Как пользоваться корректором

Я хорошенько переделал плату и сейчас она стала значительно лучше: новая улучшенная плата для предусилителя .

Для активного саба нужен предусилитель, делающий множество функций. Это:

  • взять сигнал от источника
  • усилить/ослабить его до нужного уровня
  • преобразовать из стерео в моно (в случае если необходимо)
  • подкорректировать АЧХ в соответствии с требованиями (поднять басы и переместить этим границу воспроизведения вниз)
  • изничтожить через чур низкие частоты фильтром инфранизких частот, именуемым емким русским словом сабсоник
  • подкорректировать фазу сигнала
  • подрегулировать громкость звучания
  • обрезать верхние частоты для согласования с остальными колонками.

Из всех этих устройств не всегда используется лишь корректор Линквица, который крайне полезен для акустического оформления типа закрытый ящик (не смотря на то, что имеется еще вариант настроить фазоинвертор на частоту, намного ниже оптимального значения, а появившийся спад АЧХ скорректировать, но это пока не формализовано никак и расчетов никаких нет). Описание корректора (трансформатора) Линквица, программа для его расчета да и то, как ею пользоваться — в статье «Опытный» расчет корректора Линквица (Linkwitz transform).

Блок-схема усилителя продемонстрирована на рис. 1 (мало нестандартным образом, но ясно).

Рис.1. Блок-схема предусилителя

Взаимное размещение блоков возможно любым, т.к. перегрузочная свойство операционных усилителей достаточно громадна. Но все равно, лучше сперва по возможности обрезать все лишнее, а позже поднимать уровень корректором Линквица (в зависимости от данных, он может поднимать усиление на НЧ раз в десять и более, исходя из этого заблаговременно подавив ненужные низкие, мы избежим всяческих перегрузок точно).

Файл со схемой: предварительный усилитель для сабвуфера (файл .pdf около 170 кБ), разводка печатной платы — в конце статьи. Сейчас рассмотрим эту схему поблочно и детально. Начнем с того, что нумерация блоков не сходится с их порядком появления на схеме. Я отправился на это по окончании продолжительных раздумий и скрепя сердце. Дело в том, что в упомянутом мною расчете корректора Линквица уже нарисована схема корректора и сабсоник-фильтра, причем там производится ее расчет и всяческая оценка работы. Исходя из этого я сохранил эти две схемы точь-в-точь, вплоть до нумерации элементов (там на схеме имеется еще другие блоки, но все другое я сделал по-своему, в некоторых местах лучше, чем там). А по той нумерации это были блоки номер 2 и 3. И у меня они сохранили те же номера.

Многие сабвуферы, продающиеся в магазинах, имеют нижнюю рабочую частоту 40, а то и 50 Гц. Это не сабвуфер. Это — недоразумение. Так как 50 Гц смогут воспроизвести простые колонки! Я не скажу, что они от этого будут в восхищении, но однако. Нижняя граница настоящего саба должна быть менее 30 Гц. Хорошего 20 Гц. Возможно играться и еще ниже — это будет лишь лучше. Не будем об этом спорить — я излагаю свое вывод, которое взялось отнюдь не на пустом месте. На мой взор нижняя граничная частота обязана лежать в пределах 15. 20 Гц. Из этого я и буду исходить (кому не нравится — обрисовываемая схема разрешает сделать саб кроме того с частотным диапазоном от 70 до 160 Гц! Творите на здоровье!). Верхняя частота должна быть порядка 80 Гц (в некоторых случаях такое значение есть стандартным). Но в данном предусилителе верхняя частота равна приблизительно 160 Гц — на каждый пожарный случай.

Первый блок — входной усилитель.

Он имеет 2 типа входов — линейный и большого уровня (колоночный). Входов каждого типа два — для левого и правого каналов соответственно. Входное сопротивление по каждому входу 47 кОм. Линейные входы на схеме обозначены как in L и in R, а колоночные как Hi L и Hi R.

Коэффициент усиления по линейному входу:

Ку лин = 2 * R107 / R101 = 2 * 2,5 = 5

Множитель2 появляется вследствие того что сигналы 2-х каналов суммируются (а басы в большинстве случаев разводят в центр стереопанорамы), поступая в сабвуфер с обоих каналов.

Коэффициент усиления по входам большого уровня:

Ку ву = 2 * R107 / R103 = 2 * 0,15 = 0,3 (т.е. сигнал ослабляется в 3 раза)

В любом случае коэффициент усиления возможно поменять, причем лучше сперва пробовать поменять R107, а позже уже и R103 и R104. R101 и R102 поменять возможно, но они должны оставаться в пределах 27. 75 кОм, в противном случае либо можем перегрузить выход источника малым сопротивлением, либо нахватать помех по входу.

Как пользоваться корректором

Коэффициент усиления — эта как раз та вещь, которая устанавливается лично. Он зависит от чувствительности усилителя мощности сабвуфера, усиления коректора Линквица и уровней входных сигналов (линейном и/либо колоночном). Возможно не опасаться сделать коэффициент усиления раз в 5. 7 больше, чем необходимо — регулятор уровня может ослабить сигнал практически в 50 раз (исходя из этого кроме того хорошо иметь некоторый запас по усилению).

Резисторы R105 и R106 необходимы для понижения входного сопротивления, дабы в случае если высоковольтные входы не употребляются, то помехи на эти входы не наводились сверх меры.

Как пользоваться корректором

Я не приверженец колоночных входов — это самое низкий уровень качества звучания — и ни при каких обстоятельствах их не использую. Но для универсальности я их включил в схему. Кому не требуется — возможно не применять, тогда лучше по большому счету исключить R103 — R106, С103, С104. Либо же исключив R105, R106, а R103, R104 сделав равными R101, R102, возможно взять 2 пары линейных входов. К примеру одна пара для ресивера домашнего кинотеатра, а другая — для музыкального стереоусилителя.

Конденсатор С105 совместно с резистором R107 образуют фильтр низких частот (ФНЧ) 1-го порядка, обрезающий частоты выше 400 Гц. Он снабжает начальную фильтрацию сигнала, отрезая все несабовские частоты. Для других значений R107, емкость конденсатора вычисляется по приведенной формуле. Частоту среза возможно снизить, увеличив емкость конденсатора. Но увлекаться этим не следует — все равно имеется еще один фильтр. Емкость наряду с этим увеличиваем не более чем в 2 раза (тем самым частота понижается в два раза), в случае если частоту среза снизить еще, станет заметно влияние фильтра на сигнал (сдвиг фазы).

Входные конденсаторы С101-С104 обрезают частоты ниже 3,5 Гц. Это в полной мере безобидное значение, и влияние конденсаторов на сигнал незаметно. Увеличивать их емкость нет особенного смысла, а вот уменьшить при жажде возможно, но не более чем вдвое — так как мы желаем сделать хороший сабвуфер, играющий от 15. 20 Гц, исходя из этого с обрезанием низких необходимо быть осмотрительным — еще нарежемся!

Что делать, в случае если у источника (к примеру ресивера) имеется особый выход на сабвуфер? Элементарно — подключаем его к одному из каналов линейного входа. А лишние детали возможно не впаивать!

Следующий блок: фильтр инфранизких частот (ИНЧ) — сабсоник.

Это фильтр 2-го порядка. Он не всем нравится — имеется ряд высказываний, что он звучит хуже, чем фильтр 1-го порядка. Я с таким мнением категорически не согласен! Вот мои аргументы (не строго сформулированные, для широкого круга):

  1. Фильтр настроен на частоту 10. 15 Гц, которую мы точно не слышим, что там может не звучать? А на более высоких (20-30 Гц) он уже и не воздействует.
  2. Частота среза фильтра ниже рабочей частоты динамика, исходя из этого понижение качества звучания динамика на нерабочих частотах перекрывает вред фильтра. В действительности все напротив — фильтр обрезает как раз те самые частоты, на которых уровень качества звучания динамика нехорошее.
  3. У нас в схеме стоИт корректор Линквица, который задирает низкие частоты, исходя из этого фильтр 1-го порядка всего лишь скомпенсирует данный подъем на НЧ, т.е. вернет все на исходную. И лишь 2-й порядок (и выше) способен создать спад АЧХ на инфранизких частотах.
  4. Хорошо бы снизить не только АЧХ по напряжению на динамике, но и снизить смещение диффузора динамика на нерабочих частотах. А смещение имеет такое свойство, что при линейной АЧХ по напряжению, оно (смещение) растет пропорционально уменьшению частоты. Так что, чтобы уменьшать смещение, необходимо повышать порядок фильтра.

Посчитаем его. Итак, увеличиваем порядок сабсоника и замечаем за результатом:

  1. Компенсирует подъем, вызванный корректором Линквица и сглаживает АЧХ по напряжению. Движение диффузора растет пропорционально понижению частоты.
  2. Формирует спад АЧХ на низких. Величина хода диффузора от частоты не зависит, но может привести к перегрузке динамика по линейному ходу.
  3. Спад электрической АЧХ на низких образовывает 12 дБ/октава (с учетом корректора Л.). Движение диффузора значительно уменьшается пропорционально частоте в нерабочем диапазоне частот.

Итак, какой порядок оптимальнее ? Выходит 3-й. А у нас лишь второй. Но это также хорошо, по причине того, что имеется блок, в котором мы еще легко пофильтруем, и окажется то что нужно. А на самых низких еще и входные конденсаторы (С101-С104) окажут помощь.

Из-за чего на схеме нет номиналов? А они получаются из расчета корректора Линквица !

В случае если по файлу расчета счтать тяжело, то возможно воспользоваться упрощенным способом. Он упрощен в том, что добротность фильтра фиксирована Q=0,7. Это фильтр Баттерворта. Его вычислить просто:

1. Задаемся частотй среза фильтра — это самая низкая частота, которую должен воспроизводить сабвуфер (правильнее, к сабу будет подводиться сигнал начиная с данной частоты, а сыграет ее саб, либо нет — это его неприятности).

2. Задаемся емкостью конденсаторов, емкость выбираем из таких значений: С201 = С202 = 0,22 мкФ либо 0,33 мкФ либо 0,47 мкФ либо 0,68 мкФ.

3. По графику зная частоту и емкость находим значение сопртивления резистора R201

4. R202 = 2 * R201 (т.е. R202 вдвое больше, чем R201).

Емкость лучше выбирать таковой, дабы оба сопротивления (R201 и R202) лежали в диапазоне 20. 80 кОм.

Третий по счету — регулятор уровня.

Ну, это элементарный повторитель. Пара хитростей:

  • Резистор R401 не позволяет установить регулятором нулевую громкость (пределы регулировки уровня 45. 50 раз в зависимости от разброса сопротивлений). Это сделано намеренно — кому нужна нулевая громкость? Тогда уж несложнее отключить. Но ни при каких обстоятельствах не покажется, что саб не работает от установки этого регулятора в ноль.
  • Резистор R402 нужен чтобы при отсутствии потенциометра Р401 вход ОУ ОР2.1 не висел в воздухе (наряду с этим его потенциал неопределен, и все окрестные помехи слетаются как мухи на мед). То же самое может случиться при случайном пропадании контакта движка потенциометра Р401 с дорожкой. Исходя из этого исключать R402 запрещено (в случае если в каком-то устройстве при вращении ручки громкости вы слышыте неприятный треск в колонках, будьте уверены — для того чтобы резистора в той схеме нет! ).
  • С401 — это тот самый дополнительный порядок сабсоника, о котором я сказал. Его частота среза должна быть раза в 2. 3 ниже частоты основного сабсоника. Так достигается компромисс между низким порядком (и приемлимым сдвигом фазы) и качественной фильтрацией. При номиналах, указанных на схеме, частота его среза около 5 Гц.

Итак, не считая штатного ИНЧ фильтра у нас еще два дополнительных бастиона входные конденсаторы, и С401. В чем отличие? А в том, что полной уверенности во входных конденсаторах нет — их работа зависит от той цепи, к которой они подключены. А кто его знает, то будет там на выходе источника сигнала? Поэтому-то я и сделал их частоту таковой низкой — дабы они никогда не повлияли на работу системы. А вот С401 находится внутри, все чужие влияния нам известны, и мы можем с уверенностью применять его для фильтрации. Либо не применять, в случае если вас пугают высокие порядки фильтра. Для себя я его еще не считал, исходя из этого задал самое надёжное значение.

Дальше идет, фактически, сам корректор.

О нем писать фактически нечего — почитайте о том, как верно, точно и просто рассчитать корректор: «Опытный» расчет корректора Линквица (Linkwitz transform) и статью О сабвуферах, глубоких басах и корректоре Линквица. где рассказывается о корректоре Линквитца, для чего он нужен, как работает и как его верно применять. Заодно произведете его расчет, и все значения резисторов и конденсаторов станут известны.

Нумерация элементов на схеме сходится с нумерацией в файле расчета, исходя из этого никаких номиналов я не показываю — у каждого они будут свои.

Очень необходимо сказать лишь о конденсаторе Сх. Он не входит в сам корректор, а помогает для улучшения устойчивости цепи, являясь опять-таки фильтром НЧ (т.е. НЧ он именно пропускает, обрезая высокие где-то на уровне 3 кГц). Его исключать из схемы я весьма не советую кроме того в случае применения хорошего качественного ОУ — от него не считая пользы, никакого другого вреда нет.

В случае если кто будет повторять таковой фильтр для простых колонок (дабы увеличить их диапазон вниз), то емкость необходимо уменьшить раз в 8 от значения, вычисленного по формуле.

Потому, что значение Сх зависит от сопротивления R301, то руководя последним, возможно взять необходимое значение Сх. Для чего необходимое? С одной стороны, Сх не должно быть меньше 47 пФ — в противном случае оно станет соизмеримым с емкостью монтажа, и не будет воздействовать на цепь. А вот неизвестно какая емкость монтажа на цепь повлияет, лишь неизвестно как. Иначе, здравый суть рекомендует сократить Сх значением не более 2000. 3000 пФ.

Итак, в случае если получается, что значение Сх, расчитанное по формуле, лежит в пределах 47. 3000 пФ, то все в порядке (оптимальный диапазон 100. 1000 пФ). В случае если в заданный диапазон не попадаем, то необходимо пересчитать номиналы элементов корректора Линквица так, дабы Сх выяснилось в нужном диапазоне.

Предпоследний блок: ФНЧ-кроссовер, задающий верхнюю границу диапазона воспроизводимых частот.

Это простой ФНЧ 2-го порядка с чёртом Бесселя. Частота его среза от 40 до 160 Гц при большом и минимальном сопротивлении потенциометра Р501 соответственно. Данный потенциометр должен иметь линейную зависимость сопротивления от угла поворота.

Из-за чего выбрана аппроксимация как раз по Бесселю? Да, таковой фильтр дает самый плавный (наименее крутой) излом АЧХ, но у него и наилучшая фазовая черта. Частота среза этого фильтра определяет согласование сабвуфера с остальными колонками в системе, так что более плавный спад АЧХ и хорошая ФЧХ весьма кроме того нам на руку.

Резистор R503 (как и R402) задает нулевой потенциал по постоянному току на входе ОУ ОР3.1 независимо от того, что там происходит с регулятором Р501.

И, наконец, регулятор фазы.

Я долго выбирал между плавным регулятором и фиксированным, но все же предпочтение дал последнему. С одной стороны плавный регулятор помой-му разрешает выставить фазу точь-в-точь, но это лишь на первый взгляд. У плавного регулятора сдвиг фазы зависит от частоты. На рисунке слева любая линия соответствует определенному положению ручки регулятора. И какой же сдвиг фаз получается в каждом ее положении? К примеру в зеленом от 50 до 125 градусов в рабочем диапазоне частот.

Так получается, что пробуя сделать более надежный плавный регулятор на деле получаем новый головняк — так как сейчас верно настроить фазу станет еще сложнее — на различных частотах она различная и у сабвуфера, и у регулятора фазы (т.е. дома настройка неосуществима без особого оборудования, простой в таких случаях бутылкой не обойдешься!). Другими словами к неизвестно какой ФЧХ (по звуковому давлению) сабвуфера прибавится неизвестно какая (но не линейная — это точно) ФЧХ корректора.

В действительности, у плавного регулятора преимущество все же имеется: в случае если изначально знать ФЧХ сабвуфера, то возможно спроектировать регулятор так, чтобу его ФЧХ компенсировало сабовскую. Тогда получается два в одном — и регулятор, и компенсатор!

Из-за чего я не привожу тут такую схему — да вследствие того что мне малоизвестна ФЧХ сабвуфера! А в фиксированном регуляторе фаза сигнала от частоты совсем не зависит (я имею ввиду лишь блок регулятора фазы, фильтры-то крутят фазу дружно и радостно, и корректор Линквица вместе с ними). Он устроен весьма просто — имеется инвертор, и мы снимаем сигнал либо с его входа, либо с его выхода.

Внимание! Правый по схеме вывод переключателя (соединенный с С601) на печатной плате расположен посередине между левыми по схеме выводами. Провода, идущие к переключателю, смогут ловить помехи, исходя из этого их нужно делать максимально маленькими.

Кстати, в случае если предусилитель установлен в сабвуфере близко с усилителем мощности (и намертво к нему подключен), и у мощника вход закрытый (т.е. имеется входной конденсатор), то элементы С601, R603, R604 не необходимы.

Конструкция и детали.

Печатная плата устройства находится в архиве: предварительный усилитель для сабвуфера с корректором Линквица (около 30 кбайт в архиве ZIP). Она выполнена посредством программы Sprint-Layout v. 4.0, которую легко отыскать в Интернете. Разводка платы хорошая, но не суперская в плане экономии места.

желтой линией обозначен провод в изоляции, припаиваемый на плату со стороны печатных проводников.

Я не применял SMD компонентов (я и сам их паять не обожаю, и приятелям не захочу!), и не старался очень сильно уплотнить монтаж. Но она доступна для изготовления начинающим (а зубры для себя и схему сами создадут, и печатку разведут!). Широкие проводники не считая малого сопротивления, имеют кроме этого свойство, что не отслаиваются от платы при перегреве. Лишь паяйте с опаской, дабы не коротнуть между дорожками мостиком из припоя!

Операционники — в принципе каждые сдвоенные ОУ широкого применения зарубежного производства. Их большое количество различных (4558, 4560, 4580 и т.п.), причем совсем не обязательны быстродействующие и отличные. Не смотря на то, что точно ОРА2134 будет работать лучше, я не пологаю, что отличие будет весьма заметна. Но себе я планирую как раз эту микросхему.

В случае если какие-то из этих блоков не необходимы — возможно их и не запаивать, а отсутствующий блок заменить перемычкой на плате.

Время от времени задают вопросы, из-за чего для подключения потенциометра регулировки частоты среза ФНЧ предусмотрено 4 контакта, в случае если у потенциометра 3 вывода, а потому, что употребляется сдвоенный потенциометр, то выводов получается 6? Дело в том, что потенциометр включается реостатом, и реально употребляются лишь один средний и один конечный выводы у каждого. Итого по два вывода. Для лучшей работы, неиспользуемый конечный вывод переменника подключается к среднему:

Учтите, что на рисунке справа вверху вид на переменник со стороны оси (ручки) управления. Тогда при вращении ручки вправо, частота среза фильтра растет. Провода, идущие к этому потенциометру (правильнее, реостату), хорошо бы попарно свить (на рисунке красный с красным а светло синий с синим) и не делать их долгими — они смогут ловить помехи.

Это больной вопрос. Для питания блока нужен двухполярный источник +-12. 15 вольт на ток 30-50 мА. В случае если блок сделан в форме приставки либо какого-либо отдельного преда (а в таком виде он также вероятен), то блок питания возможно взглянуть в статье расчет блока питания. В случае если же предусилитель встраиваем в деятельный сабвуфер (а в пассивном ему делать нечего), другими словами суть применять для него источник питания усилителя мощности (нагрузка-то мизерная). Но на этом пути нас смогут подстерегать неприятности. В первую очередь измеряем напряжение питания усилителя мощности в режиме спокойствия (т.е. на вход никакого сигнала не подаем). В случае если напряжение в каждом плече не превышает 30. 35 вольт (ох, вряд ли такое будет — при таком напряжении питания на выходе больше 50. 60 Вт не возьмёшь), то все ОК — идем по вышеприведенной ссылке и находим там схемы стабилизаторов (на 7815 и 7915, в случае если напряжение питания мощника до 30 вольт, и LM317, LM337 — в случае если до 35 вольт; наряду с этим лучше все-таки брать громадные корпуса). Отличие будет лишь в том, что рядом с каждой микросхемой необходимо будет установить еще по паре конденсаторов на вход точно кроме этого, как они установлены на выходе (конденсаторы С1 и С2 к примеру К73-17, С3 и С4 возможно применять простые керамические):

А вот в случае если напряжение питания мощника больше 35В (а реально 50, а также 70), то обстановка делается сложнее — в случае если и существуют микросхемы, работающие на таких напряжениях, то они дороги и труднодоступны. В этом случае на помощь приходят транзисторы, каковые в полной мере способны работать с напряжениями до нескольких тысяч вольт! Вот несложный параметрический стабилизатор с усилителем тока:

Схема несложна и полностью достаточна для питания этого предварительного усилителя. Но и 100 вольтный источник для нее не неприятность! Основное выбирать транзисторы с максимально допустимым напряжением коллектор-эмиттер, равным напряжению питания усилителя мощности (правильнее чуть громадным). Мощность, рассеиваемая на каждом транзисторе 1,5-3 Вт, исходя из этого их необходимо размещать на маленьких радиаторах. К примеру, подойдут отечественные транзисторы КТ814, КТ815 с буквой В при напряжениях до 60 вольт, и с буквой Г при напряжении до 80 вольт. Конденсаторы С1, С2 улучшают фильтрацию пульсаций, и на них экономить не следует. С3, С4 возможно исключить, в случае если протяженность проводов, идущих от источника к предусилителю не более 30 см. Но лучше их не исключать.

В случае если хочется чего-то лучшего, то обе схемы возможно объединить, взяв просто обалденный источник:

Первый каскад — уже обрисованный параметрический стабилизатор с усилителем тока, который питает фактически стабильным напряжением около 25 вольт стабилизатор на микросхемах. Тут электролиты около транзисторов уже не необходимы — те (в действительности весьма кроме того маленькие) пульсации, каковые пройдут через транзисторы, удачно подавятся микросхемами. А керамика в обвесе микросхем нужна в обязательном порядке. Требования к транзисторам — как и в предыдущей схеме. Лишь мощность на них выделяется немного меньше. Но таковой источник стОит делать только при напряжении питания усилителя мощности порядка 60 вольт и больше.

Монтажную схему блока питания придумайте самостоятельно.

А вдруг сам корректор Линквица не нужен?

А все другое необходимо. Тогда вместо полного корректора, запаиваются пара резисторов и конденсаторов, и вместо корректора Линквица получается дополнительный фильтр, обрезающий ненужные частоты:

Вот и вся схема! А все другое остается и замечательно работает. А вот и вариант печатки (правильнее там лишь мало поменялось размещение деталей):

желтой линией обозначен провод в изоляции, припаиваемый на плату со стороны печатных проводников.

В настоящее время у меня имеется пара плат (новой разводки), изготовленных промышленным методом. Как заказать — см. тут.