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 ЗЧ 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 подъема 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.
Рис. 1. Схема регулятора для одного канала
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.
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 |
Для измерений на вход регулятора подан синусоидальный сигнал размахом 1 В во всей полосе звуковых частот. Проведены измерения при изменении номиналов элементов C1 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 К10х6х3, 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 C1 и R2 приведены в табл. 2-14.
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 | 32,3 | 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 | 1,6 | 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 | 26,6 | 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 = 1мкФ
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 |
U2/U1 | 76,75 | 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 | 39,26 | 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 | 0,064 | 0,028 | 0,008 | 0,006 | 0,006 | 0,013 | 0,032 | 0,085 | 0,36 | 0,05 |
U2/U1 | 35 | 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 | 2,46 | 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 |
Для одного из вариантов РГ с номиналами элементов R1=22 кОм, R2 = 0, C1 = 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.
Рис. 2. Кривые АЧХ РГ
Таблица 15
F, Гц | 20 | 50 | 100 | 200 | 500 | 1000 | 2000 | 5000 | 10000 | 15000 | 20000 | 30000 |
K1, ДБ | -1,94 | -3,35 | -6,02 | -6,67 | -10,5 | -10 | -8,4 | -3,88 | -0,91 | 0 | 0 | -0,72 |
К2, дБ | -6 | -10,5 | -14 | -19,2 | -23,3 | -20 | -14,4 | -6,74 | -2,16 | -0,35 | 0 | -1,11 |
К3, ДБ | -6 | -13,6 | -20,7 | -27,7 | -33,2 | -30 | -24,4 | -15,9 | -8,87 | -3,1 | -0,44 | -5,68 |
К4, 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 |
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 C1 (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-ЗОб, и конденсаторы К73-17 (С1-СЗ).
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 тонкомпенсации 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=2010&search=&id= 175579 (13.04.15).
Автор: Б. Демченко, г. Киев, Украина