ハイファイとボリュームコントロール。スキーム、説明

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Hi-Fiとボリュームコントロール。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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おそらく引用から始めましょう。「信号レベルを調整する作業、つまり「音量」は、オーディオ機器の回路において最も困難な問題の 1 つです。」[2]。ここで著者は、問題を大幅に単純化して、そのような概念を「信号レベル」と「ラウドネス」と同一視し、レベル制御について説明します。信号レベルは、オーディオ (だけではありません) 周波数のアンプの回路分野の概念です。ここでは「レベル制御」または「ゲイン制御」という用語が使用されます。また、ラウドネスは生理音響学の分野の概念であり、「ラウドネス」、「ラウドネスレベル」などが使用されます [XNUMX]。

「ラウドネス」の概念は、オーディオエンジニアやサウンドエンジニアが使用する「信号レベル」という用語よりもはるかに複雑で、音声増幅経路のさまざまな点での電圧量（ボルトまたはデシベル）を示します。レベルコントロールは、ボリュームコントロールとは異なり、周波数に依存しないデバイスです。「薄く補正されたボリュームコントロール」（トートロジーのような匂いがする！）というものさえあり、これは聴覚の特性を考慮したコントロールを意味します。先ほど挙げたものと似た「生理学的ボリュームコントロール」という用語について言及する価値があります。確かに、Hi-Fi 機器のボリュームコントロールは、通常、補正が低く、生理的なものです。そこではスノッブの気まぐれが多額のお金で満たされるため、「ハイエンド」（ハイエンド）の機器は考慮しません。贅沢は必須です！

人間の耳の感度は周波数に依存することが知られています [3]。したがって、異なる周波数で等しく知覚される音量は、異なる音圧レベルに対応します。この依存性は、「等ラウドネス曲線」で図示されています (図 1)。特定のサウンドプログラムの高品質な再生を保証するには、等ラウドネス曲線に焦点を当てて、対応する聴覚感度の違いを補償する必要があります。このタスクは、薄く補正されたボリュームコントロールを実行するように設計されています [2]。

Hi-Fiとボリュームコントロール

ただし、このようなレギュレータの設計は決して簡単ではありません。重要なのは、等ラウドネスの曲線の形状が曖昧であるということです。それは多くの要因、特にリスニングルームの音響特性、マスキングノイズの存在、リスナーの聴覚特性などに依存します。その結果、場合によっては必要となる補正されたボリュームコントロールの音色も曖昧になってしまいます。それでも、リスナーによれば、平面音波に対して純音の等しいラウドネスの標準曲線を使用すると、良い結果が得られるとのことです。ただし、以下の考慮事項に基づいて調整する必要があります。

音楽番組を聴くとき、音量レベルは通常 90 フォンを超えず、リスナーは聴覚の閾値または室内の騒音レベルまで下げることができます。明確にするために、1 dB に等しい 2 ～ 80 kHz の周波数でのボリューム制御の範囲を採用します。レギュレーターの周波数応答は線形であり、音楽プログラムは最大音量 (80 フォン) に対応するレギュレーターの位置で音色のバランスが取れていると仮定します。この音量レベルから別の音量レベル、たとえば 60 フォンに移行するには、レギュレータの周波数応答の補正が必要です。

図 1 の補正された依存関係から求めるために、L 軸上で 80 dB の分割を通る水平線を引きます (点線で表示)。次に、この直線から等音量 80 von の曲線上にあるいくつかの点までの距離を測定します。さらに、これらの距離は、等ラウドネス６０フォンの曲線上の対応する点から計算される。このようにして得られた新しい座標を通じて、60 フォンの音量レベルに対応する位置でのレギュレーターの調整された周波数応答となる曲線を描きます。

同様に、等音量 80 フォンの曲線に対して。補正された周波数応答は、40、20、および 0 (3) バックグラウンドの音量レベルで構築され、正しいラウドネスに必要な音量コントロールの周波数応答のファミリーが取得されます。 80 dB 音量範囲では、図 2 (実線の太線) に示されています。

Hi-Fiとボリュームコントロール

次に、周波数応答ファミリーが可能な限り最良の方法で必要な周波数応答ファミリーに近づく、薄く補償されたボリュームコントロールを構築する必要があります。 2 kHz より下の周波数範囲では、最小ゲインに対応する曲線は RC 回路の周波数応答で近似できます。図3aに示されています。変曲周波数 f1 の左側のこの特性 (図 3b) は、オクターブあたり 6 dB の傾きを持っています。この回路の抵抗器 R2 を可変にし、その最小抵抗値を R1 よりもはるかに小さく選択するとします。抵抗 R2 を調整すると、回路の伝達係数が変化するとともに、その周波数応答の屈曲周波数も変化します。図 2 からわかるように、3 dB 以内の近似を考慮すると、所望の音量を提供するには、調整中に変曲周波数が LV ラインに沿って移動する必要があります。この場合、fa / fv < 2 であるため、抵抗 R100 の変化範囲は 100 を超えることはできません。一方、図 2 からわかるように、また前述したように、周波数 2 kHz でのレギュレータのゲイン Kp は、80 dB (10000 倍) 変化するはずです。抵抗 R2 も同じ量だけ変化するはずです。

Hi-Fiとボリュームコントロール

2 つの抵抗器 R2 の抵抗値を変更するだけでは、このような変曲周波数のシフトや伝達係数の変更を実現することは不可能であることは明らかです。ただし、直列接続された RC 回路の数を増やすことにより、同時に各回路の抵抗 R20 の調整限界が減少します。この問題は解決できます。すでに 40 つのそのような RC 回路 (2 番目の回路の時定数は最初の回路の 3 ～ XNUMX 倍である必要があります) により、かなり許容できる結果を得ることができます。つまり、実際の周波数応答ファミリー (破線) の曲線の偏差です。図 XNUMX の線）は必要な線（実線）から XNUMX dB を超えません。

2 kHz を超える周波数では、80 ホンから 60 ホンへの音量の減少に伴い、周波数 60 kHz で 5 ホンの曲線にオクターブあたり 3 dB の傾きで屈曲が現れます。さらに音量を聴覚の閾値（レベル 3 バックグラウンド）まで下げると、変曲周波数は 5 kHz から 3 kHz にシフトしますが、曲線の傾きは実質的に変わりません。この周波数範囲では、曲線 3 の背景は、図 4a に示す RC 回路の周波数応答によって近似できます。抵抗R1とR2の値はRC回路と同じです。図3aに示されています。抵抗 R2 が変化しても、変曲周波数 f2 は変化しません (図 4b)。

Hi-Fiとボリュームコントロール

60 フォンから 80 フォンへの音量の増加が、より高いオーディオ周波数の上昇を伴わないようにするために、RC 回路は最大伝達係数で周波数補償を提供する必要があります。これは、抵抗 R2 をコンデンサ C2 で分流することで実現できます。時定数 T2 = R1C1 および x3 が =R2-C2 に等しくなるような静電容量の値です。この場合、ボリューム制御に必要な抵抗 R2 の減少に伴い、時定数 T3 が減少し、RC 回路のカットオフ周波数 (f3=1/2nR2-C2) がより高い周波数にシフトします。一方、変曲周波数 f2 は変更されないため、2 kHz を超える周波数範囲で等しいラウドネス曲線を持つ RC 回路の必要な対応周波数応答が保証されます。

薄く補正されたボリュームコントロールの実際の実装例を図 5 に示します [4, 5]。それに含まれる抵抗とコンデンサの抵抗は、次の関係を使用して計算できます。

R1 = R3 = R：
R4分=R5分=0.01R;
R4max=R5max=10R;
R1C2=R3C3=20MKC;
R4minC4=4000 μs;
R5minC5=100 μs;
R5maxC6=20μs。抵抗 R は 103 ～ 106 オームの範囲で選択できます。図5では、R=510 kΩです。 R5minC5=2000 μs (4000); R4minC4=100μs。

Hi-Fiとボリュームコントロール

R5-C5 回路の短絡を避けるため。レギュレータの出力に接続される AF アンプは、大きな入力インピーダンスと小さな入力容量を備えている必要があります。特に、入力に電界効果トランジスタを備えたオペアンプ上のボルテージフォロワ回路に従って実行できます。レギュレータの前に接続されるアンプの出力インピーダンスは、抵抗 R20 の 2 分の 4 未満でなければなりません。薄く補正されたボリュームコントロールの可変抵抗器は 5 倍にする必要があります。この場合、それらの機能はフォトレジスタ R10、R1 によって実行され、レジスタ R1 は調整器として機能します。白熱灯HL0,06を流れる電流を変化させます。ボリューム制御に使用されるフォトレジスタ SFZ-6,3 は高速 (時定数 - 20 秒未満) と必要な抵抗変化範囲を備えています。白熱灯 (超小型) - NSM (6 Vx18 mA)。流れる電流は XNUMX ～ XNUMX mA の範囲で変化します。フォトレジスタは白熱灯の近くに配置され、レギュレータ全体は不透明な金属スクリーン内に配置されます。

図 5 は、ステレオアンプの 104 チャンネル制御を示しています。その中で、106 から 20 オームの範囲で変化したときに抵抗値の差が XNUMX% 以内になるように、異なるチャネルでペアのフォトレジスタを選択する必要があります。そうしないと、ボリュームを変更したときにチャンネルの不均衡が目立ちます。

ステレオバランスは抵抗R9により±6dB以内に調整されます。コンデンサC7、CBは、可変抵抗器によって発生するガサガサ音やパチパチ音を除去します。

可変抵抗器 R10 は線形レギュレーション特性を持たなければなりません。固定抵抗器 - 公称値からの抵抗偏差が ± 5% 以内。コンデンサC1。 C4、C5 - 紙MBM、残り - セラミック。コンデンサ C6 の静電容量は、装置の静電容量と、ボリュームコントロールの出力に接続されたアンプの入力静電容量によって決まります。白熱灯は安定化電源から電力を供給する必要があります。

レギュレーターの調整は、結局、Kn = 0 dB での周波数応答の直線性 (C6 を選択) を確保し、ステレオアンプのさまざまなチャンネルでさまざまなボリュームレベルでその周波数応答ファミリーの同一性を確認することになります。

レギュレータの別の例を図 6 に示します。軸の回転角度に対する抵抗の線形依存性を持つデュアル可変抵抗器を使用します (グループ「A」)。ステレオレギュレーターの場合、XNUMX つのデュアル可変抵抗器を使用する必要があります。両方の抵抗器が取り付けられているパネルにボリュームレベルスケールが適用されている場合、このような解決策はバランスの調整に特に問題を引き起こしません。

Hi-Fiとボリュームコントロール

クワッド抵抗器を使用しようとすると、大きな困難に直面します。第一に、それは私たちの地域では非常に珍しい「鳥」であること、第二に、その抵抗器の抵抗値のばらつきが大きいこと、そして第三に、バランスレギュレーターが追加で必要であるため、全体の設計は簡素化されません。デュアル抵抗器の抵抗値のばらつきは、この回路ではまったく許容できます。二重抵抗器の抵抗値が異なる場合は、指定された比率に従ってコンデンサの静電容量を再計算する必要があります。抵抗 R3 と R5 は、可聴範囲外の低周波数の上昇を止める役割を果たします。

可変抵抗器のスライダーを上の位置にすると、レギュレーターのゲインは -6 dB になります。周波数 2 kHz での調整範囲は 80 ～ 85 dB です。必要な AMX からの偏差 - ±2 dB 以内。レギュレータの負荷抵抗が 1 MΩ より大きく、負荷容量が 50 pF より小さい場合。コンデンサC1。 C3. C5 - フィルム、残り - マイカ。レギュレーターの調整 - はい、調整は必要ありません。

最後に、大音量の音楽のみを聴く場合は、10 ～ 15 dB の制御範囲のレベル制御があれば十分だと言えます。しかし、最寄りの公園から聞こえてくるような静かな音楽の魅力を感じたい場合は、このボリュームコントロールを作成してください。後悔することはありません。

文学

A.ニキチン。 Hi-Fi機器のボリュームコントロール。 - ラジオホビー、2002 年、第 2 号、63 ページ。
TerekhovP.ボリュームコントロールについて。 -ラジオ、1982年、第9号、S.42。
ツヴィッカー E. フェルドケラー R. 情報の受信機としての耳。 - M .: コミュニケーション。 1971年。
I. プガチェフ。大音量で補正されたボリュームコントロール。 - ラジオ、1988年。N911.C.35。
ソ連の作者証明書第1390776号。 - ニュースレター「発見、発明...」。 1988年、第15号。

著者：I。Pugachev、ミンスク

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