ. – Радіо, 1973, N 9, c.56, 57.
  • 3. Шіхатов А. Комбінований блок регулювання АЧХ. – Радіо, 1993, N 7, с. 16.
  • А. ШІХАТОВ, м. Москва

    (Радіо 1-99)