Еще один компандер

Автор: Владимир Никифоров (г. С.-Петербург). Хочу предложить вашему вниманию схему компандерного шумоподавителя, имеющего двойное линейное сжатие при записи и последующее расширение при воспроизведении (под словом линейное подразумевается шкала децибел, а если считать в отношениях, то зависимость квадратичная). За основу взят шумоподавитель из магнитофонной приставки "Орбита 201" (челюсть). Изначально это был вариант "Dolby-B". Но, как известно системы "Dolby" весьма специфичны, им необходима высокая симметричность канала запись-воспроизведение, в противном случае при воспроизведении будут в той или иной мере нарушены параметры сигнала, такие как: АЧХ, ФЧХ, динамический диапазон. На рисунках 1,2 и 3, представлены АЧХ систем шумопонижения Dolby-B, Dolby-C и Dolby-S соответственно. Из которых видно, что характеристики данных систем не линейны как в частотном, так и в динамическом диапазоне. Я ничуть не хочу принизить заслуг Рэя Милтон Долби, но как сказал Николай Сухов, в статье "Hi-Fi правда и High-End сказки" журнала "РадиоХобби"; -"и на солнце есть пятна".

Рис.1

Рис.2

Рис.3

Опять же, ссылаясь на статью Николая Сухова "Hi-Fi правда и High-End сказки", хочу полностью с ним согласиться, что система шумопонижения dbx (David Blackmer eXellence) Inc. наиболее пригодна для аппаратуры магнитной записи звука, в связи со своей линейностью в частотном и динамическом диапазоне.

Исходя из выше изложенного я, хочу предложить вам переделку шумопдавителя входящего в состав магнитофона приставки "Орбита 201". Что из этого получилось, можете оценить.

Принцип работы данного устройства основан на сжатии динамического диапазона при записи, с последующим расширением при воспроизведении. Подобный компандер был описан Р.Терентьевым в статье "Компандер для магнитофона" журнал "Радио" ?11 за 1981 год. Разница заключается в том, что в компандере Терентьева присутствует компаратор, и цепь регулирования разбита на две части (в схемном решении даже на три, для получения полуторного сжатия). В моем компандере отсутствует компаратор, он заменен линейным детектором, а в цепи регулирования используется один активный элемент. Характеристика моего компандера построена по двум точкам А и Б смотри рисунок 4. (Между двумя точками можно провести одну прямую). "Можно проложить и кривую"- скажете вы и будете абсолютно правы. Но путем оптимизирования характеристик регулирования и линеаризации характеристик детектора мне удалось добиться весьма не плохих результатов. Изменяя место положение точки А (в разумных пределах) можно регулировать степень сжатия динамического диапазона.

Рис.4

Схема построения его достаточно проста и на первый взгляд может показаться, что это просто система автоматической регулировки уровня записи. Но ведь все системы компандерного типа являются своего рода АРУЗ с единственной разницей, что в них заложен алгоритм амплитудного (частотного) изменения выходного сигнала относительно входного.

Деталей в данной конструкции немного, за исключением некоторых удалось обойтись деталями родной платы "Орбиты 201".

Технические данные компандера "Com_Ex-2" Коэффициент сжатия-расширения - 2 (логарифмическая шкала) Нелинейность характеристики компрессирования (экспандирования)(0-60dB) не более _ 1dB ---------------------------------(-60-70) не более _ 3dB Динамический диапазон: входных сигналов .................................................70dB сигнала записи .................................................35dB сигнала воспроизведения ..........................................70dB уровень входного сигнала .........................................500 mv(0dB) уровень выходного сигнала запись .................................600 mv(0dB) уровень выходного сигнала воспроизведение ........................500 mv(0dB) уровень шума компрессора (измерено на выходе А3 (см.схему) при выведенном в нижнее положение резисторе R1) ..................-65dB уровень шума экспандера (без усилителя воспроизведения) измерить не удалось (слишком мал) уровень шума экспандера (с усилителем воспроизведения "Орбита201") c характеристикой взвешивания (А)...............................-72dB полоса пропускания ...............................................20-20000 Гц (выше 20 Кгц сигнал обрезается входным фильтром) коэффициент гармоник: при записи (воспроизведении) уровень 0dB 100 Гц - 0,08% (0,02%) 400 Гц - 0,08% (0,02%) 1600 Гц - 0,1% (0,01%) 6400 Гц - 0,12% (0,07%) 10000 Гц - 0,12% (0,02%) при записи (воспроизведении) уровень -20dB 100 Гц - 0,02% (0,02%) 400 Гц - 0,02% (0,02%) 1600 Гц - 0,01% (0,01%) 6400 Гц - 0,01% (0,02%) 11000 Гц - 0,04% (0,05%) входное сопротивление запись, воспроизведение ..........................................10кОм время атаки (отката) Сек..........................................0,05 (~0,5)

На рисунке 5 изображена схема одного канала компандера. (Примечание: в принципиальной схеме отсутствуют элементы цепей питания и корректирующие конденсаторы операционных усилителей). Второй канал абсолютно идентичен; он выполнен на вторых половинках микросхем А1,А2,А3 и А4.

Компандер выполнен на микросхемах хорошо зарекомендовавшей себя 157 серии, А1,А2,А3 - 157УД2 операционный усилитель с малыми шумами, что весьма немаловажно для систем шумопонижения. А4 - 157ДА1 усилитель детектор.

Рис.5

Принципиальная схема: при записи (переключатель S1 находится в нижнем положении) входной сигнал уровнем 500 mv поступает на фильтр нижних частот второго порядка. Фильтр необходим для отсекания частотных составляющих выше 20 Кгц. Так как частоты, не входящие в звуковой диапазон, для компандера являются паразитными. Пройдя фильтр, сигнал попадает в цепь регулирования, состоящую из резистора R5 и канала полевого транзистора Т1 выступающего в роли переменного резистора управляемого постоянным напряжением. Как неоднократно отмечалось в литературе и, исходя из собственного опыта, диапазон регулирования на одном полевом транзисторе (при линейной характеристике регулирования) можно получить порядка 30-40dB. Этого вполне достаточно для построения компандера с двойным сжатием-расширением и динамическим диапазоном до 60-80dB, так как при изменении входного сигнала на 80dB, (10000 раз) сопротивление канала полевого транзистора должно измениться в 100 раз (40db). Цепочка R7,C4 предназначена для уменьшения искажений, вносимых каналом полевого транзистора. Пройдя цепь регулирования, сигнал поступает на линейный усилитель А3 имеющий коэффициент усиления около 50dB. С выхода усилителя А3 сигнал поступает на оконечный усилитель записи, а так же на подстроечный резистор R15 с которого на усилитель-детектор А4. Резисторы R16 и R17 совместно с конденсаторами C7,C8 являются фильтром детектора. Эти же элементы отвечают за скорость обработки входного сигнала компандера с резким нарастанием (атака). После прохождения фильтра сглаженное напряжение положительной полярности через R18 и R8 поступает на затвор полевого транзистора тем самым, регулируя сопротивление его канала. Резисторы R10,R11 предназначены для установки начального напряжения смещения транзистора T1. Диод D3 отсекает выбросы положительного напряжения детектора, не пропуская их на затвор полевого транзистора. Цепь, состоящая из переключателя S2, резистора R12 и диода D2 предназначена для отключения канала регулирования. Резистором R12 также можно регулировать динамический диапазон компандера.

При воспроизведении (переключатель S1 находится в верхнем положении) сигнал с предварительного усилителя поступает на подстроечный резистор R4, предназначенный для установки номинального уровня воспроизведения 500 mv на выходе операционного усилителя А2. С выхода операционного усилителя А2 через резистор R6 сигнал поступает на его инвертирующий вход, а так же через переключатель S1 и конденсатор C3 на полевой транзистор, образуя тем самым регулируемую отрицательную обратную связь. Дальше сигнал проходит тот же путь, что и при записи А3,А4. Вся прелесть данного включения заключается в том, что при изменении входного сигнала на входе операционного усилителя А2 выходной его сигнал изменяется зеркально сигналу записи, который снимают с выхода усилителя А3. Так как при записи канал полевого транзистора Т1 регулирует уровень сигнала, а при воспроизведении он регулирует уровень обратной связи. (Смотри Рис.6,7.)

Рис.6 Рис.7

Конструкция и детали: как уже отмечалось, компандер выполнен на плате шумоподавителя МП "Орбита-201". В ней я заменил транзисторную сборку 504НТ1Б на транзисторы КП302Б, так как начальное сопротивление канала КП302Б порядка 50 Ом, что дает больший запас регулирования, по сравнению с 504НТ1Б (R канала ~ 1 кОм). Транзисторы Т1 обоих каналов желательно подобрать с одинаковым напряжением отсечки, для лучшей симметрии каналов (хотя я этого не делал). А также я заменил микросхему в канале дополнительной обработки (применительно к Dolby-B "Орбита 201") 157УД2 на 157ДА1, так как 157ДА1 имеет двухполупериодный детектор высокой линейности. Двухполупериодность весьма хорошо отражается на коэффициенте гармоник, особенно на низких частотах, а линейность детектирования позволяет выдержать весьма высокую точность обработки сигнала в большом динамическом диапазоне. Сопротивления резисторов R5 и R6 должны иметь минимальный разброс, чтобы не нарушалось зеркалирование процесса запись-воспроизведение. Переключатель S1 нужно использовать механический либо реле (я использовал РЭС-60), так как при использовании электронных ключей в цепь регулирования будет вноситься их паразитное сопротивление, что приведет к нелинейности регулирования. Конденсаторы в цепи частотной коррекции операционных усилителей А2,А3 (на схеме они не указаны) необходимо выбрать как можно меньше, для устранения завала АЧХ А2,А3 в области высоких частот. В качестве S2 можно использовать ключ на p-n-p транзисторе, объединив при этом оба канала компандера.

Настройка: при правильно собранной схеме регулировка заключается в следующем; установив переключатель S1 в положение запись, а R15 в нижнее по схеме положение, на вход компандера подают сигнал 8,9mv частотой 1кГц (контролируют на выходе А1). Подключив милливольтметр на выход записи А3, резистором R10 устанавливают уровень 600mv. Далее уровень входного сигнала повышают до 500mv и с помощью подстроечного резистора R15 добиваются выходного уровня записи так же 600mv. После этого входной сигнал ослабляют на 70dB и проверяют уровень сигнала на выходе А3, он должен быть 8,9mv(-3dB). При его не соответствии подстраивают резистор R10. В конце процедуры настройки необходимо проверить линейность характеристики компрессирования. Для этого на вход компандера подают поочередно уровни 0dB,-10dB,-20dB и так далее до -70dB, проверяя при этом выходной уровень 0dB,-5dB,-10dB,....-35dB соответственно. Отклонение не должно превышать 1dB в диапазоне от 0 до -60dB и 3dB в диапазоне от -60 до -70. В случае отклонения от нормы подстраивают R10 и R15. Затем, включив S2 и установив уровень входного сигнала -40dB подстроечным резистором R12 устанавливают уровень выхода записи 6mv.

Дальше переходят к настройке воспроизведения. Установив переключатель S1 в положение воспроизведение, воспроизводят тестовую запись с уровнем 0dB частотой 1Кгц. Подстройкой резистора R4 устанавливают уровень на выходе А2 500mv. На этом настройку можно считать законченной.

Владимир Никифоров

С Петербург.

Измерения я проводил при помощи компьютера со звуковой картой OPTi-929A, Софт "SpectraLAB" фирмы Sound Technology.

Заранее прошу извинения, если что-то криво написано.

Если возникнут какие вопросы буду рад ответить. Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Представляю характеристики звуковой карты, с которой производилось тестирование. (Если возникнут вопросы, откуда я взял все параметры).

Графики тестирования я не предоставляю из-за слабости компьютера, он у меня 386й и страшно при этом деле тормозит. Но если понадобится, могу впоследствии прислать.

Шумовые характеристики приведены на рисунке 1

Рис.1

Коэффициент гармоник представлен на рисунке 2.

Рис.2

На рисунке 3 представлены интермодуляционные искажения

Рис.3

Дата размещения: 28-06-1999






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.