Портал радиоэлектроники

Параметрический эквалайзер
  • Автор:
  • Категория: Предварительные усилители
  • Создано: 12 сентября 2015

Параметрический эквалайзер

    Одно из важнейших требований к аппаратуре высококачественного воспроизведения - линейность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). На ее неравномерность в рабочем диапазоне частот влияют многие факторы - источник сигнала, усилительный тракт, акустические системы. И, хотя современные компоненты обладают хорошей АЧХ, на результат влияют акустические дефекты салона - локальные резонансы и области поглощения. Поэтому в установке высокого уровня практически всегда присутствует эквалайзер.

     Некоторые головные устройства высокого класса имеют в своем составе электронный эквалайзер с анализатором спектра, и в состоянии автоматически скорректировать большинство погрешностей АЧХ по входящему в комплект измерительному микрофону. Это идеальное решение для меломана, не имеющего измерительной аппаратуры. Однако широкого распространения оно пока не получило, да и стоимость еще высока для большинства любителей.
     В тех счастливых случаях, когда коррекция требуется только в трех-четырех полосах, удобен параметрический эквалайзер, который позволит выбрать центральную частоту и ширину полосы регулирования (добротность) для каждого регулятора. Это позволит произвести регулировку только в необходимых частотных полосах, не затрагивая "безгрешные" участки, что снизит искажения сигнала. С точки зрения минимального вмешательства в сигнал параметрические эквалайзеры вне конкуренции. Автомобильных параметрических эквалайзеров с регулируемой добротностью ("полных параметриков") немного, гораздо больше моделей с фиксированной добротностью ("полупараметриков"), возможности которых несколько меньше. Однако широкого распространения ни те, ни другие пока не получили, поскольку требуют объективного контроля результатов настройки.
     Для коррекции большого количества локальных дефектов АЧХ используют 15-полосный (2/3 октавный) или 30-полосный (третьоктавный) эквалайзер с фиксированной добротностью. Ширина каждой частотной полосы (добротность) у него постоянна и определяется схемотехникой устройства. Поскольку взаимное влияние регулировок слишком велико, для получения гарантированного результата процесс настройки требует постоянного контроля АЧХ. Поэтому на сегодняшний день в любительских установках многополосные эквалайзеры распространения не получили, это прерогатива профессионалов. Распространенные в домашней аудиотехнике 10-полосные (октавные) эквалайзеры в автомобиле также не прижились, но уже по причине "избыточности".
     Если ограничиться устранением только наиболее заметных специфических погрешностей АЧХ, возникающих в салоне автомобиля, количество полос регулирования в области средних и высоких частот можно сократить. Основная масса автомобильных эквалайзеров (включая встроенные в магнитолу) спроектирована с учетом этих особенностей. Эти модели имеют 5-7 полос регулирования и отличаются уплотненной сеткой частот в области НЧ (3-4 полосы) и редкой (2-3 полосы) на ВЧ. В этом случае вполне возможно установить коррекцию с приемлемой точностью, не прибегая к постоянному контролю АЧХ, что делает этот вариант более пригодным для любителей. В первом приближении можно установить на эквалайзере "зеркальную" АЧХ по отношению к среднестатистической АЧХ салона, однако все же лучше произвести контрольные измерения.
     В конструкции многополосных эквалайзеров чаще всего используют потенциометры с линейным перемещением. Положение регуляторов в этом случае наглядно отображает установленную АЧХ. Такие эквалайзеры обычно называют графическими, хотя это, скорее, вопрос оформления, а не схемотехники. В то же время в эквалайзерах с небольшим числом полос часто применяют поворотные регуляторы. В этом случае переднюю панель можно выполнить высотой ? DIN, что удобно при установке эквалайзера рядом с головным устройством.

    С точки зрения схемотехники эквалайзеры можно разделить на два класса:
  • фильтровые эквалайзеры (с разделением спектра)
  • эквалайзеры с частотно-зависимыми обратными связями

     В фильтровых эквалайзерах спектр сигнала разделяется на несколько частотных полос фильтрами Z1…Zn (рис.1). Уровень каждой полосы регулируется отдельно, после чего сигналы через смеситель поступают на выход устройства. Фильтры могут быть любыми - активными или пассивными.


Рисунок 1 - фильтровый эквалайзер.

     Основной недостаток устройств такого типа состоит в том, что при установке регуляторов в положение, соответствующее линейной АЧХ, результирующая АЧХ имеет небольшую неравномерность (волнистость). С другой стороны, достоинство этих эквалайзеров - хорошая фазо-частотная характеристика (ФЧХ). В силу простоты эта структура широко применялась в прошлом, но в настоящее время так выполнены только ламповые студийные эквалайзеры и некоторые любительские конструкции.
     В остальных современных эквалайзерах использованы частотно-зависимымые делители и частотно-зависимые обратные связи. И параметрические, и многополосные (графические) эквалайзеры используют одну и ту же структуру на основе операционного усилителя (ОУ), отличие только в схемотехнике фильтров (рис.2).


Рисунок 2 - частотозависимый эквалайзер.

     В левом по схеме положении движков соответствующие фильтры образуют с резистором R1 частотно-зависимый делитель, поэтому сигнал в полосе пропускания фильтра "стекает на землю"и подавляется. В правом по схеме положении движков образуется аналогичный делитель, но с резистором R2. Сигнал отрицательной обратной связи ослабляется, поэтому в соответствующей полосе усиление возрастает. В промежуточных положениях усиление или ослабление зависит от соотношения прямого сигнала и сигнала ООС. В среднем положении движков фильтры не оказывают никакого влияния на сигнал, поэтому получается линейная АЧХ.
     Конструктивное исполнение фильтров может быть различным. Первоначально в эквалайзерах применялись катушки индуктивности, однако, LC-фильтрам свойственны определенные недостатки. Катушки подвержены наводкам и взаимной индукции, обладают заметным разбросом характеристики, имеют большие габариты и нетехнологичны. Поэтому к серийному производству такие системы практически не пригодны. Это удел бескомпромиссного хайэнда и особо продвинутых любителей.
     В современных конструкциях вместо катушек применяют гираторы - аналоги индуктивности, выполненные на основе ОУ (рис.3).


Рисунок 3 - схема замены катушки интдуктивности RC цепочками и ОУ.

     Основное достоинство гиратора - возможность настройки эквивалентной индуктивности, а, следовательно, и частоты получившегося контура. К сожалению, в данной схеме добротность и частота настройки эквивалентного контура взаимосвязаны. Поэтому гиратор такой конструкции применяется в эквалайзерах с фиксированными полосами или в "полупараметрических" с нерегулируемой добротностью. Тем, что добротность в процессе регулирования частоты настройки немного изменяется, обычно пренебрегают. В некоторых случаях вместо плавной перестройки частоты используется ступенчатая. Это позволяет за счет коммутации дополнительных элементов поддерживать выбранную добротность.
     Параметрические эквалайзеры с регулируемой добротностью ("полные параметрики") достаточно сложны по конструкции. Чтобы обеспечить независимую регулировку частоты настройки и добротности, каждый фильтр содержит 4 ОУ и большое количество резисторов и конденсаторов. Эквалайзеры с нерегулируемой добротностью заметно проще, схема несложной любительской конструкции приведена на рисунке 4.
     Основа устройства - ОУ DA1.2, охваченный частотно-зависимыми обратными связями. АЧХ цепей обратной связи формируется эквивалентами последовательных LC-контуров. Недостаток упрощенной схемы - уменьшение добротности фильтров при увеличении частоты настройки. Добротность звеньев изначально невысокая, что в данном случае даже к лучшему - импульсные характеристики остаются хорошими. Переключатель SA1 изменяет тип фильтра нижней полосы. В разомкнутом состоянии это полосовой регулятор, в замкнутом - обычный интегральный регулятор с изменяемой частотой перегиба. Переключатель SA2 изменяет частоту перегиба регулятора ВЧ, эта часть схемы подобна классическому регулятору тембра.


Рисунок 4 - принципиальная схема эквалайзера.

     Такова предельно упрощенная любительская конструкция, со всеми свойственными минимализму недостатками. Что же предлагает нам промышленность? Эквалайзеры различных типов выпускают практически все крупные фирмы, специализирующиеся в области car audio. От рассмотренных структур они отличаются, главным образом, дополнительными функциями предусилителя, наличием формирователя сигнала сабвуфера, а иногда и встроенным усилителем небольшой мощности (как в магнитоле). Впрочем, эквалайзеры с усилителем (бустеры) в последние год-два исчезли из проспектов крупных фирм.

     В качестве примера современной конструкции сегодня у нас выступают наиболее удачные представители своего класса - эквалайзеры E540p и E750s, выпускаемые фирмой Lanzar. Они относятся к одному модельному ряду, поэтому в их конструкции много общего. Несмотря на относительную простоту (а вернее -благодаря ей), эквалайзеры обеспечивают высокое качество звучания и являются, пожалуй, лучшими представителями данного класса устройств.
  • Диапазон рабочих частот 20 Гц - 20 кГц
  • Глубина регулировки +/-12 дБ
  • Чувствительность 400 мВ
  • Коэффициент гармоник 0,025%
  • Выходное сопротивление 1,2 кОм
  • Отношение сигнал/шум 85 дБ
  • Разделение стереоканалов 60 дБ


     Помимо регулировки частотной характеристики эквалайзеры предоставляют ряд дополнительных возможностей. Обе модели снабжены двумя парами линейных выходов (front/rear)и фейдером, а также стереофоническим формирователем сигнала сабвуфера. Уровень сигнала на выходе сабвуфера не зависит от положения фейдера. Частота среза фильтра перестраивается от 40 до 400 Гц, уровень сигнала на выходе сабвуфера регулируется в пределах 10 дБ. Этот выход можно использовать и как формирователь сигнала для мидбасового звена в трехполосной системе, поэтому эквалайзер отчасти выполняет функцию кроссовера. Помимо этого есть и общий регулятор громкости, что расширяет область применения. Вполне возможно, например, построить систему на основе чейнджера с контроллером, не используя головное устройство.
     Пятиполосный параметрический эквалайзер E540p выполнен на специализированных микросхемах M5227P, центральная частота каждой полосы выбирается переключателем из четырех возможных значений (см.таблицу). Диапазон перестройки в каждой полосе -одна октава. Два линейных входа позволяют использовать аппарат совместно со штатным оборудованием автомобиля, либо подключить альтернативный источник сигнала. Для каждого входа можно отрегулировать чувствительность независимо по левому и правому каналу. Есть кнопка Defeat, отключающая все регулировки. Эта функция может оказаться полезной при работе с различными источниками сигнала или в ходе соревнований.

E540p
E750s
Полоса
Центральная частота
1
35 -50 -65 -80 Гц
2
150 -200 -260 -320 Гц
3
600 -800 -1000 -1200 Гц
4
2,1 -2,8 -3,5 -4,2 кГц
5
7 -9,5 -12 -15 кГц
Полоса
Центральная частота
1
60 Гц
2
150 Гц
3
400 Гц
4
1 кГц
5
2,4 кГц
6
6 кГц
7
15 кГц

     Семиполосный эквалайзер E750s выполнен на специализированных микросхемах M5229P, центральнаячастота каждой полосы фиксирована (см.таблицу). Для дополнительного удобства эквалайзер оснащен 10-сегментным светодиодным измерителем уровня сигнала в каждом канале. В эквалайзерах применен преобразователь напряжения питания с полной гальванической развязкой первичных и вторичных цепей. Это исключает "токовуюпетлю " и гарантирует низкий уровень помех. Для повышения качества сигнала использованы золоченые разъемы и высококачественные потенциометры. Конструкция эквалайзеров в общих чертах одинакова, основные отличия скрыты в блоке частотной коррекции. Чтобыне загромождать лицевую панель E540p, переключатели частоты и регуляторы чувствительности входов вынесены на верхнюю крышку корпуса. Конструктивные особенности хорошо видны на фотографиях.


 © А.И.Шихатов 2003

Есть вопрос или хотите оставить комментарий?

Зарегистрируйтесь или войдите в аккаунт
Последние статьи
Комментарии

На сайте собранно ОЧЕНЬ много материала посвященного звукотехнике - предварительные усилители, усилители мощности и источники питания. Это принципиальные схемы, описания, чертежи печатных плат (правда далеко не на все схемы), а так же обзоры печатных изданий. Здесь вы можете найти более десятка предварительный усилителей с регуляторами тембра и эквалайзерами, около ста схем усилителей мощности от 2 до 2000 Вт, около 40 схем ламповых усилителей, чуть больше десятка схем импульсных источников питания, как автомобильных (до 600Вт), так и сетевых (до 2000Вт), разжована схемотехника компьтерных блоков питания, дюжина описаний акустических систем, а так же довольно много материала раскрывающего секреты качественного воспроизведения звука, начиная от используемой элементной баазы, схемотехники и заканчивая теорией распространения звуковых колебаний.

Подробнее о сайте

Яндекс.Метрика