О регуляторах тембра
Регуляторы тембра – недооценённый элемент любого электроакустического комплекта. Этот относительно простой элемент во многом определяет звучание всего усилителя. Но построение качественного регулятора тембра не такая уж и простая задача, как может показаться на первый взгляд.
Трёхполосный регулятор тембра в тракте воспроизведения музыкальной фонограммы – вещь довольно полезная, позволяющая подчеркнуть те или иные стороны музыкальной фонограммы или же скорректировать неудачное сведение.
Недостатком многих схем регуляторов, которые мне приходилось собирать ранее, была очень сильная зависимость регулировки тембра средних частот от настроек потенциометров высоких и низких частот и наоборот.
В этой публикации рассмотрим схему и разберём работу трёхполосного регулятора тембра высокого качества, идея которого заимствована из польского журнала «Praktyczny Elektronik» 2001/04. Представленный регулятор тембра свободен от недостатка, описанного выше.
Схема электрическая
Схема содержит входной повторитель напряжения DA1.1 (DA2.1), активный регулятор тембра НЧ R14 и ВЧ R13 на DA1.2 (DA2.2) и регулятор тембра СЧ («фильтр присутствия») R27 на DA3.1 (DA3.2).
Номинальное входное/выходное напряжение – 1 В, коэффициент гармоник не более 0,01% во всём диапазоне частот. Диапазон регулировки составляет ± 12 дБ для 100 Гц, 1 кГц и 10 кГц, что является типичным.
Диапазон входных напряжений довольно широк и составляет от 100 мВ до 2 В.
Принцип работы схемы регулирования тембра
Рассмотрим работу регулятора НЧ. Часть схемы, с пояснениями, отвечающая за регулировку НЧ канала показана на рисунке ниже.
Это классический инвертирующий усилитель с конденсатором в контуре обратной связи. Изменяя положение ползунка потенциометра R14, получается «сдвиг» конденсатора C13 в контуре обратной связи. Максимальное усиление НЧ получим при положении ползунка в крайнем левом положении, а «максимальную обрезку басов» при положении, когда ползунок сдвинут вправо.
На значение максимального усиления и максимальной отсечки НЧ влияет соотношение ограничивающих резисторов R11 и R21 к потенциометру R14.
С другой стороны, частоты подавления частотной характеристики зависят от величины ёмкости конденсатора C13 и сопротивлений R11, R21 и R14.
Рассчитав все эти элементы, можно получить желаемые характеристики. Резисторы R11 и R21 должны иметь одинаковое сопротивление, чтобы диапазон максимального усиления/ослабления был идентичным. В области падения усиления крутизна составляет 6 дБ/октава, что типично для фильтров первого порядка.
Аналогично работает и регулятор высоких частот. Часть схемы с пояснениями показана ниже.
Нижняя частота диапазона регулирования f1 определяется постоянной времени τ = R13×C11. Фильтр ограничивает частотную характеристику усилителя. Иногда резисторы, ограничивающие усиление по более высокой частоте, добавляются последовательно с конденсаторами C9 и C11.
В среднем положении движка потенциометра импедансы обоих сторон идентичны, что приводит к усилению, равному 0 дБ для всей акустической полосы.
Как и в регуляторе НЧ, значения конденсаторов C9 и C11 равны друг другу, чтобы обеспечить одинаковое значение усиления/ослабления высоких частот. Частотная характеристика в зоне контроля нарастает с крутизной 6 дБ/октава.
Регулировка среднего тембра реализована на отдельном усилителе DA3.1. Этот регулятор представляет собой комбинацию двух регуляторов. Номиналы резисторов R23 и R32 должны быть равны. То же касается номинала резисторов R25 и R28.
Они определяют примерно одинаковые значения усиления и среза средней частоты, а также коэффициент усиления за пределами рабочей полосы фильтра. Кроме того, резисторы R25, R28 и конденсатор C15 оказывают решающее влияние на нижние частоты управления.
С другой стороны, резисторы R23, R32 и конденсатор С17 влияют на высокие частоты регулируемой области характеристики.
Комбинируя значения всех элементов, можно получить фильтр с заданной средней частотой. Увеличение или уменьшение усиления и отсечки достигается изменением соотношения конденсаторов C15 и C17. Таким образом изменяется наложение восходящей и нисходящей частей характеристики. Характерный наклон в зоне управления также составляет 6 дБ/окт. Конденсатор C20 предотвращает возбуждение цепи.
Такое решение полностью предотвращает взаимное влияние регулятора среднего уровня на регуляторы низких и высоких частот. На рисунке ниже показаны частотные характеристики всей системы.
Стоит ещё сказать пару слов о выборе операционного усилителя для регулятора тембра. Здесь использован двухканальный операционный аудиоусилитель LM833, имеющий малый уровень шума и коэффициент нелинейных искажений. Возможные варианты замены для этой и подобной схем приведены в таблице ниже.
Конструкция и детали
Схема питается стабилизированным напряжением ± 12…15 В. Потребление тока небольшое и составляет около 20 мА от каждого плеча источника питания. При исправных деталях и правильном монтаже схема не требует какой-либо наладки.
В конструкции использовались конденсаторы К10-17Б, электролитические с LOW ESR (входные и выходные), по питанию – К50-35 (Китай). Переменные резисторы с характеристикой (желательно) А сдвоенные для монтажа на печатную плату – RK-1233G1.
Чертёж печатной платы показан на рисунке ниже.