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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Tonsignal-Equalizer. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Audio Neben allgemeinen Informationen zu verschiedenen Arten von Equalizern stellt der Autor mehrere Diagramme von Multiband-Geräten bereit, die auf neu importierten Spezialchips basieren, und gibt Empfehlungen zum Einrichten der Geräte selbst und zum Einrichten von Audiosystemen mit einer Equalizer-Einheit. Moderne Audiogeräte und Lautsprechersysteme bieten eine hochwertige Klangwiedergabe nur in einem speziell für das Musikhören konzipierten Raum. Die meisten Wohnräume, insbesondere kleine, sind hierfür ungeeignet. An jedem Punkt in solchen Räumlichkeiten kommt es zu einem Phänomen wie der Interferenz (Addition mit unterschiedlichen Phasen) von Schallwellen, die direkt von den akustischen Systemen kommen und von Wänden, Decke, Boden und Möbeln reflektiert werden. Gleichzeitig treten bei einigen Frequenzen stehende Wellen auf – Schwingungsbäuche und Einbrüche in der Schallintensität mit Unebenheiten von bis zu 20 dB. Dies macht es erforderlich, den Frequenzgang des Audiosystems in bestimmten Frequenzbändern anzupassen. Eine unzureichende Schalldämmung des Raumes führt dazu, dass Sie Tonprogramme mit einem deutlich reduzierten Pegel hören müssen, verglichen mit dem Pegel, auf dem sie entstehen (ca. 90 Hintergrundgeräusche). Um die Klangfarbe beizubehalten, ist es daher erforderlich, die Lautstärke bei Frequenzen unter 200 und über 5000 Hz zu erhöhen. Der entsprechende Ausgleich, der in die Lautstärkeregler eingeleitet wird, ist meist unvollständig. Die Regulierung des Frequenzgangs ist auch zur Lösung anderer Probleme erforderlich: Korrektur des Klangs minderwertiger Tonträger und Fehler im Frequenzgang von Geräten, Ausgleich altersbedingter Hörveränderungen, Auswahl der Klangfarbe nach dem Geschmack des Hörers. Zur Anpassung des Frequenzgangs werden Klangregler und Equalizer verwendet. Die Klangregelung – passiv und aktiv – ist relativ einfach. Detaillierte Informationen zu ihren Schaltungen mit Berechnungsformeln finden sich in [1]. Sie ermöglichen eine stufenlose Änderung des Frequenzgangs bei niedrigen und hohen Frequenzen um bis zu ±14...18 dB an den Rändern des Bereichs. Die maximale Steigung des Frequenzgangs kann bei echten Reglern 4...5 dB pro Oktave erreichen. Ist es viel oder wenig? In kleinen Räumen werden Schallschwingungen mit Frequenzen unter 40 Hz stark abgeschwächt, im Bereich von 80...200 Hz dagegen leicht verstärkt. Der Abfall bei niedrigeren Frequenzen kann 10 dB oder mehr erreichen. Es scheint, dass die Klangregelung über ausreichende Fähigkeiten verfügt, um diesen Rückgang auszugleichen. Es ist jedoch grundsätzlich unmöglich, den Frequenzgang in diesem Bereich mit einer einfachen Klangregelung zu nivellieren. Durch die Anhebung der tiefsten Frequenzen werden gleichzeitig die bereits überhöhten Signale im 80...200-Hz-Band verstärkt. Abhilfe kann nur ein Equalizer schaffen – ein Mehrbandregler, mit dem Sie den erforderlichen Übertragungskoeffizienten in einem schmalen Frequenzband einstellen können. Es gibt manuelle und elektronische Equalizer. Die ersten wiederum sind in grafische, parametrische und absatzbezogene unterteilt. Bis vor Kurzem waren grafische Equalizer (GE) am weitesten verbreitet. In ihnen ist der Bereich der Audiofrequenzen in Bänder unterteilt (maximal 24 Bänder im Technics SH-8020-Equalizer). Der Übertragungskoeffizient in einzelnen Bändern wird über variable Widerstände, beispielsweise vom Typ SPZ-23, eingestellt. mit einem linearen Regler, so dass die Position ihrer Schieberegler auf dem Einstellfeld die Form des Frequenzgangs deutlich widerspiegelt, dies bestimmt den Namen – Grafik. In (2) werden mehrere solcher Geräte für Röhren- und Transistorverstärker mit fünf oder sechs Regelbändern mit Frequenzen von 40, 90, 250, 2000, 6000, 15 Hz betrachtet. Bandpassfilter mit LC-Schaltkreisen haben aufgrund ihrer Sperrigkeit und der Notwendigkeit einer Abschirmung keine weit verbreitete Verwendung gefunden. Moderne Equalizer verwenden ausschließlich passive und aktive RC-Filter. Der Aufbau von GE mit aktiven Bandpassfiltern wird in [3] ausführlich betrachtet. wo ein Fünfband-Equalizer angeboten wird. Nachdem ich einen solchen Equalizer gebaut hatte, wurde ich mit der Tatsache konfrontiert, dass die Einführung der Korrektur durch die Regler zu einer spürbaren Verletzung der Stereobalance des Klangbildes führt. Der Grund für dieses Phänomen wurde in [4] benannt. Um die Stereobalance in jeder Position der Regler aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, dass sich die Werte der Resonanzfrequenz und des Qualitätsfaktors der Filter im linken und rechten Kanal um nicht mehr als 5 % voneinander unterscheiden. Ihr Unterschied zu den berechneten Werten ist weniger signifikant. Um dies zu erreichen, verwendet das Gerät passive Komponenten mit einer Toleranz von maximal ±3 %. Unter Amateurbedingungen ist dies schwierig. Das Problem wird durch die Verwendung von Filtern gelöst, die nach der in Abb. gezeigten Schaltung aufgebaut sind. 1.
Der Frequenzeinstellkreis in jedem von ihnen wird durch Widerstände R2 - R5 und Kondensatoren C1, C2 gebildet. Mit den Trimmerwiderständen R1 und R2 können Sie die erforderlichen Werte des Qualitätsfaktors (Bandbreite) und der Mittenfrequenz des Filters genau einstellen. In [4] wird ein Zehnband-Oktaventzerrer beschrieben, der nach dieser Schaltung unter Verwendung von Teilen mit einer Toleranz von ±10 % aufgebaut ist. Die darin enthaltenen Filtereinstellungen sind 30, 60, 120, 240, 480, 960, 1920, 3840, 7080, 15360 Hz. Der Equalizer fällt sperrig aus – in der Stereoversion enthält er 11 Operationsverstärker vom Typ K157UD2, mehr als 250 Widerstände und Kondensatoren. Aber das ist der Preis, den man für die Möglichkeit zahlen muss, ein Gerät aus Teilen ohne Auswahl zu bauen. Die Machbarkeit der Verwendung solcher Bandpassfilter wurde in einer ausführlichen Arbeit zu Filterberechnungen (5) bestätigt. Darin heißt es, dass ihre Empfindlichkeit gegenüber der Streuung der Komponentenwerte zwei- bis dreimal geringer ist als bei bisher verwendeten Filtern. Grafische Equalizer werden häufig in Audiogeräten verwendet. Der Fünfband-Equalizer des Las-pi-005-Stereoverstärkers ermöglicht die Anpassung des Frequenzgangs bei Frequenzen von 40, 250, 100*0, 5000, 15 Hz. Der inländische Tuner „Corvette-000-stereo“ verwendet einen Sechsband-GE, und ein stationärer Equalizer derselben Marke verfügt über zehn Bänder mit Frequenzen von 004; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Hz. In modernen Radioempfängern und Audiofrequenzverstärkern werden die GEs auf speziellen Mikroschaltungen hergestellt, die diese Produkte vereinfachen. Die positive Seite solcher GEs sind auch ihre geringen Kosten, die in der Regel nicht mehr als 1 Dollar betragen. In Abb. In Abb. 2 und 3 zeigen Schaltpläne zum Anschluss der Mikroschaltungen BA3822LS von ROHM und LS2009 von SGS-Thomson, die Fünf- und Zehnband-Equalizer bilden. Diese Schemata sind sehr einfach und bedürfen keiner Erklärung.
Nun zu parametrischen Equalizern (PE). Sie unterscheiden sich von grafischen durch die geringere Anzahl an Streifen und Motiven. dass die Mittenfrequenzen der Bänder und deren Breite (Filtergütefaktor) vom Hörer verändert werden können. Drei- bis Fünfbandversionen dieser Geräte ermöglichen mit einfachen Mitteln eine effektive Anpassung des Frequenzgangs mit Ergebnissen, die im GE mit 8–11 Bändern erreichbar sind. In jedem PE-Streifen sind jedoch zwei Regulierungselemente und zwei Kontrollen erforderlich. Methoden zur Implementierung parametrischer Geräte basierend auf passiven Klangregelungen mit variablen Frequenzen der Wendepunkte des Frequenzgangs sind in [1] angegeben. Das erste Beispiel eines solchen Zweibandreglers wurde in [6] beschrieben. Das Diagramm und die ausführliche Beschreibung mit Formeln zur Berechnung eines Fünf-Wege-PE finden Sie in (7). Laut dem Autor verfügt es über umfangreiche Möglichkeiten. Die Frequenzabstimmung bei Bandpassfiltern erfolgt in den Intervallen 19...60...185; 62...190...600: 190...600...1850; 620...1900...6000; 1900...6000...18 500 Hz. diese. zwei Filter pro Frequenzdekade, wobei jeder Filter auch die Dekade abdeckt. Festwiderstände und Kondensatoren müssen eine Toleranz von mindestens ±5 % haben. Als Nachteil dieser Schaltung ist die Notwendigkeit anzumerken, zur Einstellung der Filterfrequenz vierfache Stellwiderstände zu verwenden. Der Qualitätsfaktor der Filter variiert zwischen 0,5 und 2,5. Paragraphische Equalizer unterscheiden sich im Schaltungsaufbau nicht von parametrischen Equalizern. Sie nutzen lediglich die Außenseite des GE – eine visuelle Darstellung des Frequenzgangs. Es gibt eine weitere Klasse von Equalizern – elektronische Equalizer, mit denen Sie einen von mehreren vorgefertigten Frequenzgängen einstellen können. Die Formen solcher Merkmale zum Hören von Tonprogrammen unterschiedlicher Art und Musikgenres wurden bereits entwickelt. Sony beispielsweise verwendet in seinen Produkten die folgenden festen Frequenzgangeinstellungen:
Die Praxis zeigt, dass die meisten Besitzer von Audiogeräten genau diese Einstellungen für Klangregler und grafische Equalizer wählen. Um einen solchen Satz fester Frequenzgangeinstellungen zu implementieren, wurde eine Reihe spezieller Mikroschaltungen hergestellt. Dies sind insbesondere M62412P von Mitsubishi und BA3842F SMD von ROHM. Das Umschalten der Frequenzgangoptionen erfolgt durch Anlegen von Spannungen unterschiedlicher Höhe an die Eingänge der Mikroschaltung. In jedem der Stereokanäle des M62412R können die Frequenzgangformen separat angepasst werden. Der SMD-Chip BA3842F (Abb. 4 zeigt seinen Anschlussplan) verfügt über eine Niederfrequenz-Boost-Einheit. Sie werden durch einen speziellen Filter isoliert und nach zusätzlicher Verstärkung dem verarbeiteten Signal hinzugefügt. Drei Stufen einer solchen Anpassung sind möglich. Um die im Diagramm angegebenen Spannungen zu erhalten, müssen die Widerstände R9, R10 ausgewählt werden.
Es werden auch komplexere Mikroschaltungen hergestellt, mit denen Sie bis zu 15 feste Frequenzgangeinstellungen auswählen können, wie im Musikcenter Sony MHC RX110AV. Andere Arten solcher Geräte bieten dem Hörer die Möglichkeit, neben den beim Entwurf der Mikroschaltung gewählten festen Frequenzgangeinstellungen drei bis fünf individuelle Frequenzgangeinstellungen zu erstellen. Alle diese Geräte werden jedoch von einem speziellen Mikrocontroller gesteuert. Ein Beispiel ist der TEA6360-Chip von Philips. Die Anzahl der externen Komponenten dafür ist minimal, es gibt keine variablen Widerstände. Streng genommen kann ein Equalizer mit einer solchen Mikroschaltung nur dann als grafisch bezeichnet werden, wenn beim Einstellen die Form des Frequenzgangs auf dem Display angezeigt wird. Die entsprechende Mikrocontroller-Software und neue ergonomische Indikatoren bieten solche Möglichkeiten. Aufgrund der Tatsache, dass der Anschlussplan für die Mikroschaltung TEA6360 in einigen Veröffentlichungen fehlerhaft dargestellt ist, ist in Abb. 5 zeigt die korrekte Version.
Berücksichtigen Sie andere technische Eigenschaften von Equalizern. Die Bandbreite in ihnen. in der Regel gleich 20...20 Hz. Dieser Parameter wird bei Audiogeräten normalerweise gleichzeitig mit der Größe der Ungleichmäßigkeit des Übertragungskoeffizienten in einem bestimmten Band angezeigt. In Bezug auf einen Equalizer erscheint eine solche Eigenschaft jedoch unnötig. Der Eingangssignalpegel beträgt 000...0,2 V und überschreitet selten die standardmäßigen 0,5 V. Der nichtlineare Klirrfaktor beträgt weniger als 0,8 %. Der Transmissionskoeffizient an der durchschnittlichen Position der Regler liegt nahe bei Eins. Sein Einstellbereich beträgt üblicherweise ±11 dB. obwohl es in der Literatur Beschreibungen von Entzerrerkonstruktionen mit Einstellgrenzen von ±15...24 dB gibt (einer von ihnen wies auf die Möglichkeit hin, diesen Bereich auf ±40 dB zu erweitern). Bei jeder Änderung der Verstärkung in einem beliebigen Frequenzband verteilt der Equalizer die Energie des Eingangssignals auf eine neue Art und Weise und verstärkt oder schwächt die Intensität seiner konstituierenden Harmonischen mit Frequenzen innerhalb des einstellbaren Bandes. Das bedeutet, dass sein Ausgang ein Signal mit einer anderen harmonischen Zusammensetzung als der Eingang erzeugt. Jede Abweichung der Regler von der Durchschnittsposition führt zum Auftreten von Phasenverzerrungen, deren Auffälligkeit mit der Korrekturtiefe des Übertragungskoeffizienten und einer Vergrößerung des Regelungsfrequenzbereichs zunimmt. Das Auftreten solcher Verzerrungen in einem Signal, das den Equalizer durchlaufen hat, ist der Preis für die Möglichkeit einer tieferen Anpassung des Frequenzgangs. Wenn sich die Verstärkung in den Bändern um nicht mehr als ±4...6 dB ändert, ist man allgemein der Meinung, dass die resultierenden Verzerrungen durchaus akzeptabel und selbst für einen Menschen mit einem Gehör für Musik praktisch nicht wahrnehmbar sind. Auch wesentliche Änderungen in einem oder zwei Bändern eines 10-12-Band-Equalizers sind zulässig. Bei einer breiteren Nutzung seiner Fähigkeiten treten jedoch spürbare Rascheln, Klingeln und abrupte Obertöne auf. In tragbaren und minderwertigen stationären Geräten sind heute am häufigsten passive Zweiband-Klangregler mit festen Wendepunkten des Frequenzgangs zu finden. beschrieben in [1], oder Drei- und Vier-Wege-GE. Die Fähigkeiten dieser Geräte sind ähnlich, Equalizer sind jedoch aufgrund der größeren Klarheit der Frequenzgangform vorzuziehen. Die geringen Eigenschaften von Geräten dieser Klasse ermöglichen es, den gesamten Bereich der Übertragungspegelanpassung in den Bändern zu nutzen, ohne dass die Qualität der Tonwiedergabe wesentlich beeinträchtigt wird. High-End-Geräte verwenden Equalizer mit fünf oder mehr Einstellbändern. Unter Berücksichtigung des oben Gesagten sollte der Arbeitsbereich der Regelung ±4...6 dB nicht überschreiten. Eine unverzichtbare Ergänzung zu einem solchen Equalizer ist ein Ausgangssignal-Spektrumanalysator. Die Zweckmäßigkeit der Verwendung eines Equalizers auf High-End-Systemen (Hi-End) wird in vielen Quellen in Frage gestellt. Bleiben wir bei den Verfahren zur Einstellung des Frequenzgangs, die in der Literatur praktisch nicht behandelt werden, obwohl sie relativ komplex sind. Der Equalizer muss zwei Arten von Fehlern beheben: dauerhafte (reduzierte Lautstärke, Fehler im Frequenzgang von Geräten, akustischen Systemen und dem Raum) sowie schnell auftretende Fehler – Korrektur minderwertiger Tonträger, Auswahl des gewünschten Klangs Farbe. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, sie zu beheben. Eine Korrektur des Frequenzgangfehlers ist selten erforderlich – bei der Installation eines Audiosystems in einem Raum, nach dessen Reparatur oder bei einer Änderung der Innenausstattung des Raums. Es empfiehlt sich, zunächst den Aufstellort des Lautsprechersystems festzulegen, um die Intensität stehender Wellen im Raum, die sich in der Ungleichmäßigkeit des Schallfeldes bei tiefen Frequenzen bemerkbar macht, zu minimieren, ohne die Größe der Stereoeffektzone zu stören . Versuchen Sie dazu, die Lautsprecher an einen anderen Ort zu stellen oder sie zum Zuhörer hin auszurichten. Kleine Änderungen in der Anordnung von Möbeln, beweglichen Spiegeln, Gemälden und Fotografien können erhebliche Veränderungen in der Verteilung des Schallfeldes bewirken. Die Equalizer-Regler befinden sich zu diesem Zeitpunkt in der mittleren Position. Das Schallfeld (insbesondere für die tiefsten Frequenzen) muss diffus sein – seine Intensität muss an allen Punkten im Raum gleich sein oder mit der Entfernung von den Schallsendern gleichmäßig abnehmen. In der Praxis kann man diesem Ideal nur in dem Bereich nahekommen, in dem der Stereoeffekt beobachtet wird und in dem sich die Zuhörer befinden. Eventuell ist der Einsatz zusätzlicher Schallgeber erforderlich. Bei Frequenzen, bei denen die Gleichmäßigkeit des Schallfelds nicht erreicht wird, wird dies dann durch Anpassen des Equalizers korrigiert. Um diese Korrektur durchzuführen, sind Messgeräte erforderlich: ein Geräuschgenerator, ein Mikrofon mit bekanntem Frequenzgang für den Schalldruck, ein Spektrumanalysator. Hochwertige Equalizer führender ausländischer Unternehmen sind für ihre Konfiguration mit solchen Geräten ausgestattet. Sollte die angegebene Ausstattung nicht vorhanden sein, wird diese durch einen Tongenerator und ein Mikrofon mit Millivoltmeter ersetzt. Schließlich können Sie eine Kassette mit einem Messmagnetband verwenden und die Lage der Punkte maximalen (minimalen) Schalldrucks nach Gehör bestimmen. Die resultierende Position der Equalizer-Regler (ihre Schieberegler sollten in Form einer sanften Kurve angeordnet sein) sollte für ein bestimmtes Audiosystem in einem bestimmten Raum als Null betrachtet werden. Es wäre schön, wenn es irgendwie auf dem Einstellpanel markiert wäre. Dies erleichtert die Rückkehr nach Änderungen im Frequenzgang. Die Betriebseinstellung sollte nur für eine Weile vorgenommen werden, um den besonderen Klang eines bestimmten Musikstücks zu erhalten, und nach Abschluss der Einstellung die Bedienelemente wieder in die ursprüngliche Position bringen. In dieser Hinsicht scheint die beste Lösung für das Problem der Anpassung der Klangfarbe darin zu bestehen, dass das Audiosystem über zwei Equalizer verfügt: einen zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften der Ausrüstung und des Raums und einen zweiten zur schnellen Anpassung der Klangfarbe Farbgebung der gehörten Musikwerke. Als erstes ist es sinnvoll, einen 10- bis 12-Band-Oktav-GE oder einen Fünfband-PE zu installieren. Ein Segen ist die Vielzahl an Bedienelementen, die eine präzise Anpassung des Frequenzgangs ermöglichen. Als zweite Option ist es besser, ein einfacheres Gerät zu wählen: ein elektronisches mit festen Einstellungen oder ein Fünf-Wege-GE. Ein eleganterer Weg, dieses Problem zu lösen, wäre die Verwendung eines elektronischen Equalizers, der eine Vielzahl individueller Frequenzgangeinstellungen erstellt. Jeder von ihnen muss die akustischen Eigenschaften der Geräte und des Raums anpassen und bei dieser Anpassung auch einen der zuvor genannten Soundeffekte anwenden. Es ist allgemein anerkannt, dass die Einstellung des GE in den meisten Fällen blind durch zufällige Auswahl der Einstellungen der Regler erfolgt und ihre beste Position normalerweise nicht erreicht wird. Dies gilt in noch größerem Maße für PE. Diese Arbeit kann nur mit Hilfe eines eingebauten Spektrumanalysators – einem Gerät zur Messung und Anzeige von Signalpegeln in mehreren Frequenzbändern – erleichtert und bewusst gemacht werden. Eingebunden in den Audiopfad ermöglicht es Ihnen, die Frequenzverteilung der Eingangssignalenergie zu steuern und diesen Prozess objektiv zu steuern, um einen optimalen Klang zu erzielen. Literatur
Autor: V. Brylov, Moskau
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Kommentare zum Artikel: Vladimir Vielen Dank! Eine sehr detaillierte und visuelle Hilfe, auch für Anfänger mehr oder weniger klanglich zu verstehen.
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