Схеми та друковані плати пасивних регуляторів тембру.
Головна
Основний недолік активних регуляторів тембру полягає у використанні глибокої частотно-залежної ООС і великих додаткових спотвореннях, що вносяться цими регуляторами в сигнал, що обробляється.
Тому у високоякісній апаратурі часто застосовують пасивні регулятори. Щоправда, і вони не мають недоліків. Найбільший із них - загасання сигналу, що відповідає діапазону регулювання. Але так як глибина регулювання тембру в сучасній звуковідтворювальній апаратурі не більше 8 ... 10 дБ, то в більшості випадків вводити в тракт сигналу додаткові каскади посилення не потрібно.
Інший, несуттєвий недолік таких регуляторів - необхідність застосування змінних резисторів з експонентною залежністю опору від кута повороту двигуна (група "В"), що забезпечують плавне регулювання.
Однак простота конструкції та високі якісні показники все ж таки схиляють конструкторів до застосування саме пасивних регуляторів тембру.
Слід зазначити, що ці регулятори вимагають низького вихідного опору попереднього каскаду і високого вхідного опору наступного.
Теоретично максимально досяжна крутість АЧХ для ланок першого порядку становить 6 дБ на октаву, але при практично реалізованих характеристиках через незначне відмінність частот перегину (не більше декади) та впливу попередніх і наступних каскадів вона не перевищує 4...5 дБ на октаву. При регулюванні тембру фільтр Баксандала змінює лише нахил АЧХ без зміни частот перегину. Загасання, що вноситься регулятором на середніх частотах, визначається співвідношенням n=R1/R3. Діапазон регулювання АЧХ при цьому залежить не тільки від величини згасання п, але й від вибору частот перегину частотної характеристики, тому для його збільшення частоти перегину встановлюють в області середніх частот, що, своєю чергою, загрожує взаємним впливом регулювань.
У традиційному варіанті регулятора R1/R3=C2/C1= =C4/C3=R5/R6=n, R2=R7=n-R1. При цьому досягається приблизний збіг частот перегину АЧХ в області її підйому і спаду (загалом вони різні), що забезпечує відносно симетричне регулювання АЧХ (спад навіть у цьому випадку неминуче виходить крутішим і протяжнішим). При звичайно використовуваному п=10 (для цього випадку вказані мінімальні значення номіналів елементів на рис. 1,а-3,а) та вибір частот розділу поблизу 1 кГц регулювання тембру на частотах 100 Гц і 10 кГц щодо частоти 1 кГц становить ±14. ..18дБ. Як зазначалося вище, для досягнення плавного регулювання змінні резистори R2, R7 повинні мати експоненційну характеристику регулювання (група "В") і, крім того, для отримання лінійної АЧХ в середньому положенні двигунів регуляторів співвідношення опорів верхнього та нижнього (за схемою) ділянок змінних резисторів також має дорівнювати п. При "хайендовском" п=2...3, що відповідає діапазону регулювання ±4...8 дБ, цілком допустимо використовувати змінні резистори з лінійною залежністю опору від кута повороту движка (група "А"), Однак при цьому дещо огрублюється регулювання в області спаду АЧХ і розтягується в області підйому, а плоска АЧХ виходить зовсім не в середньому положенні двигунів регуляторів. З іншого боку, опір секцій здвоєних змінних резисторів з лінійною залежністю краще узгоджено, що зменшує неузгодженість каналів АЧХ стереофонічного підсилювача, так що нерівномірне регулювання в цьому випадку можна вважати допустимим.
Наявність резистора R4 не є важливим, його призначення - знизити взаємний вплив ланок і зблизити частоти перегину АЧХ в області вищих звукових частот. Як правило, R4= =(0,3...1,2)"R1. Як показано нижче, від нього в ряді випадків можна взагалі відмовитися. Для зниження впливу на регулятор попередніх і наступних каскадів їх вихідний Rвих і вхідний Rвх опору повинні бути відповідно Rвих<
Наведений "базовий" варіант регулятора застосовується зазвичай у радіоапаратурі високого класу.
У побутовій апаратурі використовують дещо спрощений варіант (рис. 2, а). Апроксимовані логарифмічні амплітудно-частотні характеристики (ЛАЧХ) такого регулятора наведено на рис. 2,6. Спрощення його високочастотного ланки призвело до деякої розпливчастості регулювання у сфері вищих частот і більш помітного впливу попереднього і наступного каскадів на АЧХ у цій галузі.
Puc.2
Подібний коректор при п=2 (зі змінними резисторами групи "А") був особливо популярний у простих аматорських підсилювачах кінця 60-х - початку 70-х років (головним чином, через малого згасання), але незабаром величина п зросла до звичних сьогодні значення. Все сказане вище щодо діапазону регулювання, узгодження та вибору регуляторів справедливе і для спрощеного варіанта коректора.
Якщо відмовитися від вимоги симетричного регулювання АЧХ на ділянках їхнього підйому та спаду (до речі, необхідність спаду практично не виникає), то можна ще більше спростити схему (рис. 3, а). Наведені на рис. З.б ЛАЧХ регулятора відповідають крайнім положенням двигунів резисторів R2, R4. Гідність такого регулятора - простота, але оскільки всі його характеристики взаємопов'язані, для зручності регулювання доцільно вибирати п=3...10. Зі зростанням п крутість підйому зростає, а спаду - знижується. Все сказане вище про традиційні варіанти коректора Баксандала повною мірою відноситься і до цього гранично спрощеного варіанту.
Puc.3
Однак схема регулятора тембру Баксандала та її варіанти – аж ніяк не єдина можлива реалізація пасивного двосмугового регулятора тембру. Друга група регуляторів виконана не так на основі мостів, але в базі частотно-залежного дільника напруги. Як приклад витонченого схемотехнічного рішення регулятора можна навести темброблок, який свого часу використовувався в різних варіаціях лампових підсилювачів. "Родзинкою" цього регулятора є зміна частот перегину АЧХ у процесі регулювання тембру, що призводить до цікавих ефектів у звучанні. Базова його схема зображена на рис. 4,а, а апроксимовані ЛАЧХ - на рис. 4,6. Там же наведено розрахункові залежності визначення постійних часу точок перегину.
Puc.4
Неважко помітити, що регулювання області нижчих звукових частот змінює частоти перегину, не змінюючи нахил АЧХ. Коли двигун змінного резистора R4 знаходиться в нижньому (за схемою) положенні, АЧХ на нижчих частотах лінійна. При переміщенні ж движка нагору на ній з'являється підйом, причому точка перегину в процесі регулювання зрушується в область нижчих частот. При подальшому переміщенні двигуна верхня (за схемою) секція резистора R4 починає шунтувати резистор R2, що викликає зсув високочастотної точки перегину область більш високих частот. Таким чином, при регулюванні підйом низьких частот доповнюється спадом середніх. Регулятор вищих звукових частот є найпростішим фільтром першого порядку і особливостей не має.
На основі цієї схеми можна побудувати кілька варіантів темброблоків, що дозволяють регулювати АЧХ в області нижчих та вищих частот. Причому області нижчих частот можливий і підйом, і спад АЧХ, але в вищих - лише підйом.
Варіант темброблока з регулюванням частоти перегину АЧХ низькочастотної області показаний на рис. 5,а, його ЛАЧХ - на рис. 5,6. Резистор R2 регулює частоту перегину АЧХ, а R5 – її нахил. Спільна дія регуляторів дозволяє отримати значні межі та більшу гнучкість регулювання.
Puc.5
Схема спрощеного варіанта темброблоку наведено на рис. 6,а, його ЛАЧХ - на рис. 6,6. Він є, по суті, гібрид низькочастотної ланки темброблока, показаного на рис. 3,а, та високочастотної ланки темброблока, показаного на рис.4,а.
Puc.6
Поєднавши функції регулювання АЧХ в низькочастотній та високочастотній областях, можна отримати простий комбінований регулятор тембру з одним органом управління, дуже зручний для застосування в радіоприймальній та автомобільній апаратурі. Його важлива схема показана на рис. 7, а та ЛАЧХ - на рис. 7,6. У нижньому (за схемою) положенні двигуна змінного резистора R1 АЧХ близька до лінійної у всьому діапазоні частот. При переміщенні вгору з'являється підйом на нижчих частотах, причому низькочастотна точка перегину в процесі регулювання зрушується в область нижчих частот. При подальшому переміщенні двигуна верхня (за схемою) секція резистора R1 включає роботу конденсатор С1, що призводить до підйому вищих частот.
Puc.7
При заміні змінного резистора R1 перемикачем (рис. 8,а і 8,6) розглянутий регулятор перетворюється на найпростіший тон-реєстр (положення 1 - classic; 2 - jazz; 3 - rock), популярний у 50-х - 60-х роках і знову використовується в еквалайзерах магнітол та музичних центрів у 90-х.
Puc.8
Різноманітність пасивних коригувальних ланцюгів не вичерпується запропонованими варіантами. Чимало забутих схемотехнічних рішень переживають нині друге народження на новому якісному рівні.
ТБ Матюшкіна
Характерними відмінностями запропонованого способу регулювання тембру від існуючих є:
· Формування АЧХ; на низьких частотах, прогнутій до осі абсцис (нахил із зменшенням частоти плавно зростає), у той час як відомі РТ: мають на НЧ прямо протилежну АЧХ, опуклу у бік від осі абсцис (нахил із зменшенням частоти зменшується);
· Зміна АЧХ одночасно та узгоджено на всіх частотах НЧ (і окремо) ВЧ діапазонів за будь-якої глибини регулювання. У традиційних РТ зміна форми АЧХ охоплює частину діапазону;
· Змінний нахил АЧХ залежно від глибини: регулювання. У більшості РТ нахил АЧХ фіксований.
У багатьох сучасних аудіосистемах, чи то музичний центр, домашній кінотеатр, чи навіть портативна колонка для телефону є еквалайзер, або, інакше кажучи, темброблок. З допомогою можна регулювати АЧХ сигналу, тобто. змінювати кількість високих чи низьких частот у сигналі. Темброблоки існують активні, побудовані найчастіше на мікросхемах. Вони вимагають наявності живлення, проте не послаблюють рівень сигналу. Інший різновид темброблоків - пасивні, вони злегка послаблюють загальний рівень сигналу, зате не вимагають живлення і не вносять додаткових спотворень у сигнал. Саме тому у високоякісній звуковій апаратурі використовуються найчастіше саме пасивні темброблоки. У цій статті розглянемо, як зробити простий 2-х смуговий темброблок. Його можна поєднати з саморобним підсилювачем, або використовувати як окремий пристрій.
Схема темброблоку
Схема містить лише пасивні елементи (конденсатори, резистори). Два змінних резистора служать регулювання рівня високих і низьких частот. Конденсатори бажано застосувати плівкові, однак якщо таких під рукою немає, підійдуть і керамічні. На кожен канал потрібно зібрати за однією такою схемою, а для того, щоб регулювання було однаковим в обох каналах – використовувати здвоєні змінні резистори. Друкована плата, викладена у цій статті, містить цю схему в подвійному примірнику, тобто. має вхід і під лівий, і правий канал.
Завантажити плату:
(завантажень: 635)
Виготовлення темброблоку
У схемі немає активних компонентів, тому її легко можна спаяти навісним монтажем прямо на висновках змінних резисторів. Якщо є бажання – можна спаяти схему на друкованій платі, як я зробив. Декілька фотографій процесу:
Після збирання можна перевіряти роботу схеми. На вхід подається сигнал, наприклад з плеєра, комп'ютера або телефону, вихід схеми підключається до входу підсилювача. Повертаючи змінні резистори можна регулювати рівень низьких та високих частот у сигналі. Не дивуйтеся, якщо в крайніх положеннях звук буде не дуже - сигнал з повністю ослабленими низькими частотами, або, навпаки, завищеними, навряд чи буде приємний на слух. За допомогою темброблока можна компенсувати нерівномірність АЧХ підсилювача або колонок, підібрати звучання під свій смак.
Виготовлення корпусу
Готову схему темброблока обов'язково потрібно помістити в екранований корпус, інакше уникнути фону. Як корпус можна використовувати звичайну консервну банку. Змінні резистори вивести назовні та надіти на них ручки. По краях банки обов'язково встановити роз'єм jack 3.5 для входу і виходу звуку.Сьогодні хочу поділитися з вами методикою розрахунку пасивних темброблоків у програмі Tone Stack Calc. Ця програма представляє на вибір кілька варіацій темброблоків: користувач може змінювати ті чи інші елементи та наочно бачити зміни АЧХ. У такий спосіб можна зробити регулювання тембрів "під себе". Виберемо варіант "James", як найпоширеніший у побутовій радіоапаратурі: Переміщаючи повзунки R2 і R6, дивимося зміни, що відбуваються зліва. У програмі вже є готовий варіант тембру, проте вам може він не сподобатися (мені, наприклад, ні) - бачимо, що мідбас (80-400Гц) піднімається теж, а це можлива причина гулу, резонансу в приміщеннях, тому для комфортного прослуховування музики ці частоти не повинні сильно посилюватись. Інша причина, чому темброблок може не сподобатися - відсутність змінних резисторів потрібного номіналу. Мені подобається тембр від підсилювачаТрембіта-002-стерео
(Випуск 1977 р.) і, припустимо, хотів би його поліпшити та модернізувати. Натисніть Snapshot, щоб візуально бачити зміни:
Такий варіант тембру мені більше до душі, але послаблює сигнал він набагато сильніший – не біда – зате підйом мідбасу не настільки сильний при повному викручуванні резистора R2. При подальшому підборі елементів виходить такий варіант - приємний з моєї точки зору для прослуховування:
Але це ще не все. Після збирання такого темброблоку ви відчуваєте сильне зниження гучності - так це так, пасивні регулятори сильно знижують посилення. Зазвичай додають ще один підсилювальний каскад, наприклад на ОУ - що простіше, та й параметри стають сильно залежними від операційного підсилювача, ви можете в будь-який момент замінити на інший і, можливо, будете приємно здивовані. Зазвичай тембр включають ланцюг зворотного зв'язку підсилювального каскаду, як наприклад в підсилювачі Шмельова. Я зробив так:
Конденсатори будь-які К73-9, К73-17, МБМ, БМ-2, але не керамічні (останні використовувати в ланцюгах корекції ОУ та С6 у зворотному зв'язку). У своєму варіанті, на жаль, не знайшов плівкового конденсатора на 2200p, але на звучанні це на щастя не надто позначилося, успіхів! .
Обговорити статтю ПАСИВНИЙ ТЕМБРОБЛОК
Вирішив послухати, як звучить підсилювач класу Д на IRS2092. Після недовгих
пошуків на Алі було зроблено замовлення. Заради інтересу «як воно звучить» для нього був також замовлений і темброблок.
Так як підсилювач ще в дорозі, а темброблок вже прийшов, то вирішив.
зробити огляд поки що на нього. Як прийде підсилювач, зроблю огляд і на
його із вимірами.
Плата прийшла в конверті з пухирцем. У комплект входить сама схема і
чотири ручки на резистори. Флюс везе відмитий пайка більш менш
акуратна. Розведення плати середня. Регулятори на фото - зліва на право - ВЧ, СЧ, НЧ, Гучність.
На платі встановлено ОУ NE5532P 
Так само на платі розташовані ланцюги стабілізації живлення (L7812 та L7912) та випрямляч.
Можна змінювати напругу з трансформатора для живлення
плати.
Принципова схема регулятора схожа на цю 
Відрізняються номінали деяких резисторів та відсутність деяких прохідних
конденсаторів.
Тепер найголовніше – тести.
Тестував на цій карті 
Creative Sound Blaster X-Fi Titanium PRO з невеликою доробкою - повністю за екранований зворотний бік друкованої плати, замінений вихідний ОУ на OPA2134, всі конденсатори живлення шунтовані керамікою.
АЧХ (рожевим кольором - зі входу на вихід міну темброблок, синім кольором
- через темброблок - всі регулятори тембру в середньому положенні) 
Видно невеликий підйом на низьких частотах (нижче 200Гц) і завал на
високих (вище 6кГц)
Регулятори НЧ у крайніх положеннях 
Регулятори СЧ у крайніх положеннях 
Регулятори ВЧ у крайніх положеннях 
КНІ «THD», правий канал йде минаючи темброблок для порівняння (з виходу картки на
вхід), КНІ темброблоку 0.016%, хотілося б менше звичайно. Пробував ставити OPA2134 замість рідних ОУ, спотворення трохи знизилися але незначно, швидше за все через не зовсім правильне розведення плати. 
Залежність КНД від частоти (правий канал йде минаючи темброблок,
рожевий колір на графіку) 
Темброблок не інвертує фазу сигналу (правий канал йде минаючи темброблок,
рожевий колір на графіку) 
Досить середній за якістю блок, для домашніх виробів піде якщо влаштовує КНІ.
Ставити в планований посилити навряд чи буду через високі
гармонійних спотворень. Розводитиму плату сам, і збиратиму темброблок.
Сподіваюся, інформація була корисна.
