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 ча­стот 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 а_п для каждого положения переключателя, это уравнение можно решить для каждого резистора:

где n=2, 3, ...

При равномерном шаге затухания

а_п = 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

Таблица 2

Монтаж узла выполнен на выводах переключателей. В качестве переклю­чателей SA1 и SA2 можно использовать любые галетного типа соответственно на 23 и 11 положений на два направления кнопки SB1 — SB3 — П2К с незави­симой фиксацией, резисторы — МЛТ-0,25, с точностью не хуже 5%, конденсато» ры — КМ-5, КМ-6.

Налаживание заключается в попарном подборе резисторов делителя регу­лятора громкости и баланса.

Цифровойрегулятор громкости. Основным недостатком регуляторов на основе переменных резисторов и переключателей является сложность их раз­мещения непосредственно вблизи входов усилителя, что вызвано необходимо­стью размещения органов управления на передней панели усилителя. Это усложняет борьбу с помехами и наводками. Кроме того, наличие механических контактов ухудшает надежность работы таких регуляторов, увеличивает поме­хи в виде тресков, шорохов, щелчков. С развитием элементной базы появилась возможность создать электронные регуляторы громкости на базе специальных микросхем или при использовании переключателей аналоговых сигналов КМОП структуры, что позволяет устранить указанные недостатки.

На рис. 41 приведена схема одного канала регулятора громкости на база мультиплексора КМОП структуры. Регулятор используют совместно с селек­тором входных сигналов (см. рис. 13). Регулятор громкости состоит из элект­ронного переключателя на 32 положения и цифрового узла управления им. До­стоинством этого регулятора также является большая точность совпадения каналов, определяемая допуском резисторов делителя.

Цифровой регулятор громкости имеет следующие основные технические ха­рактеристики:

Номинальное входное напряжение........ 200 мВ

Номинальное выходное напряжение....... 200 мВ

Максимальное входное напряжение....... 6 В

Глубина регулировки громкости........ 64 дБ

Напряжение питания........... 15 и 7,5 В

Ток потребления............. 30 мА

Рис. 41. Принципиальная схема цифрового регулятора громкости

Собственно электронный переключатель выполнен на микросхемах DD1, DD2 и DA1. Управляется он цифровой частью на микросхемах DD3 — DD9. Пе­реключатель состоит из двух секций: одной (на микросхеме DD2 и резисторах R13 — R16) на четыре положения с шагом 2 дБ, второй (на микросхеме DD1 и резисторах R3 — R10) на восемь положений с шагом 8 дБ. Между ним» установлен развязывающий усилитель на микросхеме DA1.1 с коэффициентом передачи около 1. Такое построение позволяет создать переключатель на 32 положения, используя всего 12 резисторов делителя. Состояние секций пере­ключателя определяется пятиразрядным кодом, вырабатываемым цифровым узлом управления, собранным на микросхемах DD3 — DD9.

Узел управления содержит задающий генератор (на элементах DD 3,3, DD 3.4, DD 5.2), вырабатывающий сигнал с частотой около 4 Гц, и реверсив­ный счетчик (DD4.1, DD9), вырабатывающий пятиразрядный код управления.

Элементы DD6.2, DD6.3, DD8.1, DD 8.2, DD5.3, DD3.5, DD3.6, DD7.1 — DD 7.3 обеспечивают реверсирование счетчика и ограничение счета снизу и сверху. Элементы DD6.1, DD 3.2, DD5.1, DD 5.2 необходимы, чтобы задающий генератор работал при нажатии любой из кнопок SB1 или SB2. Триггер DD4.2 устраняет дребезг их контактов. С помощью кнопок SB3 — SB6 дела­ют предварительную установку счетчика DD9 и тем самым задают любой на­чальный уровень громкости. Элемент DD 3.1 совместно с резисторами Rl, R2 и конденсатором С1 формирует импульс установки счетчика в нулевое состо­яние.

Особенностью регулятора является то, что при разомкнутых контактах кнопок SB1 и SB2 весь электронный переключатель находится в статическом положении и не вносит в усиливаемый аналоговый сигнал дополнительных по­мех. Это позволяет монтировать аналоговую и цифровую части регулятора на одной плате.

Узел управления общий для двух каналов. Стереобаланса добиваются из­менением усиления выходного каскада в селекторе входных сигналов (см, рис. 13). Если сделать цифровое управление раздельным для левого и право­го каналов, то баланс устанавливают раздельной регулировкой громкости.

Регулятор смонтирован на унифицированной монтажной плате с примене­нием переходных панелей для микросхем серии К564. В устройстве исполь­зованы резисторы МЛТ-0,25 (с точностью 5% в делителе и 10% — остальные) и конденсаторы КМ-4, КМ-5, К53-1. В качестве кнопок SB1, SB2 можно при­менять переключатели без фиксации любого типа (например МП-3), вместо SB3 — SB6 — переключатели любого типа с фиксацией.

Учитывая сложность устройства, необходимо обратить внимание на пра­вильность монтажа. Для проверки работоспособности регулятора необходим стабилизированный источник питания с напряжением 15 В и током не менее 30 мА. Напряжение 7,5 В берется с селектора входных сигналов (см. рис. 13). Налаживание устройства состоит в попарном подборе резисторов делителя R3 — R10 и R13 — R16.