РЕГУЛЯТОРЫ ГРОМКОСТИ, БАЛАНСА
И РЕЖИМА «ИНТИМ»
Регуляторы громкости являются неотъемлемой частью любого звуковоспроизводящего устройства и предназначены для регулирования уровня звучания акустических систем при воспроизведении звуковых сигналов. Для стереофонических систем обязательным является также регулятор стереобаланса, который служит для плавного изменения соотношения уровней звучания правого и левого каналов, позволяя перемещать в пространстве стереозону. Нередко в современных звуковоспроизводящих устройствах также используют режим «Интим» или « — 20 дБ», снижающий уровень сигнала скачком в 10 раз что создает большие эксплуатационные удобства (при разговоре по телефону, контрольном прослушивании, выборе музыкальных программ и т. п.).
Известно, что из-за особенностей органов слуха человека при уменьшении уровня громкости наблюдается ухудшение восприятия низших и высших звуковых частот. Поэтому обычно применяют тонкомпенсированные регуляторы громкости, которые одновременно с уменьшением или увеличением громкости изменяют АЧХ усилительного устройства таким образом, чтобы она соответст-; вовала широко известным кривым равной громкости [8]. Стандартизированные кривые равной громкости приводятся в рекомендациях Международной организации стандартизации (ИСО).
Схемные решения регуляторов громкости и баланса базируются на резне-тивных делителях напряжения, в качестве которых используют переменные или I постоянные резисторы. К переменным резисторам предъявляют следующие тре-: бования: близость к нулю минимального регулируемого сопротивления; плавное, (без скачков) изменение сопротивления при перемещении движка резисторов с функциональной зависимостью, подчиняющейся показательному закону (группа В); отсутствие шумов и щелчков; идентичность изменения сопротивлений при их регулировании (для сдвоенных регуляторов в стереофонических системах). Пределы плавного регулирования громкости определяются диапазоном плавного изменения сопротивления используемых переменных резисторов.
Применяемые в УЗЧ резисторы СПЗ- 12 имеют диапазон плавного изменения до 60 дБ, СПЗ-12а-1 — до 80 дБ. Однако промышленные потенциометры не всегда удовлетворяют перечисленным требованиям. Разбаланс сопротивлений сдвоенных переменных резисторов типов СПЗ-23, СПЗ-12, СПЗ-4, наиболее часто используемых для тонкомпенсированной регулировки громкости, достигает ±3 дБ, а изменение их сопротивления из-за люфта движка или оси ±6 дБ. Это приводит к разбалансу уровней сигналов в каналах стереоусилителя при регулирований громкости и к рассогласованию АЧХ, особенно заметному на малой и средней громкости.
От указанных недостатков свободен сдвоенный ступенчатый тонкомпенсированный регулятор громкости, построенный на дискретных резисторах и многопозиционных переключателях [9]. В последние годы с развитием интегральной технологии и созданием новой элементной базы получают распространение электронные регуляторы громкости и баланса на полевых транзисторах, КМОП коммутаторах, КМОП мультиплексерах, а также специальных микросхемах (например, К174УН12).
Кроме общепринятых характеристик для каскада регулирования специфической является глубина регулирования громкости — отношение номинального выходного напряжения к напряжению на выходе при положении регулятора громкости, соответствующем минимальной громкости в пределах плавной регулировки, выраженное в децибелах.
Рассмотрим варианты схем регулировки громкости и баланса с применением различной элементной базы.
Типовой каскад регулирования громкости и баланса на переменных резисторах групп В и А. В качестве простейшего регулятора громкости может служить обычный переменный резистор, включенный по схеме делителя напряжения. Однако некоторые особенности слухового восприятия звуковых давлений-различных частот требуют усложнения этого каскада в усилителях высокого класса. Чувствительность уха, максимальная на средних частотах, падает нг низших и высших частотах. При увеличении уровня громкости чувствительность уха в области низших частот заметно возрастает.
В области высших ча стот чувствительность также возрастает, но ее рост значительно зависит от индивидуальных особенностей слуха каждого человека (особенно заметна зависимость восприятия высших частот от возраста).
Иначе говоря, изменение уровня звукового давления вызывает изменение спектра сигнала, воспринимаемого человеком. Поэтому, чтобы субъективное восприятие громкости изменялось во всем спектре частот пропорционально, необходимо скорректировать частотную характеристику регулятора громкости (ввести так называемую тонкомпенсацию) таким образом, чтобы с уменьшением уровня звукового давления увеличивался подъем в области низших и высших частот. Кроме того, желательно равномерно изменять относительную громкость при линейном перемещении регулирующего узла. Из экспериментов известно [10], что субъективное ощущение приращения громкости зависит от уровня звукового давления. При малых уровнях сигнала одинаковому приращению звукового давления субъективно соответствует большее приращение громкости, чем при больших уровнях сигнала. Поэтому для получения равномерной субъективной регулировки громкости требуется нелинейное регулирование звукового давления. Этим требованиям отвечают переменные резисторы с показательной зависимостью( группы В), имеющие отводы для тонкомпенсации.
При регулировке стереобаланса, чтобы сохранить постоянство общего звукового давления в обоих каналах, ослабление уровня сигнала в одном канале необходимо компенсировать увеличением уровня сигнала в другом. Для этога можно использовать широко распространенные переменные резисторы с линейной зависимостью (группы А). Применение специально разработанных для регулировка стереобаланса потенциометров с зависимостью (группы Е/И) позволяет уменьшить потери сигнала и субъективно более плавно регулировать стереобаланс.
Рис. 39. Принципиальная схема регуляторов громкости и баланса на потенциометрах типа В и А
На рис. 39 приведена схема регулятора громкости, в которой учтены сделанные замечания.
Он имеет следующие основные технические характеристики:
Номинальное входное напряжение......... 200 мВ
Номинальное выходное напряжение........ 140 мВ
Глубина регулировки громкости......... 40 дБ
Тонкомпенсация (при уровне громкости — 30 дБ) на частоте:
100 Гц................ 6 дБ
10 кГц................ 4 дБ
Регулировка стереобаланса........... ±6 дБ
Резистор R1 и соответствующий ему в другом канале уменьшают взаимное влияние каналов в режиме «Моно». Резистор R2 с зависимостью А обеспечивает регулировку стереобаланса. Последовательно включенный резистор R3 позволяет уменьшить потери сигнала до 3 дБ (при его отсутствии потери возрастают до б дБ). Кнопкой SB2 включают резистивный делитель R4, R5, уменьшающий сигнал в 10 раз. Громкость регулируют переменным резистором R7, к отводу которого (при нажатой кнопке SB3) подключается цепь тонком-пенсации.
Узел регулировок собран на выводах переменных резисторов и переключателей П2К. Монтаж выполнен экранированным проводом МГШВЭ-0,2. Регулятор стереобаланса — СПЗ-12г с зависимостью А; регулятор громкости — СПЗ-12д с зависимостью В; остальные резисторы МЛТ-0,25; конденсаторы КМ-5, КМ-6, переключатели — П2К с независимой фиксацией.
Налаживание узла в основном состоит в проверке правильности монтажа.
Регулятор громкости и баланса на переключателях галетного типа. Как уже указывалось, разбаланс сопротивлений сдвоенных переменных резисторов достигает ±6 дБ, что вызывает разбаланс уровней сигналов в каналах и рассогласование АЧХ при введении тонкомпенсации. Коэффициент усиления каналов можно выравнить регулятором стереобаланса, но сбалансировать АЧХ с помощью обычных органов управления не удается. Кроме того, нередко бывает довольно сложно найти сдвоенный резистор с необходимым номиналом и законом регулирования громкости. От указанных недостатков свободен регулятор громкости на базе галетного переключателя, позволяющий создать необходимый закон регулирования и при попарном подборе резисторов делителя иметь незначительный разбаланс каналов.
Как известно, использование для регулировки стереобаланса переменных резисторов с линейной зависимостью вызывает значительное ослабление сигнала (около 6 дБ). Применение специальных резисторов с зависимостью Е/И не всегда возможно из-за отсутствия необходимых номиналов. Построение регулятора баланса на базе галетного переключателя также позволяет легко получить «переменный резистор» нужного номинала с требуемым законом регулирования.
С учетом сказанного, разработан регулятор громкости и баланса с применением переключателей галетного типа, схема одного канала которого показана на рис. 40. Он имеет следующие основные технические характеристики:
Номинальное входное напряжение......... 200 мВ
Номинальное выходное напряжение........ 200 мВ
Глубина регулировки громкости . . . . . . . . , 60 дБ
Тонкомпенсация (при уровне громкости — 40 дБ) на частоте 100 Гц................ ±8 дБ
Регулировка стереобаланса........... ±8 дБ
Регулятор громкости состоит из делителя на резисторах Rl — R22 и галетного переключателя SA1 на 23 положения. Расчет такого регулятора громкости можно произвести следующим образом. Для любого положения движка переключателя затухания а„ в децибелах определяется как
где R — общее требуемое сопротивление делителя; n — номер положения движка переключателя.
Выбрав значения R (из условия согласования с усилительным каскадом) и затухания ап для каждого положения переключателя, это уравнение можно решить для каждого резистора:
где n=2, 3, ...
При равномерном шаге затухания
ап = аi — (n — 1) Да,
где ai — максимальное затухание делителя регулятора (выбирается из условия необходимой глубины регулирования); Да — шаг затухания; Дa=a1/(N — 1), где N — максимальное число положений движка переключателя.
Рассчитанные сопротивления регулятора громкости при R = 10 кОм, ai = =60 дБ и N=23 приведены в табл. 2. С учетом особенностей слухового восприятия шаг затухания Да первых трех положений переключателя выбран равным 6 дБ, следующих трех — 4 дБ, остальных — 2 дБ.Резистор R23 и соответствующий ему во втором канале служат для уменьшения взаимного влияния каналов и для выравнивания звукового давления в режиме «Моно». Регулятор баланса выполнен на резисторах R24 — R29 и переключателе SA2. Ценя тонкоррекции Cl, C2, R32 подключают кнопкой SB3.
Рис. 40. Принципиальная схема регулятора громкости и баланса на переключателях галетного типа
