Регуляторы уровня/громкости

[Игорь Гапонов]

Тема отделена. [Tommy]

Тема регуляторов уровня сигнала в звукотехнике заслуживает отдельной ветки. Как правильно указывают из определённых змеиных ресурсов инета, тема раскрыта не полностью.

Не знаю, обсуждения были на Портале или нет....

Мне кажется, что точные ссылки на литературу по этому вопросу может дать Гэгэн и, вообще, тот, кто застал ещё старую, "проводную", школу в технике связи. Я кое-что помню из курсов ТЛЭЦ, кое-что на других кафедрах преподаватели говорили, кое-что есть у меня в библиотеке. Но книг, типа, монографий или с главами, полностью посвящёнными этой теме, у меня нет. Однако, помня основные принципы построения различных регуляторов, я несколько раз реализовывал в трактах нужные по собственным задумкам "крутилки".

О "600-х Омах".
Исторически (может я ошибаюсь, поправьте) их колыбель находится в В.Британии. Пассивными 600-омными регуляторами со свойствами постоянства вх. и вых. сопротивления активно пользовались в радиовещании, в частности на BBC. Симметричный(с реверс-свойствами) и сбалансированный 600-омный регулятор в своё время так и назывался- "Регулятор BBC". В основе его построения лежит частный случай из схемотехники т.н. "резистивных удлинителей" - "перекрытая Т-схема", или "Т-мост". Для сбалансированности отн. "земли" этот "Т-мост" дополнен своим "горизонтальным зеркальным отражением". И так далее. Короче, рисовать надо.

У Горшкова "Радиоэлектронные устройства" (в серии ВБРл, книги мои запакованы, очередной переезд ) есть небольшая глава, посвящённая этому на "любительском" уровне. Уровень довольно высокий. Да и вся книжка хорошая.

В моём хламе есть оригинальный измерительный децибельник (ещё в Непперах ) фирмы RCA 40-затёртого года (лендлиз?) для 600-омных линий, с фетишистским так, что у некоторых башню сносит, стрелочным индикатором.

 

[Рижанин.]

Сейчас кое-где появляются DAVEN ATTENUATOR из старой студийной техники. Именно Т-мостового типа с разным количеством шагов и с разным импедансом. На проволочных резисторах с очень качественным галетником.
Альпсы и проч. - отдыхают.

 

[Игорь Гапонов]

Мы с Одесситом для входных регуляторов применяем в особо ответственных случаях )) исключительно коммутируемые резисторы.

У обычной схемы регулятора (потенциометрической) при его нагрузке сеточной цепью лампы входное сопротивление на НЧ постоянно, но выходное гуляет в зависимости от положения ручки (коэфф.ослабления) от Rист||Rрег. до нуля через максимум (Rист+Rрег)/4.Тут неприятность как раз в "плавании" этого выходного сопротивления. Если предположить, что входная ёмкость какскада, типа, 100пФ, то для достижения "одесских" 200кГц необходимо, чтобы Rист+Rрег<32кОм. Для "визардовских" 1МГц- 6,4кОм. Традиционно требуют от источника в десятеро меньшее сопротивление, чем его нагрузка. Вот и получается: "по-одесски"- Rист<3,2кОм; "по-визардовски"- Rист<640Ом.

Однако, из "схемотехники децибельников" известны решения, позволяющие работать с более высокими сопр. источников и регуляторов на этих же частотах. Это так называемые скомпенсированные частотнонезависимые делители. Пример- щуп осциллографа 1:10. Но для реализации такой штучки необходимо реализовать ПОСТОЯННОЕ и НЕЗАВИСИМОЕ от коэфф. ослабления ВЫХОДНОЕ сопротивление регулятора. Это раз. Постоянное выходное сопротивление регулятора позволяет добиться также НЕЗАВИСИМОСТИ ЛИНЕЙНЫХ параметров входной цепи усилителя от коэфф. ослабления. Т.е. ещё одна неопределённость при прослушивании и/или сравнении фонограмм исчезает. Это два. Надо, по-моему, прежде всего соблюсти условие постоянства выходного сопротивления системы: регулятор уровня+источник сигнала. Можно, короче, сконструировать регулятор уровня с "гуляющим" в пределах нормы и далеко ненулевым входным сопротивлением, но зато с постоянным выходным.

А можно и с тем и с тем . И даже без хлеба ((с) Пух).

"Т-схемы" бывают разные. В обычной - три элемента(резистора), соединены "звездой". Свободный контакт одного из элементов соединён с общим проводом... и т.д. В "перекрытой(мостовой) Т-схеме"- четыре элемента. Три соединены как обычно, четвёртый "горизонтальные" два элемента "перекрывает". При подключении нагрузки к выходу такой схемы видно, три элемента схемы+нагрузка (всего 4) включены классическим мостом, а четвёртый элемент "перекрытой Т-схемы" включен в диагональ этого моста. Отсюда и эти два названия.
При соблюдении условия баланса этого моста и наблюдаются свойства, указанные выше. Ещё одним свойством таких перекрытых схем является их "удлиняющая способность" (термин из области "длинных электрических линий", где оно вовсю раньше и применялось). Т.е. согласования по входу и выходу у перекрытой Т-схемы меньше влияют на её свойства, чем у неперекрытой, обычной. Свойства "удлиняются" .

Рижанину. Это то, что надо!

 

[AndreasS]

При величине регулятора ниже 150 kOhm и входной емкости обычных малосигнальных ламп изменение верхней границей диапазона неошутимо.

Надо учитивать, что требование к низкоомными регуляторями перемещает проблемы к источнику сигнала: растут НЛИ выходного каскада источника, потеряем уровня сигнала и вследствие ухудшается отножение сигнал/шум (чувствительность усилителя).

Andreas

 

[Tommy]

Надо учитивать, что требование к низкоомными регуляторями перемещает проблемы к источнику сигнала: растут НЛИ выходного каскада источника, потеряем уровня сигнала и вследствие ухудшается отножение сигнал/шум (чувствительность усилителя).

Andreas

Думаю, проблема ухудшения соотношения сигнал/шум в усилителе мощности при входном сигнале более 1В не стоит выеденного яйца. Мне, например, все равно какое будет это соотношение, 90 или 110дБ

 

[AndreasS]

Надо посмотреть на целую цепь усиления. Конечно, при уровне сигнала +6 dB отножение сигнал/шум не играет первую роль, еще меньше при уровне (допустим) +22 dB .

Но + 6 dB уровень "чистого" сигнала - that's no free lunch..., только результат предварительного усиления.

Если согласуем входное сопротивление с внутренным сопротивлением источника сигнала, то ослабляем сигналное напряжение на -6 dB, получаем 3 dB менее шума..., в сумме теряем 3 dB динамического диапазона.

Поэтому я голосую для согласованию по напряжению (R out << R in).

Andreas

 

[Игорь Гапонов]

При величине регулятора ниже 150 kOhm и входной емкости обычных малосигнальных ламп изменение верхней границей диапазона неошутимо.

Допустим, Rист.=0, а Rрег.=150 кОм. Схема регулятора потенциометрическая. Максимальное Rвых. такой схемы в данном случае составит 150/4=37,5 кОм. Верхняя полоса при входной ёмкости в 100 пФ ограничится (-3дБ) частотой f=1/2pix37,5x1000x100x10^(-12)=(~)40кГц-ами. Мы в Одессе "это" слышим . Уж не знаю почему. Может быть "частотное ограничение", накапливаясь от каскада к каскаду, приводит к кое-какой потери звуковой-таки информации? Например, временнОй? Ведь, "сдвиг фазы" на частоте 40кГц в данном случае (45град) УЖЕ на входе съедает более половины своего запаса по пределу "временнОй" заметности: 72градуса "по Одесситам". А "по визарду", вообще,- успешно преодолел этот предел(14,4градуса).

Надо учитивать, что требование к низкоомными регуляторями перемещает проблемы к источнику сигнала: растут НЛИ выходного каскада источника, потеряем уровня сигнала и вследствие ухудшается отножение сигнал/шум (чувствительность усилителя).

Ухудшений в отношении С/Ш, обусловленные входным сорпротивлением регулятора и ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИМИ наводками (а "до 600 Ом, но снизу" и магнитными!) , не происходит! Происходит даже выигрыш в этом отношении. В общем случае, есть кое-какой оптимум между соотношениями Rист.vsRрег. и С/Ш. Вы, наверное, имели ввиду шум входного каскада? Для практически ВСЕХ ИСПРАВНЫХ ламп приведённый ко входу шум (фликкер не учитывается) в актуальной полосе частот составляет единицы микровольт и менее. Поэтому для 100дБ C/Ш допустИмо подавать на вход 0,2-0,5V сигнала .
Проблемы НИ "в классическом виде" таки остаются. Но может их решать другим, "неклассическим" , путём? Каким? Вот, например, некоторые ЦАПы требуют низкоомности в своей нагрузке. Их нелинейные искажения снижаются при уменьшении сопротивления этой нагрузки..... Есть мысли?

 

[AndreasS]

Допустим, Rист.=0,

...Это мечта ..., но низкое выходное сопротивление требует усиления..., усиление не получаем без изкажением сигнала...

...(~)40кГц-ами. Мы в Одессе "это" слышим . Уж не знаю почему. Может быть "частотное ограничение", накапливаясь от каскада к каскаду, приводит к кое-какой потери звуковой-таки информации? Например, временнОй? Ведь, "сдвиг фазы" на частоте 40кГц в данном случае (45град) УЖЕ на входе съедает более половины своего запаса по пределу "временнОй" заметности: 72градуса "по Одесситам".

Я получаю при 90° "absolutely flat filter characteristic"
Точнее: IMHO нет смысла стремить к расширению диапазона передаемвых частот больше слышимых частот, эффективнее использовать этот запас усиления для снижения изкажений и новодов.

...Происходит даже выигрыш в этом отношении...

Я так писаль: выигрыш +3 dB, но потерие уровня сигнала -6 dB, в сумме -3 dB.

...Вот, например, некоторые ЦАПы требуют низкоомности в своей нагрузке. Их нелинейные искажения снижаются при уменьшении сопротивления этой нагрузки..... Есть мысли?

Какие мысли? После ЦАП следует усилитель .

Andreas

 

[wizard]

Я, конечно, повторяюсь, но в линейном УПТ-преде СамодержецЪ использованы регуляторы именно Т-образные с перекрытием.

И это очень хорошо звучит, как правильно заметил Игорь Гапонов.
Здесь, в Москве, это слышно не хуже, чем в Одессе.
В Т-образных мостах с перекрытием наименьшее число резисторов с разными номиналами. В других схемах требуется бОльшая номенклатура резисторов. Проводил специальное сравнение по этому параметру.

В моём случае все регуляторы построены на керамических галетниках на 11 положений 4 направления, т.е.четырёхплатные галетники для регулировки в двух каналах.

Первый регулятор - грубый - имеет шаги: -3, -6, -9, -12, -15, -21, -27, -33, -45 дБ, бесконечность. Переключаются звенья.

Второй регулятор - точный, весь диапазон 6 дБ - имеет 11 шагов по 0,6 дБ, позволяя внутри любого, выбранного предыдущим, грубым переключателем, диапазона уровня тонко для слуха изменить уровень громкости. Переключаются звенья.

Третий регулятор - баланс каналов - имеет +/- 5 шагов от среднего положения по 0,3 дБ каждый шаг.

Все три регулятора имеют согласованное между собой характеристическое сопротивление 600 Ом.

Грубый и точный регуляторы выполнены в виде переключаемых 600-омных звеньев. В работе находятся только два звена из 4-х резисторов каждое. (Без учёта регулятора баланса).

Регулятор баланса - в виде цепочечного (лестничного, цепного) Т-образного с перекрытием регулятора, состоящего из последовательно включенных одинаковых 10-ти звеньев, имеющего постоянное входное сопротивление 600 Ом и постоянное выходное сопротивление в 2 раза меньше входного,т.е.300 Ом, что хорошо при использовании триодов с высокой крутизной, как,например, в Самодержце - 6С45П - меньше влияет мюллеровская ёмкость. Ведь регулятор баланса включён последним в структуре, регулирующей уровень входного сигнала.

А.П.Ефимов, "Радиовещание", М.,Связь, 1975 г., стр.104...107.

Н.М.Панин, "Переменные аттенюаторы и их применение", М.,Энергия, 1971 г. (Массовая радиобиблиотека - МРБ №759).

Журнал "Радио" №3 1961 г, стр.57.

В брошюре Панина на стр. 34 можно увидеть регулятор, называемый на форуме "никитинским".

Там, посредством обыкновенных 5 (!) тумблеров, реализован регулятор на диапазон от 0 до -31 дБ с шагом в 1 дБ.

И такой же регулятор на 5 тумблерах от 0 до -100 дБ с шагом 20 дБ.

Эти регуляторы можно при желании включить последовательно.
Можно заменить тумблеры на реле и простейшим образом реализовать
"никитинский".

 

[Игорь Гапонов]

...Я получаю при 90° "absolutely flat filter characteristic" Точнее: IMHO нет смысла стремить к расширению диапазона передаемвых частот больше слышимых частот, эффективнее использовать этот запас усиления для снижения изкажений и новодов.

В том, что Вы УВЕРЕНЫ, что Вам не слышны 25кГц или 40кГц и т.д., виноваты не Ваши уши, а хай-фай стандарты! Их основа- "кривые равной громкости СИНУСОИДАЛЬНЫХ (чистых) тонов".

Доказательство. (Оно лично для меня исчерпывающее).

Т.к. восприятие звуков не является ЛИНЕЙНЫМ ПРОЦЕССОМ, то говорить о том, что "...раз я не слышу чистого тона в 19,5кГц на уровне от порога слышимости в 90дБ, то я не услышу отсутствия спектральных компонент свыше этих килогерц и ниже этих децибелл в сложном по спектру сигнале" НЕЛЬЗЯ!!!!

...Какие мысли? После ЦАП следует усилитель

О! Мысли должны просто роиться в наших черепных коробках! Например, в "пентодном" каскаде для слишком маленьких и слишком больших нагрузок НИ искажения выше, чем при оптимальном значении нагрузочного сопротивления . Однако, это совсем не означает, что я сторонник "пентодов на входе или выходе".

 

[AndreasS]

В том, что Вы УВЕРЕНЫ, что Вам не слышны 25кГц или 40кГц и т.д., виноваты не Ваши уши, а хай-фай стандарты! Их основа- "кривые равной громкости СИНУСОИДАЛЬНЫХ (чистых) тонов".

Уверен или нет, это тут не вопрос (хотя логика создания стандарда другая).

Каждый усилитель имеет неровностьи АЧХ, этот факт не изменяем даже применением особых регуляторов громкости. Или как Вы достигайте напр. постоянного выходного сопротивления усилительного каскада на триоде (внутр. сопротивление изменяется с током через лампу, а ток определяется сигналом)?
Можно применять ООС... (благодаря избытка широкополосности услителя при выборе ламп с высоком соотножением крутизной характеристики / входной емкости..., подумайте о пентодах...).
ООС уменьшает изкажения, обусловленные сигналом, квадратично к глубине ООС, а изкажения, независимые от сигнала (шум, неровности АЧХ) только линейно к глубине ООС.
Поэтому эффективнее применять ООС в первую очередь для снижения НЛИ и выходного сопротивления до желаемого уровня. Если после этого имеем еще избыток услиления, то конечно можно этим немного выравнивать АЧХ, но надо всегда учитивать фазовой запас.

Andreas

 

[Игорь Гапонов]

Каждый усилитель имеет неровностьи АЧХ, этот факт не изменяем даже применением особых регуляторов громкости. Или как Вы достигайте напр. постоянного выходного сопротивления усилительного каскада на триоде (внутр. сопротивление изменяется с током через лампу, а ток определяется сигналом)?

Как Бог на душу положит. Хотя, есть общетехнические, давно известные методы. И не только связанные с применением ООС.

Можно применять ООС... (благодаря избытка широкополосности услителя при выборе ламп с высоком соотножением крутизной характеристики / входной емкости..., подумайте о пентодах...).

Не обижайтесь, конечно, но я бы на Вашем месте посоветовал мне сразу транзисторы .... Коэфф. широкополосности- штука полезная. Но как тут быть, без ООС???

ООС уменьшает изкажения, обусловленные сигналом, квадратично к глубине ООС, а изкажения, независимые от сигнала (шум, неровности АЧХ) только линейно к глубине ООС.
Поэтому эффективнее применять ООС в первую очередь для снижения НЛИ и выходного сопротивления до желаемого уровня. Если после этого имеем еще избыток услиления, то конечно можно этим немного выравнивать АЧХ, но надо всегда учитивать фазовой запас.

Ну, наверное, Вы что-то другое имели в виду, говоря, что "ООС уменьшает искажения, обусл. сигналом, квадратично к глубине ООС". ООС, согласно общепринятым представлениям, уменьшает любые отклонения выходного сигнала от входного в глубину ООС раз, т.е. просто пропорционально, при неизменном выходном уровне сигнала. Нелинейные в том числе. Только, разрешите я больше эту тему с ООС без особой необходимости трогать не буду. Потому, что....

...мы с Вами принадлежим к разным аудиоконфессиям ....

 

[Tommy]

Или как Вы достигайте напр. постоянного выходного сопротивления усилительного каскада на триоде (внутр. сопротивление изменяется с током через лампу, а ток определяется сигналом)?

В классе А ток через лампу постоянный и не зависит от уровня сигнала, соответственно внутреннее и выходное сопротивление тоже, в первом приближении.

 

[Древний юзер]

В классе А ток через лампу постоянный и не зависит от уровня сигнала, соответственно внутреннее и выходное сопротивление тоже, в первом приближении.

Конечно ток меняется... как тогда усил усиливает?

а Ri определяется как отношение изменения анодного напряжения к изменению анодного тока при неизменных напряжениях на других электродах.

Теперь берем два сигнала скажем 100 Гц и 10кГц В момент пика 100 Гц, для сигнала 10 кГц Ri будет иное чем в среднем положении. Ибо точка на ВАХе другая.
Не стоит забывать что нагрузочная "прямая" есть прямая только на активную нагрузку, на транс это будет эллипс...

Короче гуляние Rвых еще то :roll:

Разное на разных частотах и при разных "смесях" сигналов...

 

[DIP20]

У меня на выходе ЦАП AD825, пользуюсь вот таким РГ. Для неё нагрузка 1к - плевое дело. Главное, что не надо покупать дорогие ALPS'ы или делать схемы на микросхемах/реле, влияние на звук переменника здесь минимально, можно обойтись копеечным, за 1$

 

[Игорь Гапонов]

В классе А ток через лампу постоянный и не зависит от уровня сигнала, соответственно внутреннее и выходное сопротивление тоже, в первом приближении.

"В первом приближении"- согласен. "Независимость" выходного(внутреннего) сопротивления от тока через вак.триод (или другой ус. прибор) предполагает одинаковый наклон к оси анодных напряжений каждой ВАХ из семейства в точках их пересечения с нагрузочной прямой каскада. В случае произвольной из диапазона тех.условий нагрузки для триода все ВАХ-и из семейства должны быть на каком-то своём участке, определяемом этим диапазоном выбора сопр.нагрузки, во-первых, прямыми, во-вторых, параллельными друг другу. За это боремся! Посмотрите на ВАХ-и легендарной AD-1. Сказка!
С другой стороны, уменьшение размаха выходного тока также приводит к уменьшению девиаций внутреннего сопротивления ус.прибора. А это уже по теме "мощные лампы на входе" .

Вообще же, можно так СИНТЕЗИРОВАТЬ нагрузочную КРИВУЮ, что она будет проходить через точки ВАХ с одинаковым наклоном к оси анодных напряжений. В некоторых случаях удаётся также добиться и равного в этих точках коэфф.усиления лампы для всех ВАХ из диапазона входных воздействий. Конечно, это как раз тот случай с НЕЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКОЙ, которая "всё на свете компенсирует" .

 

[AndreasS]

В классе А ток через лампу постоянный и не зависит от уровня сигнала, соответственно внутреннее и выходное сопротивление тоже, в первом приближении.

Ток покоя постоянный...
Изменение напряжения на первой сетке (сигнал) изменяет ток катоды (уравнение Langmuir-Child)..., но это Вы знаете. От тока зависит µ, gm и ra.

Andreas

 

[AndreasS]

... Ну, наверное, Вы что-то другое имели в виду, говоря, что "ООС уменьшает искажения, обусл. сигналом, квадратично к глубине ООС". ООС, согласно общепринятым представлениям, уменьшает любые отклонения выходного сигнала от входного в глубину ООС раз, т.е. просто пропорционально, при неизменном выходном уровне сигнала. Нелинейные в том числе...

Квадратичное соотношение правильно.
Вы были бы прав, если Вы еще добавили: "и при неизменным входном уровне сигнала" . ООС снижает усиление, для достижения прешного уровня входного сигнала требуется допольнительное усиление...
Но мы предпологаем всегда, что используем избыток усиления для ООС.

Andreas

 

[Игорь Гапонов]

Квадратичное соотношение правильно.
Вы были бы прав, если Вы еще добавили: "и при неизменным входном уровне сигнала" . ООС снижает усиление, для достижения прешного уровня входного сигнала требуется допольнительное усиление...
Но мы предпологаем всегда, что используем избыток усиления для ООС.

Andreas

Ну, что ж. У меня в усилителях не существует избытка усиления. В Вашем же случае можно обойтись совсем без ООС, т.к. простое ослабление сигнала на входе приведёт к тому же эффекту. Причём уже для продуктов нелинейности начиная с 4-го порядка уменьшение их влияния будет идти "быстрее квадрата". Например, десятикратное ослабление сигнала на входе уменьшает продукт нелинейности 3-го порядка в 100 раз, 4-го- в 1000 раз ... ну, и так далее...
Я понимаю, Вы скажете, что "введение ООС" заставляет продукты нелинейности уменьшаться ещё быстрее. Но НЕ НАМНОГО БЫСТРЕЕ. Потому, что при форсировании ООС возникают "временной-скоростной" и "энергетические" вопросы, не решённые в теории обратного регулирования до сих пор. И наши уши всё это слышат .

Ещё раз предлагаю тему ОООС больше тут, в этой ветке, не поднимать.

 

[AndreasS]

...У меня в усилителях не существует избытка усиления...

Ясно, но тогда Ваш диапазон передаемевых частот не восможно...

Andreas