Появление цифровых кассетных магнитофонов и цифровых лазерных проигрывателей компакт-дисков резко повысило качество звуковоспроизведения. По большинству основных параметров цифровые источники сигнала превзошли аналоговые на один-два и более порядка [1]. В частности, один из ключевых параметров — коэффициент интермодуляционных искажений снизился с 2 % до 0,003 %, а нелинейные искажения приблизились к психоакустическому порогу слышимости. В результате, если раньше гармонические искажения источника сигнала почти на два порядка превышали искажения усилителей мощности ЗЧ (УМЗЧ), нормирующих усилителей и регуляторов тембра, то теперь, наоборот, гармонические искажения последних на порядок превысили искажения источников сигнала. Очевидно, что для реализации высокого качества звуковоспроизведения цифровых источников сигнала необходимо снизить искажения всех остальных звеньев звукового тракта. В последнее время найдены технические решения, позволяющие снизить нелинейные искажения УМЗЧ. Каковы же пути снижения нелинейных искажений в регуляторах тембра, фильтрах, регуляторах ширины стереобазы и других звеньях звуковоспроизводящей аппаратуры? Поскольку решение этой задачи средствами транзисторной схемотехники сопряжено со значительным ростом числа пассивных и активных элементов, более оправдано использование интегральных ОУ и, в частности, быстродействующих с полевыми транзисторами во входном каскаде (К544УД2, К574УД1). Входной каскад такого ОУ обеспечивает высокую (более 50 В/мкс) скорость нарастания выходного сигнала, повышенную перегрузочную способность, незначительные динамические интермодуляционные искажения. Известно также [2], что при одинаковом входном сигнале нелинейные искажения усилительного каскада на полевом транзисторе примерно в 5...7 раз меньше, чем у биполярного. Коэффициент усиления по напряжению быстродействующего ОУ достаточно высок (не менее 3000 для К574УД1) во всем диапазоне звуковых частот, что позволяет эффективно уменьшать нелинейные искажения введением глубокой ООС. Несмотря на то, что выходной каскад быстродействующего ОУ работает в режиме АВ с током покоя около 1 мА [3], перекрестные искажения оконечного каскада вносят основной вклад в общие искажения ОУ [4]. Эти искажения можно уменьшить путем перевода каскада в режим класса А. В тех случаях, когда необходимо обеспечить значительное усиление при минимальных нелинейных искажениях или еще более их понизить при том же усилении, можно использовать каскадное соединение ОУ. Преимущества такого включения особенно ощутимы для усилителей воспроизведения, предусилителей-корректоров и других частотно-зависимых устройств, так как возможность включения между каскадами пассивных RLC-элементов минимизирует динамические интермодуляционные искажения.
Изложенные соображения позволили спроектировать ультралинейный пассивный регулятор тембра (РТ) со следующими основными техническими характеристиками:
Номинальное входное напряжение, мВ..............................................................................................250
Номинальное выходное напряжение, В................................................................................................1
Отношение сигнал/шум, дБ, не менее...................................................................................................80
Номинальный диапазон частот, Гц.................................................................................................20...20 000
Диапазон частот при неравномерности АЧХ менее 3
дБ,
амплитуде сигнала 5 В, сопротивлении нагрузки 1 0
кОм,
емкости нагрузки 45 пФ,
Гц.............................................................................................................20...500
000
Скорость нарастания выходного напряжения, В/мкс............................................................................30
Коэффициент гармоник, %, не более...................................................................................................0,005
Напряжение питания, В...........................................................................................................................15
Потребляемый ток, мА ............................................................................................................................50
Глубина регулировки тембра по высшим и низшим частотам, дБ..................................................0... + 15
Диапазон регулировки частот перехода, Гц
....................................................................................................20...200;
...............................................................................................4000...20 000
Принципиальная схема РТ приведена на рис. 1. Он построен на четырех ОУ, как и аналогичные регуляторы тембра, описанные в литературе [5; с. 44]. Входной каскад выполнен на ОУ DA1 и представляет собой усилитель с коэффициентом усиления 6 и линейной АЧХ, С выхода этого каскада через резистивный делитель сигнал поступает на выход (выв. 2) для записи на магнитофон, а также на фильтры нижних и верхних частот. ОУ DА2 работает в пассивном фильтре нижних частот (ФНЧ) R13, R16, R17, СЗ. Амплитуда низкочастотных составляющих звукового сигнала регулируется резистором R13, а частота среза ФНЧ — резистором R16. Фильтр верхних частот (ФВЧ) R14, R15, R18, С4 нагружен на высокое входное сопротивление ОУ DАЗ. Амплитуда высокочастотных составляющих регулируется резистором R14, а частота среза ФВЧ — резистором R15. Выходные сигналы обоих фильтров, а также линейного каскада поступают на выходной каскад РТ на ОУ DА4, представляющий собой инвертирующий сумматор этих трех сигналов. Линейная АЧХ РТ получается, когда движки резисторов R13, R14 соединены с общим проводом. В других положениях их движков реализуется АЧХ, имеющая подъем (до 15 дБ) в области высших и низших частот звукового дна пазона. На рис. 2 показаны АЧХ формируемые РТ. Из рисунка видно, что РТ обеспечивает лишь подъем высших и низших частот диапазона относительно уровня линейной АЧХ, При этом регулируются также частоты среза характеристики высокочастотного и низкочастотного регуляторов, что позволяет точнее корректироват недостатки АЧХ громкоговорителя и помещения прослушивания, а также расширив диапазон субъективного восприятия тембра.
По возможности регулирования данный РТ занимает про межуточное положение между эквалайзерами и обычными РТ. Автор преднамеренно отказался от регулирования АЧХ ниже уровня линейной. Дело в том, что режим спада высших и низших частот практически не применяется, поскольку он соответствует грубым искажениям АЧХ звукового тракта и такого рода искажения целесообразней корректировать с помощью эквалайзера. Кроме того, при записи фонограммы балансируют в соответствии с чувствительностью слуха при уровнях громкости около 90 фон. При уровнях громкости ниже уровня балансировки, а это наиболее распространенная ситуация, необходимо компенсировать различия в чувствительности слуха (тонкомпен-сация) [5; с. 25], т. е. поднимать уровень высших и в большей степени низших звуковых частот. Подъем высших частот диктуется также необходимостью преодолеть их маскирование гармониками средних частот, присутствующими во всех звеньях звуковоспроизводящего тракта. Современные громкоговорители имеют заметный спад АЧХ на низших частотах, что избавляет РТ от необходимости дополнительно снизить уровень этих частот. По мнению автора, регулирование тембра ниже уровня линейной АЧХ, скорее дань традиции, чем оправданная необходимость, что подтверждается в современных устройствах регулирования АЧХ. Например, четырехполосный пассивный эквалайзер [6] регулирует АЧХ выше уровня линейной.
Детали устройства (один канал) размещаются на печатной плате, изготовленной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм (рис. 3). Переменные резисторы R13—R16 — сдвоенные, группы В и размещены вне печатной платы. Допускается использование сдвоенных резисторов R15, R16 группы А. Переменный резистор R10 — СП4-1в, а все постоянные — МЛТ-0,125. Кроме указанных на схеме можно использовать транзисторы (VT1, VT3, VT5) КТ3102В, микросхемы КР574УД1А (Б, В), а также микросхемы К574УД1А (Б, В) в круглом корпусе с учетом различий в цоколевке. Конденсаторы С10, С11 — К50-6, все остальные — КМ-5, КМ-6. Конденсаторы С1, С2, С7 могут иметь емкость в пределах 0,15...2,2 мкФ. Емкость конденсатора С8 можно уменьшить до 0,68 мкФ, если сопротивление нагрузки РТ превышает 20 кОм.
Правильно смонтированное устройство в каком-либо налаживании не нуждается. Необходимо лишь резистором R10 установить коэффициент передачи РТ в режиме линейной АЧХ. С целью уменьшения внешних наводок резисторы R13—R16 подключают к печатной плате проводами, свитыми по всей длине с шагом не более 70 мм. Провода питания также необходимо свить в пары с общим проводом. Для питания РТ требуется двуполярный источник питания напряжением +15 В и током нагрузки не менее 100 мА при величине пульсаций не более 15 мВ. Выходной сигнал РТ подается на регулятор стереобаланса — сдвоенные резисторы группы А и с него на регулятор громкости (группы В) сопротивлением по 100 кОм каждый. Входное сопротивление УМЗЧ при этом должно быть не менее 100 кОм в номинальном диапазоне частот.
В. ТАРАСОВ, г. Азов Ростовской обл.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Иванов Р. и др. Цифровая оптическая звукозапись.— Радио, 1987, № 1 1, с. 17—20.
2. Сухов Н. Проектирование малошумящих усилителей звуковой частоты. Радиоежегодник-86. — М.: ДОСААФ, 1986, с. 40—55.
3. Шило В. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре.— М.: Сов. радио, 1979, с. 132.
4. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники.— М.: Мир, 1983, т. 1, с. 442—443.
5. Сухов Н., Бать С. и др. Техника высококачественного звуковоспроизведения.—Киев: Техника, 1985.
6. Фелпе Р. 750 практических электронных схем.— М.: Мир, 1986. с. 291.
Радио № 9, 1989 г.
