Как работает регулятор громкости. Применение активных моделей. Переменный регулятор громкости на резисторе, транзисторе, микросхеме
РЕГУЛЯТОР ГРОМКОСТИ
ОБЗОР СХЕМ
В этой статье вниманию читателей предлагается ряд различных по схемотехнике и функциональным возможностям регуляторов тембра, которые могут быть использованы радиолюбителями при разработке и модернизации звуковоспроизводящей аппаратуры.
Основной недостаток еще недавно популярных активных регуляторов тембра состоит в использовании глубокой частотно-зависимой ООС и больших дополнительных искажениях, вносимых ими в регулируемый сигнал. Вот почему в высококачественной аппаратуре желательно применять пассивные регуляторы. Правда, и они не лишены недостатков. Самый крупный из них - значительное затухание сигнала, соответствующее диапазону регулирования. Но так как глубина регулирования тембра в современной звуковоспроизводящей аппаратуре невелика (не более 8...10 дБ), то в большинстве случаев вводить в тракт сигнала дополнительные каскады усиления не требуется.
Другой, не столь существенный недостаток таких регуляторов - необходимость применения переменных резисторов с экспоненциальной зависимостью сопротивления от угла поворота движка (группа "В"), обеспечивающих плавное регулирование. Однако простота конструкции и высокие качественные показатели все же склоняют конструкторов к применению именно пассивных регуляторов тембра.
Следует отметить, что эти регуляторы требуют низкого выходного сопротивления предшествующего им каскада и высокого входного сопротивления последующего.
Разработанный английским инженером Баксандалом еще в 1952 г. регулятор тембра стал, пожалуй, самым распространенным частотным корректором в электроакустике. Классический его вариант состоит из образующих мост двух звеньев фильтра первого порядка - низкочастотного R1C1R3C2R2 и высокочастотного C3R5C4R6R7 (рис. 1,а). Аппроксимированные логарифмические ампли-тудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) такого регулятора показаны на рис. 1 ,б. Там же приведены расчетные зависимости для определения постоянных времени точек перегиба ЛАЧХ.
Puc.1
Теоретически максимально достижимая крутизна АЧХ для звеньев первого порядка составляет 6 дБ на октаву, но при практически реализуемых характеристиках из-за незначительного различия частот перегиба (не более декады) и влияния предшествующих и последующих каскадов она не превышает 4...5 дБ на октаву. При регулировании тембра фильтр Баксандала меняет только наклон АЧХ без изменения частот перегиба. Вносимое регулятором на средних частотах затухание определяется соотношением n=R1/R3. Диапазон регулирования АЧХ при этом зависит не только от величины затухания п, но и от выбора частот перегиба частотной характеристики, поэтому для его увеличения частоты перегиба устанавливают в области средних частот, что, в свою очередь, чревато взаимным влиянием регулировок.
В традиционном варианте рассматриваемого регулятора R1/R3=C2/C1= =C4/C3=R5/R6=n, R2=R7=n-R1. При этом достигается приблизительное совпадение частот перегиба АЧХ в области ее подъема и спада (в общем случае они различны), что обеспечивает относительно симметричное регулирование АЧХ (спад даже в этом случае неизбежно получается более крутым и протяженным). При обычно используемом п=10 (для этого случая указаны минимальные значения номиналов элементов на рис. 1,а-3,а) и выборе частот раздела вблизи 1 кГц регулирование тембра на частотах 100 Гц и 10 кГц относительно частоты 1 кГц составляет ±14...18дБ. Как отмечалось выше, для достижения плавного регулирования переменные резисторы R2, R7 должны иметь экспоненциальную характеристику регулирования (группа "В") и, кроме того, для получения линейной АЧХ в среднем положении движков регуляторов соотношение сопротивлений верхнего и нижнего (по схеме) участков переменных резисторов также должно быть равно п. При "хайэндовском" п=2...3, что соответствует диапазону регулирования ±4...8 дБ, вполне допустимо использовать переменные резисторы с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота движка (группа "А"), но при этом несколько огрубляется регулировка в области спада АЧХ и растягивается в области подъема, а плоская АЧХ получается отнюдь не в среднем положении движков регуляторов. С другой стороны, сопротивление секций сдвоенных переменных резисторов с линейной зависимостью лучше согласовано, что уменьшает рассогласование АЧХ каналов стереофонического усилителя, так что неравномерное регулирование в этом случае можно считать допустимым.
Наличие резистора R4 не принципиально,
его назначение - снизить взаимное влияние звеньев и сблизить
частоты перегиба АЧХ в области высших звуковых частот. Как
правило, R4= =(0,3...1,2)"R1. Как показано ниже, от него в
ряде случаев можно вообще отказаться. Для снижения влияния
на регулятор предшествующих и последующих каскадов их выходное
Rвых и входное Rвх сопротивления должны быть соответственно
Rвых<
Приведенный "базовый" вариант регулятора громкости применяется обычно в радиоаппаратуре высокого класса. В бытовой аппаратуре используют несколько упрощенный вариант (рис. 2,а). Аппроксимированные логарифмические амплитудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) такого регулятора приведены на рис. 2,6. Упрощение его высокочастотного звена привело к некоторой расплывчатости регулирования в области высших частот и к более заметному влиянию предшествующего и последующего каскадов на АЧХ в этой области.
Puc.2
Подобный корректор при п=2 (с переменными резисторами группы "А") был особенно популярен в простых любительских усилителях конца 60-х - начала 70-х годов (главным образом, из-за малого затухания), но вскоре величина п возросла до привычных сегодня значении. Все сказанное выше относительно диапазона регулирования, согласования и выбора регуляторов справедливо и для упрощенного варианта корректора.
Если отказаться от требования симметричного регулирования АЧХ на участках их подъема и спада (кстати, необходимость спада практически не возникает), то можно еще более упростить схему (рис. 3,а). Приведенные на рис. З.б ЛАЧХ регулятора соответствуют крайним положениям движков резисторов R2, R4. Достоинство такого регулятора - простота, но поскольку все его характеристики взаимосвязаны, для удобства регулирования целесообразно выбирать п=3...10. С ростом п крутизна подъема растет, а спада - снижается. Все сказанное выше о традиционных вариантах корректора Баксандала в полной мере относится и к этому, предельно упрощенному варианту.
Puc.3
Однако схема регулятора тембра Баксандала и ее варианты - отнюдь не единственная возможная реализация пассивного двухполосного регулятора тембра. Вторая группа регуляторов выполнена не на базе мостов, а на базе частотно-зависимого делителя напряжения. В качестве примера изящного схемотехнического решения регулятора можно привести темброблок, в свое время использовавшийся в различных вариациях в ламповых усилителях электрогитар. "Изюминкой" данного регулятора является изменение частот перегиба АЧХ в процессе регулирования тембра, что приводит к интересным эффектам в звучании "классической" электрогитары. Базовая его схема изображена на рис. 4,а, а аппроксимированные ЛАЧХ - на рис. 4,6. Там же приведены расчетные зависимости для определения постоянных времени точек перегиба.
Puc.4
Нетрудно заметить, что регулировка в области низших звуковых частот изменяет частоты перегиба, не меняя наклон АЧХ. Когда движок переменного резистора R4 находится в нижнем (по схеме) положении, АЧХ на низших частотах линейна. При перемещении же движка вверх на ней появляется подъем, причем точка перегиба в процессе регулирования сдвигается в область более низких частот. При дальнейшем перемещении движка верхняя (по схеме) секция резистора R4 начинает шунтировать резистор R2, что вызывает сдвиг высокочастотной точки перегиба в область более высоких частот. Таким образом, при регулировании подъем низких частот дополняется спадом средних. Регулятор высших звуковых частот представляет собой простейший фильтр первого порядка и особенностей не имеет.
На базе этой схемы можно построить несколько вариантов темброблоков, позволяющих регулировать АЧХ в области низших и высших частот. Причем в области низших частот возможен и подъем, и спад АЧХ, а на высших - только подъем.
Вариант темброблока с регулированием частоты перегиба АЧХ в низкочастотной области показан на рис. 5,а, его ЛАЧХ - на рис. 5,6. Резистор R2 регулирует частоту перегиба АЧХ, a R5 - ее наклон. Совместное действие регуляторов позволяет получить значительные пределы и большую гибкость регулирования.
Puc.5
Схема упрощенного варианта темброблока приведена на рис. 6,а, его ЛАЧХ - на рис. 6,6. Он представляет собой, в сущности, гибрид низкочастотного звена темброблока, показанного на рис. 3,а, и высокочастотного звена темброблока, показанного на рис.4,а.
Puc.6
Объединив функции регулирования АЧХ в низкочастотной и высокочастотной областях, можно получить простой комбинированный регулятор тембра с одним органом управления, весьма удобный для применения в радиоприемной и автомобильной аппаратуре. Его принципиальная схема показана на рис. 7,а и ЛАЧХ - на рис. 7,6. В нижнем (по схеме) положении движка переменного резистора R1 АЧХ близка к линейной во всем диапазоне частот. При перемещении.его вверх появляется подъем на низших частотах, причем низкочастотная точка перегиба в процессе регулирования сдвигается в область более низших частот. При дальнейшем перемещении движка верхняя (по схеме) секция резистора R1 включает в работу конденсатор С1, что приводит к подъему высших частот.
Puc.7
При замене переменного резистора R1 переключателем (рис. 8,а и 8,6) рассмотренный регулятор превращается в простейший тон-регистр (положение 1 - classic; 2 - jazz; 3 - rock), популярный в 50-х - 60-х годах и вновь используемый в эквалайзерах магнитол и музыкальных центров в 90-х.
Puc.8
Несмотря на то что о регулировании тембра, казалось бы, все давно уже сказано, многообразие пассивных корректирующих цепей не исчерпывается предложенными вариантами. Немало забытых схемотехнических решений переживают сейчас второе рождение на новом качественном уровне. Весьма перспективен, например, регулятор громкости с раздельной регулировкой тонкомпенсации по низким и высоким частотам [З].
ЛИТЕРАТУРА
1. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике (пер. с нем.). - М.: Мир, 1991, с. 151-153.
2. Крылов Г. Широкополосный УНЧ. - Радио, 1973, N 9, c.56,57.
3. Шихатов А. Комбинированный блок регулирования АЧХ. - Радио, 1993, N 7, с. 16.
А. ШИХАТОВ, г. Москва
(Радио 1-99)
Не плохой обзорчик, однако упущен еще один вариант регулятора, принципиальная схема приведена ниже. Единственным недостатком этого регулятора громкости-тембра является необходимость выходного каскада предварительных усилителей способного работать на нагрузку 10к, поскольку при минимальном уровне громкости движок переменного резистора будет соединем с общим проводом.
Регулятор громкости в Windows — это неотъемлемая часть операционной системы. Компьютер без звука хорош только на работе. В домашних условиях, если на компьютере нет звука, это уже катастрофа. Колонки или наушники должны быть обязательно подключены. Не будете же вы смотреть фильм, обучаться онлайн, или играть в игру без звука. Разработчики операционной системы Windows позаботились и об этом.
Регулятор громкости в Windows
Вам не надо разбираться с настройками звуковой карты, достаточно уметь пользоваться регулятором громкости, который находится в области уведомлений на . Достаточно кликнуть левой кнопкой мыши по значку с изображением динамика, как откроется небольшая панелька, в которой можно мышкой передвигать ползунок в сторону увеличения или уменьшения звука. Цифра справа от ползунка показывает уровень звука.
На некоторых клавиатурах есть специальные клавиши, при помощи которых, тоже можно либо отключить звук, либо настроить его. Обычно на них показан значок динамика.
На ноутбуках тоже есть специальные клавиши для регулировки или отключения звука. Они обычно начинают действовать только после одновременного нажатия одной из таких клавиш и дополнительной клавиши «Fn ».
Если по иконке звука на панели задач кликнуть правой кнопкой мыши, то можно попасть в дополнительные настройки звука.
Можете перейти по каждой из них и ознакомиться с ними, но менять в них пока ничего не надо, иначе звук может , и сами вы не сможете настроить всё, как было.
Бывает такое, что звуковая иконка пропадает с панели задач. В Windows 10 эту проблему можно решить, если кликнуть правой кнопкой мыши по свободному месту панели задач и выберите в выпадающем контекстном меню пункт «Параметры ».
На вкладке «Панель задач » (в самом низу слева) проверьте включение значков, перейдя по ссылкам «Выберите значки, отображаемые в панели задач » и «Включение и выключение системных значков ».
Категория гаджетов регуляторы громкости для Windows 7 и 8 включает в себя гаджеты на рабочий стол, выполняющие функцию регулирования звука на компьютере. Установив один из таких гаджетов, вы сможете настраивать звук, а также задавать и сохранять параметры звучания для определенных стилей музыки.
Звук и громкость – понятия субъективные. То, что для вас кажется оптимальным уровнем, вашим коллегам или домочадцам может показаться слишком громким. И наоборот, то, что вы хорошо слышите, находясь непосредственно за компьютером, не всегда доступно людям, которые находятся на определенном расстоянии.
Таким образом, включение, отключение и регулировка звука являются одной из важных сопутствующих функций при работе с компьютером. Однако делать это с помощью клавиатуры или через панель управления не всегда удобно, особенно, если манипуляции с громкостью необходимо осуществлять почти мгновенно. Именно поэтому для повышения комфорта управления звуком целесообразно скачать микшер громкости для Windows 7 и установить его непосредственно на рабочем столе. Управляются такие мини-приложения с помощью клавиш и колесика мыши либо кнопками, размещенными на интерфейсе самого гаджета, что позволяет производить манипуляции со звуком быстро и просто.
Каковы возможности подобных мини-приложений для операционной системы Виндовс 7? Мы постарались собрать в коллекции наиболее разноплановые и мультифункциональные виджеты, чтобы вы смогли без затруднений выбрать подходящий для ваших целей. Самые простые программы позволяют увеличить или уменьшить громкость воспроизведения, включить или отключить звук. Например, если вы устанавливаете на электронном устройстве сигнал для пробуждения или напоминания, будет идеально сочетаться с гаджетом для изменения громкости и отключения звука. Так ваш будильник не поднимет с постели вместе с вами тех домочадцев, которым сегодня нет необходимости вскакивать ни свет, ни заря.
В арсенал более сложных многофункциональных гаджетов добавлены и другие опции. В частности, это регулировка по каналам с помощью достаточно чувствительного двухканального эквалайзера, одинаково продуктивно работающего и с колонками, и с наушниками, анализ звуковых спектров и мониторинг активности динамиков, настройка тональностей в зависимости от музыкального стиля, параметры которой, к тому же, можно сохранять, избежав необходимости повторного настраивания при следующем включении устройства. Также во многих мини-приложениях предусмотрены дополнительные фоновые подложки и красивые элегантные скины, позволяющие подобрать цветовую схему и стиль приложения под специфику профиля вашего рабочего стола.
Кроме того, можно выбрать мультифункциональную утилиту, в которой совмещены регулятор громкости для Windows 7 и яркости экрана, часы, корзина, индикатор уровня заряда батареи, монитор загрузки процессора, заметки, слайды, таймер, менеджер управления операционной системой, быстрый запуск программ и прочие полезные опции. Занимая минимум места и на экране, и на диске, такие программы позволят существенно оптимизировать рабочий процесс и повысить комфорт пребывания пользователя за компьютером, при этом не требуют использования никаких дополнительных настроек.
Где скачать микшер громкости для Windows 7? Не тратьте время на поиски!
Прогулявшись по страницам нашего сайта, вы найдете в обширном и разноплановом структурированном для удобства посетителей каталоге любые гаджеты под операционную систему Виндовс 7, в том числе, и мини-приложения, позволяющие быстро и эффективно управлять качеством и громкостью звука. Единственное, что вам нужно сделать, - выбрать подходящую утилиту, скачать регулятор громкости для Windows 7 и установить его на рабочий стол в любом удобном месте.
Все программы, которые вы видите на нашем ресурсе, бесплатны для скачивания и использования. Мы не предлагаем вам регистрироваться, получать код по СМС, сообщать нам адрес вашего почтового ящика, номер телефона и другие личные данные, поскольку заботимся и об удобстве, и о безопасности, и об экономии времени наших гостей. Вы можете прямо сейчас в любом количестве без дополнительных действий.
Слушать любимую музыку и наслаждаться увлекательными фильмами, прослушивать аудиокниги и смотреть видеоролики, получать полезные знания с помощью видео- или аудиоуроков и совершать другие необходимые действия, связанные со звуком, не мешая при этом тем, кто вас окружает, теперь еще проще: достаточно скачать регулятор громкости для Windows 7 на любое компьютерное устройство, которым вы пользуетесь, и всего за несколько минут оптимизировать процесс управления звуком по собственному усмотрению. Заходите на наш сайт регулярно, пополняйте свой рабочий стол актуальными новинками и превращайте процесс использования всех доступных инструментов Виндвос в необременительное удовольствие!
Фактически все устройства воспроизведения музыки имеют возможность регулировки уровня громкости. На телефоне есть кнопки + и -, на колонках переменный резистор, автомагнитола регулируется энкодером итд. Но вот с компьютером незадача - для регулировки громкости нужно двигать мышкой в трей за системной громкостью или громкостью плеера. И это неудобно. Для решения этой задачи собрал некоторое устройство…
Я решил, что проще и удобнее всего будет реализовать управление громкостью вращением рукоятки энкодера.
Что такое энкодер и принцип его работы
Энкодер - это датчик угла поворота. Их бывает два вида: абсолютные и относительные(инкрементные).
В случае инкрементного энкодера, который я использовал, при вращении рукоятки получаем информацию о направлении вращения: по часовой стрелке или против. Сильно упрощая, при вращении на некоторый градус приходит сигнал, и так каждые N градусов. В моём случае каждые 18 градусов(энкодер имеет 20 импульсов на 360 градусов).
Понятно и подробно про работу энкодера можно почитать .
Значение с энкодера будут передаваться на компьютер через arduino digispark - компактная вариация на тему ардуино, где программатором выступает сам микроконтроллер atiny85. Фишка дигиспарка в том, что его можно запрограммировать как hid-устройство: после подключения к компьютеру он будет определяться как клавиатура/мышь/итд и не нужно ставить на компьютер дополнительные программы.
Помните шутку, про то, что любую вашу задумку уже в совершенстве реализовал какой нибудь азиат? В поисках ответов, как заставить работать мой велосипед я нашёл 5 вариантов сборки подобных устройств. А 2 из них - на той же элементной базе, что использовал и я. В итоге я просто скопировал код у ребят из , переподключил энкодер так, как рекомендуют это они и всё заработало! Сразу. Без танцев с бубном.
Но обо всём по порядку.
Железо
Берем , и подключаем согласно или моей зарисовке:
2 верхних контакта энкодера - это кнопка(рукоятку можно не только крутить, но и нажать на неё). Один из них подключается к контакту P1, второй к 5V. Какой куда - без разницы.
3 нижних контакта - выход энкодера. Средний подключаем к GND, крайние к P0 и P2.
Так это выглядит у меня
Изночально я не планировал делать обзор, поэтому взял попавшийся под руки МГТФ....
Прошивка
Для начала с (разработчиков digispark) скачиваем Digistump.Drivers.zip из которого устанавливаем драйвера согласно разрядности вашей ОС(DPinst.exe или DPinst64.exe).Затем ставим и открываем его. Добавляем ссылку для менеджера плат, скачиваем в менеджере плат «Digistump AVR Boards» и выбираем плату. Как это сделать .
Теперь скачиваем библиотеку из которой копируем папку «TrinketHidCombo» в «C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries»(или куда было установлено arduino ide).
Открываем эту самую папку «TrinketHidCombo», открываем подпапку «examples/TrinketVolumeKnobPlus» и в ней открываем файл «TrinketVolumeKnobPlus.ino».
Нажимаем «загрузка»(стрелка вперед), ждем пока скетч скомпилируется и появится приглашение для подключения дигиспарка:
Только после этого подключаем наше устройство к компьютеру и ждем завершения загрузки. Секунд через 5 дигиспарк «отвалится»(раздастся звук отключения устройства) и переподключится уже как hid-устройство ввода.
Крутим рукоятку энкодера, удивляемся что всё работает. При вращении по часовой стрелке звук увеличивается, против часовой уменьшается. При нажатии звук глушится(«mute»).
Как это работает
Если повернуть рукоятку энкодера, п.о. интерпретирует это как сигнал добавить или уменьшить громкость. Для этого средством библиотеки эмулируется нажатие мультимедийных кнопок клавиатуры «увеличить громкость» и «уменьшить громкость». А так же «mute».Пара прыжков с бубном
Ибо до танцев не дотягивает.С первого раза получилось немного не так как хотелось и регулировка работала наоборот(при вращении по часовой стрелке звук уменьшался). Решение было простым и банальным:
я заменил
#define PIN_ENCODER_A 0
#define PIN_ENCODER_B 2
на #define PIN_ENCODER_A 2
#define PIN_ENCODER_B 0
то есть поменял местами входные пины.
Потом я решил, что изменение громкости на 24% при полном обороте рукоятки - это слишком медленно. И я просто дублировал код, эмулирующий нажатие кнопок увеличения и уменьшения громкости:
if (enc_action > 0) {
TrinketHidCombo.pressMultimediaKey(MMKEY_VOL_UP);
}
else if (enc_action < 0) {
TrinketHidCombo.pressMultimediaKey(MMKEY_VOL_DOWN);
}
было заменено на if (enc_action > 0) {
TrinketHidCombo.pressMultimediaKey(MMKEY_VOL_UP);
TrinketHidCombo.pressMultimediaKey(MMKEY_VOL_UP);
}
else if (enc_action < 0) {
TrinketHidCombo.pressMultimediaKey(MMKEY_VOL_DOWN);
TrinketHidCombo.pressMultimediaKey(MMKEY_VOL_DOWN);
}
А потом я подумал, что отдельная кнопка приглушения музыки музыки бесполезна - можно просто крутнуть регулировку влево. А вот возможность поставить музыку на паузу будет гораздо интереснее.
Для реализации этого, я заменил
TrinketHidCombo.pressMultimediaKey(MMKEY_MUTE);
на TrinketHidCombo.pressMultimediaKey(MMKEY_PLAYPAUSE);
Список возможных клавиш можно подсмотреть в файле «TrinketHidCombo/TrinketHidCombo.h».
Корпус
Под руки попалась вот такая железная коробочка, её и использовал.
Просверлил отверстие для штока энкодера, зажал его, подложив несколько шайб. Просверлил отверстие для провода usb. Набил внутренности поролоном, чтобы ничего не болталось и не звенело.Идеи для доработки
Есть мысль реализовать переключение треков. Дополнительные кнопки добавлять не хочется, а вот с имеющейся можно поиграть. Первый возможный вариант - это как на телефонной гарнитуре: двойное нажатие - следующий трек, тройное - предыдущий. Второй вариант - нажать на рукоятку и повернуть: поворот по часовой стрелке - следующий трек, против часовой - предыдущий. Или вообще комбинированный вариант, когда по двойному/тройному нажатию будет переключение, а поворот с нажатием будет работать как перемотка вперед/назад. Я пока не решил как мне больше нравится, поэтому еще не реализовал ни один из вариантов.Список покупок или элементная база
- 1. - $1.25
- 2. - $0.99
- 3. - $3.99
- 4. Немного проводов, паяльник, припой, usb-провод, какой нибудь корпус - условно бесплатно
- 5. Более-менее прямые руки - бесценно
Вывод
Самое главное - устройство работает. Работает без задержек, без сбоев. На любом компьютере, с любой О.С.
При этом есть мысли по улучшению корпуса и добавлению дополнительных действий.
И как оказалось - всё весьма просто. Главное это идея, а реализация - вопрос десятый. Так что дерзайте)
Добавить в избранное Понравилось +114 +172
Наилучшая конструкция регулятора громкости (Pt 1)
Регулятор громкости в Hi-Fi усилителе или предусилителе (либо любом другом аудиоустройстве, если уж на то пошло) кажется по-настоящему простым, не так ли? Неверно! Чтобы добиться плавного повышения уровня громкости, соответственно нелинейной характеристикой нашего слуха, потенциометр должен иметь логарифмическую зависимость изменения сопротивления от угла поворота его оси. Линейный потенциометр, используемый для регулировки громкости, дает довольно неудовлетворительный результат.
Если вы не заплатите довольно существенную цену, то стандартный логарифмический потенциометр, который вы покупаете в магазинах электроники, вообще не является логарифмическим, а состоит из двух линейных секций, каждая из которых имеет разный градиент сопротивления. Теоретическое обоснование подобного заключается в том, что они совместно образуют кривую, «достаточно близкую» к логарифмической (или звуковой) зависимости. Как многие убеждаются, такое случается достаточно редко и при вращении движка потенциометра часто проявляется ярко выраженный «разрыв».
Как и во всех потенциометрах, используемых в качестве регуляторов громкости, первые 10% угла поворота приводят к очень большому её изменению (по существу, от «выключено» до тихо слышимого). «Истинный» логарифмический ответ на весь диапазон, возможно, в 100 дБ, не очень полезен, поскольку большую часть времени работы коэффициент усиления изменяется в относительно небольшом диапазоне. Изменение на 25 дБ соответствует отношению мощности 316:1 - это, как правило, и будет тем диапазоном, в котором используется любой регулятор громкости.
Рис. 1 Схема аппроксимации потенциометра
Возьмите линейный потенциометр на 100 кОм (VOL) и подключите резистор (R = 10…15 кОм, 12 кОм, для получения схемы на Рис. 1), как показано выше, для получения указанной кривой, приведенной на Рис. 2. Казалось бы, это должна быть прямая линия, но на самом деле она намного ближе к логарифмической, чем у стандартного логарифмического потенциометра. Для стерео используйте сдвоенный потенциометр с двумя резистивными секциями и включите обе одинаково. Для R рекомендуется использовать резистор с точностью 1 %. Потенциометр может иметь различный номинал, следует только сохранять соотношение в диапазоне от 6:1 до 10:1 между номиналами потенциометра и сопротивления R, соответственно. В то время, как отношение 8.33:1 (как показано на Рис. 1) близко к реальной логарифмической кривой, при низких уровнях сигнала все еще возможна чрезмерная чувствительность. Можно использовать более высокие коэффициенты, чем 10:1, но это будет приводить к чрезмерной нагрузке на движок потенциометра, либо же требовать использования потенциометра со слишком большим сопротивлением.
Рис. 2 Кривая зависимости выходного уровня от угла поворота, в дБ
При условии, что коэффициент усиления предусилителя определен верно, хорошее приближение к истинной логарифмической функции потенциометра получается по крайней мере в диапазоне 25 дБ, что достаточно для обычно требуемых регулировок.
Коэффициент усиления предусилителя является правильным тогда, когда ручка потенциометра бо́льшую часть времени своей работы находится в положении между 10 и 14 часами. Если громкость часто ниже или выше этого диапазона, пересмотрите возможность изменения коэффициента усиления предусилителя. Чтобы получить «двухступенчатый» регулятор громкости, коэффициент усиления можно переключать, благодаря чему всегда доступна оптимальная настройка.
Другим преимуществом «фальшивой» логарифмической зависимости является то, что линейные потенциометры обычно стабильнее (и лучше регулируют) мощность, чем коммерчески доступные «логарифмические» потенциометры, за счет чего будут меньше различаться уровни сигнала между левым и правым каналами. Дополнительный резистор еще больше улучшает эту зависимость, позволяя дешевому углеродному потенциометру сравняться с высококачественным (по крайней мере, по точности - я не буду здесь обсуждать качество звука).
Удостоверьтесь, что импеданс источника (буферного каскада) низкий и что он способен управлять сопротивлением нагрузки, когда регулятор установлен полностью на максимум (для потенциометра на 100 кОм общее сопротивление может снижаться до 9 кОм). Необходимую кривую зависимости потенциометра испортит применение соединительных проводов с высоким импедансом настолько, что она больше не будет напоминать ничего полезного.
Наилучшая конструкция регулятора громкости (Pt 2 - дальнейшие идеи)
Схема первоначально разработана Питером Баксандалом (известна среди множества других проектов, как регулятор уровня громкости в обратной связи), существует также ее активная версия «наилучшего регулятора уровня», использующая операционный усилитель и потенциометр в контуре обратной связи. Логарифмическая зависимость почти идентична таковой для пассивной схемы, приведенной выше, но эта схема может обеспечить как усиление, так и затухание сигнала. Пример этой конструкции можно найти в Проекте № 24 , а схема базовой идеи показана на Рис. 3.
Рис. 3 Активный логарифмический регулятор громкости
Буфер (U1A) позволяет каскаду инвертирования (необходимому для обеспечения работоспособности схемы) иметь очень высокий входной импеданс. В противном случае это было бы невозможно без использования резисторов с очень высоким номиналом, что может увеличить шум до неприемлемого уровня. Максимальный коэффициент усиления, как показано, равен 10 (20 дБ), а минимальный коэффициент усиления равен 0 (максимальное ослабление). Входное сопротивление является переменным и зависит от положения движка потенциометра. При минимальном усилении входной импеданс составляет все 50 кОм потенциометра, он опускается до примерно 27 кОм при среднем положении движка потенциометра и до около 4,3 кОм при максимальном усилении. Импеданс намного меньше, чем у самого потенциометра из-за наличия обратной связи с оконечного операционного усилителя.
Эти значения импеданса аналогичны (но немного ниже), чем у простой пассивной версии (при использовании потенциометра на 100 кОм) и опять же требуют низкоимпедансного источника, либо логарифмический закон не будет соблюден должным образом. Фактическое значение для VR1 не имеет значения и что-либо от 10 кОм до 100 кОм будет работать одинаково хорошо, хотя и будет влиять на входное сопротивление. Ошибка при 50 % угла поворота движка потенциометра составляет менее 5 % при его значениях от 10 кОм до 100 кОм.
Рис. 4 Зависимость между выходным уровнем и углом поворота движка по схеме Рис. 3
Обратите внимание, что дополнительное преимущество улучшенного отслеживания не распространяется на активную версию (по крайней мере, не в той же мере), поэтому используйте наилучший потенциометр, который только можете себе позволить, чтобы обеспечить точный баланс канала. Для многих предусилителей максимальное усиление 20 дБ будет слишком большим. Обычно достаточно усиления 10 дБ. Чтобы получить меньшее усиление, увеличьте номинал R2, (3.3 кОм достаточно близко уменьшит коэффициент усиления до величины 10 дБ). Это также увеличит входной импеданс в наихудшем случае.
Наилучший регулятор громкости (Pt. 3 - Моно-версия)
Описанный ниже трюк использовался в нескольких гитарных усилителях. Однако, из-за того, что для него применяется потенциометр с двумя секциями, он не подходит для стереофонических сигналов, потому что четырехсекционные линейные потенциометры (а также любые другие с четырьмя секциями) раздобыть практически невозможно. Приближение к логарифмической зависимости очень хорошее, по крайней мере в диапазоне 30 дБ, но оно лишь незначительно лучше, чем версия, показанная на Рис. 1, тогда, как для этой схемы требуются две секции.
Рис. 5 Аппроксимация логарифмической зависимости с использованием двухсекционного потенциометра
Ниже показана зависимость ответа от угла поворота. Через конечный диапазон 25 дБ она дает почти прямую линию (то есть, зависимость по-настоящему логарифмическая). Это хороший способ получить гладкий ответ от потенциометра, но, как уже отмечалось, он реально применим только для моносистемы, что, скорее, ограничивает его полезность.
Рис. 6 Зависимость между выходным уровнем и углом поворота движка по схеме на Рис. 5
Улучшенный регулятор громкости (Pt. 4 - многоканальная версия)
Для тех, кто нуждается в многоканальном истинном логарифмическом регуляторе уровня (см. Проект № 141). Проект использует THC2180 VCA и может быть настроен как угодно, от 1 до 8 каналов (или более, если вы используете более 8 каналов). Он идеально подходит для систем домашнего кинотеатра для полного предусилителя и вам нужно использовать только переключение каналов. VCA обеспечивает также усиление, поэтому это, по сути, полный предусилитель.
Улучшенный регулятор баланса (предложенный Ludwig Bernd)
Bernd, читатель «The Audio Pages», предложил полезную схему, в данном случае - «Улучшенный регулятор баланса». Обратите внимание, что описанная конфигурация требует высокоимпедансной нагрузки и пассивный «Улучшенный регулятор громкости» в этой схеме использоваться не может. При использовании показанным ниже образом, он по концепции очень похож на улучшенный регулятор громкости, показанный на Рис. 1, за исключением того, что это (в некотором смысле) та же самая идея, но в обратном порядке.
Имейте в виду, что многие (особенно ранние японские) конструкции используют для балансировки специально сконструированный потенциометр из-за чего он не подходит для схем, показанных ниже. Эти потенциометры обычно имеют центральную фиксацию и сопротивление каждой дорожки остается очень низким от нейтрального до одного (или другого) крайнего положения. Эти «специальные» потенциометры характеризуются тем, что при вращении балансировочного потенциометра уровень остается постоянным в одном канале или в другом. Общий закон изменения этих регуляторов (IMO) для Hi-Fi остается неудовлетворительным.
Ниже приведена стандартная схема регулировки баланса/громкости с использованием обычных потенциометров (один канал):
Рис. 7 Обычный регулятор баланса/громкости
Например: VOL = 10 кОм с логарифмической зависимостью, BAL = 25 кОм с линейной зависимостью
Добавление резистора «R» обеспечивает два интересных улучшения в стандартных цепях регулировки баланса и громкости. Обратите внимание, что коммутатор не является обязательным и может быть легко исключен (т.е., закорочен).
Рис. 8 Улучшение с дополнительным резистором
A) R = VOL (к примеру, 10 кОм)
Балансный потенциометр, когда его движок находится в центральном положении, «виртуально отсутствует».
В таком положении резистивная дорожка балансного потенциометра создает только нагрузку на предыдущую ступень, поскольку ток через скользящий контакт отсутствует (так что вы вообще, если хотите, можете разомкнуть переключатель «Sw1» без изменения чего-либо). Это кажется разумным, т.к. до тех пор, пока вы не регулируете балансировку, он практически отсутствует в цепи (сигнал не проходит через его скользящий контакт). Следовательно, качество (или возраст) балансировочного потенциометра вообще не имеет значения.
Звуковые помехи могут проявиться только по двум причинам:
- Если резистивная дорожка балансировочного потенциометра не являются абсолютно симметричной, по крайней мере один из скользящих контактов не будет стоять точно в центре (добавление переключателя Sw1 может это полностью устранить, но я сомневаюсь, что в этом есть необходимость) ,
- Если сопротивление углеродистой дорожки потенциометра (наихудший сценарий!) изменяется из-за изменения давления скользящего контакта (вызванного акустическим резонансом, как в угольных микрофонах старых телефонов), нагрузка на предыдущий каскад изменится (но я подозреваю, что в действительности трудно найти каскад, который будет «чувствовать» ее).
Благодаря резистору «R», балансировка вблизи центрального положения работает плавно, а общая громкость значительно меньше, чем без него. Это приводит к другому варианту:
B) R = 4,7 кОм (R = ~ 0,47 * VOL)
Ручка баланса работает, не влияя на общий уровень
Такой вариант обеспечивает наилучшие эксплуатационные удобства, т.к. тогда громкость звука перемещается слева направо без значительного изменения общей громкости. Входное напряжение на обоих каналах постоянное и равное, сумма мощности левого и правого каналов остается приблизительно (± 0,2 дБ) постоянной в диапазоне примерно 80% от всего угла вращения ручки (который относительно центрального положения работает по-прежнему медленно). Я решил использовать фактор 0,47 после некоторого компьютерного моделирования и после этого проверил его в своем предусилителе.
Он действительно работает так, как и ожидалось, (наблюдается небольшое увеличение общей громкости в крайних правых и левых позициях). Я не хочу больше упускать возможность регулировки баланса, поскольку действительно есть записи, страдающие от серьезного дисбаланса каналов. Перемещение кресла или динамиков не является удобным средством против этого явления. Правильным путем является «перемещение» солиста на два фута влево или вправо без изменения общей громкости, просто вращая ручку баланса.
Выбирая подходящее соотношение сопротивлений R/Vol между 1,0 и 0,47, возможен любой компромисс между версиями «золотое ухо» и «максимальный комфорт».
Сопротивление этих «усиленных» цепей примерно соответствует сопротивлению одного потенциометра «VOL» (если R = Vol и BAL ~ 2·VOL), поэтому вы можете добавить BAL и R к любой «чистой» конструкции без изменения её критичных параметров (разумеется, на R будет происходить затухание в 4-6 дБ, поэтому в будущем на шкале вращения ручки регулятора громкости вам потребуется добавить около 5 или 10 градусов дуги). Даже когда регулятор баланса установлен в крайние положения, наблюдается только умеренное изменение нагрузки (максимально –30 %), которое не будет сильно влиять на какой-либо разумно спроектированный предусилитель.
Если в вашем усилителе уже есть стандартная цепь регулировки баланса, к ней легко добавить дополнительные резисторы. Просто припаяйте их к соответствующим выводам балансировочного потенциометра (на одном канале от центра влево и на другом - от центра вправо). Регулятор громкости при этом не задействуется.