О проблемах бытовых акустических систем и о регулировке тембра

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: Предварительные УНЧ

Опубликовано: 19.03.2017 10:25

Просмотров: 5116

А.Г. Зызюк, г. Луцк РА 3-4’ 2010
В данной статье рассматриваются проблемные вопросы бытовой акустики, а также предлагается схема несложного темброблока. От многих других конструкций аналогичного предназначения она отличается тем, что регулировка происходит не в широкой полосе частот, как общепринято. В данной конструкции преднамеренно использовано два гиратора для сужения частотных полос, где происходит регулировка тембров.

Как известно, регуляторы тембра предназначены для исправления суммарных погрешностей амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) источников сигнала, акустических систем, соединительных кабелей и других звеньев. Кроме этого, многое зависит от особенностей слуха и вкусов слушателей. В самых простых схемах регуляторов тембра (РТ), как правило, используются пассивные цепи, формирующие АЧХ в РТ.
Основной недостаток таких схем - слишком широкие полосы частот, где осуществляется регулировка тембров.
Традиционная ситуация: при регулировке тембра на низких частотах (НЧ) одновременно происходит и регулировка в диапазоне частот 200... 1000 Гц. А всегда ли это нужно? Тем не менее, такая ситуация является типичной для традиционных мостовых (пассивных) РТ. Мы хотим увеличить эффективность воспроизведения на самых НЧ, а вместе с тем увеличивается и бубнение в акустических системах (АС) на НЧ. Оно характерно как раз при излишнем подъеме на частотах 100...200 Гц. Типичная ситуация для большинства традиционных схем РТ. Между тем, требуется увеличивать мощность на НЧ именно в области «сабвуферных» НЧ. Сабвуферы используются для существенного улучшения воспроизведения, в первую очередь, в диапазоне 20... 100 Гц. Поэтому, чтобы «заставить» АС производительнее работать в этом диапазоне, все чаще слушатели используют для регулировки тембров эквалайзеры. Считается, что эквалайзеры предназначены, в первую очередь, для коррекции акустических погрешностей помещения, где осуществляется работа АС. Практика же показывает, что эквалайзеры очень удобный инструмент не только для этих целей. Не менее удобны они и для использования в качестве РТ. Однако высококачественные эквалайзеры не так доступны в приобретении, как хотелось бы. Особенно, если речь идет об устройствах более чем десятиполосных (октавных). И цены высокие, и самостоятельное их изготовление - задача не из самых простых. Все дело в большом количестве используемых радиокомпонентов. В десятиполосном
эквалайзере (октавный вариант) нужно изготовить 10 регулировочных ячеек, т.е. для стереокомплекта, в сумме уже 20 ячеек.
Практика использования самых разных конструкций РТ с CD-проигрывателями постепенно доказывала, что большинство схем РТ для CD-проигрывателей подходят плохо, а то и вовсе не подходят.
Причиной служит слишком большая «широкополосность» регулировочных характеристик традиционных пассивных РТ. Музыкальные записи на CD-дисках требуют, как правило, коррекции в довольно узких диапазонах частот. Слушателям приходится часто удивляться, с какой большой разницей в АЧХ сделаны эти записи. Причем одни треки на дисках записаны с достаточным уровнем НЧ и ВЧ, другие треки - с явным недостатком ВЧ и НЧ составляющих.
Сказанное относится и к виниловым дискам, и к записям на компакт-кассетах. Нельзя сказать, что сказанное относится только к пиратским копиям. В итоге на ВЧ звукового диапазона обычно нужна регулировка в пределах 12... 16 кГц, а не от 1 ...2 кГц, как в обычных РТ.
АС, как правило, имеют пониженную отдачу на самых НЧ. Кроме того, акустика, как правило, всегда имеет плохую отдачу и на ВЧ.
Если сравнивать по звукоотдаче мощные эстрадные профессиональные «пищалки» и бытовые, то приходим к очень неприятным для себя выводам. Из-за малого КПД бытовых «пищалок» приходится увеличивать мощность, подводимую к ним от усилителей (УМЗЧ) на ВЧ.
Бытовые УМЗЧ, и без того посредственно работающие на ВЧ, «заставляют» работать в этом диапазоне с повышенной мощностью. Растут искажения УМ и «пищалок». Естественно, нет смысла в такой ситуации увеличивать поступающую на «пищалки» мощность в диапазоне 5... 10 кГц, поскольку звучание становится неприятным.
Традиционные пассивные РТ могут подходить для некоторых задач, но для коррекции работы АС обычно не подходят совсем. Проанализировав ситуацию, приходим к выводу, что чаще всего требуется регулировка не более чем в четырех полосах октавного десятиполосного эквалайзера. Из всех полос десятиполосного графического эквалайзера наиболее востребованы полосы 31 и 63 Гц, а также 8 и16 кГц. Причем чаще всего необходимо корректировать АЧХ в диапазоне только двумя регуляторами - на частотах 31 Гц и 16 кГц. И вот почему.
Для малогабаритной акустики НЧ составляющие вблизи 30 Гц необходимо убирать (ослаблять), чтобы такие АС не «порвать». Малогабаритные АС эти частоты не в состоянии воспроизводить. Амплитуда смещения подвижной части ГГ, в этом случае, может оказаться чрезмерной. В такой ситуации не составляет труда повредить НЧ громкоговоритель (ГГ). К сожалению, большинство бытовых АС просто не способны работать в диапазоне 20...30 Гц. И каждый может самостоятельно в этом убедиться. Нужно только подать с генератора НЧ на УМЗЧ и АС сигналы этих частот.
К сожалению, нередко производители АС элегантно нас обманывают, приводя необычайно красивые и ровные АЧХ по звуковому давлению.
В реальности большинство АС практически не способны эффективно работать в диапазоне частот 20...30 Гц.
Единственное, что требуется, если решено удостовериться, работают ли имеющиеся АС на НЧ, - это проверить их в просторном помещении или на улице. В слишком тесном (заставленном мебелью и заложенном коврами и одеждой) или захламленном помещении малогабаритные АС не смогут вообще воспроизводить НЧ. Сейчас речь идет о бытовых АС, размеры корпусов которых не превышают размеров «легендарных» S-90, т.е., к сожалению, о множестве разных бытовых АС.
Малогабаритный сабвуфер также не может эффективно воспроизводить частоты 20...30 Гц. Теорию никто не отменит: нет объема в АС - не может быть и высокого КПД на НЧ. Да, сабвуферный ГГ с большим диаметром диффузора эффективен на НЧ. Поэтому он и при небольшом объеме АС еще может работать достойно. С увеличением внутреннего объема АС такой ГГ (с большим диаметром) начинает работать неузнаваемо хорошо.
Упомянутые S-90 в диапазоне 20.. .30 Гц работаю неудовлетворительно. Не спасает ситуацию и заводская настройка фазоинвертора в этих АС на частоту 31,5 Гц. Тем не менее, считается, что фазоинверторы S-90 настроены и изготовлены оптимально.
В действительности, при скромном объеме АС, проблемы с резким снижением КПД возникают уже в диапазоне 40.. ,50 Гц. Об эффективном воспроизведении частот 20...30 Гц можно тут лишь мечтать.
Резюмируя все сказанное, приходим к однозначным выводам.
Прежде всего, регулировка РТ вблизи частот 30 Гц является фактически обязательной. При этом для нормального сабвуфера (не только гоняющего воздух по комнате, а реально воспроизводящего НЧ) именно работа вблизи 30 Гц придает звучанию неповторимые оттенки. На частотах 20...30 Гц звук имеет ни с чем не сравнимую бархатную окраску. Жесткость на НЧ придают частоты, их изобилие, начиная с 60 Гц и выше. С дальнейшим повышением частоты звучание приобретает уже специфическое и неприятное жесткое звучание и бубнение. И в данном случае полосовой элемент эквалайзера зачастую очень кстати, чтобы обеспечить понижение отдачи АС. Особенно, когда АС малогабаритная. Частоты в диапазоне 100...200 Гц часто также портят звучание, если их уровень не уменьшить. Таким образом, возникает потребность регулировок на НЧ не в широкой полосе частот, а в узких поддиапазонах. На ВЧ звукового диапазона ситуация сходная, но не совсем.
Вновь о ВЧ головках
В бытовых АС почти всегда присутствует дефицит звукоотдачи не только на НЧ, но и на ВЧ, поскольку в них используются маломощные и низкоэффективные «пищалки». Например, что хорошего можно ожидать от использования пищалок типа 6ГДВ-1, 10ГД-35 или других, им аналогичных? К сожалению, ничего. Поэтому на практике целесообразно поступать следующим образом.
Для любых «пищалок», а в особенности для маломощных, всегда лучше ограничивать полосу частот, снижая уровень «нежелательных» ВЧ составляющих.
При этом оставляют неизменным или увеличивают уровень частот в диапазоне 14... 16 кГц. Т. е. уровень остальных ВЧ составляющих не увеличивают.
В бытовых АС на «пищалках» экономят повсеместно. Причем как в отечественных АС, так и в зарубежных. Производители АС прекрасно осведомлены в вопросах отказов их АС и «пищалок». Тем не менее, они часто игнорируются. Таким образом, проблемы «пищалок» - ахиллесова пята почти всех бытовых АС.
Итак, для коррекции АЧХ в РТ, как минимум, требуется регулировка в двух «точках» - вблизи частот 30 Гц и 16 кГц. Появляется возможность в РТ сэкономить восемь ячеек, избежав изготовления эквалайзера. Таким образом, частоты перегиба РТ смещены к краям звукового диапазона, а крутизна регулировочных характеристик РТ приближается к звеньям эквалайзера, т.к. схема выполнена на гираторах. В результате была изготовлена схема РТ, показанная на рис.1.

Данный РТ изготовлен на четырех быстродействующих ОУ КР574УД1 (в пластмассовом корпусе DIP-8). На ОУ DA1 выполнен буферный усилитель. На ОУ DA2 собран дифференциальный усилитель. На ОУ DA3 выполнен аналог последовательного LC-контура (гиратор) для частоты 30 Гц. На ОУ DA4 выполнен гиратор для частоты 16 кГц. Использование гираторов на ОУ позволяет избежать применения намоточных узлов (катушек) на ферритовых кольцах с содержанием большого количества витков. Особенно это касается гиратора в регуляторе на частоте 30 Гц, где обмотка составит тысячи витков. Транзисторы в схеме рис.1 нужны для перевода выходных каскадов ОУ в режим класса А. Дело в том, что характеристики выходных каскадов ОУ весьма нелинейные. Особенно это относится к выходным р-n-р транзисторам ОУ В данной схеме используются номиналы резисторов, значительно отличающиеся от общепринятых «разгрузочных» схем ОУ. Сопротивления резисторов увеличены почти в два раза.
Чтобы коэффициент гармоник схемы РТ не превышал 0,01%, а выходное напряжение РТ не должно превышать 1 В. Поэтому надо уменьшать выходное напряжение CD-проигрывателя. С этой целью на входе схемы установлены регуляторы громкости R1. Безусловно, можно регулировать громкость и в самом CD-проигрывателе. Вот только эта штатная регулировка (режим уменьшения) громкости сопровождается ростом специфических искажений выходного сигнала CD-проигрывателя.
О деталях
В схему подходят и другие ОУ. Предпочтение отдавали быстродействующим ОУ с полевыми транзисторами на входе. Очень важно, чтобы ОУ не самовозбуждались. Примененные ОУ в данной схеме работают устойчиво. Не понадобились даже корректирующие конденсаторы, обычно включаемые между выводами 5 и 6 для ОУ типа КР574УД1. В данной схеме РТ хорошо функционируют и недорогие зарубежные ОУ типа TL081. Транзисторы заменимы практически любыми кремниевыми маломощными с h21э не менее 100, аналогичные примененным, например, КТ3102 с любым буквенным индексом и исполнением (корпус - пластмассовый или металлический). Очень хорошо сюда подходят также и зарубежные ВС547С или ВС549С, т.е. имеющие высокое значение h21э .
О конструкции
Все элементы схемы рис, 1 (в стереоварианте), за исключением регуляторов громкости, размещены на печатной плате из двустороннего стеклотекстолита размерами 155x92 мм. Верхний слой платы использован в качестве экрана. Сдвоенные переменные ползунковые резисторы типа СПЗ-23в (с регулировочной характеристикой А) закреплены на плате (рис.2).

Они размещены на полоске из жести толщиной 0,5 мм. Эта полоска изогнута соответствующим образом, что и позволяет переменные резисторы прикрепить к плате. В свою очередь, это позволило избежать применения экранированных проводов, соединяющих регуляторы тембра со схемой РТ.