Тонкомпенсированный регулятор громкости с адаптацией к регулятору тембра

Содержание

Электронные регуляторы тембра

Все электронные регуляторы отличаются компактными размерами, и предельное напряжение выдерживают большое. В данном случае они не способны работать без усилителя. Стабилизаторы, как правило, применяются только линейные. Цепи диодов располагаются сразу за платой.

Искажения устройством подавляются за счет резисторов. С предельной частотой регулятору помогают справиться стабилизаторы. Выпрямители устанавливаются крайне редко. Энергопотребление таких устройств высокое, а в преобразователях они не нуждаются. Увидеть указанные приборы на микшерах можно довольно часто.

Доброго времени суток.

Сегодня я решил объединить несколько вопросов в одну статью (тем более, что решение по обоим проблемам будет одинаковое).

Как правило, при исчезновении значка громкости (да и вообще при разных проблемах с ним) достаточно проделать ряд нехитрых шагов, чтобы восстановить работу. Приведу их ниже по порядку.

↑ Суть идеи

Придумал следующее (в интернете аналогов не нашёл, а если и есть то это совпадение): аналоговый сигнал поступает на разделительный конденсатор C1 и операционный усилитель U1 (Рисунок 2), включённый по инвертирующей схеме с коэффициентом усиления 0.3, задаётся резисторами как R3/R2. Необходимость ослаблять сигнал выяснялась после сборки первого экспериментальной образца. Причина будет описана ниже. Далее сигнал подаётся на ключи управляемого микроконтроллером аттенюатора типа «R2R». Затем (Рисунок 3) на не инвертирующий усилитель (вторая половина U1) с коэффициентом усиления примерно 4 (1+ R29/R28) и далее по назначению, например, оконечный усилитель или, как в моем случае, кроссовер для биампинга.

Рисунок 2. Входной буфер

Рисунок 3. Выходной буфер

Важное замечание.

Автор опробовал свою разработку с пультом ДУ от аппаратов Philips. Понятно, что не у каждого дома есть продукция этой известной марки, поэтому были предприняты попытки проверить совместимость других пультов. Под руку подвернулся универсальный пульт «EuroSky 8» (на фото он справа черный):


Этот пульт неплохо управлял различными устройствами в доме, но, когда его запрограммировали на работу с аудиоустройствами, наблюдались ошибки при отработке вспомогательных функций. Оказалось, что некоторые пульты некорректно отрабатывают стандарт RC-5.

Редакцией журнала «Электор» была проведена модернизация программного обеспечения данного устройства с целью минимизации ошибок при работе с различными пультами разных производителей. Проведенные тесты с универсальным пультом Philips SBC RU 865 показали отличную работу. С другими универсальными пультами ДУ также проблем возникнуть не должно.

Если у вас есть тестер для пультов ДУ, то проверить соответствие вашего пульта стандарту RC5 можно с помощью приведённой ниже таблицы:


Здесь для примера представлены некорректные коды, которые передавал пульт «EuroSky 8». В правой колонке представлены правильные коды команд.

Статья подготовлена по материалам журнала «Электор».

Удачного творчества! Главный редактор «Радиогазеты».

Как устроен регулятор?

Важным элементом регулятора принято считать микросхемы. По своим параметрам они довольно сильно могут отличаться. Если рассматривать профессиональные модели, то там имеется до 100 различных контактов. Дополнительно в регуляторе наличествует контроллер, который занимается изменением предельной частоты прибора. С помехами в устройстве справляются конденсаторы. В простой модели их имеется до четырех. Обычно можно встретить в регуляторе Их частотность, как правило, указывается в маркировке.

В профессиональных моделях конденсаторы устанавливаются электролитические. Проводимость у них гораздо лучше, но стоят они дорого. Резисторов в стандартной схеме можно встретить до десяти единиц. Отличаются они между собой по предельному сопротивлению. Самые простые модели способны похвастаться параметром в 2 Ома. Резисторы с такими показателями встречаются довольно часто. Наконец, последним элементом регулятора следует назвать замыкающий механизм. Чаще всего он представлен в виде кнопки, однако есть модели со сложной системой индикации.

Конструкция.

На рисунке представлено расположение элементов на печатных платах устройства:

Конструкция разделена на две части для удобства размещения в корпусе усилителя. На одной плате размещён сам моторизованный потенциометр. Эта плата крепится в непосредственной близости от передней панели усилителя.

На второй плате размещён блок питания, микроконтроллер и остальные элементы устройства. Эту плату желательно разместить в корпусе усилителя как можно дальше от звуковых цепей и по возможности заэкранировать для снижения излучаемых помех.

Приёмник ИК-сигнала нужно также разместить на передней панель усилителя, подключив его к плате трехжильным шлейфом. При большой длине шлейфа для исключения неустойчивых и ложных срабатываний приёмника необходимо продублировать конденсаторы С2 и С3, распаяв их непосредственно на выводах приёмника.

Все соединения конструкции реализованы разъёмами, которые соединяются между собой шлейфами с соответствующим количеством жил.

На печатной плате потенциометра предусмотрены контакты для подключения экрана сигнального кабеля и экрана кабеля управления двигателем, если в этом возникнет необходимость.

Фото готовой конструкции представлено на рисунке:

увеличение по клику

Сигналы для транзисторных ключей управления реле коммутатора входов снимаются с разъёма К3. Для переключения входов на пульте следует использовать цифровые кнопки 1…5. Таким образом можно непосредственно выбрать нужный вход. Для переключения входов последовательно на пульте используются кнопки переключения каналов «вверх/вниз».

Чертежи печатных плат. (в формате PDF, версия редакции журнала «Электор»)

Чертежи печатных плат (в формате SLayout, версия читателей «РадиоГазеты»)

Проблематика регулировки громкости.

Регулировка громкости в действительно высококачественной аудиоаппаратуре, несмотря на кажущуюся простоту, представляет некоторую проблему. С одной стороны — минималистски настроенные любители «высокого
конца» иногда считают вообще ненужными регуляторы громкости (а тем более баланса), музыка должна звучать с определенным, заранее настроенным уровнем, считают они.

С другой стороны — в реальных условиях, согласитесь, не иметь регулировки громкости несколько неудобно. Что должен обеспечивать регулятор громкости? Линейную зависимость громкости от поворота ручки регулятора (или
иного управляющего устройства) для чего сам регулятор должен быть логарифмическим. Само по себе это требование выполнить не так сложно, но регулятор желательно должен быть сдвоенным, а обеспечить синхронность
регулировки (т.е. зависимость сопротивления от угла поворота), тем более в логарифмическом потенциометре — не так просто, всегда существует технологический разброс. Естественно, регулятор не должен вносить никаких
«шорохов и тресков» и вообще как можно меньше воздействовать на сам сигнал. Неплохо также иметь возможность дистанционного управления (причем с беспроводным пультом, а не дергать за «вожжи») .

Для решения всех этих вопросов существует много решений — «аудиофильские» регуляторы громкости ALPS, для дистанционного управление — моторизированные, (причем совершенно непонятно — почему именно
«Альпс»? Боурнс и Хонивелл делают ничуть не хуже, скорее даже лучше. Правда, дороже, особенно Хонивелл — учитывая аэрокосмическую направленность этой фирмы
). ). Золотые переключатели с наборами
«аудиофильских» резисторов, еще более «аудиофильские» — входные трансформаторы с отводами (например английской фирмы Sowter, замечу что трансформаторы от Александра Воробьева — ничем не хуже.
Саша — большой респект.) и «золотыми переключателями», а также порой незаслуженно презираемые «высококонечниками»Н.Сухов, электронные регуляторы. Последние и впрямь весьма неоднозначны,
поскольку очень разнообразны в спектре выпускаемой продукции — от действительно качественных по звуку, до пригодных разве что в «бумбоксах», звуковых картах компьютеров и в автомагнитолах.

В данном цикле мы рассмотрим несколько вариантов регулировки громкости — на микросхемах и на реле, варианты управления на микроконтроллерах — от самых простейших до более сложных.

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».

Цифровой регулятор громкости на BA3520

Операционные усилители (ОУ) внутри — обычные, с той лишь разницей, что некоторые резисторы обратной связи уже установлены в микросхеме. Выходной ток предварительных усилителей — несколько миллиампер, выходных — около сотни миллиампер. На рисунках указаны рекомендуемые схемы включения, но, в принципе, ОУ можно включать по любой стандартной схеме, за исключением, разве что, дифференциальной.

Если слишком большое усиление не требуется, предваритепьные уси- лители можно не использовать, подав входной сигнал непосредственно на выходные усилители (их коэффициент усиления при максимальной громкости — около 7). При этом входы предварительных усилителей желательно соединить с выходом REF микросхемы. Если использовать эти микросхемы для замены переменного резистора, сигнал на входы лучше подавать через резисторы сопротивлением около 100 кОм (для компенсации усиления выходных усилителей), как показано на рис.За.

И вообще, во всех схемах с использованием ВА3520 сигнал на входы оконечных усилителей лучше подавать через резисторы сопротивлением не менее 10 кОм. Это значительно уменьшает шумы на выходе (микросхема “не любит” слишком низкоомные источники сигнала), но выход предварительного усилителя микросхемы можно соединять со входом оконечного непосредственно. К ТА8119 это тоже относится, хотя выражено гораздо слабее.

Для более плавной регулировки громкости в микросхеме ТА8119Р и ВА3520, а также для устранения “шороха” при вращении движка переменного резистора, между движком и общим проводом рекомендуется включить конденсатор емкостью 1…10 мкФ (“+” к движку). При “частичной неисправности” переменного резистора (перегорела или истерлась дорожка возле одного из крайних выводов) можно “выкрутиться”, несколько усложнив схему.

Переменный регулятор громкости на резисторе, транзисторе, микросхеме

Если перегорел контакт, к которому подводится движок резистора для установки минимальной громкости, используется схема на рис.36 или рис.Зв. Здесь резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения. Но следует отметить, что напряжение в средней точке такого делителя никогда не уменьшится до нуля: при указанных номиналах резисторов оно превышает 0,3 В. т.е. “нулевая” громкость недостижима.

Для устранения этого недостатка в схему добавлен повторитель на транзисторе VT1. При таком напряжении он все еще закрыт (порог открывания — около 0.6 В). В схеме на рис.3б достичь максимальной громкости также невозможно из-за упомянутого выше падения напряжения на транзисторе (около 0,6 В). Поэтому лучше использовать схему, изображенную на рис.3в.

Источник питания (+5 В) должен быть стабилизированным — иначе громкость будет “плавать”. При настройке этой схемы, возможно, понадобится подобрать сопротивления R3 и R4 для получения максимальной громкости. Если же перегорел “верхний” вывод переменного резистора, схема для его “лечения” становится еще проще (рис.Зг). Источник питания тоже должен быть стабилизированным.

Но если переменный резистор “восстановлению не подлежит”, единственный выход — использование цифровых регуляторов. В принципе, такие регуляторы можно построить и на обычной цифровой логике, пропуская звуковой сигнал через микросхему цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Подобные схемы неоднократно публиковались в отечественной литературе начала 90-х годов, но дешевле и удобней воспользоваться специализированной микросхемой, например, КА2250 (Samsung) или ТС9153 (Toshiba).

↑ Подробнее об аттенюаторе

Делал я своё время генератор сигналов на ATmega8, где в качестве ЦАПа использовалась «R2R» матрица. Решил регуляторе применить нечто похожее. Опишу подробно старший разряд регулятора, остальные отличаются только порядковыми номерами элементов. Входной сигнал через резистор R4 подаётся на элемент R2R матрицы (так как регулятор 6-битный – резисторы 6R2 и 6R1 соответственно). Управляется данный бит транзистором Q1, который при открытии шунтирует сигнал на землю. Резистор R5 запирает базу в отсутствии управляющего сигнала. Чтобы избежать проникновения помех из цифровой части, решил открывать транзистор через оптопару U3. Питание на транзистор оптопары подаётся через токоограничивающий резистор R6, ток диода ограничен резистором R7. Номиналы особо не подбирал, просто смотрел, чтобы по току укладываться в данные с даташитов. Оптопара отпирает транзистор при появлении логической единицы на соответствующем выходе сдвигового регистра U7. Небольшое замечание: для младшего бита резисторы 1R1 и 1R2 должны иметь одинаковый номинал равный 2R.

Рисунок 4. Схема аттенюатора и список деталей

Регуляторы громкости и тембра

PT2256V — электронный регулятор громкости, характеристики, даташит Микросхема PT2256V фирмы Princeton Technology Согр. предназначена для применения в аудиотехнике. Практически микросхема представляет собой аналог сдвоенного переменного резистора, управляемого с помощью двух кнопок (UP и DOWN). Регулировка осуществляется 32-мя ступенями. Полное сопротивление каждого «переменного резистора» составляет 51 кОм. Имеется отвод …

1 3093 0

Микросхема TDA7302, TDA7306 — аудиопроцессор с цифровым управлением

Микросхема TDA7302, TDA7306 представляет собою аудиопроцессор с цифровым управлением. Диапазон напряжений питания = 6…14 В; Управление через последовательную шину данных (TDA7302) или последовательный интерфейс (TDA7306); Выбор между тремя стерео- и одним моно- входами; Управление…

1 3716 0

Микросхема TC9421F — стерео регулятор громкости, баланса, тембра (упр. 3х шина)

Микросхема TC9421F представляет собою двухканальный регулятор громкости, баланса и тембра с управлением по трехпроводной шине. Напряжение питания = 6…12 В; Коэффициент нелинейных искажений = 0,005%; Диапазон регулировки коэффициента передачи . .0…-78дБ; Шаг регулировки в диапазоне…

0 3605 0

Микросхема TC9412AP, TC9413AP — двухканальный аттенюатор с цифровым управлением

Микросхема TC9412AP, TC9412AF, TC9413AP представляет собою двухканальный аттенюатор с цифровым управлением. Напряжение питания: при однополярном питании (VGND = -Vсс = 0 В) = 6..18В, при двухполярном питании (VGND = 0 В) ±6…±17 В; Коэффициент нелинейных искажений = 0,005%; …

0 2607 0

Микросхема TC9260P, TC9260F — двухканальный аттенюатор с цифровым управлением

Микросхема TC9260P, TC9260F представляет собою двухканальный аттенюатор с цифровым управлением. Напряжение питания = 4,5…12 В; Коэффициент нелинейных искажений = 0,01%; Диапазон регулировки коэффициента передачи = 100 дБ; 40 ступеней громкости; Коэффициент взаимного влияния каналов…

0 3033 0

Микросхема TC9235P, TC9235F — двухканальный аттенюатор с цифровым управлением

Микросхема TC9235P, TC9235F представляет собою двухканальный аттенюатор с цифровым управлением. Напряжение питания = 4,5…12В; Коэффициент нелинейных искажений = 0,01 %; Диапазон регулировки коэффициента передачи = 100 дБ; Встроенный ЦАП для управления индикатором уровня; …

0 3366 0

Микросхема TC9210P, TC9211P — двухканальный аттенюатор с цифровым управлением

Микросхема TC9210P, TC9211P представляет собою двухканальный аттенюатор с цифровым управлением. Напряжение питания: при однополярном питании (Vgnd = 0 В) Vсс = 6…17В, при двухполярном питании (Vgnd = 0 В) Vcc = ±6…±17 В; Коэффициент нелинейных искажений = 0,005%; Диапазон…

0 3307 0

Микросхема SSM2160, SSM2161 — 4/6-канальный регулятор громоксти и баланса

Микросхема SSM2160, SSM2160P, SSM2160S, SSM2161, SSM2161P, SSM2161S представляет собою четырех/шестиканальный регулятор громкости и баланса с цифровым управлением. Напряжение питание = +10…+20 (+5…±10) В ; SSM2161 = четыре канала ; SSM2160 = шесть каналов ; 7-рвзрядная…

0 3006 0

Микросхема M62429P — двухканальный регулятор громкости с цифровым управлением

Микросхема M62429P представляет собою двухканальный регулятор громкости с цифровым управлением. Номинальное напряжение питания = +5 В; Диапазон регулировки громкости = 0…-83 дБ; Шаг регулировки громкости = 1 дБ; Коэффициент нелинейных искажений = 0,01 %; Диапазон рабочих температур…

0 3965 0

Микросхема LM1992N — стерео регулятор громкости и тембра с цифровым управлением

Микросхема LM1992N представляет собою двухканальный регулятор громкости и тембра с цифровым управлением. Напряжение питания = 6…12В; Коэффициент нелинейных искажений = 0,15%; Диапазон регулировки коэффициента передачи = 80 дБ; Диапазон регулировки фадера = 40 дБ; Диапазон…

0 2255 0

1

Профессиональные модели

Профессиональные регуляторы микросхемы имеют многоканальные. Учитывая это, для нормальной работы им требуется Находится он, как правило, рядом с конденсатором. Рассчитана система на нагрузку 8 бит. Замыкающий механизм в устройстве установлен обычный. Коэффициент шума прибора максимум достигает 55 дБ. Показатель нелинейного искажения в некоторых случаях способен превышать 0.001 %.

Рабочая частота в среднем колеблется в районе 2000 Гц. С равномерностью такие схемы проблемы испытывают редко. Выходное напряжение прибора равняется 0.5 В. Резисторная развязка сопротивление максимум выдерживает 3 Ом. Преобразователи в системе предусмотрены, а крепятся они к плате только через дроссель. Конденсаторов в стандартной модели имеется около трех единиц. Их вполне достаточно, чтобы справляться с различными сигналами. Возле гнезда устройства обязательно располагается

Однотактный телефонный усилитель с регулятором громкости.

На базе регулятора громкости PGA2310 легко можно построить усилитель для наушников (головных телефонов),
добавив к нему просто усилитель тока (эмиттерный или истоковый повторитель). В отличие от  предыдущей схемы,
здесь выгоднее применять 2310 а не 2311, из-за ограничения напряжения питания последней на уровне ±5в. С учетом OutputDropVoltage = 1.5в, это не позволит получить на выходе напряжение больше 2.2-2.4в (RMS), чего для
высокоомных наушников может не хватить. PGA2310 имеет диапазон питающих напряжений до ±15в, при указанном  на
схеме питании ±12в, усилитель в целом обеспечивает 3.2в на 32 ома нагрузку, и 6.5 в на 300 ом, чего более чем достаточно.

В данной схеме использован вариант “Full” с аппаратной регулировкой границ. Ввведено два подстроечных резистора, на краях потенциометра регулятора громкости. Это позволяет выставить диапазон регулировки громкости (и
максимальное усиление схемы!) применительно к конкретным условиям (напряжению выхода источника, чуствительности наушников).

Измеренный КНИ при воспроизведении сигнала 1кГц с уровнем 0дб с ЦД-проигрывателя составил 0.12%. (Хочу заметить, что измерение было проведено USB-аудиокартой для акустических измерений, которая не очень
пригодна для измерения малых КНИ, о чем написано в ее описании
), что включает в себя все погрешности не толко телефонного усилителя с регулятором, но и ЦАП+фильтр+буфер плеера. Помоему неплохо J

Замечания по схеме:  p-n-pтранзисторы MJE170 можно заменить на BD140 и т.п., или же на n-p-nтранзсторы MJE180,
BD139 и т.п., «перевернув» схему, т.е соединив коллектор с +12, а резистор с -12в. Также следует поменять полярность выходных конденсаторов, и общий провод наушников подключать не к 12в а к +12в. От типа транзистора
(кстати, желательно подобрать пару с одинаковыми β) и его производителя — довольно сильно зависит качество
звучания усилителя. Так к примеру, транзисторы MJE170 от Моторолы и BD140 от Филипса звучали примерно
одинаково хорошо, а вот MJE170 от ST– звучали хуже. Хотя ни в спектре, ни в цифре КНИ разницы замечено небыло. Ток через транзисторы в авторском варианте – 220мА. Подстроить этот ток можно изменением сопротивления
эмиттерных резисторов.

Следует помнить, что как и все усилители, работающие в классе «А» — этот усилитель имеет КПД как у паровоза (а
точнее — еще ниже), и является некоторым подобием нагревательного прибора. При токе 220мА, на двух транзисторах
и двух резисторах выходного каскада выделяется почти 11Вт. На двух стабилизаторах также выделиться не менее
2.2-2.5Вт. Поэтому собирая усилитель в корпусе, нужно обеспечить условия охлаждения (отвода тепла). Резисторы
лучше использовать керамические, не менее 5Вт. Еще лучше – набрать их из нескольких 3-5 ваттных параллельно или
последовательно. Транзисторы и стабилизаторы – установлены на радиаторах  достаточного размера (в зависимости
от конструкции, роль радиатора может выполнять и металлический корпус). Если Вы планируете исползовать только низкоомные (32 ома) наушники, то целесообразно снизить напряжение питания с ±12в до ±9в или даже до ±5в
(используя стабилизаторы 7809/7909 или 7805/7905), в последнем случае можно также использовать PGA2311. Если
же наоборот, Вы планируете использовать только высокоомные (300, 600 ом) наушники – целесообразно уменьшить ток, увеличением эмиттерных резисторов.

— конец 1 части —

↑ Впечатления

Сваять самому цифровой регулятор громкости мне было для начала просто интересно. Я не очень-то надеялся на успех и был приятно удивлён результатом. Спаял первую версию, подключил генератор и осциллограф и увидел, как с поворотом энкодера стала плавно падать амплитуда сигнала. Ура! Решил подключить к усилителю. И тут выяснилось, что при амплитуде, большей чем 1300 мВ нижняя полуволна начинает обрезаться. Связано это с пробоем транзистора обратным напряжением, о чем я сначала не подумал. Во второй версии появился входной буфер с коэффициентом усиления 0,3. Я посчитал, что для сигнала линейного уровня этого хватит, ведь напряжение пробоя для применённых транзисторов bc547 составляет 650 мВ и -650/0.3 = ок.2 Вольт, что вполне достаточно для работы с линейным выходом (итоговая допустимая входная амплитуда ограничена напряжением питания операционного усилителя +15 Вольт и -2 Вольта пробоем транзистора).

На слух разницы я не заметил по сравнению с обычным переменным резистором. Хорошо бы измерить коэффициент нелинейных искажений, но, к сожалению нечем. Думаю, данную конструкцию можно применять не только как регулятор уровня звукового сигнала, но и любого сигнала с соответствующей заменой ключевых транзисторов. Питание цифровой части +5 Вольт. Питание аналоговой части двуполярное ±15 Вольт желательно организовать от стабилизированного, отфильтрованного источника питания.

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.