webdonsk.ruУсилитель стерео с регулировкой баса тембра нч своими руками
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 03.09.2024
Ответ:
Нужен ли темброблок настоящему Хай-Энду, или не нужен темброблок настоящему Хай-Энду? – это вопрос неоднозначный, отчасти риторический, не допускающий категорического ответа, а потому и задавать мы его никому не будем. И отвечать на него никому не будем, по простой причине полной несерьёзности и пустопорожности данного мероприятия.
А порассуждаем-ка мы лучше: а каким он может быть – этот хороший и "правильный" темброблок. После чего коротенько сформулируем апрельские тезисы, да и ударим ими по схеме электрической принципиальной ни много ни мало – пятиполосного регулятора тембра, который не только не будет отторгнут доброкачественным УМЗЧ, но и легко позволит получать максимум удовольствия от прослушивания музыки.
Схему по мотивам классического варианта двухполосного регулятора тембра, разработанного в 1952 году английским инженером Баксандалом, мы рассмотрели на странице – ссылка на страницу. Данная схема имеет определённый набор недостатков, но сейчас мы об этом не будем. Наша цель – трёх-пятиполосные регуляторы тембра с минимальными фазовыми искажениями.
Итак, озвучим общую концепцию: Так чего нам нужно добиваться для того, чтобы темброблок мог считаться "правильным"?
1. При установке регуляторов тембра в некое (назовём его "среднее") положение, АЧХ темброблока во всём звуковом диапазоне должна иметь абсолютно ровную характеристику с неравномерностью, не превышающей 1. 2 дБ. Неравномерность фазовой характеристики (ФЧХ) также не должна превышать нескольких градусов.
2. Для минимизации фазовых искажений – фильтры темброблока обязаны быть пассивными!
3. Для минимизации фазовых искажений – прядок фильтров обязан быть: первым!
5. Усилительные каскады в активной части темброблока не должны иметь межкаскадных ООС, т. к. любая межкаскадная обратная связь для Хай-Энда – это серьёзный недуг (причём, чем длиннее, тем серьёзней), а применение ОУ, так вообще, как не крути – полный кирдык!
Предпочтительными активными элементами в каскадах темброблока являются: лампы, полевики, германиевые транзисторы. Не стоит стремиться и к супернизким значениям нелинейных искажений тракта, так как параметр Кг – это вообще не про Hi-end!
Приведённая на Рис.1 схема регулятора тембра была опубликована в американском журнале "Radio-Electronics", 1967, №10, многократно перепечатана в различных источниках, позже была переведена на полупроводники и даже (не понятно зачем) существуют её варианты на операционных усилителях.
Рис.1 Пятиканальный регулятор тембра на лампах
По большому счёту, данный темброблок полностью соответствует перечисленным выше требованиям. Однако то ли авторы разработки решили сэкономить на ассортименте используемых элементов, то ли были ещё какие соображения, но резисторы одного номинала внутри каждого из полосовых фильтров – это не есть вери гуд. Основанием для этого заявления является взаимное шунтирование ФВЧ и ФНЧ внутри полосовика и, как следствие, снижение (и без того хилой) крутизны ослабления внеполосных частот.
По-хорошему, было бы правильно разделить ФВЧ и ФНЧ друг от друга, а все резисторы в линейке постепенно увеличивать слева направо (как минимум в 4. 5 раз), тогда и крутизна будет повыше, и значительно уменьшится влияние положения регуляторов на частотные характеристики фильтров.
Давайте проделаем эти несложные манипуляции:
Рис.2 Пятиканальный регулятор тембра на полевых транзисторах
Темброблок предназначен для работы в составе высококачественных УНЧ с чувствительностью 0,25. 1,5В.
Первый каскад на транзисторе Т1 – это истоковый повторитель, имеющий высокое входное и низкое выходное сопротивления.
Регулировка АЧХ осуществляется независимо по всем пяти каналам.
Верхний фильтр (R6, C4) представляет собой ФНЧ с частотой среза 100 Гц. Нижний (С11, R15) – это ФВЧ с частотой среза 6,2 кГц, все остальные фильтры – это ПФ, состоящие из последовательно соединённых ФНЧ и ФВЧ.
Усилительный каскад на транзисторе Т3 суммирует сигналы с фильтров темброблока и обеспечивает усиление, необходимое для компенсации ослабления сигнала, вносимого фильтрами. В качестве нагрузки этого каскада выступает источник тока на транзисторах Т2, Т4, позволяющий существенно снизить общий уровень нелинейных искажений усилительного каскада.
Ещё один истоковый повторитель на Т5 призван согласовать высокое выходное сопротивление усилительного каскада с входными каскадами УМЗЧ.
Блок электронной регулировки громкости, стереобазы и тембра. УНЧ, часть 4.
Это статья, как и предыдущая, посвящена постройке самодельного усилителя низкой частоты. В ней описана конструкция блока электронного управления, предназначенного для регулировки громкости, стереобаланса и тембра звукового сигнала.
Самые интересные ролики на Youtube
Другие статьи посвящённые постройке этого УНЧ.
Какие преимущества у электронных регуляторов по сравнению с механическими?
Главное преимущество применения блока электронных регуляторов в отсутствии необходимости поиска потенциометров с разными передаточными характеристиками, но одинаковыми типоразмерами.
- Потенциометр типа СП3-4.
- Потенциометр импортного производства.
- Потенциометр СП3-33-24 с выводом тонкомпенсации.
Например, для регулятора громкости потребовался бы сдвоенный потенциометр с характеристикой обратной логарифмической, а для регулятора стереобазы – с линейной характеристикой.
Поиск же сдвоенного потенциометра с отводами, для организации тонкомпенсации, и вовсе мог бы не увенчаться успехом.
А при электронной регулировке сигнала, для всех регуляторов можно использовать переменные резисторы с линейной зависимостью. Микросхема сама сформирует нужную передаточную характеристику необходимую для каждого регулятора.
Выбор потенциометров.
Высококачественные потенциометры с линейной зависимостью часто использовались в промышленной аппаратуре прошлых лет, но их применение в аудиотехнике было ограничено именно из-за отсутствия переменных резисторов с нелинейной зависимостью. Сейчас же такие потенциометры можно купить совсем недорого на любом радиорынке по цене в 0,1. 0,3$.
Для регуляторов я подобрал потенциометры типа СП4-1, так как, при сравнительно небольших размерах, они зарекомендовали себя как вполне надёжные изделия.
Диаметр вала выбранных резисторов 3мм, а номинал - 100кОм.
В диапазоне номиналов от 22 до 100 кОм, я снял АЧХ блока регуляторов и никаких отклонений не заметил.
Можно было бы и вовсе отказаться от потенциометров, но тогда управление было бы не таким оперативным, да и возникла бы необходимость хоть в какой-нибудь индикации положения регуляторов.
Так что, я остановился на самом простом, комбинированном электронном регуляторе, сочетающем в себе достоинства электронных регуляторов и удобство механических.
Микросхема TDA1524A.
Блок регуляторов разработан на основе микросхемы TDA1524A. Выбор пал на неё просто потому, что она оказалась одной из микросхем, требующих минимальной обвязки, и её удалось приобрести на местном рынке по разумной, хотя, на мой взгляд, слегка завышенной цене, которая составила 2$.
Микросхема TDA1524 может питаться от напряжения от 7,5 до 16,5 V, при потребляемом токе 15… 56 mA.
Диапазон регулировки по высоким частотам составляет: –15… +15dB (±3dB), а по низким частотам: –19… +17dB (±3dB).
Принципиальная схема блока регуляторов.
Работает регулятор следующим образом. Полезный сигнал поступает на вход микросхемы, где и осуществляется электронная регулировка.
С движков потенциометров, включенных по схеме делителей напряжения, потенциал передаётся в микросхему, которая и производит коррекцию полезного сигнала соответственно с величиной напряжения на движке. Выключатель тонкомпенсации включает или отключает подъём низких частот при малом уровне громкости.
Схема проста и взята с набора для самостоятельной сборки. Включается она перед усилителем мощности звуковой частоты. Если используется предусилитель, то подключать регулятор тембра нужно между предусилителем и усилителем мощности звуковой частоты.
Регулятор тембра корректирует АЧХ значительно, особенно это заметно в области низких частот (НЧ).
Ниже представлена схема активного регулятора тембра на операционных усилителях.
Основные технические характеристики регулятора тембра
Напряжение питания (DC) …. 6?20В
Ток потребления ….. 15мА
Напряжение входного сигнала ….. 200мВ
Напряжение выходного сигнала ….. 500мВ
Напряжение питания регулятора тембра однополярное. С помощью операционного усилителя (ОУ) U2.1 организована виртуальная земля. Он включен по схеме повторителя напряжения. На неинвертирующий вход с помощью делителя напряжения R3R4 подается половина напряжения питания, а инвертирующий вход соединен с выходом ОУ. Таким образом, на выходе U2.1 присутствует половина напряжения питания, которая является в схеме регулятора тембра виртуальной землей, организуя однополярное напряжение в двухполярное.
Активные фильтры левого и правого каналов имеют одинаковые схемы и принцип работы. Переменный резистор RV1 регулирует высокие частоты (ВЧ), RV2 – низкие частоты (НЧ), а RV3 – средние частоты (СЧ).
Конденсатор C2 участвует в фильтре высокой частоты, обрезая НЧ составляющую. При перемещении ползунка потенциометра в низ (ближе к R1) сопротивление резисторов отрицательной обратной связи (R7, RV1.1) увеличивается, тем самым увеличивая коэффициент усиления в области высоких частот. При перемещении ползунка в верхнюю часть схемы происходит обратный процесс (ослабление в области ВЧ).
Переместив ползунок RV2.1 влево, шунтируется (замыкается) конденсатор C1, и низкочастотный сигнал беспрепятственно проходит через резисторы R2 и R5 на инвертирующий вход. В то же время, емкость C3 шунтируется сопротивлением 50кОм, таким образом, сопротивление отрицательной обратной связи является максимальным на низкой частоте, а соответственно и коэффициент усиления на НЧ является максимальным. При увеличении частоты сигнала реактивное сопротивление C3 уменьшается и коэффициент усиления ослабляется.
Потенциометр RV3.1 включен как делитель напряжения. Разделенный сигнал со среднего вывода RV3.1 поступает на полосовой фильтр, границы частот которого главным образом зависят от емкостей C13 и C15.
Компоненты схемы регулятора тембра
Все резисторы могут быть мощностью 0.25Вт.
Электролитические конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение больше напряжения питания на 20-30%. При напряжении питания до +12В электролиты могут быть на напряжение 16В, иначе необходимо подбирать конденсаторы на 25В или более.
Неполярные конденсаторы желательно применить пленочного типа, за исключением C4, C7, C8 и C12 – керамические.
Операционный усилитель TL072 можно заменить на NE5532.
На печатной плате присутствует ряд перемычек, поэтому при монтаже нужно быть внимательным и установить их все.
После выполненного монтажа необходимо обязательно смыть остатки флюса (канифоли) с печатной платы, иначе возможны серьезные искажения звукового сигнала.
Постановка голоса вручную ,
или кое-что о регулировках тембра
"Я грешен! Я пользуюсь тембрами. "
(крик в одной из конференций)
Начинаем разбор "пролетов"
"…Мне попался неудачный экземпляр микросхемы TDA1524 – при изменении регулятором уровня громкости нарушается баланс каналов…" Или вот еще письмо: "…не удалось запустить блок регулировок на TDA1524 – то ли ошибка в монтаже, то ли бракованная микросхема…" Что можно посоветовать в данном случае? Ответ содержался в этом же письме: "…подал звуковой сигнал прямо на входные емкости – те, которые перед микросхемой, громкость и тембр регулирую программно." Тоже вариант, но…
Дело в том, что при таком способе регулировки может возрасти уровень искажений, особенно при большом уровне громкости. Как-то даже встретилась рекомендация не устанавливать "виндовский" регулятор громкости более чем на 80% от максимального значения. Проверил на практике – да, при уровне 70-80% от максимального на сигнал начинают ощутимо накладываться наводки от внутренностей компьютера, особенно заметные в паузах между песнями при воспроизведении МР3. (Вообще-то, еще на это влияют: качество изготовления блока питания и звуковой карты, взаимное расположение шлейфов, кабелей и т.д.) Если не слушать музыку, а гонять в "стрелялки", то ситуация улучшается ненамного – например, в игре "ВВЗВ" (в смысле, "RTCW") действие часто происходит в лесу, и в лесной тишине звуки, возникающие в колонках при обращении к жесткому диску, вообще-то неуместны (вроде бы…).
Еще, например, можно сделать так: во время прослушивания музыки WINAMP'ом включить "анализатор спектра", выставить "тонкие полоски", "нормальный стиль" и внимательно посмотреть – если по всем частотам наблюдается "красный свет" на вершинах полосок, рекомендую понизить уровень "предварительного усиления" левым нижним ползунком, чтобы красных пиков было поменьше. Как сделаете это - оцените разницу в звучании одной и той же мелодии, количество искажений при уменьшении уровня усиления уменьшается, при "покраснении" всех полосок – заметно увеличивается. Если аппаратура достаточно качественная, разница будет слышна хорошо.
Значит, пришло время разобраться, чем можно регулировать тембр вообще и в частности. Приступим?
Регулирование тембра, т.е. изменение относительной громкости воспроизведения различных частей рабочего диапазона звуковых частот, применяется для получения оптимального звуковоспроизведения при различных источниках сигнала.
Необходимость в регулировании тембра связана с субьективными особенностями восприятия звука ухом человека и осуществляется взаимонезависимым изменением АЧХ усилителя с помощью регуляторов тембра обычно в пределах +/-(10-20) дБ в различных полосах воспроизводимого диапазона частот. Схемы регуляторов тембра различают по типам используемых элементов на пассивные и активные, а также по форме регулировочных характеристик и и количеству одновременно регулируемых частотных полос. Среди меломанов, вообще-то, распространено мнение, что "регулировками тембра можно только испортить звук". Возможно, но скорее всего, это верно для тех случаев, когда стоимость звуковоспроизводящей аппаратуры выражается суммой "зеленых" с тремя нулями. Так как владельцев такой техники среди читателей данного журнала скорее всего немного, продолжим разговор о конкретных схемах.
К достоинствам пассивных регуляторов тембра относится простота их реализации, т.к. они состоят только из резисторов и конденсаторов. На рисунке 1 приведена типовая схема такого регулятора с использованием двойного Т-моста.Затухание регулируется на двух частотах: 10 0 Гц (нижние частоты) и 10 кГц (верхние частоты) в пределах +/-12 дБ. Вот данные для самостоятельного расчета:
R2=R5~10Rист. (или больше)
С3(пф)=100 000 000/R5(Oм)
Если окажется, что рассчитанные номиналы не совпадают со стандартными, следует применять те, которые ближе всего к ним по величине (это в той части, которая касается переменных резисторов, емкости можно "скомбинировать" путем соединения их различными способами – параллельным или последовательным). Если с математикой проблемы, а спаять такую штуку хочется, можно плюнуть на расчеты и "срисовать" схему из какого-нибудь магнитофона десятилетней давности (признаюсь – сам так делал иногда), хотя при этом регулировки могут работать немного не так, как хочется.
При использовании пассивных Т-мостов следует учитывать, что плавность регулирования в них возможно получить только при использованиии переменных резисторов с функциональной характеристикой типа "В", а также при условии выполнения согласования по входу и выходу. Сопротивление источника сигнала должно быть не более 100-500 Ом, а сопротивление нагрузки не менее 15-30 кОм.
(Например, для микросхемы типа TDA1555Q входное сопротивление имеет величину 25-38 кОм, этого вполне достаточно.)
К недостаткам пассивных регуляторов тембра относится ослабление на 20-25 дБ средних частот полосы воспроизводимого сигнала независимо от положения движков регуляторов и примерно такое же ослабление на всех частотах в диапазоне 100 Гц –10 кГц при установке движков регуляторов тембра в положение, соответствующее линейной частотной характеристике. Устранить затухание в таких регуляторах тембра можно только путем введения дополнительго кскада усиления.
(Примечание: если источник сигнала выдает сигнал достаточной амплитуды, каскад усиления можно не ставить. Но дело в том, что такой сильный сигнал выдают в основном старые звуковые карты, к выходу которых можно подключать пассивные колонки, а большинство современных карт имеют выход для наушников.)
Вот еще один вариант схемы пассивного регулятора тембра. В нем регулируется сигнал в трех частотных полосах – нижних, верхних, средних частотах. Деталей здесь немного больше, но и возможности другие. Как и предыдущий регулятор, он уменьшает уровень сигнала, поэтому после него можно установить небольшой усилитель. Состоит он всего из нескольких деталей, подавать на него нужно стабилизированное напряжение 5…6 Вольт. Транзистор – типа КТ342Б или КТ3102Е. Резистором R1 напряжение на коллекторе транзистора
устанавливается равным примерно половине напряжения питания.
Но не всем нужна регулировка частот в трех полосах, зато у них другие проблемы…
"Жесткий звук"
Так как вопросов здесь задано много, будем отвечать на все по порядку.
Дело в том, что у всех усилителей разные АЧХ (амплитудно-частотные характеристики, т.е. зависимость выходного напряжения от частоты при неизменной амплитуде входного сигнала) в области самых низких частот. Иногда можно наблюдать такую картину – динамики чуть не выскакивают из корпуса колонок , а низких частот все равно не хватает. Это связано с тем, что усилитель может перегружаться входным сигналом на самых низких частотах, которые динамики и воспроизвести-то толком не могут (у большинства звуковых карт воспроизводимые частоты начинаются от 2 0 Гц). А звучание при этом уже при среднем уровне громкости будет сопровождаться хрипами в такт басовой партии, что свидетельствует о заходе характеристик выходных транзисторов в область ограничения (короче говоря, они бы и рады "это" сыграть, но сил уже не хватает…).
Причем продукты этого ограничения имеют очень широкий спектр и даже если их не слышно, все равно ощущаются как "жесткое" или "транзисторное" звучание. Устранить это явление можно включением между звуковой картой и микросхемой выходного усилителя вот такого узла:
Элементы С4, С5, работают в активном фильтре высоких частот с частотой среза около 60 Гц и крутизной спада до 12 дБ на октаву. Фильтр необходим для ограничения амплитуды самых низких частот, способных, с одной стороны, вызвать перегрузку усилителя мощности, а с другой стороны – искажения в громкоговорителях. На АЧХ по звуковому давлению включение фильтра почти не сказывается, т.к. КПД громкоговорителей в этой области очень мал (в большинстве случаев…). Если вы считаете, что ваши колонки могут воспроизвести и более низкие частоты, попробуйте увеличить емкости конденсаторов С4, С5.
Темброблок здесь собран по вполне традиционной схеме, но в сокращенном варианте. Тембр НЧ здесь регулируется как обычно – переменным резистором , а тембр ВЧ сделан фиксированным, с подъемом ВЧ через конденсатор С9. Цепи регулятора НЧ рассчитаны на максимальный подъем (+22 дБ) и небольшой спад
(-6дБ), что соответствует обычным потребностям регулировки. Такие большие значения диапазона регулировки получились благодаря развязке регулятора громкости и темброблока.
При изготовлении данного устройства транзистор КТ3102Е можно заменить на КТ342В, отобрав экземпляр с коэффициентом передачи тока в пределах 600…700. Конденсатор С6 – импортный.
Включать блок следует между предварительным усилителем (если он есть) и микросхемой усилителя мощности. Питание следует подавать от какого-либо стабилизатора (можно простейшего). Налаживание заключается в установке подстроечными резисторами правого и левого каналов максимальной, но неискаженной громкости в максимальнои положении регулятора громкости. Этими резисторами можно выставить и начальный баланс, если коэффициенты усиления каналов заметно отличаются. При настройке можно по желанию подобрать уровень подъема высоких частот конденсатором С9. Разумеется, на выходе данного "фильтрующего усилителя" можно установить и блок регулировки тембра из рассмотренных ранее.
Замена игрока
Как уже упоминалось в начале статьи – TDA1524 многих не удовлетворяет своим качеством звучания и уровнем шумов. Но у нее есть альтернативы – например, микросхема LM1036 производства National Semiconductor. По мнению многих, качество звука после нее не ухудшается. Да и шумов у нее субьективно (на слух) меньше. Например, уровень гармонических искажений у TDA1524 – примерно 0,3%, а у LM1036 – всего 0,06% (согласно описанию). Желающие могут посмотреть на схему:
Питается она напряжением от 9 до 16 Вольт. Также есть возможность включения тонкомпенсации (для увеличения уровня низких частот при малых уровнях громкости). Конденсаторы в цепях регулировок устраняют "шорохи" при использовании низкокачественных переменных резисторов.
Вариант для маньяков
И наконец, схема для тех, кто желает превзойти всех своих знакомых по крутизне своего агрегата. Это пятиполосный эквалайзер, собранный на микросхеме TA7796P (есть и другие микросхемы подобного типа). Зачем он нужен? Например, можно изготовить усилитель в корпусе от CD-ROM (один из читателей сделал так, подключив усилитель на TDA1555 к 300-ватному БП в компьютере, благо, остальная начинка была не очень прожорливая), и на лицевой панели 5" отсека разместить вертикально регуляторы громкости и баланса, а так же регулировочные резисторы (2 канала х 5 полос). И пусть Creative со своей "Аудигой" отдыхает!
Желающие могут скачать описание и посмотреть, как рассчитываются элементы, определяющие частоты регулирования. Если именно таких конденсаторов под рукой нет, необходимую величину емкости можно скомбинировать параллельным соединением нескольких элементов. Желательно все схемы регуляторов помещать в экран из жести, соединив его со схемой в одной(!) точке для устранения наводок. Этот эквалайзер можно включить после регулятора громкости, собранного по схеме, приведенной на рисунке 4. Только вот дело в том, что для стереоварианта понадобится две таких микросхемы…
Замечания напоследок
"Собрал усилитель по статье "Еще раз про любовь…", но при большой громкости он начинает хрипеть. Если убавить уровень НЧ, то искажения уменьшаются. Блок питания – на 15 Вольт, 1 Ампер. При громких звуках напряжение на выходе БП падает до 9 Вольт". Ну, что тут можно сказать? Давайте прикинем – два канала по 15 Ватт потребляют никак не меньше 2х15=30 Ватт . Усилителей с КПД=100% пока не придумали, то же касается и блоков питания. Поэтому давайте будем считать, что для данного усилителя нужно иметь блок питания мощностью никак не меньше 45-50 Ватт, т.е. при 15 Вольтах на выходе БП должен обеспечивать ток не менее 3 Ампер. Если при пиках сигнала напряжение на выходе сильно "проседает" – можно попробовать увеличить емкость конденсатора в фильтре выпрямителя. Если это плохо помогает – меняйте силовой трансформатор на более мощный.
- Ошибка в монтаже (особенно часто они случаются, когда что-то собираешь вечером или ночью – проверено на горьком опыте…).
- Неисправность одной из деталей (и микросхемы тут – не исключение).
Рекомендация – проверить все еще несколько раз. Вообще-то, если нет достаточного опыта "паяния-собирания", не следует браться сразу за "крутые" схемы, чтобы не случилось горького разочарования. И для первых опытов нет необходимости выбирать самые дорогие микросхемы (чтобы не было потом мучительно больно…).
Читайте также: