Тонкомпенсиран регулатор на усилването


    И в този материал основната идея е да споделя малко опит и събера на едно място по-известните начини за тонкомпенсиран регулиране на усилването в нискочестотните усилватели. Разбира се, такива, които сам съм реализирал в моите усилватели. Има и редица други схемни решения, с които може да се запознаете от приложената в края литература.

    Но първо, как и защо възниква в близкото минало идеята за тонкомпенсация на усилването.

    В статията за великия Баксандал споменах, че неговия тонкоректор възниква като начин за преодоляване на слабостите на човешкото възприятие, а именно няма линеен характер, а човек чува ниските и високите честоти значително по-слабо. В случая, тонкомпенсация е предназначена да компенсира недостатъка на човешкото ухо при слабо и все по-слабо звучене да „губи” чувствителност към ниските честоти. Това е другият ефект на звуковото възприемане. Тонкомпенсацията успешно решава този проблем по един простичък и елегантен начин, само с няколко пасивни елемента, включени във веригата на усилването и по-специално потенциометъра за усилване.

    Аз няма да разглеждам звукови процесори, а само тези пасивни вериги.

    В кратка статия на сайта www.audioregenesis.com, може да се запознаете с есенцията на тонкомпенсацията. Графиката е много показателна и аз ще си позволя да ви я покажа, защото тя обяснява всичко, което изговорих до момента:

    С едно изречение – чрез проста RC група, свързана към междинна точка на потенциометъра за усилване се постига сваляне на амплитудно-честотната характеристика с до 6-8 dB, с което се постига повдигане на ниските честоти на възпроизвеждане в зависимост от местоположението на плъзгача на потенциометъра. Последното се илюстрира със следващия опростен пример:

    От графиката по-горе се вижда, че тази RC група влияе и на част от високите честоти. За да се избегне този недостатък се налага включването на допълнителна RC група към горната част на потенциометъра за усилването:

    Последната схема отразява най-пълно утвърдената по-късно тенденция при големите производители на усилвателна техника да използват тонкомпенсацията за да постигнат качествено и общовъзприето човешко звучене, тоест да удовлетворява всяко ухо. Естествено човешкото възприятие е субективно и точно затова с ключа S1 тонкомпенсацията може да бъде изключена. От друга страна, при по-големи мощности този недостатък на човешкото възприемане отпада и съответно отпада необходимостта от компенсация.

    При правилно изчисление и подбор на нискочестотната RC група, практически с увеличаване на усилването ефекта от тонкомпенсацията намалява до пълното му изчезване щом плъзгача на потенциометъра достигне „средната” точка на свързване на групата. Поставих в кавички „средната” защото това съвсем не е така. Свързването на компенсиращата група към средна точка е само един от начините за осъществяване на компенсацията. По-скоро и по-често за да се постигне по-голяма близост до човешкото възприятие, RC групата се свързва в точка която е част от стойността на потенциометъра и може да бъде от 10% до 50% от стойността му. Например: потенциометър SONY от 50 kOhm “Center Taped”, демек със средна точка, има извод на 5 kOhm, друг такъв RFT със стойност 47 kOhm е със средна точка на 10 kOhm, при NIKKO потенциометъра е 120 kOhm с извод на 35 kOhm. Зависи от избора на производителя, но най-вече от избраните импеданси с които се товари веригата по-вход и изход. След изчисления, избор на стойности, включително избор на съотношение на „разцепването” на потенциометъра, производителите поръчват на специализирани фирми да произведат потенциометри със съответната изчислена стойност и съотношение на частите на деленето от „средната” точка.

    Горните две схемички са примерни, но ето една пълна принципна схема на тонкомпенсиран регулатор, при който е предвидена възможност за изключване на тонкомпенсацията без да има остатъчно влияние, което на тях не е показано.

    Може би забелязвате, че високочестотната група липсва на тази схема, а е заместена само с кондензатор. Не е пропуск, има и такива варианти.

    А сега да обърнем внимание как се променя графиката на тонкомпенсацията в зависимост от движението на плъзгача на потенциометъра на усилване, тоест – в зависимост от промяната на усилването, съответно на звуковото налягане, което се илюстрира със следващата графика:

    Можем да избегнем изчисленията на RC групата. като използваме следната методика, възникнала от практиката, като при нея няма значение съотношението между двете части на потенциометъра:

        1. Откачаме всички елементи от средната точка на потенциометъра.
        2. Свързваме към нея превключвател, примерно с позиции, като към всяка прикачаме кондензатори със следните стойности – 22 nF, 47 nF, 100 nF, 150 nF, 220 nF
        3. Включваме звуков източник, някаква мелодия с добре изразени ниски честоти, бас.
        4. Превключваме последователно позициите на превключвателя като търсим най-добре подчертан бас. Отбелязваме две стойности на съответните кондензатори, отляво и отдясно на които се забелязва разлика.
        5. Подбираме най-близката фабрична стойност на съответния капацитет при който сме получили най-добро подчертаване на ниските честоти. Това е нашият кондензатор.

    Така избрахме кондензатора. Но не сме избрали резистора. Резисторът служи основно за намаляване на влиянието на кондензатора на средните честоти. Ето как избираме на практика и него:

        1. Избираме потенциометър или тример-потенциометър около 47-50 kOhm
        2. Свързваме го на мястото на R19
        3. Въртим оста на потенциометъра и включваме и изключваме през интервал от една секунда импровизираната тонкомпенсация докато не спрем да чувстваме разлика в средните честоти.
        4. Измерваме получената стойност на потенциометъра и избираме най-близката стандартна стойност резистор.

    С това направихме практически избор на стойностите на RC групата на тонкомпенсацията.

    Разбира се, за маниаците тази методика е лаическа. Но аз твърдя, че е работеща. А сега ще я направим да се доближава до професионализма, като няма да разчитаме на слуха си, а просто включим на изхода на потенциометъра променливотоков волтмер или осцилоскоп и повторим горната методика, наблюдавайки показанията на уредите. При най-голямо съотношение на нивата при включена и изключена тонкомпенсация ще получим подобни стойности, както при описания по-горе „слухов” алгоритъм.

    За да намерим подходяща стойност на кондензатора С10, използваме първата част от методиката, като стойностите на петте кондензатора могат да бъдат: 330 pF, 470 pF, 680 (750) pF, 820 pF, 1000 pF. Може да експериментирате и с други стойности на кондензаторите. По същия начин с превключване и включване и изключване на тонкомпенсацията (S1) намираме тази позиция, при която няма да има разлика в звученето. Същата методика може да повторите отново като включите измервателни уреди.

    Но освен използването на потенциометри с един извод, тонкомпенсирани регулатори на усилването са се изграждали и с повече – с два и с три. Може би се питате защо трябва да си усложняваме живота? Както отбелязах по-горе, а и е видно от втората графика, зависимостта от нивото на усилване променя амплитудно-честотната характеристика на тонкомпенсатора. Излиза, че колкото повече такива RC групи свържем, толкова повече ще се доближим до естественото слухово възприятие. В годините аз така и не можах да се справя перфектно с този начин. Стигнах най-много до два извода за компенсация.

        Методиката за изчисление е лека.
        Съпротивлението до първия отвод трябва да бъде Р1/30.
        Съпротивлението до втория отвод трябва да бъде Р1/20.
        Времеконстантите са както следва Т1=330µS, T2=250µS.

    Ако Р1=100 kOm, изводите трябва да бъдат през 3.3 kOhm и 5 kOhm. Нооо, на практика никога не е така. Не се знае какъв потенциометър ще ни попадне. Затова аз препоръчвам практическата методика, описана по-горе, като, разбира се, трябва да бъде повторена два пъти – един за С1R2 и втори за С2R1.

    До тук описах т.н. стандартна тонкомпенсация при която потенциометъра за усилване е със „средна” точка. Но в годините доста производители на качествени усилватели са спестявали използването на такъв потенциометър, като са изграждали с допълнителни RC вериги в определен ред тонкомпенсация с обикновен логаритмичен потенциометър.

    Тъй като такива компенсации са описани твърде подробно в руските сайтове и литература, аз няма да се спирам на тях. Само бих искал да отбележа, че описната по-горе методика обхваща и тях. Прилагането й води до лесни и бързи настройки.


    Литература:

    1. http://www.bluesmobil.com/shikhman/arts/lowdn.htm
    2. http://cxem.net/sound/tembrs/tembr18.php
    3. http://www.diagram.com.ua/list/sound/sound116.shtml
    4. http://www.diagram.com.ua/list/tembrs/tembr36.shtml
    5. http://www.hi-end-fi.ru/nf0001.html

Оригинална статия [zip-pdf][705kb]

Валери Терзиев
16 април 2014 година