2010.09_Ćwiczenie 4. Korektor barwy dźwięku.pdf

Ośla łączka

EdW A07

Elektronika dla początkujących,

Ćwiczenie 4. Korektor barwy dźwięku

W sprzęcie średniej i wyższej klasy powszech-

nie stosowane były i są korektory barwy

dźwięku. Korektory można zrealizować bez

jakichkolwiek elementów wzmacniających,

niemniej wykorzystanie wzmacniaczy ope-

racyjnych pozwala zrealizować je w prosty i

elegancki sposób.

Zacznijmy od bardzo pożytecznego i bar-

dzo popularnego korektora dwupunktowego,

zwanego często motylkiem, bo charaktery-

styki regulacji przypominają trochę skrzydła

motyla. Korektor ten pozwala niezależnie

regulować tony niskie i wysokie, a częstot-

liwości średnie, zwykle w okolicach 1kHz,

przechodzą przez korektor bez zmian.

Podstawą tego rodzaju regulatorów jest

wzmacniacz odwracający o wzmocnieniu

równym 1. Korekcja polega po prostu na

zmianie wzmocnienia tonów niskich i wyso-

kich. Znacznie więcej szczegółów podanych

jest w Technikaliach.

W literaturze można spotkać kilka wersji

dwupunktowych korektorów, różniących się

pewnymi szczegółami budowy. My zacznij-

my od schematu z rysunku 21 . Nie jest to

może najlepsza wersja, ale zrealizujemy ją

bez trudu za pomocą elementów, które masz

w zestawie EdW A07. Mój model pokazany

jest na fotografii 22 .

Taki regulator barwy możesz łatwo

wypróbować w praktyce. Na przykład na

wejście możesz podać sygnał z empetrójki,

a do wyjścia dołączyć albo słuchawki, jak w

poprzednim układzie, albo za pomocą kabla

z wtykami chinch

(RCA) podać

wygnał na wejście

AUX dowolnego

wzmacniacza mocy.

Przekonasz się, że

zakres regulacji

i tonów niskich, i

wysokich jest duży.

Zauważ, że w

układzie połączy-

łem równolegle

dwa kondensatory

C4, C5, by uzyskać

pojemność 20nF. Tylko

dlatego, że w zestawie

EdW A07 mamy po

dwa kondensatory 1nF

i 10nF. Ale warto prak-

tycznie sprawdzić, jak

wartości kondensatorów

C L (C4+C5) oraz C H

(C6) wpływają na cha-

rakterystyki regulacji.

Rysunek 23 pokazuje

charakterystyki regu-

lacji przy wartości C L

= C4+C5 = 20nF przy

maksymalnym podbiciu

i maksymalnym tłumie-

niu. Natomiast rysunek

24 przedstawia wpływ

pojemności C L przy

skręceniu potencjometrów na minimum. Jak

widać z tego rysunku, zwiększanie pojem-

ności C L przesuwa częstotliwość graniczną

w lewo, czyli w stronę niższych często-

tliwości i zmniejsza tym samym zakres

regulacji. Natomiast z pojemnością C H (C6)

jest odwrotnie: czym mniejsza wartość C6,

tym mniejszy jest zakres regulacji tonów

wysokich. Zmieniając te pojemności, może-

my śmiało zmieniać właściwości korektora.

W świetle rysunku 24 optymalną wartością

C L wydaje się 47nF (33nF...68nF) oraz C H

= 1nF, ponieważ zwykle uznajemy czę-

stotliwość 1kHz jako „środkową”. Ale w

zasadzie środek pasma akustycz-

Fot. 22

nego 20Hz...20kHz to częstotliwość 632Hz

i niektóre korektory tego typu mają „punkt

neutralny” właśnie w okolicach 640Hz, a

nie 1kHz.

Muszę też zwrócić Ci uwagę na kilka istot-

nych kwestii. Otóż układ ten z konieczności

jest zrealizowany jak najoszczędniej, żeby

wykorzystać elementy z zestawu EdW A07.

Po części wzorowałem się na nietypowym

„minimalistycznym” układzie z rysunku 25 ,

opisanym w materiałach Texas Instruments

Rys. 23

Rys. 21

C=C+C

L45

+9...+12V

100k

C 4 =C5=10nF

1000 F

U1A

10k

C 5

TL082

100nF

10k

100k

10k

100k

22k

100 F

22k

100 F

Rys. 24

100nF

C6 1nF

U1B

100 F

P2 10k

TL082

100k

Elektronika dla Wszystkich

Wrzesieñ 2010

czyli wyprawy na oślą łączkę

C =C +C

L 4 5

Ośla łączka

Rys. 25

(SLYT155), gdzie

oprócz niewielkiej

liczby elementów,

zwraca uwagę obec-

ność trzech kon-

densatorów o jed-

nakowej wartości, a

potencjometry mają

wartości różniące się

10-krotnie. Jednak w zdecydowanej więk-

szości tego rodzaju regulatorów stosuje się

potencjometry o jednakowej wartości, a kon-

densatory włączone są inaczej. Także i Ty,

jeśli będziesz chciał zrealizować praktycz-

ny regulator barwy dźwięku, wykorzystasz

inne rozwiązania. Omówimy je w następnym

odcinku.

Piotr Górecki

R =61k

R=11k

R =111k

R=11k

C 1

100 k

10 0k

P 1 R2

11k

100k

11k

R= ab

R< ab

a b

G>1

R> ab

a b

G<1

Rys. B2

G=1=0dB

Rys. B1

G = 10 = +20dB

G = 0,1 = – 20dB

niż –20dB...+20dB. Ilustruje to rysu-

nek B4 . Linie przerywane poka-

zują idealizowany przebieg cha-

rakterystyki częstotliwościowej.

W rzeczywistości charakterysty-

ki nie są ostre, tylko łagodne – w

„punktach załamania” występu-

je różnica o 3dB, jak pokazu-

je pomarańczowa linia. Tak jak

to jest standardowo w filtrach,

liczbowa wartość reaktancji

kondensatora jest wtedy równa

współpracującej rezystancji.

Można powiedzieć w pewnym

uproszczeniu, że przy częstotli-

wości załamania f LB reaktancja

kondensatora C1 jest równa R1

(i R2). Natomiast dla częstotliwości f L jest

równa rezystancji P1. W praktyce wartość

częstotliwości f LB wynosi 100Hz...1kHz, co

przy dziesięciokrotnym stosunku P1/R1 daje

wartości f L odpowiednio 10Hz...100Hz.

A teraz rozważmy obwód z potencjometrem

P2 i kondensatorem C2 według rysunku B5 .

Początkujący niesłusznie uważają, że działanie

drugiego potencjometru do regulacji tonów

wysokich jest niezależne od obwodu regulacji

tonów niskich. Prawda jest inna. Rysunek

B3 pokazał, że dla wysokich

częstot-liwości kondensator

C1 praktycznie stanowi zwar-

cie i wzmocnienie jest wtedy

równe 1. Przeanalizujmy teraz

sytuację przy wysokich czę-

stotliwościach, gdy C1 stanowi

zwarcie i gdy P1 jest w środko-

wym położeniu – wtedy sytua-

cja wygląda jak z lewej strony

Zasada działania klasycznych regu-

latorów barwy dźwięku jest prosta,

ponieważ są to w sumie wzmacniacze

odwracające, a podstawowy obwód

regulacyjny wygląda jak na rysun-

ku B1 . Przy ustawieniu suwaka w

środkowym położeniu, wzmocnienie

wynosi 1, czyli nie ma zmian (ściślej

–1, bo wzmacniacz odwracający zamienia

fazę na przeciwną, ale to nie ma znaczenia).

W położeniach skrajnych sygnał jest albo tłu-

miony, albo wzmacniany. O wartości wzmoc-

nienia/tłumienia decyduje stosunek rezystan-

cji potencjometru do wartości „rezystorów

pomocniczych”. Przy wartościach rezystorów

R1 = R2 = 11k

przy wysokich czêstotliwoœciach

- zwarcie przez C1

P1 R2

RR S

Rys. B3

potencjome-

tru P1 war-

tość rezy-

stancji Rs

jest równa

połowie

wartości P1,

przy innych

ustawieniach

P1 rezystan-

cja Rs jest

mniejsza, w

skrajnych

położeniach potencjometru, Rs jest równa

zeru. Zmienia się wprawdzie wartość rezy-

stancji Rs, ale dla tych wysokich częstotliwo-

ści niczego to nie zmienia – wzmocnienie jest

wtedy stałe, dokładnie równe 1, wyznaczone

tylko przez stosunek rezystorów R2/R1.

Dla jakichś często-

tliwości pośrednich

reaktancja konden-

satora jest porówny-

walna z wartościa-

mi R1, R2, P1 i dla

tego zakresu częstot-

liwości można regulo-

wać wzmocnienie, ale

w zakresie mniejszym,

Rys. B4

tony

niskie

tony

wysokie

czêstotliwoœæ

, zakres regula-

cji wynosiłby 1/10...10, czyli w mierze decy-

belowej dokładnie –20dB...+20dB. W prak-

tyce należy wziąć pod uwagę, że tolerancja

potencjometrów wynosi zwykle 20%, więc

nie trzeba silić się na dokładność. Dlatego z

reguły stosuje się wartości R1 = R2 = 10kΩ

i P1 = 100kΩ.

Dodanie jednego kondensatora C1 według

rysunku B2 powoduje poważną zmianę. Dla

bardzo niskich częstotliwości kondensator

ten ma bardzo dużą reaktancję i możemy

uznać, że go w ogóle nie ma. Wtedy zgod-

nie z rysunkiem B1 zakres regulacji wynosi

–20dB...+20dB. Z kolei dla bardzo wysokich

częstotliwości można przyjąć, że kondensator

C1 stanowi zwarcie. Wtedy układ zachowuje

się jak wersja z rysunku B3 . Potencjometr

jest zwarty przez maleńką reaktancję C1 i nie

można niczego regulować. Rs to rezystancja

wypadkowa równoległego połączenia połó-

wek potencjometru. W pozycji środkowej

, P1 = 100k

ff L

f LB

C 1

Rys. B5

P1 R2

R E K L A M A

R =61k

R =11k

R =111k

R =11k

R <R

R >R

R =R

a b

G = 1 = 0dB

Ośla łączka

R1 R 2

R1 =R 2

będzie i dodanie takiego rezystora, i

zastosowanie dwóch kondensatów

zamiast jednego C1. Oba sposoby poka-

zane są na rysunku B9 . W tej drugiej

wersji przy wysokich częstotliwoś-

ciach kondensatory C1a i C1b zwierają

wszystkie trzy końcówki potencjometru

i wartość współpracującej rezystancji

jest wtedy niezmienna, równa wartości

dodanego rezystora R3. Ale niestety

nadal nie wiemy, jaką wartość mają

rezystancje wypadkowe, z którymi

współpracuje C2. Aby to określić, nale-

żałoby wrócić do szkolnych rozważań,

którymi są męczeni uczniowie w pierw-

szych klasach technikum. Mianowicie

trzeba przekształcić gwiazdę na trójkąt

o takich samych właściwościach. Otóż taka

konwersja daje wyniki pokazane na rysunku

B10 . Co najważniejsze, wartości interesu-

jących nas rezystancji R XZ , R YZ są równe i

wynoszą R1+2R3. Natomiast wartość rezy-

stancji R XY nas nie obchodzi, bo nie ma wpły-

wu na działanie regulatora.

Teraz już wiemy, że w sytuacjach z rysun-

ków B7 i B8, pojemność C2 współpracu-

je z rezystancjami R XZ =R YZ =R1+2R3, jak

pokazuje rysunek B11 . Możemy więc okre-

ślić częstotliwość załamania w układach z

rysunków B7 i B8. W praktyce dobieramy

kondensator C2 tak, żeby jego reaktancja dla

częstotliwości złamania f HB , zazwyczaj rów-

nej 1...3kHz, była równa rezystancji R1+2R3,

czyli według zależności:

C2 = 1 / 2

U=0

R S

RR S

C 2

U=0

R c

R d

tony

niskie

st³umione

tony wysokie

dla wysokich czêstotliwoœci

U=0

Rys. B6

R1 = R2 i R = R , wiêc G = 1

c d

rysunku B6 , a wartość Rs =

0,5*P1. Jak pokazuje wersja

z prawej strony rysunku B6

(porównaj rysunek 3), gdy

P2 też jest w środkowym

położeniu, na jego suwaku

napięcie jest zawsze równe

zeru, a co ważne Rc = Rd,

więc kondensator C2 nie

ma wpływu na charaktery-

stykę częstotliwościową i

wzmocnienie jest równe 1,

ściślej –1. W jednym skraj-

nym położeniu suwaka P2

(w lewo na rysunku B6),

kondensator C2 jest dołączony wprost do

wejścia i wypadkowy schemat wygląda jak

na rysunku B7 (rezystancja potencjometru P2

jest wtedy włączona między wejście i wyjście

korektora i nie ma wpływu na charakterystyki

częstotliwościowe). Przy wzroście częstotli-

wości reaktancja C2 maleje i wzmocnienie

ze wzrostem częstotliwości się zwiększa, co

pokazuje charakterystyka częstotliwościowa.

W przeciwnym skrajnym położeniu suwaka

P2 (w prawo na rysunku B6), kondensator C2

jest dołączony do wyjścia według rysunku

B8 . Wtedy z kolei ze wzrostem częstotliwości

wzmocnienie maleje, ponieważ maleje reak-

tancja C2. Idea pokazana na uproszczonych

schematach na rysunkach B7 i B8 jest bardzo

prosta, ale jest tu kłopot z obliczeniami.

Rys. B8

czêstotliwoœæ

f HB

RR S

Częstotliwość

charakterystyczna dla

tonów wysokich (częstotli-

wość załamania) jest taka, przy

której reaktancja C2 staje się

równa współpracującej rezy-

stancji wypadkowej R1, R2,

Rs.

tony

niskie

podbite

tony

wysokie

Wszystko pięknie, tylko

jaka jest ta wypadkowa war-

tość współpracującej rezy-

stancji ?

W grę wchodzą dwa problemy. Po pierw-

sze mamy układ gwiazdy, złożonej z rezy-

storów R1, R2, Rs i nie bardzo wiemy, jak

zabrać się do obliczeń. Po drugie, w prostym

układzie z rysunków B5, B6 rezystancja

Rs nie jest stała! Zależy ona od ustawienia

suwaka P1 – przecież Rs zmienia się od

zera do 0,5*P1 przy regulacji tonów niskich.

Sygnalizowałem już to przy okazji rysunku

B3. Oznacza to, że ustawienie potencjometru

tonów niskich P1 zmienia Rs i tym samym...

wpływa na charakterystykę w zakresie tonów

wysokich

czêstotliwoœæ

Rys. B7

f HB

f HB (R1+2R3).

I oto mamy klasyczny regulator, zwany

regulatorem Baxandalla, którym bliżej zaj-

miemy się w następnym odcinku.

! A to na pewno jest niepożądane.

Możemy zmniejszyć problem, wprowa-

dzając dodatkowy rezystor R3 w obwodzie

suwaka potencjometru P1, co zmniejszy

wpływ położenia suwaka P1. Ale jesz-

cze lepszym

sposobem

Rys. B10

R XY

R XZ

R YZ

Rys. B9

R XZ =R YZ

=R YZ =R1+2R3

Rys. B11

R XY

C1a

C1b

R XY

C 2

R XZ

R YZ

R XZ

R YZ

podbicie tonów

st³umienie tonów

wysokich (rys. B7)

wysokich (rys. B8)

R E K L A M A

R1 = R2

f HB

R XY

R XZ

R XY

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: