Н. Бугайчук

Даний спейснер (від англійського слова «спейс» – простір) являє собою пристрій, що дозволяє отримати таке звучання заварних інструментів, коли «точка» випромінювання звуку і його тембр змінюються в просторі навколо слухача.

У самому простому випадку джерело звуку обертається навколо слухача з певною швидкістю, що може бути реалізовано наступним чином. Навколо слухача розміщують звукові колонки. В якийсь час в одній з них гучність звуку найбільша. Потім гучність в цій колонці зменшується, а в сусідній збільшується і т. Д. Таким чином звук обертається навколо слухача, перетікаючи з однієї колонки в іншу. Аналогічно можна зраджувати не гучність, а тембр звучання.

У пристроях, що створюють просторово-імітаційні ефекти (відлуння, реверберація та ін.). звуки змінюються тільки в часі, а відчуття просторове ™ виходить через певного тимчасової зміни параметрів звуку – послезвучанія, повторення, зсуву звукового сигналу в часі. На відміну від них в «Фоністере-2» звуки змінюються в просторі реально.

Справжнє пристрій використовується спільно з чотирьохканальною звуковідтворювальної системою. Її звукові колонки розміщують навколо слухача (наприклад, в чотирьох кутках кімнати). Якщо буде застосовуватися стереофонічна система, то просторові зміни звуків локалізуються в області між звуковими колонками, якщо одноканальна система – звук просторово стационарен.

Основними керуючими вузлами в спейснере є чотирифазні генератори, сигнали з чотирьох виходів яких зсунуті на 90 ° відносно один одного. Їх схема нескладна в порівнянні зі схемою генераторів, мають більше число фаз.

Сигнали з кожного виходу генератора надходять в свій канал, що складається з Маніпулятора і фільтра, в яких змінюється відповідно амплітуда сигналу інструменту і його тембр. Маніпулятори служать амплітудними модуляторами, а фільтри – резонансними підсилювачами, що виділяють з широкого спектру сигналу вузьку смугу частот. Керуючи маніпуляторами і фільтрами за допомогою сигналів з різними фазами, отримують звуки, розташування і тембр яких змінюються в просторі навколо слухача.

«Фоністер-2» складається з двох чотирьохфазної керуючих генераторів синусоїдальної напруги, вузла ручного управління, восьми маніпуляторів, чотирьох керованих фільтрів і фільтра для розділення спектру вхідного сигналу на дві частини – нижчих і вищих частот.

Електричну схему «Фоністера-2» умовно можна розділити на схему ланцюгів вхідних сигналів і схему керуючих ланцюгів. Спільними для них є маніпулятори і фільтри, на які надходять як вхідні, так і керуючі сигнали. Тому маніпулятори і фільтри мають по два входи – сигнальний (СВ) та керуючий (УВ).

На рис. 1 – на схемі сигнальних ланцюгів зазначені тільки входи СВ фільтрів і маніпуляторів, а на рис. 2 – на схемі керуючих ланцюгів – тільки входи У В.

Розглянемо спочатку схему сигнальних ланцюгів.

Сигнали від двох різних музичних джерел подають на спейснер через вхідні роз’єми XSI і XS2. Якщо кнопковий вимикач SB1 знаходиться в стані, показаному на схемі, ці сигнали підсумовуються (спільна обробка сигналів) і через змінний резистор R3, регулюючий їх рівень, надходять на вхід попереднього підсилювача А1. При кнопці SB1 відбувається роздільна обробка сигналів. Кожен з них приходить на свій попередній підсилювач: з входу / на підсилювач Л /, з входу 2 – на А2. Резисторами R3 і R4 послаблюють вхідні сигнали, якщо вони мають великий рівень. Попередні підсилювачі А1 і А2 служать для посилення сигналів, якщо їх рівень малий.

Кожен з чотирьох каналів обробки спейснера містить основний маніпулятор і фільтр, включені паралельно один одному. Сигнали основного маніпулятора і фільтра кожного каналу (відповідно АЗ і Zl, А4 і Ζ2, А5 і Ζ3, А6 і Ζ4) підсумовуються через резистори: у першому каналі через R16 і R28, у другому – через R17 і R29, в третьому – через R18 і R30, у четвертому – через R19 і R3J. Додаткові маніпулятори А7 – А10 служать для оперативного відключення сигналів з фільтрів за допомогою чотирьох кнопок.

При роздільній обробці сигнал першого джерела проходить через основні маніпулятори, а другий – через фільтри.

Фільтр Ζ5 об’єднує в собі два фільтри – нижчих і вищих частот. На схемі вихід першого з них позначений буквою Н, другого – В.

При кнопці SB5 (а також SB2 і SB3) на основні маніпулятори надходить сигнал, що пройшов через фільтр низьких частот, а при кнопці SB4 (а також SB2 і SB3) – через фільтр вищих частот. Розташування і тембр різних джерел, а також різних частин спектра (нижчих і вищих частот) можуть змінюватися в просторі синхронно або незалежно.

Рис. 1. Принципова схема сигнальних ланцюгів (без урахування керуючих ланцюгів)

Далі сигнали каналів надходять на здвоєні

змінні резистори R32 і R33, які дозволяють домогтися плавного «введення» цих сигналів. Емітерний повторювачі на транзисторах VT2 – VT5 виконують функції узгоджувальних каскадів.

Здвоєні змінні резистори R42 і R43 дозволяють змінювати канали місцями – перший канал з четвертим, другий з третім.

Кожен з каналів через роз’єм XS3 підключають до свого підсилювача звукової частоти. Колонки розташовують навколо слухача в порядку, відповідному порядку каналів (1, 2, 3, 4) за годинниковою стрілкою.

Вузли G1 і G2 на схемі керуючих ланцюгів (рис. 2) – чотирифазні синусоїдальні генератори. Фази сигналів на виходах кожного з них зрушені відносно один одного на 90 °. Здвоєними змінними резисторами R4 і R5 регулюють глибину амплітудної модуляції в каналах сигналів від керівників генераторів G1 і G2. Залежно від того, яка кнопка SB1 або SB2 натиснута (вони з залежною фіксацією), на маніпулятори подають сигнали або з генератора G /, або з генератора G2.

При натисканні на кнопку SB3 на керуючі входи маніпуляторів А4 і А6 надходять по два керуючих сигналу з виходів «90 °» і «270 °» генератора G1. Завдяки цьому зміна гучності в другому і четвертому каналах відбувається в два рази частіше, ніж в інших каналах, через що звук після кожного півоберту змінює напрямок руху навколо слухача на зворотне (змінне напрямок).

Якщо натиснути на кнопку SB4, управління гучністю звуків в каналах походить від вузла ручного управління «ручного». На маніпулятори при цьому надходять сигнали з його виходів «І» та «-І».

Коли натиснута кнопка SB5, керуючі сигнали на маніпулятори не надходять і вхідні сигнали через них не проходять.

Функції, аналогічні описаним у першому і третьому каналах, виконують вимикачі SBI0 – SB12 (SB10 і SB11 – кнопки з залежною фіксацією) і регулятори R8 і R9, через які проходять керуючі напруги на фільтри з тією лише різницею, що в даному випадку замість гучності управляють резонансною частотою фільтра. Управління фільтрами аналогічно управлінню маніпуляторами, при цьому збільшення гучності відповідає підвищення резонансної частоти. При кнопці SB12 або якщо движки регуляторів глибини зміни резонансної частоти R8 і R9 знаходяться в нижньому за схемою положенні, вхідні сигнали через фільтри не проходять.

Як видно зі схеми, на фільтри і основні маніпулятори кожного каналу надходять протифазні сигнали управління з генератора G1. Зроблено це з тією метою, щоб максимум гучності в каналах відповідав максимального значення резонансної частоти в протилежних каналах (наприклад, в момент максимуму гучності в першому каналі максимальна резонансна частота в третьому каналі і т. д.).

Рис. 3. Принципова схема попереднього підсилювача

Рис. 4. Принципова схема фільтра Z5

Рис. 5. Принципова схема маніпулятора

Рис. 6. Принципова схема фільтра

Додатковими маніпуляторами А7 – А10 керують вручну натисканням кнопок SB6 – SB9. При ненажатом кнопках маніпулятори відкриті і вхідні сигнали проходять через них. При натисканні на будь-яку з кнопок SB6 – SB9 відповідний маніпулятор закривається, перешкоджаючи проходженню сигналу на його вихід.

Сигнали управління з кнопок подаються на додаткові маніпулятори через інтегратори на операційних підсилювачах DA1 – DA4. Завдяки цьому усуваються неприємні клацання при натисненні кнопок.

Розглянемо тепер схеми окремих вузлів.

Попередній підсилювач А1 (А2) (рис. 3) двохкаскадний, з безпосереднім зв’язком між каскадами. Коефіцієнт посилення близько 35.

Вузол Z5 (рис. 4) складається з двох активних фільтрів і виконаний на операційних підсилювачах Z5-DA1 і Z5-DA2. На вході фільтрів включений загальний емітерний повторювач на транзисторі Z5-VT1.

Кожен маніпулятор виконаний за схемою помножувача (рис. 5), який перемножує вхідний і керуючий сигнали. Підлаштування резистор R11 під час налагодження пристрою встановлюють в положення, відповідне найменшому проходженню перешкод від керуючого сигналу на вихід маніпулятора.

На рис. 6 зображений один з фільтрів ZI – Z4. Він виконаний за схемою двох інтеграторів з помножувачами і кільцевої зв’язком. Резонансна частота фільтра залежить від коефіцієнта передачі умножителей на транзисторах Z1-VT1 – ZI-VT3 і Z1-VT4 – Z4-VT6, який у свою чергу залежить від керуючої напруги на вході фільтра. Як і в маніпуляторі, підлаштування резистор фільтра повинен знаходитися в положенні, відповідному мінімуму перешкод від керуючого сигналу.

Натисканням кнопки SB], що має чотири групи контактів (по одній групі в кожному з чотирьох фільтрів), змінюють (збільшують) добротність фільтру.

Схема генераторів G1 і G2 наведена на рис. 7. Кнопкою SB1 перемикають частоту генерації в діапазоні 0,2 … 10 Гц. Трьома з чотирьох контактних груп SA1 коммутируют частотозадающіх конденсатори, четвертої – Інтегрують резистори. Останні підбирають такими, щоб при різних частотах генератора сигнал на виході «0» мав форму, близьку до синусоїдальної, і амплітуду, близьку до максимальної.

На операційному підсилювачі DAI вузла ручного управління (рис. 8) виконаний керуючий каскад, на DA2 – інтегратор, на DA3 – інвертор. Кнопкою SB1 управляють переміщенням звуку. При кожному натисканні на неї звук переходить з двох колонок, розміщених в протилежних сторонах від слухача, у дві інші. Швидкість переходу туди і назад можна регулювати незалежно змінними резисторами R8 «Фронт» і R9 «Спад».

За допомогою резисторів R1 і R4 під час налагодження підбирають швидкість переходу сигналу на виході «І» (або «-І») від однієї полярності до іншої при натисканні та відпусканні кнопки SB1 (при правих крайніх за схемою положеннях движків змінних резисторів), а також мають намір не-зміниться цієї швидкості як при переході від позитивної полярності до негативної, так і назад.

Принципова схема вузла живлення показана на рис. 9.

Налаштовуючи спейснер, необхідно отримати приблизно однакову гучність сигналів у всіх чотирьох каналах. При всіх комутаціях глибини амплітудної модуляції і зміни резонансної частоти повинні бути також приблизно однаковими у всіх каналах.

Подавши на вхід спейснера сигнал звукової частоти, підбором резисторів R12- R15 (див. Рис. 1) домагаються однакової гучності на виході всіх каналів при відсутності сигналів з фільтрів Ζ1 – 14. Потім, коммутіруя вимикачі SB5 і SB12 (див. рис. 2), домагаються приблизно однаковою гучності від основних маніпуляторів і фільтрів.

Гучність майже не повинна змінюватися при регулюванні глибини амплітудної модуляції резисторами R4 і R5. При максимальній глибині амплітудної модуляції від генераторів G1 і G2 час звучання в модульованому коливанні повинно бути в кілька разів більше часу пауз, в яких амплітуда сигналу дорівнює нулю (відсутність звуку). Цих умов домагаються, підбираючи резистори R3, R6, R7, RIO, R15 – R22 (див. Рис. 2).

Подавши на вхід сигнал прямокутної або пилкоподібної форми, що має широкий спектр, і натиснувши на кнопку SB 10 (див. Рис. 2), підстроюванням резисторів R62, R65, R68, R71 і підбором R47, R48, R58-R61 забезпечують максимальну глибину зміни резонансної частоти фільтрів. При великих резонансних частотах паузи повинні бути відсутніми, а при малих – час пауз має бути невеликим.

Щоб уникнути «пролезания» сигналів одних каналів в інші канали, загальні (корпусні) висновки всіх ланцюгів і вузлів, зображених на рис. 1, з’єднують між собою і приєднують до спільного висновку роз’єму XS3 (Поблизу від нього).

У всіх вузлах, крім фільтрів Z1 – Z4, замість операційних підсилювачів К153УД2 можна використовувати К553УД2, К140УД2А, К140УД6, К140УД7, К140УД10, К140УД11, К1УТ531А, К153УД5 та інші з подібними параметрами, включивши їх з відповідною корекцією. Для фільтрів, крім мікросхем К153УД2, придатні К553УД2, К140УД7, К140УД8, К140УД8Б.

Замість транзисторів КТ301Ж можна використовувати будь-які транзистори відповідної структури з коефіцієнтом посилення струму бази від 50 до 250.

Замість транзисторів КТ308В можна використовувати МП27, МП39Б, П28 та інші малошумливі структури р-п-р.

Перемикачі частоти генераторів G1 і G2 – галетні, на шість положень і чотири напрямки. Решта комутуючі елементи – перемикачі П2К.

Рис. 9. Принципова схема вузла живлення

Рис. 8. Принципова схема вузла ручного управління

Рис. 7. Принципова схема генератора

Здвоєні змінні резистори повинні мати лінійну залежність опору від кута повороту движка. Гнізда XS1 і XS2 – СГ-3, XS3 – СГ-5. Лампи HL1 і HL2 розраховані на напругу 6,3 В. Транзистори VT11 і VT12 встановлюють на тепловідвід площею 100 … 150 см2.

Кращі конструкції 31-й і 32-й виставок творчості радіоаматорів / Упоряд. В. М. Бондаренко М .: ДОСААФ, 1989, – 112 с., Іл.