Тонкомпенсированный регулятор громкости с переменным резистором без отводов

Автором предложен вариант тонкомпенсированного регулятора громкости на переменном ре­зисторе без отводов, но с катушкой индуктивности. Расчётные значения элементов регулятора для различных диапазонов регулирования громкости приведены в табличной форме.

Важно отметить, что АЧХ передачи регулятора при разных значениях уровня громкости должны соответствовать кривым равной громкости для конкретного слушателя. Это можно достигнуть при наличии или при введении в тракт звуковоспроизведения регулятора чувствительности, приводя­щего уровень тонкомпенсации в соответствие субъективным оценкам.

В различной звуковоспроизводя­щей аппаратуре широкое приме­нение находят потенциометрические тонкомпенсированные регуляторы громкости (РГ) на переменных ре­зисторах с отводами и нелинейной зависимостью сопротивления от угла поворота (группа В). Одним из недостатков применения таких ре­зисторов является их дефицит­ность. Другой недостаток — отклонение фактических АЧХ тонкомпенсации от кривых равной громкости, которое особенно велико в низкочас­тотной и высокочастотной об­ластях спектра 34 и позволяет поднять относительные уровни в этих областях не более чем на 15.. 20 дБ. И третий недоста­ток — искажение формы АЧХ, а именно — смещение корректирующего подъёма в сторону средних частот. Это же отме­чается в [1].

Рассматриваемый здесь тонкомпенсированный РГ на переменном резисторе груп­пы В без отводов (схема ре­гулятора для одного канала показана на рис. 1) при су­щественном ослаблении сиг­нала по уровню позволяет поднять крайние низкие и высокие частоты на 30…40 дБ и при­близить форму АЧХ регулятора к кривой равной громкости.

Примем уровни звукового давления согласно кривым равной громкости по стандар­ту ГОСТ Р ИСО 226-2009 [2]. За начальный уровень гром­кости, соответствующий уров­ню громкости 20 фон на часто­те 1 кГц и нижнему положению движка переменного резисто­ра R1, установим значение

0 дБ. Тогда, согласно ГОСТу, уровни звукового давления (УЗД) в полосе звуковых час­тот должны соответствовать приведённым в табл. 1.

Для измерений на вход ре­гулятора подан синусоидаль­ный сигнал размахом 1 В во всей полосе звуковых частот. Проведены измерения при из­менении номиналов элемен­тов С1 и R2. Контур L1C3 на­строен в резонанс на частоту 20 кГц. В качестве индуктивно­сти L1 использована фабрич­ная гантельная катушка индук­тивностью 8,2 мГн. Регулятор проверен также и с катушкой из 80 витков обмоточного про­вода диаметром 0,25—0,41 мм, намотанных на кольце из фер­рита М2000НМ типоразмера К20х12х6. Результаты измере­ний — те же. Можно использо­вать кольцо М2000НМ типораз­мера К10x6x3, расчётное чис­ло витков — 115.

Результаты измерений раз­маха выходного напряжения U2 и отношения выходного напряжения к его значению U1 на частоте 1 кГц, а также уров­ней звукового давления при различных значениях С1 и R2 приведены в табл. 2—14.

Для одного из вариантов РГ с номиналами элементов R1=22 кОм, R2 = 0, С1 = 2 мкФ были измерены АЧХ передачи для разных уровней затухания. Шаг затухания 10 дБ на часто­те f = 1 кГц определялся поло­жением движка переменного резистора R1. Результаты из­мерений затухания на различ­ных частотах звукового спектра относительно входного сигна­ла приведены в табл. 15. В данной комбинации элемен­тов подъём при минимальной громкости составил 40 дБ на частоте 20 Гц и 33 дБ на часто­те 20 кГц. Диапазон регулиро­вания громкости на частоте

1 кГц составил 46 дБ. Соот­ветствующие кривые АЧХ РГ показаны на графиках рис. 2.

В результате рассмотрения полученных данных можно сде­лать следующие выводы. Полу­ченные формы АЧХ РГ близки к кривым равной громкости.

Меньшие значения сопротивления ре­зистора R2 сдвигают подъём высоких частот в сторону высоких частот и боль­ше соответствуют кривым равной гром­кости. Кроме этого, большие значения ёмкости конденсатора С1 (1,5 и 2 мкФ)

и меньшие значения сопротивления ре­зистора R2 (27 Ом и 0 Ом — перемычка) увеличивают частотную коррекцию и расширяют диапазон регулирования громкости. В регуляторе громкости можно применить переменный резистор R1 группы В, например, СПЗ-12 или СПЗ-306, и конден­саторы К73-17 (С1—СЗ).

Таблица 1

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000
УЗД (дБ)	69,6	44	28,4	15,5	3,4	0	1.8	1 4	14,4	20	>30

Таблица 2

R1 = 22 кОм, R2 = 200 Ом, С1 = 1 мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
U2, В	0.7	0,34	0,15	0,054	0,018	0,016	0,026	0,064	0,15	0,37	0.72	0.24
U2/U1	43,75	21,25	9,375	3,375	1,125	1	1,625	4	9,375	23,13	45	15
ДБ	32,8	26,5	19,4	10,6	1.02	0	4,22	12	19,4	27,3	33,1	23.5

Таблица 3

R1 = 22 кОм, R2 = 100 Ом, С1 = 1 мкФ

F. Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000
U2, В	0,74	0,37	0,16	0,056	0,016	0,013	0,016	0,036	0,084	0,22	0,62
U2/U1	56.92	28,46	12,3	4.3	1,23	1	1,23	2,77	6,46	16,92	47,69
ДБ	35,1	29,1	21,8	12.7	1.8	0	1.8	8,85	16.2	24,6	33,6

Таблица 4

R1 = 47 кОм, R2 = 100 Ом, С1 = 1 мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000
U2, В	0.68	0,32	0,135	0,041	0,009	0,01	0,016	0,036	0,086	0,22	0,62
U2/U1	68	32	13,5	4.1	0.9	1	1.6	3,6	8,6	22	62
ДБ	36 7	30,1	22,6	12,3	-0.92	0	4,08	11,1	18,7	26,8	35,8

Таблица 5

R1 = 22 кОм, R2 = 51 Ом, С1 = 1 мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
U2, В	0,74	0,37	0,16	0,056	0,016	0,012	0,012	0,022	0,053	0,135	0,48	0,08
U2/U1	61,66	30,83	13,33	4.66	1,33	1	1	1,83	4,42	11,25	40	6.66
ДБ	35,8	29,8	22,5	13,4	2,48	0	0	5,25	12,9	21	32	16,5

Таблица 6

R1 = 22 кОм, R2 = 27 Ом, С1 = 1, мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
U2, В	0.73	0,36	0,16	0,056	0,016	0,011	0,011	0,017	0,038	0,095	0,39	0,051
U2/U1	66,36	32,73	14,54	5,09	1,45	1	1	1,545	3,45	8,63	35,45	4,63
ДБ	36,4	30,3	23,3	14,1	3,23	0	0	3,78	10,8	18,7	31	13,3

Таблица 7

R1 = 22 кОм, R2 = 0 Ом, С1 = 1, мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
U2, В	0.74	0.37	0,16	0,057	0,016	0,01	0,01	0,01	0,016	0,033	0,17	0,016
U2/U1	74	37	16	5,7	1.6	1	1	1	1.6	3.3	17	1.6
ДБ	37,4	31,4	24.1	15.1	4.08	0	0	0	4,08	10,4	24,6	4.08

Таблица 8

R1 = 22 кОм, R2 = 51 Ом, С1 = 1,5 мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
‘ U2, В	0,63	0.275	0,114	0,039	0,011	0,008	0,01	0,021	0,052	0,13	0,48	0,08
I U2/U1	78,75	34,37	14,25	4,875	1,375	1	1.25	2,625	6,5	16,25	60	10
ДБ	37,9	30,7	23,1	13,8	2,77	0	1,94	8,38	16.3	24,2	35,6	20

Таблица 9

R1 = 22 кОм, R2 = 27 Ом, С1 = 1,5 мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
U2. В	0,63	0,275	0,115	0,04	0,011	0,008	0,008	0,0155	0,036	0,092	0.39	0,055
U2/U1	78.75	34,37	14,37	5	1,375	1	1	1,937	4,5	11.5	48,75	6,875
ДБ	37,9	30,7	23,1	14	2.77	0	0	5,74	13,1	21,2	33,8	16,7

Таблица 10

R1 = 22 кОм, R2 = 0 Ом, С1 = 1,5 мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
U2, В	0,63	0,275	0,115	0,04	0,011	0,007	0,065	0,008	0,016	0,04	0,205	0,022
U2/U1	90	39,28	16,43	5.71	1.57	1	1	1.14	2,285	5.64	29,28	3,14
ДБ	39.1	31,9	24,3	15.1	3,92	0	0	1.14	7,18	15	29,3	9,94

Таблица 11

R1 = 22 кОм, R2 = 51 Ом, С1 = 2 мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
U2, В	0.52	0,21	0,085	0,029	0,008	0,007	0,009	0,021	0,052	0,13	0,48	0,08
U2/U1	74,28	30	12,14	4.14	1.14	1	1,286	3	7.43	18,57	68,57	11,43
ДБ	37.4	29,5	21,7	12.3	1,14	0	2.18	9,54	17,4	25,4	36,7	21,2

Таблица 12

R1 = 22 кОм, R2 = 27 Ом, С1 = 2 мкФ

F. Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
U2, В	0,51	0.21	0,084	0,028	0,008	0,006	0.006	0,013	0.032	0,085	0,36	0,05
U2/U1	85	35	14	4,66	1,33	1	1	2,16	5.33	14,16	60	6,25
ДБ	38.6	30,9	22,9	13.4	2,48	0	0	6,69	14.5	23	35,6	15,9

Таблица 13

R1 = 22 кОм. R2 = 0 Ом, С1 = 2 мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
| U2. В	0,52	0,215	0,086	0,029	0,008	0,005	0,005	0,008	0,018	0.044	0.23	0,027
U2/U1	104	43	17.2	5,8	1.6	1	1	1,6	3.6	8.8	46	5,4
ДБ	40,3	32,7	24.7	15.3	4,08	0	0	4,08	11.1	18,9	33,3	14,6

Таблица 14

R1 = 22 кОм, R2 = 27 Ом. С1 = 2 мкФ. среднее положение движка переменного резистора R1

| F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
U2, В	0,5	0,3	0,195	0.115	0,072	0.1	0,18	0,44	0.74	0.92	0,96	0,88
U2/U1	5	3	1,95	1.15	0,72	1	1,8	4.4	7,4	9.2	9.6	8.8
ДБ	14	9.54	5.8	1.21	-2.85	0	5,11	12.9	17,4	19,3	19,6	18,9

Таблица 15

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
К„ДБ	-1.94	-3.35	-6,02	-8,87	-10,5	-10	-8,4	-3,88	-0,91	0	0	-0,72
Кг. дБ	-6	-10,5	-14	-19,2	-23,3	-20	-14,4	-6,74	-2,16	-0,35	0	-1,11
К„ дБ	-6	-13,6	-20.7	-27,7	-33,2	-30	-24,4	-15,9	-8,87	-3,1	-0,44	-5,68
К,. дБ	-6	-13,6	-21,5	-31,1	-40	-40	-35,4	-26,7	-19	-11.1	-2,85	-14,9
К5. дБ	-6	-13,4	-21,3	-30.8	-41,9	-46	-46	-41,9	-34,9	-27.1	-12,8	-31,4

Некоторым недостатком ре­гуляторов такого типа является уменьшение диапазона регули­рования громкости.

Этот РГ может быть встроен в устройство (УМЗЧ и АС), обеспечивающее соответствие звукового давления кривым равной громкости. Если же это не обеспечивается, то следует включить в тракт, помимо РГ, и регулятор чувствительности, приводящий уровень сигнала к номинальному, чтобы тонкомпенсация соответствовала кри­вым равной громкости при со­ответствующем звуковом дав­лении (уровне громкости).

Регулятор громкости, АЧХ которого приведены на рис. 2, был встроен в ак­тивную АС. Благодаря достаточной тон- компенсации низкие и высокие частоты отчётливо слышны даже при минималь­ной громкости.

ЛИТЕРАТУРА

1. Федичкин С. Тонкомпенсированный регулятор громкости. — Радио, 1984, № 9, С. 43, 44.
2. ГОСТ Р ИСО 226-2009. Акустика. Стан­дартные кривые равной громкости. — URL: http://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&baseC=6&page=2&month=8&year=20104search=Aid=175579 (13.04.15).

Автор: Б. ДЕМЧЕНКО, г. Киев, Украина