Сверхлинейный регулятор тембра для короткого тракта

[Rus2000]

Сверхлинейных усилителей мощности удалось напроектировать больше дюжины, а вот нормального темброблока не отыщешь днём с огнём...

Поиски в интернетах сверхлинейных предварительных усилителей, с регуляторами тембра на борту, показали, что единственный таковой имеется только на нашем форуме:

.
Если знаете другие варианты - прошу соообщить здесь в теме.

Различные поделки с нескромными названиями, типа "Высококачественный предварительный усилитель", никаким боком к сверхлинейности не относятся. Ущербность примененной в них схемотехники неоднократно освещалась в "Забавных непонятках" (кто помнит, дайте в личку точные линки на разбор этой схемы).

Большинство просто хороших, не более того, схем основано на использовании качественных ОУ, включенных буферами перед и/или после пассивных регуляторов тембра. Линейность этих схем определяется линейностью и быстродействием используемых ОУ. Для повышения линейности, в основном, применяются различные способы линеаризации ВЫХОДНЫХ каскадов этих ОУ.
Встречаются неплохие активные регуляторы тембра, но и у них линейность определяется примененными ОУ и заметно падает при максимальном положении регуляторов тембра.

Возможно, именно этим объясняется негативное отношение многих "златоухих", в хорошем смысле этого слова, специалистов к использованию любых РТ. Они просто слышат искажения, вносимые имеющимися РТ, а других РТ - нет.
По всей видимости, оттуда же пошли и т.н. "пуристы", отрицающие даже использование регуляторов громкости .

Наша задача - сделать так, чтобы регулятор тембра был в тракте прозрачен с точки зрения искажений.
С регулятором громкости вроде бы разобрались, думаю, и с тембрами решим. .

 

[Rus2000]

Добавить регулятор тембра (РТ) в сверхлинейный короткий тракт (РГ-Буфер-УМЗЧ) можно несколькими способами.
При использовании пассивных РТ варианты тракта будут выглядеть примерно вот так:
1. УН(6-10дБ) - РТ - Буфер - РГ - Буфер - УМ
2. РГ - УН(6-10дБ) - РТ - Буфер - УМ

УН(6-10дБ) должен быть выполнен на ОУ со слежением во входном дифе (AD845 и т.п.).
Применение таких ОУ обязательно, иначе можно насобирать искажений уже на самом входе тракта. Либо надо ставить буфер плюс инвертирующий УН, что дополнительно усложняет схему и при этом не приводит к снижению шумов и искажений.

При использовании активных РТ тракт получается гораздо короче:
1. РТ - РГ - Буфер - УМ
2. РГ - Буфер - РТ - УМ
Второй вариант лучше тем, что для РТ не требуются специальные ОУ, имеющие цепи слежения во входном дифе, т.к. после буфера можно поставить инвертирующий РТ.

При использовании простых пассивных РТ нужно применять переменные резисторы с показательной характеристикой.
В активных РТ возможно применение линейных переменников.

Т.о. по совокупности параметров получается, что оптимальной схемой для доработки короткого тракта является схема РГ-Буфер-РТ-УМ с использованием активного РТ.

 

[Rus2000]

Чтобы без заметной потери линейности добавить регулятор тембра (РТ) в сверхлинейный короткий тракт (РГ-Буфер-УМЗЧ), от этого РТ требуется выполнение следующих условий:
Входное сопротивление - не менее 5 кОм (обусловлено нагрузочной способностью буфера),
Коэффициент передачи на СЧ - 1 (0дБ),
Низкое выходное сопротивление - порядка десятков Ом.
Диапазон регулирования тембров на частотах 20Гц и 16кГц - (-6..+6) или (0..+6) дБ.
Уровень нелинейности в звуковом диапазоне частот - не хуже 100u% (-120дБ), а лучше - лучше.
Дополнительное не обязательное, но желательное условие - использование сдвоенных переменных резисторов с линейной характеристикой, как более доступных и имеющих лучшую согласованность в парах. При изготовлении ступенчатого регулятора реализовать линейную характеристику тоже гораздо проще, чем логарифмическую или показательную.
Также желательно, чтобы при регулировании тембра не менялась частота единичного усиления активного РТ, т.е чтоб не изменялись условия устойчивости.

Слава Второму Началу Термодинамики, у нас есть ЛТС, позволяющий за несколько кликов мышкой рассчитать РТ с заданными характеристиками.

За основу был взят такой концепт РТ:

Схема инверсная, т.к. использование инвертирующего включения снимает особые требования к применяемым ОУ.
(Есть наработки и по неинвертирующему активному РТ, но пока что он сыроват).

Характеристика регулирования вот такая:

Сопротивление регуляторов - 5кОм. Шаг регулирования - 500 Ом. На графике одиннадцать шагов - примерно по 1дБ на шаг.

Для того, чтобы регулировка ВЧ не приводила к изменению хода АЧХ вблизи Фед, можно использовать либо дроссель L1, либо конденсатор С2 (оба есть на схеме, но подключен только один). Первый вариант потенциально может наловить помех, а второй совершенно реально увеличивает нагрузку на источник сигнала. Пока не знаю, что лучше предпочесть.
Надо это тщательно проверить в модели, потом экспериментально и уже по результатам выбрать оптимальный вариант.

Входной импеданс с дросселем:

Входной импеданс с конденсатором:

У этой схемы входное сопротивление порядка одного килоОма, а ее линейность определяется (ограничена) линейностью примененного ОУ.
Поэтому, чтобы соответствовать заданным характеристикам, схема нуждается в доработке.

 

[Rus2000]

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ:
Данная конструкция в "железе" не проверялась, при включении может свистеть, дымить, гореть и/или привести к поражению электрическим током.
Автор не несет ответственности за ущерб, причиненный экспериментальными экземплярами РТ третьим лицам, их имуществу и/или окружающей среде.
При проектировании ни одно животное не пострадало.

Сверхлинейный регулятор тембра для короткого тракта

РТ собран на основе широкоизвестного в узких кругах усилителя .
Кто первый вспомнит его название - получит плюсик в карму .

РТ предназначен для работы от источника с низким выходным сопротивлением.
Ку в среднем положении регуляторов: -1.
Параметры регуляторов: 22кОм, линейная характеристика
Глубина регулировки на частотах 20Гц и 16кГц: +-6дБ (при необходимости, легко меняется на (0..+6)дБ).
Петлевое: 121-128дБ/20кГц с дросселем в УН, и 97-104дБ/20кГц без дросселя.
Регулировка тембров не влияет на ход петлевого вблизи Фед.
Модуль входного импеданса - не ниже 4,5кОм.
Искажения лежат сильно ниже уровня шумов.

Характеристики регулирования:

Входное сопротивление (вариант с конденсатором):

Петлевое усиление при крайних положениях регуляторов тембра:

Видно, что Фед стоит, как вкопанная.

Интермоды 19+20кГц при максимальном, нулевом и минимальном уровне тембров:

В звуковом диапазоне разностный сигнал ниже -157дБ.

Что еще, навскидку, можно сделать?
- Использовать входной буфер, рассчитанный на более низкоомную нагрузку, например, предложенный Юрием в соответствующей теме. Это позволит снизить шумы за счет уменьшения сопротивлений резисторов на входе РТ (примерно, как в схеме из второго сообщения).
- Применить на выходе параллельник вместо двойки. Это немного упростит ВК.
- Уточнить схему и номиналы входного моста с регуляторами. Не уверен, что это самый оптимальный вариант.

Ну и неинвертирующая версия РТ тоже нужна, наверное.
Будет позже...

Пока вроде все.
Конструктивная критика приветствуется!

 

[Rus2000]

Еще видятся такие варианты развития схемы:

• Выполнить все на дискретных элементах. Получится не сильно сложнее имеющейся схемы - всего 12 транзисторов вместо одного ОУ и восьми транзисторов.
• Выполнить все на композите из двух ОУ. Получится очень компактно.

Лентяи могут применить одиночные ОУ типа OPA627. Но, во-первых, это дорого, а во-вторых, итоговая линейность все-равно оставит желать лучшего. Заявленный коэффициент гармоник этого ОУ (при включении повторителем) на частоте 1кГц составляет 30u%. Т.е. на частоте 20кГц получается не менее 0,0006%.
С учетом подьема тембров на 6дБ (что "съест" еще 6дБ петлевого усиления) коэффициент гармоник получается не менее 0,0012%.
Т.е. даже за $30 (на один канал) сверхлинейность получить не удастся.

 

[Rus2000]

Резерв 5

 

[wakh]

Поиски сверхлинейных предварительных усилителей в интернетах показали, что единственный таковой имеется только на нашем форуме.
С регулятором громкости вроде бы разобрались, думаю, и с тембрами решим. .

Буфер Юры из регуляторов громкости наверно также можно сюда притащить. Ответ 131:
http://rcl-electro.ru/index.php?topic=530.100

Если 20 мк% устраивает, тогда можно и буфер Акопова притянуть.

 

[wakh]

Кстати, буфер Акопова родился из схемы фирменного предварительного ус. Sansui AU-D5.


Прекрасно работает, и тембры имеют отклонения +\- 6 дБ.

 

[Rus2000]

... родился из схемы фирменного предварительного ус. Sansui AU-D5...

Вариации на тему пассивного РГ...

 

[Rus2000]

Буфер Юры из регуляторов громкости наверно также можно сюда притащить...

Он хорош именно как буфер, т.е. для источника с высоким выходным сопротивлением.
Для инвертирующего РТ получается излишне сложным, ИМХО.
Есть варианты более простых дискретных ОУ для этой схемы.

Если 20 мк% устраивает, тогда можно и буфер Акопова притянуть.[/size]

Сколько у него дивизий петлевого?

 

[barankin]

Чрезмерный подъём на частоте 5Гц по сравнению с более слышимой и воспроизводимой "домашней" акустикой частотой 30Гц может понравится только эстетам, наблюдающим за шевелением диффузора НЧ ГД.

"Горб" на ВЧ также зря находится выше 20кГц (не у всех есть Harman Kardon, зато у всех есть CDDA 16/44 и встроенная звуковуха). Но тут вопрос: то ли горб подвинуть влево, то ли всю "кривулю"...

Кстати: а как насчёт ТКРГ? В смысле - тонкомпенсированного регулятора громкости? Хотя это вопрос сложный и зависит от многих факторов, но правильно сдаланный ТКРГ - вещь очень даже полезная не только в домашних условиях...

ПС. Предлагаю ТКРГ для краткости называть "РГ", а потенциометр на входе - "регулятор чувствительности усилительного тракта" или просто "регулятор усиления".

 

[Sagittarius]

Очень правильные замечания по полосе. Но "затормозить" АЧХ и пустить её отвесно вниз ниже 20 Гц и выше 20 кГц очень трудно, требуются фильтры тем более высоких порядков, чем больше крутизна нужного спада. Поэтому на практике во всех ТБ и АТБ подъёмы продолжаются ниже 20 Гц и выше 16...20 кГц.

 

[wakh]

Здесь в Сансуй применен интересный регулятор баланса.
Когда в одном канале усиление уменьшается - в другом канале оно остаеся на одном и том же уровне.
Верхняя половина регулятора баланса представляет собой чистый проводник.

На схеме есть селектор выбора из двух входов,
переключатель обхода тембров напрямую к УМ (т. н. "байпас"),
а также регулятор "Loudness" с эффектом присутствия (у нас почему-то называли "интим").

 

[Rus2000]

Чрезмерный подъём на частоте 5Гц по сравнению с более слышимой и воспроизводимой "домашней" акустикой частотой 30Гц может понравится только эстетам, наблюдающим за шевелением диффузора НЧ ГД.
"Горб" на ВЧ также зря находится выше 20кГц (не у всех есть Harman Kardon, зато у всех есть CDDA 16/44 и встроенная звуковуха). Но тут вопрос: то ли горб подвинуть влево, то ли всю "кривулю"...

Характер кривых регулирования тембров - вопрос спорный и неоднозначный.
Зависит от характеристик АС, помещения, источника сигнала, используемых фонограмм и вкусовых пристрастий слушателя.
Я никому не навязываю предложенный вариант.
Выбор кривых - личное дело каждого.

P.S.
Откуда у вас в тракте сигнал 5Гц?
Какова его максимальная амплитуда?

Кстати: а как насчёт ТКРГ? В смысле - тонкомпенсированного регулятора громкости? Хотя это вопрос сложный и зависит от многих факторов, но правильно сдаланный ТКРГ - вещь очень даже полезная не только в домашних условиях...

Это здесь офтоп.

ПС. Предлагаю ТКРГ для краткости называть "РГ", а потенциометр на входе - "регулятор чувствительности усилительного тракта" или просто "регулятор усиления".

Не принимается.
Есть четко устоявшиеся и понятные всем аббревиатуры: РГ и ТКРГ.
Тем более, что "регулятор усиления" несет в самом своем названии иной смысл.

 

[Rus2000]

Здесь в Сансуй применен интересный регулятор баланса.

Я заметил по схеме.

Когда в одном канале усиление уменьшается - в другом канале оно остаеся на одном и том же уровне.
Верхняя половина регулятора баланса представляет собой чистый проводник.

На дискретных регуляторах такое реализуется легко - Одиссей-010, ЕМНИП.

 

[Rus2000]

Чрезмерный подъём на частоте 5Гц ...
"Горб" на ВЧ также зря находится выше 20кГц ...

"Критикуешь - предлагай!
Предлагаешь - делай!..." (с)

Какой вид кривых регулирования вы предпочитаете?
Почему именно такой?
Как это лучше реализовать?

 

[Rus2000]

Очень правильные замечания по полосе. Но "затормозить" АЧХ и пустить её отвесно вниз ниже 20 Гц и выше 20 кГц очень трудно, требуются фильтры тем более высоких порядков, чем больше крутизна нужного спада. Поэтому на практике во всех ТБ и АТБ подъёмы продолжаются ниже 20 Гц и выше 16...20 кГц.

Все зависит от поставленной задачи.
Если нужно, чтоб на 20Гц был уровень +6дБ, а от 20Гц и выше был спад 6дб/окт, то придется смириться с "переусилением" ниже 20Гц.
Если нужно, чтоб от 20Гц и ниже было одинаковое усиление, к примеру 6дБ, то придется заметно повышать частоту среза, т.е. частоту, начиная с которой будут усиливаться НЧ.

Если рассмотреть АЧХ идеального регулятора НЧ +6дБ/20Гц, то мы к этой идеальной ЛОМАНОЙ можем приближаться двумя способами:
1. Постараться максимально точно отработать слышимый участок (т.е. наклонный участок и его переход в 0дБ) АЧХ. Тогда получим "переусиление" ниже 20Гц.
2. Постараться максимально точно отработать пологий участок от 20Гц и ниже (неслышимый инфразвуковой диапазон), т.е. то, что предлагает Censored'кин. Но в этом случае наклонный участок реальной АЧХ пройдет гораздо правее расчетного значения.
Возникает резонный вопрос - что нам важнее, НЧ или ИНЧ?
И второй вопрос - какой ход АЧХ нам нужен в важном для нас диапазоне?

 

[Sagittarius]

Если в стремлении пораньше сделать скат АЧХ при поднятых тембрах мы допустим перегиб АЧХ в звуковом диапазоне, этот перегиб вместе с компенсацией падения АЧХ АС или создаст бугор на этой частоте в ЗД, или завал по частоте ниже/выше этой частоты.
Ещё раз: как была у нас поднята АЧХ с перегибом на ней, так при её наклоне в горизонталь этот перегиб и остаётся, а при наклоне далее и исчезновении бугра - спад на этой частоте. Представьте механический аналог в виде некой ломаной линии с поворотом её вокруг оси, находящейся на конце линии. Её форма при повороте (компенсации АЧХ АС) никуда не исчезает.
Нам оно надо?
Поэтому АЧХ ТБ должна в звуковом диапазоне идти ровно, а спадать только ниже 16 (20) Гц и выше 16 (20) кГц.

 

[Rus2000]

...Если рассмотреть АЧХ идеального регулятора НЧ +6дБ/20Гц, то мы к этой идеальной ЛОМАНОЙ можем приближаться двумя способами...

Вот АЧХ ФНЧ с частотой среза 20Гц:

На частоте 20Гц имеем подъем 3дБ. Маловато.

Вот АЧХ ФНЧ с частотой среза 200Гц:

На частоте 20Гц имеем подьем почти 6дБ, на 5Гц все вашпе красиво! ;D
Но подъем начинается чуть ли не со средних частот. Оно надо???

Вот АЧХ ФНЧ с частотой среза 28Гц:

На частоте 20Гц имеем подьем 6дБ. Но на инфранизких "переусиление".
Нас волнует инфразвук?

Вот АЧХ ФНЧ с частотой среза 35Гц:

На частоте 20Гц имеем подьем 6дБ.

Так какой же вариант хода АЧХ стОит предпочесть?
Мне нравится предпоследний и последний...
В звуковом диапазоне разница между ними лишь в частоте среза, т.е. в частоте, на которой будет подъем на 3дБ при крайнем положении регулятора.
Предпоследний вариант - 40Гц, последний - 50Гц. Все прекрасно видно на графиках.
Для владельцев хороших АС предпочтительнее будет предпоследний вариант, а для владельцев АС попроще - последний, ИМХО.

 

[Rus2000]

Семейство кривых регулирования темброблока предварительного усилителя Н. Сухова (1990 год):