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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Passive Klangregelung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Ton, Lautstärkeregler 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 kürzlich populären aktiven Klangregelungen ist die Verwendung von tiefem frequenzabhängigem Feedback und großen zusätzlichen Verzerrungen, die sie in das geregelte Signal einbringen. Deshalb ist es wünschenswert, in hochwertigen Geräten passive Regler einzusetzen. Sie sind zwar nicht ohne Mängel. Der größte davon ist eine dem Regelbereich entsprechende signifikante Signaldämpfung. 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 Signalpfad 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 Tonregler zu verwenden. Es ist zu beachten, dass diese Regler eine niedrige Ausgangsimpedanz der vorangehenden Stufe und eine hohe Eingangsimpedanz der nachfolgenden Stufe erfordern. Die bereits 1952 vom englischen Ingenieur Baksandal entwickelte Klangregelung [1] wurde zum vielleicht gebräuchlichsten Frequenzkorrektor in der Elektroakustik. Seine klassische Version besteht aus zwei Filterabschnitten erster Ordnung, die eine Brücke bilden - einem niederfrequenten R1C1R3C2R2 und einem hochfrequenten C3R5C4R6R7 (Abb. 1a). Die angenäherten logarithmischen Amplituden-Frequenz-Kennlinien (LAFC) eines solchen Reglers sind in Abb. 1 dargestellt. XNUMXb. Dort sind auch die berechneten Abhängigkeiten zur Bestimmung der Zeitkonstanten der LAFC-Wendepunkte angegeben.
Theoretisch ist die maximal erreichbare Frequenzgangsteilheit für Verbindungen erster Ordnung 6 dB pro Oktave, aber mit praktisch umgesetzter Charakteristik aufgrund einer geringfügigen Differenz der Wendefrequenzen (nicht mehr als eine Dekade) und des Einflusses von vorherigen und nachfolgenden Kaskaden, er überschreitet 4 ... 5 dB pro Oktave nicht. Beim Einstellen des Tons ändert der Baksandal-Filter nur die Steigung des Frequenzgangs, ohne die Wendefrequenzen zu verändern. Die vom Regler eingeführte Dämpfung bei mittleren Frequenzen wird durch das Verhältnis n=R1/R3 bestimmt. Der Regelbereich des Frequenzgangs hängt dabei nicht nur vom Dämpfungswert n ab, sondern auch von der Wahl der Wendefrequenzen des Frequenzgangs, daher wird zu seiner Erhöhung die Wendefrequenz im mittleren Frequenzbereich eingestellt, was wiederum ist mit der gegenseitigen Beeinflussung der Anpassungen behaftet. In der traditionellen Version des betrachteten Reglers ist R1/R3=C2/C1==C4/C3=R5/R6=n, R2=R7=n-R1. Dabei wird eine ungefähre Übereinstimmung der Frequenzen des Wendepunkts des Frequenzgangs im Bereich seines Anstiegs und Abfalls erreicht (im allgemeinen Fall sind sie unterschiedlich), was eine relativ symmetrische Regelung des Frequenzgangs gewährleistet (der fällt auch in diesem Fall zwangsläufig steiler und ausgedehnter aus). Mit dem üblicherweise verwendeten n=10 (für diesen Fall sind die Minimalwerte der Elementbewertungen in Abb. 1, a-3, a dargestellt) und der Wahl der Übergangsfrequenzen nahe 1 kHz, erfolgt die Klangregelung bei Frequenzen von 100 Hz und 10 kHz bezogen auf die Frequenz von 1 kHz beträgt ±14, ..18 dB. Wie oben erwähnt, müssen die variablen Widerstände R2, R7 zur Erzielung einer glatten Regelung eine exponentielle Regelcharakteristik (Gruppe "B") haben und darüber hinaus in der Mittelstellung der Reglerschieber einen linearen Frequenzgang erhalten, der Verhältnis der Widerstände des oberen und unteren (gemäß Schaltung) Abschnitts der variablen Widerstände sollte ebenfalls gleich n sein. Mit dem "Hyend" n=2...3, was dem Regelbereich von ±4 entspricht. ..8 dB ist es durchaus akzeptabel, variable Widerstände mit einer linearen Abhängigkeit des Widerstands vom Drehwinkel des Motors (Gruppe "A") zu verwenden, aber gleichzeitig ist die Einstellung im Bereich von etwas vergröbert im Frequenzgang abfallen und im Bereich des Anstiegs gedehnt werden, und in Mittelstellung der Reglertriebwerke ergibt sich keineswegs ein flacher Frequenzgang. Andererseits ist der Widerstand der dualen variablen Widerstandsabschnitte mit linearer Abhängigkeit besser angepasst, was die Fehlanpassung des Frequenzgangs der Kanäle des Stereoverstärkers reduziert, so dass 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 den Frequenzgang des Frequenzgangs im Bereich höherer Audiofrequenzen zusammenzuführen. In der Regel ist R4= =(0,3...1,2)'R1. Wie unten gezeigt, kann es in einigen Fällen vollständig aufgegeben werden. Um den Einfluss der vorherigen und nachfolgenden Stufen auf den Regler zu reduzieren, müssen ihre Ausgangs-Rout- und Eingangs-Rin-Widerstände jeweils Rout< sein >R3. Die obige "Basis"-Version des Reglers wird normalerweise in High-End-Funkgeräten verwendet. Bei Haushaltsgeräten wird eine etwas vereinfachte Version verwendet (Abb. 2a). Die angenäherten logarithmischen Amplituden-Frequenz-Kennlinien (LAFC) eines solchen Reglers sind in Abb. 2,6 dargestellt. XNUMX. Die Vereinfachung seiner hochfrequenten Verknüpfung führte zu einer gewissen Unschärfe der Regelung im Bereich höherer Frequenzen und zu einer deutlicheren Beeinflussung des Frequenzgangs in diesem Bereich durch die vor- und nachgeschalteten Kaskaden.
Feige. eines Ein ähnlicher Korrektor für n = 2 (mit variablen Widerständen der Gruppe "A") war vor allem in einfachen Amateurverstärkern [2] Ende der 60er - Anfang der 70er Jahre beliebt (hauptsächlich wegen geringer Dämpfung), aber bald stieg der Wert von n an seinen aktuellen Wert. Alles oben Gesagte bezüglich Regelbereich, Abstimmung und Wahl der Regler gilt auch für eine vereinfachte Version des Korrektors. Wenn wir die Anforderung einer symmetrischen Regelung des Frequenzgangs in den Bereichen ihres Anstiegs und Abfalls aufgeben (die Notwendigkeit eines Abfalls besteht übrigens praktisch nicht), kann die Schaltung weiter vereinfacht werden (Abb. 3, a). . In Abb. gezeigt. Z.b LACHH des Reglers entsprechen den Extremstellungen der Motoren der Widerstände R2, R4. Der Vorteil eines solchen Reglers ist die Einfachheit, aber da alle seine Eigenschaften miteinander verbunden sind, ist es ratsam, n = 3 ... 10 zu wählen, um die Regulierung zu erleichtern. Wenn n zunimmt, nimmt die Steilheit des Anstiegs zu und die Neigung des Abfalls ab. Alles, was oben über die traditionellen Versionen des Baksandal-Korrektors gesagt wurde, gilt vollständig für diese extrem vereinfachte Version.
Die Baksandal-Klangregelungsschaltung und ihre Varianten sind jedoch keineswegs die einzig mögliche Implementierung einer passiven Zweiband-Klangregelung. Die zweite Gruppe von Reglern ist nicht auf Brückenbasis aufgebaut, sondern auf Basis eines frequenzabhängigen Spannungsteilers. Als Beispiel für eine elegante Schaltungslösung für einen Regler kann man einen Tonblock anführen, der einst in verschiedenen Variationen in Röhren-E-Gitarrenverstärkern zum Einsatz kam. Das „Highlight“ dieses Reglers ist die Veränderung der Frequenzen der Beugung des Frequenzgangs bei der Klangregelung, was zu interessanten Effekten im Sound einer „klassischen“ E-Gitarre führt. Sein Grundschema ist in Abb. 4a, und die angenäherten LFCs sind in Abb. 4,6. Dort sind auch die berechneten Abhängigkeiten zur Bestimmung der Zeitkonstanten der Wendepunkte 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 höhere Tonfrequenzregler ist ein einfacher Filter erster Ordnung und hat keine besonderen Eigenschaften. Auf der Grundlage dieses Schemas können Sie mehrere Optionen für Klangfarbenblöcke erstellen, mit denen Sie den Frequenzgang in den tiefen und hohen Frequenzen anpassen können. Außerdem ist im Bereich niedrigerer Frequenzen sowohl eine Anhebung als auch eine Absenkung des Frequenzgangs möglich, bei höheren Frequenzen nur eine Anhebung. Eine Variante des Klangfarbenblocks mit Frequenzgangsteuerung des Frequenzgangs im tieffrequenten Bereich ist in Abb. 5 dargestellt. 5,6,a, sein LACHH - in Abb. 2. Der Widerstand R5 steuert die Wendefrequenz des Frequenzgangs und RXNUMX - seine Steigung. Die kombinierte Aktion der Regler ermöglicht es Ihnen, erhebliche Grenzen und eine größere Steuerungsflexibilität zu erhalten.
Ein Diagramm einer vereinfachten Version des Timbre-Blocks ist in Abb. 6 dargestellt. 6,6a, sein LACHH - in Abb. 3. Es ist im Wesentlichen eine Mischung aus der Niederfrequenzverbindung des Timbre-Blocks, der in Abb. 4,a, und der hochfrequente Abschnitt des Timbre-Blocks in Abb. XNUMXa.
Durch Kombinieren der Frequenzgang-Steuerfunktionen im Niederfrequenz- und Hochfrequenzbereich erhalten Sie eine einfache kombinierte Klangregelung mit einem Regler, sehr praktisch für den Einsatz in Radio- und Autogeräten. Sein schematisches Diagramm ist in Abb. 7 gezeigt. 7,6,a und LACHH - in Abb. 1. In der unteren (schematisierten) Position des Motors des variablen Widerstands R1 ist der Frequenzgang über den gesamten Frequenzbereich nahezu linear. Bei einer Verschiebung nach oben tritt ein Anstieg bei niedrigeren Frequenzen auf, und der niederfrequente Wendepunkt im Regelprozess wird in den Bereich niedrigerer Frequenzen verschoben. Bei weiterer Bewegung des Motors schaltet der obere (gemäß Schema) Abschnitt des Widerstands R1 den Kondensator CXNUMX ein, was zu einem Anstieg höherer Frequenzen führt.
Wenn Sie den variablen Widerstand R1 durch einen Schalter ersetzen (Abb. 8, a und 8,6), verwandelt sich der betrachtete Regler in das einfachste Tonregister (Position 1 - Klassik; 2 - Jazz; 3 - Rock), das in den 50er und 60er Jahren beliebt war und in den 90er Jahren in den Equalizern von Radio-Tonbandgeräten und Musikzentren wiederverwendet.
Trotz der Tatsache, dass anscheinend schon lange alles über die Klangregelung gesagt wurde, ist die Vielfalt der passiven Korrekturschaltungen nicht auf die vorgeschlagenen Optionen beschränkt. Viele vergessene Schaltungslösungen erleben nun eine Wiedergeburt auf einer neuen qualitativen Ebene. Vielversprechend ist beispielsweise ein Lautstärkeregler mit getrennter Loudness-Regelung für tiefe und hohe Frequenzen [‡]. Literatur
Autor: A. Shikhatov; Veröffentlichung: bluesmobile.com/shikhman
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