Перевод А. СЫРОЕГИНА
ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Регуляторы громкости и тембра
В предыдущем номере мы разобрали структуру звукового комплекса и поговорили об усилителях мощности (УМЗЧ). Сегодня речь пойдет о блоке регулировок, включающем регуляторы громкости и тембра.
Регулировка громкости
Казалось бы, нет ничего проще — изменяй уровень звукового напряжения, подводимого к УМЗЧ, вот и вся регулировка! Сделать это можно простым потенциометром — переменным резистором (рис. 1), к крайним выводам которого подведено входное напряжение ЗЧ, а с движка — средний вывод — и общего вывода снимают сигнал на вход УМЗЧ (рис. 2а).
В простейших конструкциях так и делают. Переменные резисторы бывают разные: типа Аимеют линейную зависимость сопротивления от угла поворота оси. Такие плохо подходят для регулятора громкости, поскольку вначале, при малых углах поворота, громкость субъективно меняется резко, а при больших углах поворота, вблизи максимальной громкости, она почти не меняется.
Объяснение простое: наши органы чувств, в том числе и слух, имеют логарифмическую зависимость отклика от интенсивности внешнего воздействия. Например, увеличив уровень сигнала ЗЧ вдвое, мы почувствуем увеличение громкости на сколько-то.
Чтобы увеличить громкость еще на столько же, надо увеличить уровень еще вдвое, и так далее.
Чтобы субъективно получить увеличение громкости, пропорциональное углу поворота оси, применяют переменные резисторы с обратнологарифмической (экспоненциальной) зависимостью, типа В.
Определить тип резистора легко обычным омметром. Повернув ось против часовой стрелки до упора, то есть в положение минимальной громкости, надо найти вывод, сопротивление между которым и средним выводом нулевое. Поворачивая ось, замечают, что сначала сопротивление возрастает медленно, затем все быстрее и быстрее. Это и есть резистор типа В.
Однако с простыми регуляторами громкости (рис. 2а) было замечено, что при малых уровнях громкости звук становится каким-то «плоским», невыразительным, в нем субъективно пропадают басы и высокие частоты. Причем, потеря низких частот (басов) заметно сильнее, чем потеря верхних.
Для компенсации этого явления предложены частотно-зависимые, или тонкомпенсированные, регуляторы громкости (рис. 2б). Для них нужен потенциометр с отводом от проводящего слоя, сделанный примерно от 1/10 части, считая по сопротивлению. Для переменного резистора R1 номиналом 47 или 50 кОм сопротивление между отводом и нижним по схеме выводом должно быть около 5 кОм.
В устройстве предусмотрено отключение тонкоррекции. В нижнем положении переключателя к отводу потенциометра присоединен только резистор R3, увеличивающий плавность регулировки и не влияющий на частотную характеристику. В верхнем же положении переключателя работают элементы тонкоррекции C1, С2, R2. Они подобраны так, чтобы цепочка R2, С2 ослабляла средние и верхние частоты, когда движок потенциометра находится ниже отвода. Субъективный завал самых верхних частот компенсирует конденсатор С1.
Полностью ли отвечает столь несложный тонкомпенсатор свойствам человеческого слуха? Естественно, нет — он только первое, хотя и неплохое, приближение. Есть и более сложные, например, использующие потенциометры с несколькими отводами. Но к чему же надо стремиться?
В многочисленных электроакустических исследованиях получены кривые равной громкости (изофоны). Прежде чем в них разобраться, определимся с единицами измерений.
Уровень громкости звука— относительная величина. Она выражается в фонах и численно равна уровню звукового давления (в децибелах — дБ), создаваемого синусоидальным тоном частотой 1 кГц такой же громкости, как и измеряемый звук (равным по громкости данному звуку).
На рисунке 3 изображено семейство кривых равной громкости, называемых также изофонами. Они представляют собой графики стандартизированных (международный стандарт ISO 226) зависимостей уровня звукового давления от частоты при заданном уровне громкости. С помощью этого графика можно определить уровень громкости чистого тона какой-либо частоты, зная уровень создаваемого им звукового давления.
Рис. 3. Кривые равной громкости — зависимость уровня звукового давления (в децибелах) от частоты при заданной громкости (в фонах).
Например, если синусоидальная волна частотой 50 Гц создает звуковое давление около 80 дБ, то, проведя прямые, соответствующие этим значениям на диаграмме, находим на их пересечении изофону, соответствующую уровню громкости 60 фон. Это значит, что данный звук имеет уровень громкости 60 фон.
Изофона «0 фон», обозначенная пунктиром, характеризует порог слышимостизвуков разной частоты для нормального усредненного слуха. За нулевой уровень звукового давления принято значение 2-10 -5Па, примерно соответствующее порогу слышимости на частоте 1000 Гц. В таблице 1 приведены ориентировочные значения громкости различных звуков.
Из рисунка 3 видно, что полной компенсации изофонических кривых при регулировании громкости добиться довольно трудно, поэтому, кроме тонкоррекции, используют дополнительные регуляторы, позволяющие получить желаемый тембр звучания при любой громкости.
Регулировка тембра
В простейшем случае достаточно обеспечить некоторый подъем нижних и верхних звуковых частот, чтобы сделать звучание приятнее и выразительнее. Для этого необязательно конструировать устройства с плавной регулировкой. Одно время было модным делать УЗЧ с фиксированными частотными характеристиками даже в серьезной промышленной аппаратуре. Схема очень простого ступенчатого регулятора тембра приведена на рисунке 4.
Регулятор имеет три положения. В положении переключателя 1конденсатор C1 отключен, а конденсатор С2 замкнут накоротко. Поэтому коррекция отсутствует и частотная характеристика регулятора равномерна во всем диапазоне звуковых частот. Происходит лишь некоторое ослабление амплитуды проходящего сигнала, обусловленное делителем напряжения R1, R2.
В положении 2«Бас» включается в работу конденсатор С2. На средних и высоких частотах его емкостное сопротивление мало, и эти частоты по-прежнему ослабляются делителем R1, R2. На нижних частотах, ниже частоты
F н= 1/(2πR2C2),
сопротивление конденсатора С2 возрастает, и эти частоты ослабляются меньше, что и соответствует подъему басов.
В положении 3«Джаз» параллельно R1 подключается емкость С1 и поднимаются верхние частоты, начиная с частоты
F в= 1/(2πR1C1),
Примерно по тому же принципу работает и более сложный регулятор тембра с плавной и независимой регулировкой подъема или некоторого завала нижних и верхних звуковых частот. Его схема показана на рисунке 5.