Регулятор громкости с тонкомпенсацией для усилителя своими руками

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 18.09.2024

Всем здравствуйте. Идея простая создание тонкомпенсированного регулятора. Модуль адау1761, генератор 12288, рдц2-0032 с памятью, проект 48к, аналоговый вход и выход. Проект прост вход loudness выход. Все получилось наподобие аналогового рт сухова, с его недостатками, а именно уровень регулировки 50 дб, громкости полностью не убирается. Также когда залил все в рдц2-0032 обнаружил что линейным резистором регулировать не получается, шкала от -50 дб сильно растянута. Сделал подобие логарифма. Без тонкомпенсации жить невозможно. Интересно как вы боретесь с подобными проблемами? Есть идеи?

maxssau

Well-known member

Дюжбан

Well-known member

В отзывах, точно не скажу, нужно искать, мало кто собирал видать. Есть своя собранная конструкция на импорте и с разводкой в кикаде. Нужны по идее хорошие потенциометры, если брать альпы ценак кусается. Вообще у него лучший блок тонкомпенсации, очень точно. Но с адау уже новые возможности.

maxssau

Well-known member

я запилил на адау1701, с глубиной регулировки до -120 дб. управление от МК с энкодером. Вычисление шага логарифмическое. По звуку проблем не вижу, на -120 в наушниках ничего не слышно. блочек Loudness

Дюжбан

Well-known member

maxssau

Well-known member

а шо там может быть сложного?

Управление энкодером не входит в тему.

это код записи в ДСП:

void DSP_SetHumanVolume(unsigned int I2S_AudioFrequency, _Bool state, float gain)
__dsp_control_element
// получаем адрес переключателя байпаса
dsp_element=DSP_GetControlAddress(DSP_UI08_ADAU1701_CONTROL_TYPE_VOL_HUM_EN_SELECTOR,I2S_AudioFrequency);
// записываем 0 или 1, 0 - без РГ, 1 - через РГ
SIGMA_ADAU1701_SAFELOAD_WRITE_INT(dsp_element.address[0],1*(int)state);
DSP_Control_SetISTBit(I2S_AudioFrequency);

// получаем адрес блока Loudness
dsp_element=DSP_GetControlAddress(DSP_UI08_ADAU1701_CONTROL_TYPE_VOL_HUM_SW_HUM_VOL_SELECTOR,I2S_AudioFrequency);
// переводим из дБ в обычное число float
float val=1/(pow(10,(gain/-20)));
// записываем значение громкости в блок DC Source, блок подключен к внешнему управлению громкости блока Loudness
SIGMA_WRITE_REGISTER_FLOAT(dsp_element.address[0],val);
>

кусок проекта сигмы:

Проекта для MCU в свободном доступе не будет из-за коммерсов.

Пы.Сы. Через 2-4 недели думаю доделаю и покажу плату ДСП с USB входом и I2S выходом.

Дюжбан

Well-known member

а шо там может быть сложного?

Управление энкодером не входит в тему.

это код записи в ДСП:

кусок проекта сигмы:

Проекта для MCU в свободном доступе не будет из-за коммерсов.

Пы.Сы. Через 2-4 недели думаю доделаю и покажу плату ДСП с USB входом и I2S выходом.

Благодарю за помощь. Не все понятно пока. Блок тк с внешним управлением вижу. Dc что такое здесь? Как туда записать? А код это куда девать? Если в стм то понятия не имею как это сделать. Хочу нормальный рг, а это дебри прямо. А значения регистров можно вытащить и заслать в дисплей 1602? Мудрый гуру обьясни проще. Спасибо.

Радио №6 2003г. А Пахомов

Известно, что с понижением среднего уровня громкости чувствительность человеческого уха в наибольшей степени падает к самым низким частотам (НЧ) звукового спектра. Для компенсации этой физиологической особенности слуха от звуковоспроизводящей аппаратуры требуется корректирующий подъем НЧ: при минимальной громкости (в зависимости от уровня шума в помещении) он должен достигать 25. 40 дБ на частоте 50 Гц по отношению к частоте 2 кГц. Более того, согласно кривым равной громкости, крутизна подъема должна увеличиваться по мере понижения частоты: 6 дБ на октаву, начиная с частоты 250 Гц, и 12 дБ на октаву ниже 100 Гц [1].

Большинство известных схем тонкомпенсированных регуляторов громкости (ТКРГ), за исключением, может быть, самых сложных, не нашедших широкого применения, не обеспечивает требуемого закона и глубины коррекции. В наиболее распространенных ТКРГ с имеющим отвод переменным резистором (или без отводов) [2] глубина коррекции НЧ не более 15 дБ, причем ее крутизна на частотах ниже 100 Гц уменьшается.

Для примера на рис. 1 показаны типичные АЧХ пассивного ТКРГ на переменном резисторе без отводов [2]. Видно, что корректирующий подъем на частоте 50 Гц при коэффициенте передачи регулятора -40 дБ равен 13 дБ, крутизна ниже 100 Гц не превышает 3 дБ на октаву, что совершенно недостаточно. Близкие характеристики имеют и ТКРГ на резисторе с одним отводом.

При эксплуатации подобные регуляторы создают неприятный эффект: при снижении громкости теряется глубина звука и появляется склонность к "бубнению". Попытки увеличить степень коррекции на самых низких частотах добавлением RC-цепи в разрыв общего провода переменного резистора приводят к сужению диапазона регулирования громкости. Громкость в этом случае не уменьшается до нуля, что очень неудобно на практике.

Еще одним недостатком упомянутых устройств можно назвать неверное изменение коррекции по мере регулирования громкости. Заметная коррекция АЧХ нередко возникает при среднем положении регулятора, когда фактическая громкость(чувствительность) еще высока. В результате нарушается тональный баланс в наиболее часто используемой области средней громкости звучания.

К сожалению, все перечисленные недостатки свойственны и электронным ТКРГ, выполненным на специализированных микросхемах. На рис. 2 изображены АЧХ весьма сложного регулятора ТС9235 фирмы Toshiba, имеющего малый уровень шумов (менее 2 мкВ) и нелинейных искажений (менее 0,01 %), многоступенчатую цифровую регулировку громкости, удобное кнопочное управление и т. п. [3]. При всем этом регулятор обеспечивает тонкоррекцию ничуть не лучше рассмотренных уже ТКРГ В бытовых устройствах звуковоспроизведения область частот ниже 100 Гц считается "проблемной" и для оконечных звеньев тракта. Так, малогабаритная акустическая система редко имеет нижнюю граничную частоту менее 50. 60 Гц по уровню -3 дБ. Обычно спад звукового давления начинается уже с частоты 100 Гц. Иногда для его компенсации применяют высокодобротные эквалайзеры или специальные бас-корректоры на основе фильтров высокого порядка. Но при этом приходится учитывать ограниченную перегрузочную способность УМ3Ч на низких частотах и уменьшать степень коррекции одновременно с увеличением громкости. Подача на динамические головки сигналов ниже резонансной частоты приводит только к росту искажений.

В настоящее время существуют специальные автокорректоры баса (X-Bass и др.), динамически формирующие АЧХ с учетом всех перечисленных факторов. Но они чаще всего представляют собой закрытые "фирменные" разработки, выполненные на специализированных микросхемах без маркировки [4].

Предлагаемое устройство решает указанные проблемы более простым способом. При его разработке использованы новые схемотехнические решения, полученные компьютерным моделированием в Micro-Cap 7.1.0с последующей проверкой на макете. В результате удалось создать простое устройство, удачно сочетающее собственно ТКРГ с бас-корректором, который "достраивает" АЧХ в области частот менее 100 Гц и регулирует ее ход в зависимости от положения регулятора громкости.

Принципиальная схема устройства (один канал) представлена на рис. 3. Оно состоит из пассивного ТКРГ и активного бас-корректора, собранного на микросхеме DA1. Обе части объединены в единое целое так, что недостатки пассивного регулятора устраняются активной частью устройства.

Рис. 3

Пассивный ТКРГ выполнен на элементах R1-R4, С1, С2 по известной схеме (см. рис. 1) в упрощенном варианте. Фильтр R3R4C1C2 понижает средние частоты в зависимости от положения движка регулятора R2. Параметры фильтра выбраны так, чтобы обеспечить максимально возможный подъем по НЧ. Коррекция по ВЧ никаких проблем не представляет и задается емкостью конденсатора С1.

С выхода пассивного ТКРГ через цепь C3R6 сигнал поступает на инвертирующий вход ОУ DA1.1, который усиливает сигнал (до 14 дБ) и формирует АЧХ двумя цепями ООС. Первая - через резистор R5, элементы ТКРГ включая регулятор громкости R2, и входную цепочку C3,R6; вторая - через Т-образное звено R7-R10 и микросхему DA1.2 с сопутствующими элементами.

На микросхеме DA1.2 собран гиратор, имитирующий катушку индуктивности. Совместно с конденсатором С5 он образует колебательный контур с частотой резонанса 45. 50 Гц. На этой частоте сигнал ООС ослаблен в максимальной степени и формируется горб частотной характеристики ОУ DA1.1. При этом крутизна АЧХ ниже 100 Гц достигает 10 дБ на октаву, а общий подъем (регулируемый) на частоте 45 Гц равен +27 дБ относительно частоты 2 кГц при положении регулятора громкости -41 дБ (рис. 4). Эти параметры близки к необходимым значениям характеристик равной громкости.

Ограничение амплитуды сигналов с частотами ниже резонансной АС образуется в устройстве за счет естественного ската резонансной кривой аналога LC-контура на DA1.2 и двух ФВЧ: C3R6 и C6Rвх, где Rвх - входное сопротивление последующего за регулятором каскада. Для этого регулятора эквивалентное сопротивление нагрузки принято равным 100 кОм, для другого входного сопротивления емкость С6 следует пересчитать так, чтобы постоянная времени C6Rвх, не изменилась.

Вторая ООС - через резистор R5 - также частотно-зависимая, так как в нее входит фильтр, образованный резисторами R3, R5 и конденсатором С2. Такая компенсирующая ООС была предложена автором в статье [5], где подробно описан и принцип ее действия. Результат сводится к дополнительному спрямлению низкочастотной ветви АЧХ по мере увеличения громкости. Тем самым достигается требуемая коррекция при переходе от малой к средней громкости (рис. 4), а не от средней к большой (см. рис. 1, 2). Более того, выбором соответствующей глубины ООС можно устранить перегрузку УМЗЧ при уровнях громкости, близких к максимальным, подобно динамическим бас-корректорам.

Эффективность ООС через резистор R5 проиллюстрирована смоделированными АЧХ (рис. 5). Кривые рассчитаны для варианта с ООС (R5 = 12 кОм) и без нее (R5 - 1 МОм). Как видно по графикам, ООС действует избирательно и ослаблены только НЧ. При положении регулятора громкости -20 дБ ослабление невелико - около 7 дБ, а при максимальном коэффициенте передачи оно доходит до 26 дБ. При этом ООС полностью сглаживает пик бас-коррекции, выравнивая АЧХ. Без этого УМЗЧ перегружался бы уже при среднем положении ТКРГ и пришлось бы выполнять ручные манипуляции регулятором тембра НЧ.

В правом по схеме положении движка резистора R9 и верхнем резистора R13 регулятор при указанных на схеме номиналах имеет характеристики, изображенные на рис. 4. Однако возможна широкая вариация вида АЧХ: подстроечным резистором R9 можно регулировать глубину бас-коррекции в интервале 0. +6 дБ (рис. 6). Диапазон указан при средней громкости звучания; при ее уменьшении он увеличивается, при увеличении - уменьшается, т.е. устройство адаптивно подстраивает глубину регулировки в соответствии с кривыми равной громкости и перегрузочными возможностями УМЗЧ.

При желании переменный резистор R9 можно вывести на лицевую панель и использовать как регулятор тембра НЧ. Его преимущество заключается в том, что, в отличие от мостовых и прочих RC-peryляторов, он регулирует именно бас, а не всю полосу частот до 1000 Гц. Для плавности изменения тембра нужен переменный резистор с кривой регулирования типа Б.

Высокое качество регулятора в целом обусловлено глубокой ООС, отсутствием оксидных конденсаторов и применением микросхемы TL074. Ее четыре ОУ характеризуются чрезвычайно низким коэффициентом гармоник (Кг~ 0,003%) и хорошими шумовыми характеристиками (еш= 15 нB/√Гц). Благодаря этому устройство может быть использовано как предусилитель с коэффициентом усиления до 14 дБ, достаточным, например, для компенсации потерь в пассивном регуляторе тембра. В противном случае коэффициент усиления можно уменьшить до единицы и менее подстроечным резистором R13, что пропорционально снизит и уровень шума. Как и для всех ТКРГ, точность тонкомпенсации зависит от коэффициента передачи звукового тракта. Его можно регулировать упомянутым подстроечным резистором R13 или другим, имеющимся в тракте. Следует только учитывать распределение коэффициента усиления и шумовых свойств звеньев тракта. Изменяя уровень сигнала, подбором резистора R5 добиваются сохранения тонального баланса во всем диапазоне регулирования громкости. Если УМЗЧ перегружается при максимальной громкости, следует уменьшить номинал резистора R5 по субъективному ощущению содержания басов и их искажений. Другие возможности настройки заключаются в смещении резонансного пика бас-коррекции подбором резисторов R11, R12 под конкретную АС. Глубину басов регулируют резистором R9, как описано выше.

В самых высококачественных трактах замена ОУ TL074 возможна на NE5534A. Однако в более простых случаях вполне можно применить ОУ К157УД2А с соответствующими цепями коррекции. При этом коэффициент гармоник возрастает примерно на порядок, а уровень собственных шумов при единичном коэффициенте передачи будет не хуже -80 дБ.

В остальном регулятор собран на обычных деталях: резисторы МЛТ-0,125, малогабаритные конденсаторы КМ. В качестве регулятора R2 применен импортный малогабаритный сдвоенный переменный резистор номинала 50 кОм (характеристика регулирования типа В). Наличие в устройстве резисторов R3, R4, подключенных параллельно верхней по схеме секции R2, позволяет применить переменный резистор с линейной характеристикой регулирования (типа А), однако в этом случае неизбежен начальный скачок громкости при дальнейшем плавном регулировании.

Экспериментальная проверка и субъективное прослушивание подтвердили высокое качество регулятора. Отклонение реальных АЧХ от моделированных не превысило нескольких децибел. Уровень собственных шумов регулятора при единичном усилении оказался ниже границы слышимости. Работа регулятора характеризуется правильным тональным балансом при любой громкости, сохранением "глубокого" баса при минимальной громкости и отсутствием перегрузки УМЗЧ при уровнях громкости, близких к максимальным. Во многих случаях возможно вообще отказаться от использования обычного регулятора тембра и использовать только корректор баса.

От себя: тестирование, печатная плата

- Питание стабилизированное двухполярное от кренов на +15В и -15В, (7815 и 7819) подключенных к 25В блоку питания;

- Усилитель мощности 20Вт на ИМС LM1875;

- Акустическая система 15Вт Вега 15АС-109;

Регулятор заработал сразу и настройки не требовал. К работе тонкомпенсации претензий не было, она работала исправно, степень ее регулировки изменяется подстроечным сопротивлением R9, R9’, но в звучании стали преобладать низкие частоты и что самое огорчительное появился провал на средних частотах. Поэтому пришлось отказаться от использования этого блока и исключить его, т.к. не понравилось звучание с ним.

Так что использовать тонкоменсатор или нет - решать вам. На мой взгляд такие устройства можно использовать при отсутствии сабвуфера, хотя конечно применение тонкомпенсации, темброблоков и пр. – дело исключительно вкуса, а также зависит от источника звука.

Печатная плата для тонкомпенсированного регулятора громкости с активной бас-коррекцией

При сборке DIY аудиоусилителя возникает вопрос: а как регулировать громкость? Самый простой вариант сдвоенный переменный резистор. Но сейчас же 21-й век. А как же не вставая с дивана или с использованием цифровых технологий.

Рассмотрим простые аналоговые и сложные цифровые решения. Все платы продаются на на Алиэкспресс. Там самый широкий ассортимент для тех, кто интересуется звуком. Все перечисленные варианты для применения в DIY аудио проектах.

Перечислим от простого к… интересному.

Переменный резистор ALPS RK27

Открывает подборку самый простой и надежный вариант — переменный резистор. Но не совсем простой, ALPS RK27 проверенный и качественный вариант для регулировки громкости.

Номиналы 10, 20, 50, 100, 250 и 500 кОм. Диаметр вала 6 мм, длина 25 мм. Разброс сопротивления по каналам минимальный.

Плата для монтажа идет в комплекте. К ней удобнее подпаивать провода и нет риска повредить регулятор.

Моторизованный регулятор громкости с селектором входов

Это, по сути, тоже аналоговое регулирование громкости переменным резистором, но функционал тут расширенный.

Экран (1602) показывает активный вход и уровень громкости.

Плата питается от 9 В 1 А переменного напряжения.

Моторизованный регулятор громкости с селектором без экрана

Другая версия моторизированного регулятора с пультом ДУ.

Отличие от предыдущей:

Удобный пульт
4 входа сигнала
Нет экрана, светодиодная индикация входа
Есть вариант выбора входа кнопкой или энкодером

Шлейфы между блоками в комплекте.

Сопротивление переменного резистора типовое: 50K. Питание устройства 5-12 В переменного тока.

Релейный регулятор громкости

Это разновидность дискретного регулятора громкости. Точные резисторы (1%) тут переключаются восьмью реле, а переменный резистор непосредственно не связан с входным сигналом.

Плюсы такого решения:

Нет треска при регулировке
Независимые каналы
Нет разбаланса каналов
Можно разместить около входных разъемов, а регулятор вынести на переднюю панель

Размеры платы 86х72 мм, питание постоянным напряжением 5 В.

Плата предварительного усилителя на LC75342

Интересный вариант как для предварительного усилителя, так и для встраивания в усилитель мощности. Построен на чипе LC75342 от SANYO, он имеет темброблок.

Пульт ДУ
Селектор на 4 входа на реле
Экран и энкодер
80 шагов регулировки громкости, шаг 1 Дб
Регулировка НЧ (±20 дБ), ВЧ (±10 дБ) и баланса
Приглушение звука
Память настроек

Питание: 12 В переменного напряжения.

Плата предварительного усилителя на PGA2311

Говоря о регулировки громкости, нельзя обойти стороной PGA2311. Регулятор на этой плате на заглавном фото в подборке.

Регулировка громкости от -95 дБ до +10 дБ с шагом 1 дБ. Усиление всего 31 дБ.

Тут так же: пульт, экран и селектор трех входов с управлением энкодером.

Микросхема хорошая, точная. Одно плохо — стало много подделок. Но поменять ее тут не проблема.

Питание платы: переменное напряжение 9-0-9 В 1 А.

Реализация PGA2311 от SURE

Качественная реализация предварительного усилителя на PGA2311 от Sure. Управление уровнем осуществляется энкодером на отдельной плате.

Регулировка: -95,5 до 10 дБ
Шаг: 1,5 дБ
THD+N: 0.0006%
С/Ш: 108 дБ

Питание платы: 12 В постоянно напряжения.

Продвинутый регулятор на MUSES72320

Завершает подборку навороченный вариант на MUSES72320. Аудиофильское качество.

В лоте есть несколько вариантов экрана, в том числе VFD и несколько вариантов питания.

Регулировка от 0 до -111.5 дБ с шагом 0.25 дБ. Разделение каналов: — 120 дБ.

Для бескомпромиссного DIY.

Надеюсь, подборка плат для регулировки громкости была полезна и Вы выберете себе в DIY усилитель решение на свой вкус и бюджет.

Об авторе

Пожаловаться на комментарий

10 комментариев

Добавить комментарий

В наше время цифрового звука всё это уже не нужно. Схему усилителя можно построить проще — Bluetooth или USB + ЦАП + усилитель мощности. А регулировки громкости и эквалайзер есть в смартфонах, планшетных компьютерах и ноутбуках.

Мне например совсем не хватает 15 уровней громкости в телефоне. На старом телефоне с чистым андроидом ставил в gravy box 25 уровней громкости, сейчас телефон с MIUI и поэтому не стал ставить gravy box на него.
На винде например 100 уровней и по кнопкам или колесом мыши регулируется по 2 уровня, получается 50 уровней, как раз мне хватает.
----
Так что регулировка громкости должна быть на конечном устройстве, чтобы не прыгать в этих 15 уровнях телефона. Я например отключил абсолютную громкость Bluetooth как на телефоне так и в винде, чтобы нормально регулировать громкость.

Вообще не понял к чему ваш комментарий.
Треки переключаю и паузу ставлю на источнике, с громкостью это никаким боком не связано.

Логично, но я почти никогда не слушаю плейлист, открываю по одному треку, поэтому с пульта мне нечего переключать, все манипуляции на телефоне/ПК, только вот громкость приходится подстраивать, когда с телефона слушаю.

В сфере аудио много мифов, легенд и заблуждений. А самое главное, почти все уверены, что разбираются в вопросе настолько, что имеют право считать свои предпочтения истиной. Добиваются нравящегося звука любым путем, даже если он не таков на носителе. Покупают не звучание, а бренд. А потом дошаманивают его до своего представления настройками эквалайзера.

Конечно, в политике, психологии и автозвуке разбираются все. Тогда вопрос к знатокам, что за функция loudness, зачем она нужна и что она регулирует?

Думаю самый частый ответ будет таков, loudness (ниже тонкомпенсация), необходима для того. что бы сделать звучание более ярким или как любит говорить один из моих преданных читателей, v-образный. То есть с задранными крайними высокими и низкими частотами.

Нет, дорогие мои. Это не так. И раз уж вы дочитали до этого места, значит вы действительно хотите познать все тайны hi-fi.

Для вас подробная расшифровка значения этой загадочной функции.

Но для того, что бы более детально разобраться в этом вопросе нам, необходимо углубиться в нюансы восприятия звука человеком. Наука, которая это изучает, носит название психоакустика. Не буду вас утомлять подробным описанием всех процессов, происходящих в нашей голове под воздействием звуковых волн, коснусь лишь общих моментов.

Думаю, ни для кого не секрет, что наш мозг не спектроанализатор. И изначальное предназначение слуха это не воспринимать музыку. Слух нам был дан природой для лучшего выживания и коммуникации между собой и окружающим миром.

Поэтому наш слух имеет различные свойства, такие как лучшее восприятие среднечастотного диапазона, изменение ощущения высоты звука от его интенсивности, появление так называемой фантомной частоты, образующейся в нашей голове при определенных условиях.

Эффект восприятия звука нашими органами, который мы сегодня будем рассматривать, касается различного восприятия громкости звука разных частот.

Лучшей демонстрацией этого эффекта является график кривых равной громкости.

На графике изображены кривые, которые характеризуют соответствие восприятия нашим слухом одинаковой громкости звуков разных частот. То есть при таких значениях интенсивности звука на различных частотах наш слух воспринимает их, как звуки равной громкости. Причем чем ниже общая интенсивность, читай громкость, тем эта кривизна сильнее.

Вот для исправления этой кривизны и существует тонкомпенсация. Она призвана подогнать значения громкости звука под те значения, которые наш слух воспринимает как равномерное звучание.
Она наиболее эффективна при прослушивании музыки на малой громкости, где эта неравномерность наиболее критична для нашего слуха.

Но чем выше громкость сигнала, тем более линейно наш слух воспринимает звуки различных частот и смысл этой коррекции теряется.

К сожалению, грамотную реализацию этой функции встречал только в усилителях Yamaha.

Но понимание того, что потребитель не готов адекватно воспринимать эту коррекцию пришла ко мне после прочтения отзывов владельцев этих усилителей об этой функции. И все потому, что никто не знает ее истинного предназначения.

В усилителях Yamaha, тонкомпенсация выполнена не в виде отдельной кнопки, а как ручка регулировки. Поворачивая которую мы меняем громкость (относительно уже выбранной основной ручкой громкости) и глубину коррекции в точном соответствии с кривыми равной громкости. Грубо говоря, делает звук тише изначально выбранного и "кривее" на графиках, но ровнее на слух. В результате получаем, то что на больших уровнях громкости коррекция отсутствует. А на малых, в данном случае -30 Дб от номинальной громкости, она максимальная.

Но ведь наш слух воспринимает звук не так, каков он на самом деле, значит прибегать к такой коррекции справедливо?

Да, но только на малой громкости. На большой, даже если принять во внимание, что наш слух воспринимает звучание неравномерно, коррекция не нужна. Ведь и звучание натуральных инструментов мы тоже воспринимаем с искажением. А сравнивать звучание аудио систем необходимо только с ними.

Поэтому не перестану повторять, что только наш слух может оценить верность звучания аппаратуры, но только слух тренированный, знающий истинное звучание натуральных инструментов.

Читайте также: