大声补偿的音量控制。音频的艺术

大声补偿的音量控制

音频的艺术

众所周知，当音量水平降低时，人对声音信号的低频和高频分量的感知会更差。因此，现代声音再现设备配备了频率相关（薄补偿）音量控制，可根据等音量曲线在低音量水平下提供高频和低频的上升。通过这种方式，他们改善了声音图像的主观感知。发表的文章描述了最常见的扬声器音量控制。

即使对于理想设计的响度控制 (TRG)，响度补偿曲线与等音量曲线的重合也只有在从信号源开始到扬声器结束的整个信号路径的传输系数严格定义的情况下才可能实现。换句话说，在录音过程中进行音色平衡的音量水平应该在任何信号源的音量控制的相同位置达到。传输系数与计算值的偏差会导致色调平衡的破坏。

在具有内置扬声器的组合声音再现设备中，路径的所有部分在信号电平方面都是匹配的，并且满足该条件，尽管有一些保留。块设备的放大器必须与具有相当大的输出电压范围（0,25...1,5V）的信号源和未知灵敏度（84...94dB/W/m）的扬声器一起工作，因此，在许多高质量的放大器与 TRG 一起使用最大音量调节器或输入灵敏度调节器，以及最近的响度深度调节器。

响度通常由与音量控制相关的频率相关分频器（很少是滤波器）实现。大多数已知的带抽头的可变电阻调节器的基本缺点是在低音量的低频区域中频率响应校正程度不足。为了更好地逼近等响度曲线，有必要使用具有多个抽头的可变电阻器 [1] 或实施具有分布式频率校正的控制器 [2]。然而，这种控制装置很难实现，因此很少使用。

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Ris.1

在工业和业余设计中使用最广泛的是基于一个抽头电阻的 TRG，其示意图如图所示 图 1。 （在此图和所有后续图中，TEG 图旁边显示了其调整特性）。抽头通常由可变电阻器总电阻的 1/10 制成（从输出图中的底部开始计算），大约相当于调节器滑块旋转角度的 1/4...1/3 。连接到 RC 电路抽头可将调节器转变为频率相关的分频器。电路 R1C1 在音频范围的较高频率处提供频率响应的上升，而 R2C2 在较低频率处提供频率响应的上升。然而，此类调节器具有显着的缺点。因此，它们在较低频率区域提供的频率响应校正程度明显不足（在 8 Hz 频率下不超过 10...50 dB），并且在调整过程中，校正的逐步性质是明显的。

当音量通过水龙头后减小时，校正程度不再改变，而在低音量时它应该是最大的。尝试通过减小电阻器 R2 的电阻来增加校正程度会导致抽头通过时中频频率响应中出现特征下降。然而，尽管存在这些缺点，许多 AF 放大器设计者还是选择了这样的 TRG，因为它简单。图 1 所示的元件额定值是大多数设计的典型值。有时电阻器 R1 可能会丢失。在这种情况下，电容器 C1 的电容应约为其一半。

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Ris.2

调节器在低频区域提供了更大程度的频率响应校正，其图表如图所示 图 2。 其原型于 50 世纪 3 年代用于飞利浦无线电接收器 [2]。作者不知道在现代工业设计中使用此类调节器的例子。电路R2C3RXNUMX形成一个低通滤波器，其输出信号馈送到调节器的抽头。此 TRG 与前一个具有相同的缺点，但程度较小。

对于所讨论的调节器来说，在较低频率下频率响应的增加程度不够，这是通过使用一阶校正电路来解释的。在TRG（图3）中，由于引入了R4C3电路，增加了低音量时的校正深度，该电路与从发动机到抽头的可变电阻部分一起形成了第二个频率相关的分频器。

使用两级校正可以在 20 Hz 的频率下以高达 26 ... 50 dB 的最小音量增加频率响应。这一优势的反面是将音量控制范围缩小到 45-50 dB，然而，在大多数情况下，这已经足够了。

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Ris.3

在某些情况下，不希望使用带抽头的可变电阻器。在 ris.4 显示了无抽头的可变电阻器上的 TEG 电路，使用滤波器方法来校正频率响应。 R2R3R4C1C2 滤波器用于抑制信号的中频，在低音量时开始工作，从而提高音频范围的低频和高频。这种调节器的变体广泛用于业余开发。通过添加类似于图 3 所示的校正电路，可以增加在最小音量下的较低频率下频率响应的增加程度。

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Ris.4

然而，所有考虑的方案仅提供固定的且绝不理想的频率响应校正，并且在某些情况下需要使用音调控制来调整音调平衡。早在 50 世纪 3 年代，人们就尝试创建具有可调节校正功能的 TRG 或将 TRG 与音调控制相结合。德国公司“Kontinental”的接收器音量控制可能是这个想法的最早实现之一[XNUMX]。在该电路中，除了带有两个抽头的电阻器上的无源 TEG 之外，还使用了可调节的频率相关反馈环路，该反馈环路从放大器的输出变压器提供给调节器。

晶体管放大器中用于音量和音调控制的组合无源单元的原始图如图所示 ris.5 [4]。这里，可变电阻R3与电路R1C1、R2C2、R4C4一起构成高频时的校正调整电路。连接到音量控制抽头 R5 的 C5R7 链提供低频校正。电阻器 R2 在最小衰减位置产生较低频率的频率响应的轻微增加。低频校正的深度由电阻R6调节。

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Ris.5

目前用于调整频率响应的宽范围似乎是多余的，因此排除电容器 C2、用跳线替换电容器 C1 和电阻器 R1 并将可变电阻器 R6 的电阻降低到 100 kOhm 是有意义的。经过这样的细化，消除了高频区域的频响下降，低频的频响调整范围缩小到了10dB。

作者开发的基于带抽头电阻的可调节校正的简单 TEG 的图如图所示 图 6。 使用可变电阻器 R1 同时调整较低和较高音频的校正深度。如果不需要在较高频率区域进行调整，可以去掉电容器C2，并将电阻器R3的阻值减小到10 kOhm。

这种 TRG（事实上，所有具有一阶电路的电路）的缺点是在最低音量下对低频的校正不足。如已经指出的，通过添加类似于图3所示的校正电路，可以增加较低频率处的频率响应的增加程度。使用所提出的原理，可以轻松地将响度控制引入工业声音再现设备中。

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Ris.6

下面的TEG电路（图7）也是作者开发的，它同时使用校正滤波器C3R6R7和频率相关分频器R2R3C2，从而实现了较宽的校正范围。可变电阻R2是音量控制，R1是低频校正控制，R4是高频校正。

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Ris.7

出版物：www.bluesmobil.com/shikhman

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