Простые СИСТЕМЫ звукоусиления

1
Э.Кузнецов, канд. техн. наук, г. Москва
Звуковая аппаратура для простых систем
звукоусиления.
Системы звукоусиления применяются как в помещениях, так и на открытых пространствах, если громкость звука недостаточна для обеспечения
нормальной слышимости в зоне расположения слушателей.
В состав систем звукоусиления входят микрофоны, микшерный пульт,
усилители и громкоговорители. В системе местного звукоусиления микрофоны расположены в зоне действия громкоговорителей.
Описание профессиональной аппаратуры можно найти в специальной
технической литературе. Но во многих случаях и литература, и сама звуковая
техника могут оказаться недоступными по самым разным причинам. Иногда
имеющаяся в продаже аппаратура просто не подходит по своим возможностям или по цене и приходится заниматься ее изготовлением с учетом выдвигаемых требований. Конечно, соревноваться по дизайну и цене с заводскими изделиями очень трудно. Прежде всего, это связано с тем, что оптовые цены на элементы могут быть существенно ниже розничных. На заводах
обычно применяют оснастку, которая очень упрощает, ускоряет и повышает
точность механических работ. Но часто удается значительно упростить и
удешевить аппаратуру, отказавшись от некоторых не очень нужных функций
или не предъявляя очень высоких требований к ее качественным параметрам по сравнению с оборудованием аппаратно-студийных комплексов. Ведь
обычно из-за невозможности обеспечить для слушателей условия прослушивания близкие к студийным (например, на собрании или на митинге) просто
не имеет смысла добиваться очень высокого качества звука. Хотя часто
именно по качеству звучания любительская аппаратура зачастую превосходит заводскую. Конечно, имеется в виду именно класс качества, а не «группа
сложности». Эти понятия в русском языке имеет совершено разный смысл.
Все-таки, работа всего звукового оборудования в конечном итоге должна
оцениваться на слух. К сожалению, даже в ГОСТе понятие «класс качества»
аппаратуры заменено на «группу сложности», что на русском языке совер-
2
шенно не то же самое. Напрашивается мысль, что «разработкой» нового
ГОСТа занимался совершенно неграмотный технический переводчик, плохо
владеющий русским языком. А ведь когда-то в МЭИС под руководством И.Е.
Горона [Л.1, Л.14] были проведены исследования заметности искажений на
слух. Формулировки заметности искажений: совершенно незаметно – замечаются менее чем 15% квалифицированными экспертами; практически незаметно – менее чем в 30% случаев, неуверенно заметно – заметность в 50%
наблюдений, уверенно заметно – заметность в 75 % случаев. В соответствии
с этим были установлены 4 класса качества звучания: высший – искажения
совершенно не замечаются обычными слушателями и практически не замечаются квалифицированными экспертами, первый – искажения практически
незаметны для обычных слушателей и неуверенно заметны для квалифицированных экспертов; второй – неуверенная заметность искажений обычными
слушателями и уверенная – квалифицированными экспертами; третий – уверенная заметность искажений обычными слушателями. Все понятно и оправдано. Этот ГОСТ 11515 - 75 («классы, основные параметры качества») с
успехом использовался много лет. В дальнейшем позволю себе ссылаться
на требования к классам качества именно этого «устаревшего» ГОСТа, поскольку совсем не факт, что чрезвычайно сложное изделие можно сравнивать по качеству звучания с простейшим громкоговорителем 2-го класса качества. Даже если согласиться, что ГОСТ устарел, то все – таки лучше использовать старые понятные определения и нормы, чем «твоя мою не понимай».
В первую очередь качество звука зависит от применяемых микрофонов и характеристик микшерного пульта. Если уже на входе звукового канала
сигналы будут искажены, то вряд ли в дальнейшем даже очень высококачественные усилители и акустические системы могут что-то исправить. Очевидно, что в некоторых случаях можно выбирать более простой пульт и снизить требования к параметрам усилителей и громкоговорителей. При этом
можно добиться значительного снижения стоимости аппаратуры.
3
1. Микшерный пульт «РТВ - МИКРО»
О звуковой аппаратуре, микрофонах, акустических системах в журнале
«Радио» было множество публикаций, а о микшерных пультах, их схемотехнике информации практически не было. Описание схем профессиональных
пультов (для радиодомов и телецентров) можно было найти только в специальной технической литературе [Л.2]. Это можно объяснить тем, что даже
простой пульт с приличными характеристиками в любительских условиях собрать было очень трудно, да и обошлось бы это значительно дороже, чем
приобрести пульт промышленного изготовления. Сейчас можно найти в продаже микшерный пульт на любой вкус, но, к сожалению, в популярных изданиях, например, “IN-OUT” описание подобной аппаратуры ограничиваются
объяснением назначения органов управления и совсем не приводятся схемы. Отсутствие информации затрудняет применение современной элементной базы, позволяющей значительно упростить устройство. Если пульт “бытового” качества дешевле просто приобрести, то доступность импортной
элементной базы позволяет изготовить самостоятельно простой пульт профессионального уровня, да еще учитывая все свои пожелания, выполнив его
в размерах обычного «кейса». А во внешнем оформлении может помочь
обычный компьютер.
Фирма ANALOG DEVICES выпускает ряд микросхем (МС) очень удобных
для подобных целей. Например, МС SSM2017 представляет собой предусилитель с очень хорошими характеристиками, SSM2018Т - управляемый напряжением усилитель, SSM2164 - четыре таких усилителя [Л.4], SSM2120 два управляемых усилителя и два детектора (для установки в экспандерах и
компрессорах), SSM2166 - микрофонный предусилитель с компрессором и
шумоподавителем для речевых систем, SSM-2125\SSM-2126 - готовая система Долби, SSM-2402\SSM-2412 - сдвоенные электронные аналоговые переключатели, а МС SSM2163 -это вообще целый микшерный пульт, поскольку позволяет 8 входов подключить в любом порядке к любому из двух выходов и управлять цифровым сигналом усилением каждого входного канала от
0 до -63 дБ. Конечно, это далеко не полный перечень подобных микросхем,
но очевидно, что из таких “кирпичиков” можно собрать разнообразные узлы
пультов.
4
С работой некоторых блоков пультов проще всего познакомить читателей
на примере относительно простой готовой конструкции, доступной для повторения радиолюбителями. Большие трехзвенные пульты (с входными,
групповыми и выходными линейками), отличаются от простых двухзвенных
пультов только большим количеством коммутирующих элементов и органов
управления. Наверное, и цифровые пульты тоже не для домашнего изготовления, тем более что они очень удобны при сведении записей, но вряд ли
нужны при работе на выезде или в радиоузлах.
В статье [Л.3] на примере пульта “РТВ МИКРО” (Рис.1), представленном
на выставке “СВЯЗЬ-ЭКСПОКОМ-95”, предпринята попытка ознакомить читателей с некоторыми схемными решениями и назначением основных органов
управления с названиями, принятыми у многих зарубежных пультов.
Портативный (420х280х100 мм) двухзвенный микшерный пульт “РТВ
МИКРО” с 8 входными каналами был разработан как универсальный и вполне успешно эксплуатируется и сейчас на выездах, на радиоузлах, в аппаратных перезаписи и в качестве дополнительного. Этот пульт вполне доступен для повторения в любительских условиях, тем более что его корпус выполнен в стиле “ретро” из тонкой стали, чтобы избежать пластмассового литья и т.п. технологических изысков. Небольшие габариты позволяют использовать его не только как настольный или переносной, но и встроить его в
стандартную стойку или просто повесить на стену. Было изготовлено всего
несколько экземпляров пульта, поскольку промышленное производство такой
аппаратуры у нас нерентабельно. Благодаря использованию современной
элементной базы пульт имеет высокие технические параметры. Например,
уровень приведенных к входу шумов микрофонного канала достигает
-
130 дБ, а коэффициент нелинейных искажений сквозных линейных каналов
(при отключенных компрессорах) не превышает 0,03%. Стальной корпус позволяет совершенно не бояться внешних наводок. Вес пульта 4 - 6 кГ.
На Рис.2 приведена функциональная схема пульта «РТВ МИКРО». Специально, чтобы было понятнее включение «фантомного питания», более
подробно показана схема входного каскада универсальной входной линейки
MONO INPUT MODULE.
5
Рис.1
Обычно уже в названии модели пульта первые цифры указывают количество входных каналов, следующая цифра - число групповых каналов, а последняя - выходных. Но нужно учитывать, что стереоканал рассматривается
как два канала. Например, пульт фирмы MACKIE MS1202-VLZ имеет 4 микрофонных канала и 4 линейных стереоканала.
Поскольку пульт двухзвенный, то “0” говорит об отсутствии групповых каналов и “2” - о наличии двух выходных каналов (MASTER). Классификация
пульта “РТВ МИКРО” затруднительна, поскольку в нем могут использоваться
(оперативная замена) входные линейки двух видов: универсальные и линейные стереофонические. Если пульт используется только для записи или “живых” концертов, то желательно иметь как можно больше микрофонных каналов. При установке пульта в каком-нибудь зале, где проходят и конференции
и дискотеки, приходится использовать несколько источников стереосигнала:
проигрывателей, магнитофонов и т.п.
Если каждый из них займет две входные линейки, то все каналы могут
быть заняты полностью. Поэтому были разработаны взаимозаменяемые линейки для линейного стереосигнала, позволяющие комплектовать пульт по
своему желанию. Учитывая, что выходные линейки (MASTER) пульта “РТВ
МИКРО” тоже имеют дополнительные линейные входы, число входных каналов у него может быть от 10 до 18.
6
Рис.2
На Рис.3 приведена диаграмма абсолютных (определенных относительно “нулевого” значения Uо = 0,775 B) уровней пульта, т.е. график изменения
уровней сигналов в точках соединений различных его блоков.
Абсолютные уровни по напряжению обозначаются ”dBu“ (“дБн”). Номинальное значение выходного уровня можно получить уже с минимального
входного уровня -70 dBu, но принято строить расчетную диаграмму с входного уровня N= -58 dBu, соответствующего напряжению 1мВ. Коэффициент передачи (Кп) микрофонного усилителя может изменяться от 60 dB до 21 dB.
Его задача - поднять входной сигнал до значения -10 dBu, при котором уже
обеспечивается хорошая помехозащищенность и есть необходимый запас по
перегрузке около 32 dB. В линейном и микрофонном усилителях используется одна и та же МС, но со своим регуляторами усиления. В линейном усилителе Кп изменяется от 28,5 dB до 9,4 dB. На входе линейного усилителя установлен делитель, повышающий его входное сопротивление и снижающий
входное напряжение на 16 dB.
7
Рис.3
Эквалайзер EQ (частотный корректор) имеет одинаковые входной и выходной уровни, но запас по перегрузке позволяет при необходимости поднять усиление на низких или высоких частотах до 15 dB, не опасаясь появления искажений.
Поскольку регулятор уровня сигнала входной линейки “LEVEL” (индивидуальный регулятор) должен иметь запас по усилению 10 dB, обеспечивая
нормальную работу микрофонов с низкой чувствительностью, то после него
установлен промежуточный усилитель с нужным усилением.
Затем сигналы со всех входных линеек приходят на сборные шины МIX и
через сумматор линейки МASTER - на вход речевого компрессора COMP. На
выходной регулятор уровня сигнала (FADER) сигнал можно подать по желанию либо с выхода компрессора, либо непосредственно с выхода сумматора.
При использовании компрессора даже завышенные на 20 dB входные уровни
вызовут увеличение выходного сигнала не более чем на 2 dB, причем скорость регулировки значительно выше, чем может обеспечить человек. На
слух, по мнению звукорежиссеров, работа компрессора вполне удовлетворительна, а для речевых сигналов - даже предпочтительна.
8
FADER тоже должен иметь запас по усилению около 10 dB, который
обеспечивает промежуточный усилитель. Выходной усилитель доводит уровень сигнала до необходимого значения. В нашем случае выбран нормированный уровень +6 dBu (1,55 В), принятый за стандартный в профессиональной аппаратуре. В импортной аппаратуре чаще выбирается значение +4 dBu.
Из диаграммы можно увидеть и уровень шумов, приведенных к входу
микрофонного канала. Усиление сквозного микрофонного канала составляет
64 dB при выходном уровне шумов -64 dB. Сложив эти цифры, получим 128
dB (приведенные ко входу). Профессиональные микшерные пульты обычно
имеют уровни шумов 122 - 130 dB. Значение “130 dB” вполне достижимо и в
пульте “РТВ МИКРО”, но при выполнении определенных требований, о которых будет сказано позже, поскольку это значение определяется не столько
шумами МС, сколько наводками. Можно представить себе их допустимый
уровень, если номинальное значение входного сигнала составляет 1 мВ, а
уровень шумов должен быть на 66 dB (в 2000 раз) меньше. Вряд ли еще какая-нибудь звуковая аппаратура требует столь тщательного подхода при
разработке конструкции.
Ранее для получения симметричного микрофонного входа применялись
специальные входные микрофонные трансформаторы. В пульте «РТВ МИКРО» это достигнуто использованием в микрофонном усилителе микросхема
SSM2017 (сейчас рекомендуется МС SSM2019). При испытаниях даже при
микрофонном кабеле более 100 метров и работе вблизи мощной излучающей антенны передатчика отмечена высокая устойчивость к наводкам на
микрофонный вход. Усиление изменяется независимыми регуляторами “MIC”
и “LINE” (иногда ручку установки усиления называют “TRIM”). Пульт позволяет применять как динамические, так и конденсаторные микрофоны. На конденсаторные микрофоны с помощью выключателя S2 подается напряжение
“+48 В”. Это питание называется “фантомным” поскольку подается одновременно на оба входа и, если включить динамический микрофон, то постоянный ток через него протекать не будет. Для включения удобно использовать
сдвиговый переключатель ПД9-1.
В более сложных пультах на входе МА еще устанавливается переключатель полярности входного сигнала, а после усилителя - фильтр высоких час-
9
тот с частотой среза 80 - 100 Гц и крутизной спада 12 дБ/октаву. Этот фильтр
все звукорежиссеры считают очень полезным для речевых передач.
Частотный корректор EQ в этом пульте простейший - только по низким и
высоким частотам. Опять же, по мнению звукорежиссеров, регуляторы тембра лучше на выезде не использовать, если нет времени на тщательную
подготовку и репетицию, поскольку при сведении далеко не все ошибки, допущенные при записи, можно исправить. Если же пульт предназначен именно для студийной записи целесообразно ввести хотя бы еще одно среднечастотное звено с перестраиваемой средней частотой настройки. Очень
удобны для работы в эквалайзере импортные потенциометры с фиксацией в
среднем положении.
С выхода EQ сигнал поступает на разъем INSERT (“вставка”). При включении штекера цепь разрывается, и сигнал поступает уже через штекер от
внешнего источника. Можно видеть, что в этом пульте при включении штекера только до первого фиксируемого положения разрыва цепи не происходит,
но на штекер поступает сигнал с входных каскадов линейки, что позволяет
использовать этот разъем как дополнительный выход.
На выходе разъема установлен квазипиковый измеритель уровня сигнала PEAK IND. Обычно в простых пультах ограничиваются только индикатором перегрузки, но для использования компрессора на выходе в оптимальном режиме нужен контроль за его входными уровнями. Если подать на его
вход речевой сигнал с уровнем на 6 дБ выше нормированного, то можно значительно повысить качество и громкость его звучания и исключить необходимость непрерывной регулировки уровней. Измеритель поможет контролировать и уровни сигналов, поступающих от внешнего источника звука.
Для контрольного прослушивания (“подслушки”) каждого канала существует кнопка “PFL”. Если эта кнопка включена после регулятора “LEVEL”, то
она называется “AFL”. При включении аналогичной кнопки на линейке
MONITOR вместо сигналов с выхода, на контрольный монитор подаются сигналы с этой линейки. В стереоканалах эти кнопки называют “SOLO”. Прослушать канал можно даже в том случае, когда его выход отключен кнопкой
“ON” от главных шин MIX. Вместо кнопки “ON“ может стоять выключатель
“MUTE”, который не подключает, а отключает выход канала. Регуляторы
“PAN” или для стереоканалов “BAL” (BALANS) позволяют изменять соотно-
10
шение уровней сигналов, поступающих на главные сборные шины с входных
линеек.
Кроме основных шин сигналы через регуляторы “AUX” поступают на шины дополнительных универсальных выходов AUX. В отечественных пультах
бытового назначения эти выходы назывались “ЭФФЕКТ”, поскольку использовались для подачи сигнала на внешние блоки обработки сигналов. В пульте “РТВ МИКРО” два таких выхода, причем один из них может подключаться
либо до (PRE) регулятора “LEVEL”, либо после него (PAST). Для записи на
многоканальный магнитофон обычно стараются иметь больше таких выходов.
Стереофоническая входная линейка STEREO INPUT MODULE имеет два
несимметричных линейных входа (левый канал - L и правый -R), поскольку
вряд ли источник звука будет находиться очень далеко от пульта. В крайнем
случае, можно воспользоваться симметричными входами универсальных линеек. Для регулировки уровня и тембра используются сдвоенные потенциометры. Индикатор уровня один и показывает наибольшее на данный момент
значение уровня для обоих каналов. Регуляторы AUX включены по одному
на каждый канал.
Линейки соединяются в пульте через 14-ти контактные разъемы и их распайка для обоих видов линеек одинакова для взаимозаменяемости. Нужно
обратить внимание, что “общий” провод питания микросхем (контакты 14) и
“силовая земля” для питания индикаторов (контакты 9) идут отдельными
проводами и не соединены с корпусом. Единственное место их соединения
между собою и с корпусом - клемма заземления на корпусе около блока питания. Для снижения переходных помех между каналами средний вывод потенциометров “BAL” и “PAN” соединяются с “общим” проводом не на входных линейках, а у неинвертирующих входов сумматоров. Сборные шины и
провода питания соединяют контакты разъемов всех линеек.
Линейки MASTER имеют дополнительный несимметричный линейный
вход со своим регулятором уровня. Сигналы с входных линеек, у которых
нажаты кнопки “ON”, и с дополнительных входов суммируются и подаются на
компрессор [Л.4]. При положении тумблера “COMP“ сигнал проходит через
компрессор, а в выключенном положении - сигнал идет в обход его. Для речевых передач применение компрессора всегда оправдано, а при записи му-
11
зыки нужно помнить, что, если Вы справляетесь с регулировкой уровня до
нормированного значения, то компрессор не работает и используется как бы
в “сторожевом” режиме. Если же будет допущено превышение, то любой авторегулятор сработает быстрее человека и при этом будет допущено и
меньше искажений динамики сигналов.
После компрессора через выходной регулятор уровня (FADER) сигнал
идет на дифференциальный выходной усилитель, который позволяет выбрать сигнал в нужной фазе или получить двойной размах напряжения. По
желанию Заказчиков для работы на длинную соединительную линию пульт
комплектовался выходным трансформатором, в два раза понижающим выходное напряжение. На дифференциальном выходе выходной трансформатор приводил напряжение к нормированному значению, одновременно в 4
раза уменьшая выходное сопротивление. Основной недостаток трансформатора – при включении его, коэффициент нелинейных искажений мог увеличиться на самых низких частотах (30 Гц) примерно до 0,3%, хотя на 1 кГц искажения оставался на прежнем уровне. На этой же линейке расположен квазипиковый измеритель уровня. Это уже не индикатор, а полноценный прибор,
близкий по параметрам к измерителям уровня второго типа [Л.5], только максимальное значение выбрано равным +12 дБ0. При отключенном компрессоре можно установить нужное превышение номинального уровня, т.е. диапазон его ограничения. После включения компрессора, последний будет работать в режиме сжатия диапазона уровней на установленную величину. Сигнал на измеритель уровня идет через модуль MONITOR, поскольку на нем
установлен переключатель “CONTROL AUX”, позволяющий переключить
вход измерителей и слухового контроля с основных выходов к выходам AUX.
Это позволяет использовать их как полноценные контролируемые выходы.
Термин “Control” чаще используется как “управление”, но и значение “контроль” тоже применимо. В первых экземплярах пульта переключатель назывался “METERS”, поскольку он коммутировал только входы измерителей
уровня.
На линейке MONITOR кроме сумматоров выходов AUX размещены сумматоры каналов прослушивания MONITOR и “подслушки”- SOLO (AFL / PFL).
Переключатель “SOLO (PFL)” подключает к входам каналов прослушивания
вместо сигнала, подаваемого с выходных каналов, сигналы с входных лине-
12
ек, у которых нажаты кнопки “PFL” или “ SOLO”. Кроме того, там же установлен одночастотный контрольный генератор, включаемый кнопкой “OSC”. О
включении генератора сигнализирует светодиод красного цвета, поскольку
совсем нежелательно во время записи иметь в пульте дополнительный источник помех с уровнем +6 дБн. Выход генератора выведен прямо на верхнюю панель и сигнал с него при необходимости подается через кабель на
любой линейный вход. Конечно, кабель не всегда удобен, но позволяет избежать установки дополнительных органов управления и случайного включения генератора при оперативной выездной работе, когда обычно возникает
спешка.
Чаще всего, если пульт не установлен стационарно, для прослушивания
используют головные телефоны HEADPHONES (TLF) и для их подключения
установлен специальный разъем. Но иногда их не оказывается под рукой или
не очень удобно в них сидеть. Поэтому на верхней панели установлен очень
маломощный громкоговоритель с сопротивлением Z= 50 Ом. Он позволяет
следить за наличием звука в левом или правом канале (выбирается с помощью тумблера). Если в разъем включают телефоны, громкоговоритель автоматически отключается.
Схема входной универсальной линейки представлена на Рис.4. Следует
обратить внимание на правильность распайки микрофонного разъема Х1 типа “Cannon XLR”, поскольку выводы у всех профессиональных микрофонов
соответствуют этому стандарту. При установке остальных разъемов типа
“JACK 6,3 ” нужно учитывать, что в продаже могут встретиться разъемы с
зеркальным расположением разрывных контактов.
Схема собрана всего на 3-х микросхемах (корпуса DIP-8). Конечно, все
качественные характеристики входного канала зависят в первую очередь от
параметров МС SSM2017 (DA1). Шумы у нее не превышают 950 pV /
Hz,
скорость нарастания 17 V / µs, THD < 0,005%, усиление G от 1 до 1000 изменяется выбором всего одного резистора RG (RG= 10k / G-1). Например, для
усиления G=1000 R=10 Ом, для G=100 R=101 Ом, для G=10 R=1,1 кОм и т.д.
В некоторых случаях удобнее вместо потенциометра установить переключатель на несколько фиксированных значений коэффициента передачи
входного усилителя. Напряжение питания от ± 6 V до ± 22V, при потребляемом токе менее 14 мА.
13
Рис.4
Полоса пропускания МС превышает 1 MНz при G=100 и для ее ограничения введена цепь R14,C7. В настоящее время вместо SSM2017 предлагается МС SSM2019. Можно также применить МС типа INA217. Совпадает даже
нумерация выводов, но немного (на 2 – 3 дБ) может возрасти уровень шумов.
В следующих каскадах применены сдвоенные ОУ (DA2,DA3) типа ОР275
с низкими шумами (6nV /
Hz). Скорость нарастания 22 V / µs, THD<
0,0006%, диапазон питающих напряжений от ± 4,5 V до ± 22 V. При небольшом ухудшении параметров входного канала можно вместо них поставить
ОУ типа TLO72 или TLO82.
Индикатор уровня (DA4) из конструктивных соображений размещен на
отдельной плате. Габариты пульта определяются только количеством органов управления на лицевой панели, и отдельная плата позволяет установить
индикатор во “втором ряду”. По этим же соображениям в качестве регуляторов “LEVEL” используются обычные цилиндрические потенциометры, а не
движковые. Они установлены на верхней панели линейки и соединены с платой проводами, поэтому возможна установка потенциометров любого типа. В
темброблоке удобнее использовать импортные потенциометры с фиксированным средним положением. Включение потенциометров R25, R34, R38 в
регуляторах уровня сигнала по приведенной схеме позволило использовать
переменные резисторы с линейной характеристикой. По отзывам пользова-
14
телей, работать с ними достаточно удобно, тем более что нанесенная шкала
достаточно точна. Чтобы через потенциометр не протекал постоянный ток,
сигнал подается через конденсаторы. Без этого в некоторых импортных
пультах специальные “пылезащищенные” потенциометры начинают “трещать” уже через несколько месяцев эксплуатации. И хотелось бы обратить
внимание на применение обычных полярных конденсаторов в качестве разделительных. Всегда считалось, что для их нормальной работы должно быть
подано начальное напряжение смещения. Но фирмы-изготовители МС в рекомендованных для применения схемах указывают именно такое включение.
Оказалось, что полярные электролитические конденсаторы с малой утечкой
(серии SL) работают нормально и в таком включении. Неполярные конденсаторы серии NА менее доступны. При проведении профилактических работ
через два года эксплуатации пульта “РТВ-1642” из нескольких десятков конденсаторов был выявлен всего один случай увеличения Кг до 0,3% по вине
одного из конденсаторов.
В качестве компараторов индикатора используется счетверенный ОУ типа LM324. Отечественная МС К1401УД2 отличается от него только противоположной полярностью включения питания, т.е. при установке этой МС ее
нужно развернуть на 180 градусов. Светодиоды включены таким образом,
чтобы зажигались поочередно. Применение упрощенного детектора допустимо, поскольку индикатор предназначен только, чтобы иметь представление
об уровне сигнала. По этой же причине шаг шкалы выбран равным 6 дБ.
Все остальное понятно из схемы. Применение разъема Х4 типа МРН-14
оправдано только при использовании сменных линеек. Проще, сняв заднюю
крышку пульта просто припаять соединительные провода, не забывая, что от
расположения проводов зависят переходные помехи.
Схема входной стереолинейки (Рис.5) значительно проще и не нуждается
в пояснениях. Сдвоенные потенциометры R3, R6, R41, R46 установлены непосредственно на плату, чтобы избежать пайки многочисленных соединительных проводов.
Индикатор один, но к его входу подключены выходы детекторов обоих
каналов.
15
Рис.5
Конечно, переключать один из регуляторов AUX к выходу потенциометра
“LEVEL” в стереолинейке бессмысленно и этот переключатель из схемы исключен. Можно значительно упростить и повысить надежность работы стереолинейки, применив интегральный управляемый регулятор
(TDA1074A
или TDA1524) [Л.15]. Электронное управление позволяет отказаться от сдвоенных потенциометров, но эти МС (особенно TDA1524) обладают собственными повышенными шумами, так как предназначены для работы в бытовой
радиоаппаратуре. У МС TDA1074A характеристики значительно лучше.
В основном канале выходной линейки MASTER (Рис.6) тоже работают
всего три сдвоенных ОУ: DA1 - в сумматоре и входном линейном усилителе,
DA2 - в компрессоре и DA3 - в выходном усилителе.
Двеннадцатиуровневый квазипиковый измеритель уровня собран на
счетверенных ОУ DA4, DA5 и DA6. В этом измерителе светодиоды светятся
столбиком. Конечно, существуют специализированные МС для индикаторов,
но они не позволяют выбрать любую удобную шкалу. В нашем случае желательно отмечать наличие сигнала (-30 дБ), обеспечить достаточную точность
регулировки уровня сигнала в районе нормированного значения и запас до
+12 дБ для предварительной установки начального сжатия диапазона уровня
компрессором.
16
Рис.6
В детекторах измерителя уровня и канала управления компрессора работает МС DA7 (К157ДА1). Существует МС SSM-2110 такого же назначения,
которая позволяет обеспечить различные характеристики преобразования и
временные параметры и имеет динамический диапазон до 100 дБ. Но сдвоеннная МС типа К157ДА1 значительно дешевле и проще в применении, хотя
диапазон составляет 50 дБ и может сократиться от перегрева во время пайки
за счет увеличения начального напряжения. Поэтому для установки нижнего
предела “-30 дБ” предусмотрен подстроечный резистор R35, с помощью которого можно компенсировать начальное напряжение. Второй канал DA7 работает в схеме компрессора. Порог срабатывания компрессора устанавливается потенциометром R23, а “0” измерителя - R7. Операционный усилитель
DA2.2 нужен для сохранения той же фазы сигнала при включении компрессора. Подстроечный резистор R21 позволяет выровнять амплитуды выходных сигналов при включенном и выключенном авторегуляторе. Настройка
компрессора описана в [Л.4], но коротко напомним, что сначала нужно выключить компрессор подстроечным резистором R23, поставив его в нижнее
положение. Затем находим положение R16, при котором полевой транзистор
17
VT1 заперт. Если запирающее напряжение окажется больше напряжения отсечки, то компрессор будет работать “грубо” с помехами, а если хоть немного
приоткрыть транзистор, то уменьшается время восстановления авторегулятора, что также снижает качество его работы на слух. Затем при входном
уровне сигнала на 10 дБ ниже нормированного выравнивается R21 выходное
напряжение при включенном и выключенном компрессоре. Далее подается
входной сигнал с завышенным на 10 дБ уровнем и с помощью R23 устанавливается на выходе компрессора напряжение на 1,5 дБ выше нормированного и сразу же с помощью R13 добиваются наименьшего значения Кг. Обычно
можно легко получить значение менее 0,3%. При номинальном входном
уровне на выходе компрессора из-за начального сжатия напряжение может
оказаться чуть ниже (на 0,5 дБ), чем в положении “обход”, но на реальном
сигнале благодаря инерционности компрессора всегда есть небольшие завышения нормированного уровня. Если возникнет желание получить более
горизонтальную характеристику ограничения, необходимо поднять усиление
канала управления (DA2.2), а выходной уровень компрессора выровнять с
помощью дополнительного делителя. На слух при этом авторегулятор будет
работать “грубее”, поскольку вносит больше искажений в динамику сигналов.
Динамические характеристики компрессора можно увидеть на экране осциллографа, если скачкообразно увеличивать (выше нормированного значения),
а затем уменьшать уровень входного сигнала на 10 дБ.
Подстроечный резистор R26 позволяет выравнивать усиление двух выходных линеек при отключенном компрессоре. Понятно, что контролироваться должно выходное напряжение линеек MASTER. Регулятор «FADER» должен стоять в положении “0 дБ”, а подстроечным резистором выставляется
нормированное выходное напряжение в обоих выходных каналах, после чего
R7 устанавливается уровень “0” в показаниях измерителей уровня. Особая
точность требуется только при установке напряжения отсечки полевого транзистора в компрессоре. Все подстроечные потенциометры типа СП3-19а
размещаются на плате и обычно в течение нескольких лет эксплуатации
пульта дополнительных регулировок не требуют.
В качестве фейдера R34 используется движковый потенциометр, позволяющий оценить положение движка даже вдали от пульта. К сожалению,
профессиональные фейдеры слишком дорогие и приходится устанавливать
18
обычные потенциометры типа СП3-23В с ходом движка 60 мм. Желательно
отбирать экземпляры с легким ходом и обязательно с металлическим движком. Верхние панели выходных линеек и линейки MONITOR имеют меньше
органов управления, и установка таких потенциометров не представляет
сложности. В линейке MONITOR для регулировки выходного уровня стереосигнала используется такой же сдвоенный потенциометр с линейной характеристикой (А).
Схема линейки MONITOR приведена на Рис.7. Поскольку плата оказалась относительно «незагруженной», на ней дополнительно размещены выходные каскады каналов АUX1 и AUX2 и контрольный генератор OSC. На
МС DA1 собраны сумматоры сигналов с линий контрольного прослушивания
SOLO (AFL/ PFL). Переключатель S2 позволяет подать на выходной усилитель канала MONITOR (DA4) сигнал или с основных выходов пульта или для
подслушки. МС DA2 и DA3 используются в каналах AUX. Схема обычная, но
полноценный выход должен иметь контроль параметров сигналов и переключатель S1 позволяет подключать выходные каскады MONITOR одновременно с входами измерителей уровня к основным или дополнительным выходам пульта. «Подслушка» возможна при любом положении переключателя
S1. Потенциометры R10 и R12 позволяют выставить нормированное значение выходного сигнала, когда регуляторы LEVEL (AUX1 и AUX2) установлены
в положении “0 дБ”. В выходном усилителе DA4 используется более мощная
(выходной ток до 30 мА) малошумящая (5,2nV/
Hz) микросхема SSM2135,
которая может работать даже на нагрузку сопротивлением 32 Ом.
Если установлены защитные резисторы R22,R23, то можно не бояться
даже коротких замыканий на этом выходе. Эта МС может использоваться
даже в микрофонных усилителях не очень высокого качества. Нужно иметь в
виду, что МС не в корпусе DIP-8, а с планарными выводами не всегда удобны
для монтажа.
Параллельно разъему Х5 типа “JACK 6,3 “ подключен разъем “JACK
3,5“, так как большинство головных телефонов имеют именно такие разъёмы.
При включении телефонов в гнездо Х4 громкоговоритель ВА1 отключается.
19
Рис.7
Громкоговоритель можно установить любого типа, необходимо только
достаточно большое Z= 50 Ом и небольшие габариты. Он закрепляется над
блоком питания и рядом ставится тумблер переключения выходов 1 (L) или 2
(R) каналов. Положение ручки тумблера лучше видно, чем нажата или нет
кнопка, и их целесообразно применять для включения компрессоров, для переключения входов измерителей уровня и подключения контрольного громкоговорителя. Тогда при первом же взгляде на пульт легко определить контролируемые цепи. Рекомендуем применять более надежные отечественные
микротумблеры. В остальных случаях применены переключатели ПКН.
Генератор OSC (DA5) связан со схемой только по питанию. Включается
он тумблером S3 и при этом зажигается красный светодиод. Чтобы исключить возможность случайного включения его выходной разъем Х6 отличается от всех остальных (“тюльпан”). Резистор R27 позволяет выставить на его
выходе нормированный уровень контрольного сигнала, подаваемого через
соединительный кабель на любой линейный вход. Генератор может использоваться не только для проверки каналов пульта, но и для записи установоч-
20
ного тона в начале магнитофонной ленты. Генератор собран на ОУ типа
К140УД6, но можно использовать практически любые ОУ.
Конструкция простого по схеме блока питания (Рис.8) обычно вызывает
больше всего вопросов при настройке всего пульта, т.к. определяет величину уровня сетевых наводок.
Рис.8
Даже для трансформатора с кольцевым магнитопроводом обязательно
иметь экранную обмотку между первичной и вторичными обмотками и стальной экран. На соединение всех “общих” проводов различных цепей между
собою и с корпусом пульта только в одной точке (на клемме заземления) уже
обращалось внимание. Иногда, за счет смещение клеммы заземления на несколько сантиметров удается уменьшить уровень интегральных помех на выходе пульта на 2 - 3 дБ. Сама схема блока питания особенностей не имеет.
В ней использованы диодные сборки и интегральные стабилизаторы напряжения. Цепочка R1,C1 защищает выключатель питания от индуктивной реакции обмотки трансформатора. В качестве выключателя питания S1 “POWER”
можно применить любой выключатель, например, В127В, но только без
встроенного индикатора с неоновой лампой, который создает большие поме-
21
хи. Вместо
мостиков КЦ407А очень удобно применить DB104 в корпусе
DIP-8.
Общее представление о конструкции пульта можно получить из Рис.9. В
пульте серийного производства каждая линейка имеет фальшпанель и разделительный экран. Вес пульта возрастает, но никакие внешние наводки
становятся ему не страшны. При самостоятельном изготовлении пульта допустимо несколько упростить конструкцию. Раму собирают из узких уголков 1,
к которым с внутренней стороны прикрепляют ответные части разъемов Х4
(на Рис.9 показана условно входная линейка), а снизу – на винтах М2,5 нижнюю крышку 3. Печатные платы с помощью уголков крепятся к верхней панели 2 линеек. На ней размещают все органы управления.
Рис.9
Переменные резисторы соединены с платой с помощью гибких проводов,
что исключает повреждение паек при случайных ударах. Надежность такого
пульта значительно выше по сравнению с жестким монтажом регуляторов на
плате. Межблочные разъемы соединены шинами и закрыты сверху стальной
крышкой, оклеенной кожзаменителем с подложкой из поролона. Каждую линейку вставляют как сменный блок до сочленения с межблочным разъемом и
прикрепляют двумя винтами к верхнему заднему уголку и нижнему переднему.
В серийных пультах применялся еще один верхний уголок 6, накладывающийся после установки на место всех линеек. Он тоже оклеен кожзаменителем и не только придает жесткость всей конструкции, но и улучшает
внешний вид. К боковым стенкам 4 пульта в зависимости от назначения мож-
22
но было привинтить на винтах М5 деревянные накладки и ручку для переноски для настольного варианта или уголки 5 для установки в стойку или для
крепления к стене. Для этого достаточно просто перевернуть эти уголки. В
настольном пульте ручка фиксируется в повернутом положении, что позволяет установить пульт под некоторым углом для удобства работы. По желанию Заказчика пульт комплектовался специальным чехлом для транспортировки.
Потребляемая пультом мощность невелика, поскольку каждая входная
плата потребляет от источника питания “±15 В” менее 20 мА, а выходные
платы - менее 25 мА (по " - " около 17 мА), а плата “МОНИТОР” - 27 мА (с генератором - 40 мА), т.е. общее потребление около 250 мА. От “+9 В” ток потребления зависит от числа включенных в данный момент светодиодов, но
не превышает 350 мА. При установке светодиодов с большей светоотдачей
можно еще уменьшить потребляемый ток. Поскольку по цепи питания с напряжением + 48 В обычно требуется очень небольшой ток, то достаточно
иметь силовой трансформатор всего с мощностью 20 Вт. В пульте установлен трансформатор с кольцевым магнитопроводом ОЛ32х50х25 из электротехнической стали Э310. Намоточные данные: первичная обмотка выводы
(1-2) - 3420 вит. ПЭВ 0,16, экранная обмотка (вывод 3) - слой провода ПЭВ
0,16. Вторичные обмотки: выводы 8-9 и 10-11 по 310 вит. ПЭВ 0,31, выводы
6-7 - 720 вит. ПЭВ 0,16, выводы 4-5 - 230 вит. ПЭВ 0,56.
Пожалуй, это самый простой вариант пульта профессионального применения, который может послужить основой для дальнейшего развития. Но чаще требуется наоборот выбрать более простые схемы. С возможными вариантами схем ознакомимся в следующем разделе.
УЗЛЫ МИКШЕРНЫХ ПУЛЬТОВ
2. Входные усилители с симметричным входом.
Авторы описаний входных усилителей звуковой аппаратуры обычно в
первую очередь обращают внимание на получение низкого уровня шумов. Но
23
на практике оказывается, что значительно больше неприятностей доставляют внешние наводки от сети переменного тока, ламп дневного света и т.п.,
тем более что микрофон часто используется не в студии с соответствующей
звукоизоляцией и экранировкой, а поэтому внешние шумы и наводки значительно превосходят собственные шумы микрофонного усилителя. И, если
сам микрофонный усилитель можно защитить от внешних наводок стальным
экраном, то от наводок на длинный микрофонный кабель избавиться сложнее.
Наиболее эффективным способом борьбы с наводками оказывается
применение входного усилителя с симметричным входом. К сожалению,
большинство предлагаемых схем микрофонных усилителей имеют несимметричный вход, например, [Л.7]. Важно и то, что такой вход не позволяет
использовать фантомное питание для конденсаторных микрофонов и затрудняет применение высококачественных микрофонов.
В микшерном пульте “РТВ МИКРО” применен один из вариантов входного
усилителя собранного на микросхеме (МС) типа SSM2017 [ Л.3]. Эта микросхема оказалась настолько удачной, что устанавливалась даже на входе
микрофонных каналов одного из пультов, который был представлен изготовителями как «ламповый». В настоящее время вместо нее предлагается МС
SSM2019 или МС типа INA217. Совпадает даже нумерация выводов, но немного (на 2 – 3 дБ) может возрасти уровень шумов микрофонного усилителя,
поскольку шум у микросхемы
/
SSM2019
1,3 nV /
Hz против 950 pV
Hz у МС SSM2017. Структурная схема у этих микросхем одинакова и
представляет собою обычный дифференциальный усилитель (Рис.2.1).
Существует еще ряд подобных специализированных микросхем (измерительных усилителей), но все они малодоступны и дороги. Если же микрофонный усилитель собрать по этой схеме на популярных операционных усилителях, то обычно не удается получить требуемый уровень шумов.
24
Рис.2.1
Но известны и другие схемы дифференциальных усилителей. В простейшей схеме на одном ОУ трудно обеспечить строгую симметричность
входа. Значительно лучшие результаты
получаются в дифференциальном
усилителе на двух ОУ [Л.10], тем более что есть достаточно много широкораспространенных недорогих микросхем с хорошими характеристиками, в
одном корпусе которых размещены два операционных усилителя.
Схема такого входного усилителя с микрофонным и линейным входами
приведена на Рис.2.2. Коэффициент усиления:
Ku = [ ( R13 + R16) /( R11 + R12) + R13 / 2 R14 + R16 / 2 R15 + 1] × R15 / R16
Рис.2.2
25
Чтобы “оторваться” от шумов последующего тракта, вполне достаточно
иметь номинальное выходное напряжение микрофонного усилителя 240 мВ
и при напряжении питания ± 15 В обеспечивается достаточный запас по перегрузке. Обычно усиление микрофонного усилителя рассчитывают исходя
из входного напряжения 1 мВ. Таким образом, необходимо усиление около
240, но желательно иметь еще некоторый запас по усилению. Если выбрать
величину ограничительного резистора R11 равной 39 Ом, то наибольшее
усиление достигнет 500. Нужный диапазон регулировки примерно в 26 дБ
обеспечит потенциометр R12 = 1кОм. Фантомное питание +12 ….+ 48 В
(Ufan) может быть подано через переключатель SB1 на плате усилителя. Для
подключения микрофона используется разъем Х1 Cannon (XLR), а для линейного входа - Х2 типа JACK 6,3; здесь сохранены употребляемые в описаниях профессиональной аппаратуры названия и графические обозначения.
Переключаются входы с помощью кнопки SB1. При подключении линейного
входа сигнал на вход усилителя подается с делителя R1,R3,R2,R4. Другие
контакты кнопки разрывают при этом фантомное питание и подключают дополнительный резистор R10 ограничивающий величину наибольшего усиления линейного усилителя. Если выбрать величину R10 = 200 Ом, то усиление
линейного усилителя будет регулироваться примерно в пределах 0,66…3.
Очень эффективным средством для снижения уровня шумов оказалось введение полузвена R18,C10. Полоса пропускаемых микрофонным усилителем
частот при наибольшем усилении снизилась при включении этого фильтра с
115 кГц до 18 кГц, в то время как уровень шумов уменьшился более чем на
15 дБ. Еще небольшой выигрыш по шумам можно получить, подключив конденсаторы С6 и С7. При этом уже на частоте 10 кГц усиление снижается на 2
дБ. Этот спад частотной характеристики легко компенсируется с помощью
частотного корректора, но включать эти конденсаторы целесообразно только
при использовании МС с большими шумами. Если же устанавливать малошумящие микросхемы NE5532 (5nV/
Hz) или SSM2135 (5,2 nV/
Hz), то
они обеспечивает вполне приемлемые шумовые характеристики усилителя.
Вместо МС SSM2135 можно с успехом использовать операционный малошумящий (6ηV/√Hz) усилитель типа ОP275, который имеет аналогичную цоколевку. Шумы при этом возрастают примерно на 3 дБ. Почти такие же резуль-
26
таты могут быть получены при установке более дешевой МС SSM2275. Эта
МС к тому же обеспечивает выходной ток до ± 50 мА и с успехом может работать на головные телефоны. Также без всяких изменений в схеме можно
установить более распространенные МС TLO82 или TLO72, но при этом уровень шумов возрастет уже почти на 10 дБ.
При наибольшем усилении для достижения нормированного выходного
напряжения необходимо подать на вход микрофонного усилителя сигнал с
напряжением 0,56 мВ. Запас по перегрузке превышает 30 дБ при питании ±
15 В, а при питании ± 6 В уменьшается на 9 дБ. При Uвх=1 мВ уровень интегральных шумов оказался примерно на 60 дБ ниже нормированного выходного уровня. Коэффициент нелинейных искажений - менее 0,12%. При наименьшем усилении Кг снижается до значения 0,08%, а уровень шумов на выходе уменьшался еще на 8 дБ. Таким образом, параметры усилителя, примерно соответствуют характеристикам усилителей профессиональных микшерных пультов, ранее применявшихся в радиотелецентрах Советского
Союза.
Учитывая, что дорогие конденсаторные микрофоны вряд ли будут использоваться любителями (из-за цены и меньшей механической надежности), схему можно несколько упростить (Рис.2.3).
Рис.2.3
27
В схеме отсутствует фантомное питание, хотя при желании его можно
подключить к контакту 1, удалив перемычку между 1 и 2 контактами. Установлен один общий входной разъем JACK6,3 и для линейного и для микрофонного входов. Из-за использования кнопки SB1 с меньшим количеством
контактов пришлось отказаться от дополнительного ограничения усиления
линейного усилителя. Нормированное значение выходного напряжения у линейного усилителя при наибольшем усилении можно получить уже при входном напряжении 19 мВ. Остальные характеристики усилителя соответствуют
исходному варианту.
На Рис.2.4 показана конструкция упрощенного микрофонного усилителя.
Буксы 1 и 2 служат для крепления уголка 3 с печатной платой к лицевой панели линейки микрофонного (универсального) усилителя.
Рис.2.4
Еще один вариант микрофонного усилителя с симметричным входом,
схема которого показана на Рис.2.5, собран на отечественных МС К548УН1А
(DA1) и К140УД6 (DA2). Параметры его примерно такие же, как у предыдущего варианта, но схема и ее настройка сложнее. Запас по перегрузке определяется напряжением питания. При напряжении питания ±15 В выходное напряжение усилителя достигает 10 В, а при питании ± 6 В оно не превышает
3,6 В. К сожалению, оказалось, что МС К548УН1А имеют большой разброс
параметров и невысокую надежность, а ее аналог - МС LM381 в продаже
28
найти не удалось. Обычно на выходах каналов МС постоянное напряжение
заметно отличается и ограничение одной полуволны сигнала наступает
раньше, чем другой. Из-за этого уменьшается запас по перегрузке, особенно
при напряжении питания +12 В. Приходится заниматься настройкой каждого
микрофонного усилителя. Но тогда, поскольку в двух каналах одной микросхемы используются резисторы разных номиналов, неизбежно нарушается
симметричность входа, т.е. мы лишаемся одного из основных достоинств такого микрофонного усилителя. При настройке сначала нужно сначала подобрать величины резисторов R9 и R10, чтобы получить на выводах 7 и 8 МС
DA1 одинаковое постоянное напряжение, примерно равное половине напряжения источника питания. Для получения симметричного входа каскада желательно применять резисторы с погрешностью не более 1% или подбирать
их перед установкой. Ток, потребляемый только одной МС, достигает 15 мА,
что многовато для многоканального микшерного пульта, если питать его от
батарей.
Входной усилитель должен быть размещен в стальном корпусе, а электрическое соединение его с общим проводом платы и блока питания произведено в одной точке. В конструкции усилителей можно использовать кнопочный переключатель ПКН-62, микротумблеры П1Т-1, МТ1-1. В качестве регулятора чувствительности лучше использовать импортные малогабаритные
переменные резисторы с плавным ходом движка.
На Рис.2.6 показана схема еще одного варианта входного универсального усилителя с транзисторным микрофонным усилителем «МУ» и линейным усилителем «ЛУ» на ОУ широкого применения [Л.11]. Обычно такие ОУ
не могут обеспечить приемлемые шумовые характеристики МУ.
Приходится ставить на входе малошумящие транзисторы и даже выносить транзисторный каскад к микрофону и уже усиленный сигнал передавать
по проводам. В последнем варианте возникают проблемы, связанные с необходимостью подать напряжение на транзисторный каскад и при этом сохранить симметричность входа.
29
Рис.2.5
Эти проблемы легко решаются, если вспомнить, как обычно подается фантомное питание на вход микрофонного усилителя. Ведь резисторы,
через которые фантомное напряжение питания микрофона подключено одновременно к обоим входам дифференциального операционного усилителя
(через разделительные конденсаторы), могут играть роль коллекторной нагрузки транзисторов еще одного предварительного дифференциального усилителя. Такой предварительный микрофонный усилитель может размещаться или на той же плате или вынесен к микрофону, так как питание его уже
есть (включено вместо фантомного), симметрия входа сохранена. Сигнал с
коллекторов транзисторов подается по двум проводам микрофонного кабеля,
а оплетка служит ”общим “ проводом. Достаточно подать небольшое напряжение смещения с коллекторов на базы транзисторов и получается микрофонный усилитель с очень неплохими характеристиками. Операционный же
усилитель может использоваться как линейный.
Усиление микрофонного усилителя можно изменять подбором величины
сопротивления R7.
30
Рис.2.6
В линейном дифференциальном усилителе (DA1.1) используется один из
ОУ микросхемы типа TLO74 (TLO84, 1401УД4). Остальные ОУ задействованы в других каскадах входной линейки пульта. Усиление изменяется примерно в 10 раз потенциометром R16.
Кус = (R11 + R12) / R 8 + 2(R11xR12) /(R 8 xRp );
Rp = R16 + R15,
R 8 = R 9,
[Л.12]
R11 = R12 = R13 = R14 = 10k .
Сопротивление Rp изменяется от 1 кОм до 48 кОм. Соответственно усиление регулируется в пределах от 5,6 до 0,6. Конечно, можно выбрать и другой диапазон регулировки. Обращаем внимание на то, что многие отечественные потенциометры имеют довольно значительное сопротивление, даже
когда он полностью выведены. Конечно, диапазон регулирования при этом
сокращается. Этот вариант усилителя разрабатывался для батарейного
пульта с однополярным напряжением питания МС +12 В и наибольшая величина неискаженного выходного сигнала немного превышает 2,5 В (при 3 В
Кг ≤ 1 %). Для получения нормированного выходного значения 250 мВ, на
31
вход можно подавать сигнал с напряжением от 45 мВ до 450 мВ. Основное
усиление дает МУ. В нем можно применить любые малошумящие транзисторы (КТ3102Е), подобрав пару с одинаковыми параметрами, но проще поставить транзисторные сборки, например КР159НТ1В, Е. Начальное усиление
МУ задается выбором величины резистора R7. Если наибольшая чувствительность линейки должна позволять усилить сигнал с 1 мВ, то общее максимальное усиление (К ус ЛУ = 5,6) должно достигать 250, а МУ – около 50.
Измерения усиления МУ на транзисторах с β = 220 показали, что при R7= 560
Ом Кус МУ достигал 250, при 10 кОм – 110, при 24 кОм – 64, при 470 кОм –
4,6. Это можно использовать при разработке автоматических регуляторов
уровня. Входные резисторы R1,R2 определяют входное сопротивление МУ и
позволяют при необходимости, удалить соединение их общей точки с «землей» и подать на нее фантомное питание. Конденсаторы С2,С3 помогают
уменьшить нежелательные высокочастотные помехи. Переключатель S1
разделяет микрофонный и линейный усилители и ничто не мешает выполнить МУ в виде выносной платы и поместить ее даже внутри корпуса динамического микрофона.
Уровень интегральных шумов на выходе составляет – 62 – 65 дБ по отношению к нормированному значению. При этом Кг не превышает 0,1%. Увеличение уровня входного сигнала приводило к росту нелинейных искажений.
Так, при Uвх = 6 – 7 мВ, Кг достигал 0,3%, а при Uвх = 16 мВ - 1%. Т.е. перегрузочная способность МУ из-за низкого напряжения питания невелика, но
для динамических микрофонов в большинстве случаев она вполне достаточна. На входе установлен разъем Х1 типа JACK 6,3. К входу с помощью кнопки S1 подключается либо микрофонный, либо линейный усилители.
3. Частотные корректоры.
В состав почти всех микшерных пультов входят различные частотные
корректоры (регуляторы тембра, эквалайзеры и т.п.). Назначение регуляторов тембра вполне понятно. Описаний различных схем в литературе приводится много, например, в [Л.7] и дополнительные пояснения здесь тоже не
нужны. Одна из простых схем регулятора тембра по низким и высоким частотам применена в микрофонных линейках микшерного пульта «РТВ Микро»
32
(Рис.3.1). Основное назначение такого регулятора - получить примерно одинаковое качество звука на выходе всех входных линеек, особенно при использовании
разнотипных микрофонов. Регуляторы позволяют изменять
усиление на частотах 50 Гц и 10 кГц не менее чем на ± 12 дБ. Если пульт
применяется для записи, то профессиональные звукорежиссеры стараются
не очень активно пользоваться частными корректорами, особенно в сторону
увеличения. Необходимые изменения только вводятся при обработке сигналов. По их мнению, чрезмерная коррекция частотной характеристики при записи может настолько испортить звук, что в дальнейшем не удастся ничего
исправить. А такое вполне возможно при оперативной регулировке сигналов
на выезде. Если же запись производится в студии и есть время, чтобы добиться желаемого качества звучания, то такого регулятора тембра может
оказаться явно недостаточно и желательно дополнить его дополнительными
регуляторами на средних частотах. Выбрать центральную частоту, на которой проводится регулировка, оказалось не так уж просто. В некоторых случаях регулировка оказывалась совершенно неэффективна на мужских голосах,
в других – на женских. Целесообразнее иметь перестраиваемую среднюю
частоту.
Схема входного каскада усилителя сигналов звуковой частоты (без цепей
питания) с регулятором тембра, имеющим перестраиваемое по частоте звено, показана на Рис.3.2 [Л.54]. Можно использовать микросхемы типа ТLO84,
TLO74. В расчете на регулировку, в основном, речевых сигналов выбран
диапазон перестройки центральной частоты в пределах от 350 Гц до 5 кГц.
При желании можно установить и еще одно такое же среднечастотное звено,
но нужно изменить величину конденсаторов пропорционально выбранному
диапазону перестройки.
В настоящее время есть много интегральных микросхем, которые представляют собою регуляторы громкости, баланса и тембра [Л.15]. Иногда такие микросхемы очень удобно использовать в батарейном простом пульте (с
однополярным питанием) для усиления стереофонического сигнала.
33
Рис.3.1
Рис.3.2
На Рис.3.3 показана схема входного линейного стереофонического модуля пульта, собранная на микросхеме TDA1524A, который может использоваться
для усиления сигнала с внешнего источника звука: проигрывателя,
магнитофона, плеера и т.д. Поскольку использование очень длинных соединительных линий не предполагается, вход несимметричный,
Микросхема позволяет регулировать тембр звучания на низких и высоких частотах (на частотах 30 Гц и 15 кГц диапазон регулировки превышает 30
дБ), а также усиление и баланс. Потребляемый ток достигает 40 мА, что нужно учитывать при питании от батарей или маломощного сетевого адаптера.
34
Рис.3.3
Входное сопротивление - более 20 кОм. Нормированное значение напряжения выходного сигнала 240 мВ может быть получено, если входной
сигнал имеет напряжение от 20 мВ до 3 В. Наибольшее выходное напряжение не менее 3 В. Единственным отличием от обычных схем является включение в каждый канал такого же, как у микрофонного усилителя дополнительного полузвена R1,C9 (R2,C10), значительно снижающего уровень шумов за счет небольшого (на 2 дБ) снижения запаса регулировки подъема высоких частот. Коэффициент нелинейных искажений не превышает 0,2%. Отношение сигнал / шум ≥70 дБ. Удобно и то, что регулировки осуществляются
с помощью одиночных, а не сдвоенных потенциометров, а электронная регулировка исключает появление «треска» при вращении ручки потенциометра.
Но МС TDA1524A, к сожалению, обладает не очень высокими параметрами и
не может обеспечить звучание аппаратуры, соответствующему требованиям
высшего класса качества. Значительно лучшие результаты можно получить
при использовании МС аналогичного назначения типа TDA1074A. [Л.15].
К услугам частотных корректоров приходится прибегать и при записи звуковых сигналов и при их прослушивании. В одних случаях добиваются улучшения разборчивости речи, в других - естественного звучания звука или просто регулируют звучание на свой вкус. Не будем касаться вопроса частотной
коррекции музыкальных сигналов при их записи в студиях, поскольку это не
техническая, а звукорежиссерская задача. Простые системы звукоусиления
чаще всего будут использоваться на «живых» речевых передачах, а музыка
35
должна будет воспроизводиться с уже обработанных звукорежиссерами записей. Условия же, при которых работают музыкальные ансамбли в школах
или на дискотеках очень далеки от студийных и вряд ли позволят добиться
очень высокого качество звука. Установленные во входных линейках простейшие регуляторы тембра по высоким и низким частотам позволяют только
получить приемлемое на слух и примерно похожее звучание от всех микрофонов и других источников звука. Но часто этого совершенно недостаточно.
Например, для повышения разборчивости речи часто применяют фильтр
«оптимальной обработки речи». Рекомендованный для работы в дикторских
студиях Гостелерадио фильтр имеет подъем частотной характеристики в
районе 5 кГц примерно на 6 дБ и спад ее ниже 100 Гц и выше 6 кГц. После
обработки этим фильтром речь становится более разборчивой при высоком
уровне шумов, но звучит «суше», менее естественно. Для этой же цели на
входе многих микшерных пультов после микрофонного усилителя предусмотрена возможность включения ВЧ фильтра с частотою среза около
100Гц. Практически все звукорежиссеры считают применение такого фильтра
на речевых информационных передачах не только допустимым, но и полезным. Иногда имеет смысл на речевом сигнале «срезать» и высокочастотные
составляющие выше 7 кГц, что заметно снижает шумы, но никак не отражается на качестве звучания речи. На Рис.3.4 показана схема последовательно
включенных фильтров ВЧ и НЧ.
Трехполосный ФНЧ (ОУ DA1.2) имеет частоту среза 7 кГц, а ФВЧ (ОУ
DA1.1) – около 100 Гц [Л17]. Если ограничиваться только высокочастотным
фильтром, то используется только операционный усилитель DA1.1 с входом
в точке «b».
Очевидно, простые регуляторы тембра не всегда могут обеспечить получение требуемой частотной характеристики. Есть и другие задачи, требующие применения более сложной частотной коррекции. Например, в помещении, где установлены АС, которые могут обеспечить весьма высокое
качество звука, вследствие сложения прямых и отраженных от стен звуков
образуются «стоячие» волны, полностью изменяющие картину звучания одной из АС. Это слышат люди с хорошим слухом, но не имеют возможности
исправить положение.
36
Рис.3.4
Или «беда» звукоусиления – возникновение акустической завязки. Можно
уменьшить усиление, но тогда какой же смысл в этом «звукоусилении». В
этих и многих других случаях требуется регулировать усиление в очень узкой
полосе частот, чтобы не очень изменять общую картину звучания. Считается,
что работа узкополосного режекторного фильтра, «вырезающего» всего 0,1
октавы совершенно незаметна на слух, а на речевых сигналах незаметна и
потеря 0,2 октавы. Практически везде допустимо использовать третьоктавный фильтр. Нужны многополосные частотные корректоры – эквалайзеры.
Но третьоктавный эквалайзер с 30 полосами регулировки не столько сложное, сколько очень громоздкое сооружение и встроить его в простой пульт
невозможно.
Поэтому остановимся на параметрическом эквалайзере, отличающемся
от графических тем, что центральная частота коррекции и добротность каждого звена могут свободно регулироваться [Л.18]. Оказывается, что параметрический эквалайзер с двумя полосами имеет примерно такие же возможности, как 5 – 8 полосный графический, а если взять 4 полосы, то в большинстве случаев возможна замена графического третьоктавного. Обычно полосы
регулируемых частот выбираются так, чтобы они перекрывали друг друга.
Появляется возможность поднять, например, низкие частоты при широкой
полосе пропускания одним звеном и «вырезать» при узкой полосе пропуска-
37
ния другого звена усиленный фон 50 Гц. Или усилить высокие частоты и одновременно снизить уровни составляющих на частоте 8 кГц «свистящих»
букв «с, ц, ч».
Каждое звено фильтра в двухполосном параметрическом эквалайзере
(Рис. 3.5) собрано на счетверенном ОУ типа TL074 (TL084, 1401УД4) [Л.18].
Диапазоны частотной коррекции полностью определяются выбором номиналов конденсаторов С5,С11 и С13, С14. При указанных значениях емкости интервалы перестройки центральной частоты составляют для «нижнего» диапазона не менее 0,1…2,5 кГц, для «верхнего» - не менее 0,2…5 кГц. Эти значения выбраны с расчетом перекрытия диапазона частот, занимаемого речевым сигналом, а также области частот, на которых обычно возникает акустическая обратная связь («завязка»). При выборе других диапазонов нужно
пропорционально изменить номиналы конденсаторов. При емкости конденсаторов 1200 пФ и 1,5 МК диапазон регулировки составляет 40 Гц – 1,2 кГц,
при 39 пФ и 0,039 МК – от 1,2 кГц до 15 кГц. Полосу пропускания каждого
фильтра можно изменять от 0,25 октавы до 3,6. Усиление на выбранной центральной частоте можно изменять в пределах ± 16 дБ. При коррекции подъемом увлекаться не следует, учитывая ограниченный запас по перегрузке изза низкого напряжения питания. Для включения эквалайзера используется
тумблер SA1. Разъем XS1 («тюльпан») - линейный вход эквалайзера для
подключения внешнего источника сигнала. Номинальное входное и выходное
напряжение – 0,25 В, потребляемый ток не превышает 15 мА, нелинейные
искажения Кг ≤ 0,07%.
Потенциометры лучше применять импортные, поскольку у сдвоенных
отечественных переменных резисторов типа СП3-33-23 сопротивление в
крайних положениях не всегда доводится до «нулевого». Иногда его не удается установить меньше 6…9 кОм (!), что, конечно снижает верхнюю границу
диапазона перестройки. Поскольку такое встречается довольно часто, следует проверить эти потенциометры до монтажа.
Наличие стабилизатора (DA3) позволяет подавать напряжение для питания эквалайзера с любого подходящего сетевого адаптера, и использовать
его как автономное устройство. Если же эквалайзер вводится в состав пульта, то DA3 и VD1 не нужны и вместо них устанавливаются перемычки. Рези-
38
стор R34 необходим только при включении эквалайзера перед выходной линейкой MASTER, на входе которого стоит сумматор.
Такой эквалайзер нельзя использовать на стереосигнале, но, например,
для выравнивания звучания двух АС в помещении или устранения завязки от
одного микрофона это и не требуется. Описания схем параметрических эквалайзеров приводилось неоднократно [Л.6, Л.7, Л.19].
На Рис.3.6 показан чертеж печатной платы эквалайзера. Тумблер SA1 для
включения эквалайзера и дополнительный линейный вход XS1 (разъем
«тюльпан») установлены на верхней панели модуля.
Рис.3.5
39
Рис.3.6
4. Автоматические регуляторы уровня звуковых сигналов.
Автоматические регуляторы уровня звуковых сигналов (АРУР) очень
широко применяются как в профессиональной, так и в бытовой аппаратуре.
Наиболее распространенными из АРУР являются ограничители (лимиттеры)
максимальных уровней, сжиматели (компрессоры) и расширители (экспандеры) диапазона уровней, а также различные системы шумопонижения [Л.4,
Л.76]. Самыми простыми являются безынерционные ограничители (Рис.4.1).
40
Рис.4.1
Но вносимые ими искажения столь велики, что в звуковой технике такие ограничители не применяются. Представление о искажениях можно получить, если слушать сигнап через обычный усилитель звуковой частоты с
перегрузкой по входу.
Вносимые инерционными АРУР нелинейные искажения невелики, но,
в зависимости от режима работы, авторегуляторы могут существенно изменять динамический рисунок, т.е. распределение уровней звукового давления
во времени [Л.76]. Первоначальную обработку сигналов, т.е. сжатие их динамического диапазона,
должны проводить звукорежиссеры. Поскольку при
этом нужно сохранить основные художественные достоинства музыкального
произведения, то АРУР используются только под контролем человека. И
только на информационных речевых передачах компрессоры постоянно работают в режиме «сжатия». Ограничители на входе мощных оконечных устройств должны работать в «сторожевом» режиме и по возможности сохранять обработку сигналов, проведенную звукорежиссерами.
Принцип действия авторегуляторов становится ясным после рассмотрении их амплитудных характеристик, т.е. зависимости их выходного напряжения от входного. Причем, для инерционных АРУР выходное напряжение
зависит еще и от времени, которое прошло с момента изменения амплитуды
сигнала. Поэтому для них всегда приводят статическую амплитудную характеристику, т.е. в установившемся режиме. На Рис.4.2 приведены амплитудные характеристики для ограничителя (лимитера), сжимателя (компрессора)
и расширителя (экспандера).
41
Рис.4.2
У ограничителей максимального уровня сигнала коэффициент передачи остается постоянным до некоторого порогового значения входного сигнала (Uвых = K Uвх), а затем начинает уменьшаться обратно пропорционально
его увеличению.
Рис.4.3
Для ограничителей разность между максимальным и номинальным
значением входных уровней называется диапазоном ограничения D:
D =
Nвх.макс – Nвх.ном. , т.е. D = 20 lg (Uвх. макс. / Uвх.ном.) (Рис.4.3). Разность
между максимальным и номинальным значениями выходных уровней d =
Nвых.макс. – Nвых.ном. называется диапазоном сжатия. Разность величин (D
– d) дБ называется величиной сжатия, а отношение (D / d) – коэффициентом сжатия. Для экспандера аналогичные величины называют диапазоном и
коэффициентом расширения. На практике порог срабатывания ОУ на амплитудной характеристике плавный и при нормированном входном уровне сигнал на выходе АРУР при измерениях может оказаться ниже номинального
значения на величину начального сжатия (обычно, около 0,5 дБ). Режим является сторожевым, если наибольшие уровни входных сигналов только достигают нормированного значения и ограничитель срабатывает, лишь при
42
случайных кратковременных выбросах. Завышенные входные уровни переводят ограничитель в режим сжатия. Некоторые сжиматели не имеют порога
срабатывания, и их коэффициент передачи сразу начинает уменьшаться с
ростом уровня входного сигнала (Рис.4.2), но оказалось, что ОУ в режиме
сжатия работают в дикторских трактах значительно лучше. Пороговые шумоподавители (ШП) имеют такую же амплитудную характеристику как экспандер, но работают они в области малых уровней на границе между полезными
сигналами и шумами.
Очевидно, одной амплитудной характеристики недостаточно для оценки
работы АРУР. Ведь, если ограничитель в режиме сжатия срабатывает при
большом уровне сигнала, то благодаря его инерционности некоторое время
следующие сигналы с малыми уровнями будут занижаться. Чем меньше эта
инерционность, тем эффективнее будет сжиматься диапазон уровней сигналов. Если большие уровни снизятся до нормированного значения, а низкие
будут успевать возрасти на величину диапазона ограничения, то диапазон
уровней будет сжат, а средний уровень и громкость звучания сигналов увеличатся. Значит, в очень большой степени работа АРУР зависит от его временных характеристик, определяющих его инерционность.
Основными временными параметрами АРУР являются время срабатывания
(tср.) и время восстановления (tвосст.) (Рис.4.4). Срабатыванием
принято считать реакцию авторегулятора на скачкообразное повышение
уровня сигнала на входе устройства, а восстановлением – на его скачкообразное уменьшение от завышенного значения до номинального. Отсчитывается время от момента начала переходного процесса до момента завершения его на 90%. Для шумоподавителей срабатыванием считается уменьшение усиления при пропадании сигнала, а восстановлением – восстановление
усиления при появлении сигнала с амплитудой, превышающей порог
его
срабатывания.
Например, для работы в качестве речевого компрессора обычно выбирают время срабатывания 1…5 мс, а время восстановления около 0,3 с.
43
Рис.4.4
Авторегулятор с такой же амплитудной характеристикой, но с временем
восстановления 2…4 с, считается классическим ограничителем уровня (ОУР)
и предназначается для работы в сторожевом режиме, для защиты от перегрузки последующих звеньев при случайных выбросах сигналов на входе
[Л.26].
В режиме ограничения эффективность сжатия диапазона уровней речевого сигнала ограничителем будет значительно ниже, но зато меньше и заметность его работы на слух. Если такой же АРУР сделать еще более инерционным, т.е. с временем срабатывания 0,2…0,3 с и временем восстановления
8…12 с, то он практически не нарушит динамику музыкальных сигналов [Л.22,
Л.27]. Не сжимая диапазон уровней сигналов, такой АРУР отлично поддерживает их среднее значение, выступая в роли автостабилизатора уровня
(АСТ). Если АСТ установлен перед ограничителем или компрессором, то он
может достаточно точно поддерживать заданный режим работы последних.
Не следует бояться применения авторегуляторов: если при записи точно
выдерживать уровни сигналов, то ОУР просто не будет срабатывать. Но известно, что даже опытные звукорежиссеры после репетиции не могут обеспечить точность регулирования уровней сигналов выше, чем ± 4дБ [Л.23]. А
чтобы регулировка проводилась незаметно на слух, необходимо делать это
медленно. В таких случаях авторегулятор, под контролем человека сработа-
44
ет значительно быстрее и незаметнее. А на звукоусилении где – нибудь на
митинге вообще невозможно предугадать, с какой громкостью будет говорить
и куда по отношению к микрофону повернется выступающий. В этом случае
сможет справиться только АРУР.
Кроме того, профессиональные измерители уровня, с помощью которых
контролируется звук, имеют время интеграции 5 мс [Л.25], т.е. они просто
«недопоказывают» короткие выбросы уровня. Измерители средних значений,
нередко используемые в бытовой аппаратуре, имеют время интеграции 200
мс, поэтому ориентироваться на показания такого прибора при регулировке
уровней сигналов очень трудно. Это тоже приводит к дополнительным ошибкам. Из вышесказанного можно сделать вывод, что АРУР, при правильном
применении, могут значительно облегчить и повысить точность регулировки
уровней звуковых сигналов. Отсюда и неослабевающий интерес к авторегуляторам и их схемотехнике.
В большинстве программ для обработки звука имеют автоматические
компрессоры (инструмент «Compression»), но на мой взгляд, простые аналоговые АРУР куда проще и дешевле компьютеров, а работают они ничуть не
хуже.
Структурная схема инерционного авторегулятора показана на Рис.4.6.
Рис.4.6
Регулировка уровня сигнала в основном канале осуществляется с помощью регулируемого элемента РЭ. Входной и выходной усилители У1 и У2
обеспечивают требуемое согласование по уровню. Канал управления включает в себя усилитель У3, детектор Д, времязадающую (интегрирующую)
цепь ИЦ и усилитель постоянного тока УПТ. Сигнал на вход канала управления может подаваться либо со входа АРУР (прямая регулировка), либо с выхода (обратная регулировка). Прямая регулировка применяется только в экс-
45
пандерах и шумоподавителях, а обратная – в лимитерах, компрессорах, автостабилизаторах уровня.
Основой любого АРУР является регулируемый элемент [Л.4, Л.76]. Временные параметры (динамические характеристики) авторегуляторов легко
изменяются заменой резистора или конденсатора времязадающей цепи. Некоторые из применявшихся ранее регулируемых элементов устарели, но не
всегда стоит отказываться от проверенных и хорошо зарекомендовавших себя схемотехнических решений.
Самая простая схема авторегулятора получается с применением оптронов ОЭП-2, ОЭП-1 и др. К сожалению, эти оптроны обладают огромной инерционностью (из-за лампы накаливания) и получить малое время срабатывания не удается. Зато для работы в АСТ (tср ≥ 0,2 с) они подходят идеально,
т.к. практически не вносят нелинейные искажения. Существовали и более
«скоростные» и к тому же двухканальные оптроны ОЭП-16, но сейчас их
вряд ли можно найти. К тому же их характеристики в течение «периода деградации» заметно изменялись, и перед установкой требовалась тренировка.
Схема АСТ с применением оптрона показана на Рис.4.7.
Рис.4.7.
Чтобы получить большое время восстановления пришлось ввести УПТ на
транзисторах VT1, VT2 . Простейший детектор собран по схеме удвоения напряжения. В данном случае это вполне допустимо из-за большого времени
срабатывания.
46
Неплохо показал себя простой речевой компрессор, собранный на полевом транзисторе, включенном в плечо неуравновешенного резистивного моста, одна диагональ которого соединена с источником сигнала, а другая – с
дифференциальным входом ОУ [Л.24].
Полная схема компрессора приведена на Рис.4.8.
В качестве детектора применена микросхема К157ДА1 (DA3), представляющая собой двухканальный двухполупериодный выпрямитель, который
можно с успехом применять и в измерителях уровня [Л.28]. Микросхема дополнительно усиливает сигнал в 7…10 раз; нужный наклон участка ограничения амплитудной характеристики компрессора получают, изменяя коэффициент передачи дополнительного ОУ в канале управления (DA2).
Рис.4.8
Нормированное значение входного и выходного уровней АРУР выбрано
250 мВ. При меньшей его величине увеличивается уровень вносимых авторегулятором шумов, а при большей – уменьшается диапазон ограничения.
На Рис.4.9 показан вариант компрессора, у которого можно регулировать напряжение ОС на истоке полевого транзистора для получения наименьших
нелинейных искажений в рабочем режиме, хотя величина диапазона ограничения несколько уменьшается.
47
Рис.4.9
Для схемы показанной на рис.4.9 при настройке сначала движок подстроечного резистора
R9 нужно поставить в нижнее положение. Затем в
нижнее положение переводится и движок R1 (Рис.4.8), полностью открывая
полевой транзистор. Сигнал в канале управления уже не оказывает никакого
влияния. При этом коэффициент передачи регулируемого звена достигает
минимального значения. На вход компрессора с генератора подают синусоидальный сигнал напряжением 250 мВ (частота 1кГц) и балансировкой моста
резистором R4 (рис.4.8) добиваются минимального выходного сигнала.
Обычно сигнал на выходе получается меньше входного примерно на 40 дБ (в
100 раз). Затем с помощью потенциометра R1 увеличивают напряжение на
затворе полевого транзистора до напряжения отсечки (до прекращения роста
сигнала на выходе АРУР). Если при регулировке превысить это напряжение,
то при срабатывании компрессора могут появляться щелчки из-за задержки в
появлении сигнала управления. Если же оно окажется меньше напряжения
отсечки, то полевой транзистор закрывается не полностью и время восстановления этого регулируемого звена уменьшится. Такая настройка требуется
во всех регуляторах с полевым транзистором. Наименьшие искажения регулируемого звена можно получить, изменяя величину R9, и ориентируясь на
показания ИНИ при сжатии (ограничении) диапазона уровней сигнала на 6 –
10 дБ. Даже у однотипных отечественных полевых транзисторов напряжение
отсечки может заметно отличаться. При превышении сигналами нормированного уровня электронный ключ (транзистор VT2) разряжает времязадающий конденсатор С2 и коэффициент передачи регулируемого звена снижается. Порог срабатывания выбирается с помощью Rn. Для этого входной сигнал увеличивают в 3,16 раза, что соответствует диапазону сжатия D = 10 дБ,
и регулятором Rn устанавливают выходной уровень на величину d = 1…2 дБ
выше нормированного значения. По международным рекомендациям регу-
48
лировка и измерение параметров АРУР проводятся при диапазоне сжатия 6
дБ, но это не очень удобно для измерений, да и в реальных условиях авторегуляторы обычно работают при большем превышении входных уровней. Поэтому некоторые зарубежные профессиональные авторегуляторы оказались
малопригодны для работы в радиодомах, несмотря на очень хорошие технические характеристики.
Вообще, к параметрам авторегуляторов следует относиться несколько
иначе, чем к параметрам усилителей звуковой частоты. При прослушиваниях
большинство высококвалифицированных звукорежиссеров предпочитает на
слух работу аналоговых АРУР цифровым, которые обычно имели меньшие
нелинейные искажения. Среди аналоговых приборов при сравнительных
субъективно – статистических экспертизах иногда 80…92% экспертов предпочитали звучание АРУР, у которых коэффициент нелинейных искажений
(Кг) был в 5…6 раз больше, но менее заметные на слух помехи срабатывания.
Когда – то Б.А. Жорников (бывший тогда главным звукорежиссером ГДРЗ)
в аппаратной реставрации очень наглядно продемонстрировал работу, разработанного во ВНИИТРе
цифрового стереофонического АРУР. Для этого,
вход одного из каналов был отключен и сигнал подавался только на вход
второго канала, у которого был отключен выход. При прослушивании на
большой громкости выхода первого канала АРУР в стереорежиме было
слышно такое «безобразие», что в дальнейшем при разработках авторегуляторов цифровые схемы я использовал только в каналах управления. Тем более, что микросхемы SSM фирмы Analog Devices позволяют получать технические характеристики звуковой аппаратуры ничуть не уступающие цифровым приборам, но более простым способом и при меньшем уровне тресков.
Конечно, на реальном сигнале эти посторонние помехи маскируются и лично
я, как и большая часть слушателей, их просто не замечают, но для студийной
аппаратуры лучше их избегать. Выступая на фирме «Мелодия» главный инженер фирмы ЕМТ свое мнение, что хотя у них есть даже запатентованные
цифровые микрофоны, но цифровой сигнал должен появляться только на
выходе студийного микшерного пульта. Конечно, при перезаписи или передаче сигналов аналоговая аппаратура проиграет.
49
У компрессора, собранного по схеме, изображенной на Рис.4.8,
Кг не
превышает 0,3…0,5% во всем диапазоне сжатия. Во втором варианте
(Рис.4.9) подстроечным резистором можно минимизировать искажения в выбранной области амплитудной характеристики. Например, если АРУР работает в сторожевом режиме, то при уровнях сигналов ниже нормированного,
можно добиться Кг менее 0,1%, но при завышенных на 10 дБ уровнях входных сигналов Кг может достигать 0,7%. Очевидно, на кратковременных случайных выбросах это вполне допустимо. Максимальный диапазон сжатия 40
дБ вряд ли может понадобиться и в большинстве случаев нет необходимости
балансировать мост. На практике необходимая величина более 20 дБ легко
получается при двух одинаковых резисторах R6 и R5 по 30к.
После установки порога срабатывания проверяют выходное напряжение
АРУР при номинальном входном уровне, завышенным на 10 дБ и заниженном. При заниженных уровнях АРУР работает как обычный усилитель; входной и выходной уровни устройства должны совпадать (полевой транзистор
полностью закрыт). При номинальном входном уровне на выходе АРУР возможно некоторое снижение напряжения, т.е. начальное сжатие диапазона
уровней. Обычно оно не превышает 0,5 дБ, но и 1 дБ вполне допустимо, поскольку даже при небольших выбросах сигнала будет достигаться нормированное значение. Порог срабатывания АРУР можно поднять выше и избежать начального сжатия, но и выбросы выходного сигналы на выходе будут
больше. Чтобы характеристика ограничения была более горизонтальной,
можно увеличить усиление DA2 (подбором R12) в канале управления, но работа компрессора на слух становится более грубой и заметной.
Временные характеристики авторегуляторов (динамические параметры)
обычно проверяют с помощью осциллографа и датчика тональных импульсов; методика многократно приводилась в литературе [Л.42], и нет смысла
возвращаться к этому вопросу еще раз.
Рассмотренный компрессор применялся во многих устройствах и в большинстве случаев его работа на слух признана удовлетворительной даже звукорежиссерами – профессионалами.
Но это уже техника вчерашнего дня. Для стереофонического варианта
АРУР подборка совершенно одинаковых полевых транзисторов (ПТ) и настройка его в соответствии со всеми требованиями очень трудна, даже если
50
это сдвоенные ПТ. Да и рабочий участок, когда полевой транзистор при работе вносит небольшие нелинейные искажения, очень невелик (десятки милливольт). Поэтому стоит познакомиться с некоторыми современными электронными регуляторами, информация о которых не всегда доступна.
Так, очень интересна микросхема
SSM2164, состоящая из четырех
управляемых напряжением усилителей (Рис.4.10).
Для этой МС диапазон напряжений питания от ± 4 В до ± 18 В, ток потребления – 6…8 мА. Входное и выходное сопротивление – 30 кОм, входное сопротивление входа сигнала управления – 5 кОм. Диапазон регулировки усиления (относительно 0,775 В) – от – 94 до + 20 дБ с крутизной управлением
уровнем сигнала 33 мВ/ дБ. Выходной каскад усилителя может работать в режимах класса А (когда между выводами 1 и 16 включен резистор 7,5 кОм) или
АВ (без резистора). В первом из них Кг не превышает 0,15%, а в режиме АВ –
0,3%. Причем, никакие дополнительные подстройки не нужны. Скорость нарастания сигнала – 0,7 В/мкс, полоса частот достаточно широка – fср = 0,5
МГц.
Микросхему удобно использовать для стерео и квадрафонических устройств; технология позволяет получить для всех усилителей микросхемы совершенно одинаковые характеристики управления. Также два усилителя из
этой МС можно использовать в стереофоническом АРУР, а оставшиеся два
проще всего включить в качестве выходных. Если объединить их входы
управления, то изменять управляющее напряжение можно одним регулятором. Получается косвенное управление, поскольку полезный сигнал не проходит через регулятор уровня и не вызывает появление треска при регулировке, а сам регулятор может быть установлен на большом расстоянии.
Еще более интересно использование этих усилителей в том же АРУР в
качестве регулируемых элементов автостабилизатора уровня (АСТ) [Л.22].
Если перед компрессором будет установлен более инерционный АСТ, то на
случайных кратковременных импульсах или «пикастых» речевых сигналах,
АСТ не будет успевать срабатывать (т.к. его время срабатывание 0,3 с).
Кратковременные выбросы, даже превышающие нормированный уровень на
6…10 дБ, вызывают снижение его усиления менее 1 дБ. Компрессор же срабатывает, но при небольшом времени восстановления, около 0,3 с, его коэффициент передачи быстро восстанавливается.
51
Рис.4.10
Длительные или большие по амплитуде завышения сигнала приводят к
тому, что АСТ в зависимости от их среднего уровня начинает снижать уровень сигналов на входе компрессора, поддерживая выбранную величину
сжатия диапазона уровней. Качество и громкость речевых сигналов, обработанных таким АРУР, заметно повышается, а на музыке – снижается заметность его работы на слух. Если сжимать диапазон уровней речевых сигналов
больше 6…12 дБ, то это приводит лишь к росту искажений и энергия сигнала
(и их громкость) возрастает только за счет этого. Чтобы приблизить звучание
к естественному приходится прибегать к помощи всевозможных «фильтров
оптимальной обработки речи», однако заметим, что глубокая обработка допустима лишь для информационной речи, но не для художественной.
Музыкальные же сигналы более «плотные» и вынуждают работать АСТ.
Благодаря большому времени восстановления (8…12 с) он не вносит заметных искажений в обработку даже симфонической музыки, а компрессор срабатывает редко. Звукорежиссеры Государственного Дома радиовещения и
звукозаписи признали такой АРУР одним из лучших [Л.30].
При настройке устройства нужно иметь в виду, что порог срабатывания
АСТ необходимо выставить ниже порога компрессора примерно на 6 дБ, так
как средние уровни сигналов всегда меньше пиковых и, если пороги АСТ и
ОУР будут совпадать, автостабилизатор практически работать не будет. На
52
синусоидальном сигнале, поданном с генератора, на выходе авторегулятора с
АСТ уровень будет занижен, но на реальных музыкальных сигналах уровни
будут достигать нормированного значения.
На Рис.4.11 приведена схема компрессора, собранного на одном из усилителей МС SSM2164. Наклон характеристики ограничения регулируется
подбором величины резистора R10. Требуемое время восстановления можно
получить, только применив в канале управления УПТ на ОУ DA2.2 с полевыми транзисторами на входе.
Рис.4.11
Хорошие результаты можно получить с отечественными микросхемами
К140УД4 (четыре ОУ в одном корпусе) или импортными TLO74, TLO84. Одиночные ОУ типа К544УД1 или К140УД8 менее удобны для разводки печатной
платы. Для получения большого времени восстановления (в АСТ) вместо
конденсатора С6 устанавливается электролитический с малой утечкой емкостью 47…68 МК, а нужное время срабатывания подбирают резистором, установленным между выводами 10 (или 12) микросхемы К157ДА1 и времязадающим конденсатором С6. Входы управления двух усилителей, работающих в режиме «стерео» должны быть объединены, а один из резисторов R1
нужно исключить.
Применяя МС типа SSM2164, можно выбрать любое значение номинального уровня, лишь бы не наступало ограничение входного сигнала при максимальной перегрузке (Uвх макс ≤ 10 В). Не требуется подбирать запирающее напряжение, глубину ОС, а характеристики регулирования всех усилителей совершенно идентичны. Измерения показывают, что при перегрузке до
20 дБ коэффициент нелинейных искажений, измеренный на частоте 1 кГц (в
режиме АВ), не превышает 0,2%.
53
Поскольку четырехканальный регулятор не всегда нужен, следует также
обратить внимание на управляемый напряжением усилитель типа SSM2018T
(Рис.4.12).
Рис.4.12
Эта микросхема может работать при напряжении питания ± 5…18 В, потребляя ток 11…15 мА. Входное сопротивление 4 МОм, входное сопротивление канала управления 1МОм, минимальное сопротивление нагрузки – 9
кОм. Еще ряд ее параметров: крутизна регулирования 30 мВ/ дБ; наибольшее затухание при управляющем напряжении + 4 В составляет 100 дБ, выходное напряжение достигает
± 13 В. Скорость нарастания 5 В/мкс, частота
fср = 0,7 МГц. Выходной каскад этого усилителя может работать в режиме А
или АВ, но Кг в любом режиме не превышает 0,04%.
Усилитель имеет дифференциальный вход. Для АРУР на ее основе можно применить канал управления, показанный на Рис.4.11, поскольку рекомендованное фирмой – изготовителем подключение времязадающих элементов к входу управления (Рис.4.12) не позволяет получить требуемое для
компрессора время срабатывания. Нужно иметь в виду, что микросхема
SSM2018T выгодно отличается отсутствием внешних балансировок от своего
предшественника – микросхемы SSM2018.
SSM2166 (микрофонный предусилитель с компрессором и шумоподавителем для речевых систем). Эта МС не позволяет раздельно изменять время
срабатывания и восстановления и приличный АРУР с ее применением сделать не удастся. Может быть полезной для микрофонных каналов систем
оповещения и т. п. целей.
Следует обратить внимание на то, что нормы на параметры передающего
тракта в ГОСТах, обычно приведены без учета работы средств динамической
54
обработки сигналов, т.е. при отключенных авторегуляторах. Ведь АРУР с
малым временем восстановления на самых низких частотах, независимо от
типа применяемого регулируемого элемента, вносит довольно большие нелинейные искажения. Это одна из причин того, что в рекламных материалах
и документации чаще всего приводят результаты измерений нелинейных искажений только на частоте 1 кГц. Дело в том, что времязадающая цепочка
(определяющая время восстановления) является фильтром низких частот.
При малом времени восстановления, содержащиеся в сигнале низкие частоты после детектора полностью не отфильтровываются и вызывают пульсации управляющего напряжения, что и ведет к росту нелинейных искажений
[Л.25]. Если перед компрессором установлен АСТ с большим временем восстановления и его порог срабатывания выбран ниже, чем у компрессора, то
даже десятикратном превышении нормированного значения входного уровня
(на 20 дБ) не один измеритель нелинейных искажений не отметит никакого
увеличения Кг. Для компрессоров же это несущественно, т.к. в речевом сигнале уровни низкочастотных составляющих очень малы и вероятность превышения ими нормированного значения невелика. Даже, если допустить
возможность появления таких искажений на реальном сигнале, то из – за
кратковременности они хорошо маскируются самим сигналом. А если после
микрофонного усилителя на речевых сигналах включается ФВЧ, то появление низких частот вообще становится невозможным.
Но существуют способы задержки разрядки времязадающего конденсатора, сохранив общее значение времени восстановления. Для ее введения
можно предложить собрать разрядную цепь по схеме, приведенной на
Рис.4.13.
При подаче входного сигнала Uc напряжение на конденсаторе С3 окажется выше, чем на С2 и диод VD1 будет закрыт. Постоянная времени основной
времязадающей цепи R3C2 выбрана значительно больше, чем вспомогательной R4C3. В начале процесса восстановления Кп авторегулятора регулирующее напряжение имеет малые пульсации, поскольку постоянная времени R3 C2 достаточно велика. В процессе разрядки конденсаторов управляющее напряжение будет убывать медленнее, чем напряжение на С3. По
окончании времени задержки tз откроется диод и суммарная постоянная
времени для управляющего напряжения (C3 + C2) R3 R4/ (R3 + R4) станет
55
меньше и произойдет быстрое уменьшение регулирующего напряжения.
Общее время восстановления можно сохранить, уменьшив пульсации на
низких частотах.
Рассмотрим еще один способ значительно уменьшить вносимые АРУР
нарушения в первичную обработку сигналов. В некоторых разработках, например, в АРУР с дискретно – аналоговым управлением (ДАУ) время восстановления было выполнено адаптивным к сигналу.
Рис.4.13
Сложность схемы не позволяет рекомендовать сейчас ДАУ к применению,
но изменение времени восстановления в зависимости от длительности превышения сигналом нормированного уровня заслуживает внимания. При случайных кратковременных выбросах коэффициент передачи (Кп) АРУР восстанавливается очень быстро (за 0,1…0,2 с), но если превышение будет
длиться более 0,3 с, то время восстановления начинает увеличиваться и
может достигать 8…10 с. Такое случается, если сигналы музыкальной передачи окажутся по каким – то причинам длительное время очень завышены.
Звукорежиссеры считают, что искажения, вносимые такими авторегуляторами в обработку сигналов, значительно меньше, чем вносит обычный ограничитель. Но работа последовательно включенных АСТ и компрессора предпочтительнее хотя бы потому, что для них можно выбирать пороги срабатывания независимо друг от друга и добиваться оптимального режима. Кроме
56
того, введя частотную коррекцию в канал управления АСТ можно уменьшить
различие в громкости звучания речевых и музыкальных передач [Л.27]. Эта
проблема и сейчас может представлять интерес, когда слишком громкая
реклама вынуждает или убавлять громкость или просто выключать звук.
Каждый из рассмотренных регулируемых элементов имеет свои преимущества и свои недостатки. Схемы с полевыми транзисторами требуют тщательной настройки и при недостаточном внимании работают очень плохо, а
специализированные микросхемы и дороги и не всегда доступны. Поэтому
специально для самых простых недорогих устройств с однополярным питанием разработан АРУР с использованием в качестве регулируемого элемента одной из широко распространенных МС, предназначенных для регулировки громкости звука, управление которыми производится напряжением. Одна
из них, типа TDA8196 представляет собою двухвходовой электронный регулятор громкости и предназначена для работы в телевизорах и аудиоаппаратуре высокого класса [Л.15]. Напряжение питания Up = +3…+16V, Iр = 12 мА,
Rin = 13 кОм, Ri min = 10 кОм, TND = 0,05%, Uin max = 2 V, Uout max = 1,3 V.
Эта микросхема хорошо подходит для наших целей. Схема АРУР показана
на Рис.4.14 [Л.31].
Поскольку наибольшее напряжение на входе МС не должно превышать
2 В, то, чтобы обеспечить диапазон ограничения не менее 20 дБ (десятикратная перегрузка) номинальное значение выходного напряжения микрофонного усилителя нужно выбрать равным 200 мВ.
Экспериментально снята зависимость изменения выходного уровня
сигнала от управляющего напряжения (на 6 выводе МС).
.
57
Рис.4.14
Вносимое МС наибольшее затухание достигает 80 дБ. При желании
можно использовать второй вход МС (вывод 2). Например, подключить к нему линейный вход. Переключение входов производится замыканием вывода
3 на «землю».
Недостатком можно считать невысокое входное сопротивление канала
управления. Пришлось подавать управляющее напряжение через эмиттерный повторитель (VT2). Транзистор типа КТ3102 желательно выбирать с буквой «Г» или «Е» [Л.38]. Открывающее управляющее напряжение подается на
базу транзистора с делителя R2, R3. При напряжении питания +12 В и с учетом падения напряжения на транзисторе на выводе 6 МС оказывается около
+5 В, т.е. то, что требуется. Времязадающий конденсатор С4 заряжается через R3. Время восстановления авторегулятора определяется из выражения:
3τз = 3R3 C4 ≅ tвосст. У ограничителя уровня оптимальным считается время
восстановления равное 2…4 с, а для речевых компрессоров оно должно
быть уменьшено до 0,3 с. Амплитудная характеристика у этих регулируемых
звеньев одинаковая, поэтому достаточно только изменить величину С4.
58
При срабатывании АРУР конденсатор С4 разряжается через электронный ключ VT1 (КТ503, КТ201). В ограничителях применяется обратная регулировка, т.е. сигнал в канал управления подается с выхода авторегулятора.
В канале управления работает операционный усилитель DA1.2., а для упрощения схемы детектор (R13, C12, VD2, VD3, C8, R7), собран по схеме удвоения напряжения.
Но вообще нужно иметь в виду, что звуковые сигналы несимметричны. На
Рис.4.15 в качестве примера приведена осциллограмма звука «а». Поэтому
детекторы как в измерителях уровня, так и в АРУР желательно выполнять по
двухполупериодной схеме.
Рис.4.15
. Очень удобна микросхема К157ДА1, представляющая собой двухканальный двухполупериодный выпрямитель [Л.28]. Микросхема работает в
диапазоне около 50 дБ, усиливает сигнал в 7…10 раз и дополнительный
усилитель (Усил.) в канале управления не нужен. Иногда можно применить
простую, представленную на Рис.4.16 схему двухполупериодного детектора.
Для получения большого времени восстановления (в АСТ) вместо конденсатора С5 устанавливается электролитический с малой утечкой емкостью
47…68 МК, а нужное время срабатывания подбирают выбором резистора R5.
Рис.4.16
59
Рассчитать достаточно точно время срабатывания при обратной регулировке не удается, поскольку сам управляющий сигнал уже подвергся действию регулировки. В первый момент, когда коэффициент усиления еще не
успел уменьшиться, в цепь управления поступает сигнал значительно большей величины, чем в конце процесса установления. Это вызывает ускорение
разряда конденсатора в несколько раз в зависимости от величины превышения сигналом нормированного
уровня. Проще всего при настройке АРУР
подбирать величину R13 (схема на Рис.4.14), наблюдая на экране осциллографа форму выходного сигнала, вернее огибающей, при скачкообразном
увеличении входного уровня на 10 дБ. Время срабатывания компрессора,
чтобы его работа на слух была малозаметна, должно быть 2 – 5 мс. Если же
конденсатор заряжается слишком быстро, происходит «перерегулировка»,
т.е. после скачкообразного увеличения входного сигнала, на выходе сначала
сигнал падает ниже нормированного уровня, а затем восстанавливается. Появляются «затыкания» звука. Для устранения достаточно просто увеличить
величину R13 до пропадания «перерегулировки». (Осциллограмма на
Рис.4.17).
Рис.4.17
Эти «мелочи» и определяют заметность работы авторегулятора на слух,
т.е. качество звучания. При увеличении входного сигнала на 10 дБ (D = 10
дБ), выходной должен увеличиваться примерно на 1 дБ (диапазон сжатия d
= 1дБ). Практически диапазон ограничения D достигает (20 – 26) дБ при d
равном (1 – 1,5) дБ.
60
Порог срабатывания компрессора выбирается с помощью подстроечного резистора R11 (рис.4.14).. Разряд времязадающего конденсатора С4 сопровождается уменьшением управляющего напряжения на 6 выводе МС DA2
и снижением коэффициента передачи этой микросхемы.
Измерения показали, что коэффициент нелинейных искажений на выходе АРУР при номинальном входном уровне сигнала 0,18% и уменьшается до
0,11% при перегрузке на 10 дБ. На слух работа АРУР при правильно выбранной величине R13 вполне удовлетворительна.
Нужно отметить и еще одну возможность дополнительно использовать
возможности МС DA2. Выведя провод с конденсатора С4 наружу (с ножки 6
МС) и замыкая его на «землю», можно дистанционно выключать канал. Такую кнопку «MUTE» можно установить вдали от устройства. Кстати, это применимо в других управляемых напряжением усилителях.
Еще одна схема АРУР представляет особый интерес для применения в
измерительных схемах, когда, чтобы исключить ручную калибровку при
больших изменениях напряжения сигнала приходиться ставить авторегулятор. Например, калибровка прибора необходима при измерении нелинейных
искажений. Если выбрать любую из схем, описание которых было приведено
выше,
то не все их можно использовать в измерительных приборах, по-
скольку сами АРУР в случае слишком большого диапазона регулирования
могут иметь довольно большие искажения и к тому же дополнительная погрешность будет внесена из – за увеличения напряжения на выходе АРУР
при большом превышении напряжения входного сигнала относительно его
порога срабатывания. Например, при D = 30 дБ и d = 2 дБ, погрешность калибровки достигает 26%. Существует довольно простой способ снизить эту
погрешность. Достаточно подавать сигнал с потенциометрического регулируемого звена на вход основного усилителя через дополнительный подстроечный резистор [Л.32]. Схема такого АРУР приведена на Рис.4.18.
В основном канале работает ОУ DA1.2,а в канале управления - DA1.1.
Можно использовать сдвоенный операционный усилитель TLO72, TLO82. В
качестве регулируемого элемента применен резисторный оптрон ОЭП-2, который практически не вносит дополнительных нелинейных искажений. Серьезным недостатком такого РЭ является инерционность из-за того, что сопротивление фоторезистора управляется светом обычной лампочки накалива-
61
ния. Потенциометрическое регулируемое звено образуют резистор R3 и оптрон. Так как лампа имеет небольшое сопротивление, то чтобы получить
нужные динамические характеристики АРУР, пришлось поставить усилитель
постоянного тока (УПТ) на транзисторе VT1. В основной канал сигнал поступает после подстроечного резистора R6, образующего с оптроном дополнительный делитель.
Сначала настройка АРУР проводится как обычно, для чего нужно полностью вывести подстроечный резистор R6 и установить с помощью R1 наименьшее усиление ОУ в канале управления. Затем при входном напряжении
0,1Uном вх потенциометром R5 устанавливают напряжение 0,1Uном на выходе основного канала DA1.2. Увеличивают входное напряжение до +10 дБ
по отношению к нормированному и построечным резистором R1 выставляют
выходное напряжение на 1дБ выше нормированного значения (Uвых= + 1
дБн). Затем при наибольшем возможном входном напряжении с помощью
R6 добиваются на выходе АРУР значения -0,5 дБн.
Рис.4.18
Изменяя величину входного напряжения, проверяют диапазон, при котором выходное напряжение меняется не более чем на ± 0,5 дБ. Из получен-
62
ной амплитудной характеристики (Рис 4.19) можно видеть, что выходное напряжение будет поддерживаться с точностью около 6% (кривая 4.) при существенно больших изменениях амплитудных значений входного сигнала.
Рис.4.19
Здесь изложена лишь идея [Л.32] регулировки, поскольку в зависимости
от желания можно увеличить диапазон регулирования или получить «перерегулировку». Теоретически считается, что на выходе АРУР с обратной регулировкой это сделать невозможно, так как величина управляющего сигнала
связана с приростом выходного напряжения, но дополнительный делитель
на входе основного канала позволяет получить снижение выходного уровня
до - 6 дБн при больших перегрузках по входу. А, если выбрать величину R3
потенциометрического делителя больше, то
соответственно увеличиться
диапазон регулировки.
Наверное, определенный интерес представляет являют схемы с использование в качестве регулируемого элемента аналоговых перемножителей
напряжения. О достоинствах аналоговых перемножителей напряжения и их
возможностях известно очень многим, но практических схем почти не встречается. Во многом это объясняется ценами и тем, что перемножители в продаже найти не так просто. Сейчас стоимость МС фирмы ANALOG DEVICES
типа MLT 04 с 4 перемножителями в одном корпусе оказалась более чем в 2
раза дешевле одиночного перемножителя КР525ПС3. Даже КР525ПС2 многократно подорожала, и найти ее в продаже стало довольно сложно. Раньше
эта МС считалась очень недорогой и доступной и ее можно и сейчас обнару-
63
жить в запасниках у многих радиолюбителей. На Рис.4.20 приводится схема
АРУР на этом перемножителе [Л.17].
Рис.4. 20
Схема довольно простая и не требует особых настроек. Ограничений с
выбором нормированного значения входного уровня тоже нет. С помощью
R1 можно установить для сторожевого режима коэффициент передачи, равный 1, т.е. чтобы выходное напряжение соответствовало входному, обращая
внимание на симметричность помехи срабатывания при возникновении перегрузки.
Потенциометр
Второй канал К157ДА1
R4 позволяет изменять порог ограничения АРУР.
можно использовать, например, для управления
АСТ.
На практике могут возникнуть случаи, особенно в АРУР измерительных
приборов, когда важнее «мягкой» на слух работы важнее получить более горизонтальную характеристику ограничения для повышения точности калибровки, а, следовательно, точности показаний приборов. Для этого о нужно
увеличить усиление канала управления. Наибольшее усиление достигается в
пороговых схемах.
На Рис.4.21 показано как ввести в канал управления
АРУР 1.) с перемножителем или 2.) с TDA8196 (схема c однополярным питанием) тиристорный оптрон АОУ103 (пороговый элемент). На Рис.4.22 приведены статические характеристики 1. для АРУР без тиристорного оптрона
64
схема Рис.4.22 и 2. – с оптроном. Безусловно, на слух предпочтительнее
окажется работа компрессора с транзисторным ключом, но в измерительных
схемах или, если недопустимо иметь превышение нормированного уровня
сигнала на выходе АРУР, то предпочтительнее характеристика 2. Для обоих
случаев временные параметры АРУР одинаковы.
Рис.4.21
Рис.4.22
65
Здесь шла речь о некоторых особенностях работы и настройки автоматических регуляторов уровня звуковых сигналов и их влиянии на качество
звука. Однако рассмотренные примеры не исчерпывают весь перечень задач, которые могут решать авторегуляторы.
Хотя огромное количество публикаций, посвященных описанию схем,
характеристик и работе автоматических регуляторов уровня звуковых сигналов (АРУР), наводит на мысль, что в этой области уже все давно известно,
но обсуждения на радиолюбительских форумах в Интернете показывают, что
интерес к этой теме нисколько не ослабевает. Удивительно, что вместо того,
чтобы просто полистать учебники и старые журналы люди пытаются заново
изобретать «велосипед». Правда, иногда по самым разным причинам не всегда нужный материал удается найти, но чаще просто пересиливает реклама,
убеждающая, что сейчас современная цифровая аппаратура сама может
обеспечить столь высокое качество звука, что предыдущий опыт и знания никому не нужны. Но, ведь всегда качество звука оценивается на слух, которому совершенно безразлично аналоговые или цифровые приборы применяются при обработке и передаче сигналов. На мой взгляд, сейчас качество
звука и на телевидении и на радио катастрофически снизилось в том числе и
из-за потери квалификации звукорежиссерами и раньше многие телепередачи были бы просто забракованы ОТК по звуку. Что касается объективной
оценки, то с приходом «капитализма» вся наука кончилась и никаких исследований, субъективно - статистических экспертиз или просто сравнительных
прослушиваний не проводится уже много лет. Неудивительно, если современные «специалисты» оценивают качество звука по «группе сложности» аппаратуры. Обычно всегда считалось что, если уж для передачи сигналов к
слушателям необходимо провести предварительную их обработку, то лучше,
если эту первичную обработку проведут звукорежиссеры. Обычно это очень
квалифицированные люди с музыкальным образованием, которые могут
представить себе и задумку автора и технические возможности канала передачи. В этом случае они в соответствии с партитурой могут провести первичную обработку сигналов, чтобы донести до слушателей основные художественные достоинства произведения. При этом большую помощь им могут оказать авторегуляторы, которые срабатывают значительно быстрее человека
(например, музыкальные компрессоры). А дальше нужно стараться как мож-
66
но меньше нарушать эту первичную обработку. И наибольшую опасность для
качества звучания представляет неправильная работа АРУР (ограничителей,
компрессоров, экспандеров и др.), работающих в передающем канале. Все
вышесказанное относится, в основном, к серьезной музыке или художественным передачам. Понятно, что зачастую «современной музыке» навредить
уже ничем невозможно.
Существуют еще информационные передачи, у которых наиболее важна
разборчивость и громкость звучания сигнала, а о художественных особенностях задумываться не приходится. В этом случае обработку речевых сигналов авторегулятор может провести значительно успешнее любого человека.
В основном обработка сводится к сжатию диапазона уровней сигнала с помощью компрессора (сжимателя). Уже из названия понятно, что этот АРУР
специально предназначен для сжатия динамического диапазона сигналов.
Если на вход АРУР подать сигнал с завышенным уровнем, то при работе
максимальные уровни сигнала будут поддерживаться на нормированном
значении, а сигналы с низкими уровнями не затрагиваются, и диапазон уровней сожмется. Понятно, что при этом возрастает относительная мощность
(ОСМ) сигнала, что соответствует увеличению громкости его звучания [Л.
29]. Если же максимальные уровни сигнала не будут достигать порога его
срабатывания, то никакого влияния на сигнал АРУР не окажет. Поэтому один
и тот же авторегулятор может работать как ограничитель уровня в сторожевом режиме, либо в режиме сжатия как компрессор. И искать отличия в амплитудных характеристиках не имеет смысла. Просто для поставленных задач авторегуляторы должны работать в нужном режиме. А вот именно о динамических (временных) характеристиках почему-то обычно при обсуждениях никто не вспоминает и споры сводятся к поиску отличий в установившемся
режиме в амплитудных характеристиках АРУР.
Очевидно, одной амплитудной характеристики недостаточно для оценки
работы авторегулятора. Ведь, если ограничитель в режиме сжатия срабатывает при большом уровне сигнала, то благодаря его инерционности некоторое время следующие сигналы с малыми уровнями будут занижаться. Чем
меньше эта инерционность, тем эффективнее будет сжиматься диапазон
уровней сигналов. Если большие уровни снизятся до нормированного значения, а низкие будут успевать возрасти на величину диапазона ограничения,
67
то диапазон уровней будет сжат, а средний уровень и громкость звучания
сигналов увеличатся. Значит, в очень большой степени работа АРУР зависит
от его временных характеристик, определяющих его инерционность.
На Рис.4.23 приведена осциллограмма сигнала на выходе компрессора,
при
скачкообразном изменении уровня сигнала на его входе на +10 дБ и
затем - уменьшении до номинального.
Для измерения динамических характеристик отсчитывается время от момента
начала переходного процесса до момента завершения его на 90%.
Рис.4.23.
Имеет полный смысл рассмотреть работу АРУР и влияние их динамических характеристик и режима работы на качество звука. Неправильная работа сторожевого ограничителя на входе передатчика способна полностью
уничтожить все, что так старался сохранить для слушателя звукорежиссер.
Обычно все помнят о вносимых регулируемым звеном нелинейных искажениях, но часто забывают о нарушениях первичной обработки (динамики) сигнала. Для примера приведем уровнеграммы сигнала одновременно записанные на входе центральной аппаратной Государственного Дома Радиовещания и Звукозаписи и на его выходе после разных авторегуляторов (Рис.4.24).
Уровнеграммы были записаны с помощью разработанного во ВНИИТРе самописца
РУРС-1 (регистратора уровня радиовещательного сигнала). Его
временные параметры полностью соответствовали требуемым для профессиональных измерителей уровня. Без всяких экспертиз можно утверждать,
68
что ограничитель, который должен работать на выходе радиодома в «сторожевом» режиме, т. е. не пропускать на выход случайные выбросы, на практике очень активно сжимал диапазон уровней, т.е. работал очень эффективно
компрессором (Рис.4.24 в). Какой ущерб нанесен первоначальной задумке
автора, исполнителей и звукорежиссера можно легко себе представить,
сравнивая уровнеграммы.
Рис.4.24
Объективную оценку нанесенному качеству звука ущербу можно получить
с помощью довольно простого прибора, описание которого приведено в
[Л.39].
Приведенный пример далеко не самый «криминальный». Например,
некоторое время на вещании использовался американский АРУР Audimax
mod4440A, который сжимал диапазон уровней сигналов до 18 – 20 дБ. Да и
сейчас рекламируется разработанный в МТУСИ современный цифровой авторегулятор «АРГО», у которого достигается «увеличение относительной
69
средней мощности (ОСМ) сигнала для художественных программ на 70 90%, а для информационных - на 150 -200%». Причем, должен огорчить тех,
кто рассчитывает на увеличение зоны действия передатчика из-за роста
громкости сигнала, полученной при сжатии его диапазона уровней. Вопервых, реальное увеличение громкости звучания речи не так велико и при
очень большом сжатии просто растут искажения, заставляя применять для
сохранения естественного звучания фильтры «оптимальной обработки речи». Во-вторых, выигрыш можно заметить только при очень высоком уровне
шумов на месте приема (шумы
≥
-15 дБ относительно нормированного
уровня). Т.е. это оправдано только для связных передатчиков, где важно не
качество, а разборчивость сигнала.
Обычно вносимые инерционными АРУР нелинейные искажения несопоставимы с вредом, наносимым, сжатием диапазона уровней сигнала. Компрессоры постоянно работают в режиме «сжатия» и могут существенно изменять динамический рисунок, т.е. распределение уровней звукового давления во времени. Основываясь на результатах многолетних испытаний был
сделан вывод, что речевой компрессор должен иметь время срабатывания
1…5 мс, а время восстановления около 0,3 с. Обычно выбирается сжатие
диапазона уровней сигнала около 10 дБ, что позволяет поддерживать нормированное значение максимальных уровней при значительных изменениях
громкости звучания речи. Почти всегда приходится встраивать в речевой
компрессор шумоподавитель, поскольку «вытягиваются» шумы и «придыхания» дикторов. Время срабатывания лучше проверить, ориентируясь на слух.
Резкое срабатывание АРУР довольно неприятно. На практике лучше всего
это заметно, когда перед микрофоном произносят букву «П».
Авторегулятор с такой же амплитудной характеристикой, но с временем
восстановления 2…4 с, считается классическим ограничителем уровня (ОУР)
, который предназначен для работы в сторожевом режиме, защищая от перегрузки последующие звенья при случайных выбросах сигналов [Л.14]. Эффективность сжатия диапазона уровней сигнала ограничителем будет значительно ниже, но зато меньше и заметность его работы на слух. Обычно в
ограничитель встраивается пикосрезатель, так как на вход передатчика или
УМ не должны проходить даже кратковременные импульсы, превышающие
нормированный уровень сигнала больше, чем на 1,5 дБ [Л.2].
70
Если такой же АРУР сделать еще более инерционным, т.е. увеличить
время срабатывания до 0,2…0,3 с и время восстановления до 8…12 с, то он
практически не будет нарушать динамику музыкальных сигналов [Л.4, Л.22].
Не искажая динамический рисунок сигналов, такой АРУР отлично поддерживает их среднее значение, выступая в роли автостабилизатора уровня (АСТ).
Если АСТ установлен перед ограничителем или компрессором, то он может
достаточно точно поддерживать заданный режим работы последних. Эта
идея использована при разработке АРУР «Норма» (уровнеграмма на
Рис.4.24.б). Вообще «Норма» довольно сложный АРУР, имеющий до 7 регулируемых звеньев в своем составе [Л.30]. При сравнениях с другими АРУР,
работавшими на радио и телевидении, этот авторегулятор предпочитался
экспертами в 76 - 92% случаях. Субъективно – статистические экспертизы
проводились в Москве, Ленинграде, Минске, Вильнюсе и Днепропетровске.
Недостатком этого АРУР является необходимость тщательной настройки
всех звеньев для достижения оптимальных результатов для данных условий.
На уровнеграмме показана работа АРУР, настроенного в «речевой» (Норма
ГР) режим, когда он работал и вместо речевого компрессора и ограничителя.
При работе в «вещательном» режиме АРУР (Норма ВМ) вмешивается в динамику сигналов еще меньше. При начальной регулировке АРУР нельзя забывать о различии времени срабатывания АСТ и ОУР. Профессиональные
измерители уровня имеют время интеграции 5 мс [Л.5] и просто «недопоказывают» короткие выбросы уровня, при которых уже срабатывают ограничитель. Измерители средних значений, нередко используемые в бытовой аппаратуре, имеют время интеграции 200 мс, т.е. близкое к времени срабатывания АСТ. «Недопоказ» у них значительно больше (6 – 8 дБ). Значит, чтобы
автостабилизатор срабатывал, его порог должен быть выбран ниже
(на 5 – 7 дБ) нормированного значения. Т.е. чтобы на реальном сигнале максимальные уровни достигали нормированного значения нужно на тональном
сигнале выставить выходной уровень ниже на эту величину.
Музыкальные компрессоры работают под наблюдением звукорежиссера и
у них предусмотрена возможность оперативного изменения наклона характеристики ограничения и временных параметров. Шумоподавители в них обычно не устанавливают. Известно, что даже опытные звукорежиссеры после
репетиции не могут обеспечить точность ручного регулирования уровней
71
сигналов выше, чем ± 4дБ [Л.23]. А чтобы регулировка проводилась незаметно на слух, приходится проводить ее медленно. В таких случаях авторегулятор, под контролем человека сработает значительно быстрее и незаметнее.
Рассмотрим еще один способ значительно уменьшить вносимые АРУР
нарушения в первичную обработку сигналов. Достаточно время восстановления сделать адаптивным к сигналу и изменять в зависимости от длительности превышения сигналом нормированного уровня. При случайных кратковременных выбросах коэффициент передачи (Кп) АРУР восстанавливается
быстро (за 0,2…0,3 с), но, если превышение будет длиться более 0,3 с, то
время восстановления начинает увеличиваться и может достигать 8…10 с.
Такое случается, если сигналы музыкальной передачи окажутся по каким –
то причинам длительное время очень завышены. Звукорежиссеры считают,
что искажения, вносимые такими авторегуляторами в обработку сигналов,
значительно меньше, чем вносит обычный ограничитель. Но работа последовательно включенных АСТ и компрессора предпочтительнее хотя бы потому, что для каждого звена можно выбирать пороги срабатывания независимо друг от друга и добиваться оптимального режима.
Здесь шла речь о некоторых особенностях работы и настройки автоматических регуляторов уровня звуковых сигналов и их влиянии на качество
звука. Наверное, приборов для оценки качества звука лучше слуха человека
не существует. При прослушиваниях для настройки АРУР «Норма» приглашались звукорежиссеры ГДРЗ и ТТЦ. Им предлагалось выбрать оптимальные режимы и пороги для всех 7 регулируемых звеньев авторегулятора. Настройка занимала 15 – 30 минут, так как сначала еще требовалось разобраться в назначении всех регуляторов. Затем с помощью приборов измерялись и фиксировались все режимы. Оказалось, что расхождения в выбранных порогах не превышало 1 дБ.
Рассмотренные здесь примеры не исчерпывают весь перечень задач,
которые могут решать авторегуляторы.
72
5. Измерители уровня звукового сигнала.
В журнале “Радио” неоднократно приводились описания схем различных
измерителей уровня (ИУ) сигнала. Такое внимание к этой теме не случайно.
В аудиоаппаратуре контроль за уровнями необходим как при записи, так и
воспроизведении звука для получения приемлемого качества. Особенно
опасны даже кратковременные завышенные уровни сигналов в трактах с
аналого – цифровым преобразованием. Заметные искажения возникают и
при перегрузке любого выходного устройства
(УМЗЧ,
радиопередатчика,
магнитофона и т.д.) [Л.34].
К сожалению, в большинстве случаев даже в хорошей звуковой аппаратуре, особенно импортной, зачастую установлены «волюметры», т.е. измерители средних значений. Поскольку время интеграции у них около 2ОО мс,
то они заметно недопоказывают максимальные уровни сигналов и позволяют только в какой-то степени ориентироваться в изменении громкости звучания этих сигналов.
Напомним, что время интеграции - длительность тонального импульса
(радиоимпульса), при которой измеритель уровня показывает значение на 2
дБ ниже показаний на непрерывном гармоническом сигнале, имеющем частоту и амплитуду сигнала заполнения тонального импульса (при измерениях
обычно используется частота заполнения 5 кГц) [Л.5]. Если учесть, что длительность слогов в речевых передачах в среднем около 2ОО мс, то совершенно понятно, что измерители средних значений покажут уровень на 10 - 15
дБ ниже максимального. На музыкальных сигналах погрешность зависит от
характера музыки, но в любом случае, пользуясь такими приборами, невозможно даже примерно судить о наибольших уровнях, а, следовательно,
нельзя правильно осуществлять регулировку и избежать появления искажений в оконечных устройствах. Поскольку считается, что при длительности
сигналов менее 1О мс они воспринимаются просто как трески или щелчки, то
в профессиональных аппаратных применяются квазипиковые ИУ с временем интеграции 5 мс.
73
Рис.5.1
На фото (Рис.5.1) показан двухканальный измеритель уровня «фирмы
РТВ» типа ДИУ-07. Подобных приборов было выпущено свыше 1000 шт
Такие приборы должны показывать значение ниже на 1 (±О,5) дБ нормированного при длительности радиоимпульса 1О мс, на 2 (±1) дБ - при длительности 5 мс и на 4 (±1) дБ - при длительности 3 мс (кривая 1 на Рис.5.2 с
допустимыми отклонениями в виде пунктирных линий). Ясно, что получить
заданную кривую интеграции простыми средствами невозможно.
Рис.5.2
На этом же рисунке приведены еще две кривые заряда времязадающего
конденсатора (2 и 3) с разными постоянными времени
τ
=RC. Из рис.5.2
видно, что, хотя отличие в τ составляет 1,43 раза, обе кривые укладываются
в допуска. Очевидно, что эти приборы будут показывать различную величину максимального уровня сигнала. Поскольку одновременно с зарядом конденсатора происходит его разрядка через резистор разряда и входное сопротивление следующего каскада, то для точного расчета нужно вводить
еще некоторый коэффициент, а также учитывать разброс параметров время-
74
задающих элементов от номинальных значений. На практике оказывается
проще подобрать элементы при настройке, а допустимые отклонения позволяют использовать ИУ по-разному отмечающие наибольшие значения уровней. Чтобы получить одинаковые временные характеристики для двух ИУ,
работающих в блоке на стереофонических сигналах, один из времязадающих
резисторов должен быть подстроечным.
Показания квазипиковых ИУ значительно ближе к пиковым значениям, но
и эта точность контроля часто оказывается недостаточной, тем более что
многие звукорежиссеры и сейчас считают допустимыми превышения номинального значения уровня сигнала при записи до 3-х дБ, забывая, что пиковые уровни могут оказаться выше еще на 8 - 12 дБ. Учитывая, что даже
опытный звукорежиссер после репетиции может поддерживать уровни с погрешностью не менее 4-х дБ [Л.23], оказывается, что даже фондовые фонограммы ГДРЗ (Дома радиовещания и звукозаписи) часто имеют выбросы до
8 - 12 дБ выше нормированного значения. Правда, из-за кратковременности
этих выбросов искажения малозаметны на слух, но лучше применять при
записи автоматические регуляторы уровня (лимиттеры, компрессоры), которые справятся с завышенными уровнями значительно быстрее любого человека. Правда, сами авторегуляторы имеют свои характерные помехи срабатывания и при больших превышениях заметно искажают динамику сигналов, но ведь при записи они работают под контролем человека, который сам
выбирает либо режим сжатия, либо сторожевой режим, контролируя выходной сигнал на слух.
При этом квазипиковый ИУ не всегда показывает превышение входным
сигналом нормированного уровня, т.к. импульс даже длительностью 3 мс занижается на 4 - 5 дБ. В НИЧ МТУСИ (Московского технического университета связи и информатики) был разработан ИУ, имеющий две шкалы со временами интеграции 5 мс и 0,3 мс («ПИУ» - с пиковой шкалой). Его показания
приводили в смущение даже бывалых звукорежиссеров. Выпускались обычные двухканальные ИУ (ДИУ), с коррелометром (КИУ), со спектроанализатором (СИУ), с гониометром и даже с фиксацией времени звучания и времени превышения номинального значения. Сейчас звуковые сигналы обычно
обрабатываются с помощью компьютеров, и изменить динамические характеристики прибора можно достаточно просто программным путем. Но обой-
75
тись без обычных измерителей уровня пока не удается. Удобные в работе,
недорогие ИУ могут быть встроены в самый простой пульт. Современные
микросхемы позволяют значительно упростить схемы ИУ и изготовить их в
любительских условиях.
Профессиональные измерители уровня делятся на два типа. Приборы
первого типа должны иметь большой динамический диапазон - не менее
чем от
- 40 дБ до + 4 дБ и предназначены для оперативного регулирова-
ния уровней. Более простые ИУ второго типа служат для оценки уровней
при эксплуатационном контроле и имеют динамический диапазон измеряемых уровней от -20 дБ до +3 дБ. Время интеграции у них должно быть
одинаковым, а время возврата различно. Чем больше время возврата, тем
более завышенными получаются показания ИУ на сигналах низкого уровня,
следующих после высоких. Время возврата, измеряемое при спаде показаний от 0 на 20 дБ, для приборов первого типа должно составлять от 1,4…2
с, а для второго - 2…4 с. Различие времени возврата у ИУ, работающих в
одном блоке, особенно заметно на глаз, и выравнивание этих характеристик
просто необходимо, тем более что допуски позволяют изменять временные
характеристики в больших пределах.
Точность показаний ИУ также нормирована: номинальный уровень должен устанавливаться с погрешностью не более 0,3 дБ, в диапазоне от -5 дБ
до -20 дБ допускается погрешность 1 дБ, на -30 дБ разрешается ошибка уже
на 2 дБ, а показания в районе -40 дБ могут отличаться на (±3,5) дБ.
На практике даже отвечающие всем требованиям ИУ работают совершенно по-разному. Например, для получения нужного времени возврата ИУ
для разрядки времязадающего конденсатора можно использовать резистор
или стабилизатор тока. Конечно, поставить резистор проще, но в этом случае разряд будет происходить по экспоненте и время горения светодиода,
отмечающего наибольшее значение, будет значительно меньше, чем в случае линейного разряда.
Понятно, что, чем дольше горит светодиод, тем
проще отмечать показания прибора, хотя время разряда до значения 0,1 от
номинального у них одинаково. Из Рис. 5.3 видно, что при стабильном токе
разрядки спад напряжения на конденсаторе (прямая 2) на начальном участке
происходит медленнее, чем при экспоненциально
спадаю-
76
щем токе (кривая 1), и наибольший уровень показаний ИУ можно регистрировать надежнее.
Возникает примерно такая же задача, как при разработке речевых компрессоров, когда для уменьшения нелинейных искажений на низких частотах
требовалось ввести задержку разряда конденсатора, не увеличивая общего
времени восстановления авторегулятора уровня [Л.4]. Для этого можно воспользоваться и приведенной там схемой.
Рис.5.3.
С учетом всего вышеизложенного очевидно, что даже два однотипных
прибора могут в зависимости от настройки отличаться по показаниям. На
практике это оказалось не столь важным, поскольку, даже наблюдая за показаниями одного и того же прибора, несколько человек называли обычно разные значения наибольшего уровня сигналов для фонограммы длительностью всего 3 - 4 минуты.
При рассмотрении схемных решений следует остановиться на наиболее
простых, которые легко повторить в любительских условиях. Для звукоусилительной аппаратуры более интересны ИУ второго типа, так как динамический диапазон до 45 дБ звукорежиссеру важно видеть только при записи
симфонической музыки в профессиональных студиях, но для этих целей
лучше приобрести ИУ заводского изготовления. А при желании можно предусмотреть кнопку для увеличения чувствительности ИУ второго типа на 20
дБ, как это делали в некоторых профессиональных приборах второго типа
для измерения, например, уровня шумов в студии.
Рис.5.4
77
Любой ИУ имеет входное устройство, двухполупериодный детектор, времязадающую цепочку и показывающий прибор (Рис.5.4)..
В качестве входного устройства лучше всего применить операционный
усилитель (ОУ) в дифференциальном включении. Это позволит не заботиться о полярности включения входного кабеля. Если заранее подобрать резисторы для двух нормированных значений входных уровней, то с помощью
тумблера или кнопки легко перейти от одного значения к другому.
Детекторы обязательно выполняются по двухполупериодной схеме.
Очень удобно применить в качестве детектора стереофонических ИУ двухканальную микросхему (МС) типа К157ДА1. Она работает в диапазоне около
50 дБ, позволяя применять ее и в приборах первого типа. Но опыт показывает, что эта МС очень боится нагрева. При неаккуратной пайке может значительно возрасти начальное выходное напряжение, ограничивая тем самым
используемый диапазон измерения. Правда, есть схемы, позволяющие регулировать начальное напряжение [Л.35] и точнее установить нижнее значение показаний ИУ (см. Рис.6 в описании пульта «РТВ – Микро»), но в приборах второго типа это обычно не требуется.
Значит, одинаковые входные устройства, детектор и времязадающие цепочки могут использоваться в разных измерителях уровня, отличающихся
показывающим прибором. К сожалению, большинство показывающих приборов электромеханической системы трудно использовать в квазипиковых приборах из-за их инерционности. Существует даже специальная методика отбора подходящих экземпляров измерительных головок. В какой-то мере это
объясняет широкое распространение ИУ средних значений, для которых таких ограничений нет. Зато никаких сложностей не возникает при применении безынерционных (газоразрядных, осциллографических или светодиодных) показывающих приборов. Одно время были очень распространены ИУ
на линейных газоразрядных индикаторах типа ИН13, но они имеют напряжение горения 105 В, что не всегда удобно, а оранжево-красное свечение довольно неприятно. Поэтому сейчас наиболее широко распространены светодиодные ИУ. И цвет, и яркость свечения любого участка шкалы можно
легко подбирать по своему вкусу, а количество светодиодов может обеспечить требуемую точность и длину шкалы. Проводившиеся ранее во ВНИИТР
исследования показали, что для звукорежиссеров наиболее удобна шкала
78
длиною 160 - 200 мм. Иногда встречаются ИУ со светодиодами большого
диаметра и с более длинной шкалой, но у профессионалов они не вызывают энтузиазма из-за излишнего утомления глаз при работе за микшерным
пультом.
На Рис.5.5 показана схема простого квазипикового измерителя уровня с
параметрами, близкими к требуемым для приборов второго типа. Можно, конечно, увеличить количество светодиодов шкалы и, соответственно, компараторов и
обеспечить требуемую погрешность, но вряд ли такое усложне-
ние схемы оправдано.
Для ОУ входных каскадов с симметричным входом (DA1.1, DA1.2) установлено единичное усиление, так как в профессиональной аппаратуре часто
применяется в качестве номинального значение 1,55 В (+6 дБн), а используемая в качестве детектора МС К157ДА1 сама усиливает сигнал в 7 - 10 раз.
Чтобы увеличить чувствительность ИУ нужно пропорционально увеличить
сопротивление резисторов R6 и R8 (R7 и R5). В приборе можно использовать
четырехканальные ОУ с полевыми транзисторами на входе: TL074, TL084,
LF444 или К1401УД4. Параметры ИУ сохраняются, может только в небольших пределах изменяться ток потребления.
Рис.5.5
79
В качестве детектора можно применить и МС типа SSM-2110, которая
позволяет при разном включении показывать и пиковые и среднеквадратические значения и логарифмические и линейные. Работает она в динамическом диапазоне 100 дБ, но вряд ли целесообразно ставить в простые ИУ эту
дорогую одноканальную (корпус DIP-18) МС.
После детектора сигнал должен подаваться на измерительный прибор
через времязадающую цепочку, обеспечивающую требуемые динамические
характеристики ИУ. При расчетах необходимо учитывать и выходное сопротивление детектора, и входное сопротивление показывающего прибора. Для
детектора К157ДА1 выходное сопротивление около 1 кОм, а показывающие
приборы могут иметь самые различные входные сопротивления. Показанная
на схеме МС типа LM3914, представляющая собой десятиразрядный усилитель индикации с линейной шкалой, имеет Rвх = 120 кОм. Такое соотношение входного и выходного сопротивлений не позволит получить нужные динамические характеристики у ИУ и требует установки после детектора повторителя напряжения с высоким входным
сопротивлением. Повторители
DA1.3 (DA1.4) на ОУ с полевыми транзисторами на входе практически полностью исключают влияние на разряд С15 и С16 входного сопротивления DA5
и DA6. Кроме того, в цепи разрядки вместо резисторов использованы стабилизаторы тока на ПТ типа КП103Е. Применение счетверенных ОУ позволяет
использовать два из них во входных каскадах, а два - в повторителях напряжения и собрать весь двухканальный ИУ (без показывающего прибора)
всего на двух МС.
Показывающие приборы на светодиодах, проще всего выполнить, если
использовать АЦП на счетверенных компараторах или ОУ в режиме компараторов. В этой роли хорошо работают недорогие, широкораспространенные МС типа 1401УД2 или LM324. Подавая положительное стабилизированное напряжение с резисторного делителя на инвертирующие входы ОУ можно задать любую шкалу прибора. Если с выхода УПТ сигнал поступит на
неинвертирующие входы, то при превышении опорного напряжения компараторы будут срабатывать, зажигая светодиоды. Но такая схема требует резисторный делитель, резисторы, ограничивающий ток через светодиоды (определяющих яркость их свечения) и число компараторов должно соответствовать числу разрядов шкалы. В общем, это схемы известные (см. Рис.6 в
80
описании пульта «РТВ - Микро») и довольно громоздкие, а значительно упростить их можно, применив специальные МС. Довольно хорошо известны
МС К1003ПП1 (А277 или UAA277), которые представляют собой аналогокодовый преобразователи для высвечивания столбика на шкале из 12 светодиодов. Эти микросхемы осуществляют линейное управление и шкала получается не очень удобной, а когда горят все светодиоды, потребляется
довольно большой ток. Более интересны микросхемы типа LM3914, LM3915,
LM3916.
Различие этих МС в том, что первая из них предназначена для построения измерителей с линейной шкалой, и все резисторы ее встроенного делителя имеют одинаковое сопротивление. У микросхемы LM3915 делитель
рассчитан так, что включение каждого последующего светодиода происходит
при увеличении напряжения входного сигнала в 1,41 раза (на 3 дБ), т.е. шкала линейно - логарифмическая. Микросхема LM3916 специально предназначена для контроля уровня аудиосигналов [Л.36]. Соответствия элементов индикации пороговым значениям напряжения сигнала и его уровням для этих
микросхем сведены в таблицу.
Достоинством их является возможность быстрого переключения с непрерывного свечения шкалы на дискретное, для чего достаточно подать
напряжение +Up на 9 ножку МС или снять его (соединить точки “a” и “b” на
плате или разъединить их). Многие считают, что при одном светящемся светодиоде даже удобнее наблюдать за показаниями ИУ. Но это определяется
не только вкусом, но и конструкцией ИУ и типом выбранных светодиодов.
Например, светодиоды типа КИПМО лучше смотрятся, когда работают как
непрерывный столбик, а круглые светодиоды неплохо выглядят и зажигаясь
по одному. К тому же эта МС проще в разводке платы и работает при +Up от
81
4,5В до 15 В. Шкала получается очень удобной и уменьшение её на два разряда практически не сказывается на точности показаний прибора.
При желании можно усложнить прибор, сделав автоматический переход с
одиночного свечения на столбик при перегрузке. Нужно только не забыть, что
когда зажигаются все светодиоды, потребляемый ИУ ток от источника +Up
резко возрастает. Во многих случаях, если ИУ встраиваются в готовую конструкцию, например, в каждый канал микшерного пульта, то измерительную
часть подключают к общему блоку питания, а для питания показывающих
приборов используют отдельную низковольтную обмотку трансформатора и
стабилизатор напряжения с большим током. Это позволяет избежать проникновения помех от работы преобразователя и уменьшить потери на резисторах, ограничивающих ток через светодиоды. На рассматриваемой схеме
используется общий стабилизатор напряжения и от источника “- Up” потребляется значительно меньший ток, чем от “+Up”, особенно, если светодиоды
будут зажигаться столбиком. Поэтому МС стабилизаторов напряжения можно устанавливать разные (для “-Up” с меньшим током типа 79LOхх, а для
“+Up” - LM78хх). Допускается использование любого напряжения от (±6В) до
(±15В). Яркость свечения светодиодов можно изменить выбором сопротивления резисторов R17 и R19. Ток светодиода Iсв (мА) = 12,5 / R17.
Но иногда требуется еще более простой измеритель. Поскольку на его
характеристики никакие требования не распространяются, то правильнее называть его «индикатором». На Рис.5.6 показан фрагмент схемы блока, в котором в качестве показывающего прибора использована МС типа AN6884
(BA6124).
Эта МС представляет собой пятиразрядный усилитель индикации с непрерывной логарифмической шкалой. Если использовать две последовательно включенные МС, получается диапазон около 3О дБ с шагом примерно 3 дБ. Подкупает удобство использования для разводки платы корпусов
SIL с 9 выводами.
82
Рис.5.6
Диапазон питающих напряжений для этой МС от 3,5В до 13В. Величина
резисторов, ограничивающих ток через светодиоды, выбирается исходя из
используемого напряжения питания, требуемой яркости свечения и типа светодиодов. На приведенной схеме также показано включение детектора DA4
К157ДА1 при однополярном питании.
Контролировать режим работы компрессора можно с помощью подключенного к его входу индикатора на двухцветном светодиоде. Зачастую, изменение цвета информативнее переключения светодиодов, да и места на лицевой панели один светодиод занимает меньше. На фрагменте схемы
Рис.5.7 приведен показывающий прибор квазипикового четырехуровневого
индикатора уровня входного сигнала, собранного на двухцветном светодиоде VD2 и МС LM324.
Резисторы делителя выбраны так, чтобы при уровнях сигнала ниже нормированного значения примерно в два раза светодиод загорался зеленым
цветом, а при достижении номинального уровня цвет свечения меняется
на желтый, и сохранял этот цвет до того момента, пока сигнал увеличивался
не более чем в 1,1 раза. При дальнейшем увеличении входного сигнала индикатор светится оранжевым цветом, сигнализируя о работе компрессора в
режиме сжатия. При превышении входным сигналом нормированного значения примерно в 3 - 4 раза цвет cвечения меняется на красный.
83
Рис.5.7
Еще более простые индикаторы могут показывать момент достижения
сигналом нормированного значения. Обычно это просто компараторы со светодиодом в качестве нагрузки.
Рассмотренная ранее схема ИУ обеспечивает его параметры, близкие
к требуемым для профессиональных приборов второго типа (диапазон до –
20 дБ). Но иногда, например, в домашних студиях желательно иметь более
широкий диапазон измерений. Профессиональная аппаратура имеет значительные габариты и довольно дорогая, хотя размеры определяются, в основном, удобством работы с ней. В результате проводившихся во ВНИИТРе
(ВНИИ телевидения и радиовещания) исследований, установлено, что для
звукорежиссеров наиболее удобна шкала длиною 16О - 2ОО мм. Разработанный «фирмой «РТВ» (Рис.5.1) светодиодный измеритель уровня первого
типа («ДИУ» - двухканальный) имеют шкалу длиною 180 мм, состоящую из 32
светодиодов. Его габаритные размеры 290х165х44 мм. Но для любительской аппаратуры вряд ли потребуется такая точность. Несколько снизив требования к точности шкалы, можно, используя современные микросхемы,
сделать достаточно простой и небольшой прибор с основными характеристиками, близкими к параметрам ИУ первого типа. На Рис.5.8 показана фотография такого измерителя уровня. К достоинствам его можно отнести и возможность питания от любого однополярного источника, обеспечивающего
напряжение +12…+15 В (можно нестабилизированного). Габаритные размеры 75х80х40 мм. Для обеспечения интервалов градаций шкалы, полностью
84
соответствующих стандарту, нужно заменить индикаторную часть ИУ на АЦП
собранный, на счетверенных ОУ или компараторах. Для этого хорошо подходят недорогие МС типа LM324. Подавая на инвертирующие входы ОУ различные значения положительного стабилизированного напряжения с резисторного делителя можно задать любую шкалу прибора. Для расчета делителя достаточно знать закон Ома. Конечно, и размеры и сложность такого
прибора значительно вырастут.
Рис.5.8
Принципиальная схема стереофонического измерителя уровня с диапазоном измеряемых уровней сигнала от +3 дБ до – 40 дБ приведена на
Рис.5.9 [Л.37]. Схема напоминает рассмотренную ранее, но имеет некоторые
отличия. Вход обоих каналов несимметричный, что позволяет подавать стереофонический сигнал на прибор через обычный разъем Х2 типа JACK- 6,3.
Номинальное напряжение сигнала – 0,775 В. Устанавливается оно с помощью подстроечных резисторов R5 и R6. Но можно поставить дополнительно
тумблер и оперативно переключать нормированное значение входного напряжения, подобрав величины резисторов R1,R3 и R2,R4. В приборе использован счетверенный операционный усилитель (ОУ) DA1 с полевыми транзисторами на входе типа TLO74 или TLO84. Высокое входное сопротивление
позволяет устанавливать ОУ не только во входных каскадах (DA1.1,DA1.2),
но и в повторителях напряжения DA1.3, DA1.4, чтобы исключить влияние индикаторной части ИУ на параметры его времязадающих цепочек (R14 – R16,
C16, VT1 и R22 – R24, C17, VT2). В приборе применен импульсный инвертор
напряжения DA4 типа CPA7660 (аналоги JCL7660, MAX1044), который необ-
85
ходим для получения двухполярного напряжения питания микросхемы
К157ДА1; это обеспечило точность выпрямленного напряжения в диапазоне
входных сигналов более 40 дБ. Инвертор может работать в диапазоне от 1,5
В до 10 В и имеет КПД 98%. В аппаратуре с очень чувствительными (микрофонными) каналами применять такие инверторы нежелательно из-за наводок от импульсного преобразователя. Положительное напряжение питания
стабилизируется микросхемой DA3 типа КР142ЕН8А. На ее выходе напряжение равно Uр= +9 В, а на выходе DA4 несколько ниже - Up= -8,64 В. Для однополярного питания индикаторов оказалось удобнее использовать отдельный стабилизатор напряжения DA2 (КР142Н5Б). Ведь через линейные шкалы
каналов может протекать довольно значительный ток, что приводит к нагреванию корпусов микросхем. По этой же причине не следует подавать на ИУ
излишне высокое питающее напряжение от сетевого адаптера. В качестве
теплоотвода МС DA2 используется корпус ИУ, при этом решается вопрос с
креплением платы к корпусу.
Рис.5.9
86
Для регулировки начального напряжения на выходе выпрямителя DA5
используются подстроечные резисторы R13, R10 [Л.32]. С их помощью устанавливается порог зажигания светодиода, соответствующего значению «-40
дБ». Поскольку отрицательное напряжение питания несколько ниже положительного, то пришлось величины резисторов R12 и R13 выбрать равными
13кОм, а R7 и R8 по 12кОм.
С микросхемами LM3915 и LM3016 получилась довольно удобная шкала
измерителя от -40 дБ до +3 дБ. В качестве показывающего прибора использованы линейные шкалы типа DC-10GWH и DC- 7G3HWA. Первая состоит из
10 светодиодов зеленого цвета, а у второй - три верхних светодиода красного цвета. Эти светодиоды отмечают превышение нормированного значения
уровня на +1, +2 и +3 дБ. Конечно, ничто не мешает собрать шкалу из обычных светодиодов любого цвета. Яркость свечения светодиодов зависит от
протекающего через них тока и определяется выбором величины резисторов
R17 и R18 (R26, R27). Ток Iсв [мА] = 12,5 / R17 [кОм]. Самые нижние светодиоды линейной шкалы используются как индикаторы включения прибора.
Подстроечные резисторы R20 и R29 нужны для согласования перехода от –
13 дБ [высший уровень для МС DA6 (DA8)] до – 10 дБ [низший уровень для
DA7 (DA9)].
Все подстроечные резисторы типа СП3-19а. Оксидные конденсаторы,
кроме С3, рассчитаны на рабочее напряжение не менее 10 В, а С3 – на 25 В.
Из остальных конденсаторов только С16 и С17 должны иметь малый ТКЕ
(группы NPO), поскольку они работают во времязадающих цепях.
Измеритель уровня собран на двух платах. Нижняя плата (Рис.5.10,
5.10а) является основной, поскольку на ней размещены входной разъем Х2,
разъем питания Х1 типа К375А (DJK-02A) или К375В (DJK-02B), все стабилизаторы, усилители и детекторы для двух каналов, а также индикаторы одного
из каналов. На второй плате (Рис.5.11) монтируется только показывающий
прибор второго канала и стабилизатор тока его времязадающей цепи.
87
Рис.5.10
Платы скреплены между собою через стойки и, линейные индикаторы
расположены рядом, поэтому удобно подстроить время возврата второго канала под первый.
Рис.5.10 а.
Регулировка измерителя уровня сводится к установке нормированного
входного напряжения с помощью R5 и R6 (с точностью ±0,3 дБ) и установке
порога срабатывания значения «-40 дБ» в обоих каналах (R10, R13). Затем
сопрягаются переходы от «-13 дБ» до «-10дБ» (R20, R29) и проверяется
88
точность показаний ИУ во всем диапазоне уровней. Точная настройка динамических характеристик возможна только при наличии генератора тональных
импульсов [Л.42]. Подавая радиоимпульсы длительностью 10мс, подбором
величины резисторов R14 и R22 добиваются, чтобы вспыхивали светодиоды
до значения «-1дБ». Этого вполне достаточно для установки времени интеграции ИУ. Вторую точку настройки (для 5 мс) проверить не удастся, поскольку значение «-2 дБ» на шкале отсутствует. Затем подстроечным резистором R16 устанавливают время возврата для первого канала ИУ. После
прекращения импульса спад показаний прибора от «0 дБ» до «-20 дБ» должен проходить за 1,4 – 2с. Во втором канале с помощью подстроечного резистора R24 добиваются такого же время спада. Поскольку линейные индикаторы размещены рядом, различие во времени возврата каналов очень заметно на глаз.
Рис.5.11
Приведенные здесь данные позволят представить себе как должен работать ИУ в соответствии с требованиями ГОСТа и международными рекомендациями и дают возможность не просто повторить конструкцию, но выбрать вариант в соответствии со своим вкусом и назначением прибора.
6.
АУДИОМЕТР
Этот прибор, разработанный в Московском Техническом Университете Связи и
Информатики (МТУСИ) [Л.39] , позволяет получить объективную оценку эффектив-
89
ности работы автоматических регуляторов уровня (АРУР) и ряда других устройств
обработки звука. Вообще «аудиометрами» называли устройства для измерения
громкости звука, но это не очень реальная задача, поскольку нужно учесть не только
мощность звука, но и распределение энергии по спектру, свойства слуха человека,
акустические характеристики помещения и т.п. Описываемый прибор сравнивает аудиосигналы на входе и выходе устройства обработки или канала передачи и оценивает их как разницу как изменение громкости звука.
Обычный вольтметр для этих целей непригоден не только потому, что нормированное значение входного и выходного напряжение могут значительно различаться,
но и из-за его динамических характеристик [Л.34]. Поэтому для измерений звуковых
сигналов используются измерители уровня (ИУ). Прежде всего, нужно сказать, что
под «уровнем» звукового сигнала понимают выраженное в логарифмическом масштабе отношение двух величин. Уровни сигналов измеряют в дБ (децибелах), сравнивая их чаще всего по напряжению: N = 20 lg (U2 / U1). Понятно, что значение самого напряжения здесь не очень важно. Например, на входе усилителя нормированное
значение может быть десятые доли вольта, а на его выходе - несколько вольт. На
уровнях сигналов это никак не скажется, поскольку они оцениваются относительно
нормированного значения.
Если же уровень определяется относительно значения 0,775 В, то он называется
«абсолютным». (0,775 В соответствует мощности 1 мВт на нагрузке сопротивлением
600 Ом). При построении диаграмм уровней (например, в тракте микшерного пульта)
чаще всего используется абсолютный электрический уровень по напряжению. Тогда
вместо обозначения «дБ» применяют обозначение «дБн» (dBu).
Результаты измерений очень зависят от динамических характеристик самого
измерителя. Если в сигналах присутствуют короткие импульсы длительностью 5
…10 мс, то из-за своей инерционности обычный вольтметр либо просто не успеет на
них среагировать, либо покажет значительно меньшее значение. Измерители уровня имеют нормированные динамические параметры: время интеграции и время возврата. На практике, в основном, используются квазипиковые измерители и измерители средних значений. Для квазипиковых приборов время интеграции равно 5 мс.
Время интеграции - длительность тонального импульса, при котором измеритель
уровня показывает значение на 2 дБ ниже его амплитудного значения. Для измерителей средних значений время интеграции и время возврата приняты равными 200
мс. Значит, импульс длительностью 10 мс будет отмечаться квазипиковым прибо-
90
ром, заниженным всего на 1 дБ, а измерителем средних значений - на 6…8 дБ
меньше. На реальном сигнале различие в их показаниях могут достигать 12....14 дБ.
Квазипиковые приборы нужны, чтобы контролировать максимальные уровни сигналов. Ведь малейшие превышения входного нормированного уровня приведут к перегрузке и появлению больших искажений в оконечном устройстве (например, усилителе звуковой частоты). В свою очередь, по показаниям измерителей средних
значений значительно точнее можно судить об изменении громкости звука, но короткие выбросы они могут и не отметить.
Известно, что невозможно донести от исполнителей до слушателей звуковой
сигнал без всяких изменений. В первую очередь приходится сжимать диапазон
уровней сигналов. Максимальные уровни должны достигать нормированного значения, а вот низкие уровни сигналов поднимаются. При этом разница между высокими
и низкими уровнями уменьшается, т.е. происходит сжатие диапазона уровней сигнала. При сжатии диапазона уровней повышается мощность сигналов, а, следовательно, и громкость их звучания. Первичной обработкой музыкальных сигналов занимаются звукорежиссеры. Рассматривать работу звукорежиссеров не имеет смысла, поскольку только регулировкой уровней их работа далеко не ограничивается и
им приходится решать еще множество творческих задач, чтобы донести до слушателей основные достоинства произведения. Но в некоторых случаях, например, на
речевых передачах информационного характера, с обработкой сигналов значительно лучше человека могут справиться автоматические регуляторы уровня [Л.4]. Здесь
на первый план выходит разборчивость. Речь должна звучать громко и разборчиво.
Без вмешательства человека, АРУР должен точно поддерживать нормированное
значение максимальных уровней и сжимать их динамический диапазон для повышения громкости звучания. Чрезмерно большое сжатие (более чем на 10…12 дБ)
может привести к изменению тембра звучания и появлению «бубнения», хотя ощутимого прироста громкости при этом не происходит. Максимальные уровни сигнала
изменяться не должны, а вот показания ИУ средних значений при сжатии диапазона
уровней увеличиваются. При этом различие в средних уровнях примерно соответствуют изменению громкости звучания сигнала.
Для обработки звуковых сигналов применяются только инерционные АРУР. Для
сжатия диапазона уровней применяются компрессоры (сжиматели) или лимиттеры
(ограничители), а для расширения диапазона - экспандеры (расширители). Инерци-
91
онные авторегуляторы в большинстве случаев имеют время срабатывания 1…5 мс
и обязательно отреагируют на короткие выбросы, если их амплитуда превышает
порог срабатывания АРУР. Вот это обстоятельство и позволяет использовать авторегуляторы для поддержания максимальных значений уровня сигнала и для сжатия
их диапазона уровней. Если на их вход подать сигналы с завышенными на 6…10 дБ
уровнями (относительно порога срабатывания), то наибольшие уровни, превышающие порог срабатывания, будут снижены до нормированного значения, а более низкие уровни пройдут без изменений.
Динамический диапазон уровней определяется как разность максимального и
минимального уровней - D = Nmax – Nmin, но показания низших значений уровней
будут несколько различны, в зависимости от времени возврата измерителя (1,7 ± 0,3
с) и правильнее все-таки говорить о диапазоне уровней. Если предварительное
усиление сигналов на входе АРУР увеличить до 12…18 дБ, то соответственно возрастет и сжатие диапазона уровней сигналов. Понятно, что более «плотный» сигнал
имеет большую энергию, а, следовательно, и громкость звучания. Но следует помнить, что авторегуляторы инерционны: при срабатывании коэффициент передачи
(Кп) у них снижается быстро, но к первоначальному значению он вернется только
через какое-то время
(время восстановления). Значит, если сразу за высокими
уровнями идут низкие, то они также, пока полностью не восстановится Кп, будут несколько занижаться. Чем больше время восстановления АРУР, тем менее эффективно он будет сжимать сигналы.
Нужно иметь в виду, что вносимые авторегулятором искажения в динамический
рисунок сигналов пропорциональны эффективности сжатия диапазона уровней. Современные инерционные АРУР имеют очень небольшие нелинейные искажения, но
искажения динамики музыкальных произведений доставляют гораздо больше неприятностей. Дополнительное сжатие диапазона уровней после звукорежиссерской
обработки крайне нежелательно. При выборе оптимального времени восстановления для каждого случая приходится находить компромиссные решения. На выходе каналов передачи перед мощными оконечными устройствами АРУР должны
использоваться в сторожевом режиме, т.е. срабатывать только на случайных редких
выбросах сигналов, защищая от перегрузки последующие звенья. Чтобы их работа
была не очень заметна на слух, время восстановления выбирается равным
при-
мерно 2 …4 с. Такие АРУР называют ограничителями или лимиттерами. На рече-
92
вых информационных передачах авторегуляторы работают в режиме сжатия диапазона уровней. Для повышения эффективности сжатия время восстановления у них
уменьшено до 0,3 с. Эти авторегуляторы называют речевыми сжимателями или
компрессорами. Нужно иметь в виду, что сигнал после сжатия диапазона уровней
можно восстановить с помощью расширителя (экспандера). Экспандер снижает
энергию сигнала, т.е. его громкость. Если включить в начале канала передачи сигналов компрессор, на выходе - экспандер, то получим компандерную систему. Ее разновидностью можно считать систему Долби. Если в канале передачи присутствуют
шумы с высоким уровнем, то компандерная система дает как бы "отрыв" от них.
И, наконец, если время восстановления выбрать очень большим (8 …12 с), то
авторегулятор практически не будет вносить никаких искажений в динамику сигналов. Если у такого АРУР выбрать такое же время срабатывания как у измерителя
средних значений, то он будет поддерживать средние значения уровня сигнала. Такой авторегулятор назван автостабилизатором (ACT) уровня. Если поставить ACT
перед компрессором, то он будет довольно точно обеспечивать постоянный диапазон сжатия, поддерживая одинаковую громкость звучания сигнала на выходе [Л.40].
Оценить эффективность работы авторегулятора довольно сложно, поскольку
необходимо проводить постоянное сравнение сигнала на его входе и выходе. При
исследованиях, проведенных в МЭИС, применялись измерители относительной
средней мощности (ОСМ). Относительной средней мощностью называется отношение измеренной мощности сигнала Р за заданное время к мощности синусоидального сигнала Рсин с напряжением, равным наибольшему напряжению звукового
сигнала за время усреднения Ротн = Р / Рсин [Л.41]. Изменение ОСМ соответствует
изменению громкости сигнала и дает объективное представление об эффективности работы авторегулятора и о величине искажений, вносимых им в динамику сигналов. К сожалению, на практике довольно трудно отслеживать наибольшее напряжение.
В некоторых учебных пособиях авторы предлагали использовать вместо наибольшего номинальное напряжение, но тогда ОСМ будет зависеть от уровня самого сигнала и неясно, что же будет в результате измерено. При измерениях в реальных условиях приходилось непрерывно контролировать уровни сигналов и только около 40% показаний измерителя ОСМ засчитывалось. Все эти сложности привели к тому, что на практике измерители ОСМ не прижились, но зато появились
со-
93
общения
об
измерениях,
достоверность
которых
вызывает сомнение. На-
пример, увеличение ОСМ речевого сигнала одним из АРУР на 350 – 450% вряд ли
возможно. Обычно, рост ОСМ речевых сигналов редко превышает 3 дБ (до 2 раз). К
тому же отмечалось увеличение ОСМ сигналов художественных программ на 70 –
90%, хотя это совершенно недопустимо из – за нарушений динамического рисунка.
Главное, что эта дополнительная обработка имеет смысл только в случае, если
уровни шума всего на 15…20 дБ ниже нормированного уровня полезного сигнала.
При более низких уровнях шумов любая обработка сигналов на их разборчивости не
сказывается, но качество их звучания может заметно снижаться.
Для получения полного представления об изменениях в обработке сигналов,
вносимых каким – то устройством, приходилось измерять их ОСМ одновременно на
входе и выходе этого устройства и одновременно записывать уровнеграммы с помощью самописца, имеющего динамические характеристики квазипикового измерителя уровня. Из сравнения уровнеграмм было видно вносимое устройством нарушение в динамику сигналов, а изменение ОСМ давало полное представление об
изменении их громкости звучания. Конечно, это возможно только при проведении
лабораторных исследований.
Но ранее говорилось, что довольно точное представление об изменении мощности сигнала, а, следовательно, и его громкости можно получить, сравнивая изменение его среднего уровня, если квазипиковые значения остаются одинаковыми. Разность максимальных и средних уровней называют пикфактором. Измениться он может только в результате сжатия или расширения диапазона уровней сигналов.
На основании этих соображений специально для лабораторных работ был разработан прибор, условно названный «АUDIOMETER» [Л.39] (Рис.6.1). Вообще, «аудиометром» называли устройство для измерения громкости звука. Возможно, такой
прибор представляет интерес и для радиолюбителей, так как схема его довольно
простая, а с его помощью можно объективно оценить не только эффективность работы отдельных устройств и каналов передачи, но и вносимые ими искажения в динамику сигналов.
Аудиометр состоит из двух ИУ средних значений, показания которых выведены на одну измерительную головку магнитоэлектрического типа М906 со шкалой 100
– 0 – 100 мкА (или М24 со шкалой 50 – 0 – 50 мкА). Если сигнал присутствует только
на первом входе, то стрелка отклоняется только влево от нуля, а если только на втором - вправо. Если же сигнал подать на оба входа, то стрелка покажет различие
94
средних уровней сигналов. Если на левый вход подается сигнал со входа АРУР, а на
правый – с выхода, то при равенстве максимальных уровней показания прибора будут примерно соответствовать изменению громкости сигнала.
Чтобы следить за максимальными уровнями, каждый канал прибора имеет в
своем составе индикатор квазипиковых уровней. Условно можно считать, что, если
средние уровни различаются менее чем на 2 дБ, то АРУР работает в сторожевом
режиме и его работа мало заметна на слух.
Рост среднего уровня наблюдается при сжатии диапазона уровней сигнала, а
снижение – при расширении.
Рис.6.1
На Рис.6.2 приведена функциональная схема прибора.
Рис.6.2
95
Прибор имеет два идентичных канала, на которые сигналы подают с входа и выхода авторегулятора уровня через разъемы Х1 (INPUT1) и X2
(INPUT2). В каждом из каналов после преобразования переменного напряжения по модулю в U1 и U2 диоды VD1, VD2 детектируют сигнал, уровень
которого одновременно оценивается измерителями квазипиковых и средних
значений. Четырехуровневые светодиодные квазипиковые измерители позволяют достаточно точно поддерживать максимальные значения сигнала
на нормированном уровне. Начальные установочные уровни входных сигналов следует выставить с помощью потенциометров R1и R2, ориентируясь на
показания квазипиковых измерителей уровня. Интегрирующие цепи U5 и U6
определяют временные параметры прибора, соответствующие характеристикам измерителя средних значений. Затем сигналы двух каналов подаются на два входа дифференциального усилителя и «вычитаются» друг из друга.
В микроамперметре РА1 равное нулю значение соответствует середине
шкалы. Когда сигнал подается на один вход удобно наблюдать за отличием
пиков от среднего значения, т.е. за пикфактором различных сигналов. Если
сигналы с входа и выхода АРУР поданы на оба входа, показания прибора
будут соответствовать различию их среднего уровня. При равенстве максимальных уровней различие в средних уровнях примерно будет соответствовать изменению громкости. С выхода АРУР сигнал лучше подавать на правый канал прибора, тогда прирост среднего уровня будет соответствовать
«+» на шкале прибора, а снижение – «-». При определении изменения громкости лучше подключить тумблером SA1 дополнительную интегрирующую
цепь с постоянной времени 1 с, так как слух человека инерционен и должен
адаптироваться к какому-то среднему значению громкости. Если прибор используется в качестве ИУ средних значений, время восстановления должно
быть равно 0,2 с. Принципиальная схема прибора «AUDIOMЕTER» показана
на Рис.6.3.
Прибор получился относительно простой; в измерителях уровня работают всего четыре микросхемы. Двухканальный преобразователь напряжения
по модулю выполнен на микросхеме К157ДА1, а в качестве усилителей использованы четыре ОУ микросхемы DA1 (TL074 или TL084). Компараторы
DA3, DA4 четырехуровневой светодиодной шкалы выполнены на ОУ микро-
96
схем LM324 с однополярным питанием. Светодиоды HL1, HL5 – красного
цвета, HL3, HL6 – желтого, а HL3, HL4, HL7 и HL8 – зеленого.
Этого достаточно, чтобы отслеживать уровни сигналов в области нормированных значений.
Рис.6.3
Блок питания никаких особенностей не имеет. Диоды VD4, VD5 – 1N5397
или серии КД212, выпрямительный мост VD3 – DB101 или DB102. Оксидные конденсаторы – на напряжение 25 В. Для удобства работы в прибор
включен маломощный усилитель звуковой частоты (DA8), собранный на
микросхеме
KA220, с громкоговорителем, позволяющим одновременно с
визуальным контролем уровня сигналов прослушивать их на входе второго
канала прибора. Можно даже услышать искажения, вносимые АРУР.
На Рис.6.4 показан новая шкала микроамперметра.
Прибор позволяет объективно оценить эффективность сжатия диапазона
уровней сигналов различными АРУР и в разных режимах, а также допустимость вносимых ими искажений в динамику сигналов. Если включить «аудиометр», например, на выход аппаратной, а второй канал – на вход пере-
97
датчика, то можно видеть все нарушения обработки сигнала, которые вносятся аппаратурой канала передачи. Конечно, и здесь требуется следить за
максимальными уровнями, но если потребуется применить подобный прибор для эксплуатационных измерений, то это не очень сложная задача.
Рис.6.4
Прибор просто нужно дополнить регулируемыми звеньями (автостабилизаторами уровня) в обоих каналах, управляемыми сигналом с выходов
детекторов квазипиковых измерителей. Тогда отпадет необходимость следить за максимальными уровнями, поскольку калибровка будет производиться автоматически. Но, чтобы эти звенья сами не влияли на результаты измерений, они должны иметь существенно большее время восстановления. Установив на выходе АЦП, можно передавать сигнал с него в цифровой форме
на любое внешнее устройство контроля.
7. Устройства для борьбы с акустической обратной связью.
При звукоусилении обычно самые большие неприятности доставляет
возникновение акустической обратной связи («feedback») и борьбе с нею огромное посвящено огромное количество публикаций. Для подавления этого
эффекта существует множество устройств, имеющих свои недостатки и достоинства. Но было бы странно рекомендовать установку в простой люби-
98
тельский пульт дорогостоящих цифровых фильтров или устройства сдвига
спектра частот. Поэтому рассмотрим более простые варианты. Считается,
что чаще всего завязка возникает в диапазоне частот от 125 Гц до 4 кГц. Понятно, что для того, чтобы сорвать генерацию, необходимо либо уменьшить
усиление, либо изменить фазу сигнала. При снижении общего усиления теряется смысл самого звукоусиления. Можно применить простой пороговый
шумоподавитель и уменьшить усиление только сигналов с низким уровнем,
но этот способ применим, если нужно усилить голос только одного человека.
Но звуки, источники которых находятся дальше от микрофона, будут «откусываться». Далеко не всегда это допустимо. Значит, нужно снижать усиление
сигнала только на той частоте, на которой возникла завязка. Это можно сделать с помощью перестраиваемых режекторных фильтров. Причем, чтобы не
вносить заметных частотных искажений в сигнал, заграждающие фильтры
должны быть узкополосными. Считается, что «вырезание» полосы частот из
спектра сигнала шириною менее 0,1 октавы совсем незаметно даже при прослушивании симфонической музыки, а на речи вполне допустимо увеличить
эту полосу до 0,2 – 0,3 октавы. На практике с такой задачей успешно справляются третьоктавные графические зквалайзеры, но уж очень они громоздки. Значительно удобнее использовать параметрические эквалайзеры или
узкополосные перестраиваемые режекторные фильтры. Обычно узкополосные фильтры имеют очень большое затухание на частоте настройки, но из
их амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) следует (кривая 1 на Рис 7.1.),
что уменьшение усиления на 4 – 5 дБ происходит при довольно широкой полосе, а это уже наносит заметный ущерб качеству звучания.
Рис.7.1
Вместе с тем, для устранения завязки совсем нет необходимости вносить большое затухание. Поэтому при работе можно не использовать часть
99
АЧХ режекторного фильтра. Если в верхней части частотной характеристики
фильтра «отрезать» 20 – 30 дБ, то и полоса режекции станет очень узкой и
затухание, вносимое фильтром, остается вполне достаточным. Проще всего
такую задачу решить, если вместо фильтра использовать перестраиваемый
узкополосный усилитель и в нужной пропорции сигнал с него в противофазе
смешать (суммировать) с основным сигналом. Эта «пропорция» и обеспечит
использование нужной части АЧХ. Кривая 2 на Рис. 7.1 показывает АЧХ узкополосного усилителя, настроенного на частоту 100 Гц, а кривая 3 соответствует характеристике фильтра, снятой на выходе сумматора.
В блоке используется два таких фильтра (Рис.7.2), собранных на микросхемах DA2 и DA3. Схемы совершенно одинаковы и отличаются только
номиналами конденсаторов С15,С17 и С20,С21. Первый из них перестраивается в полосе частот от 50 Гц до 750 Гц, а второй – от 500 Гц до 7 кГц. При
желании можно изменить добротность и коэффициент усиления полосового
усилителя. [Л.9]. Эти параметры определяют следующие соотношения сопротивлений резисторов в фильтрах: Q= R17/ R18; K= R17/ R16.
Нужно иметь в виду, что при очень узкой полосе вырезаемых частот
трудно настроиться на частоту завязки и очень легко сбить настройку. При
очень широкой полосе фильтра заметны на слух вносимые им частотные искажения. Подстроечные резисторы R15 и R27 (типа СП3-19а) позволяют выбрать используемую часть АЧХ (установить пропорцию суммирования сигналов). Следует помнить, что при перестройке частоты коэффициент усиления
полосового усилителя несколько меняется. Каждый из фильтров включается
при необходимости тумблерами SА1 или SА2. Иногда возникает необходимость включать оба фильтра.
В модуле дополнительно предусмотрен фазовый перестраиваемый
фильтр с ОУ DA1.3. Его схема значительно проще, но, изменяя фазу сигнала, с большой вероятностью можно получить возникновение генерации на
другой частоте. На практике для устранения высокочастотной завязки лучше
выбрать емкость конденсатора С6 около 2200 пФ, а для низкочастотной –
увеличить ее до 0,01 мкФ.
100
Рис.7.2
Кроме того, ОУ DA1.4, включенный как инвертор фазы, позволяет с
помощью тумблера SА3 изменять фазу в тракте усиления сразу на 180°. Остальные ОУ DA1.1 DA1.2 работают во входном и выходном каскадах. Выходной ОУ одновременно выполняет функцию сумматора. В схеме используются
МС TLO84 (TLO74, К1401УД4). Все конденсаторы фильтров должны быть
многослойные.
При включении блока в пульт после входной линейки нужно подать
сигнал непосредственно на вывод13 МС DA1. Вместо элементов С1, R1 устанавливаются перемычки, поскольку такая цепочка уже есть на выходе
входной линейки.
Из схемы видно, что тумблеры позволяют по желанию включить и отключить любое звено. Фазовые фильтры выключатся тумблером SА4 (в положении «OFF» режим «обхода»), а тумблер SА3 переключает либо на инверсию фазы сигнала, либо на плавную регулировку изменения фазы.
101
На практике такой блок практически всегда уверенно позволял устранить завязку, только делать это необходимо перед началом работы и после
этого уже не трогать акустические системы и микрофоны. Но ведь и цифровые фильтры, если изменить взаиморасположение микрофона и АС, начнут
перенастраиваться заново.
Схема еще одного варианта блока с режекторными фильтрами показана на Рис 7.3.
Рис.7.3
Вместо не очень эффективного фазового звена в этом блоке установлен
третий перестраиваемый режекторный фильтр. Этот блок заметно проще,
поскольку используется всего одна микросхема (счетверенный ОУ) LM324N
и вместо сдвоенных потенциометров для перестройки частоты режекции
применены подстроечные резисторы типа СП4-1, выведенные под шлиц. К
сожалению, при регулировании центральной частоты полоса пропускания усилителя
тоже изменяется, и поэтому приходится ограничивать диапазон регулировки каждого
усилителя. При крайних положениях движков потенциометров R3, R10, R17 вырезаемая фильтром полоса частот должна быть достаточно узкой, но настройка не
должна быть очень затруднена. Величину вносимого затухания на центральной частоте для каждого фильтра можно выбрать подбором величины резисторов R5, R12,
R19. Хотя можно добиться очень большого затухания, но в этом нет необходимости
и на практике вполне достаточно 8…10 дБ. Схемы фильтров одинаковы и отличаются только номиналами конденсаторов. На Рис.7.4 показаны частотные характеристики режекции для крайних значений частот перестройки: сплошной линией – мини-
102
мальные значения, штриховой - максимальные. При указанных значениях резисторов и конденсаторов для НЧ фильтра (С2,С3) центральную частоту F1 можно перестраивать от 78 Гц до 480 Гц (экстремумы 1 и 1*), добротность при этом возрастает с
2,8 до 13,7. Затухание на частоте настройки почти не меняется – 15…14 дБ. Для
фильтра ВЧ (С7, С8) частоту F3 возможно перестраивать от 520 Гц до 5,2 кГц (экстремумы 3 и 3*) при изменении добротности от 3,2 до 14,3 и затухания от 16 до 9 дБ.
Для фильтра СЧ (С12,С13) частота F2 перестраивается от 168 Гц до 1,05 кГц (экстремумы 2 и 2*), при этом его добротность изменяется от 2,7 до 11, а затухание сохраняется в пределах 10…14 дБ.
Рис.7.4
Перестройка фильтров должна производиться до начала мероприятия,
после установки микрофонов и акустических систем и в дальнейшем, если
взаиморасположение микрофона и громкоговорителей не будет изменяться, то дополнительной коррекции не потребуется
8. Устройство сдвига спектра частот.
Все, кто сталкивался на практике со звукоусилением речи, знают, что
больше всего неприятностей доставляет возникновение акустической обратной связи. Причем, иногда такая «завязка» может возникнуть и в телефонах
с громкоговорителями и даже в слуховых аппаратах. Разработано множество
устройств, позволяющих в какой-то мере снизить вероятность появления такого эффекта. Существует огромное количество публикаций, посвященных
этому вопросу, но именно они - лучшее подтверждение того, что задача попрежнему актуальна. Режекторные фильтры эффективны только при стационарном размещении микрофонов и громкоговорителей.
103
Многие авторы ([Л.45, Л.46, Л.47, Л.48] и др.) предлагают использовать
для подавления акустической обратной связи устройства, сдвигающие спектр
сигнала на 4…5 Гц (УСС). Такие устройства широко применялись для получения двухточечного унисона, но очень эффективны и для борьбы с акустической завязкой.
Выигрыш в увеличении усиления системы по сравнению с обычными
методами оценивается в 6…10 дБ. Очевидно, он зависит от объема помещения. В небольших помещениях выигрыш меньше и требуется увеличивать
частоту сдвига. Но тогда возрастает и заметность работы самого устройства
на слух. В помещении объемом около 2500 куб. м можно поднять усиление
примерно на 10 дБ. Действие УСС обычно объясняют следующим образом:
«Статическая частотная характеристика зала имеет до нескольких тысяч пиков и провалов, обусловленных интерференцией реверберирующих
частотных компонент. Микрофон может попасть в пик акустического поля, а
при сдвиге частоты в течение определенного отрезка времени звучания будет наблюдаться уход интерференционного пика из точки, в которой мог оказаться микрофон».
По мнению большинства авторов, речь при применении УСС звучит
без снижения качества и его применение допустимо даже для многих видов
музыки и вокала.
Сейчас в продаже есть много устройств, предназначенных для борьбы
с акустической обратной связью; в основном - это цифровые автоматически
настраивающиеся режекторные фильтры. Кроме значительной цены, эти
устройства обладают существенным недостатком, связанным с тем, что им
необходимо время, чтобы отличить возникновение завязки от полезного сигнала. Если после устранения завязки изменить взаиморасположение микрофона и акустических систем (АС), акустическая обратная связь может опять
возникнуть и будет подавлена только спустя какое-то время. При многократных перемещениях микрофонов это может очень мешать. А петличный микрофон радиосистемы может изменять свое положение почти непрерывно.
Пожалуй, лучше УСС в этом случае здесь ни одно другое устройство не сможет справиться. Простые перестраиваемые режекторные фильтры [Л.43] после настройки вообще не допускают никаких изменений во взаиморасполо-
104
жении микрофонов и АС и эффективны только при стационарной установке
аппаратуры.
Для любительского пульта [Л.50] был разработан модуль, в котором
есть устройство сдвига спектра частот. Поскольку в него еще входят два полосовых фильтра, которые могут работать независимо от УСС, то условно
этот модуль назван «сервисным». (Рис.8.1) [Л.44]. Существует также УСС,
конструктивно оформленный в виде самостоятельного прибора со своим
блоком питания, который должен включаться перед УМЗЧ.
Рис.8.1
После изготовления УСС эффективность его работы подтвердили
многократные испытания, в том числе и с участием специалистов МГРС (Московской городской трансляционной сети), использующих на выездах современную импортную звуковую аппаратуру очень высокого качества. Завязка
на открытом воздухе не возникала даже в том случае, когда динамический
микрофон находился рядом с АС мощностью 0,5 кВт примерно в 1 метре от
нее. В небольших помещения работа УСС очень заметна на слух (слышны
биения с частотою 5 Гц), но ведь и усиление звука в таких помещениях не
требуется. Для больших залов выигрыш всегда оказывался очень существенным. Но даже при включении УСС применение режекторных фильтров
оправдано для уменьшения частотных искажений, возникающих на пиках
акустического поля зала. Предварительная настройка фильтров проводится
при выключенном УСС и уменьшенном усилении системы, когда завязка
только начинает возникать. После включения УСС все неприятности с акустической обратной связью обычно полностью исчезали. Правда, испытания
проводились только на речевом сигнале. Поскольку на входе и выходе уст-
105
ройства были включены полосовые фильтры, срезающие самые низкие и
высокие частоты сигнала, которых практически нет в спектре речи (ниже 100
Гц и выше 7кГц), то разборчивость речи заметно повышалась. Кроме того,
уменьшались биения, возникающие при неточности настройки всех узлов
прибора. Полосовые фильтры вполне самостоятельны и могут использоваться отдельно от самого устройства сдвига спектра. По этой причине и
нумерация элементов на схеме не сквозная, а поблочная. Это заметно облегчает пользование схемой при настройке прибора.
Функциональная схема модуля приведена на Рис.8.2
Рис.8.2
Сигнал подается на вход УСС через полосовой фильтр Z1, пропускающий частоты от 100 Гц до 7 кГц. Само устройство сдвига включает в себя
двухканальный широкополосный фазовращатель, обеспечивающий на выходе сдвиг фаз сигналов в диапазоне 0,1 – 10 кГц на 90º. С выходов фазовращателя сигналы через аналоговые перемножители поступают на сумматор.
На вторые входы (Y) перемножителей подаются сигналы с генератора синусоидальных колебаний G с частой f= 5 Гц тоже со сдвигом по фазе на 90º.
Переключатель SA1 позволяет обойти УСС. При желании на выходе модуля
с помощью переключателя SA2 можно включить полосовой фильтр Z2. Если
пульт имеет два выходных модуля (см. фото на обложке «Радио» №2, 2003),
то УСС включают только перед одним из них. Это позволяет использовать
сигналы с двух выходов для получения двухточечного унисона или для псевдостереофонии.
Принципиальная схема модуля приведена на Рис.8.3
Трехполосный фильтр нижних частот (ФНЧ) с частотою среза 100 Гц собран на ОУ DA2.4 [Л17.]. Вместе с фильтром высоких частот (ФВЧ) на ОУ
DA1.3 они образуют входной полосовой фильтр Z1. В полосе пропускания
106
коэффициент передачи фильтра равен 1, а вне этой полосы скорость спада
частотной характеристики равна 18 дБ/октаву.
Второй (выходной) полосовой фильтр Z2 (DA3) отличается только тем,
что ФВЧ (DA3.2, DA3.4) – пятого порядка, следовательно, лучше подавляются низкие частоты (с крутизной 24 дБ/октаву). Наличие полосовых фильтров
при правильной настройке УСС обеспечивает на выходе модуля Кг ≤ 0,1%.
Двухканальный широкополосный фазовращатель [Л.49] собран на ОУ
DA1.2, DA1.1, DA1.4, DA2.1 - DA2.3. Он имеет равномерную амплитудно частотную характеристику. В полосе частот от 100 Гц до 10 кГц сигналы на
выходе (на выводе 14) ОУ DA1.4 сигналы сдвинуты по фазе относительно
сигналов на выходе (выводе 8) ОУ DA2.4 на 90º. Разброс номиналов элементов не позволяет получить требуемую точность настройки фазовращателя, и приходится его настраивать с помощью подстроечных резисторов. Правильная настройка всех звеньев фазовращателя и определяет заметность на
слух работы устройства сдвига спектра частот. Эта настройка должна быть
стабильной. Поэтому необходимо выбирать конденсаторы с наименьшим
ТКЕ (группы NPO) и совершенно недопустимо применять в фазовращателе
конденсаторы с ненормированным ТКЕ.
Низкочастотный генератор (DA4.1 - DA4.3) выдает на выводах 7 и 8 синусоидальное и косинусоидальное напряжения с частотой около 5 Гц. Светодиоды HL1, HL2 стабилизируют выходное напряжение генератора. Амплитуду регулируют подстроечным резистором R50. Нужно добиться наибольшего
значения без заметных искажений. При напряжении питания +12 В должно
получиться примерно 2,45 – 2,8 В. На выходах генератора обязательно нужно добиться одинакового значения синусоидального и косинусоидального
напряжений, подобрав при необходимости сопротивление резисторов в цепях обратной связи ОУ DA4.2 или DA4.3.
Выходные сигналы генератора подаются на входы Х (вывод 1) аналоговых перемножителей DA5 и DA6. На вторые входы Y (вывод 6) поступают
сигналы с выхода фазовращателя. С перемножителей сигналы через
R19,C15 и R32,C24 и переключатель SA1 поступают на вход ОУ DA3.1. В
УСС применен высокоточный аналоговый перемножитель с лазерной подгонкой 525ПС3 (AD534). Буквы в обозначении перемножителя для данного случая особого значения не имеют. Это очень дорогая микросхема и можно вы-
107
брать самый дешевый вариант ее, который удастся найти в продаже, например КМ525ПС3В. Можно переработать схему и печатную плату под относительно недорогие импортные счетверенные перемножители MLT04 или другие.
Самая трудоемкая часть работы - подстройка всех звеньев фазовращателя. Именно качество настройки фазовращателя в первую очередь определяет заметность на слух работы УСС.
Подбором сопротивления резистора R37 нужно получить на выходе
сумматора DA3.1 напряжение сигнала примерно равное поданному на вход
УСС. В модульном пульте Uвх ном. = Uвых = 0,245 В. Затем тумблер SA1 переводится в положение «обход УСС». На инвертирующий вход сумматора
будет подан сигнал с входа УСС. С помощью подстроечного резистора R33
нужно получить точно такое же значение напряжения, чтобы при включении
или выключении УСС уровень сигнала не изменялся.
Обычно фазовращатели настраивают с помощью фигур Лиссажу. Но
это можно сделать значительно проще. Нужно подать сигнал на вход модуля,
а к выходу подключить осциллограф. Выходной фильтр нужно выключить
(тумблером SA2),а устройство сдвига спектра – включить с помощью тумблера SA1. Настроить осциллограф таким образом, чтобы видеть на его экране только верхнюю (нижнюю) часть синусоиды. Хорошо видно, что синусоида «размыта», т.е. на нее накладывается как бы еще несколько синусоид. С
помощью подстроечного резистора на соответствующей частоте нужно свести эти синусоиды в одну. Если разброс элементов окажется слишком большим, то необходимо изменить величину ограничительного резистора, включенного последовательно с подстроечным. Подстройка проводится на частотах:
50 Гц - резистором R20,
на 200 Гц
-
R7,
на 600 Гц
-
R24,
на 1700 Гц
-
R13,
на 4800 Гц
-
R29,
на 15 кГц
-
R16.
108
Рис.8.3
Затем подстройка проводится вторично. Нужно учитывать, что входной
полосовой фильтр уменьшает амплитуду сигналов на самой низкой и высокой частотах примерно в 10 раз. Обычно это не очень мешает, поскольку легко компенсируется регулировкой чувствительности осциллографа, но можно
обойти фильтр и подать сигнал с генератора на вход фазовращателя (контакт 2) через разделительный конденсатор емкостью 1 МК. Перемычку S1
между контактами «1» и «2» на время настройки удаляют и для сохранения
режима работы ОУ нужно временно соединить контакт «2» с общим проводом (между R39 и R43) через резистор 50 к… 100к.
Таким образом, настройка модуля включает в себя настройку генератора, фазовращателя и проверку АЧХ двух полосовых фильтров. Выходной
фильтр легко проверить, отключив тумблером SA1 УСС вместе с входным
109
фильтром. Небольшое отклонение частот среза фильтров от расчетных значений, вызванного разбросом номиналов элементов, вполне допустимо.
На выходе настроенного модуля может наблюдаться на экране осциллографа небольшие пульсации синусоидального сигнала. О допустимости их
можно судить, прослушивая сигнал на выходе модуля. Сигнал нужно подавать не с микрофона, а с внешнего источника звука через линейный вход.
Обычно, на музыке работа УСС малозаметна, а на речевых сигналах – не
слышна. Больше заметно ограничение спектра полосовыми фильтрами, но
речь от этого становится только разборчивей. На речевых сигналах выходной фильтр желательно использовать даже при выключенном УСС.
С 1999г было изготовлено несколько десятков подобных приборов
(Рис.8.4) и за все время было зафиксировано только три случая отказа их изза выхода из строя перемножителей. Видимо, и эти случаи объясняются тем,
что иногда приходилось приобретать перемножители, пролежавшие на складах 10 – 15 лет, т.е. срок, превышающий допустимый. Иногда отмечалось
возникновение очень заметных на слух «биений», вызванных температурными изменениями емкостей конденсаторов фазовращателя. Обычно выяснялось, что в некоторых звеньях случайно установлены термонестабильные
конденсаторы.
Рис.8.4
В приборе применены счетверенные ОУ типа LM324. Счетверенные
операционные усилители типа TLO74, TLO84 имеют такое же расположение
110
выводов, но в этой схеме работают хуже и норовят «возбудится» на высокой
частоте.
Тумблеры лучше применять более надежные отечественные – типа
П1Т-1В. Светодиоды можно устанавливать любые АЛ307 с красным цветом
свечения. Все подстроечные резисторы – типа СП3-19а.
Потребляемый модулем ток - около 12 мА.
На Рис.8.5 приведена печатная плата модуля (со стороны элементов). Для разработки плат пульта использовалась программа Sprint-Laуout
3.0 R [Л.51].
Если разъем Х1 не устанавливать, то можно использовать одно отверстие для распайки провода, подводящего напряжение, а второе – для проходного
Рис.8.5
Плата крепится к лицевой панели с помощью уголков. И панель и уголки
сделаны из стали толщиной 1 мм. Затем винты закрываются фальшпанелью.
9. УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ.
Блоки питания.
Усилители мощности звуковой частоты (УМЗЧ) входят в состав любой
системы звукоусиления. Очень сложно бывает выбрать нужную выходную
мощность. Во – первых многих дезориентируют цифры, которые часто указывают на упаковках бытовой аппаратуры, и зачастую не имеющими ничего
111
общего с реальными значениями. Например, для активных акустических систем для компьютеров указана мощность 6 Вт на канал. Но на силовом
трансформаторе этих АС написано, что он может отдать ток 0,3 А при напряжении 10 В (т.е. всего не более 3 Вт), а установленная там двухканальная
микросхема может обеспечить выходную мощность 2 х 0,65 Вт. Измерения и
показывают именно такую максимальную выходную мощность. На многих
бытовых приемниках и магнитолах указаны вообще фантастические цифры.
Но ведь люди читают и верят, что для звукоусиления в каком-нибудь спортзале необходима выходная мощность не меньше 200 Вт на канал, поскольку
дома приемник с надписью « мощность 60 Вт» звучит недостаточно громко.
Многие просто не знают, что громкость звука очень зависит не только от
выходной мощности УМЗЧ, но и от отдачи громкоговорителей. Для наглядности сравним звуковое давление 1Вт/1м для нескольких уличных громкоговорителей корейской фирмы Inter-M, примерно одного класса:
89dB, CS-710
-
87dB, CS-810 –
CS-510
-
92dB, CH-710 - 87dB, CH-510 - 100dB,
HS-S20 - 106 dB. Различие составляет 19 дБ (напомним, что 20 дБ это 10
раз!). Отсюда понятно, насколько будет различаться громкость этих громкоговорителей при одинаковой подводимой мощности. А для того, чтобы выровнять громкость, нужно мощность усилителя изменять на требуемую величину во второй степени. Неудивительно, что фирмы-изготовители мегафонов при выходной мощности 6 Вт гарантируют зону слышимости не менее
300 м.
И, наконец, УМЗЧ обычно рассчитаны на определенную нагрузку. Если,
например, указано, что наибольшая мощность для данного усилителя измерена на нагрузке 2 Ома, то если подключить к нему АС с Z = 8 Ом, то и выходная мощность пропорционально уменьшится. О таких «пустяках» часто
забывают.
Конечно, здесь не говорится о качестве звучания (о полосе воспроизводимых частот, о неравномерности частотной характеристики и т.п.), на маловероятно, что простая звукоусилительная система будет использоваться при
прослушиваниях симфонической музыки, а для информационной речи важнее высокая разборчивость. На концертных площадках используются уж никак не простые системы и эта аппаратура здесь не рассматривается.
112
Опыт показывает, что в большинстве случаев для нормальной работы
вполне достаточно иметь выходную мощность двухканального усилителя по
20 Вт на канал. Громкоговорители с большой чувствительностью (отдачей)
при такой мощности легко озвучиваю открытое пространство боле 100 м.
Сейчас в продаже есть много микросхем, позволяющих с малым числом
навесных элементов собрать двухканальный УМЗЧ до 80 Вт на канал. Они
рассчитаны на напряжение питания 14 В и допускают работу от аккумулятора
автомобиля. Всевозможные цепи защиты делают эти микросхемы надежными в работе, и только выбросы напряжения питания больше 18 В могут привести их к выходу из строя. Для использования в самых простых системах
звукоусиления наиболее интересны микросхемы TDA1516Q (Р= 2х11 Вт),
TDA1556Q, TDA1554Q (Р= 2 х 22 Вт) и TDA8560Q, TDA8563Q (Р= 2 х 40 Вт).
Схема одного из усилителей показана на Рис.9.1. В микросхеме TDA1516Q
УМЗЧ (DA1) используются два усилителя (по 11Вт) с инвертированием сигнала и
без инвертирования. [Л.31]. Пиковые значения тока для выходных каскадов двух усилителей окажутся противофазными, что позволит уменьшить искажения при максимальных уровнях сигнала. При необходимости изменения фазы в одном из громкоговорителей АС нужно поменять его провода на разъеме местами. Усилитель одного
канала может отдать мощность до 11Вт при нагрузке 2 Ома или до 6 Вт на нагрузке 4
Ома. К выходному разъему ХS2 «Jack 6,3» подключены выходы обоих каналов усилителя мощности, что позволяет при необходимости подключить через переходник
головные телефоны для контроля качества звука. Конечно, чтобы не вывести телефоны из строя, усиление необходимо уменьшить. Ко второму такому же разъему
ХS3 подведен выход только одного усилителя. При подключении сюда телефонов
звук будет слышен только в одном наушнике. При использовании двух акустических
систем (АС), каждая подключается к своему разъему относительно общего провода
(«земли»). Каналы УМЗЧ включены в противофазе и к правому разъему Х1 можно
подключить одну АС по мостовой схеме (в соответствии со схемой). При этом отдаваемая мощность может достигать 22 Вт. Если противофазное включение каналов
будет мешать при прослушивании через две АС, достаточно поменять местами провода к одной из АС.
С помощью цепи R1,C1 осуществляется задержка подключения УМЗЧ к
нагрузке на время, достаточное для завершения всех переходных процессов.
113
Таким образом, удается избежать громких щелчков в громкоговорителях при
включении усилителя.
Для питания усилителя можно использовать сетевой адаптер, обеспечивающий напряжение питания +12…+18 В при токе нагрузки не меньше 1 А.
Напряжение с адаптера подается через гнездо ХР1 типа К375К. В адаптерах
никаких предохранителей обычно нет, поэтому на плате стабилизатора установлен самовосстанавливающийся предохранитель F1 на максимальный ток,
не приводящий к срабатыванию, 1,1 А типа MF-R110 (можно MF-S120, MFSM100, но у них менее удобная конструкция).
Рис.9.1
Вспомогательный разъем XS4 (типа ОНЦ) предназначен для подключения
внешнего микропередатчика, а через XS5 подается питание на приемник радиомикрофона.
Схема еще одного более мощного УМЗЧ показана на Рис.9.2 [Л.53]. В
усилителе мощности можно использовать микросхемы типа TDA1555Q или
TDA1554Q. Параметры этих МС примерно одинаковы (их максимальная выходная мощность – 4х11 или 2х22 Вт), но первая из них более известна и
пользуется большим спросом, из-за чего цена на нее существенно выше.
Схема двухканального усилителя практически не отличается от предыдущей.
Разделительные конденсаторы (С8 - С11) на выходах позволяют включать
две АС к усилителям по мостовой схеме, а также подключать по одному менее мощному громкоговорителю к каждому из четырех выходов микросхемы.
114
Иногда такой вариант включения оказывается предпочтительнее. В основном
подобная аппаратура предназначена для усиления громкости речи и поэтому
емкость разделительных конденсаторов выбрана 470 МК х 25 В. Если же
нужно передавать более низкие частоты для более высококачественного
усиления музыкальных сигналов, то лучше увеличить величину конденсаторов до 1000 МК (на напряжение 25В).
Для питания такого УМЗЧ нужно выбирать сетевой адаптер, который может отдавать ток не менее 1,8 А. По справочным данным микросхемы могут
потреблять максимальный ток до 4 А, но это только в случае, если на вход
усилителя подан синусоидальный сигнал с номинальным уровнем или во
время акустической «завязки». Но реальном сигнале относительная долговременная мощность (ОСМ) не может превышать 0,25, а для речевого сигнала обычно 0,11….0,15. Это подтверждается многочисленными измерениями
ОСМ [Л.41]. Существовал даже ГОСТ22260, ограничивающий значение ОСМ
в каналах передачи вещательного сигнала. Проверить это достаточно просто, если подать питание на УМЗЧ через амперметр. Даже на самой громкой
музыке амперметр редко покажет потребляемый ток более 1,1А.
Рис. 9. 2.
Кстати, это же обстоятельство позволяет не использовать большие радиаторы и, тем более, вентиляторы для охлаждения микросхемы. Нужна
115
только осторожность при измерениях, когда на вход усилителя может длительное время подаваться сигнал с генератора с номинальным уровнем.
Стабилизация напряжения двухступенчатая. Первый стабилизатор типа
µА7818 защищает от перегрузки по напряжению питания микросхему УМЗЧ
TDA1555Q
(TDA1554Q).
Следующий
за
ним
стабилизатор
на
МС
КР1158ЕН12В обеспечивает напряжение питания +12 В для других блоков.
На входе блока стабилизатора установлен защитный диод и самовосстанавливающийся предохранитель типа MF-R110.
Такие микросхемы удобно применять в аудиоаппаратуре, используемой в
сельской местности, где напряжение в сети очень нестабильно, а зачастую
отключается. В таких случаях целесообразно иметь универсальное питание:
от сети и от аккумулятора. Небольшой потребляемый ток позволяет выбрать
относительно легкий сетевой трансформатор и работать не только от автомобильного аккумулятора, но и от небольшого (152х65х98) герметичного аккумулятора на 7 А.ч. Средний потребляемый усилителем (при Рвых =20 Вт
на канал)
не превышает 1…1,2 А и такой аккумулятор обеспечивает не-
сколько часов автономной аппаратуры.
Особенностью микросхемы TDA1555Q является наличие в ней детектора
искажений, который работает следующим образом. При появлении искажений на выходе усилителя более 2…5% на выводе 15 появляется напряжение
около 24 мВ. Так как при входном уровне сигнала всего на 2 дБ больше нормированного значения, искажения на выходе превышают 20%, их величину
можно ограничить, используя напряжение с детектора искажений для управления потенциометрическим управляемым звеном на входе УМЗЧ. Схема такого усилителя показана на Рис.9.3 [Л.52].
116
Рис.9.3
В паспортных данных на микросхему TDA1555Q оговорено, что выходная
мощность 22Вт на канал достигается при Кг ≤ 10%. Конечно, такие искажения
вряд ли можно считать допустимыми. Но уже при Рвых = 17 Вт гарантируется
Кг ≤ 0,5% (при Рвых=1 Вт Кг ≤ 0,1%). Поэтому реально использовать УМЗЧ с
этими микросхемами можно при выходной мощности не более 18 Вт. Напряжение с детектора искажений можно использовать для сигнализации появления искажений, но правильнее сделать контроль управляющим и автоматически снижать уровень входного сигнала.
Для получения достаточного напряжения управления проще всего использовать компаратор на ОУ, предназначенном для работы с однополярным питанием. Такие операционные усилители (например, LM358N, LM324N)
имеют наименьшее выходное напряжение близкое к отрицательному напряжению питания. Потенциометрическое регулируемое звено состоит из резистора R1 и полевого транзистора VT1. Конечно, обычный инерционный АРУР
может обеспечить более высокое качество звучания, но в случае, когда приходится использовать разные, имеющиеся в наличии акустические системы с
номинальным сопротивлением от 2 до 16 Ом, изменяется и допустимое зна-
117
чение выходного напряжения усилителя. В этом усилителе не только зажигается светодиод HL1, сигнализирующий о появлении перегрузки, но и автоматически снижается входной уровень сигнала.
Более мощная микросхема TDA8569Q (Рис.9.4) имеет специальный «выход напряжения диагностики» (вывод 12). При ограничении амплитуды выходного сигнала или при коротком замыкании на выходе микросхемы напряжение на выводе 12 уменьшается до 0,6 В. Это изменение напряжения, можно использовать для управления коэффициентом передачи такого же потенциометрического регулируемого звена, как в предыдущей схеме.
Для этого на затвор полевого транзистора VT1 (КП103К или КП103М) подается управляющее напряжение с показанной на схеме цепи смещения из
трех резисторов и диода КД522Б. Компаратор DA1.2 и электронный ключ
VT2 в этом случае не нужны.
Рис.9.4
Конечно, полевой транзистор тоже вносит некоторые нелинейные искажения при большом уровне сигнала, но их уровень и спектр существенно меньше тех, что возникают в результате ограничения.
До сих пор рассматривались простые блоки питания или сетевые адаптеры. Но, к сожалению, могут встретиться случаи, особенно при выездной работе, когда напряжение в сети может колебаться в очень больших пределах.
При пониженном напряжении сети, если нет стабилизатора напряжения,
обычно ничего опасного не происходит, лишь снижается максимальная выходная мощность УМ, а вот резкое повышение напряжения может привести к
выходу микросхемы из строя. Поэтому обязательно нужно ограничивать стабилизатором напряжение питания микросхемы до 18 В. На практике встре-
118
чаются скачки сетевого напряжения до 250 и даже 270 В ! В этих случаях
уже возникает опасность для сетевого трансформатора. Внешние стабилизаторы возить с собой обычно не хочется, да и не всегда они могут спасти положение. Нередко применяют устройства защиты от перенапряжения, но они
просто отключают аппаратуру, не обеспечивая надежность проведения мероприятия. Сложность защиты трансформатора состоит в том, что усилитель
работает в режиме АВ, и его потребляемый ток колеблется в десятки раз,
поэтому его защита простым включением гасящего резистора не удается.
На Рис.9.5 показана схема блока питания, который может во многих случаях справиться с подобными неприятностями. Трансформатор Т1 отличается от обычного лишь тем, что в первичной обмотке введена дополнительная
секция с числом витков, равным 10% от основной обмотки (на напряжение
220 В); она соединяется с контактами реле К1. Реле 851Р-1С-С (ток через
обмотку около 28 мА при напряжении 12В) срабатывает уверенно уже от 8,5
В при токе менее 20 мА. Контакты его рассчитаны на коммутацию переменного напряжения 250 В при токе до 7 А. Вторичная обмотка трансформатора
Т1 должна обеспечивать выпрямленное напряжение 21…22 В. Некоторый
запас напряжения компенсирует возможные понижения напряжения в сети.
Двухполупериодное выпрямление от двух обмоток выбрано из тех соображений, что намотать одну обмотку тороидального трансформатора проводом
сечением более 1 мм труднее, чем две более тонким проводом. Выходной
ток микросхемы TDA1555Q достигает 4 А, а TDA8560Q – 7,5 А. Моточные
данные сетевого трансформатора здесь не приводятся, поскольку ныне на
радиорынках их можно приобрести или заказать «на любой вкус». Для защиты микросхемы УМ введен интегральный стабилизатор напряжения DA2 с
малым падением напряжения. Одновременно стабилизируется напряжение,
используемое для подзарядки внешнего аккумулятора.
119
Рис.9.5
Чтобы вывести светодиоды индикации на переднюю панель усилителя,
трехуровневый светодиодный индикатор собран на отдельной плате. При
пониженном напряжении сети (менее 200 В) светится зеленый светодиод
HL2. Если сетевое напряжение более 200 В и менее 240 В, светится желтый
светодиод HL1. При превышении 240 В вспыхивает красный светодиод HL3.
В качестве компараторов используются четыре ОУ микросхемы LM324N
(можно К1401УД2 с учетом различия в цоколевке). ОУ DA1.4 используется в
качестве «защелки». При повышенном напряжении сети срабатывает реле
К1 и напряжение на выходе трансформатора сразу снижается на 10%, т.е.
порог допустимого значения повышается примерно до 270 В. Во избежание
возникновения «дребезга» и включена эта «защелка»; реле остается включенным даже при снижении напряжения в сети до выключения усилителя.
Если напряжение упадет настолько, что будет гореть зеленый светодиод
(HL2), нужно выключить и повторно включить усилитель, не опасаясь за его
сохранность.
Разъем Х7 позволяет подключить внешний аккумулятор. С контакта 3
снимается напряжение для подзарядки, а на контакт 5 подается напряжение
120
от внешнего аккумулятора. От автомобильного аккумулятора напряжение на
разъем Х7 можно подать через кабель с гнезда «прикуривателя».
В блоке питания есть дополнительный разъем Х6 («+Uпит») для питания
приемника радиомикрофона. Обычно приемники беспроводной системы подключаются к сети через сетевой адаптер, а при питании усилителя от аккумулятора, возможно только такое подключение.
Аккумуляторный блок АБ выполнен выносным, поскольку он не всегда нужен. К тому же этот аккумулятор можно подзаряжать от бортовой сети автомобиля во время движения. В аккумуляторном блоке (Рис.9.6) размещено
зарядное устройство со своим светодиодным индикатором напряжения. Этот
индикатор на светодиодах очень похож на используемый в блоке питания.
При напряжении ниже 11,5 В светится мигающий светодиод HL5.
Если напряжение более 11,5 В и менее 12,2 В, включен красный светодиод HL4, а при напряжении в интервале 12,2…13,4 В - желтый HL3. Светодиод HL2 – двухцветный. Во время подзарядки аккумулятора он светится красным цветом, и тем ярче, чем больше ток зарядки. При полностью заряженном аккумуляторе цвет свечения светодиода меняется на зеленый, что говорит о необходимости прекратить зарядку.
Рис.9.6
Для подзарядки выносного аккумулятора от бортовой сети автомобиля
стабилизатор тока на микросхемах даже с малым падением напряжения ока-
121
зался неприемлемым. Но вполне успешным оказалось применение простейшего ограничителя тока на транзисторе КТ837К или КТ818А. Ток зарядки аккумулятора ограничивают подбором резистора R2, а наибольшее напряжение, подаваемое с выхода блока питания, устанавливают подстроечным R14
(Рис.10.5). Для проверки напряжения на аккумуляторе при отключенном блоке можно кнопкой SB2 без фиксации («контроль») включить индикатор. Если
питание усилителя осуществляется от блока и выключатель SB1 включен, то
индикатор подключен постоянно.
Для защиты выносного аккумулятора при случайных коротких замыканиях
в цепи его нагрузки установлен самовосстанавливающийся предохранитель
типа MF-R400 D141S на ток 4 А. Превышение этого тока приводит к резкому
возрастанию сопротивления предохранителя. После устранения замыкания
проводимость предохранителя восстанавливается.
В качестве интегрального стабилизатора DA3 в блоке питания (Рис.9.5)
можно использовать микросхему SD1083. В качестве светодиодного индикатора HL5 желательно применить светодиод, мигающий при пониженном напряжении питания.
122
10. Конструктивное оформление
Рис.10.1
Модификации пульта «РАДОНЕЖ».
В журнале «Радио» неоднократно приводилось описание блоков и узлов
любительского микшерного пульта [Л.16]. Специально для установки в православных храмах была разработана звуковая аппаратура «Радонеж», [Л.78]
поскольку имеющееся в продаже оборудование не очень подходит для звукоусиления в церкви. В результате появилась очень простая и в изготовлении и в обслуживании аппаратура, которую без особых сложностей можно
сделать в домашних условиях. Автоматическая регулировка уровня сигналов позволяет успешно работать с микшерным пультом даже людям, не обладающим нужной квалификацией. Это позволило рекомендовать пульт в
журнале как возможную базовую конструкцию для радиолюбительских разработок тем более, что аппаратура оказалась удобной и для звукоусиления
на собраниях, небольших митингах и т.п. случаях. В описаниях блоков везде
приводились схемы и для стереофонического варианта.
123
Аппаратура «Радонеж» никогда не выпускалась серийно, но оказалась
настолько удобной, что во многих случаях была изготовлена, чтобы заменить
уже установленное дорогое импортное оборудование. Всегда находились
люди, желающие обеспечить в церкви хорошую слышимость богослужения.
Поскольку
каждый имеет свои представления о звучании, то появилось
большое количество модификаций. Причем практически совершенно одинаковых пультов нет. К сожалению, не все энтузиасты имели раньше дело
именно с высококачественной звуковой аппаратурой и «усовершенствовали»
конструкцию. В одном варианте пульта вместо выносного сетевого адаптера
внутрь корпуса был встроен импульсный блок питания. Результат – уровень
интегральных помех увеличился на 15 дБ. В другом случае корпус изготавливался в заводских условиях, и конструкторы завода сделали сварной корпус таких же размеров. Блоки не могли поместиться в корпусе и, чтобы их
втиснуть, пришлось снимать с плат все разъемы. Понятно, что и настройка
блоков затруднилась, а об оперативной замене плат пришлось забыть. Есть
и удачные решения. Например, на фотографии (Рис.10.2) показан пульт, у
которого используется не сетевой адаптер, а выносной блок питания, в который встроен еще один УМЗЧ для озвучивания пространства вокруг церкви.
Применен силовой трансформатор с тороидальным сердечником на 150 Вт.
Мощности трансформатора достаточно для питания и пульта и внешнего
УМЗЧ.
Самоклеющиеся
фальшпанели для этого пульта сделаны на заказ из
тонкого алюминия, но в домашних условиях проще (на мой взгляд, и симпатичнее) распечатать их на фотобумаге на принтере и заламинировать.
Самый первый комплект аппаратуры «РАДОНЕЖ» успешно эксплуатируется с 1997г, а сейчас оборудование «Радонеж» работает в монастырях и
храмах не только по всей России, но и за рубежом.
124
Рис.10.2
Лично мне пришлось держать в руках 80 экземпляров пультов (принимать
участие в изготовлении, настройке, в измерениях или в установке). Хотелось
бы поделиться накопленным за это время опытом. Наиболее сложной является настройка настройке устройства сдвига спектра (УСС), но этот вопрос
был рассмотрен подробно в [Л.44]. Качество звучания сигналов на выходе
самого пульта определяется, в основном, правильной настройкой автоматических регуляторов уровня (АРУР) сигналов [Л.4.]. Но даже при очень хороших статических параметрах пульта звук может быть «загублен» на реальном сигнале
из-за очень заметных на слух характерных помех срабатыва-
ния. Лучше всего наблюдать за переходными процессами на выходе АРУР
при скачкообразном изменении уровня входного сигнала с помощью осциллографа. Особенно удобны для этих целей цифровые осциллографы, тем
более, что сейчас цена у двухканального осциллографа с цветным дисплеем
(7,8 дюйма) PDS5022S OWON значительно меньше, чем у простого одноканального аналогового
С1-94. На фотографии пульта на измерительном
стенде (Рис10.3) видна форма переходных процессов на выходе (изображение желтого цвета) при изменении сигнала на входе на (+10 – 0) дБн. (красный цвет).
125
Рис.10.3
Наиболее часто из неприятностей встречается «затыкание» сигнала. При
скачкообразном выбросе входного сигнала большое быстродействие электронного ключа VT1 (VT2) может привести к чрезмерному разряду времязадающего конденсатора С20 (С22) в компрессоре Рис.4.14, описание которого
приводилось в [Л.4] и занижению уровня сигнала после выброса на время
восстановления (Рис.10.4).
126
Рис.10.4
При большом выбросе или слишком большом быстродействии ключа
АРУР может полностью кратковременно запираться. При этом и появляются
«затыкания». При настройке необходимо подобрать резистор (увеличить),
определяющий время срабатывания или,
взять транзистор VT1 (VT2) с
меньшим ß (h21),
Нормальные динамические характеристики показаны на Рис.10.5.
Рис.10.5
Рассмотренные в [Л.6 и Л.7] схемы входных микрофонных усилителей
имеют примерно одинаковые характеристики, но я настоятельно не рекомендую использовать микросхему К548УН1А из-за ее крайне низкой надеж-
127
ности. Это единственный образец пульта с такими усилителями, который
требует регулярной замены микросхем.
И сообщение о еще одной модификации микшерного пульта, показанной
на фото (Рис.10.1). Его структурная схема приведена на Рис.10.6.
Рис.10.6
Конструкция пульта ясна из фотографии Рис.10.7. Корпус согнут из дюралевой полосы шириной 50 мм и толщиной 2 мм. По длине привинчиваются
(приклепываются) алюминиевые уголки (11х11) для установки модулей. После привинчивания силового модуля конструкция приобретает необходимую
прочность. Все материалы можно купить на строительном рынке, а инструменты при изготовлении требуются самые простые, т.е. все можно сделать
«на коленке».
128
Рис.10.7
Специально для этого варианта пульта был разработан модуль с пятиполосным эквалайзером [Л.18]. В этом модуле разместились сумматоры сигналов с входных линеек и с разъема линейного входа. Пульт дополнился еще
одним авторегулятором уровня на выходе эквалайзера, защищающим УМЗЧ
пульта от перегрузки, возникающей и от сигнала с линейного входа и от
слишком активной частотной коррекции сигнала.
Рис.10.8
129
Поскольку усилитель головных телефонов MONITOR перенесен из выходного модуля MASTER (Рис.8) в СИЛОВОЙ, то на освободившемся месте
были размещены движковые выходные регуляторы R1,R2 типа СП3-23а, хотя каких-то преимуществ по сравнению с поворотными переменными резисторами у них нет, а длинные пропилы для движков делать скучно.
Схема модуля MASTER показана на Рис.10.9.
Рис. 10.9
В СИЛОВОМ модуле, схема которого приведена на Рис.10.10, все микросхемы (DA1, DA4 , DA2, DA3) закреплены на боковой стенке, к которой снаружи привинчен радиатор.
130
.
Рис.10.10
Подробнее подобный модуль был рассмотрен в [Л.9], только вместо режекторных фильтров здесь установлен усилитель для головных телефонов с
параллельно включенными разъемами JACK6,3 и JACK3,5 на выходе. Можно
подключать для «подслушки» не только телефоны, но и маломощные громкоговорители. Резисторы R16, R17 защищают выход даже при к.з. Выходы
131
можно использовать также как линейные. В этом пульте сигналы на входы
усилителя DA4 подаются параллельно входам УМЗЧ (DA1), но если понадобится стереофонический пульт, то целесообразно контролировать сигнал на
обоих линейных выходах. Эквалайзер в стереопульте должен быть тоже
двухканальным, а сервисный блок нужно исключить. В рассматриваемом варианте пульта на слух контролируется только основной правый канал. Выход левого, предназначенного для подачи сигнала на вход внешнего УМЗЧ
или микропередатчика или на записывающее устройство, контролируется
только индикатором левого канала квазипикового измерителя уровня ИУ.
Очевидно, что для стереофонического пульта потребуется установить во
входных линейках регуляторы «Панорама», что было предусмотрено при
разработке печатных плат. Каждый радиолюбитель может выбрать нужный
для него вариант, а можно увеличить и длину, и количество линеек и использовать схемы блоков профессионального простого транспортабельного
пульта «Микро РТВ» [Л.3].
В настоящее время в продаже есть огромное количество аудиоаппаратуры и, если для Ваших задач можно использовать готовую аппаратуру, то целесообразнее просто приобрести ее. Соревноваться по дизайну и цене с заводскими изделиями очень трудно. Прежде всего, это связано с тем, что оптовые цены на элементы иногда в несколько раз могут отличаться от розничных. На заводах обычно применяют оснастку, которая очень упрощает, ускоряет и повышает точность механических работ. Представьте себе десятки
отверстий в стальных лицевых панелях особенно для прямоугольных кнопок
и светодиодов, которые надо подгонять с помощью надфиля и сравните
сложность этой работы с одним ударом заводского штампа. Правда, оснастка тоже окупается только при достаточно большом количестве выпускаемых
изделий. Отсюда следует, что заниматься самостоятельным изготовлением
микшерного пульта дома имеет смысл только, если к нему предъявляются
какие-то особые требования. Прежде всего, нужно представить себе задачи,
которые должна решать аудиоаппаратура, и разработать ее структурную
схему. Тогда становится ясным количество и состав блоков.
В [Л16] вниманию читателей был предложен микшерный пульт и его отдельные блоки, доступные для изготовления в домашних условиях. Доста-
132
точно высокие параметры позволяют использовать такой пульт для самых
разных целей, а модульная конструкция – оперативно трансформировать его
для решения различных задач. При разработке модульного пульта в первую
очередь во внимание принималась простота конструкции и схем, невысокая
стоимость и доступность всех комплектующих изделий. Конечно, некоторые
из параметров можно улучшить, но для простых звукоусилительных систем в
этом просто нет необходимости, поскольку для работы в студийных условиях
они не предназначены. Возможность работы его от сетевого адаптера или от
аккумулятора с напряжением 12 В расширяет область его применения.
Предлагаемая конструкция при работе от аккумулятора безопасна даже для
детей и может использоваться на школьных дискотеках или при выступлении
детских ансамблей. А при выездах «на природу» можно подключиться через
«прикуриватель» к автомобильному аккумулятору или использовать небольшой (на 7 А.ч) внешний аккумулятор.
Базовая конструкция рассчитана на установку девяти модулей, поэтому
стальной корпус имеет размеры 280х183х65 мм. Пульт можно поставить на
столе или повесить на стене, где он никому не будет мешать. На правой боковой панели установлен разъем для включения сетевого адаптера с выходным выпрямленным напряжением 13…23 В. Отдельные модули имеют ширину 30 мм. Каждый из них соединяется с остальными модулями через разъем МРН 4. Модули крепятся к верхней и нижней П - образным стенкам корпуса двумя винтами М 2,5. При толщине стенок более 1 мм резьбу можно нарезать непосредственно в самом корпусе. Для крепления плат к лицевым панелям используются уголки шириной 5 мм, которые согнуты из той же стали. В них тоже нарезается
резьба М 2,5. Если потенциометры впаяны в плату, то можно обойтись без всяких
уголков, так как сами потенциометры закреплены на лицевой панели. Дно корпуса с
отверстиями для охлаждения и для винтов крепления к стене может быть более тонким. К нему же привинчены ножки для установки на столе. Достаточное представление о конструкции дает Рис.10.11, на котором приведен эскизный сборочный чертеж
одного из входных модулей пульта. Правда, если нет доступа к гибочному станку,
аккуратно загнуть боковые стенки достаточно сложно. Значительно проще привинтить алюминивые уголки 10х10, которые продаются на строительных рынках. Только верхние уголки желательно закрепить на 2 мм ниже верхней кромки боковых стенок. Тогда торцы верхних панелей блоков будут защищены боковыми
133
стенками (Рис.10.12). Это очень важно, если нет возможности или желания
выполнить надписи на лицевых панелях, заказав фальшпанели или с помощью шелкографии, для чего нужно специальное оборудование. В домашних
условиях проще всего напечатать фальшпанели на принтере (программа
СоrelDRAW) всего на одном листе фотобумаги.
Затем эти фальшпанели
нужно разрезать и ламинировать так, чтобы был зазор между ними. Обязательно нужно оставлять припуск пленки по краям каждой фальшпанели. Если
его не будет, то при эксплуатации, если придется протирать панели, то, при
задевании краев пленки, они могут отделиться от фотобумаги. Такая закрученная на краях пленка очень ухудшает внешний вид пульта. Отламинированные фальшпанели наклеиваются на саму лицевую панель клеем «Момент». Внешний вид аппаратуры мало уступает заводской. Возможно, при
холодном ламинировании могут быть получены результаты еще лучше, но
это значительно дороже. Отверстия для потенциометров прорезаются после
приклеивания, поскольку все неточности потом все равно будут закрыты
сверху гайками переменных резисторов. Для светодиодных шкал измерителей уровня можно посоветовать сначала аккуратно прорезать отверстия в
фотобумаге, а только потом ламинировать. После приклеивания фальшпанели, светодиоды шкалы окажутся, дополнительно защищены пленкой для
ламинирования.
Если в корпусе нет необходимости нарезать резьбу, корпус можно сделать из более тонкой стали – до 0,6 мм. В большинстве случаев, учитывая
возможность оперативной замены блоков в зависимости от возникающих потребностей, девять модулей обычно достаточно. Корпус имеет размеры,
примерно как лист формата А4. Он удобен для перевозки и к тому же позволяет обойтись одним листом фотобумаги и пленки для ламинирования при
изготовлении фальшпанелей. Если же нет необходимости добиваться небольших габаритов, то можно увеличить и длину, и количество линеек.
134
Рис.10.11
Рис.10.12
В этом случае можно использовать и ползунковые выходные регуляторы,
и параметрические звенья в темброблоке или просто схемы блоков профессионального транспортабельного пульта. Нужно только не забывать, что
сделать «на коленке» аккуратно пропилы для ползунковых регуляторов в нескольких линейках – весьма скучное занятие. Для изготовления же предложенного корпуса достаточно иметь самые простые инструменты, имеющиеся
135
обычно в каждом доме: дрель, ножовку, молоток и напильник. А вполне приличную покраску можно получить с помощью аэрозольных красок. На фото
(Рис.10.13) показан один из вариантов простого
монофонического пульта
без выходов “AUX”, “ INSERT“, но со встроенным УМЗЧ. Правая боковая стенка
служит одновременно теплоотводом для двухступенчатого стабилизатора
напряжения, поэтому она должна быть достаточно толстой (алюминий около
5 мм), либо на нее нужно установить радиатор.
Рис. 10.13
Совершенно очевидно, что платы модулей могут устанавливаться и в другую аппаратуру, как обычные платы радиоконструктора. При необходимости можно резко
расширить возможности аппарата. Для этого на плате сборных шин (для стереофонического пульта) нужно разместить помимо шин «MIX1» и « MIX2» разместить еще
две дополнительные шины «MIX3» и «MIX4», а под платами входных модулей – кнопочные переключатели, которые позволят подавать сигнал с этих модулей на нужную пару шин. Можно предусмотреть просто параллельное соединение шин. При
этом кнопки на стенке пульта не будут мешать ставить его на стол или повесить на
стену, но появляется возможность применения целого ряда модулей – средств динамической и частотной обработки сигналов. Это могут быть лимиттеры, компрессоры, экспандеры, различные шумоподавители, ревербераторы и другие устройства.
Возможности такого пульта даже с небольшим числом каналов окажутся вполне достаточными даже для требовательного звукооператора при работе во внестудийных
условиях.
Такой «трансформирующийся» пульт очень удобен, поскольку позволяет легко
менять его конфигурацию в зависимости от возникающих задач. Имея несколько
136
сменных блоков, можно максимально использовать возможности пульта на собраниях, на дискотеках и на концертах.
На практике оказалось, что возможность оперативной замены блоков
используется довольно редко, поэтому предлагается еще одна модификация
любительского пульта, более простая для изготовления в домашних условиях (Рис.10.7, Рис.10.8). Схемотехника практически не менялась, но для дальнейшего упрощения изготовления корпуса пульта платы объединены в блоки
попарно (ширина блока 60 мм). Конечно, об оперативной замене их уже речи
нет и соединительные разъемы убраны. Зато после переразводки печатных
плат, их удалось расположить горизонтально и тем самым существенно
уменьшить толщину корпуса. Платы крепятся к лицевым панелям через стойки длиною 15мм. Все потенциометры и тумблеры размещаются между платами и панелями, соединяясь с платой проводами. Толщина корпуса при
этом не превышает 40 мм. На строительных рынках продаются дюралевые
полосы такой ширины, длиною 2 м. Из этой полосы легко согнуть прямоугольный корпус с размерами: 305 х 185 х 40 мм и соединить края накладкой
на винтах М3. Эта накладка толщиною 5 мм служит радиатором для микросхем стабилизаторов напряжения питания. Также как в предыдущем варианте изнутри к стенкам привинчены алюминиевые уголки 10 х 10 мм, на которые крепятся блоки и дно пульта. Такой корпус можно изготовить очень быстро, пользуясь лишь тисками и молотком, а выглядит он неплохо. При снятом дне доступ ко всем регулировкам очень удобен. Представление об этой
конструкции дают фотографии пульта сверху и снизу (Рис.10.14, Рис.10.15).
Для стереофонического пульта на место тумблера «ВКЛ.» устанавливается потенциометр «ПАНОРАМА», а сервисный модуль заменяется на входные. Конструкция не меняется, только нужно будет внести изменения в надписи.
137
Рис.10.14
Рис.10.15
На Рис.10.16 показана конструкция простейшего одноканального пульта.
Иногда, когда качество звучания и возможности мегафона совершенно не
устраивают, такое устройство может оказаться очень полезным [Л.31].
138
Рис.10.16
По сравнению с модульным пультом, длина корпуса увеличена на 40
мм, что позволило разместить внутри него стабилизатор питания и УМЗЧ.
Корпус выполнен из П – образного алюминиевого профиля 40х20 мм толщиной 3 мм. Это позволило обойтись без всяких дополнительных теплоотводов.
Кроме микрофонного входа Х1 есть еще один линейный вход Х2 со своим
регулятором чувствительности. Потенциометром R12 регулируют усиление
всего входного усилителя, с помощью R8 подгоняют под него коэффициент
передачи делителя сигнала со входа Х2. К нему можно подключить приемник
радиомикрофона и пользоваться одновременно и обычным микрофоном и
радиосистемой. Потенциометры R27,R29 – регуляторы тембра, а R41и R42 регуляторы уровня сигнала на входе двух каналов УМЗЧ. Напряжение питания с сетевого адаптера подается через разъем ХР1, а к разъему Х3 подключаются громкоговорители.
Для борьбы с акустической завязкой используются три перестраиваемых узкополосных режекторных фильтра. Плата фильтров расположена
139
вдоль боковой стенки корпуса и подстроечные резисторы СП4–1 (R3, R10,
R17) для настройки частоты фильтров выведены под шлиц.
11. Модули микшерного пульта.
Схема входного модуля для наиболее простого пульта показана на
Рис.11.1. Структурную схему для одноканального устройства изображать не
имеет смысла, поэтому исходя из соображений, где может использоваться
такая звукоусилительная установка можно предположить, что регулировок
должно быть как можно меньше, обязательно наличие компрессора, самого
простого регулятора тембра и индикатора режима работы АРУР. Просто некому и некогда будет следить за уровнями сигналов. Описание всех узлов и
их схемы приводилось раньше (Рис.2.3 – микрофонный усилитель, Рис.3.1 регулятор тембра, Рис.4.14 – компрессор, Рис.7.2 – режекторные фильтры,
Рис.9.2 – УМЗЧ) и из них составлена требуемая схема. Речевой компрессор
позволит избежать ручной регулировки уровня сигнала, и автоматически будет сжимать диапазон его уровней. Порог срабатывания компрессора выбирают подстройкой резистора R38, так, чтобы УМЗЧ не перегружался при максимальной громкости. Разрядка конденсатора С16 сопровождается уменьшением управляющего напряжения на выводе 6 DA2. Это уменьшение фиксируется компаратором, собранном на ОУ DA3.1. Подстроечным резистором
R33 устанавливают порог срабатывания компаратора, чтобы он совпал с порогом срабатывания самого компрессора. Если в дальнейшем придется изменять порог срабатывания АРУР, то компаратор не потребует подстройки.
Обычно компрессор срабатывает при нормированном значении уровня сигнала, и свечение индикатора HL1 свидетельствует не только о работе АРУР,
но и о том, что уровень входного сигнала превысил определенное значение.
Нужно отметить и еще одну возможность дополнительно использовать
свойства микросхемы DA2. Если с контрольной точки 6 (с конденсатора С16)
вывести провод через разъем наружу (на Рис.9.1 вывод 4 разъема XS4), то,
замыкая его с общим проводом, можно дистанционно отключать микрофонный канал. Такую кнопку («MUTE») целесообразно установить рядом с микрофоном.
140
Входной модуль имеет еще один дополнительный разъем Х2 для подачи сигналов линейного уровня. С этого разъема (JACK6,3) сигнал через разделительные конденсаторы С4, С5 и резисторы R5, R6 поступает на микрофонный вход с соответствующим ослаблением регулятором чувствительности – переменным резистором R8. Можно одновременно использовать оба
входа, но поскольку регулятор уровня (R12) у них общий, то предварительно
необходимо правильно выбрать соотношение уровней сигналов, поступающих с микрофонного и линейного входов.
Рис.11.1
Потребляемый модулем ток не превышает 40 мА (если светодиод не
светится – 35 мА). Коэффициент нелинейных искажений – около 0,18% при
номинальном входном уровне и уменьшается до 0,11% при компрессировании на 10 дБ. На слух работа АРУР вполне удовлетворительна. Весь блок с
УМЗЧ на МС TDA1516BQ потребляет без сигнала около 90 мА.
141
На дополнительный разъем XS4 типа ОНЦ – ВГ (Рис.9.1) выведено линейное напряжение сигнала, а также напряжение питания для подключения
внешнего УКВ микропередатчика. При оперативной организации звукоусиления такой передатчик может позволить без всяких проводов озвучить мероприятие с помощью обычного приемника или музыкального центра.
Этот модуль может использоваться и в составе пульта и как самостоятельное автономное устройство. Поэтому разъем Х3 и стабилизатор DA4 устанавливаются только при необходимости. Например, напряжение питания
«+ 12 В» может выдавать общий для всех блоков пульта стабилизатор, установленный в УМЗЧ. Режекторные фильтры включаются между выводами 8 и
12 на плате (после каскада на DA3.4). Тумблер обхода каскадов режекции
здесь не нужен, так как на речевых сигналах действие фильтров практически
незаметно на слух.
Нормированное напряжение сигнала на входе УМЗЧ около 0,5 В, а при
установке модуля в многоканальный пульт, напряжение на его выходе должно быть равно 200…250 мВ. Для этого нужно уменьшить величину резистора
R39 до 39 кОм.
Чертеж печатной платы входного модуля с компрессором и размещение
деталей на ней показаны на Рис.11.2. Плату изготавливают из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5…2 мм. Отверстия для
выводов переменных резисторов дублированы, чтобы можно было устанавливать на плату как СП3-33-32, так и СП3-4БМ.
Для многоканального пульта начать нужно с разработки структурной
схемы, чтобы
наглядно увидеть насколько учитываются все требования.
Этот модульный пульт создавался специально для православных храмов
[Л.54]. Там нужно решать задачи, которые обычные системы звукоусиления
удовлетворительно решить не могут. Озвучивание пространства вокруг церкви на праздниках особых сложностей не вызывает. Желательно только не
увлекаться мощностью усилителей и несколько скорректировать тембр звука
для увеличения зоны слышимости. При
выходной мощности 20 Вт пере-
крыть пространство около 200 м не составляет труда.
142
Рис.11.2
В самом храме со звукоусилением возникает много проблем. Во – первых
речь идет не об усилении звука, а скорее о подзвучивании. Ведь часто и так
все слышно, но из-за отражения от всяких колонн, арок звуковые волны теряют в первую очередь высокие (в спектре речи) частоты, которые и определяют разборчивость звука. Вот их и желательно «восполнить», да так, чтобы
это не было очень заметно. Просто все и в любой точке храма должно быть
хорошо слышно. Если очень усилить звук, то можно получить неприятный
эффект, когда голос священнослужителя слышен из АС, откуда-то сзади. Затем нельзя забывать, что во время богослужения непрерывно изменяется и
положение прихожан и расстояние до микрофона, а соответственно и громкость звука. Звукооператора в церкви нет и регулировать усиление сигнала
некому. Обычно у людей, обслуживающих аппаратуру, нет и нужной квалификации. Отсюда основное требование к пульту – простота в обращении (все
регуляторы, без которых можно обойтись, - исключены), автоматические регулировка усиления (АРУ) во всех микрофонных каналах. Даже надписи на
пульте желательно делать на русском языке и избегать (или расшифровывать) значения в «дБ». Стереозвук совершенно не нужен, целесообразнее
143
использовать акустические системы с круговой направленностью. Даже эти
требования ограничивают выбор аппаратуры. Имеющиеся в продаже пульты
с автоматической регулировкой усиления (с АРУ) обычно очень дорогие и к
тому же имеют авторегулятор только в выходных линейках. Для стереозвука
это решение правильное, чтобы автомат не нарушал стереобаланс, выставленный звукооператором. В церкви же АРУР на выходе пульта может совсем
«задавить» голос с одного микрофона, если вдруг придет мощный сигнал
(например, от хора) с другого микрофона. Поэтому довольно часто после опробования в храмах отказываются от использования дорогой импортной аппаратуры. Отсюда и возникло желание провести разработку аппаратуры с
учетом особенностей ее использования.
На фото (Рис.11.3) показан опытный комплект аппаратуры «Радонеж». В состав ее входил шестиканальный микшерный пульт, УМЗЧ (2х20 Вт)
с трехполосным регулятором тембра и двумя перестраиваемыми режекторными фильтрами, УМЗЧ (2х40) для внешнего звукоусиления, имеющего только два входных регулятора уровня, устройство сдвига спектра и акустические
системы. Внутри храмов применялись, разработанные В.И. Шоровым [Л.80]
акустические системы с распределенным звуком типа 30АС – 103П. Достоинством их является настолько «размытый» звук, что трудно определить местонахождение источника звука. Если головы людей невольно поворачиваются в сторону обычного направленного громкоговорителя, откуда доносится
звук, то с этими АС такого эффекта нет. Для наружного озвучивания Шоров
предложил колонки, состоящие из двух громкоговорителей (по 25 Вт) с
144
большой отдачей, размещенных в корпусе от акустической системы 30АС.
Качество их звучания было совсем неплохим, но корпус из ДСП не имел защиты от снега и дождя, а козырьки не всегда могли обеспечить защиту. Поэтому позднее стали использоваться влагозащищенные промышленные колонки. Обычно они рассчитаны на напряжение 100В, чтобы уменьшить потери на длинных линиях. Но достаточно удалить трансформатор, и получалась
легкая, прочная колонка с сопротивлением около 8 Ом.
Выяснилось, что нет необходимости иметь 6 микрофонных каналов, а
трехполосные регуляторы тембра с перестраиваемой частотою настройки
СЧ приводят в замешательство неопытных людей. Да и требования к качественным параметрам могут быть несколько снижены, поскольку в православных храмах музыкальных инструментов нет, а изменения в спектре речевого
сигнала не столь заметны, да и по шумам условия прослушивания очень далеки от студийных. Это дает возможность использовать недорогие микросхемы широкого применения. Поэтому и появились значительно более простые модульные пульты. Эта относительно простая аппаратура себя неплохо
показала на практике и даже заслужила одобрение самого Святейшего Патриарха Московского и Всея Руси Алексия II.
Увидев на обложке журнала «Радио» фото модульного пульта, за ним
даже специально приезжал православный священник из Сан-Франциско
(США). Напомню только, что при изготовлении такого пульта, название «Радонеж» может использоваться только с разрешения руководства православного общества
««Радонеж».
На Рис.11.3 показана структурная схема модульного пульта (фото на
Рис.10.3).
Вполне достаточно иметь четыре входные линейки, тем более что звукоусиление в храме зачастую может обеспечить всего один чувствительный
конденсаторный микрофон с компрессором в микрофонном канале. При этом
многократно возрастает опасность возникновения акустической обратной
связи. Нельзя ведь надевать на православного священника гарнитуру. Приходится применять для проповеди направленный микрофон, уменьшающий
прием посторонних звуков. Часто большое время реверберации помещения
делает речь совершенно неразборчивой. И зачастую считающаяся «отличной акустика» храма хотя и позволяет услышать проповедь, но понять ниче-
145
го нельзя. Есть и еще много других особенностей, но они относятся скорее
не к самой аппаратуре, а к ее использованию.
Три входные линейки – микрофонные и позволяют использовать как конденсаторные, так как динамические микрофоны. Фантомное питание только
+12 В, но у многих конденсаторных микрофонов в паспорте оговорена возможность использования источника питания с напряжением от +12 до + 48 В.
Еще один входной канал – универсальный и позволяет использовать либо
динамический микрофон, либо внешний источник сигнала с линейным уровнем (например, приемник радиомикрофона). Сервисная линейка и дополнительные режекторные фильтры во встроенном блоке УМЗЧ предоставляют
очень широкие возможности для борьбы с акустической завязкой, а двухполосный параметрический эквалайзер позволяет добиться желаемого тембра
звучания.
Описание сервисного модуля и эквалайзера (Рис.3.5, 3.6) приводилось
раньше, также как и модуля УМЗЧ. Один из вариантов входного микрофонного блока показан на Рис.11.1, 11.2.
Конструкция входного универсального модуля показана на Рис. 10.1.
Схема универсального входного модуля дана на Рис.11.4 (без компрессора), а чертеж печатной платы – на Рис.11.5.
В универсальной входной линейке АРУР ставился не всегда, но усиление
микрофонного каскада можно регулировать, изменяя величину резистора R7.
Это обстоятельство можно использовать при разработке АРУР.
Для индикации достижения сигналом нормированного уровня используется компаратор, собранный на DA1.3. Чувствительность его регулируется
подбором величины R24. Расположение отверстий для потенциометров всех
входных модулей совпадают, также как распайка разъемов Х2.
При наибольшем усилении уровень интегральных шумов на выходе линейки не превышает – 62…-65 дБ по отношению к нормированному значению, Кг ≤ 0,1%. Но увеличение напряжения входного сигнала приводит к росту нелинейных искажений (чего нет в микрофонном усилителе, собранном на
ОУ). Так, при Uвх = 6…7 мВ уровень Кг достигал 0,3%, а при Uвх = 16 мВ –
1%.
146
Рис.11.3
Рис.11.4
147
Рис.11.5.
Если пульт должен стереофоническим, то выход модуля переделывается
по схеме, показанной на Рис.11.6.
Рис.11.6
148
При необходимости включения в схему разъема «INSERT» («ЭФФЕКТ»),
это нетрудно сделать по аналогии со схемой пульта «РТВ МИКРО».
На основе модуля (Рис.11.1) разработана сдвоенная входная плата для
конструкции. Схема ее, показана на Рис.11.7, а чертеж печатной платы - на
Рис.11.8. Наличие компрессора в транспортабельной
простой аппаратуре
очень полезно, поскольку с регулировкой уровней сигналов при непрофессиональном чтении текста да еще при дефиците времени, авторегулятор
справится значительно лучше. Если же есть возможность поддерживать
нужное значение уровней, то нужно только не допускать, чтобы зажигался
светодиод «АРУ». Исключить из работы компрессор можно, подняв его порог
срабатывания. Но помешать АРУР может только на стереофоническом сигнале, нарушая выставленный стереобаланс, т.е. при срабатывании компрессора исполнитель будет как бы «перемещаться». Поэтому в стереофонической аппаратуре во входных линейках авторегуляторы обычно не ставят, а у
ограничителей в выходных линейках объединяются каналы управления и не
допускается расхождение амплитудных характеристик более 0,5 дБ.
Рис.11.7
Чтобы снизить величину переходных помех из канала в канал, средние
выводы всех потенциометров регуляторов «БАЛАНС» и «ПАНОРАМА» со-
149
единяются с общим проводом вблизи от неинвертирующего входа ОУ сумматора.
Для разработки печатных плат использовалась очень простая русифицированная бесплатная программа Sprint – Layout 3.0 R, которую можно освоить за 1-2 часа [Л.51]. Программа позволяет экспортировать чертежи в
графическом формате *.BMP для помещения их в статьи или отчеты. Экспорт файла также возможен в форматах «Формат Gerber» и «Формат Excellon» (сверловка), используемых профессиональными изготовителями печатных плат. К достоинствам программы следует отнести простоту изменения
элементов библиотеки, возможность использования стандартного шрифта
Word (как русский, так и латинский алфавит). Этот шрифт не изменяется при
зеркальном отображении. Второй «генератор текста» имеет только латинский алфавит, но его можно отображать и зеркально. Эту немецкую русифицированную бесплатную программу для радиолюбителей можно найти в Интернете (файл rulay3.zip, объем в архиве 648 КБ).
Работает в среде Win-
dows 95, 98, ME, NT, 2000, XP. Позволяет распечатывать в любом масштабе
или зеркально нужный слой, элементы.
Рис.11.8
150
Корпус пульта (Рис.10.4) позволяет разместить в нем, кроме сдвоенного
выходного блока, до 4 входных. Таким образом, можно получить простой
восьмивходовой микшерный пульт. Но для простой звукоусилительной системы целесообразнее вместо одного из входных блоков установить УМЗЧ.
Если при изготовлении печатных плат используется распечатка на лазерном принтере и перенос рисунка на плату с помощью утюга, то, чтобы наименования элементов на плате не были зеркальными, их предварительно
нужно инвертировать перед распечаткой.
Для вычерчивания небольших схем не менее проста и удобна другая
тоже бесплатная немецкая русифицированная программа Splan v.5.0. (Rusplan). Эти программы уже широко используется радиолюбителями и, видимо, скоро потеснят многие известные программы.
Схема выходного модуля («MASTER») для модульного пульта приведена на Рис.11.9. В [Л.16] была показана несколько иная конструкция, с прямоугольными
светодиодами, расположенными по вертикали. Шкала получа-
лась длиннее, наблюдать за нею легче, но на лицевой панели разместить
еще что-нибудь при заданных размерах было трудно. Поэтому было решено
расположить светодиоды поперек шкалы. Это позволило использовать не
только одиночные светодиоды, но и линейную светодиодную шкалу DC7G3HWA (семь зеленых светодиодов и три красных). За счет сокращения
длины шкалы удалось разместить на лицевой панели выходного модуля
разъем Х2 для подключения головных телефонов с регулятором громкости
R5. Это позволило исключить из пульта отдельный модуль «MONITOR».
Микросхема DA2 достаточно мощная (SSM2135, SSM2275), чтобы позволить подключать к этому выходу головные телефоны (через переходник) или
длинную соединительную линию. Для защиты от КЗ установлены резисторы
R12, R15.
151
Рис.11.9
На Рис. 11.10 приведен эскизный чертеж выходного модуля «MASTER»
Рис.11.10
Схема сдвоенного выходного блока показана на Рис.11.11. Здесь для выходов «ТЛФ» применена более мощная микросхема DA2 (TDA2822M), позволяющая
152
подключать к разъему Х4 даже маломощные громкоговорители. Входные уровни
сигналов обоих каналов регулируются независимо потенциометрами R7 и R8.
Блок имеет стереофонический линейные вход Х2 и выход Х1. Тумблер S1 позволяет в положении «СТЕРЕО» подключить оба входа встроенного УМЗЧ к выходам блока «MASTER», а в положении «МОНО» - оба входа УМЗЧ объединяются и
сигнал на них подается через сервисный модуль и блок режекторных фильтров с
одного из выходных каналов. Второй выход может быть использоваться для подачи
сигнала на внешний УМЗЧ либо на микропередатчик, так как его уровни сигналов в
выходных линейках регулируются независимо.
Рис.11.11.
На Рис.11.12 приведен чертеж печатной платы сдвоенного блока «MASTER».
153
Рис.11.12
Из вышесказанного вполне можно получить представление о возможных вариантах конструкции простой звукоусилительной системы. Многие из описанных
блоков могут работать не только в составе пульта, но и как самостоятельные устройства. Для этого в их схемах предусмотрены собственные стабилизаторы напряжения. Если блок предназначен только для установки в пульт, то вместо МС стабилизатора напряжения (1170ЕН12 или 1158ЕН12) устанавливается перемычка.
12. Громкоговорители
Контрольный акустический агрегат КАА-100
В 1992 г. зав. лаборатории акустики МТУСИ В.И. Шоров разработал
интересную акустическую систему, которую выпустил Московский завод «Янтарь» под названием 100АС – 017 («Обелиск»). Как не удивительно, но даже
с отечественными динамическими головками звучание ее оказалось отличным. Тогда и было решено «Фирмой «РТВ» на ее основе попытаться создать
профессиональный контрольный акустический агрегат, пригодный для использования в аппаратных радиодомов и телецентров. По нашей просьбе
154
В.И. Шоров внес изменение в конструкцию корпуса, поставив переднюю панель без наклона вертикально и разместив в нижней части корпуса отсек для
усилителя мощности на 100Вт. В таком исполнении акустический агрегат
«КАА-100» [Л.79] демонстрировался на международных выставках «Телекинорадиотехника» в 1994г. и «Связь Экспокомм-95» и неизменно вызывал интерес посетителей. Были даже предложения от зарубежных фирм о сотрудничестве, но, как и сейчас, у нас любое производство нерентабельно. Всего
было выпущено примерно 90шт. «КАА-100», причем Шоров лично полностью
осуществлял
весь контроль при производстве контрольных агрегатов от
предварительного отбора динамических головок (бытовые громкоговорители
не всегда годились для установки в профессиональные АС), до измерения
всех характеристик каждого из контрольный агрегатов в акустических камерах МТУСИ. Были случаи, что после измерений приходилось заменять какую
– то динамическую головку.
Еще нужно отметить важную роль звукорежиссеров ГДРЗ, ВГТРК и
фирмы «Мелодия» и особенно роль Б.А. Жорникова, что позволило использовать для контроля самый точный «прибор» - слух наиболее высококвалифицированных людей. Как и сейчас, никакого финансирования не проводилось и все разработки шли, в основном, «на энтузиазме». Первые прослушивания КАА-100 вызвали некоторое разочарование в полученном качестве
звука, причем очень менявшемся в зависимости от применяемого УМЗЧ. Испытывались усилители, разработанные в лаборатории акустики ВНИИТРа,
Люберецкого завода электромузыкальных инструментов, ламповый УМЗЧ
«Прибой» и несколько любительских усилителей с подходящими характеристиками. Впервые настоящий звук проявился с УМЗЧ, собранном по схеме
Ю.Солнцева [Л.81], но в конечном итоге остановились на схеме, предложенной Г. Брагиным в «Радио» №4 за 1987 г. Пришлось только мощные выходные транзисторы КТ819Г и КТ818Г заменить на КТ8101А, 8102А, что заметно
улучшило качество звучания.
Представление о внешнем виде контрольного агрегата можно получить
из Рис.12.1.
Для сравнительного прослушивания были выбраны предварительно проверенные в лаборатории акустики ГДРЗ два контрольных студийных агрегата
типа НЕС-45 (BEAG). Звукорежиссеры признали звучание КАА-100 предпоч-
155
тительным, а разброс звучания между двумя парами колонок при стереозвуке существенно меньшим, чем у венгерских агрегатов.
Рис.12.1
КАА-100 предназначен для установки в студийных аппаратных радиоцентров. Контрольный акустический агрегат КАА-100 состоит из трехполосной
акустической системы (фазоинвертор для НЧ) с пассивными разделительными фильтрами и усилителя мощности звуковой частоты. Вход УМЗЧ —
симметричный дифференциальный.
Технические характеристики КАА-100
Номинальное входное напряжение, В
Входное сопротивление, кОм, не менее
…………………….. 0,775
…………………… 24
Номинальная мощность УМЗЧ, Вт, на нагрузке 4 0м ……….. 100
Коэффициент гармоник при номинальной выходной мощности УМЗЧ
в полосе
156
30 Гц...15 кГц, %, не более
................................................
Максимальная пиковая мощность, Вт
0,1
..…………………… 150
Номинальный диапазон частот УМЗЧ (при отключенном частотном
корректоре) с
Неравномерностью АЧХ 0,5 дБ, Гц
………………….. 20...40000
Верхняя граница полосы пропускания УМЗЧ (по уровню -3 дБ), не менее,
кГц
.............................................................................. 90
Защищенность от интегральной помехи относительно номинального
уровня
сигнала, дБ, не менее …………………………………………… 86
Неравномерность АЧХ по звуковому давлению в полосе частот 40 Гц...20
кГц, дБ
…………………………………………
±4
Эффективный рабочий диапазон частот АС, Гц ………….
30...25000
Уровень звукового давления, соответствующий предельной долговременной мощности, дБ, не менее
Габаритные размеры, мм
………………………………………..
………………………….
105
1250x400x355
Масса, кг ……………………………………………………………… 37
Трехполосный частотный корректор УМЗЧ позволяет вносить изменения в АЧХ на низких, средних и высоких частотах звукового диапазона
не менее чем на ±6 дБ.
На переднюю панель КАА-100 выведены три светодиода, сигнализирующие о
включении напряжения питания ("Сеть"), о перегрузке
акустической системы ("Перегрузка") и срабатывании защиты, отключающей нагрузку от выхода УМЗЧ ("Защита").
Усилитель размещен в нижней части акустического агрегата; он вставляется с тыльной стороны корпуса и его лицевая панель оказывается сза-
157
ди. Поскольку органы управления усилителей в аппаратных не являются
оперативными, такое их расположение принято во многих случаях.
На передней панели УМЗЧ помимо теплоотводов мощных транзисторов расположены входной и сетевой разъемы, выключатель сетевого
питания и предохранитель, а также регулятор уровня входного сигнала и
выведенные под шлиц регуляторы АЧХ по высоким, средним и низким частотам.
Усилитель собран на четырех платах: входной дифференциальный
усилитель и трехполосный регулятор тембра собраны на одной плате; на
второй плате смонтирован собственно усилитель без мощных транзисторов, вынесенных на теплоотвод; выпрямительные диоды и устройство защиты расположены на отдельных платах.
В трехполосной АС с фазоинвертором и пассивными разделительными фильтрами (схема громкоговорителя показана на Рис.12.2) использованы три динамические головки. Для воспроизведения низких частот
применена головка 75ГДН-1-4, в качестве среднечастотной — 20ГДС-1-8 и
высокочастотной — 10ГДВ-2-16. Частоты разделения полос в фильтре —
650 и 5000 Гц. Форма корпуса АС позволяет реализовать наиболее широкую характеристику направленности излучения звука в области средних и
высоких частот, а также ослабляет интенсивность стоячих волн, образующихся внутри корпуса. С этой же целью внутренние стенки корпуса обработаны звукопоглощающим материалом. Для подавления переходных
искажений, имеющих характер призвука, применено акустическое демпфирование основного резонанса среднечастотной головки АС. Индикатор
перегрузки АС (на элементах R1, R2 ,VD1, VD2, HL1) подключен к входу
разделительного фильтра.
158
Рис.12.2
Схема встроенного усилителя показана на Рис.12.3. Конструктивно он
выполнен из нескольких узлов, в каждом из которых (А1-А4) нумерация элементов раздельная. Во входном каскаде, на который поступает сигнал линейного уровня с пульта звукорежиссера, применен ОУ DA1 для создания
дифференциального (симметричного) входа. Переменный резистор R5 выведен на переднюю панель усилителя и служит для коррекции его чувствительности. Для регулировки уровня активной громкости прослушивания в аппаратных обычно используют регуляторы пульта.
На той же панели размещен трехполосный регулятор тембра (на ОУ DA2,
DA3), позволяющий при необходимости внести коррекцию АЧХ громкоговорителя. Его регуляторы тоже выведены на переднюю панель УМЗЧ под
шлиц, чтобы исключить неквалифицированное вмешательство в установочные регулировки.
В УМЗЧ (узел А2) основное усиление по напряжению обеспечивает каскад на быстродействующем ОУ К574УД1Б (DA1). Для снижения нелинейных
искажений предоконечный каскад, собранный на транзисторах VT1 – VT4,
охвачен местной ООС (через R14, R11, R15, R12). Температурная стабильность достигается включением в коллекторные цепи транзисторов VT3, VT4
резисторов R19, R20 сравнительно большого сопротивления (15 Ом). Для
159
компенсации возможной нестабильности напряжения база – эмиттер транзисторов VT3, VT4 при изменении температуры в их базовые цепи включены
диоды VD3, VD4. Частотная коррекция и устойчивость по цепи обратной связи обеспечивается конденсаторами С10, С11.
Выходной мощный эмиттерный повторитель выполнен на транзисторах
VT5, VT6, работающих в режиме класса В. Диод VD5, включенный базами
выходных транзисторов, существенно снижает искажения типа «ступенька».
Кроме того, при малых сигналах в нагрузку течет ток предоконечного каскада,
поступающий через резистор R21.
Низкий коэффициент гармоник достигается благодаря глубокой общей
отрицательной обратной связи с выхода усилителя на инвертирующий вход
ОУ DA1 через элементы R4, C5, R3, C3 (неполярный). Для минимизации постоянного напряжения на выходе можно подключить резистор R8 к одному из
выводов баланса нуля (NC) в зависимости от полярности смещения, и подобрать его сопротивление в интервале 200….820 кОм.
Фильтр R1C2 ограничивает полосу пропускания УМЗЧ по высоким частотам.
Устройство защиты АС и задержки подключения выхода усилителя к АС
собрано на отдельной плате (узел А3). После включения напряжения питания на выходе двухпорогового компаратора, собранного на ОУ DA1, появляется положительное напряжение около 10 В и конденсатор С2 начинает заряжаться через резисторы R10 и R11. В первый момент после включения
сигнал с выхода усилителя на нагрузку не проходит через разомкнутые контакты реле, и на лицевой панели КАА светится светодиод «Защита». Через
заданный промежуток времени (определяемый постоянной времени цепи
R11C2) напряжение на базе транзистора VT3 достигнет значения, достаточного для его открывания. Реле К1 ( в узле А3) срабатывает и подключает АС
к выходу УМЗЧ, одновременно отключая светодиод «Защита». За время задержки , длительность которой выбрано около 2 с, успевают закончиться все
переходные процессы, которые могут вызвать щелчки в громкоговорителе.
При появлении на выходе усилителя постоянного напряжения ≥ 2 В узел
защиты должен отключить нагрузку, чтобы предотвратить выход из строя
громкоговорителей. Постоянное напряжение любой полярности через транзистор VT или VT2 поступает на вход компаратора DA1 и переключает его.
160
Происходит быстрая разрядка конденсатора С2 через VD8 и резистор R10,
напряжение на базе VT4, VT5 падает, и реле К1 отключает АС от выхода
усилителя. При этом загорается светодиод красного цвета «Защита».
Неполярный оксидный конденсатор С3 в УМЗЧ можно заменить двумя
встречно включенными полярными емкостью по 22 мкФ. В блоке питания использованы оксидные конденсаторы К50-37, которые можно заменить импортными, например Jamicon. Конденсатор С1 – К53-17.
При испытаниях усилителя пришлось столкнуться с тем, многие типы реле, вполне пригодные по своим электрическим параметрам, заметно увеличивали Кг сигнала при замкнутых контактов. Вполне хорошие результаты
были получены при установке реле К1 типа РЭН 34.
161
Рис.12.3.
Конструктивно корпус контрольного акустического агрегата выполнен в
виде усеченной пирамиды, в нижней части которой расположен специальный
изолированный отсек для УМЗЧ. Усилитель вставляют по специальным направляющим полозьям и прикрепляют винтами к корпусу. Передняя панель
УМЗЧ с расположенными на ней входным и сетевым разъемами, регуляторами громкости и тембра, выключателем питания и предохранителем оказы-
162
вается с тыльной стороны, что нужно иметь ввиду при выборе места расположения КАА.
Контрольные акустические агрегаты КАА-100 устанавливают в студийных
аппаратных в удобных местах, чтобы обеспечить оптимальные условия прослушивания.
Корпус УМЗЧ обязательно заземляют, для этого на передней панели
усилителя предусмотрена специальная клемма. Затем подключают входной
кабель и сетевой. Необходимо проследить за правильной фазировкой сигналов, предназначенных для прослушивания стереофонических передач.
После включения напряжения питания на передней панели громкоговорителя должны засветиться соответствующие индикаторы.
Подав на вход каждого усилителя сигнал номинального уровня, устанавливают его регулятором чувствительности нужный уровень громкости прослушивания, примерно одинаковый для обоих контрольных акустических агрегатов. В дальнейшем регулировку уровня целесообразно проводить с
пульта аппаратной.
В КАА-100 предусмотрена возможность коррекции АЧХ УМЗЧ с учетом
акустических характеристик помещения и места расположения контрольных
агрегатов. После такой регулировки желательно измерить частотные характеристики контрольных агрегатов в месте прослушивания с помощью шумомера, хотя в итоге основной критерий – слуховая оценка.
По заключению звукорежиссеров – экспертов КАА-100 имеет меньшую
неравномерность АЧХ, воспроизводит более естественную тембральную окраску вокала и различных музыкальных инструментов, обладает лучшей
«прозрачностью», не искажает «звуковые планы», в сравнении с контрольными агрегатами НЕС-45 (производства BEAG), различие в звучании громкоговорителей КАА-100 в стереофоническом режиме было меньше.
В 1994г. при экспертизе эффективности введения ЭМОС в акустическую систему звукорежиссерами установлено, что качество звучание КАА100 заметно улучшается, становится более естественным, причем оптимальной глубиной ЭМОС признан уровень, равный 2 дБ.
Демонстрационные прослушивания КАА-100 в экспозициях на международных выставках вызывали интерес отечественных и зарубежных специалистов, давших высокую оценку этой акустической системе.
163
А.Демьянов, г. Москва
Еще немного о конструкции акустической системы
Стоит отдать должное В.И. Шорову, сумевшему в условиях деловой
инертности начала 90-х гг. разработать и добиться внедрения в производство этой замечательной по тем временам АС. Под его руководством была
спроектирована и изготовлена АС с наклонными боковыми панелями и симметрично расположенными щелевыми фазоинверторами.
Рис.12.4.
Эскизный чертеж корпуса АС (вариант без усилителя) показан на
рис.13.4 Объем НЧ оформления – около 47 л, фазоинверторы настроены на
частоту 40 Гц. Переменное сечение корпуса, а также щелевые фазоинверторы вдоль боковых панелей позволило значительно – на 5…7 дБ - уменьшить неравномерность результирующей АЧХ, что способствовало улучшению микродинамики в звучании
( сравнении с другими, собранными на
отечественных динамических головках). Эта АС имела выразительный струк-
164
турированный бас, в полосе СЧ был ясный и четкий, обеспечивавший хорошую локализацию инструментов в пространственной картине.
Корпус АС выполнен из ДСП толщиной 16 мм и покрыт прочной виниловой пленкой «под дерево». Из ДСП изготовлены и рамы – распорки – для
увеличения жесткости конструкцию, Внутренние поверхности, кроме передней панели, выложены звукопоглотителем – ватными матами, обтянутыми
технической марлей. Бокс для головки СЧ с внутренним объемом 2 л также
имеет звукопоглотитель для предотвращения возникновения стоячих волн.
Ориентировочные размеры корпуса: нижнее основание – 350х400 мм, верхнее основание – 150х200, высота – 1030 мм (без колесных опор).
Пассивные фильтры для НЧ и СЧ головок – первого порядка (6 дБ на
октаву), для ВЧ – третьего (18 дБ на октаву). Катушка НЧ выполнена с сердечником из трансформаторной стали, остальные – обычные, на пластмассовых каркасах. Конденсаторы – К73-16 на напряжение 160 В, резисторы –
безиндукционные С5 – 16В на мощность 8 Вт.
В АС предполагалась и другая комплектация головок – тоже классика
70 – 80 –х годов: 75ГДН-2, 20ГДС-4-8 и 10ГДВ-2-16.
Следует отметить, что для советской промышленности того времени
эта конструкция АС со своим разделительным фильтром была наиболее передовым изделием среди многих других АС. Самая главная отличительная
особенность звучания АС – открытое, проработанное в деталях звучание музыкальных инструментов. Тщательный подбор динамических головок, наряду
с внешним акустическим оформлением, позволил в максимальной мере реализовать довольно высококачественную АС на базе российских комплектующих. Эта система и сегодня по большинству объективных и субъективных
характеристик не уступит напольным АС средней ценовой категории.
Акустическая система 30АС – 103П
На фото (Рис.11.3) показаны еще две акустические системы, разработанные В.И.Шоровым.
Очень интересна АС с круговой диаграммой направ-
ленности, описание которой автор привел в [Л.80]. При создании ее имелось
ввиду, что тогда отечественных телевизоров со стереофоническим звуком
еще не было и предполагалось «размыть» его, используя АС с круговой диаграммой направленности. Но когда «Фирма РТВ» занялась звукоусилением в
165
православных храмах, то оказалось, что внутри храмов наилучшие результаты получались при применении акустических систем с распределенным
звуком типа 30АС – 103П. Достоинством их является настолько «размытый»
звук, что трудно определить местонахождение источника звука. Если головы
прихожан
невольно поворачиваются в сторону обычного направленного
громкоговорителя, откуда доносится звук, то с этими АС такого эффекта нет.
Поэтому в церквях всегда предлагалось использовать именно эти АС. Специально для этих целей был сконструированы УМЗЧ на 2 канала по 40 Вт
(без регуляторов тембра) и 2х 22Вт с частотными корректорами по высоким
и низким частотам и с двумя среднечастотными с перестраиваемой центральной частотой настройки. Размеры стального корпуса УМЗЧ для удобства установки точно совпадали с размерами с габаритами дна АС.
Рис.12.5
Для наружного озвучивания Шоров разработал колонки, состоящие из
двух громкоговорителей (по 25 Вт) с большой отдачей, размещенных в корпусе от акустической системы 30АС. Качество их звучания было совсем неплохим, но корпус из ДСП не имел защиты от снега и дождя, а козырьки не
всегда могли обеспечить защиту. Поэтому позднее стали использоваться
влагозащищенные промышленные колонки. Обычно они рассчитаны на напряжение 100В, чтобы уменьшить потери на длинных линиях. Но достаточно
удалить трансформатор, и получалась легкая, прочная колонка с сопротивлением около 8 Ом.
Нет необходимости говорить, что с уходом В.И. Шорова выпуск всех АС
на заводе «Янтарь» был полностью прекращен, а завод целиком занялся
только производством мебели.
166
13.
Беспроводные радиосистемы
В большой степени качество звука определяется выбором микрофонов и
правильной их установкой. Существует огромное количество типов микрофонов, стоимость которых и характеристики могут значительно различаться.
Наиболее широкое распространение получили динамические и конденсаторные микрофоны. Динамические значительно дешевле, прочнее механически,
т.е. не очень боятся ударов, влаги и т.п., но имеют низкую чувствительность
и довольно большие габариты. В стационарных условиях часто целесообразнее применять конденсаторные микрофоны или, в крайнем случае, их более дешевую разновидность - электретные. Конденсаторные микрофоны
требуют внешнего источника питания, так называемого “фантомного”. Эти
микрофоны хрупкие, боятся ударов, влажности, а, учитывая их высокую
стоимость, требуют очень бережного обращения. Чувствительность их в
среднем примерно раз в 30 - 50 выше, чем у динамических микрофонов. Существует много не очень дорогих малогабаритных моделей. Например, отечественные микрофоны типа КМКЭ 400 при большой чувствительности и небольших габаритах (диаметр 8мм, длина 12мм) обеспечивает вполне приличное звучание. Еще лучше результаты получаются при применении импортных микрофонов, например, устанавливающихся на гибком держателе
подвесных микрофонов фирмы SHURE MX202 , которые могут иметь круговую, кардиоидную или суперкардиоидную характеристика направленности и
выпускаются и черного и белого цвета. К относительно недорогим микрофонам относится и AKG C 562-CM (диаметр 20, длина 28 мм). Можно легко подобрать подобные миниатюрные микрофоны и других фирм.
В продаже очень много недорогих электретных микрофонов, но от них редко
удается получить хорошее качество звука. К тому же эти микрофоны часто
начинают через какое-то время сильно шуметь.
Заслуживают внимания радиомикрофоны, т.е. “беспроводные системы”.
Радиомикрофоны (РМ) радиосистем обычно применяются для звукоусиления
и используются в том же помещении, где установлены мощные акустические
системы. Очевидно, если РМ сможет принять звуковой сигнал от источника,
находящегося хотя бы в нескольких метрах от него, то неминуемо возникнет
акустическая завязка. Поэтому РМ оборудуют регуляторами чувствительности и пороговыми шумоподавителями. Обычно регуляторы установлены та-
167
ким образом, что РМ не усиливал голос человека, находящегося в 1,5 - 2
метрах. Для вокалистов нужны довольно высококачественные микрофоны
(THE VOCAL ARTIST0), да и шумоподавитель требует очень тщательной настройки. К радиосистемам для лекторов (THE PRESENTOR) требования менее жесткие, поскольку в этих случаях важна разборчивость и достаточно,
чтобы голос был просто узнаваем. Поэтому часто удается с успехом использовать недорогие электретные микрофоны.
Обычно петличный микрофон и передатчик размещают в кармане под
верхней одеждой, чтобы руки лектора оставались свободными, а РМ – невидимым для окружающих. При наличии компрессора в модуляторе голос лектора будет слышен хорошо, даже если он отвернется, но голос его собеседника при правильной установке порога срабатывания шумоподавителя не
будет слышен. Недостатком является то, что довольно дорогих батарей хватает примерно на 6 - 8 часов работы, после чего нужно их заменить или перезарядить аккумуляторы. С этой точки зрения выгоднее использовать радиомикрофоны с батареями АА, которые нетрудно заменить аккумуляторами
большой емкости.
Беспроводные системы желательно выбирать с “двухантенными” приемниками, которые обеспечивают прием сигналов со всех сторон, и с как можно
более высокой несущей частотой (≥ 800 МГГц). От частоты зависит и прохождение сигналов и длина антенны. Чем короче антенна, тем легче ее замаскировать. Правда, беспроводные системы дорогие, но иногда могут помочь
очень дешевые
китайские радиосистемы или РМ для караоке. Потребляе-
мый ток у них довольно большой (приемник ≈ 50 мА, передатчик – около 40)
и качество звука очень зависит от экземпляра микрофона. Самое неприятное, что нет никакой информации, в том числе и о частоте настройки. Поэтому может встретиться РМ, настроенный на частоту, на которой даже при малой выходной мощности работать просто нельзя.
Часто бывает проще самостоятельно изготовить радиомикрофон ( Р ≤ 10
мВт) с широкополосной частотной модуляцией, работающий на свободном
участке вещательного диапазона. Это позволит использовать для приема
обычные радиовещательные радиоприемники с УКВ или УКВ-2 (FM) диапазоном. К сожалению, при отсутствии несущей частоты передатчика приемники имеют большие шумы.
168
Поскольку задача РМ - передать сигнал на несколько метров к входу усилителя мощности без проводов, то нет необходимости иметь выходную
мощность у РМ свыше нескольких милливатт, тем более что при этом увеличивается длительность работы батареи.
О радиоприемнике для работы в беспроводной системе имеет смысл
поговорить подробнее [Л.55]. Можно использовать с небольшими доработками любой бытовой УКВ приемник или недорогую настроенную плату УКВ
ЧМ/FM приемника. Например, очень удобен тюнер “КЕ201” московской фирмы «Каскад», собранный на МС К174ХА34 и К174ХА10 (в последней подключен только УЗЧ). Но и самостоятельное изготовление приемника никакой
сложности не представляет.
Рис.13.1
Используя в качестве указателя движок многооборотного потенциометра
(R2) настройки частоты можно нанести шкалу частот, показанные утолщен-
169
ными линиями на Рис.13.1 изменения в схеме, позволяют значительно улучшить работу приемника в составе радиосистемы. Нужно отметить, что
имеющуюся систему БШН можно считать “бесшумной” с большой натяжкой.
При отсутствии несущей частоты шумы на выходе довольно велики и при
выключенном радиомикрофоне неприятны на слух. Однако шумы нетрудно
уменьшить в несколько раз с помощью простейшего шумоподавителя, функции которого с успехом может выполнить любой маломощный кремниевый np-n транзистор (серии КТ3102, КТ315 и др.), подключенный параллельно потенциометру регулятора громкости R5. Для управления шумоподавителем
используется напряжение, снимаемое с резистора R6 = 4,7кОм ... 5,6кОм, установленного вместо светодиода “индикатора точной настройки”. При отсутствии несущей напряжение на нем составляет около 0,6 В, а при точной настройке на мощную радиостанцию снижается до 0,2 В. Шунтирующее сопротивление открытого транзистора очень заметно уменьшает уровень шумов,
а при точной настройке на станцию транзистор практически не мешает. Стати, такую действительно “бесшумную” настройку можно рекомендовать всем
владельцам подобных приемников.
В составе радиосистемы вместо светодиодного индикатора удобнее
применить стрелочный прибор Р1 (например, типа М4206 на ток 50 мкА).
Для его работы можно использовать то же напряжение, снятое с резистора
R6, а чтобы отсчет был привычным, т.е. показания прибора увеличивались
бы при настройке на станцию, нужно подать на второй вывод прибора компенсирующее напряжение около 0,6 В с установленного для этих целей потенциометра R10 через ограничивающий резистор R11 . Напряжение снимается со светодиода VD1 (индикатора включения напряжения питания), который одновременно стабилизирует компенсирующее напряжение. Такая несложная переделка весьма упрощает настройку РМ. Достаточно найти свободный участок на желаемом диапазоне, а затем точно подстроить РМ, используя индикатор настройки приемника, как индикатор напряженности поля.
При необходимости работы беспроводной системы в разных местах
это
очень удобно. В более сложном варианте доработки приемника используется стрелочный измерительный прибор от кассетных магнитофонов (типа
М4247 или М476 на 100 мкА). Транзистор VT2 усиливает ток и не позволяет
компенсирующему напряжению отключить шумоподавитель, управляющее
170
напряжение на который снимается с делителя R12, R13 (установленного
вместо R6) , поскольку при увеличении его сопротивления до 12к...15к напряжение на нем при настройке на станцию изменяется примерно от 2,3 В
до 0,45 В. При выездной работе целесообразно использовать для питания
приемника сетевой адаптер. Для стабилизации его напряжения в схему введен стабилизатор на микросхеме ДА4, позволяющий не только избавиться от
фона, но и использовать напряжение питания 12 - 18 В от любого выпрямителя, аккумулятора или батареи. Для снятия стабилизированного напряжения предусмотрен разъем Х3 и переключатель измерительного прибора из
режима индикатора поля (IND) в режим измерителя тока (mA). Напряжение
можно использовать для подзарядки аккумулятора передатчика или, вынув
из РМ батарею питания, контролировать потребляемый им ток при настройке
выходного каскада и согласовании выхода с антенной. Такой приемник дает
возможность полностью настроить РМ без всяких дополнительных приборов.
Усилитель мощности звуковой частоты на нагрузке 8 Ом развивает мощность до 0,7 Вт и позволяет прослушивать речь с помощью небольшого контрольного громкоговорителя, отключающегося при включении в выходной
разъем Х1 штекера для подачи выходного сигнала на микшерный пульт. Если
удобнее воспользоваться не линейным, а микрофонным входом, то сиг-
нал снимают с делителя, для чего обычно предусматривается переключатель ЛИН./ МИК. В описываемом приемнике для этих целей используется
вторая пара контактов выходного разъема Х1. На Рис.13.2 приведена схема
еще одного варианта приемника, в котором в качестве индикатора используется светодиодная сборка DC-7G3EWA и МС LM3914.
Рис.13.2
171
При работающем шумоподавителе горят три красных светодиода сборки
(порог устанавливается потенциометром R6), а при наличии несущей зажигаются зеленые светодиоды. Светодиоды загораются поочередно, хотя достаточно подключить 9 вывод МС DA5 к плюсовому проводу питания (соединить точки “а” и “b”) и будет светиться гореть весь столбик, но при этом возрастет и потребляемый ток. Этот вариант приемника без труда размещается
в таком же корпусе, как у РМ (например, типа КМ26). Прослушивание сигналов можно проводить с помощью головных телефонов, а в качестве антенны
использовать отрезок обычного провода.
Можно применить и карманные сканирующие приемники с цифровой
шкалой. Только нужно установить постоянную частоту настройки такого приемника и перевести его на питание от сети переменного тока. Устройство таких радиоприемников рассмотрено в [Л.61]. Если не отключить кнопку
«Scan», то при выключении РМ приемник тут же перестроится на частоту
следующей вещательной радиостанции и лекция закончится какой-нибудь
веселой музыкой или рекламой.
Для введения постоянной настройки проще всего перерезать дорожку на
печатной плате, ведущую к варикапу, и подать туда постоянное напряжение
с движка многооборотного потенциометра через резистор с сопротивлением
несколько сотен килом. Малогабаритный потенциометр РП1-48 легко размещается вместе с простым стабилизатором напряжения в батарейном отсеке
даже небольших приемников. Удобнее использовать приемник с динамической головкой и с внешней антенной, поскольку не удается подключить к входу усилителя приемник, у которого в качестве антенны используются провода телефонов. В [Л.61] рассказано, как можно подключить внешнюю антенну
и к приемнику, не имеющему таковой. Обычно питание на выходной транзистор по постоянному току подается через телефоны. Поэтому, чтобы снять
сигнал с телефонного гнезда, нужно включить резистор между коллектором
транзистора и источником питания и снимать сигнал через разделительный
конденсатор. При увеличении напряжения питания приемника (но не выше 4
В) увеличивается диапазон перекрываемых приемником частот. Практически
приемник легко настраивался даже на частоту до 150 МГц. Этим обстоятель-
172
ством можно воспользоваться при определении частоты настройки покупного
РМ с неизвестными характеристиками. Не следует работать на неразрешенных частотах, так как можно создать помехи служебной связи.
Радиомикрофон [Л.55,Л.56] тоже должен отвечать определенным требованиям. Собственно передатчик можно собрать по любой из описанных
схем, например, в [Л.58]. От умножения частоты было решено отказаться, так
как умножитель существенно затрудняет быструю перестройку передатчика
(Рис.14.3). Для получения выходной мощности в несколько мВт достаточно
одного задающего генератора, но, чтобы уменьшить влияние рук человека на
его частоту, нужен еще усилитель мощности, играющий роль буферного каскада. Повышение стабильности частоты настройки достигается введением
стабилизированного напряжения питания (VT1, VT2, VT3, VT4) задающего
генератора и экранировкой задающего генератора. Можно применить и другой стабилизатор напряжения [Л.59], напряжение которого регулируется подстроечным резистором, а не требует подборки транзистора VT3. Для описываемого здесь РМ не очень подходит и предложенная антенна. Удобнее всего оказалось в качестве антенны использовать микрофонный кабель. Правда, при этом приходится использовать кабель определенной длины (четверть длины волны) и ставить развязывающие дроссели L5,L6.
Рис.13.3
173
Модулятор выполнен на микросхеме DA1 (SSM 2166). Эта микросхема
включает в себя микрофонный усилитель, компрессор и шумоподавитель и
размещается в корпусе DIP-14. Рассчитана микросхема на применение в
различных речевых системах и обеспечивает вполне приличное качество
звучания. В
музыкальных звуковых системах применять ее не стоит, по-
скольку получить с ее помощью высокое качество звучания затруднительно
из-за несимметричного микрофонного входа и из – за того, что временные
характеристики и компрессора и шумоподавителя задаются выбором только
одной емкости конденсатора С6. Невозможно изменить, например, только
время восстановления компрессора. Зато время срабатывания шумоподавителя оказывается равным времени восстановления компрессора и
при
большом сжатии диапазона уровня речевого сигнала работа микросхемы
значительно менее заметна на слух. Есть более упрощенный вариант МС
(SSM2165 с 8 выводами), но характеристики РМ регулировать при ее применении гораздо сложнее. Подстроечный резистор R3 позволяет регулировать
усиление входного усилителя от 2 до 5 раз. Второй резистор R10 регулирует
порог срабатывания шумоподавителя. В зависимости от чувствительности
микрофона нужно выставить этот порог таким образом, чтобы не возникала
акустическая завязка, но и не “откусывались “ бы слова при малой громкости.
Номинальное напряжение на выходе МС около 130 мВ, необходимое для получения нужной девиации частоты, достигается уже при входном сигнале
0,18 мВ. Порог срабатывания компрессора можно изменить подбором величины R8 (например, при R= 5 кОм Uвых= 0,3 В). Степень компрессирования
зависит от величины R7 (R=0 соответствует 1:1, R=80 кОм - 15:1). Все временные параметры задаются емкостью конденсатора С6, которая может
быть выбрана в пределах от 2,2 МК до 22 МК, ориентируясь на свой слух.
Микросхема 2166 имеет свой внутренний стабилизатор напряжения и работает при напряжениях питания от 4,5 В до 10 В. Поскольку потребляемый ею
ток колеблется от 7 до 10 мА, то напряжение на МС можно подать через светодиод индикации включения питания HL1 . В предлагаемом РМ используется двухцветный светодиод КИПД29В (LHG5292) и схема сигнализации разряда батареи, собранная на VT5, VT6 и VD3. База одного VT5 подключена к
выходу стабилизатора, а VT6 - через диод VD3 - к нестабилизированному источнику питания. Когда напряжения питания станет ниже допустимого уровня
174
(определяется подбором VT3), происходит смена цвета свечения светодиода. При достаточном напряжении батареи светодиод излучает зеленый цвет,
а при ее разряде цвет изменяется на красный. Рабочий режим микросхемы
сохраняется даже с учетом падения напряжения на светодиодах и транзисторах. Нет и дополнительного потребления тока индикаторами. В результате РМ потребляет ток 17...22 мА. В РМ предусмотрен переключатель SА1,
включающий положительную обратную связь микросхемы через цепочку
R6,C7, что приводит к самовозбуждению модулятора. Подбором номиналов
названных элементов можно получить желаемую частоту самовозбуждения и
даже синусоидальную форму выходного сигнала. Этот сигнал нужен только
для облегчения поиска частоты настройки РМ с помощью приемника. Чтобы
избежать случайного включения режима генерации, переключатель SА1 размещается внутри корпуса РМ.
При работе РМ только в одном месте этот режим необязателен, поскольку для контроля частоты достаточно индикатора напряженности поля
приемника. Делитель на выходе МС R11, R12 и С11 позволяют скорректировать частотную характеристику РМ. Ведь в вещательных приемниках предусмотрен завал высоких частот цепочкой с постоянной времени 50 мкс для
диапазона УКВ-1 и 75 мкс - для УКВ-2. Если соответствующей предкоррекции
в РМ не будет, то звучание может быть “глухим”. На самом же деле практически все недорогие электретные петличные микрофоны имеют большую отдачу на высоких частотах и для получения естественного звучания чаще
приходится или отказываться от предкоррекции или даже вводить небольшой завал высоких частот (подключив С11 не параллельно R11, а вторым
выводом к минусовому проводу). Целесообразно сначала С11 не включать,
а затем при необходимости выбрать величину его и способ включения, ориентируясь на качество звучания РМ с выбранным микрофоном. Резисторы
R14,R2 образуют делитель для подачи напряжения питания на электретный
микрофон. Для некоторых типов таких микрофонов резистор R2 не нужен, а
при применении динамического микрофона нет необходимости в резисторе
R14.
При испытаниях РМ очень неплохое звучание обеспечил динамический
микрофон МД-380, но этот микрофон имеет большие габариты. Вполне уз-
175
наваемый голос обеспечивает недорогой микрофон, использующийся для
компьютеров.
Для РМ можно использовать подходящий из продающихся корпусов серий KZ или КМ. К сожалению, для каждой перестройки частоты или порога
шумоподавителя приходится развинчивать винты крепления корпуса для
доступа к элементам настройки и включателю режима генерации модулятора. Если РМ используется в одном месте, то в перестройке частоты нет необходимости, а вот при переезде в другое место на частоте настройки может
работать местный передатчик и в этом случае удобнее будет корпус с откидной крышкой (например, футляр от безопасной бритвы с примерно с такими же габаритами).
В качестве катушек L1, L4 – L6 применяют высокочастотные дроссели
ЕС24-560к (индуктивность – 56…100 мкГн). Катушка L2 намотана на каркасе
от контура УПЧ старого телевизора с латунным подстроечным сердечником и
содержит 4 витка провода ПЭЛ 0,6, а катушка L3 - бескаркасная и имеет 3
витка. На плате предусмотрен разъем для подключения внешнего источника
питания Х2 (“+Up”), но этот разъем нужен далеко не всем, особенно, если не
предполагается использовать аккумулятор вместо батареи.
На месте проведения испытаний беспроводной системы меньше всего
вещательных станций оказалось в диапазоне 72 - 74 МГц, да и метровый
микрофонный провод довольно удобен в обращении. Оказалось, что предложенная беспроводная система обеспечивает вполне приемлемые характеристики, хотя она значительно дешевле фирменных систем. На открытом
пространстве дальность действия РМ примерно 150 метров. Громкость звука
даже при изменении громкости чтения или повороте головы от микрофона,
размещенного в верхнем нагрудном кармане, изменяется очень мало за счет
работы компрессора. При выходе из зоны действия РМ сигнал не уменьшается, а просто выключается, как в нормальных радиосистемах. Хотя современные промышленные системы обеспечивают значительно более высокое
качество звука и практически не имеют “провалов” в зоне уверенного приема, но РМ у них обычно потребляет ток 45 - 50 мА, что затрудняет использование обычной батареи “Крона”. Поэтому и эксплуатационные расходы у
предлагаемого РМ тоже оказываются значительно ниже. Сравнение же с вы-
176
пускавшимися ранее радиосистемами (на 174 МГц) показало, что заметных
преимуществ у них нет.
Для модульного пульта [Л.16] был разработан модуль на основе тюнера (радиоконструкторы КЕ127, КЕ103М фирмы “Каскад”). Конечно, можно просто собрать приемник самому. На Рис.14.4 показана схема модуля, а на Рис.14.5 приведен его эскизный чертеж.
В модуль введен шумоподавитель на микросхеме DA1.1 (LM358), регулировка
тембра по высоким и низким частотам DA2.1 (TL082) и выходной усилитель с регулятором для подачи сигнала в оба выходных блока и усилитель звуковой частоты, который используется для настройки радиоприемника на станцию с помощью головных телефонов.
После настройки на нужную частоту, с помощью тумблера SA1 “ON” сигнал с
усилителя DA2.2 подается в пульт. Регулятор усилителя R17 обеспечивает независимую регулировку громкости прослушивания.
Рис.13.4
Входы двух каналов усилителя объединены, поскольку для приемника радиомикрофона нет необходимости обеспечивать стереофоническое звучание. Приемник может использоваться и по прямому назначение, позволяя включить трансляцию
вещательной радиостанции в перерыве каких-то мероприятий. Тюнер КЕ-103 работает в двух УКВ диапазонах, но в отличие от КЕ-127 у него нет дополнительного усилителя радиочастоты и его чувствительность ниже. Серьезным недостатком модуля
177
при батарейном питании является довольно большой потребляемый ток (от 40 мА
даже при выведенной громкости УМЗЧ). Конструктивно тюнер КЕ-103 разместить в
модуле довольно сложно и поэтому была проведена доработка, заключающаяся в
удалении переключателя диапазонов (оставлен только диапазон FM), замене многооборотного потенциометра R7 тюнера на обычный цилиндрический потенциометр,
например, типа СП3-4 (для удобства нанесения шкалы настройки) и в установке на
выходе НЧ резистора 100к (выход 4). Этот резистор предусмотрен в схеме тюнера
для выхода КСС, но часто просто не устанавливается. Желательно также выходной
электролитический конденсатор заменить на керамический 0,22МК - 1МК. Еще нужно
припаять провод к 9 выводу МС К174ХА34 для снятия сигнала управления (на вывод
“2” платы) шумоподавителем. Порог срабатывания компаратора шумоподавителя
DA1.1 выбирается с помощью подстроечного потенциометра R5. Можно или снижать
шумы при отсутствии несущей частоты передатчика или даже “давить” сигнал при
снижении уровня несущей ниже выбранного уровня. При срабатывании шумоподавителя горит красный светодиод HL1(АЛ307КМ). Входы контрольного усилителя DA3
объединены, и громкость регулируется одним потенциометром R17. Выходной сигнал подается на разъем Х1 JACK 3,5, к которому подключаются головные телефоны
или небольшой громкоговоритель. На шины пульта сигнал приходит только после
включения тумблера “ON”. К сожалению, практически вся лицевая панель модуля
занята органами управления и трудно разместить даже плату тюнера. В модуле она
закреплена на уголках (со стороны расположенных на ней компонентов), а переменный резистор R17 размещен между основной платой и платой тюнера. При самостоятельном изготовлении приемника можно разработать более удобную конструкцию платы.
178
Рис.13.5
На Рис.13.6 показана доработанная схема радиомикрофона [Л.56]. Значительно упрощен стабилизатор напряжения, собранный на микросхеме DA2
(КР1170ЕН6) серии «Low drop», т.е. с малым падением напряжения вход – выход.
Небольшой потребляемый ток (около 22 мА) позволяет применить для питания аккумуляторную батарею емкостью 0,15 А.ч. (15F8K-U). Для подзарядки в устройстве
предусмотрены стабилизатор тока на транзисторе VT5 и сигнализатор процесса зарядки – светодиод HL2. Сбоку корпуса установлен разъем Х2 для подключения сетевого адаптера, обеспечивающего выпрямленное напряжение +12 В.
179
Рис.13.6.
Модулятор РМ оказался удачным и в его схему только был введен простой регулятор тембра на элементах R17 – R19, C21, C22 [Л.60]. Из – за пассивного регулятора пришлось поднять порог срабатывания компрессора, уменьшив сопротивление резистора R8 до 7,5 кОм. Изменена схема самого передатчика. Задающий генератор собран на полевом транзисторе VT2 (КП313Б) с изолированным затвором.
Нужно установить подбором R16 ток стока в пределах 12…14 мА. Предусмотрена
возможность электронной подстройки частоты в небольших пределах с помощью
подстроечного резистора R13. Выключатель SA1 замыкает цепь обратной связи для
обеспечения генерации в НЧ тракте. Это облегчает настройку приемника и передатчика на одну частоту.
Катушка L5 бескаркасная, намотанная проводом диаметром 1 мм на оправке
диаметром 6 мм и содержит 4 витка с отводом от первого. Выходная катушка (L3)
тоже намотана на той же оправке и содержит 3 витка провода диаметром 0,6…0,8
мм. Дроссели L1,L2,L4 - индуктивностью 56…100 мкГн.
180
Рис.13.7
Радиомикрофон размещен в пластмассовом корпусе типа КМ-26.
На Рис.13.7 показан чертеж печатной платы. Соединительных проводов со стороны размещения компонентов немного, и вполне допустимо использовать одностороннюю плату с перемычками. Разъем Х1 (моно JACK 3,5) для микрофона и
двухцветный светодиод HL1 индикации включения и разряда батареи выведены на
верхнюю крышку корпуса.
На плате сделан специальный вырез, чтобы закрепить разъем на нижней части
корпуса, где размещена плата. Тогда достаточно отвинтить один стягивающий винт,
чтобы получить доступ ко всем регуляторам. Ведь первоначальная установка чувствительности, порога шумоподавления и тембра обычно проводится один раз.
На верхней крышке корпуса закреплен зажим для ремня или кармана. Предусмотрено также отверстие для светодиода HL2.
Выключатели питания SA2 и цепи положительной обратной связи SA1 выведены
на левую крышку корпуса РМ. Желательно ручки выключателей укоротить, особенно
у SA1, чтобы исключить возможность случайного включения. Более того, переключатель SA1 нужен только при настройке приемников по характерному низкочастотному
«жужжанию», и вполне допустимо ограничить возможность включения его только с
помощью отвертки или подобного предмета. На ту же лицевую крышку выведен
разъем Х2 для включения сетевого адаптера.
При налаживании устройства подстроечными конденсаторами С11 и С12 добиваются наибольших показаний индикатора поля при включенном микрофонном кабеле.
181
Испытания макета РМ подтвердили, что он не только не уступает, но иногда оказывается удобнее в эксплуатации некоторых недорогих промышленных устройств
подобного назначения.
В некоторых случаях приходится обеспечивать трансляцию одновременно и в
каких-то изолированных помещениях. Самое простое решение - подать сигнал на
активные компьютерные колонки по проводам с телефонного выхода пульта. Выход
не боится даже случайных КЗ и допускает одновременное использование нескольких активных колонок, поскольку их входное сопротивление обычно превышает 20
кОм. К сожалению, провода далеко не всегда удобны и уж совсем не годятся при организации оперативной трансляции. В этих случаях целесообразнее использовать
микропередатчик. Он мало отличается от РМ, только значительно проще, поскольку
использует линейный уровень сигнала и не нуждается в микрофонном усилителе.
Сигнал и питание может подаваться с пульта через разъем ОНЦ или пользоваться
сетевым адаптером. Если одновременно будут работать и передатчик и РМ, частоты
их несущей частоты нужно разнести не менее чем на 2 МГц. Могут возникнуть сложности с выбором свободных от вещания участков. Схема микропередатчика показана на Рис.13.8.
Рис. 13.8
182
На микросхеме DA1 собран генератор на частоту 1…2 кГц. Он запускается при
нажатии на кнопку S1 и очень облегчает настройку приемника на частоту передатчика. О том, что включен генератор, сигнализирует красный светодиод HL1. Светодиод
зеленого цвета HL2 горит при наличии напряжения питания. Генератор можно собрать и на двух транзисторах. При применении микропередатчика., если правильно
выбрана несущая частота, удается получить удовлетворительное качество звучания
на расстоянии десятков метров на любом вещательном приемнике.
14. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Контрольно – измерительные приборы, конечно, не входят в системы звукоусиления, но настройка звуковой аппаратуры без них невозможна. Поэтому целесообразно рассказать о возможности самостоятельного изготовления двух достаточно
простых и с приличными характеристиками измерительных прибора [Л.57, Л. 69].
183
15. Низкочастотный генератор.
Когда возникла необходимость заменить рассыпающийся от многолетней
службы в домашней лаборатории звуковой генератор ГЗ-102, то оказалось, что это
не так просто. Менять его на такую же древность смысла не имеет, а в продаже сейчас почему-то встречаются, в основном, только функциональные генераторы, которые для измерений звуковой аппаратуры не очень удобны, да и цены …. Сделать
самому и проще и значительно дешевле. Публикаций на эту тему очень много, поэтому изобретать ничего не надо, но выяснилось, что удобных для повторения полностью законченных простых конструкций не так уж много. Пришлось на макетах
проверить повторяемость и параметры некоторых схем и на их основе создать наиболее простой и удобный для повторения вариант.
По моему мнению, один из наиболее удобных генераторов для работы со звуковой аппаратурой является ГЗ-102, поскольку ступенчатые регуляторы и кнопочные
переключатели очень усложняет работу. Считаю, что компьютерные «виртуальные
приборы» годятся для экспериментов, но малопригодны для нормальной повседневной работы. Опять же, модные генераторы с «ультранизкими искажениями»,
работающие обычно на фиксированной частоте, тоже не очень интересны для этой
цели.
В домашней лаборатории хотелось бы иметь перестраиваемый генератор, с
не очень большие габаритами, но удобство работы с ним и его параметры должны
не очень уступать ГЗ-102. Значительно важнее при изготовлении прибора избежать
предварительного отбора элементов для получения приличных характеристик. Поэтому пришлось сразу отказаться от рассмотрения схем с использованием моста
Вина или двойного Т-моста. Заслуживают внимания схемы на фазовращателях
[Л.62, Л.63], предложенная Е. Невструевым [Л.64] и схемы с гиратором Г.Петина
[Л.65]. На макетах самый низкий коэффициент гармоник удалось получить в генераторе, собранном по схеме Невструева. На частоте 1 кГц и при выходном напряжении
около 1В измеритель нелинейных искажений (ИНИ) С6-11 показал Кг = 0,016%. Возможно, этот прибор меньше просто не может показать (по паспортным данным минимальный измеряемый Кг=0,03%). Но, к сожалению, в этой схеме получить устойчивую генерацию во всех диапазонах очень трудно. С этой точки зрения схема довольно капризная. Схема с фазовращателями сложнее других и содержит больше
184
элементов. Явное преимущество по простоте и стабильности в работе имеет одна
из предложенных Г.Петиным [Л.65] схем, показанная на (Рис.15.1).
Рис.15.1
У автора в схеме перед лампой еще установлен усилитель тока на транзисторе, чтобы нить накаливания лампы для хорошей стабилизации выходного напряжения разогревалась докрасна. Такой же усилитель предусмотрен и в схеме [Л.64].
Но оказалось, что наличие усилителя на параметрах генератора не сказывается. При
выходном напряжении 1В лампочка не очень нагревается, а амплитуда выходного
сигнала при перестройке частоты практически не изменяется. Возможно, при большем выходном напряжении (у автора 4 В), усилитель нужен, но в нашем случае необходимости в нем нет. Кроме усилителей на транзисторах, при проверке, на макете
вместо обычных операционных усилителей устанавливались микросхемы SSM2135
и SSM2275, которые могут обеспечить значительно больший выходной ток. В этом
случае лампочка может разогреваться без всякого дополнительного усилителя, но
тоже никакой разницы в стабильности амплитуды и Кг не замечено. В схеме Невструева
наименьшие искажения сигнала достигаются при определенном опти-
мальном выходном напряжении, выбираемом с помощью подстроечного потенциометра. В схеме, показанной на Рис.14.1 никаких регуляторов не предусмотрено, а
амплитуду выходного сигнала при необходимости можно изменить подбором величины резистора R3. Для получения напряжения 1В потребовался резистор R3 около
13 кОм. Увеличение амплитуды одновременно позволяет повысить верхнюю граничную частоту генерации при тех же элементах. На мой взгляд, на практике необходимость в использовании частоты выше 100 кГц возникает крайне редко. При экспериментах обнаружилась, что Кг и выходное напряжение несколько изменяются при
замене лампочки. При измерениях в макете использовались лампы имеющихся под
рукой оптронов. На частоте 1 кГц результаты получены такие: для ОЭП - 2 1. Кг =
185
0,11%, 2. Кг = 0,068%; для ОЭП -11 1. Кг = 0,23%, 2. Кг = 0,095%; для ОЭП -13 1. Кг =
0,1%, 2. Кг = 0,12%; для нескольких ламп: 1. Кг = 0,17%, 2. Кг = 0,081%, 3. Кг = 0,2%,
4. Кг = 0,077%. Омметр показал, что разогрев нити лампы чрезвычайно мал и сопротивление фоторезистора оптрона практически не изменяется, хотя стабилизация
амплитуды очень эффективна. Не хуже стабилизируют амплитуду выходного сигнала и полевые транзисторы, но искажения выходного сигнала получаются больше.
Нужно отметить, что на самой высокой частоте 100 кГц могут работать не все
операционные усилители. Легко обеспечивают эту частоту сдвоенные операционные
усилители типа ОР275 или NE5532. ( Микросхема SSM2135 обеспечивает генерацию не выше, чем 92 кГц ).
Имеющихся данных вполне достаточно для изготовления генератора, но если
понадобиться более подробная информация и расчеты, то всегда можно обратиться
к [Л.64] и [Л.65].
Для получения максимального выходного напряжения около 10 В (эфф.) нужен еще выходной усилитель, повышающий напряжение задающего генератора в 10
раз. В полноценном приборе необходимо контролировать частоту и напряжение выходного сигнала. Проще всего снабдить генератор простым частотомером и вольтметром. Это совершенно независимые устройства и даже размещены на отдельных
платах, что облегчало экспериментальную проверку всех узлов и их взаимовлияние.
На одной плате собран задающий генератор (DA1), на второй частотомер (DA3) и на
третьей – выходной усилитель и вольтметр (DA2). Получается, что весь прибор (кроме блока питания) собран всего на трех микросхемах. Поэтому приводить разводку
печатных плат не имеет смысла.
Полная принципиальная схема генератора показана на рис.15.2 [Л.69]. Нумерация элементов для каждой платы своя.
ПРИМЕЧАНИЕ:
За несколько лет эксплуатации генератор показал себя очень неплохо. 1. Захотелось
все-таки заменить выходной разъем Х1 на «тюльпан», поскольку имеющиеся в продаже «джеки» часто встречаются низкого качества. 2. Частотомер желательно использовать настоящий аналоговый (Рис.17.2), что довольно заметно снижает помехи
на высоких частотах 75 – 100 кГц. 3. Последовательно с потенциометром R6 настройки включен Rр = 150 - 680 (СП4-1) для удобства точной подстройки частоты
при измерениях Кг.
186
Рис.15. 2
Задающий генератор (DA1) работает в четырех диапазонах:
10 Гц - 100 Гц; 100Гц – 1кГц; 1кГц – 10 кГц и 10кГц – 100 кГц. Перестройка частоты осуществляется с помощью сдвоенного потенциометра R5. Можно использовать для перестройки и одиночный потенциометр, но перекрытие будет значительно
меньше. При наличии частотомера нет необходимости точно подгонять границы
диапазонов или волноваться из-за того, что для более линейного изменения частоты нужен потенциометр группы Б. Пользуясь шкалой частотомера, требуемую частоту сигнала генератора можно выставить без малейших трудностей. Каждый диапазон генератор перекрывает с некоторым запасом.
1. с 7 Гц до 110 Гц при Кг = 0,16% (от 30 Гц);
2. с 89 Гц до 1,22 кГц при Кг = 0,105%;
3. с 828 Гц до 11,37 кГц при Кг = 0,065%;
4. с 8,34 кГц до 114,5 кГц при Кг = 0,09%.
Эти результаты получены на выходе задающего генератора, собранного без
всякой подборки элементов (кроме выбора лампочки). При перестройке частоты амплитуда сигнала изменялась очень мало.
187
Сложности начались при подключении частотомера, который вносил заметные помехи. На частоте 100 кГц ИНИ показывал увеличение коэффициента нелинейных искажений до 0,7%. Простые аналоговые частотомеры обычно собирают на
ТТЛ микросхемах, так как на них проще обеспечить измерение высоких частот. В
данном приборе использована КМОП микросхема (DA3) К561ЛА7. Потребляемый
ток и помехи от работы частотомера получаются значительно меньше. Чтобы свести
эти помехи к минимуму, величину разделительного резистора R1 (на схеме частотомера) нужно выбирать не менее 100к, тогда на 100 кГц Кг не превышает 0,3%. На
других диапазонах практически подключение частотомера не сказывается. Чтобы
еще больше снизить уровень помех от частотомера, на его входе установлен истоковый повторитель VT1 (КП303Б). Принцип работы таких частотомеров известен, а
описание работы одновибратора можно найти в [Л.66, Л.67]. Переключение диапазонов измерений производится тем же переключателем S1.2, который переключает
частоту генератора. Если есть возможность (и желание) подобрать емкости конденсаторов С2, С3, С4 и С5, чтобы они отличались ровно в 10 раз, то нет необходимость
устанавливать подстроечные потенциометры R4, R5, R6 и R7. Но проще поставить
то, что есть и подстроить частоту в каждом диапазоне, ориентируясь на показания
внешнего частотомера (например, в ИНИ типа С6-11). Сложностей никаких не возникает, только выяснилось, что шкалы всех используемых в приборе измерительных
головок нелинейны. Из эстетических соображений в частотомере использована головка М4247 (100 мкА), а в вольтметре – М4387 (300 мкА). Они обе устанавливались
в магнитофоны для контроля уровня записи сигнала и обычно имели одну шкалу в
децибелах. Понятно, что особая точность здесь не требовалась. Но с нанесенной
настоящей шкалой, показания измерительных приборов одного типа довольно существенно отличались либо в начале, либо в конце шкалы. Новую шкалу можно
сделать на компьютере очень быстро. Сложность заключается только в аккуратном
вскрытии корпуса измерительной головки для установки шкалы. Но, так или иначе,
это придется сделать, так как в вольтметре кроме обычной десятивольтовой шкалы
нужно иметь шкалу на 3,16 вольта, а для всех, занимающихся звуком, желательно
иметь возможность еще вести отсчет в децибелах.
Несколько увеличивает искажения выходной каскад DA2.2 (TLO82, TLO72),
усиливающий сигнал до 10В. Этот каскад отличается от описанного в [Л.68] только
тем, что дополнительно введен тумблер SA1 « х 3,16» для снижения уровня выходного сигнала на 10 дБ (устанавливается построечным резистором R6) и включенной
188
параллельно ему кнопки SB1. С помощью кнопки можно при включенном тумблере
получить скачкообразное увеличение уровня на 10дБ, что бывает очень удобно при
настройке авторегуляторов уровня и измерителей. Поскольку при питании от источника ± 15 В на выходе генератора амплитуду сигнала 10В получить не удается, то
для выходного ОУ нужно несколько большее напряжение питания. Почти все типы
ОУ допускают использовать питание ± 18 В. Увеличение питающего напряжения до ±
17 В позволяет получить нужную максимальную амплитуду выходного сигнала без
ограничения. Пришлось в блоке питания установить стабилизаторы с регулируемым
напряжением (DA5) LM317T(+Up) и (DA6) LM33 (-Up). Балансировка выходного каскада здесь не нужна, но при необходимости можно выровнять ограничение с двух
сторон с помощью изменения соответствующего напряжения питания. Максимальное напряжение 10 В на выходном разъеме SA2 (JACK 6,3) выставляется с помощью
R7. Затем включают тумблер SA1 и устанавливают R6 напряжение ровно на 10 дБ
ниже, т.е. 3,16 В. Для этого выходной вольтметр имеет вторую шкалу на 3 В. К сожалению, в аттенюаторе приходится подбирать резисторы, чтобы обеспечить точное
изменение амплитуды выходного сигнала по 20 дБ. Иногда достаточно просто поменять местами в делителе два резистора одного номинала. Достоинство такого аттенюатора – неизменное выходное сопротивление генератора при любом выходном
напряжении. В нашем случае выходное сопротивление равно 160 Ом.
Измерения показали, что при выходном напряжении 7,75 В генератор имеет
Кг на частоте 20 Гц 0,27%. При U вых = 77 мВ Кг = 0,14%. Во втором диапазоне (от 90
Гц до 1,22 кГц) при Uвых = 7,75 В Кг не превышал 0,16%. В диапазоне от 830 Гц до
11,37 кГц Кг = 0,08 – 0,09%. И с 10 кГц до 20 Кг при Uвых = 7,75 В Кг = 0,06%, а затем
возрастал до 0,32% (F= 100 кГц), но для обычной эксплуатации вряд ли это имеет
значение. Возможно, следует подобрать выходной ОУ другого типа. Например,
NE5532 просто не работает на высокой частоте с таким усилением, превращая синусоиду в пилу.
Весь генератор потребляет от источника питания по «+» - 14 мА, по «-» - 18
мА, поэтому можно использовать любой маломощный трансформатор, обеспечивающий нужные напряжения.
Внешний вид прибора видно из фотографии. Генератор размещен в пластмассовом корпусе с размерами 200 х 60 х 170 мм. Подобных корпусов в продаже
достаточно много. В приборе использованы переключатели типа ПГ2-15-4П9НВ,
тумблеры П1Т-1-1В, кнопка
КМ1-1. Все электролитические конденсаторы, кроме
189
С8, на напряжение 25В. Выходной разъем Х1 типа JACK6,3. Насколько оправдано
применение такого разъема покажет опыт эксплуатации. Первые впечатления, что
кое в чем этот прибор удобнее ГЗ-102. Главное, что никакого подбора деталей не
требуется, а после сборки нужен доступ на некоторое время к такому ИНИ как С611для настройки. Достаточно быстро подстроечными резисторами можно выставить
показания приборов и проверить параметры генератора. Если окажется, что во всех
диапазонах Кг великоват, можно заменить лампочку. Для приборов нужно нанести
какую-нибудь линейную шкалу и записать их показания во всем диапазоне перестройки. Затем с помощью ПК нужно изготовить новую шкалу с учетом измеренных
погрешностей и распечатать ее с помощью принтера на фотобумаге. Говорить о
точности здесь бессмысленно, поскольку она зависит от правильности показаний используемых при калибровке приборов. Ведь сейчас службы ремонта и контроля, в
основном, разогнаны и вместо них предлагается использовать сертифицированные
приборы. Но проверка сертификатов, хотя и увеличивает цену приборов, но никак не
влияет на точность их показаний. При экспериментах использовались три ИНИ С6-11
и их показания несколько различались.
16. Низкочастотный аналоговый автоматический вольтметр.
Поскольку рассмотренная в [Л.69] конструкция низкочастотного генератора
оказалась довольно удачной и полностью оправдала все ожидания, то вниманию читателей предлагается еще один прибор, предназначенный для измерений параметров звуковых сигналов в домашней радиолюбительской лаборатории. Он задумывался как замена автоматического ИНИ С6-11. Работать с этим ИНИ одно удовольствие, но, к сожалению, он не очень надежен, а ремонтировать его совсем неинтересно. К тому же и цена и габариты С6 -11 великоваты для домашней лаборатории.
Конечно, разработать простую, доступную для повторения схему, и при этом повторить все характеристики ИНИ не удастся, но хотелось бы иметь автоматический выбор пределов милливольметра и измерителя нелинейных искажений, что и определяет, в основном, удобство работы с прибором. К сожалению, описаний подобных
радиолюбительских стрелочных аналоговых приборов в литературе не встречается,
а цифровые приборы не очень пригодны для измерений звуковых сигналов.
При разработке схемы сразу было решено отказаться от автоматической перестройки частоты фильтров и выбрать только одну фиксированную частоту 1 кГц,
190
на которой измеряются нелинейные искажения ( Кг ). Просто в литературе почти всегда приводятся данные измерений аппаратуры именно на этой частоте. Наверное,
для высококачественного УМЗЧ более интересен Кг на 10 кГц, но при желании можно настроить режекторный фильтр на любую частоту или переключать несколько
выбранных фиксированных частот. В схеме использовались доступные недорогие
элементы, хотя иногда это ограничило возможность получения более высоких характеристик прибора.
Функциональная схема прибора приведена на Рис.16.1. Некоторые узлы изображены более подробно с использованием обозначений из принципиальной схемы
(например, автоматическая регулировка уровня сигнала в ИНИ), так как по принципиальной схеме разбираться с его работой сложнее.
На входе входного усилителя (ВУ) установлен тумблер S1, позволяющий на
10 дБ снизить уровень входного сигнала («х 0,316»). Это может понадобиться при
измерении напряжений более 10В. На практике лучше переключать тумблер при
превышении входным сигналом значения 7 - 8 В, чтобы избежать дополнительных
искажений, вносимых операционными усилителями (ОУ) самого прибора. Входное
сопротивление прибора около 1 Мом.
Рис.16.1
Сигнал может сниматься либо с выхода ВУ, либо с выхода ФВЧ (выбирается
с помощью тумблера S2). Фильтр (с крутизной 12 дБ/октаву) срезает низкочастотные
191
составляющие в спектре сигнала ниже 1 кГц и применяется, чтобы избавиться от сетевого фона при измерениях. Подобные фильтры есть во многих ИНИ. Для измерений характеристик цифровой аппаратуры было бы желательно иметь еще один
фильтр ФНЧ (Fср=15 - 20 кГц), чтобы уменьшить влияние помех квантования при измерениях Кг. Но такие доработки особой сложности не представляют и при желании
могут быть выполнены самостоятельно.
Измеритель нелинейных искажений ИНИ включает в себя автоматический регулятор усиления (АРУ) и режекторный фильтр. Наличие АРУ позволяет обойтись
без калибровки при больших изменениях напряжения сигнала. Известно, что при обратной регулировке уровень выходного сигнала обязательно увеличивается на 1 – 2
дБ, если сигнал на входе возрастает на 10 – 20 дБ [Л.4]. А ведь это приводит к увеличению погрешности измерений. Потенциометр R28 образует с регулируемым элементом РЭ дополнительный делитель на входе основного канала (DA1.4) и позволяет уменьшить прирост выходного напряжения и даже получить «перерегулировку».
При этом значительно уменьшается погрешность измерений Кг в большом диапазоне входных уровней сигнала [Л.70]. При нажатии кнопки S4 можно проконтролировать точность калибровки. Сигнал на измерительную схему тогда поступает с выхода
АРУ до режекторного фильтра.
На вход измерительной схемы сигнал можно с помощью тумблера S3 подать
либо со схемы ИНИ для измерения Кг, либо с ВУ для измерения напряжения.
В зависимости от значения входного напряжения коэффициент передачи (Кп)
управляемого ключами SW усилителя может принимать значения: 100; 10; 1; 0,1;
0,01. Сигналы управления поступают с пороговых устройств ТН блока управления (4
компаратора). С ростом выпрямленного входного напряжения компараторы срабатывают, зажигаются соответствующие светодиоды, и сигналы управления подаются
на электронные ключи, изменяя Кп управляемого усилителя, так, чтобы напряжение
сигнала на выходе измерительной схемы не превышало 300 мВ. Выходной сигнал
подается на собственно вольтметр и на разъем Х2 для подключения осциллографа.
При измерениях напряжения не приходится переключать чувствительность осциллографа, а при измерениях Кг можно видеть форму сигнала на выходе режекторного
фильтра. Но автоматика затруднит наблюдение за переходными процессами при
настройке, например, авторегуляторов. Поэтому в прибор введен тумблер S5. В положении «Ручн.» вместо выпрямленного сигнала на вход блока управления подается
напряжение с движка потенциометра R48, с помощью которого можно выбрать тре-
192
буемую чувствительность вольтметра. Поскольку все микросхемы допускают входное напряжение до 10 В, то опасности выхода их из строя при перегрузке не возникает. Может пострадать только ВУ, если на вход прибора подать больше 10 В. Но
входное напряжение можно снизить тумблером S1 «х 0,316» на 10дБ.
Вольтметр представляет собой самостоятельный двухуровневый прибор.
Можно выбрать любое значение напряжения переключения до значения Uвх =1 В. В
нашем случае порог срабатывания компаратора (порогового устройства ТН) выбрано равным 100 мВ. При срабатывании компаратора переключается резистор, ограничивающий ток через измерительную головку и чувствительность вольтметра снижается до 300 мА. Одновременно на семисегментном индикаторе вместо цифры «1»
зажигается цифра «3». Внешне все это очень похоже на работу ИНИ С6 -11. Размеры любительского вольтметра и генератора существенно меньше промышленных
приборов (см. фото). Правда, при измерении Кг приходится подстраивать частоту генератора точно под частоту режекторного фильтра. Чтобы упростить эту работу
пришлось вывести на переднюю панель генератора дополнительную ручку потенциометра точной подстройки частоты (R=470 типа СП4-1), включенного последовательно с любой половиной сдвоенного основного потенциометра настройки.
Принципиальная схема вольтметра показана на Рис.16.2. Используется всего
одна МС типа К157ДА1 [Л.27]. Это МС представляет собою двухканальный выпрямитель с диапазоном не менее 50 дБ, работает в полосе частот до 100 кГц и имеет усиление 7 – 10. Сейчас в продаже, в основном, встречаются микросхемы, выпущенные
несколько лет назад, и многие из них имеют большое начальное выходное напряжение, поэтому приходится подстроечным резистором R3 компенсировать это напряжение. В схеме вольтметра используется один канал, а из второго «позаимствован»
только входной ОУ, который включен как компаратор. Сигнал подается в основной
канал на вывод 2 МС, а снимается на измерительную головку с вывода 12. Одно-
193
временно выходное напряжение через резистор R6 поступает на неинвертирующий
вход (вывод 6) ОУ во втором канале. На инвертирующий вход ОУ (вывод 5) подано
опорное напряжение. При превышении заданного напряжения компаратор срабатывает. Напряжение с вывода 7 через транзистор VT3 подается на три сегмента A,G и
D семисегментного индикатора АЛС324А [Л.71] и на транзистор VT1. Сегменты С и В
постоянно подключены к блоку питания через резистор R16 и горит цифра «1». При
срабатывании компаратора загораются еще сегменты A,G и D и цифра меняется на
«3», что сигнализирует о переходе на другой диапазон измерений. Одновременно
закрывается электронный ключ (VT2), отключая от общего провода потенциометр
R11. Последовательно с измерительной головкой остается включенным только подстроечный резистор R13. При настройке вольтметра при входном напряжении 300
мВ, с помощью R13 устанавливаем 300 мВ на шкале стрелочного прибора. При снижении входного напряжения ниже 100 мВ диапазон переключается и параллельно
R13 подключается R11, с помощью которого устанавливается напряжение на шкале
100 мВ. Граница переключения точно выбирается с помощью потенциометра R10.
Показания вольтметра в нижней части шкалы 100мВ точно подгоняются потенциометром R3 при значениях 10 или 20 мВ, компенсируя начальное напряжение на выходе МС DA1.
Рис.16.2.
194
При входном напряжении 300 мВ на выводе 11 (на выходе) наибольшее напряжение может достигать 3В (Кп = 10), что позволяет использовать многие измерительные головки. Нужно только подобрать величину ограничительных резисторов
(подстроечных потенциометров R11 и R13). Наверное, нет особой необходимости
выбирать большую измерительную головку, поскольку при измерениях параметров
звуковых сигналов сверхвысокая точность просто не нужна. Ведь на слух заметно
изменение уровней сигнала только более чем на 1 дБ, т.е. на 11%. Поэтому целесообразно остановить выбор на головке с размерами 60 х 60 мм, позволяющими устанавливать ее на лицевой панели большинства имеющихся в продаже корпусов.
Одинаково успешно можно применять и измерительную головку от генератора Г3102 типа М4257 на 100 мкА и типа М101М на 200мкА. Изменяются только величина
ограничительных резисторов. Для них подходит даже одна и та же шкала. Понятно,
что вольтметр может быть использован как самостоятельное устройство, а границу
переключения диапазона при желании легко изменить. Нужно только помнить, что
напряжение больше 1 В на вход вольтметра подавать нельзя.
Полная принципиальная схема прибора показана на Рис.16.3. Блок управления собран на отдельной плате, поскольку светодиодная шкала диапазонов выведена на лицевую панель прибора, а светодиоды установлены непосредственно на самой плате. В качестве пороговых устройств используется МС DA6 типа LM324, все
четыре ОУ которой, включены как компараторы. Питание однополярное. Никаких
особенностей схема не имеет, только с учетом того, что в управляемом усилителе
применена МС К590КН5 [Л.28], у которой ключи замыкаются при низком уровне
управляющего сигнала, пришлось в двух компараторах подавать опорное напряжение на инвертирующие входы, а в двух – на неинвертирующие. Электронный ключ
на VT2 обеспечивает правильную очередность зажигания светодиодов. Конденсаторы С43, С44, С45, С46 позволяют получить более четкую границу зажигания светодиодов. Сигнал на вход блока управления подается через тумблер S5, позволяющий
перейти с «ручного» управления Кп усилителя (потенциометром R48) на «автоматическое» - сигналом с DA2. Поскольку при типовом включении МС К157ДА1 получить
требуемый диапазон управления Кп усилителя не удается, то использовано напряжение с вывода детектора 13. Рассчитать делитель опорного напряжения при этом
не получиться. Проще экспериментально снять зависимость выпрямленного напряжения и установить подстроечные резисторы для точной регулировки порогов.
195
Рис.16.3.
Трудность заключается в том, что МС К157ДА1 при входном напряжении более 1В напряжение на выходе 12 начинает снижаться и, если это напряжение подать
на пороговые устройства, они начнут опять выключаться. Поделить входное напряжение тоже нельзя, т.к. добиться уверенного точного срабатывания нижнего (DA6.4)
компаратора при входном напряжении сигнала 3 мВ тоже не просто. Выходное напряжение на выходе детектора должно изменяться по характеристике, похожей на
логарифмическую. Такие схемы существуют, но там сложно получить нужный для
четкого срабатывания верхнего компаратора прирост напряжения. Самым простым
решением, оказалось ограничение сигнала на входе 2 DA2 делителем R35/VD1,VD2
(КД522). А на выходе детектора 13 МС подбором величины R46 легко получить желательный наклон характеристики ограничения. В нашем случае нужно обеспечить
срабатывание компараторов при U вх, равном 3 мВ; 30 мВ; 300 мВ; 3 В. Измеренное
при R46= 20 кОм на выходе 13 МС DA2 постоянное напряжение оказалось равным
соответственно: +76 мВ; +214 мВ; +1,81 В и +7,26 В. При Uвх=10В Uвых= +9,15 В, т.е.
выходное напряжение не снижается и опорное напряжение для компараторов доста-
196
точно легко установить. Правда, с ростом частоты входного сигнала напряжение на
выходе начинает уменьшаться и, пришлось в ОС операционного усилителя МС DA2
включить дополнительную корректирующую цепочку R45=9,1 кОм, C35=240p.
Управляющие сигналы подаются на МС DA3. Эта МС типа КР590КН5 представляет собой четырехканальные аналоговые ключи со схемой управления [Л.27].
Ключи переключают резисторы с инвертирующих входов ОУ DA4.1 и DA4.2, изменяя
их коэффициент передачи. Чтобы избежать точного подбора величины резисторов, в
схеме применены построечные потенциометры типа СП3-19А или 3329 Н. Для наглядности на схеме внутри МС DA3 изображены все ключи с цепями управления.
Вместо МС для управления Кп усилителя в качестве ключей можно использовать
полевые транзисторы (например, типа КП103К, Л, М). Сложности при настройке усилителей возникли только в получении широкой полосы частот. Возможно, при применении более высокочастотных ОУ, чем NT5532 или OP275 эта задача бы упростилась, но при разработке применялись самые доступные и недорогие элементы.
Пришлось уделить время подбору корректирующих конденсаторов С3 и С10, но всетаки полосу измеряемых вольтметром частот до 100 кГц получить не удалось. На
шкале «1мВ» - с 30Гц до 80 кГц отклонение показаний прибора от эталонного С6-11
не превышала ±0,3 дБ. На 90 кГц показания занижались на 0,7 дБ и на 100 кГц – на 2
дБ. На шкале «10мВ» - до 90 кГц показания снижались не более чем на 0,3 дБ, а на
100 кГц – на 0,7 дБ. На шкалах «100мВ», «1В» и «10В» погрешность до 0,5 дБ сохранялась только до 60 кГц. Чувствительности вольтметра вполне хватает – отсчеты
0,03 или 0,05 мВ снимаются вполне уверенно. Правда, для этого необходимо экранировать плату прибора.
Во входных каскадах применяется счетверенный ОУ типа TLO84 (TLO74) с
полевыми транзисторами на входе. OУ DA1.1 – входной повторитель напряжения, на
DA1.2 собран ФВЧ. Характеристики фильтра примерно такие же, как у фильтра ИНИ
С6-11. Составляющие в спектре входного сигнала ниже 1кГц (начиная с 850 Гц) заваливаются с крутизной 12 дБ/октаву. На 50 Гц уровень входного сигнала снижается
фильтром более чем на 60 дБ. При желании в прибор можно встроить и аналогичный ФНЧ.
Измеритель Кг требуется при настройке звуковой аппаратурой для минимизации вносимых ею искажений. Конечно, нелинейные искажения не дают полное представление о качестве работы звукового оборудования. В свое время проводилось
(ВНИИТР) много субъективно – статистических экспертиз на ТТЦ, в ГДРЗ и в радио-
197
домах Ленинграда и Минска с участием звукорежиссеров. И не раз в 76 – 92 % экспертопоказаний на слух предпочиталась работа звуковой студийной аппаратуры с Кг,
достигающим 0,3 – 0,4%, по сравнению с аналогичным оборудованием, имеющим
искажения на порядок меньше. Видимо, Кг далеко не полностью характеризуют работу звуковой аппаратуры. Часто «чудеса» встречались при прослушиваниях, когда
экспертам предлагалось сравнить два устройства. Слушатели расписывали преимущества качества звучания одного из них, но стоило закрыть устройства ширмой и
сравнить на предпочтение варианты «А» и «Б», как при обработке результатов картина часто оказывалась прямо противоположной. Поэтому нужно очень настороженно относиться к высказываниям о качестве звучания того или иного УМЗЧ или АС.
Неизвестны ни акустические характеристики помещения для прослушивания, ни какая обработка сигнала проводилась перед прослушиванием, ни квалификация экспертов. При разработке контрольного акустического агрегата «КАА 100» звукорежиссеры высшей категории из ГДРЗ, ТТЦ и с фирмы «Мелодия» приносили на прослушивание СВОИ записи. Они помнили, какой звук был при исполнении, как он звучал
на различных студийных мониторах и только в этом случае можно рассчитывать на
объективные результаты. В контрольном акустическом агрегате «КАА 100» применялись обычные бытовые громкоговорители (правда, с предварительным отбором) и
на самых низких частотах Кг достигал 3,5%. Тем не менее, качество их звучания
предпочиталось звукорежиссерами по сравнению со многими импортными студийными мониторами (например, NEC-45).
В общем, добиваться точности измерений Кг до тысячных долей процента
вряд ли имеет смысл. Схем ИНИ опубликовано достаточно много. Обычно подавляется первая гармоника и с ней сравниваются все, что осталось. И всегда статьи сопровождались «мнением редакции», что поскольку при измерениях применяется
вольтметр средних значений, а не среднеквадратичных, то его показания могут быть
заметно меньше. Этот вопрос подробно рассматривал Н.Сухов [Л.72]. Не так уж
сложно повторить схему из этой статьи или собрать квадратичный детектор на аналоговых умножителях, но представляется, что основная погрешность измерений определяется вовсе не этим. Ведь из статьи следует, что шкалы вольтметров градуируют в среднеквадратичных значениях. Для сигналов синусоидальной формы в линейных вольтметрах такая градуировка сводится к изменению масштаба шкалы в
1,11 раза. Измерение уровня помех и шумов, пульсаций постоянных питающих напряжений, напряжение гармоник линейным вольтметром некорректно. Результаты
198
оказываются существенно заниженными. Вот для Кг это утверждение, видимо, несколько преувеличено, поскольку измерение проводят обычно только на синусоидальном сигнале, да вторую и третью гармоники тоже можно считать синусоидальными. Школа нашего прибора градуировалась с помощью ИНИ С6-11, имеющего
квадратичный детектор. Погрешность, особенно при измерении небольших искажений просто не может быть «существенно» большой. Измерение Кг генератора Г3118 с помощью ИНИ С6-11 показало 0,044%, а предлагаемый прибор – 0,046%. Для
любительского генератора ИНИ отметил Кг равный 0,068%, а прибор – 0,071%. Наверное, это не очень «существенно», да и показания не занижаются, а даже несколько увеличиваются, видимо из-за меньшего подавления основной гармоники фильтром. К тому же, в некоторых случаях, радиолюбители вообще запутывались в этих
понятиях и добивались квадратичной характеристики детектора, забывая, что для
получения среднеквадратичных показаний нужно еще извлечь корень квадратный.
Что уж показывали такие приборы остается загадкой.
Представляется, что наибольшие погрешности в результаты измерений Кг
могут внести сами режекторные фильтры. Все применяемые радиолюбителями
фильтры имеют «мягкую» характеристику. Например, часто применяющийся двойной Т-образный фильтр имеет затухание 10 дБ на удвоенной частоте настройки Fc и
ослабление 3 дБ на учетверенной частоте [Л.73]. Это легко проверить, смакетировав
любой из любительских режекторных фильтров. Вот такая характеристика фильтра
и обеспечивает заметное занижение показаний прибора при измерениях. И избежать
этой ошибки нельзя, поскольку «при увеличении резкости провала характеристики
ослабление на частоте нуля уменьшается». Возможное решение предложено в
[Л.74]. Идея включения последовательно двух Т-образных фильтров, настроенных
на одну частоту заслуживает большого внимания. Основное достоинство такого решения, это то, что не требуется тщательный подбор элементов. Предварительно
были просто измерены емкости конденсаторов. Поскольку они были из одной партии, то и разброс между ними оказался небольшим. Остальные детали даже не измерялись. Первый фильтр (DA5.1) в настройке не нуждается. Определив частоту
наибольшего затухания в контрольной точке (КТ2) (в нашем случае Fc оказалась =
0,992 кГц), затем эту частоту с генератора при настройке уже не меняют. Второй
фильтр (DA5.2) должен быть точно настроен на эту частоту подстроечными резисторами R40, R39. Это тоже позволяет обойтись без подбора элементов. Самое важное
– выбор подстроечными резисторами R32 и R44 такую величину следящей связи,
199
чтобы практически не было завала характеристики на удвоенной частоте настройки.
Если затухание на этой частоте окажется более ±0,5 дБ, то возрастет погрешность
измерений.
Еще одной причиной роста погрешности измерений – изменение калибровки
прибора. Ведь прибор автоматический и не должен требовать ручной калибровки
при изменении входного напряжения. Диапазон измеряемых напряжений примерно
от 100 мВ до 8 В, т.е. >35 дБ. Для больших напряжений Кг может возрастать из-за
начала ограничения ОУ прибора. Конечно, можно увеличить напряжение питания
ОУ, но проще снизить входное напряжение тумблером «х 0,316». Калибровка проводится на значение «1В». Это значение должна поддерживать АРУ в диапазоне
входных напряжений от 100 мВ до 7 В. В авторегуляторах обычно выходное напряжение увеличивается до 2 дБ, т.е. напряжение калибровки изменяется на 26%. Примененная схема позволяет потенциометром R28, выведенным под шлиц на лицевую
панель прибора отрегулировать выходное напряжение, чтобы оно при максимальном входном напряжении (8 В) было равно 1В или даже несколько меньше. Тогда во
всем диапазоне регулировки АРУ изменение напряжения регулировки не превысит
0,5 дБ и точность измерений повысится. Проверка показала, что при изменении
входного сигнала от 0,1 В до 7 В измеренный Кг изменялся от 0,074% до 0,077%
(при Uвх =1 В Кг = 0,072%). В основном канале АРУ работает ОУ DA1.4, а в канале
управления – DA1.3. В качестве регулируемого элемента РЭ использован оптрон
ОЭП -2, который практически не вносит дополнительных искажений. Серьезным недостатком такого РЭ является инерционность из-за того, что сопротивление фоторезистора изменяется под воздействием света от обычной лампочки накаливания. При
настройке АРУ сначала нужно полностью вывести подстроечный резистор R28 и установить с помощью R22 наименьшее усиление ОУ в канале управления. Затем при
входном напряжении 0,1В потенциометром R24 устанавливают напряжение 0,95 В
на выходе основного канала DA1.4. При входном напряжении 1В построечным резистором R22 выставляется порог ограничения (Uвых= 1,1В). При наибольшем входном напряжении 8 В с помощью R28 добиваются на выходе АРУ значения 0,95 В.
Изменяя величину входного напряжения, проверяют диапазон, при котором выходное напряжение меняется не более чем на ± 0,5 дБ. Если будут проводиться измерения Кг на более высоких частотах, то может потребоваться установка и подбор
конденсатора С22 для настройки АРУ в требуемом частотном диапазоне.
200
Блок питания (Рис.16.4.) никаких особенностей не имеет и схема в пояснениях
не нуждается.
Рис.16.4.
Внешний вид и конструкция прибора понятна из фотографии. Печатные платы (со стороны элементов) показаны на Рис.16.5. В качестве коммутирующих элементов применены тумблера типа П1Т-1-1В (в блоке питания – П2Т -1 -1В). Можно
использовать и кнопки (например, ПКН), но положение тумблеров более наглядно.
Кнопка S4 типа КМ1-1. Входной разъем Х1 типа JACK6,3, выходной Х2 – типа RS115G («тюльпан»). Светодиоды типа АЛ 307А, для индикатора «сеть» - АЛ 307 Д, Е.
Можно применять любые светодиоды, имеющиеся в наличии. Точно также, можно
выбрать семисегментный индикатор любого типа с ОК. Можно поставить даже просто один светодиод, отмечающий переключение диапазона в вольтметре. Тогда R14
можно увеличить, R – удалить. Эти резисторы ограничивают ток через каждый сегмент индикатора примерно до 5 мА. Потребляемый прибором ток от источника питания «+15 В» равен примерно 47 мА, а от «-15 В» - 25 мА. Если ограничиться установкой светодиода вместо семисегментного индикатора, можно уменьшить потребляемый от «+» ток примерно на 20 мА. А для повышения яркости свечения индикатора, наоборот можно в 2 -3 раза увеличить ток, протекающий через сегменты.
201
Рис.16.5.
Для прибора используется пластмассовый корпус с размерами 210 х 72 х 175
мм. Плата помещена в экран из жести. Если возникнет желание встроить режекторные фильтры на другие частоты или еще ФНЧ, то на лицевой панели такого корпуса
вряд ли удастся разместить дополнительные органы управления. Потребуется корпус большего размера.
17. Аналоговый частотомер.
В генераторе НЧ [Л69.] частота выходного сигнала устанавливается с помощью простого аналогового частотомера. Опыт работы с этим генератором
подтвердил, что при этом можно получить вполне достаточную точность установки частоты. К сожалению, частотомер сам может внести существенные
помехи в сигнал генератора. Ведь «аналоговым» его можно признать только
с некоторыми допущениями, поскольку собран он на цифровых микросхемах
и помехи возникают уже во входном формирователе и дополняются возни-
202
кающими при работе одновибраторов. Поэтому большую часть аналоговых
частотомеров и сочетаний «аналоговый частотомер с цифровым отсчетом»
или «цифровой со стрелочным прибором» вряд ли можно считать аналоговыми. В аналоговом приборе желательно вообще избегать импульсных сигналов. Одно из простейших решений
– измерять вольтметром переменного напряжения сигнал, подаваемый
через RC–делитель.
Рис.17.1
Схема частотомера очень упрощается. Емкостное сопротивление Хс
уменьшается с ростом частоты сигнала Хс =1/ ωC (ω = 2π F) и напряжение U
на входе вольтметра зависит только от частоты и напряжения сигнала Uс.
Для сигнала с постоянной амплитудой показания вольтметра будут изменяться пропорционально изменению его частоты. Обычно в генераторе для
стабилизации амплитуды выходного сигнала всегда принимаются меры и никаких сложностей при определении его частоты не возникает.
На Рис.17.2 показана схема простого «настоящего» аналогового частотомера для генератора, не добавляющего никаких помех. Вольтметр выполнен на микросхеме К157ДА1. Эта МС сдвоенная и второй канал можно использовать как вольтметр выходного сигнала и еще больше упростить схему
генератора.
203
Рис.17.2
В самых простых случаях или малых габаритах генератора можно обойтись одной измерительной головкой, подключая ее с помощью тумблера к
нужному выходу для установки частоты или измерения выходного напряжения генератора. Схемы вольтметров одинаковы. Подстроечные резисторы
R12 и R13 могут применяться для компенсации начального напряжения на
выходе микросхемы и для линеаризации начального участка шкалы прибора.
Микросхема обеспечивает выходное напряжение не менее 10 В и выбор измерительной головки не представляет сложности. Поэтому в схемах приборов указаны разные типы головок (те, которые на тот момент были в продаже). Самое сложное при изготовлении измерительного показывающего прибора - аккуратно вскрыть головку для замены шкалы. Саму шкалу очень быстро можно изготовить с помощью программы FrontDesigner 3.0. Эта русифицированная программа применяется при оформлении лицевых панелей
приборов и принадлежит к той же серии, что и популярные Layout (для разводки печатных план) и SPlan (для вычерчивания схем). Для некоммерческого применения распространяется бесплатно и ее легко найти в Интернете.
Конечно, по своим возможностям она уступает программе Corel, но осваивать и работать с ней несоизмеримо легче и быстрее. Для частотомера оказалось удобнее иметь шкалу не на 100 делений, а на 110, что заметно облег-
204
чает точную настройку генератора на частоту 1 кГц при измерении Кг с помощью милливольтметра [Л57.]. Для примера на Рис.17.3 показан эскиз лицевой панели со шкалой аналогового частотомера с автоматическим выбором предела измерений. Рядом на фото приведен частотомер с немного измененной шкалой. Программа «frontdesigner 30» позволяет изготавливать
другую шкалу очень быстро и без особых сложностей.
Рис.17.3
Но, если необходимо использовать аналоговый частотомер в качестве
самостоятельного устройства или встроить его, например, в вольтметр,
то
использовать переключатель для выбора диапазона частот генератора не
удастся. И, так как далеко не всегда заранее что-то известно о измеряемом
сигнале, то желательно иметь автоматический выбор предела измерений. По
этому поводу удалось найти только одну статью [Л75.]. Предложенная схема
не только сложновата, но и создает заметные помехи от импульсных сигналов. Если использовать и в автоматическом переключателе диапазонов RC –
делитель, то и здесь можно добиться значительного упрощения схемы и исключить помехи (Рис.17.4). Конечно, RC –цепь должна быть рассчитана для
работы в более широком диапазоне частот, чтобы уверенно отмечать границы переключения сигнала «100 Гц», «1 кГц» и «10 кГц». С выхода RC –цепи
сигнал через выпрямитель, собранный на МС К157ДА1 (DA1), подается на
компараторы (МС DA3 LM324N). Пороги срабатывания компараторов выбираются с помощью подстроечных резисторов R30 (диапазон до «100кГц») ,
R32 (диапазон до «10 кГц») и R33 (диапазон до «1 кГц»). На очень низких
205
частотах или при очень низких уровнях сигналов все компараторы выключены, и светодиоды не горят. При
сигнале с частотою ниже 100 Гц и с напря-
жением более 50 – 70 мВ горит светодиод HL4 красного цвета («100 Гц»).
Сначала до начала настройки лучше просто отпаять измерительную головку PV1, чтобы случайно не вывести ее из строя. У подстроечного резистора R28 нужно установить максимальное значение сопротивления.
При настройке используется сигнал с генератора напряжением 1 В. На
частоте 100 кГц с помощью потенциометра R12 выставляется напряжение 8
В на выходе 10 детектора DA2. Затем на частоте 10 кГц точно устанавливают
порог срабатывания компаратора DA3.1 резистором R30, чтобы гас светодиод HL2 и загорался HL1(«100 кГц»). Тип светодиодов не имеет значения.
Целесообразно на самом низкочастотном диапазоне («100 Гц») поставить
светодиод HL4 красного цвета. На частоте до «1 кГц» HL3 – желтого цвета ,
на частоте до «10 кГц» HL2 зеленого цвета и на самых высоких частотах – до
«100кГц» HL1- синего цвета. К сожалению, синие светодиоды попадались в
продаже только сверхяркие и даже увеличением величины резистора R36 до
20к не удалось заметно выровнять яркость свечения всей линейки светодиодов. С выхода компаратора сигнал управления подается на электронный
ключ VT3, который подключает требуемый резистор нужной величины в делителе (C11, R13,R14). Затем точно выставляются пороги срабатывание
компараторов DA3.2 (R32) и DA3.3 (R33). Нижний компаратор DA3.4 выключает светодиоды при очень низких уровнях входных сигналов (как это сделано и в ИНИ С6-11). Порог его срабатывания можно подобрать резистором
R34. В качестве электронных ключей вполне удовлетворительно работают
транзисторы КТ3102Г, но можно использовать и кремниевые транзисторы
других типов.
На самом низкочастотном диапазоне, когда все электронные ключи выключены, сопротивление в RC - делителе определяется величиной резисторов R22,R23. C помощью R23 на частоте 90 Гц на выходе 12 микросхемы
DA2 выставляется около 2,5 В. При срабатывании компаратора DA3.3 электронный ключ VT5 подключает параллельно R22,R23 еще цепочку из
R20,R21. С помощью R21 на частоте 900 Гц выставляют такое же напряжение, как и на 90 Гц. Затем на следующем диапазоне («10 кГц») подстроечным
резистором R17 добиваются такого же напряжения при частоте 9 кГц и затем
206
такую же настройку проводят на самом высокочастотном диапазоне резистором R14 на частоте 90 кГц. Частоты выбраны ниже максимальных, чтобы не
мешало автоматическое переключение диапазонов. При сигнале с частотою
500 Гц подключают измерительную головку и с помощью R28 точно устанавливают показания прибора. Проверяют их соответствие на частоте 200 Гц и
при необходимости проводят коррекцию подстроечным резистором R18. Далее нужно провести проверку точности шкалы во всех диапазонах.
На вход частотомера «А» (на конденсаторы С10 и С11) необходимо подавать сигнал с постоянным напряжением, так как изменение напряжения на
входе частотомера вносит пропорциональную ошибку в его показания. Без
автоматической регулировки усиления здесь обойти не удастся. В вольтметре [Л57.] уже есть очень неплохой авторегулятор (АРУР) для автоматической
калибровки измерителя нелинейных искажений, а в других случаях необходимо устанавливать на входе инерционный АРУР. Нет необходимости добиваться очень малой величины вносимых ограничителем искажений или определенных динамических характеристик [Л4.] но характеристика ограничения должна быть во всем диапазоне измеряемых напряжений горизонтальной.
На схеме Рис.17.4, показана полная схема простого низкочастотного
частотомера (до 100 кГц) с простым авторегулятором на входе, обеспечивающим нужную точность показаний прибора при напряжении сигнала в диапазоне 0,1 В – 10 В [Л.76]. На более высоких частотах детектор на микросхеме К157ДА1 не работает. Вносимые авторегулятором искажения не позволяют рекомендовать использовать его в звуковой технике, но он успешно
справляется с задачей АРУ в измерительных схемах. Чтобы не занижались
показания на высоких (100 кГц) частотах, в АРУР пришлось применить более
высокочастотный ОУ типа К544УД2 (DA1). Подстроечным резистором R2 устанавливается порог ограничения, добиваясь величины выходного напряжения около 1В при входных напряжениях от 0,1В до 10В. Отклонение от этого
значения и будет, в основном, определять погрешность измерений.
207
Рис.17.4
Очень удобно настраивать подобные приборы с помощью цифровых осциллографов, достоинства которых известны. Раньше радиолюбителей отпугивали цены, но теперь в продаже появились цифровые запоминающие осциллографы по значительно меньшей цене. Так двухканальный осциллограф
PDS 5022S (до 20 МГЦ) фирмы Owon c большим цветным дисплеем (7,8
дюйма) или похожий на него осциллограф АСК-2525 стоят дешевле известного одноканального С-94. Полное описание можно найти в Интернете. Конечно, и сейчас цены не всем доступны, но с помощью такого осциллографа
настройка некоторых приборов, например, частотомера превращается в удовольствие, тем более что сразу видно отсчет и частоты и амплитуды сигналов. Четыре осциллограммы можно сохранить и вызывать при необходимости на монитор или записать на компьютер.
На Рис.17.5 показан внешний вид и приведена разводка печатной платы
для аналогового автоматического частотомера. При разводке печатной платы применялась программа Layout 30. Многие изготовители печатных плат
принимают заказы в электронном виде в этом формате.
208
Рис.17.5
18. Генератор тональных импульсов
Линейность частотной характеристики и точность показаний измерителей уровня нетрудно проверить с помощью обычного генератора звуковых сигналов, но для
проверки их динамических параметров необходим датчик тональных импульсов
(ДТИ). Предлагаемые радиолюбителями генераторы тональных импульсов (ГТИ) зачастую не соответствуют никаким нормам. По существующим правилам для проверки измерителей уровня (ИУ) частота синусоидального сигнала заполнения радиоимпульсов в датчике тональных импульсов должна быть 5 кГц, а начало и конец импульсов должны совпадать с моментом перехода сигнала заполнения через «нуль».
Такой прибор необходим и при настройке авторегуляторов уровня звуковых сигналов. Время восстановления 0,3…2 с легко увидеть на экране осциллографа, но
время срабатывания ограничителя (лимитера) или сжимателя (компрессора) может
менее 1 мс и в этом случае получить точный отсчет довольно трудно, тем более что
во многих звуковых генераторах в момент переключения уровня происходит кратко-
209
временный выброс напряжения, который может привести к «затыканию» авторегулятора на время восстановления.
При измерениях и наблюдении переходных процессов в аудиоаппаратуре
удобно использовать ГТИ. В этом случае частоту заполнения импульсов желательно изменять, используя внешний перестраиваемый генератор. Например, при частоте заполнения 10 кГц длительность одного периода равна 0,1и
при наблюдении процесса срабатывания определение времени срабатывания не представляет сложности. Звуковые импульсы с выхода ГТИ должны
иметь перепад уровней 10 дБ. Большинству радиолюбителей проводить подобные измерения приходится нечасто, и генератор тональных импульсов
целесообразно включить в состав измерительного стенда с более широкими
возможностями.
Рис.18.1
На его передней панели размещены коммутационные элементы, очень
удобные для подключения измерительных приборов и настраиваемой аппаратуры. На Рис. 18.1 показано примерное расположение соединителей
(клемм или гнезд) и переключателей. На схеме стенда (Рис.18.2) показаны
эти коммутационные цепи [Л.42].
Входные гнезда Х1 ("ВХ.1") и Х2 ("ВХ.2") предназначены для подсоединения входов настраиваемой аппаратуры. Тумблеры SA1 и SA2 позволяют
подключить входы к соединителям Х2 и ХЗ или замкнуть их на общий провод
при измерениях уровня интегральной помехи. В сравнении с кнопками тумблеры дают более наглядное представление о подключении входов. В цен-
210
тральные гнезда Х2 и ХЗ подключают генератор звуковой частоты и вольтметр для контроля входного напряжения. Соединители Х5 и Х8 предназначены для подключения выходов настраиваемой аппаратуры. Один из выходов
может быть подключен тумблером SA3 к соединителям Х6 и Х7 для измерительных приборов. При настройке звуковой аппаратуры удобно использовать
измеритель нелинейных искажений и осциллограф. Для коммутационных цепей не нужно никаких источников питания, поэтому с такой коммутацией
очень удобно проверять различную аппаратуру.
Если сдвоенный тумблер SA4 (Рис. 18.1) стоит в положении "ПОСТ",
сигнал с постоянным уровнем, подаваемый на Х2, ХЗ, поступает, в зависимости от положения тумблеров SA1 или SA2, на соединители Х1, Х4 к входам испытуемой аппаратуры. Если перевести SA4 в верхнее положение, то
сигнал с генератора пойдет на входы 1 и 2 через цепи ГТИ. В этом случае
стенд должен быть подключен к сети переменного тока 220 В. Тумблер
включения питания SA5 расположен на задней панели, а на переднюю выведены только светодиоды HL1, HL2 (индикация "+" и "-"), сигнализирующие о
наличии двухполярного напряжения питания ±15 В.
Для формирования тональных импульсов используется электронный
переключатель DA4. На выводах 16 и 4 значение напряжения сигнала изменяется от нормированного значения до нуля, а на выводах 6, 9 перепад
уровня при налаживании устанавливают переменным резистором R15. Выбор режима производят тумблером SA9.
211
Рис.18.2
Тональный сигнал заполнения импульсов приходит с генератора на электронный переключатель через буферный ОУ DA1.1. Второй ОУ DA1.2 используется в качестве компаратора, выдавая сигнал синхронизации начала
импульса при переходе сигнала заполнения через "нуль". Импульсы с компаратора подаются на тактовый вход D-триггера DD2. На вход D (вывод 9) приходит импульс с одновибратора, собранного на втором триггере DD2.
Длительность импульса изменяется с помощью переключателя SA8.2,
изменяющего сопротивление в цепи зарядки С15, подключенного к входу R
(вывод 4) одновибратора. Для установки длительности импульсов вполне
достаточно обычного осциллографа. Одновибратор запускается сигналами,
поступающими с генератора прямоугольных импульсов на инверторах
DD1.1—DD1.3, или в ручном режиме кнопкой SA6 "ПУСК". Если тумблер SA7
переведен в положение "АВТ.", скважность (период) импульсов устанавливают с помощью переменного резистора R11 "СКВ".
212
Очень трудно наблюдать переходные процессы на экране осциллографа
при длительности тонального импульса 3 мс и большой скважности. Задача
упрощается для осциллографов, имеющих внешний запуск при ждущей развертке. Для их синхронизации на задней панели стенда выведено гнездо Х9
"СИНХР.". Запускающий импульс подается на электронный ключ с некоторой
задержкой относительно синхронизирующего, определяемой выбором параметров R13, С13.
Высокий уровень, при котором электронный переключатель DA4 пропускает тональный сигнал, появляется с положительным перепадом напряжения
от компаратора после появления импульса от одновибратора и заканчивается после окончания этого импульса (при очередном перепаде сигнала с компаратора). Так достигается совпадение начала тонального импульса с переходом сигнала заполнения через "нуль" и удовлетворяется требование генерации целого числа периодов.
При положении переключателя SA8 "U вых." напряжение на управляющем входе DA4 равно нулю и можно выставить выходное напряжение генератора, соответствующее номинальному входному уровню. В положении переключателя SA8 "ТАКТ." микросхема DA4 управляется напряжением, поступающим непосредственно с тактового генератора. Его частоту переключения
устанавливают переменным резистором R11.
После электронного переключателя через повторитель DA1.3 и тумблеры
SA1 и SA2 тональные импульсы поступают на входы настраиваемой аппаратуры. В устройстве есть еще инвертор DA1.4 и переключатель SA10, который
может быть использован для изменения фазы сигнала на одном из входов по
отношению к другому.
Рис.18.3.
213
Такой инвертор нужен, например, при проверке синфазности сигналов в стереофонических системах, в АС, но, возможно, вместо него полезнее собрать
на этом ОУ встроенный генератор тонального сигнала по схеме, приведенной на Рис. 7.3. В таком генераторе легко получить Кг менее 0,2 % и для многих испытаний обойтись без применения внешнего для стенда генератора.
Для проверки измерителей уровня нужно подключить входы двух каналов
(для измерителей стереосигнала) к соответствующим входным соединителям. Затем в положении "U вых" переключателя SA8 установить на выходе
генератора нормированное значение уровня сигнала с F = 5 кГц и проконтролировать показания обоих каналов измерителя.
К примеру, в измерителе уровня [Л.34] светодиоды, соответствующие значению "0 дБ", должны зажигаться одновременно, а погрешность шкалы здесь
не должна превышать 0,3 дБ. Тумблер SA9 устанавливают в положение "-80
дБ". Затем переводят поочередно переключатель SA8 в положения "10 мс",
"5 мс" и "3 мс" и проверяют соответствие нормам показаний ИУ. Положение
"200 мс" SA8 используют при проверке измерителей средних значений уровня, которые, к сожалению, преобладают в бытовой аппаратуре.
Чтобы точно проконтролировать величину времени возврата, переменным
резистором R11 ("СКВ") устанавливают частоту сигналов генератора прямоугольных импульсов, при которой сразу после гашения светодиода, соответствующего значению -20 дБ на шкале ИУ, следовал бы следующий импульс.
Определить затем период сигналов с помощью осциллографа не составляет
труда. Погасание светодиодов в обоих каналах должно происходить синхронно.
При проверке динамических параметров авторегуляторов уровня сигнала используют положение "-10 дБ" переключателя SA9. Входы и выходы подключают к соответствующим соединителям. Выходы каналов контролируют поочередно, хотя при двухканальном осциллографе ничто не мешает контролировать одновременно оба выхода. На выходе генератора звуковой частоты при положении "U вых" переключателя SA8 выставляют сигнал с уровнем
на 10 дБ выше нормированного значения. Затем переводят SA8 на импульсы
214
любой длительности, а переключатель SA7 — в положение "РУЧН". Ключ остается выключенным и позволяет проконтролировать напряжение на соединителях Х1 и Х2, которое должно соответствовать нормированному значению. Затем переключателем SA7 переводят ГТИ в автоматический режим
работы и, выбрав нужную длительность импульсов и скважность, наблюдают
переходные процессы на выходе авторегулятора. Если осциллограф работает в ждущем режиме с запуском от синхронизирующих импульсов, легко
определить время срабатывания и наличие помех срабатывания или перерегулирование.
В ГТИ использованы четыре микросхемы, и потребление тока очень мало.
Это позволяет вместо интегральных стабилизаторов воспользоваться простыми параметрическими стабилизаторами напряжения на стабилитронах. С
другой стороны, установив более мощные интегральные стабилизаторы DA2,
DA3 серий mA7815 и mA7915, их можно использовать для питания макетов
настраиваемых устройств, разместив дополнительный разъем на задней панели (на схеме не показан). В микросхемах предусмотрена защита от короткого замыкания, нередкого при экспериментах. Передняя панель стенда имеет размеры 195x65 мм. Корпус стенда выполняют из стали.
Для подключения проверяемой аппаратуры удобны гнезда-клеммы типа
ЗМП. Помимо них на панели стенда можно установить, в зависимости от
проверяемой аппаратуры, соединители соответствующей конструкции, например, гнезда "тюльпан", "джек", ОНЦ-ВГ или иные. Сдвоенный тумблер
SA4 — ПТ8-7, П2Т-1-1 или аналогичный. Переключатель SA2 — галетный
ПГ2-8-6П2НТК. Кнопка SA6 "ПУСК" может быть любого типа без фиксации,
например, КМ1-1.
Микросхему DA2 К590КН7 [Л.28] можно заменить аналогичной по
функциональному назначению. В качестве DA1 можно использовать микросхему с четырьмя ОУ типов LF444, TL084, TL074 или К1401УД4. Монтаж
платы устройства — печатный или навесной на макетной плате. Стенд с ГТИ
можно использовать при испытаниях и настройке компандерных систем шумоподавления, динамических фильтров, измерителей уровня и др. аппаратуры.
215
ЛИТЕРАТУРА
1. И.Е.Горон Радиовещание. Государственное издательство литературы
по вопросам связи и радио. Москва, 1944.
2. Никонов А.В. Звукотехническое оборудование радиодомов и телецентров. М.”Радио и связь”,1986.
3. Кузнецов Э. Микшерный пульт. – Радио,2001, №7, №8, №9.
4. Кузнецов Э. Автоматические регуляторы уровня звуковых сигналов. Радио, 1998, №9.
5. Никонов А.В., Папернов Л.З. Измерители уровня звуковых сигналов. М.
“Радио и связь”, 1981.
6. П. Шкритек. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. М.
“Мир”. 1991.
7. Атаев Д.И., Болотников В.А. Функциональные узлы усилителей высококачественного звуковоспроизведения. – М., «Радио и связь», 1989.
8. Предварительные УНЧ. Любительские схемы. Радиобиблиотечка. Выпуск 9. РадиоСофт. ЗАО “Журнал “Радио”, Москва 2001.
9. П.Хоровиц, У.Хилл. Искусство схемотехники. Том 2. Москва, «Мир»
1993.
10. Кузнецов Э. Входные усилители с симметричным входом. – Радио,2002,№12.
11. Кузнецов Э. Входной модуль микшерного пульта. – Радио, 2004, №5.
12. В.Л. Шило. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. Москва «СОВЕТСКОЕ РАДИО»,1979.
13. Предварительные УНЧ. Любительские схемы. Радиобиблиотечка. Выпуск 9. РадиоСофт. ЗАО “Журнал “Радио”, Москва 2001.
14. Ефимов А.П. Радиовещание. – М., «Связь», 1975.
15. TURUTA Предварительные усилители низкой частоты регуляторы
громкости и тембра усилители индикации. Справочник. Москва. «Патриот»,
1997.
16. Кузнецов Э. Любительский модульный микшерный пульт. – Радио,
2003, №2, №3.
17.Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы. М. «Мир», 1988.
216
18. Кузнецов Э. Параметрический эквалайзер для модульного пульта. –
Радио, 2004, №7.
19. Атаев Д.И.. Болотников В.А. Практические схемы высококачественного
звуковоспроизведения. – М. «Радио и связь», 1986.
20. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Ленинград, Энергоатомиздат,1988.
21. Кузнецов Э. Громкоговоритель КАА – 100. – Радио , 2009, №4.
22. Гришин А.М., Кузнецов Э.Б. Стабилизация уровней сигналов в тракте
формирования вещательных программ. – Электросвязь, 1978, №5.
23. Островский В.С. О точности регулировки уровня звукорежиссерами.
Труды ВНИИТР. Вып.6. – М., 1968.
24. Валентин и Виктор Лексины. Еще раз о регуляторах на полевых транзисторах. – Радио, 1981, №7,8.
25. Папернов Л.З. Индикаторы уровня. – М. «Связь», 1964.
26. Есаков В.Ф., Кудрин И.Г., Шноль М.М. Автоматическая регулировка
усиления в усилителях низкой частоты. – М. «Энергия», 1970.
27. Кузнецов Э.Б. Автоматические регуляторы уровня звуковых сигналов
«Норма». – Техника кино и телевидения, 1982, №10.
28. Справочник. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. – М., «Радио и связь», 1989.
29. Нюренберг В.А., Млодзеевская И.А. Автоматические регуляторы
уровня вещательных передач. – М. «Связьиздат», 1963.
30. Кузнецов Э.Б. Работа автоматических регуляторов уровня типа
«Норма» в тракте формирования программ. – Электросвязь, 1985, №6.
31. Кузнецов Э. Автономный блок звукоусиления на основе входного модуля микшерного пульта. – Радио, 2005, №5.
32. Кузнецов Э.Б., Городников А.С., Никонов А.В. Стабилизатор переменного напряжения. Авторское свидетельство №775717. 7июля 1980 г.
33. Лукьянов Д. Измерители уровня сигнала на ИС К157ДА1. — Радио,
1985, №12, с.31 — 33.
34. Кузнецов Э. Измерители уровня звуковых сигналов. – Радио, 2001,
№2.
35. Лукьянов Д. Измерители уровня сигнала на МС К157ДА1. – Радио,
1985, №12.
217
36. Каталог микросхем. - <http: //www.datashtttarchive.cоm>.
37. Кузнецов Э. Измеритель уровня звуковых сигналов с диапазоном измерений от – 40 до + 3 дБ. – Радио, 2007, №7.
38. Транзисторы. Массовая радиобиблиотека. Вып. 879. Справочная серия. «Энергия», М.1975.
39. Кузнецов Э. Прибор для оценки изменений динамики сигнала. – Радио, 2007, №9.
40. Кузнецов Э. Улучшение соотношения громкости звучания речевых и
музыкальных передач. – Техника кино и телевидения, 1982, №1
41. Нюренберг В.А. Параметры вещательных сигналов в каналах передачи. – М.: Редакционно-издательский отдел ВЗЭИС, 1969.
42. Кузнецов Э. Генератор тональных импульсов в контрольном стенде. Радио, 2002, №5.
43. Кузнецов Э. Модуль фильтров для борьбы с акустической обратной
связью. – Радио, 2004, №6.
44. Кузнецов Э. Устройство сдвига спектра частот. Сервисный модуль
любительского микшерного пульта.
45. Королев Л.Д. Двухточечный унисон. – Радио,1970, №12.
46. Королев Л.Д., Воронцов В.П. Устройство сдвига частот для подавления акустической обратной связи. – Техника кино и телевидения, 1972, №4.
47. Л. Королев. Устройство сдвига частоты на электромеханических преобразователях. – В помощь радиолюбителю. Выпуск № 90. Москва, Издательство
ДОСААФ СССР, 1985.
48. Устройство подавления обратной акустической связи. – Радио, 1992,
№2-3. (Elektor Elektroniks, 1990, February, p.34-37.)
49. Горошков Б.И. Радиоэлектронные устройства. (Справочник). Москва
«Радио и связь», 1984.
50. Кузнецов Э. Любительский модульный микшерный пульт. – Радио,
2003, №2, №3.
51. Пестриков В.М. Радиолектроника в конструкциях и увлечениях. Наука
и Техника, Санкт- Петербург, 2004 г, с.133-148.
52. Кузнецов Э. Портативная система звукоусиления с универсальным питанием. – Радио, 2003, №7.
218
53. Кузнецов Э. Модуль УМЗЧ для любительского пульта. – Радио, 2006,
№8.
54. Кузнецов Э. О любительском модульном микшерном пульте. – Радио,
2008, №3.
55. Кузнецов Э. Микрофон без проводов. – Радио, 2001, №3.
56. Кузнецов Э. Радиомикрофон для лекторов. – Радио, 2002, №3.
57. Кузнецов Э. Низкочастотный аналоговый автоматический вольтметр. Радио, 2008,
58. Бовкун А. Радиомикрофон. – Радио, 1998, №10.
59. Виноградов Ю. Экономичный стабилизатор напряжения. – Радио,
1993, №1.
60. Шихатов А. Пассивные регуляторы тембра. – Радио, 1999, №1.
61. Дахин М. Приемники с автоматической настройкой. – Радио, 2001, №6.
62. В.Литовченко. Измерительный комплекс. Генератор синусоидальных сигналов. - Радиохобби №3, 1998, с.46, 47.
63. Генератор ЗЧ с малыми нелинейными искажениями.- Радио,1984, №7 с.61.
64. Е.Невструев. Генератор сигналов ЗЧ.- Радио,1989, №5с. 67-69.
65. Г.Петин. Применение гиратора в резонансных усилителях и генераторах. –
Радио, 1996, №11 с. 33 -34.
66. С..А. Бирюков. Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах.
М.Издательство «Радио и связь»,1990.
67. В.Л. Шило. Популярные цифровые микросхемы. М. «Радио и связь», 1987.
68. Синусоидальный генератор. – Радио, 1995, №1.
69. Кузнецов Э. Низкочастотный измерительный генератор с аналоговым частотомером. – Радио, 2008, №1 .
70. Кузнецов Э.Б., Городников А.С., Никонов А.В. Стабилизатор переменного
напряжения. Авторское свидетельство №775717. 7июля 1980 г.
71. Лисицын Б.Л. Низковольтные индикаторы. Справочник. Москва. «Радио и
связь», 1985, с.42.
72. Сухов Н. Среднеквадратичный вольтметр. - Радио, , 1981, №11.
73. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Т., Москва «Мир» 1993.
74. Лукин Е. Комплекс для измерения сверхнизких нелинейных искажений. - Радиохобби, , 2000, №2.
219
75. Гриев Ю. «Аналоговый частотомер с автоматическим выбором предела измерений». – В помощь радиолюбителю, №108, «Патриот», 1990.
76. Кузнецов Э. Инерционные автоматические регуляторы уровня звуковых сигналов. - Радио, 2011, №6,№7.
77. Кузнецов Э. Два аналоговых частотомера. – Радио, 2009, №7.
78. Кузнецов Э. Модификации модульного пульта «Радонеж». – Радио,
2011,№12.
79. Кузнецов Э. Громкоговоритель КАА-100. – Радио, 2009, №4, 11-14.
80. В.Шоров, В. Янков Акустическая система для самостоятельного изготовления. – Радио, 1997, №4, с.12-14.
81. Солнцев Ю. Усилитель мощности на основе «Квод -405» . – Радио,
1984, №5.
82. Горон И.Е. Радиовещание. Москва «Связь», 1979.
220
СОДЕРЖАНИЕ
ЗВУКОВАЯ АППАРАТУРА ДЛЯ ПРОСТЫХ СИСТЕМ ЗВУКОУСИЛЕНИЯ
1. Микшерный пульт «РТВ – МИКРО»
-
3
-
22
УЗЛЫ МИКШЕРНЫХ ПУЛЬТОВ
2. Входные усилители с симметричным входом
3. Частотные корректоры
- 31
4. Автоматические регуляторы уровня звуковых сигналов
-
39
5. Измерители уровня звуковых сигналов
-
72
6. Аудиометр
-
89
7. -
Устройства для борьбы с акустической обратной связью -
97
8. -
Устройство сдвига спектра частот
9. -
Усилители мощности звуковой частоты. Блоки питания -
10. -
Конструктивное оформление
- 122
11. -
Модули микшерных пультов
- 139
12. -
- 102
Громкоговорители
Контрольный акустический агрегат КАА – 100
Акустическая система 30АС – 103П
13
110
Беспроводные радиосистемы
- 153
-
264
-
166
221
О радиоприемнике
Радиомикрофон
-
168
-
172
.
14. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
-
182
-
183
16. Низкочастотный аналоговый автоматический вольтметр -
189
17 . Аналоговый частотомер
201
15. Низкочастотный генератор
18. Генератор тональных импульсов
ЛИТЕРАТУРА
30.12 2007 г. – 14.02.2012г.
-
208
-
215
/Э.Кузнецов/