КАКУЮ СХЕМУ ЭКВАЛАЙЗЕРА ВЫБРАТЬ?
КАКОЙ ЭКВАЛАЙЗЕР ЛУЧШЕ? ПРИ
СБОРКЕ МИКШЕРСКОГО ПУЛЬТА НУЖЕН ЛИ ТАМ ЭКВАЛАЙЗЕР И КАКОЙ?
Такие вопросы довольно часто получаем по электронке. Честно
говоря - да откуда же мы знаем что Вам понравиться и какой бюджет заложен
на постройку эквалайзера.
И Именно поэтому решили подготовить обзор самых популярных
схем. Изготовить такое количество эквалайзеров и регуляторов тембра конечно
не реально, поэтому мы решили основываться на результатах расчетов симмулятора.
Разумеется приведенные параметры в реальном аппарате будут отличаться,
но все же какие то выводы можно сделать.
Прежде всего для чего нужен регулятор тембра как таковой.
Основных мнений на этот счет два:
Для того чтобы портить звук (это мнение
аудифилов)
Для коррекции звуковой картины, компенсации
акустических свойств помещений, для придания звуку наиболее приятного
конкретному слушателю оттенка (это мнение звукорежисеров)
К какой категории отоситесь Вы решать уже Вам, ну а мы начнем
потихоньку с принципиальной схемы самого примитивного эквалайзера, точнне
даже темброблока, поскольку полос регулирования у него всего три (рис
1).
Несколько слов об используемой в
моделях элементной базе:
В моделях использовались операционные усилители TL071, как
самые легкодоступные и имеющие аналоги содержащие в одном корпусе два
операционных усилители (TL072, TL082) и четыре операционных усилителя
(TL074, TL084). Транзисторы используемые в моделях - 2N5551.
Рисунок 1 Принципиальная схема трехполсоного темброблока
По сути это 3 полосовых фильтра звуковой сигнал после которых суммируется. Фильтры пассивные, следовательно они только ослабляют, причем максимальное ослабление получается у верхенго фильтра на СЧ-ВЧ частотах, среднего минимальное ослабление имеет в середине звукового лиапазона, а нижний фильтр имеет минимальное ослабление на высоких частотах. Стоящий после полосовых фильтров операционный усилитель служит для компенсации этого ослабления. Кроме того он имеет достаточно большое входное сопротивление, что позволило использовать резисторы для сумматора с довольно большим номиналом, необходимым для ослабления влияния полосовых фильтров на частоты к нему не относящиеся. АЧХ данного темброблока показана на рисунках 2-4.
Рисунок 2 Регулировка НЧ
Рисунок 3 Регулировка CЧ
Рисунок 4 Регулировка BЧ
Ни рисунках АЧХ четко видно, что и как регулируется при
крайних положениях движков переменных резситоров, поэтому выводы о применяемости
этого регулятора тембра уже делайет сами. На рисунках по вертикали коф
усиления регулятора тембра в дБ, по горизонтали - частота. На всех остальных
рисунках расположение координат такое же.
Однако пассивными можно строить не только трех полосные темброблоки, но и более функциональные шести полосные эквалайзеры. На рисунке 5 приведена принципиальная схема такого эквалайзера. Полосовые фильтры от предшественика отличаются увеличенной добротностью, что ослабляет влияние фильтра на "соседние" полосы. Операционный усилитель так же компенсирует ослабление сигнала вносимое фильтрами. Небольшая оговорка - номинал переменного резистора указан числом и буквой на конце. Число без буквы показывает в каком положении находиться движок переменного резистора, в данном случае это 50%. В данном варианте эквалайзера рекомендуется использование логарифмических переменных резисторов, однако линейные тоже не слишком заметно коробят линейность восприятия регулирования.
Рисунок 5 Принципиальная схема шестиполосного пассивного эквалайзера
УВЕЛИЧИТЬ
АЧХ фильтра выровнена благодаря использованию разных номиналов резисторов сумматора. Дополнительные изгибы АЧХ получились из за использование номиналов стандартной линейки и распредение полос по частотному диапазону не очень равномерное. На рисунках 6-11 показаны измениние формы АЧХ в зависимости от положений переменных резисторов. Для увеличения подъема самых верхних частот необходимо увеличить емкость конденсатора С16 до 68 пкФ, но не более 82 пкФ.
Рисунок 6 Регулировка самой низкой частоты звукового диапазона
Рисунок 7 Регулировка 200 Гц
Рисунок 8 Регулировка 500Гц
Рисунок 9 Регулировка 2000 Гц
Рисунок 10 Регулировка 6000 Гц
Рисунок 11 Регулировка самой высокой частоты.
Как видно из приведенных АЧХ данный эквалайзер имеет не
совсем правильные формы изгибов регулируемых частот, поэтому рекомендовать
его для HI-FI аппаратуры можно лишь в случае острой необходимости введения
эквалайзера и наличии ОЧЕНЬ маленького бюджета на постройку...
Было бы не справедливо обойти вниманием эквалайзеры, вызывавшие
бурю восторга только своим наличием в переносных магнитолах с "отстегивающимися"
колонками. Принципиальная схема одного из таких эквалайзеров приведена
на рисунке 12.
Рисунок 12 Принципиальная схема "балалаечного" эквалайзера.
УВЕЛИЧИТЬ
В принципе регулировку АЧХ он производит, ну а как он это делает показанно на рисунках 13-17. В данном варианте регулятора тембра необходимо использовать только логарифмические переменные резисторы. При сборке этого эквалайзера так же необходимо учитывать тот факт, что он предназначен для малокаскадных трактов усиления звукового сигнала, т.е. имеет свой собственный коф усиления и довольно большой, а входное напряжение не должно превышать 0,05 В.
Рисунок 13 Регулировка НЧ
Рисунок 14 Регулировка НЧСЧ
Рисунок 15 Регулировка СЧ
Рисунок 16 Регулировка СЧВЧ
Рисунок 17 Регулировка ВЧ
Более предсказуемым по линиям изгиба АЧХ является регулятор тембра, схема которого показана на рисунке 18. В этом варианте частото зависимые цепи включены в обратную связь операционного усилителя, что позволило контролировать диапазон регулировки и довольно заметно снизить уровень THD Первый ОУ служит буферным усилителем-повторителем.
Рисунок 18 Принципиальная схема темброблока с использованием обратной
связи операционного усилителя
УВЕЛИЧИТЬ
Зависимости АЧХ от крайних положений переменных резисторов регулятора показаны на рисунках 19-21.
Рисунок 19 Регулировка НЧ
Рисунок 20 Регулировка СЧ
Рисунок 21 Регулировка ВЧ
И форма, и диапазон регулировок, и уровень THD для данного
варианта регулятора тембра по сути для бытовых условий практически идеальны.
Следующий регулятор тембра имеет уже шесть полос регулирования, причем для каждой полосы используется отдельный операционный усилитель. Оригинальный вариант этого эквалайзера был пятиполосным, однако расширив количество полос и используя счетьверенные операционные усилители можно обойтись всего навсего 4-мя корпусами DIP14 для стереофонического варианта, вместо 16-ти DIP8, которые потребовались бы при использовании одинарных ОУ. Принципиальная схема этого эквалайзера приведена на рисунке 22. Этот вариант уже можно смело называть графическим эквалайзером, поскольку при использовании ползунковых переменных резисторов устанвленных в одну линию будет уже визуально видно общую АЧХ эквалайзера, т.е. графическое отображение произведенных регулировок.
Рисунок 22 Принципиальная схема шестиполосного графического эквалайзера.
УВЕЛИЧИТЬ
На рисунках 23- приведены кривые показывающие измение АЧХ в зависимости от изменения сопротивления регулирующих резисторов.
Рисунок 23 Регулировка 20 Гц.
Рисунок 24 Регулировка 100 Гц.
Рисунок 25 Регулировка 500 Гц.
Рисунок 26 Регулировка 2000 Гц.
Рисунок 27 Регулировка 1000 Гц.
Рисунок 28 Регулировка 20000 Гц.
Как видно из рисунков кривые изменения АЧХ имеют достаточно
симметричную форму как в частотном диапазоне, так и в предела увеличения-уменьшения
той или иной полосы, что позволяет использовать данный эквалайзер в аппаратуре
среднего и высокого класса.
Использование полосовых фильтров может быть организовано не только так, как в предыдущем варианте, но и несколько иначе. Примером может служить эквалайзер показанный на риснке 29. Каждый полосовой фильтр по сути это электронный аналог соединенных последовательно конденсатора и катушки индуктивности.
Рисунок 29 Принципиальная схема шестиполосного графического эквалайзера.
На рисунках 30-35 показанны АЧХ при крайних положениях переменных резисторов. Кстати сказать, диапазон регулировок можно немного расширить умешив номиналы резисторов по "краям" перемеников, но не менее чем 1,5 кОм. Добротность фильтров конечно оставляет желать лучшего, тем не менее схемотехника данного эквалайзера довольно популярна.
Рисунок 30 Регулировка 30 Гц
Рисунок 31 Регулировка 90 Гц
Рисунок 32 Регулировка 200 Гц
Рисунок 33 Регулировка 700 Гц
Рисунок 34 Регулировка 2000 Гц
Рисунок 35 Регулировка ВЧ
Частотный диапазон немного сдвинут в НЧ сторону,
поэтому лучше персчитать, если планируется использовать данную конструкцию
не в бытовых условиях.
Еще один вариант шестиполосного эквалайзера показан на рисунке 36. По схемотехнике данный регулятор тембра представляет собой шесть полосовых фильтров, сигналы после которых просто суммируются и усиливаются буферным усилителем. Свой собственный коф усиления у этого варианта достаточно большой, поэтому входной усилитель Х1 служит делителем входного сигнала, т.е. изначально ослабевает его.
Рисунок 36. Принципиальная схема графического эквалайзера на ОУ
УВЕЛИЧИТЬ
При построении АЧХ эквалайзера выяснилась довольно интересная вещь - данный регулятор только усиливает выбранную полосу, а ослабление настолько маленькое, что им можно принеберечь (рисунок 37).
Рисунок 37 Измение АЧХ в зависимости от положения движка переменного резистора
Х2.
Разумеется, что такое поведение вызвало подозрения в правильности переноса принципиальной схемы в симмулятор. Тщательная проверка ошибок не выявила, поэтому было решено проверить что собственно происходит в самих фильтрах в зависимости от измения положений переменных резисторов. Для начала ВСЕ движки переменных резисторов были перемещены в положение увеличивающее подъем каждой полосы и на выхода ОУ Х10-Х17 былы сняты АЧХ. То, что получилось глаз порадовало - измение формы довольно симметричныи и добротность не плохая (рисунок 38).
Рисунок 38 АЧХ каждого фильра при увеличении коф усиления фильтров
Далее движки переменных резисторов передвинули на уменьшение каждого фильтра и снова сняли АЧХ на выходе каждого фильтра. Картина получилась тоже весьма краисвая - ни частота, ни добротность не изменились (рисунок 39).
Рисунок 39 АЧХ каждого фильра при уменьшении коф усиления фильтров
Чтож в таком случае происходит, если
и диапазон регулировок фильтров и добротность хорошие а в финале подъем
всего на 9 дБ, а завал и тоо меньше?
Ответ на этот вопрос довльно прост. Виновата во всем схемотехника
эквалайзера, а именно суммирование сигналов после полосовых фильтров.
Дело в том, что при увеличении амплитуды одного участка частотного диапазона
проходя сумматор сигнал довоьно сильно ослабляется и в результате увеличение
амплитуды происходит не на 20 ожидаемых дБ, а всего на 9 дБ. При ослаблении
амплитуды одного участка частотного диапазона само слабление происходит,
но только в фильтре, а на выходе сумматора это ослабление компенсируется
ровными АЧХ на ослабляемом участке другими фильтрами. Таким образом чем
больше будет полос в эквалайзере по этой схемотехнике, тем меньше будет
диапазон регулировки.
Исходя из всего выше сказанного можно сдеелать вывод, что
автор этой публикации ВСЕ расчеты делал
собрав всего один-два фильтра и все расчеты и замеры проводились не в
полноценном устройстве, а лишь используя его фрагменты, посколькув готовм
устройстве не возможно получить пятиполосный эквалайзер с диапазоном регулировки
±12 дБ, особенно -12 дБ.
Однако совсем говорить ФУУУУ!!! на эту схемотехнику
не стоит, поскольку на ее базе можно построить довольно не плохой регулятор
тембра НЧ-ВЧ, причем поъем-завал будет происходить именнотам, где нелинейность
АЧХ акустической ситемы максимальна и где чаще всего требуется немного
приподнять амплитуду. Для этого необходимо оставить лишь верхний и нижний
полосовые фильтры, а номиналы резисторов R37, R44 и R46 уменьшить до 10
кОм. В результате получиться вполне достойная регулировка АЧХ на краях
звукового диапазона (рисунок 40).
Рисунок 40 Форма изменения АЧХ при крайних положениях движков перменных резисторов "укороченного" эквалайзера.
Эти же фильтры можно использовать в устройствах, где требуется
только подъем АЧХ на определенной частоте или выделения какой то частоты,
напрмер спектранализатор или светодинамическая установка (цветомузыка).
Примером реализации может быть следующее
описание.
В качестве следующего устройства для корректировки АЧХ рассмотрим принципиальную схему эквалайзера с регулируемыми полосовыми фильтрами и не совсем обычной схемотехникой. Принципиальная схема этого устройства покзана на рисунке 41.
Рисунок 41 Принципиальная схема профессионального пятиполосного эквалайзера.
УВЕЛИЧИТЬ
От предыдущих вариантов данный эквалайзер отличается прежде
всего использованием двух операционных усилителей для одного полосового
фильтра. Это увеличение деталей прежде всего окупается получением дополнительных
возможностей, а именно возможностью регулировки частоты псевдорезонанса
фильтра и регулировки добротности. Это в совю очередь полностью исключает
подбор частотозадающих элементов (в эквалайзера рекомендуется
использовать детали с разбросом не более 1%, в противном случае необходим
подбор для получения необходимых частот и аналогичности регулировок в
стереофонических вариантах). Кроме этого, если подстроечные резисторы
на 22 кОм в полосовых фильтрах заменить на 10 кОм и соеденить последовательно
с переменными на 22 кОм можно получить параметрический эквалайзер имеющий
гораздо большие возможности по сравнению с графическими эквалайзерами.
Главным достоинством параметрических эквалайзеров является возможность
регулировки не только уровня той или иной частоты, но и выбирать саму
частоту, а так же изменять крутизну завалов или подъемов изменяемой частоты.
Имеено по этому трехполосный параметрический эвкалайзер предпочтительней
пятиполосного графического, ну а про пятиполосный параметрический эквалайзер
и говорить нечего - это устройство для студий звукозаписи и требует подготвленного
оператора.
Но вернемся к схеме и пока расмотрим работу одного полосового
фильтра. На рисунке 42 показано изменение АЧХ всегоустройства при максимальной
и минимально добротности среденчастотного полосового фильтра (точно так
же происходит изменение добротности в остальных фильтрах).
Рисунок 42 Измение добротности, регулируется резисторами Х14-Х18.
Рисунок 43 Измение частоты, регулируется резисторами Х8-Х12.
На рисунке 43 показаны изменения частоты полосового
фильтра. На рисунках довольно четко просматривается волнообразность
частотной характиристики на краях регулируемой частоты. Появление
этого эффекта связано с необоснованным увеличением диапазона регулировки
- до уровня ±16 дБ, что само по себе уже слишком большой диапазон.
При снижении диапазона регулировки (увеличением номинала резисторов
R1-R5) можно добиться довольно существенного уменьшения этой волнообразности
и при диапазоне ергулировки ±12 дБ максимальные пики "волн"
будут на уровне 1-1,5 дБ, что на слух уже довольно затруднительно
различить.
На рисунке 44 приведена принципиальная схема десятиполосного
графического эквалайзера с использованием той же схемотехники. По
сути от предыдущей эта схема отличается лишь увеличенным количеством
полос, все остальное полностью одинаковое.
Рисунок 44 Принципиальная схема десятиполосного графического эквалайзера.
УВЕЛИЧИТЬ
Примерная чатотная полоса в данном варианте настраивается соответсвующими резисторами и имеет вид, показанный на рисунке 45, хотя может быть изменена в зависимости от потребностей конкретного звукорежисера.
Рисунок 45 Примерная частотная сетка десятиполосного эквалайзера.
УВЕЛИЧИТЬ
Ну вот собственно и все основные варианты регуляторов тембра со всеми плюсами и минусами.