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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 Hi-Fi 및 볼륨 조절. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 트랜지스터 전력 증폭기 아마도 다음과 같은 인용문으로 시작하겠습니다. "신호 레벨, 즉 "볼륨"을 조절하는 작업은 오디오 장비 회로의 어려운 문제 중 하나입니다." [1] 여기에서 저자는 문제를 크게 단순화하여 "신호 레벨"과 "볼륨"과 같은 개념을 동일시하고 레벨 제어를 설명합니다. 신호 레벨은 오디오(및 기타) 주파수 증폭기 회로 분야의 개념입니다. 여기서는 "레벨 제어" 또는 "이득 제어"라는 용어가 사용됩니다. 그리고 음량(loudness)은 생리학적 음향학 분야의 개념으로 “loudness”, “loudness level” 등이 사용됩니다[2]. "음량"의 개념은 오디오 엔지니어와 사운드 엔지니어가 사용하고 사운드 증폭 경로의 여러 지점에서 전압의 양(볼트 또는 데시벨 단위)을 나타내는 "신호 레벨"이라는 용어보다 훨씬 더 복잡합니다. 레벨 컨트롤은 볼륨 컨트롤과 달리 주파수 독립적인 장치입니다. 청력의 특성을 고려한 조절기를 나타내는 "얇게 보상된 볼륨 조절기"(동어반복과 같은 느낌!)와 같은 것도 있습니다. 방금 명명된 것과 유사한 "생리적 볼륨 조절"이라는 용어를 언급할 가치가 있습니다. 의심할 바 없이 Hi-Fi 장비의 볼륨 조절은 일반적으로 큰 소리로 보상되거나 생리학적입니다. 우리는 "고급"장비를 고려하지 않을 것입니다. 왜냐하면 그들은 많은 돈을 들여 속물들의 변덕을 충족시키기 때문입니다. 럭셔리는 의무입니다! 인간 귀의 감도는 주파수에 따라 달라지는 것으로 알려져 있습니다[3]. 따라서 서로 다른 주파수에서 동일한 인지된 소리 크기는 서로 다른 음압 레벨에 해당합니다. 그래픽적으로 이러한 의존성은 "동일 음량 곡선"으로 표시됩니다(그림 1). 특정 사운드 프로그램의 고품질 재생을 보장하려면 동일한 음량 곡선에 초점을 맞춰 청력 감도의 해당 차이를 보상해야 합니다. 이 작업은 미세 보상된 볼륨 컨트롤에 의해 수행되도록 설계되었습니다[2].
그러나 그러한 조정기를 설계하는 것은 결코 간단하지 않습니다. 요점은 동일한 음량의 곡선 모양이 모호하다는 것입니다. 이는 여러 요인, 특히 청취실의 음향 특성, 마스킹 노이즈의 존재 여부, 청취자의 청력 특성 등에 따라 달라집니다. 결과적으로, 특정한 경우에 필요한 주파수 응답 계열, 즉 보상된 볼륨 조절의 톤도 모호한 것으로 드러납니다. 그러나 청취자들에 따르면 평면 음파에 대해 순음의 크기가 동일한 표준 곡선을 사용하면 좋은 결과를 얻을 수 있다고 합니다. 그러나 아래 고려 사항에 따라 조정이 필요합니다. 음악 프로그램을 청취할 때 볼륨 레벨은 일반적으로 배경 90을 초과하지 않으며 청취자가 가청 임계값 또는 실내 소음 레벨까지 줄일 수 있습니다. 명확성을 위해 주파수 1~2kHz에서 80dB와 동일한 볼륨 제어 범위를 사용합니다. 레귤레이터의 주파수 응답은 선형이고 음악 프로그램은 최대 볼륨(80 배경)에 해당하는 레귤레이터 위치에서 음색이 균형을 이룬다고 가정합니다. 이 볼륨 레벨에서 다른 볼륨 레벨(예: 60 배경)로 전환하려면 조정기의 주파수 응답을 수정해야 합니다. 그림 1에서 수정된 의존성을 얻으려면 L축(점선으로 표시)에서 80dB 구분을 통해 수평선을 그립니다. 그런 다음 이 직선에서 동일한 음량 80von의 곡선에 있는 여러 점까지의 거리를 측정합니다. 다음으로, 동일한 음량 60 배경 곡선의 해당 지점에서 이러한 거리를 플로팅합니다. 이렇게 얻은 새로운 좌표를 사용하여 60 배경의 볼륨 레벨에 해당하는 위치에서 조정기의 조정된 주파수 응답이 되는 곡선을 그립니다. 마찬가지로, 등음량 곡선 80 von을 기준으로 합니다. 보정된 주파수 응답은 40 및 20(0) 배경의 볼륨 레벨에서 구성되며 올바른 음량에 필요한 볼륨 제어의 주파수 응답 계열이 얻어집니다. 3dB의 볼륨 레벨 변화 범위에서 그림 80에 표시됩니다(굵은 실선).
이제 가능한 최선의 방법으로 필요한 주파수 응답 제품군에 접근하는 얇은 보상 볼륨 컨트롤러를 구축해야 합니다. 2kHz 이하의 주파수 범위에서 최소 이득에 해당하는 곡선은 RC 회로의 주파수 응답으로 근사화될 수 있습니다. 그림 3a에 표시되어 있습니다. 변곡 주파수 f1(그림 3b) 왼쪽의 이 특성은 옥타브당 6dB의 기울기를 갖습니다. 이 회로의 저항 R2를 가변으로 만들고 최소 저항을 R1보다 훨씬 작게 선택하면. 그런 다음 저항 R2를 조정하면 회로의 전송 계수가 변경됨에 따라 주파수 응답의 변곡 주파수도 변경됩니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 3dB 이내의 근사치를 고려하면 필요한 음량 보상을 제공하기 위해 변곡 주파수는 LP 라인을 따라 제어 프로세스 중에 이동해야 합니다. fa/fв<2이므로 저항 R100의 변화 범위는 100을 초과할 수 없습니다. 반면, 그림 2에서 볼 수 있듯이 앞서 언급한 것처럼 2kHz 주파수에서 컨트롤러의 전송 계수는 80dB(10000배)만큼 변경되어야 합니다. 저항 R2는 동일한 양만큼 변경되어야 합니다.
저항 R2의 저항만 변경하면 변곡 주파수의 변화와 전송 계수의 변화를 달성하는 것이 불가능하다는 것은 매우 분명합니다. 그러나 직렬 연결된 RC 회로의 수를 늘리는 동시에 각 회로에서 저항 R2의 조정 한계를 줄입니다. 이 문제는 해결될 수 있습니다. 이미 두 개의 RC 회로(두 번째 회로의 시간 상수는 첫 번째 회로보다 20~40배 커야 함)를 사용하면 완전히 허용 가능한 결과를 얻을 수 있습니다. 즉, 실제 주파수 응답 계열의 곡선 편차(점선) 그림 2)에서 필요한 것(실선)은 3dB를 초과하지 않습니다. 2kHz 이상의 주파수에서 볼륨이 80von에서 60von으로 감소하면 옥타브당 60dB의 기울기로 5kHz 주파수에서 3von 곡선에 변곡이 나타납니다. 청각 감각의 임계값(레벨 3 배경)까지 볼륨이 추가로 감소하면 변곡 주파수는 5kHz에서 3kHz로 이동하지만 곡선의 기울기는 거의 변하지 않습니다. 이 주파수 범위에서 곡선 3 배경은 그림 4a에 표시된 RC 회로의 주파수 응답으로 근사화될 수 있습니다. 여기서 저항 R1과 R2의 값은 RC 회로와 동일합니다. 그림 3a에 표시되어 있습니다. 저항 R2의 변화는 변곡 주파수 f2의 변화로 이어지지 않습니다(그림 4b).
60von에서 80von으로의 볼륨 증가가 더 높은 사운드 주파수의 상승을 수반하지 않도록 하기 위해 RC 회로는 최대 전송 계수에서 주파수 보상을 제공해야 합니다. 이는 저항기 R2를 다음과 같은 커패시터 C2로 분로하여 달성할 수 있습니다. 시간 상수 T2 = R1C1 및 x3의 동일성이 관찰되는 용량 =R2-C2. 이 경우 볼륨 제어에 필요한 저항 R2의 감소는 시상수 T3의 감소와 RC 회로의 차단 주파수(f3 = 1/2nR2-C2)가 더 높은 주파수 영역으로 이동하는 것을 동반합니다. 변곡 주파수 f2는 변경되지 않고 유지되므로 필요한 준수가 보장됩니다. RC 회로의 주파수 응답은 2kHz 이상의 주파수 영역에서 동일한 음량 곡선입니다. 얇은 보상 볼륨 제어의 실제 구현 예가 그림 5에 나와 있습니다[4, 5]. 여기에 포함된 저항기와 커패시터의 저항은 다음 관계를 사용하여 계산할 수 있습니다.
회로 R5-C5의 션트를 방지합니다. 레귤레이터의 출력에 연결된 AF 증폭기는 입력 임피던스가 높고 입력 커패시턴스가 작아야 합니다. 특히 입력에 전계 효과 트랜지스터가 있는 연산 증폭기를 사용하는 전압 팔로워 회로를 사용하여 구현할 수 있습니다. 레귤레이터 앞에 연결된 증폭기의 출력 저항은 저항 R20보다 2배 작아야 합니다. 얇은 보상 볼륨 컨트롤의 가변 저항은 두 배여야 합니다. 우리의 경우 해당 기능은 포토 레지스터 R4, R5에 의해 수행되고 저항 R10은 제어 요소로 사용됩니다. 백열등 HL1을 통해 전류를 변경합니다. 볼륨 제어에 사용되는 SFZ-1 포토레지스터는 빠른 속도(시간 상수 - 0,06초 미만)를 가지며 필요한 저항 범위가 변경됩니다. 백열등(초소형) - NSM(6,3 Vx20 mA). 이를 통과하는 전류는 6...18mA 내에서 다양합니다. 포토레지스터는 백열등 가까이에 배치되고 레귤레이터 전체는 차광 금속 쉴드 안에 배치됩니다. 그림 5는 스테레오 증폭기의 104채널 제어를 보여줍니다. 그 안에는 106Ω에서 20Ω 범위에서 변경될 때 저항이 XNUMX% 이하로 차이가 나도록 서로 다른 채널에서 쌍으로 포토레지스터를 선택해야 합니다. 그렇지 않으면 볼륨을 변경할 때 채널 불균형이 눈에 띄게 됩니다. 스테레오 밸런스는 저항 R9에 의해 ±6dB 내에서 조정됩니다. 커패시터 C7, SV는 가변 저항기에서 발생하는 바스락거리는 소리와 딱딱거리는 소리를 제거합니다. 가변 저항 R10은 선형 조절 특성을 가져야 합니다. 고정 저항기 - 공칭 값과의 저항 편차는 ±5% 이하입니다. 커패시터 C1. C4, C5는 종이 MBM이고 나머지는 세라믹입니다. 커패시터 C6의 커패시턴스는 장착 커패시턴스와 볼륨 컨트롤의 출력에 연결된 증폭기의 입력 커패시턴스에 따라 달라집니다. 백열등은 안정된 전원으로부터 전원을 공급받아야 합니다. 조정기를 설정하는 것은 결국 K=0dB(C6 선택)에서 주파수 응답의 선형성을 보장하고 다양한 볼륨 레벨에서 스테레오 증폭기의 다양한 채널에서 해당 주파수 응답 제품군의 ID를 확인하는 것입니다. 컨트롤러의 또 다른 예가 그림 6에 나와 있습니다. 여기서는 축 회전 각도(그룹 "A")에 대한 저항의 선형 의존성과 함께 이중 가변 저항기가 사용됩니다. 스테레오 레귤레이터의 경우 두 개의 이중 가변 저항을 사용해야 합니다. 이 솔루션은 두 저항이 모두 설치된 패널에 볼륨 레벨 스케일을 적용하는 경우 밸런스 조정에 특별한 문제를 일으키지 않습니다.
쿼드 저항기를 사용하려는 시도는 큰 어려움에 직면합니다. 첫째, 우리 지역에서는 매우 드문 "새"입니다. 둘째, 저항기의 저항 변화가 크고, 셋째, 추가 밸런스 조정기가 필요하므로 전체 설계가 단순화되지 않습니다. 이 회로에서는 이중 저항기의 저항 확산이 상당히 허용됩니다. 이중 저항기의 저항이 서로 다른 경우 주어진 비율을 사용하여 커패시터의 커패시턴스를 다시 계산해야 합니다. 저항 R3 및 R5는 오디오 범위 밖의 저주파 상승을 막는 역할을 합니다. 가변 저항 슬라이더가 위쪽 위치에 있을 때 컨트롤러 전송 계수는 -6dB입니다. 2kHz 주파수에서의 조정 범위는 80~85dB입니다. 필수 AMX와의 편차는 ±2dB를 넘지 않습니다. 레귤레이터의 부하 저항이 1MOhm을 초과하고 부하 커패시턴스가 50pF 미만인 경우. 커패시터 C1. C3. C5는 필름이고 나머지는 운모입니다. 조절기 조정 - 전혀 조정이 필요하지 않습니다! 마지막으로 시끄러운 음악만 듣는다면 제어 범위가 10~15dB인 레벨 제어만으로 충분하다고 말씀드리겠습니다. 하지만 근처 공원에서 들려오는 듯한 조용한 음악의 매력을 느끼고 싶다면 이 볼륨 컨트롤을 만들어 보세요. 후회하지 않으실 거예요! 문학
저자: I. Pugachev, 민스크
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