Тонкомпенсированный регулятор громкости с адаптацией к регулятору тембра
Тонкомпенсированный регулятор громкости с адаптацией к регулятору тембра
В литературе много схем аналоговых тонкомпенсированных регуляторов громкости (ТКРГ). Однако все они имеют свои недостатки – о чем так же отражено в литературе, часть которой в списке в конце.
В этой статье сделана попытка создать улучшенный ТКРГ, призванный максимально устранить недостатки существующих схем и поднять качество звучания при регулировке громкости.
Причем регулировать громкость будет простой переменный резистор без отводов.
Принципиальная схема
Вот схема предлагаемого ТКРГ (рис.1): 
Принципиальная схема тонкомпенсированного регулятора громкости на ОУ с переменным резистором без отводов
Рис. 1. Принципиальная схема тонкомпенсированного регулятора громкости на ОУ с переменным резистором без отводов.
ТКРГ состоит из двух узлов. На операционном усилителе (ОУ) А1.1 построен собственно регулятор громкости с пропорциональной добавкой ВЧ и НЧ в сигнал при уменьшении громкости (тонкомпенсация).
Смешение сигналов (при включенной тонкомпенсации) происходит в точке «Ж». Причем добавляемые сигналы ВЧ и НЧ можно настраивать по частоте и амплитуде с целью получения идентичности АЧХ регулятору тембра и кривым равной громкости.
При среднем положении регулятора R4 громкость будет средней. В точку «Ж» приходят все три смешиваемых сигнала: с бегунка R4 (основной сигнал) + с ВЧ цепи + с НЧ цепи и, собственно, смешиваются.
Суммарный сигнал будет со средней добавкой ВЧ и НЧ. В левом положении бегунка R4 подача основного сигнала в точку «Ж» будет минимальной, так как выход ОУ А1.1 (основной сигнал) пойдет в точку «Ж» через всю резистивную дорожку R4, а подача ВЧ и НЧ остается прежней – то есть в суммарном сигнале становится меньше основного сигнала и больше ВЧ и НЧ.
В правом же положении бегунка R4 цепи добавки ВЧ и НЧ замыкаются через R9 бегунком R4 и практически не влияют на основной сигнал – никакой добавки НЧ и ВЧ в основной сигнал нет. Соответственно получается плавная пропорциональная тонкомпенсация по уровню громкости.
На ОУ А1.2 построен усилитель-смеситель с коэффициентом усиления необходимым для согласования с последующим устройством. Изменяя номинал резистора R11 можно в широких пределах регулировать усиление ТКРГ.
Номинал резисторов R9+R10 взят как приемлемая нагрузка для ОУ А1.1 и резистора R4, ведь на инвертирующем входе 6 ОУ А1.2 всегда почти нулевой потенциал.
Если будет использоваться старая микросхема ОУ, то резисторы R9 + R10 необходимо увеличить до 5 кОм (суммарно), не менее. Иначе ОУ возможно будет перегружаться и искажать сигнал.
Основным достоинством предлагаемого ТКРГ является возможность подстройки его АЧХ под АЧХ регулятора тембра. Эта подстройка нужна по трем причинам:
Во-первых АЧХ усилителя всегда должна быть плавной без каких-либо волн. Только в этом случае звук получается качественным. Мне, например, никогда не приходилось слышать достойный звук, прошедший эквалайзер. А если темброблок дает одну характеристику, а ТКРГ – другую, то на суммарной АЧХ появятся волны – как шторм на море – ничего хорошего. Звук будет подпорчен. Во-вторых (из практики) на большой громкости необходимо уменьшать уровень НЧ, чтобы не перегружались колонки (НЧ динамики). То есть положение регулятора тембра НЧ заранее должно быть несколько снижено, а на средних громкостях именно ТКРГ должен обеспечивать добавку НЧ, сниженную темброблоком. На максимальной громкости действие ТКРГ прекратится. Останется несколько заниженный тембр НЧ. Вот и получается, что добавка НЧ от ТКРГ должна быть идентична самому тембру, чтобы не было волн. В-третьих входной сигнал может быть разным по амплитуде или сопротивление колонок может быть разным. Соответственно регулятор громкости будет установлен в различных положениях на той же фактической громкости – АЧХ ТКРГ будет с меньшей или большей добавкой НЧ и ВЧ. Здесь обязательно потребуется подстройка тембра, ну и, чтобы не было волн АЧХ. И тут так же требуется соответствие АЧХ ТКРГ и РТ. Это триединое требование соответствия АЧХ ТКРГ регулятору тембра затрудняет возможность применения обычных ТКРГ, использующих вырезание частот одной или несколькими ветками (конденсатор + резистор) в качественной аппаратуре – как на Рис. 2.
Схемы тонкомпенсированных регуляторов громкости на резисторах с отводами
Рис. 2. Схемы тонкомпенсированных регуляторов громкости на резисторах с отводами. (взяты из интернета).
Про их недостатки написано в [3]. АЧХ у них волнистая, сильно меняется от положения бегунка (сопротивления) переменного резистора. Да и не соответствует ни регулятору тембра, ни кривым равной громкости.
Я, например, всегда слышу момент прохождения бегунка мимо отвода на тонкомпенсацию при регулировке громкости на УНЧ, где резистор с отводом (даже ALPS). Также волны будут давать ТКРГ, представленные в [1], [3], [5] , [7] , [10].
Конечно, кроме соответствия АЧХ ТКРГ регулятору тембра, необходимо, чтобы АЧХ тонкомпенсации соответствовала одновременно и кривым равной громкости (рис.3).
Благо, что между графиками кривых равной громкости и РТ нет принципиальных, антагонистических противоречий и две ветки – НЧ и ВЧ могут обеспечить АЧХ усредненную между кривыми равной громкости и РТ.
График кривых равной громкости, приведенный к уровню 90 фон
Рис. 3. График кривых равной громкости, приведенный к уровню 90 фон (из [1]).
Наверное самый большой недостаток многих ТКРГ (во всяком случае из моей практики) – это трески и хрипы при регулировке громкости. Особенно при минимальной громкости.
Вероятно в том числе и для исключения этих тресков даже в промышленных усилителях ставился переключатель «Интим». Трески были в основном в ТКРГ, построенных по схеме рис.4 и вызывались слишком большим током через ползунок переменного резистора.
Схема тонкомпенсированного регулятора громкости на резисторе без отводов
Рис. 4. Схема тонкомпенсированного регулятора громкости на резисторе без отводов. (взята из интернета).
Посмотрите – составляющая НЧ и ВЧ входного напряжения – постоянной максимальной амплитуды - через резисторы R2, С2, R3, R4, R5 попросту «давят» током на бегунок переменного резистора, особенно на низкой громкости. Бегунок не выдерживает такого тока и дает трески или шорохи.
В предлагаемой схеме рис.1 с уменьшением громкости уменьшается и амплитуда сигнала, идущего с выхода ОУ на цепи НЧ и ВЧ, а через них и на бегунок переменного резистора.
Этот сигнал, а точнее ток, резистор на малой громкости запросто терпит. На большой громкости ток по бегунку так же небольшой, так как ограничивается резистором R9, R10.
Это – второе достоинство предлагаемого ТКРГ – снижение тресков и, соответственно возможность применения не самых дорогих переменных резисторов. Хотя отечественные переменные резисторы вряд ли вообще можно применять. Они трещат всегда.
Третьим достоинством предлагаемого ТКРГ является больший динамический диапазон регулировки громкости, чем у подавляющего большинства ТКРГ. Здесь над этим диапазоном трудятся сразу два ОУ (рис.1): А1.1 – в основном снижает уровень сигнала, а А1.2 – увеличивает.
Очень хороший тандем получается. Еще хорошо то, что при уменьшении громкости до нуля практически отсутствует ступенька, возникающая на токосъемнике некачественного резистора (то есть резкое изменение громкости к нулю).
Раньше приходилось ставить резистор (здесь – R3 рис.1) для снижения заметности ступеньки. Сейчас же ступенька находится на такой маленькой громкости, что ее просто не слышно.
Ну и есть абсолютная нулевая громкость. R3 можно перемкнуть. Громкость от нуля идет очень плавно. Максимальную громкость можно установить любую требуемую - изменением сопротивления R11.
Динамический диапазон данного ТКРГ 80 дБ, дальше сложно измерить. Даже с китайскими резисторами (с неизвестной характеристикой) изменение громкости в очень высокой степени пропорционально углу поворота.
Четвертым достоинством предлагаемого ТКРГ является равномерная и пропорциональная добавка тонкомпенсирующих частот НЧ и ВЧ по мере поворота (угла) переменного резистора.
Это лучше, чем на резисторах с отводами или переключателях. То есть сохраняется необходимая частотная характеристика независимо от угла поворота переменного резистора.
А ведь почти все указанные в нижеперечисленной литературе ТКРГ очень сильно искажают (изменяют) необходимую частотную характеристику при изменении громкости, так как меняется настройка частоты фильтров добавки НЧ или ВЧ от изменения сопротивления самого переменного резистора (участка до бегунка).
Пятым достоинством предлагаемого ТКРГ является то, что частотоформирующие цепи не находятся в обратной связи ОУ. В качественной аудиотехнике в обратной связи ОУ, на мой взгляд, не должно быть конденсаторов.
Все фильтры и частотные корректоры должны быть только пассивными (как в предлагаемом ТКРГ). Ну или требуется применять очень дорогие конденсаторы.
Теперь о кажущемся недостатке – это меньшая глубина тонкомпенсации НЧ, чем требуют кривые равной громкости рис.3. Однако мое мнение, что где-то в теории звука вкралась ошибка.
Ведь кривые равной громкости составлены на основании восприятия человеческим ухом чистых тонов (одиночных частот). А музыкальный звук содержит спектр частот и именно как идет восприятие (громкость) нескольких рядом стоящих частот или участков НЧ не вполне понятно.
Мне не удалось найти информацию об этом, но представляется, что в реальной музыке нет смысла на малой громкости делать такой высокий подъем НЧ, как на рис.3.
Это слишком много – слушается неестественно, да и создаются большие проблемы по схемотехнике (раньше пробовал – плохо получалось). Именно прослушивание показывает, что близкие частоты НЧ, их гармоники, как бы помогают друг другу быть услышанными.
Да и многие усилители вообще не имеют тонкомпенсацию и люди же их слушают – и довольные. А кривые равной громкости требуют подъема низких частот на малой громкости в сотню раз! В сотню! – удивительно. Зачем?
О применении и результатах На рис.5 представлен график АЧХ предлагаемого ТКРГ, снятый практически.
График АЧХ тонкомпенсированного регулятора громкости на резисторе без отводов и ОУ
Рис. 5. График АЧХ тонкомпенсированного регулятора громкости на резисторе без отводов и ОУ.
Ниже -60 дБ моими приборами уже невозможно измерить уровень сигнала.
Прослушивание показало, что такой подъем уровня НЧ (+12дБ) даже несколько великоват. Слышится, что с уменьшением громкости, НЧ начинают «выпирать», хочется уменьшить добавку НЧ.
В окончательном варианте подъем НЧ сделан поменьше, примерно +10 дБ. Для меня это однозначно показывает, что кривые равной громкости просто неприемлемы для воспроизведения музыки.
О назначении элементов схемы. Резистор R8 регулирует глубину тонкомпенсации. Может быть в пределах 10…18 кОм. При 10 кОм глубина тонкомпенсации слишком большая.
При 18 кОм несколько маловата. Но, конечно, регулировка этого резистора повлияет и на ВЧ цепь. Придется корректировать и С3, R6. Конденсатор С4 сдвигает частоту НЧ. Если звуковые колонки большие, то ставить 0,15 мк, если маленькие, то 0,1 мк или меньше.
Конденсатор С3 – уровень добавки ВЧ. Его регулировка в последнюю очередь. Резистором R11 устанавливается усиление ТКРГ под дальнейшие узлы. Может меняться в очень широких пределах.
Вместо просто ОУ А1.2 может применяться цельный усилитель например на наушники или небольшие динамики. У меня на месте А1.2 был усилитель на наушники. Работала такая связка неплохо.
Конденсаторы и резисторы лучше использовать качеством повыше – об этом много и лучше написано в интернете. Очень рекомендую в качестве ОУ использовать LM4562 – его звук просто ласкает слух – значительно лучше, чем у всех стареньких аудио ОУ.
Входное сопротивление ТКРГ равно сопротивлению резистора R1. Если предшествующий каскад относительно мощный, то сопротивление R1 можно уменьшить. Тогда динамический диапазон регулировки громкости еще расширится.
Резистор R2 является «предохранителем» от тресков, если бегунок переменного резистора вдруг потеряет контакт. Например самые дешевые переменные резисторы с Алиэкспресса (Рис.6 слева) ни на что не годятся – они дают потрескивания на краях регулировки.
А, вот, недорогие резисторы с отводом на тонкомпенсацию с того же Алиэкспресса уже работают получше (вторые на рис.6). Их можно ставить на тембр и, за неимением лучшего, на громкость.
Третий резистор на рис.6 с маркировкой «WL» подойдет на тембр, но не на громкость. Резисторы подороже везде подойдут, в т.ч. который на рис. 6 справа, даже не ALPS.
Некоторые опробованные для ТКРГ переменные резисторы
Рис. 6. Некоторые опробованные для ТКРГ переменные резисторы.
Специально для точного подгона номиналов резисторов и конденсаторов, для возможности согласования с другими узлами и для оценки работы данного ТКРГ в составе полного усилителя пришлось собрать полный усилитель по схеме рис.7.
Схема полного усилителя с предлагаемым тонкомпенсированным регулятором громкости (в центре)
Рис. 7. Схема полного усилителя с предлагаемым тонкомпенсированным регулятором громкости (в центре).
На рис. 8 представлено как реализован ТКРГ практически в усилителе по схеме рис.7.
Фото платы ТКРГ + регулятора тембра при регулировке Рис. 8. Фото платы ТКРГ + регулятора тембра при регулировке.
Эскиз печатной платы представить не могу, т.к. она экспериментальная и не вполне соответствует окончательному варианту схемы. Предлагаемый ТКРГ хорошо согласуется с «Регулятором тембра с псевдообходом» (Рис.7, слева.).
Такая связка становится как бы единым узлом без лишних связующих элементов. Так же ТКРГ хорошо согласуется с УНЧ из статьи «УНЧ с двойной термостабилизацией» (Рис.7, справа).
УНЧ и ТКРГ имеют общий узел – усилитель напряжения. Соответственно несколько сокращено количество радиодеталей, усиления и ослабления сигнала по сравнению с обычным построением усилителей.
На рис. 9 показан момент прослушивания данного ТКРГ (в составе самодельного усилителя – серого цвета на фото) в сравнении с ТКРГ фирменного Грюндига R1. Там переменный резистор ALPS с одним отводом.
Сравнение ТКРГ предлагаемого и «Grundig R1»
Рис. 9. Сравнение ТКРГ предлагаемого и «Grundig R1».
Прослушивание показало, что предлагаемый ТКРГ:
имеет тонкомпенсацию более равномерную при повороте регулятора громкости – ее просто не чувствуешь – как будто и нет ее. У Грюндига ясно слышно, на каком угле поворота регулятора громкости она действует; имеет более правильную, понятную и слышимую частотную характеристику. Нет никаких бубнений, лишних призвуков. У Грюндика добавленные тонкомпенсацией низкие и высокие частоты слышатся какими – то комками. Непонятно, что добавляется – то ли просто гул на НЧ, а на ВЧ жесткость. имеет больше очень низких и очень высоких частот; имеет более линейную характеристику от угла поворота регулятора громкости на простом китайском резисторе. Это, даже, удивительно – резистор ALPS оказывается в середине очень слабо изменяет громкость, а резко на краях. Только сейчас это заметил. у Грюндига общая глубина тонкомпенсации меньше и не дотягивает до оптимальной, установленной в предлагаемом ТКРГ. динамический диапазон регулировки громкости примерно одинаков. Но надо учитывать, что если на громкость предлагаемого ТКРГ поставить то же резистор ALPS, то, наверное, диапазон регулировки будет поболее. Хотя и существующие диапазоны регулировки, думаю, удовлетворят любого меломана при любых прослушиваниях. на предлагаемом ТКРГ иногда проскакивают слабо слышимые потрескивания на краях регулировки громкости. Лучше ставить переменные резисторы качеством повыше. Шуршаний ни тут ни там нет; общее качество звука данного ТКРГ с усилителем значительно выше, чем у Грюндига, но здесь кроме ТКРГ еще и УНЧ с темброблоком, так что не совсем корректно сравнивать, да и громкость предлагаемого УНЧ ниже. Вообще, по жизни, мне пришлось собрать и слушать много различных ТКРГ и про предлагаемый скажу, что он получше. Тем же, кому «лишь бы танцевать» будет абсолютно безразлично какой применен ТКРГ.
И еще хочется возразить тем, кто считает, что ТКРГ не нужен вообще: при включении ТКРГ переключателем на малой громкости восприятие музыки значительно облегчается, музыка становится более доходчивой, не надо прислушиваться к звукам, крутить тембр, музыка явно красивее.
Да и добавка тембров до самого упора иногда не полностью компенсирует недостаток НЧ. А вот отсутствие ТКРГ требует постоянной подстройки тембра под конкретную громкость. Думаю, что тот, кто повторит именно предлагаемый ТКРГ со мной согласится и будет очень доволен его звуком и качеством регулировки.
Вот пожалуй и все про данный ТКРГ. Буду рад прочитать отзывы, а так же об усовершенствованиях данного регулятора.
Волков Игорь, г. Пермь. 2021 г.
Волков И
Пишите на E-Mail: Volkus159@yandex.ru или Volkus159@gmail.com
Успехов в творчестве и да прибудет с нами совершенство!
Литература по ТКРГ:
Радио 1980 - 04 с. 38 регулир в ОС, транзисторный; Радио 1982 – 09 с. 42 график КРГ; Радио 1984 - 09 с. 43 недостатки различных ТКРГ; Радио 1986 – 08 с. 49 на переключателях; Радио 1993 – 12 с. 21 резисторы с отводами; Радио 1994 – 06 с. 39 резист без отводов; Радио 2000 – 10 с. пассивные разница недостатки; Радио 2002 – 09 – с.16 на транзисторе резистор без отводов; Радио 2003 – 06 с.13 на ОУ бас коррекция недостатки; Схема ТКРГ усилителя «Корвет У50-068», «Корвет У100-068».