Высококачественный регулятор громкости и тембра (К157УД2, К547КП1)

Описанный в [1] УМЗЧ высокой верности разрабатывался для субъективной экспертизы звучания цифровых лазерных проигрывателей компакт-дисков (ПКД).

При проведении экспертизы к выходу УМЗЧ подключались мощные высококачественные акустические системы (АС), а его вход соединялся С выходом ПКД с целью обеспечения минимальных фазовых и нелинейных искажений, а также снижения уровня шумов посредством простейшего резистивного делителя напряжения, в качестве которого использовался проволочный переменный резистор СП5-21-А-2 сопротивлением 15 кОм.

Этим делителем можно установить громкость 90—94 фон, необходимую для проведения субъективной экспертизы, поскольку при такой громкости обеспечивается нормальный баланс спектра и нет необходимости в дополнительной частотной коррекции. В дальнейшем регулировка осуществлялась только при смене типа АС или отличии номинального выходного напряжения испытуемого ПКД от стандартного (2 В эфф).

При использовании описанного УМЗЧ в качестве базового усилителя высококачественного звуковоспроизводящего комплекса его необходимо дополнить тонкомпенси-рованным регулятором громкости и регулятором тембра,, имеющим чувствительность 150...200 мВ. Описание такого блока регулировки, разработанного автором, и приводится в публикуемой ниже статье.

Основные технические характеристики

  • Входное сопротивление, кОм -  150
  • Номинальное входное напряжение, мВ - 150
  • Номинальное выходное напряжение, м В - 800
  • Относительный уровень собственных шумов: взвешенное значение - 94дБА, невзвешенное значение - 88дБ
  • Глубина регулирования громкости,    дБ  -   36
  • Глубина регулирования тембра, дБ   + 10...—10
  • Коэффициент гармоник, %, при номинальном уровне ВЫХОДНОГО сигнала .<0,001 %
  • Перегрузочная способность, дБ 4-18.

Принципиальная схема и принцип работы

Принципиальная схема блока приведена на рис. 1. Первый его каскад собран на ОУ DA1.1 (DA2.1) и выполняет функции регулятора стереобаланса. Резистором R21 коэффициент усиления каждого канала можно изменять в пределах ±4 дБ.

Второй каскад блока собран на ОУ DA1.2 (DA2.2) и представляет собой модификацию активного тонкомпенсирован-ного регулятора громкости, подробно описанного в [2].

Принцип частотной компенсации этого регулятора в области НЧ основан на изменении при регулировании громкости постоянных времени цепей ООС, охватывающих ОУ — C3R5R7.1 и R7.1R9C6 (C15R26R7.2 и R7.2R30C18), а также изменении АЧХ частотно-зависимого делителя R5R6C4 (R26R27C16) при перемещении движка регулятора громкости R7.1 (R7.2).

Частотную компенсацию в области высших частот обеспечивает цепь C5R8 (C17R28), включенная параллельно части резистора R7.1 (R7.2). В крайнем левом (по схеме) положении движка R7.1 (R7.2) выполняется условие C3R5 = C6(R9+R7.1) ( C15R26 = C18(R30+R7.2) ).

схема

Принципиальная схема высококачественного регулятор громкости, баланса и тембра ВЧ/НЧ.

Цепь C4R6 (C16R27) зашунтирована согласно принципу виртуального замыкания входов ОУ, а цепь C5R8 (C17R28) шунтирует соответствующая секция резистора R7.1 (R7.2), поэтому каскад имеет единичный и частотнонезависимый (в звуковом диапазоне) коэффициент передачи.

АЧХ, формируемые каскадом в крайних и среднем положениях регулятора громкости R7, показаны на рис. 2 и мало отличаются во всем диапазоне регулирования от идеальных кривых тонкомпен-сации, построенных на основании кривых равной громкости Флетчера — Мансона [3].

Особенность описанного регулятора громкости — близкая к экспоненциальной зависимость коэффициента передачи на средних частотах при линейной функциональной зависимости сопротивления от угла поворота оси резистора R7.

Это обеспечивает максимальную плавность регулирования, так как повороту оси на один и тот же угол соответствуют равные приращения громкости. Электронные коммутаторы на транзисторах VT1.1. и VT1.2 (VT1.3 и VT1.4) позволяют отключить тонкомпен-сацию.

На ОУ DA3.1 (DA3.2) выполнен активный регулятор тембра низших R13.1 (R13.2) и высших R14.1 (R14.2) частот [4]. На рис. 3 показаны АЧХ, формируемые этим каскадом в разных положениях регуляторов. Как видно из рисунка, максимальная глубина коррекции составляет 10 дБ, что вполне достаточно для звуковоспроизводящего комплекса высокой верности.

В то же время ограничение глубины коррекции позволило уменьшить рассогласование АЧХ и ФЧХ правого и левого каналов до уровней соответственно не более 0,2 дБ и 3 град, в диапазоне частот 20...20 000 Гц в любом положении регуляторов (то же самое относится и к регулятору громкости), что важно для сохранения неизменного положения кажущихся источников звука при натуральном стереозвучании.

Применение активных регуляторов громкости и тембра позволило обеспечить требуемый динамический диапазон устройства в целом достаточно простыми средствами.

Для измерения коэффициента гармоник применялась методика с подавлением первой гармоники, описанная в [5]. На рис. 4 приведены спектрограммы сигнала на выходе блока регулировки громкости и тембра при подаче на его вход сигнала от генератора, спектр которого показан на рис. 5 (первая гармоника частотой 1 кГц на обеих спектрограммах подавлена на 60 дБ).

Относительный уровень наибольшей второй гармоники составляет —108 дБ, что соответствует коэффициенту нелинейных искажений по второй гармонике 0,0004 %, а с учетом высших гармоник общий коэффициент гармоник не превышает 0,001 %.

Вследствие падения петлевого усиления ОУ на высших звуковых частотах уровень интермодуляционных искажений устройства несколько выше. На рис. 6 показаны спектрограммы выходного сигнала при подаче на вход устройства суммы двух синусоидальных напряжений частотой 19 и 20 кГц.

схема

 

схема

 

схема  схема

 

схема

На спектрограмме уровни полезных составляющих (19 и 20 кГц) подавлены на 45 дБ, относительный уровень интермодуляционной составляющей разностной частоты (1 кГц) равен —92 дБ, что соответствует коэффициенту интермодуляционных искажений 0,0025 %.

Конструкция и детали

Блок регулировки питается от стабилизаторов напряжения, выполненных на транзисторах VT2, ѴТЗ и стабилитронах VD2, VD3 и подключенных непосредственно к шинам нестабилизированного источника питания УМЗЧ.

В устройстве применены постоянные резисторы MJ1T-0,125, сдвоенные переменные проволочные прецизионные резисторы СП5-21А-2 (R7, R13, R14) и СП5-21Б (R21). С несколько худшими результатами можно применять СПЗ-30г (R7, R13, R14) и СПЗ-30а (R21). В этом случае разбаланс громкости и АЧХ не будет превышать 2 дБ. В качестве оксидных конденсаторов используются К50-16, остальные КМ-4, КМ-5, КМ-6, К73-11.

Номиналы всех постоянных резисторов и конденсаторов СЗ-С6, С9, С15-С18, С21 не должны отличаться от указанных на принципиальной схеме более чем на 5 %, конденсаторов С8, С10, С20, С23 - более чем на 10 %, остальных — на 20...80 %.

Замена ОУ К157УД2 на другие нежелательна ввиду их хороших шумовых свойств и высокой линейности, а также возможности работать на сравнительно низкоомную нагрузку.

Оба канала устройства собраны на печатной плате из стеклотекстолита. Рисунок печатных дорожек показан на рис. 7, а, а расположение деталей — на рис. 7, 6.

При пониженных требованиях к разбалансу громкости АЧХ и ФЧХ пределы регулирования громкости и тембра могут быть расширены.

Так, чтобы довести глубину регулирования громкости до 60 дБ, следует изменить номиналы четырех резисторов (R6 = R27 = 470 Ом, R9—R30= 1 кОм) и двух конденсаторов (С4 = С16 = 1 мкф), а чтобы увеличить пределы регулирования тембра до ±16 дБ, нужно уменьшить сопротивления восьми резисторов (R15 = R16 = R33 = R34 =300 Ом, R12—R17 = R32 = R36 = 2,7 кОм).

схема

Печатная плата для высококачественного регулятора громкости, баланса и тембра.

Налаживание

Налаживания правильно собранный блок регулировки громкости и тембра не требует. Печатные платы темброблока поставляются кооперативом «Маяк» (см. «Радио» 1990, № 7, с. 80).

Н. СУХОВ. г. Киев, Украина.

Литература:

  1. Сухов Н. УМЗЧ высокой верности.— Радио, 1989, № 6, с. 55— 57.
  2. Сухов Н., Бать С., Колосов В., Чупаков А. Техника высококачественного звуковоспроизведения.— Киев: Тэхника, 1985, с. 27, рис. 2.8. 6.
  3. Newcomb A., Young R. Practical loudness: ап active circuit design approach.— Journal of the Audio Engineering Society, 1976, Vol. 24, N I, pp. 32—35, fig. 1.
  4. Сухов H., Бвть С., Колосов В., Чупаков А. Техника высоко-качественного звуковоспроизведения.— Киев: Тэхника, 1985, с. 35, рис. 2.17.
  5. Сухов Н. УМЗЧ высокой верности.— Радио, 1989, № 7, с. 59, рис. 7.

Печатная плата была разработана в формате SprintLayout 6 и предоставлена пользователем с форума сайта Паяльник - Sanya110. Скачать печатную плату можно здесь: nick_suchov_hiquality_regulator_layout_by_sanya110.zip (320Кб).

6 3448 Регуляторы тембра и эквалайзеры
регулятор тембра регулятор громкости
Комментарии (26):
#1 Анатолий Январь 06 2015
+1

Очень хороший, пока мечтаю собрать. Можно-ли заменить резисторы регуляторы 15 ком. на например 20-22 ком.И как? Я собирал регуляторы Радио №9 1989 год стр примерно 70-72.Собрал 7 регуляторов. Лучше этого не встречалось. Спасибо.

#2 root Январь 06 2015
+1

Анатолий, регулировочные резисторы 15 кОм вполне можно заменить на 20-22 кОм, все будет работать нормально.

#3 sanyaretro Май 23 2015
0

Вы случайно ,не знаете в чем может быть дело ?
1.В колонках слышан небольшой фон,
2.Громкость полностью не убираеться,
3.Когда кручу Балланс то слабо ощущается переход .
Все переменные резисторы у меня 22Ком

#4 root Май 24 2015
+1

Несколько раз проверить весь монтаж, соответствуют ли номиналы установленных деталей тем что на схеме. Напряжения после стабилизаторов +12В, -12В должны быть в норме, если есть осциллограф - посмотрите что там творится.
Микросхему К547КП1А впаивать аккуратно, желательно заземленным паяльником и с браслетом. При пайке все микросхемы желательно не перегревать(на каждую ногу не более 2,5-3 сек).
Всю схему регулятора желательно поместить в экран. Все проводники что идут ко входу/выходу регулятора, а также к переменным резисторам(громкость, баланс, тембр) нужно экранировать.
Насчет регулировки баланса - попробуйте поэкспериментировать с сопротивлением резисторов R2, R23(сейчас 10К, попробуйте поставить 5К).
Насчет громкости - R5 и R26 попробуйте поставить на 22К, а также поэкспериментировать с резисторами R9, R30.

#5 sanyaretro Май 26 2015
0

Спасибо большое .. все попробую что вы написали !Я срисовал печатку с картинки так как в интернете ни где ее не нашел.

#6 sanyaretro Июнь 03 2015
+2

Вот попробовал печатку переделать.

Основные отличия от базовой версии:

  • чертеж выполнен по сетке 1,27 мм, что обеспечило привязку объектов;
  • расстояние между выводами компонентов сформировано кратным сетке;
  • расстояние между точками монтажа выводов электролитических конденсаторов уменьшено до стандартных значений;
  • для увеличения эффективности использования площади платы и уменьшения уровня паразитных наводок на протяженные соединения уплотнено расположение компонентов;
  • как следствие уменьшены габариты платы, что позволило достичь экономии полезной площади в 36 см2;
  • связь между слоями обеспечивается выводами компонентов без дополнительных переходных отверстий;
  • исключены перемычки;
  • интервалы между органами управления (регуляторами) сохранены равномерными;
  • изгиб трасс осуществлен под стандартными углами 90 и 45 градусов;
  • все трассы выполнены единой ширины (общий провод - удвоенной);
  • все контактные площадки (за исключением площадок для монтажа регуляторов) имеют единый диаметр;
  • для обеспечения единообразия монтажа корпусы всех навесных компонентов расположены параллельно плате (горизонтально);
  • несколько улучшена геометрия трасс при сохранении авторского эскиза компоновки;
  • минимизировано количество соединений в слое М1;
  • позиционные обозначения компонентов совмещены с их УГО для облегчения чтения чертежа;
  • разнесены клеммы подключения источника питания и цепей с высокой разностью потенциалов.

печатная плата высококачественного регулятора громкости и тембра Н.Сухова.

Скачать печатную плату в формате SprintLayout 6: nick_suchov_hiquality_regulator_layout_by_sanya110.zip (320kB)

By Sanya110 (пользователь на форуме сайта "Паяльник").

#7 sanyaretro Июнь 17 2015
+3

Спасибо,все отлично !

#8 sanyaretro Июль 18 2015
0

Здравствуйте ! Вы случайно не знаете можно ли заменить в темброблоке Н Сухова транзисторы кт503б - кт502б и на какие ?

#9 root Июль 18 2015
+4

В текущей схеме на транзисторах КТ503Б и КТ502Б собраны стабилизаторы напряжения для питания микросхем и полевых транзисторов. Учитывая параметры КТ503Б и КТ502Б их можно попробовать заменить в данной схеме на КТ3102Б и КТ3107Б в металлических корпусах.
Можно также весь узел VD2, VT2, R39 заменить на интегральный стабилизатор +12В, а VD3, VT3, R38 - на похожий стабилизатор только для -12В. К примеру, можно использовать стабилизаторы LM317 и LM337 но это решение будет избыточным, схема все же потребляет не настолько много тока.

#10 sanyaretro Июль 18 2015
0

Спасибо огромное вам ,попробую впаять КТ3102Б и КТ3107Б в металлических корпусах .Вы помните я вам писал про фон ! Я все таки обнаружил причину фона в темброблоке ! Оказывается у меня был пробитый в одном плече транзистор .Что странно темброблок работал довольно качественно с пробитым транзистором КТ503Б :))

#11 sanyaretro Июль 19 2015
+3

Вот, собрал пока по старой проверенной печатке. Нашел все таки кт503 и 502, правда с буквой (г). Уже подключал и прозвонил - все отлично, на все микросхемы подается 12 вольт! На днях, будет время, припаяю переменные резисторы и проверю! Кстати есть печатка в lay могу скинуть кому если будет нужно!

Высококачественный регулятор громкости и тембра Н. Сухова.

Вид со стороны дорожек - высококачественный регулятор громкости и тембра Н. Сухова.

#12 shurken Июль 01 2016
+2

Всем доброго! Есть конденсатор (С5) не на 1800пф, а на 1500пф. Вопрос - нужно в этом случае пересчитывать номинал резистора R8 10к, чтобы сохранить постоянную времени этой RC цепочки (1800пф*10к =1500пф*12к)?

#13 root Июль 01 2016
0

Желательно пересчитать. Также можно параллельно конденсатору 1,5нФ(который у вас есть) включить конденсатор на 300-330пФ - в сумме получится нужная емкость 1800-1830пФ.

#14 SkyJ Август 16 2016
0

А тут можно использовать все 5 микросхем К157УД2?
или надо еще искать К547КП1?

#15 root Август 17 2016
0

В схеме используется 4 микросхемы: три операционных усилителя К157УД2 и одна сборка из четырех МОП-транзисторных ключей с каналом P-типа - К547КП1. Микросхему К547КП1 можно попробовать заменить на четыре отдельных МОП-транзистора с P-каналами или же на какую-то аналогичную сборку (изменив при этом разводку печатной платы). Элементы данной микросхемы используются в схеме как ключи для включения режима тонкомпенсации.

#16 Sergey7054 Январь 29 2017
0

Добрый день! Можно ли заменить ОУ К157УД2 на какой-нибудь иностранный аналог не меняя обвязки (или не значительно ее изменив)? К157УД2 в Московских магазинах что то уже днем с огнем не найдешь.

#17 root Январь 29 2017
+2

Здравствуйте. Полная замена для К157УД2 (все выводы совпадают) - это КР1434УД1А. Также К157УД2 можно заменить на более новый и более малошумящий вариант отечественного ОУ - К157УД3.
Искать и покупать такие детали можно в интернет-магазинах, к примеру на ЧИПиДИПе нашел К157УД2 - хоть 50 штук заказывай, цена примерно 90руб (1,4$) за штучку.

Из зарубежных аналогов -  TL072 (2 операционника), TL074 (4 операционника), LM358...

#18 Sergey7054 Февраль 01 2017
0

Спасибо, уже нашел в Чипе и Дипе, почему-то первый раз проглядел (опечатался видимо), каюсь. А вот за совет по поводу менее шумной 157УД3 спасибо, их и поставлю!

#19 Sergey7054 Февраль 17 2017
+2

Платка готова, когда то давно, еще в школе собирал на плате из Радио (довольно криво сделанной с помощью краски и хлорного железа), все работало, теперь попробую на новой плате и отпишусь по результатам.

Печатная плата для темброблока по схеме Н.Сухова

#20 Валерий Февраль 28 2018
+2

Здравствуйте господа паяльники. Кто скажет какая характеристика у регулятора громкости, баланса и тембра.
Или это неважно. или я неважно прочел статью?

#21 root Февраль 28 2018
0

Здравствуйте, Валерий. В начале статьи указаны все параметры устройства - номинальное входное и выходное напряжение, уровень шумов, глубина регулировки громкости и тембра.

#22 Валерий Март 15 2018
0

При чем здесь параметры!! Какая характеристики переменных резисторов? А B C??

#23 Александр Компромистер Март 16 2018
0

Где-то слышал, что экспоненциальные резисторы шумят меньше всего. Потом идут логарифмические, потом - линейные.

#24 Валерий Март 28 2018
+1

При чем там шум резисторов)) Какая характеристика регулятора громкости тембра меня интересует?

#25 Vovik Май 14 2018
0

Входное сопротивление, кОм - 150
Номинальное входное напряжение, мВ - 150
Номинальное выходное напряжение, м В - 800
Относительный уровень собственных шумов: взвешенное значение - 94дБА, невзвешенное значение - 88дБ
Глубина регулирования громкости, дБ - 36
Глубина регулирования тембра, дБ + 10...—10
Коэффициент гармоник, %, при номинальном уровне ВЫХОДНОГО сигнала .<0,001 %
Перегрузочная способность, дБ 4-18.

#26 Vovik Май 14 2018
0

Валерий, если вас интересует частотная характеристика, то это регулятор громкости и тембра для усилителя высокой верности. То есть что подали, то и сняли.

Написать комментарий:

cashback