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BÜCHER UND ARTIKEL
Passive Klangregler
Verzeichnis / Die Kunst des Audios In diesem Artikel werden die Leser zu einer Reihe unterschiedlicher Schaltungen und Funktionen von Klangreglern eingeladen, die von Funkamateuren bei der Entwicklung und Modernisierung von Tonwiedergabegeräten verwendet werden können. Der Hauptnachteil der in letzter Zeit populären aktiven Klangregelung ist die Verwendung einer tiefen frequenzabhängigen Rückkopplung und die großen zusätzlichen Verzerrungen, die sie in das geregelte Signal einbringen. Aus diesem Grund empfiehlt sich der Einsatz passiver Regler in hochwertigen Geräten. Es stimmt, sie sind nicht ohne Mängel. Der größte davon ist die signifikante Signaldämpfung entsprechend dem Regelbereich. Da die Tiefe der Klangregelung in modernen Tonwiedergabegeräten jedoch gering ist (nicht mehr als 8...10 dB), ist es in den meisten Fällen nicht erforderlich, zusätzliche Verstärkungsstufen in den Signalweg einzuführen. Ein weiterer, nicht so bedeutender Nachteil solcher Regler ist die Notwendigkeit, variable Widerstände mit einer exponentiellen Abhängigkeit des Widerstands vom Drehwinkel des Motors (Gruppe "B") zu verwenden, die eine gleichmäßige Regelung ermöglichen. Die Einfachheit des Designs und die hochwertigen Anzeigen neigen jedoch immer noch dazu, passive Klangregler zu verwenden. Es ist zu beachten, dass diese Regler eine niedrige Ausgangsimpedanz der Upstream-Stufe und eine hohe Eingangsimpedanz der Downstream-Stufe benötigen.
Der 1952 vom englischen Ingenieur Baxandal entwickelte Klangregler [1] ist vielleicht der am weitesten verbreitete Frequenzkorrektor in der Elektroakustik. Die klassische Version der Schaltung besteht aus zwei Verbindungen erster Ordnung, die eine Brücke bilden – Niederfrequenz R1C1R3C2R2 und Hochfrequenz C3R5C4R6R7 (Abb. 1, a). Die ungefähren logarithmischen Amplituden-Frequenz-Kennlinien (LAFC) eines solchen Reglers sind in Abb. 1, b dargestellt. Dort sind auch die berechneten Abhängigkeiten zur Bestimmung der Zeitkonstanten der Wendepunkte des Frequenzgangs angegeben. Theoretisch beträgt die maximal erreichbare Steigung des Frequenzgangs für Verbindungen erster Ordnung 6 dB pro Oktave, bei praktisch umgesetzten Eigenschaften ist sie jedoch aufgrund des geringfügigen Unterschieds in den Wendefrequenzen (nicht mehr als ein Jahrzehnt) und des Einflusses vorheriger und nachfolgender Stufen der Fall 4...5 dB pro Oktave nicht überschreitet. Bei der Klanganpassung verändert der Baxandal-Filter nur die Steigung des Frequenzgangs, ohne die Wendefrequenzen zu verändern. Die durch den Regler bei mittleren Frequenzen eingeführte Dämpfung wird durch das Verhältnis n=R1/R3 bestimmt. Der Regelbereich des Frequenzgangs hängt nicht nur vom Dämpfungswert n ab, sondern auch von der Wahl der Wendefrequenzen des Frequenzgangs, daher werden zu seiner Erhöhung die Wendefrequenzen im Mittelfrequenzbereich eingestellt, der, wiederum ist mit einer gegenseitigen Beeinflussung der Anpassungen behaftet. In der herkömmlichen Version des betrachteten Controllers ist R1/R3=C2/C1=C4/C3=R5/R6=n, R2=R7=n*R1. In diesem Fall wird eine ungefähre Übereinstimmung der Wendefrequenzen des Frequenzgangs im Bereich seines Anstiegs und Abfalls erreicht (im allgemeinen Fall sind sie unterschiedlich), was eine relativ symmetrische Regelung des Frequenzgangs (der Abfall, sogar in) gewährleistet in diesem Fall fällt es zwangsläufig steiler und ausgedehnter aus). Mit dem üblicherweise verwendeten n=10 (für diesen Fall sind die Mindestwerte der Elementbewertungen in Abb. 1,a-3,a angegeben) und der Wahl der Übergangsfrequenzen nahe 1 kHz ist die Klangregelung bei Frequenzen von 100 Hz und 10 kHz im Verhältnis zur Frequenz von 1 kHz betragen +- 14 ...18 dB. Um eine reibungslose Regelung zu gewährleisten, müssen die variablen Widerstände R2, R7, wie oben erwähnt, eine exponentielle Regelcharakteristik haben (Gruppe „B“) und darüber hinaus, um einen linearen Frequenzgang in der Mittelstellung der Regler zu erhalten, das Verhältnis der Widerstände des oberen und unteren (je nach Schaltung) Abschnitts der variablen Widerstände sollte dabei ebenfalls gleich n sein. Bei „High-End“ n=2...3, was dem Regelbereich +- 4...8 dB entspricht, ist es durchaus akzeptabel, variable Widerstände mit einer linearen Abhängigkeit des Widerstands vom Drehwinkel zu verwenden Der Motor (Gruppe „A“) ist jedoch gleichzeitig etwas vergröbert, die Anpassung liegt im Bereich des Abfalls des Frequenzgangs und streckt sich im Bereich des Anstiegs, und es wird keineswegs ein flacher Frequenzgang erhalten Mittelstellung der Reglerschieber. Andererseits ist der Widerstand der Abschnitte von dualen variablen Widerständen mit linearer Abhängigkeit besser angepasst, was die Fehlanpassung im Frequenzgang der Stereoverstärkerkanäle verringert, sodass eine ungleichmäßige Regelung in diesem Fall als akzeptabel angesehen werden kann. Das Vorhandensein des Widerstands R4 ist nicht wichtig; sein Zweck besteht darin, die gegenseitige Beeinflussung der Verbindungen zu verringern und die Wendefrequenzen des Frequenzgangs im Hochfrequenzbereich anzunähern. In der Regel gilt R4=(0,3...1,2)*R1. Wie unten gezeigt, kann in manchen Fällen ganz darauf verzichtet werden. Die angegebene „Basis“-Version des Reglers wird üblicherweise in High-End-Funkgeräten verwendet. In Haushaltsgeräten wird eine etwas vereinfachte Version verwendet (Abb. 2). Die ungefähren logarithmischen Amplituden-Frequenz-Kennlinien (LAFC) eines solchen Reglers sind in Abb. 2,b dargestellt. Die Vereinfachung des Hochfrequenzbereichs führte zu einer gewissen Unbestimmtheit der Regelung im Bereich höherer Frequenzen und zu einem deutlicheren Einfluss der vorhergehenden und nachfolgenden Kaskaden auf den Frequenzgang in diesem Bereich. Ein ähnlicher Korrektor mit n=2 (mit variablen Widerständen der Gruppe „A“) war Ende der 2er bis Anfang der 60er Jahre besonders in einfachen Amateurverstärkern [70] beliebt (hauptsächlich aufgrund der geringen Dämpfung), aber bald wurde der Wert von n hat sich auf die Werte erhöht, die wir heute gewohnt sind. Alles, was oben zum Regulierungsumfang, zur Koordinierung und zur Auswahl der Regulatoren gesagt wurde, gilt auch für eine vereinfachte Version des Korrektors. Verzichtet man auf die Forderung nach einer symmetrischen Regelung des Frequenzgangs in den Bereichen ihres Anstiegs und Abfalls im Frequenzgang (die Notwendigkeit eines Abfalls besteht übrigens praktisch nicht), dann lässt sich die Schaltung weiter vereinfachen (Abbildung 3). , A). Die in Abb. 3b gezeigten LFC-Kennlinien des Reglers entsprechen den Extrempositionen der Schieber der Widerstände R2, R4. Der Vorteil eines solchen Reglers liegt in seiner Einfachheit, aber da alle seine Eigenschaften miteinander verbunden sind, ist es zur Vereinfachung der Regelung ratsam, n=3...10 zu wählen. Es ist zu beachten, dass mit zunehmendem n der Grad des Anstiegs zunimmt und der Grad der Abnahme abnimmt. Alles, was oben über die traditionellen Versionen des Baxandal-Korrektors gesagt wurde, trifft voll und ganz auf diese extrem vereinfachte Version zu. Allerdings sind die Baxandal-Schaltung und ihre Varianten keineswegs die einzig mögliche Umsetzung einer passiven Zweiband-Klangregelung. Die zweite Gruppe von Klangreglern basiert nicht auf Brücken, sondern auf Basis eines frequenzabhängigen Spannungsteilers. Ein Beispiel für einen eleganten Schaltungsaufbau für eine Klangregelung ist der Tonblock, der in verschiedenen Variationen in Röhrenverstärkern für E-Gitarren verwendet wurde. Der „Highlight“ dieses Reglers ist die Veränderung der Wendefrequenzen des Frequenzgangs während des Regelvorgangs, was zu interessanten Effekten im Klang einer „klassischen“ E-Gitarre führt. Sein Grunddiagramm ist in Abb. 4,a dargestellt, und die angenäherten LFCs sind in Abb. 4,b dargestellt. Dort sind auch berechnete Abhängigkeiten zur Bestimmung der Zeitkonstanten von Wendepunkten angegeben. Es ist leicht zu erkennen, dass eine Anpassung im Bereich niedriger Audiofrequenzen die Wendefrequenzen ändert, ohne die Steigung des Frequenzgangs zu ändern. Wenn sich der Schieber des variablen Widerstands R4 in der unteren Position (gemäß dem Schema) befindet, ist der Frequenzgang bei niedrigeren Frequenzen linear. Wenn der Motor nach oben bewegt wird, erscheint ein Anstieg darauf und der Wendepunkt im Regulierungsprozess verschiebt sich in den Bereich niedrigerer Frequenzen. Bei weiterer Bewegung des Schiebers beginnt der obere (schaltungsgemäß) Abschnitt des Widerstands R4 den Widerstand R2 zu überbrücken, was eine Verschiebung des hochfrequenten Wendepunkts zu höheren Frequenzen bewirkt. Beim Einstellen wird also der Anstieg der tiefen Frequenzen durch den Abfall der mittleren ergänzt. Der Hochfrequenzregler ist ein einfacher Filter erster Ordnung und hat keine Besonderheiten. Basierend auf dieser Schaltung können Sie mehrere Varianten von Tonblöcken bauen, mit denen Sie den Frequenzgang im Bereich tiefer und höherer Frequenzen anpassen können. Darüber hinaus ist im Bereich niedrigerer Frequenzen sowohl ein Anstieg als auch ein Abfall des Frequenzgangs möglich, im Bereich höherer Frequenzen nur ein Anstieg. Eine Variante des Timbre-Blocks mit Regelung der Frequenzgang-Wendefrequenz im Niederfrequenzbereich ist in Abb. 5, a, und sein LFC ist in Abb. 5 B. Der Widerstand R2 regelt die Wendefrequenz des Frequenzgangs und R3 regelt dessen Steigung. Das gemeinsame Vorgehen der Regulierungsbehörden ermöglicht erhebliche Beschränkungen und eine größere Regulierungsflexibilität. Das Diagramm einer vereinfachten Version des Tonblocks ist in Abb. 6, a, sein LFC ist in Abb. dargestellt. 6, geb. Es handelt sich im Wesentlichen um eine Mischung aus der in Abb. 3, a gezeigten Niederfrequenzverbindung und der in Abb. 4, a gezeigten Hochfrequenzverbindung. Durch die Kombination der Funktionen zur Anpassung des Frequenzgangs im Niederfrequenz- und Hochfrequenzbereich erhalten Sie eine einfache kombinierte Klangregelung mit einem Regler, die sich sehr praktisch für den Einsatz in Radio- und Automobilgeräten eignet. Sein Schaltplan ist in Abb. 7,a dargestellt, und der LFC ist in Abb. dargestellt. 7, geb. In der unteren Position des Motors mit variablem Widerstand R1 im Diagramm ist der Frequenzgang über den gesamten Frequenzbereich nahezu linear. Bei einer Bewegung nach oben kommt es zu einem Anstieg des Frequenzgangs bei tieferen Frequenzen und der tieffrequente Wendepunkt während des Regelungsprozesses verschiebt sich in den Bereich tieferer Frequenzen. Bei weiterer Bewegung des Motors schaltet der obere (laut Diagramm) Abschnitt des Widerstands R1 den Kondensator C1 ein, was zu einem Anstieg höherer Frequenzen führt. Beim Ersetzen des variablen Widerstands R1 durch einen Schalter (siehe Abb. 8, a und 8, b) verwandelt sich der betrachtete Regler in das einfachste Tonregister (Position 1-Klassik, 2-Jazz, 3-Rock), das in den 50er Jahren beliebt war -60er Jahre und wurde in den 90er Jahren erneut in Equalizern von Radio-Tonbandgeräten und Musikcentern verwendet. Auch wenn im Bereich der Klangregelung längst alles gesagt zu sein scheint, beschränkt sich die Vielfalt der passiven Korrekturschaltungen nicht auf die vorgeschlagenen Optionen. Viele vergessene Schaltungslösungen erleben nun eine Wiedergeburt auf einem neuen qualitativen Niveau. Vielversprechend ist beispielsweise eine Lautstärkeregelung mit getrennter Regelung der Lautstärkekompensation für tiefe und hohe Frequenzen [3]. Literatur
Veröffentlichung: www.bluesmobil.com/shikhman
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