Регулятор громкости с тонкомпенсацией: Регулятор громкости с тонкомпенсацией

Особенности нашего слуха таковы, что при снижении громкости мы все хуже и хуже начинаем слышать края звукового диапазона, т.е. высокие и низкие частоты. Если с высокими частотами все не так уж и плохо, то вот на низких частотах со снижением громкости требуется их довольно значительный подъем. Для решения данной проблемы применяется тонкомпенсированный регулятор громкости.

В доказательство сказанному на следующем рисунке представлены кривые равной громкости человеческого уха:

Упомянутый выше тонкомпенсированный регулятор громкости одновременно с изменением громкости изменяет и форму АЧХ так, чтобы тембр звука слабо зависел от уровня громкости. Для того, чтобы тонкомпенсация была верной, а изменение громкости равномерным, необходимо, чтобы определенное положение регулятора создавало в точке прослушивания соответствующий уровень громкости. Так, при установке регулятора громкости в положение максимальной громкости в точке прослушивания должен быть получен уровень громкости в 90 фон.

Простые тонкомпенсированные регуляторы громкости создают относительный подъем низших частот, который тем больше, чем меньше громкость. Существуют также и более сложные схемы, с и без использования активных элементов (транзисторы, ОУ), которые создают относительный подъем как низких, так и высоких звуковых частот.

Тонкомпесированный регулятор громкости на резисторе с дополнительными отводами

Простота этой схемы компенсируется проблемой поиска переменного резистора группы В с двумя отводами.

Если же вам удалось найти нужный резистор, то на основании величины сопротивления этого резистора можно рассчитать и остальные элементы:.

Тонкомпенсированный регулятор громкости с активной бас-коррекцией

В статье описан регулятор громкости с тонкомпенсацией и активной бас-коррекцией. Устройство позволяет подобрать требуемую глубину коррекции АЧХ в соответствии с акустическими условиями помещения и чувствительностью конкретной акустической системы.

Известно, что с понижением среднего уровня громкости чувствительность человеческого уха в наибольшей степени падает к самым низким частотам (НЧ) звукового спектра. Для компенсации этой физиологической особенности слуха от звуковоспроизводящей аппаратуры требуется корректирующий подъем НЧ: при минимальной громкости (в зависимости от уровня шума в помещении) он должен достигать 25…40 дБ на частоте 50 Гц по отношению к частоте 2 кГц. Более того, согласно кривым равной громкости, крутизна подъема должна увеличиваться по мере понижения частоты: 6 дБ на октаву, начиная с частоты 250 Гц, и 12 дБ на октаву ниже 100 Гц [1].

Большинство известных схем тонкомпенсированных регуляторов громкости (ТКРГ), за исключением, может быть, самых сложных, не нашедших широкого применения, не обеспечивает требуемого закона и глубины коррекции. В наиболее распространенных ТКРГ с имеющим отвод переменным резистором (или без отводов) [2] глубина коррекции НЧ не более 15 дБ, причем ее крутизна на частотах ниже 100 Гц уменьшается.

Для примера на рис. 1 показаны типичные АЧХ пассивного ТКРГ на переменном резисторе без отводов [2]. Видно, что корректирующий подъем на частоте 50 Гц при коэффициенте передачи регулятора -40 дБ равен 13дБ, крутизна ниже 100 Гц не превышает 3 дБ на октаву, что совершенно недостаточно. Близкие характеристики имеют и ТКРГ на резисторе с одним отводом.

При эксплуатации подобные регуляторы создают неприятный эффект: при снижении громкости теряется глубина звука и появляется склонность к «бубнению». Попытки увеличить степень коррекции на самых низких частотах добавлением RC-цепи в разрыв общего провода переменного резистора приводят к сужению диапазона регулирования громкости. Громкость в этом случае не уменьшается до нуля, что очень неудобно на практике.

Еще одним недостатком упомянутых устройств можно назвать неверное изменение коррекции по мере регулирования громкости. Заметная коррекция АЧХ нередко возникает при среднем положении регулятора, когда фактическая громкость (чувствительность) еще высока. В результате нарушается тональный баланс в наиболее часто используемой области средней громкости звучания.

К сожалению, все перечисленные недостатки свойственны и электронным ТКРГ, выполненным на специализированных микросхемах. На рис. 2 изображены АЧХ весьма сложного регулятора ТС9235 фирмы Toshiba, имеющего малый уровень шумов (менее 2 мкВ) и нелинейных искажений (менее 0,01 %), многоступенчатую цифровую регулировку громкости, удобное кнопочное управление и т. п. [3]. При всем этом регулятор обеспечивает тонкоррекцию ничуть не лучше рассмотренных уже ТКРГ.

В бытовых устройствах звуковоспроизведения область частот ниже 100 Гц считается «проблемной» и для оконечных звеньев тракта. Так, малогабаритная акустическая система редко имеет нижнюю граничную частоту менее 50…60 Гц по уровню -3 дБ. Обычно спад звукового давления начинается уже с частоты 100 Гц. Иногда для его компенсации применяют высокодобротные эквалайзеры или специальные бас-корректоры на основе фильтров высокого порядка. Но при этом приходится учитывать ограниченную перегрузочную способность УМЗЧ на низких частотах и уменьшать степень коррекции одновременно с увеличением громкости. Подача на динамические головки сигналов ниже резонансной частоты приводит только к росту искажений.

В настоящее время существуют специальные автокорректоры баса (X-Bass и др.), динамически формирующие АЧХ с учетом всех перечисленных факторов. Но они чаще всего представляют собой закрытые «фирменные» разработки, выполненные на специализированных микросхемах без маркировки [4].

Предлагаемое устройство решает указанные проблемы более простым способом. При его разработке использованы новые схемотехнические решения, полученные компьютерным моделированием в Micro-Cap 7.1.0 с последующей проверкой на макете. В результате удалось создать простое устройство, удачно сочетающее собственно ТКРГ с бас-корректором, который «достраивает» АЧХ в области частот менее 100 Гц и регулирует ее ход в зависимости от положения регулятора громкости.

Принципиальная схема устройства (один канал) представлена на рис. 3. Оно состоит из пассивного ТКРГ и активного бас-корректора, собранного на микросхеме DA1, Обе части объединены в единое целое так, что недостатки пассивного регулятора устраняются активной частью устройства.

Пассивный ТКРГ выполнен на элементах R1— R4, С1, С2 по известной схеме (см. рис. 1) в упрощенном варианте. Фильтр R3R4C1C2 понижает средние частоты в зависимости от положения движка регулятора R2. Параметры фильтра выбраны так, чтобы обеспечить максимально возможный подъем по НЧ. Коррекция по ВЧ никаких проблем не представляет и задается емкостью конденсатора С1.

С выхода пассивного ТКРГ через цепь C3R6 сигнал поступает на инвертирующий вход ОУ DA1.1, который усиливает сигнал (до 14 дБ) и формирует АЧХ двумя цепями ООС. Первая — через резистор R5, элементы ТКРГ, включая регулятор громкости R2, и входную цепочку C3.R6; вторая — через Т-образное звено R7 — R10 и микросхему DA1.2 с сопутствующими элементами.

На микросхеме DA1.2 собран гиратор, имитирующий катушку индуктивности. Совместно с конденсатором С5 он образует колебательный контур с частотой резонанса 45…50 Гц. На этой частоте сигнал ООС ослаблен в максимальной степени и формируется горб частотной характеристики ОУ DA1.1. При этом крутизна АЧХ ниже 100 Гц достигает 10 дБ на октаву, а общий подъем (регулируемый) на частоте 45 Гц равен +27 дБ относительно частоты 2 кГц при положении регулятора громкости — 41 дБ (рис. 4). Эти параметры близки к необходимым значениям характеристик равной громкости.

Ограничение амплитуды сигналов с частотами ниже резонансной АС образуется в устройстве за счет естественного ската резонансной кривой аналога LC-контура на DA1.2 и двух ФВЧ: C3R6 и C6Rвх, где Rbx — входное сопротивление последующего за регулятором каскада. Для этого регулятора эквивалентное сопротивление нагрузки принято равным 100 кОм, для другого входного сопротивления емкость С6 следует пересчитать так, чтобы постоянная времени C6Rbx не изменилась.

Вторая ООС — через резистор R5 — также частотно-зависимая, так как в нее входит фильтр, образованный резисторами R3, R5 и конденсатором С2. Такая компенсирующая ООС была предложена автором в статье [5], где подробно описан и принцип ее действия. Результат сводится к дополнительному спрямлению низкочастотной ветви АЧХ по мере увеличения громкости. Тем самым достигается требуемая коррекция при переходе от малой к средней громкости (рис. 4), а не от средней к большой (см. рис. 1,2). Более того, выбором соответствующей глубины ООС можно устранить перегрузку УМЗЧ при уровнях громкости, близких к максимальным, подобно динамическим бас-корректорам.

Эффективность ООС через резистор R5 проиллюстрирована смоделированными АЧХ (рис. 5). Кривые рассчитаны для варианта с ООС (R5 = 12 кОм) и без нее (R5 = 1 МОм). Как видно по графикам, ООС действует избирательно и ослаблены только НЧ. При положении регулятора громкости -20 дБ ослабление невелико — около 7 дБ, а при максимальном коэффициенте передачи оно доходит до 26 дБ. При этом ООС полностью сглаживает пик бас-коррекции, выравнивая АЧХ. Без этого УМЗЧ перегружался бы уже при среднем положении ТКРГ и пришлось бы выполнять ручные манипуляции регулятором тембра НЧ.

В правом по схеме положении движка резистора R9 и верхнем резистора R13 регулятор при указанных на схеме номиналах имеет характеристики, изображенные на рис. 4. Однако возможна широкая вариация вида АЧХ: подстроечным резистором R9 можно регулировать глубину бас-коррекции в интервале 0…+6 дБ (рис. 6). Диапазон указан при средней громкости звучания; при ве уменьшении он увеличивается, при увеличении — уменьшается, т.е. устройство адаптивно подстраивает глубину регулировки в соответствии с кривыми равной громкости и перегрузочными возможностями УМЗЧ.

При желании переменный резистор R9 можно вывести на лицевую панель и использовать как регулятор тембра НЧ. Его преимущество заключается в том, что, в отличие от мостовых и прочих RC-регуляторов, он регулирует именно бас, а не всю полосу частот до 1000 Гц. Для плавности изменения тембра нужен переменный резистор с кривой регулирования типа Б.

Высокое качество регулятора в целом обусловлено глубокой ООС, отсутствием оксидных конденсаторов и применением микросхемы TL074. Ее четыре ОУ характеризуются чрезвычайно низким коэффициентом гармоник (Kг ≈ 0,003 %) и хорошими шумовыми характеристиками (еш= 15 нВ/√Гц). Благодаря этому устройство может быть использовано как предусилитель с коэффициентом усиления до 14 дБ, достаточным, например, для компенсации потерь в пассивном регуляторе тембра. В противном случае коэффициент усиления можно уменьшить до единицы и менее подстроечным резистором R13, что пропорционально снизит и уровень шума.

Как и для всех ТКРГ, точность тонкомпенсации зависит от коэффициента передачи звукового тракта. Его можно регулировать упомянутым подстроечным резистором R13 или другим, имеющимся в тракте. Следует только учитывать распределение коэффициента усиления и шумовых свойств звеньев тракта. Изменяя уровень сигнала, подбором резистора R5 добиваются сохранения тонального баланса во всем диапазоне регулирования громкости. Если УМЗЧ перегружается при максимальной громкости, следует уменьшить номинал резистора R5 по субъективному ощущению содержания басов и их искажений. Другие возможности настройки заключаются в смещении резонансного пика бас-коррекции подбором резисторов R11, R12 под конкретную АС. Глубину басов регулируют резистором R9, как описано выше.

В самых высококачественных трактах замена ОУ TL074 возможна на NE5534A. Однако в более простых случаях вполне можно применить ОУ К157УД2А с соответствующими цепями коррекции. При этом коэффициент гармоник возрастает примерно на порядок, а уровень собственных шумов при единичном коэффициенте передачи будет не хуже -80 дБ.

В остальном регулятор собран на обычных деталях: резисторы МЛТ-0,125, малогабаритные конденсаторы КМ. В качестве регулятора R2 применен импортный малогабаритный сдвоенный переменный резистор номинала 50 кОм (характеристика регулирования типа В). Наличие в устройстве резисторов R3, R4, подключенных параллельно верхней по схеме секции R2, позволяет применить переменный резистор с линейной характеристикой регулирования (типа А), однако в этом случае неизбежен начальный скачок громкости при дальнейшем плавном регулировании.

Экспериментальная проверка и субъективное прослушивание подтвердили высокое качество регулятора. Отклонение реальных АЧХ от моделированных не превысило нескольких децибел. Уровень собственных шумов регулятора при единичном усилении оказался ниже границы слышимости. Работа регулятора характеризуется правильным тональным балансом при любой громкости, сохранением «глубокого» баса при минимальной громкости и отсутствием перегрузки УМЗЧ при уровнях громкости, близких к максимальным. Во многих случаях возможно вообще отказаться от использования обычного регулятора тембра и использовать только корректор баса.

Печатная плата

Автор: А. ПАХОМОВ
Источник: Журнал Радио №6 2003 год.

Тонкомпенсированный регулятор громкости с переменным резистором без отводов — Меандр — занимательная электроника

Автором предложен вариант тонкомпенсированного регулятора громкости на переменном ре­зисторе без отводов, но с катушкой индуктивности. Расчётные значения элементов регулятора для различных диапазонов регулирования громкости приведены в табличной форме.

Важно отметить, что АЧХ передачи регулятора при разных значениях уровня громкости должны соответствовать кривым равной громкости для конкретного слушателя. Это можно достигнуть при наличии или при введении в тракт звуковоспроизведения регулятора чувствительности, приводя­щего уровень тонкомпенсации в соответствие субъективным оценкам.

В различной звуковоспроизводя­щей аппаратуре широкое приме­нение находят потенциометрические тонкомпенсированные регуляторы громкости (РГ) на переменных ре­зисторах с отводами и нелинейной зависимостью сопротивления от угла поворота (группа В). Одним из недостатков применения таких ре­зисторов является их дефицит­ность. Другой недостаток — отклонение фактических АЧХ тонкомпенсации от кривых равной громкости, которое особенно велико в низкочас­тотной и высокочастотной об­ластях спектра 34 и позволяет поднять относительные уровни в этих областях не более чем на 15.. 20 дБ. И третий недоста­ток — искажение формы АЧХ, а именно — смещение корректирующего подъёма в сторону средних частот. Это же отме­чается в [1].

Рассматриваемый здесь тонкомпенсированный РГ на переменном резисторе груп­пы В без отводов (схема ре­гулятора для одного канала показана на рис. 1) при су­щественном ослаблении сиг­нала по уровню позволяет поднять крайние низкие и высокие частоты на 30…40 дБ и при­близить форму АЧХ регулятора к кривой равной громкости.

Рис. 1

Примем уровни звукового давления согласно кривым равной громкости по стандар­ту ГОСТ Р ИСО 226-2009 [2]. За начальный уровень гром­кости, соответствующий уров­ню громкости 20 фон на часто­те 1 кГц и нижнему положению движка переменного резисто­ра R1, установим значение

0 дБ. Тогда, согласно ГОСТу, уровни звукового давления (УЗД) в полосе звуковых час­тот должны соответствовать приведённым в табл. 1.

Для измерений на вход ре­гулятора подан синусоидаль­ный сигнал размахом 1 В во всей полосе звуковых частот. Проведены измерения при из­менении номиналов элемен­тов С1 и R2. Контур L1C3 на­строен в резонанс на частоту 20 кГц. В качестве индуктивно­сти L1 использована фабрич­ная гантельная катушка индук­тивностью 8,2 мГн. Регулятор проверен также и с катушкой из 80 витков обмоточного про­вода диаметром 0,25—0,41 мм, намотанных на кольце из фер­рита М2000НМ типоразмера К20х12х6. Результаты измере­ний — те же. Можно использо­вать кольцо М2000НМ типораз­мера К10x6x3, расчётное чис­ло витков — 115.

Результаты измерений раз­маха выходного напряжения U2 и отношения выходного напряжения к его значению U1 на частоте 1 кГц, а также уров­ней звукового давления при различных значениях С1 и R2 приведены в табл. 2—14.

Для одного из вариантов РГ с номиналами элементов R1=22 кОм, R2 = 0, С1 = 2 мкФ были измерены АЧХ передачи для разных уровней затухания. Шаг затухания 10 дБ на часто­те f = 1 кГц определялся поло­жением движка переменного резистора R1. Результаты из­мерений затухания на различ­ных частотах звукового спектра относительно входного сигна­ла приведены в табл. 15. В данной комбинации элемен­тов подъём при минимальной громкости составил 40 дБ на частоте 20 Гц и 33 дБ на часто­те 20 кГц. Диапазон регулиро­вания громкости на частоте

1 кГц составил 46 дБ. Соот­ветствующие кривые АЧХ РГ показаны на графиках рис. 2.

Рис. 2

В результате рассмотрения полученных данных можно сде­лать следующие выводы. Полу­ченные формы АЧХ РГ близки к кривым равной громкости.

Меньшие значения сопротивления ре­зистора R2 сдвигают подъём высоких частот в сторону высоких частот и боль­ше соответствуют кривым равной гром­кости. Кроме этого, большие значения ёмкости конденсатора С1 (1,5 и 2 мкФ)

и меньшие значения сопротивления ре­зистора R2 (27 Ом и 0 Ом — перемычка) увеличивают частотную коррекцию и расширяют диапазон регулирования громкости. В регуляторе громкости можно применить переменный резистор R1 группы В, например, СПЗ-12 или СПЗ-306, и конден­саторы К73-17 (С1—СЗ).

Таблица 1

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000
УЗД (дБ)	69,6	44	28,4	15,5	3,4	0	1.8	1 4	14,4	20	>30

Таблица 2

R1 = 22 кОм, R2 = 200 Ом, С1 = 1 мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
U2, В	0.7	0,34	0,15	0,054	0,018	0,016	0,026	0,064	0,15	0,37	0.72	0.24
U2/U1	43,75	21,25	9,375	3,375	1,125	1	1,625	4	9,375	23,13	45	15
ДБ	32,8	26,5	19,4	10,6	1.02	0	4,22	12	19,4	27,3	33,1	23.5

Таблица 3

R1 = 22 кОм, R2 = 100 Ом, С1 = 1 мкФ

F. Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000
U2, В	0,74	0,37	0,16	0,056	0,016	0,013	0,016	0,036	0,084	0,22	0,62
U2/U1	56.92	28,46	12,3	4.3	1,23	1	1,23	2,77	6,46	16,92	47,69
ДБ	35,1	29,1	21,8	12.7	1.8	0	1.8	8,85	16.2	24,6	33,6

Таблица 4

R1 = 47 кОм, R2 = 100 Ом, С1 = 1 мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000
U2, В	0.68	0,32	0,135	0,041	0,009	0,01	0,016	0,036	0,086	0,22	0,62
U2/U1	68	32	13,5	4.1	0.9	1	1.6	3,6	8,6	22	62
ДБ	36 7	30,1	22,6	12,3	-0.92	0	4,08	11,1	18,7	26,8	35,8

Таблица 5

R1 = 22 кОм, R2 = 51 Ом, С1 = 1 мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
U2, В	0,74	0,37	0,16	0,056	0,016	0,012	0,012	0,022	0,053	0,135	0,48	0,08
U2/U1	61,66	30,83	13,33	4.66	1,33	1	1	1,83	4,42	11,25	40	6.66
ДБ	35,8	29,8	22,5	13,4	2,48	0	0	5,25	12,9	21	32	16,5

Таблица 6

R1 = 22 кОм, R2 = 27 Ом, С1 = 1, мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
U2, В	0.73	0,36	0,16	0,056	0,016	0,011	0,011	0,017	0,038	0,095	0,39	0,051
U2/U1	66,36	32,73	14,54	5,09	1,45	1	1	1,545	3,45	8,63	35,45	4,63
ДБ	36,4	30,3	23,3	14,1	3,23	0	0	3,78	10,8	18,7	31	13,3

Таблица 7

R1 = 22 кОм, R2 = 0 Ом, С1 = 1, мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
U2, В	0.74	0.37	0,16	0,057	0,016	0,01	0,01	0,01	0,016	0,033	0,17	0,016
U2/U1	74	37	16	5,7	1.6	1	1	1	1.6	3.3	17	1.6
ДБ	37,4	31,4	24.1	15.1	4.08	0	0	0	4,08	10,4	24,6	4.08

Таблица 8

R1 = 22 кОм, R2 = 51 Ом, С1 = 1,5 мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
‘ U2, В	0,63	0.275	0,114	0,039	0,011	0,008	0,01	0,021	0,052	0,13	0,48	0,08
I U2/U1	78,75	34,37	14,25	4,875	1,375	1	1.25	2,625	6,5	16,25	60	10
ДБ	37,9	30,7	23,1	13,8	2,77	0	1,94	8,38	16.3	24,2	35,6	20

Таблица 9

R1 = 22 кОм, R2 = 27 Ом, С1 = 1,5 мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
U2. В	0,63	0,275	0,115	0,04	0,011	0,008	0,008	0,0155	0,036	0,092	0.39	0,055
U2/U1	78.75	34,37	14,37	5	1,375	1	1	1,937	4,5	11.5	48,75	6,875
ДБ	37,9	30,7	23,1	14	2.77	0	0	5,74	13,1	21,2	33,8	16,7

Таблица 10

R1 = 22 кОм, R2 = 0 Ом, С1 = 1,5 мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
U2, В	0,63	0,275	0,115	0,04	0,011	0,007	0,065	0,008	0,016	0,04	0,205	0,022
U2/U1	90	39,28	16,43	5.71	1.57	1	1	1.14	2,285	5.64	29,28	3,14
ДБ	39.1	31,9	24,3	15.1	3,92	0	0	1.14	7,18	15	29,3	9,94

Таблица 11

R1 = 22 кОм, R2 = 51 Ом, С1 = 2 мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
U2, В	0.52	0,21	0,085	0,029	0,008	0,007	0,009	0,021	0,052	0,13	0,48	0,08
U2/U1	74,28	30	12,14	4.14	1.14	1	1,286	3	7.43	18,57	68,57	11,43
ДБ	37.4	29,5	21,7	12.3	1,14	0	2.18	9,54	17,4	25,4	36,7	21,2

Таблица 12

R1 = 22 кОм, R2 = 27 Ом, С1 = 2 мкФ

F. Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
U2, В	0,51	0.21	0,084	0,028	0,008	0,006	0.006	0,013	0.032	0,085	0,36	0,05
U2/U1	85	35	14	4,66	1,33	1	1	2,16	5.33	14,16	60	6,25
ДБ	38.6	30,9	22,9	13.4	2,48	0	0	6,69	14.5	23	35,6	15,9

Таблица 13

R1 = 22 кОм. R2 = 0 Ом, С1 = 2 мкФ

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
| U2. В	0,52	0,215	0,086	0,029	0,008	0,005	0,005	0,008	0,018	0.044	0.23	0,027
U2/U1	104	43	17.2	5,8	1.6	1	1	1,6	3.6	8.8	46	5,4
ДБ	40,3	32,7	24.7	15.3	4,08	0	0	4,08	11.1	18,9	33,3	14,6

Таблица 14

R1 = 22 кОм, R2 = 27 Ом. С1 = 2 мкФ. среднее положение движка переменного резистора R1

| F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
U2, В	0,5	0,3	0,195	0.115	0,072	0.1	0,18	0,44	0.74	0.92	0,96	0,88
U2/U1	5	3	1,95	1.15	0,72	1	1,8	4.4	7,4	9.2	9.6	8.8
ДБ	14	9.54	5.8	1.21	-2.85	0	5,11	12.9	17,4	19,3	19,6	18,9

Таблица 15

F, Гц	20	50	100	200	500	1000	2000	5000	10000	15000	20000	30000
К„ДБ	-1.94	-3.35	-6,02	-8,87	-10,5	-10	-8,4	-3,88	-0,91	0	0	-0,72
Кг. дБ	-6	-10,5	-14	-19,2	-23,3	-20	-14,4	-6,74	-2,16	-0,35	0	-1,11
К„ дБ	-6	-13,6	-20.7	-27,7	-33,2	-30	-24,4	-15,9	-8,87	-3,1	-0,44	-5,68
К,. дБ	-6	-13,6	-21,5	-31,1	-40	-40	-35,4	-26,7	-19	-11.1	-2,85	-14,9
К5. дБ	-6	-13,4	-21,3	-30.8	-41,9	-46	-46	-41,9	-34,9	-27.1	-12,8	-31,4

Некоторым недостатком ре­гуляторов такого типа является уменьшение диапазона регули­рования громкости.

Этот РГ может быть встроен в устройство (УМЗЧ и АС), обеспечивающее соответствие звукового давления кривым равной громкости. Если же это не обеспечивается, то следует включить в тракт, помимо РГ, и регулятор чувствительности, приводящий уровень сигнала к номинальному, чтобы тонкомпенсация соответствовала кри­вым равной громкости при со­ответствующем звуковом дав­лении (уровне громкости).

Регулятор громкости, АЧХ которого приведены на рис. 2, был встроен в ак­тивную АС. Благодаря достаточной тон- компенсации низкие и высокие частоты отчётливо слышны даже при минималь­ной громкости.

ЛИТЕРАТУРА

1. Федичкин С. Тонкомпенсированный регулятор громкости. — Радио, 1984, № 9, С. 43, 44.
2. ГОСТ Р ИСО 226-2009. Акустика. Стан­дартные кривые равной громкости. — URL: http://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&baseC=6&page=2&month=8&year=20104search=Aid=175579 (13.04.15).

Автор: Б. ДЕМЧЕНКО, г. Киев, Украина

Тонкомпенсированный регулятор громкости

В статье предлагается описание простого устройства, способного корректировать амплитудно-частотную характеристику передачи сигнала в соответствии с особенностями слуха человека при различной громкости звуковоспроизведения. Напомним, ухо человека имеет неодинаковую чувствительность при прослушивании различных частот звукового диапазона – более высокую на средних частотах (500…7000 Гц) по сравнению с высокими (10000…18000 Гц) и особенно низкими (20…100 Гц), поэтому одинаковый уровень акустического воздействия на различных частотах обеспечивается различным уровнем напряжения сигнала. Это физическое явление отражено так называемыми кривыми равных громкостей Флетчера и Мунсона.
   Современные аудиоустройства высокой верности воспроизведения промышленного и любительского изготовления обычно стремятся делать с АЧХ, линейной в широкой полосе частот, что не полностью соответствует физиологическим основам слуха, но позволяет конструировать универсальный аппарат, в котором каждый индивидуальный слушатель сможет установить требуемое ему соотношение уровней воспроизведения на различных частотах. Такая установка может быть выполнена регулятором громкости и корректорами АЧХ (регуляторами тембров или эквалайзером). Есть в этом, однако, определенное неудобство – не каждый сможет это сделать правильно, так как манипулировать приходится одновременно несколькими регуляторами (в зависимости от конструкции усилителя – от двух до двадцати), при изменении уровня громкости вновь приходится подбирать желаемое соотношение.

Рис. 1
   Более удобным выходом из положения является создание тонкомпенсированного регулятора громкости, в котором необходимые уровни коррекций АЧХ в зависимости от громкости воспроизведения определены схемотехническим построением. Схема такого регулятора, хорошо зарекомендовавшего себя в эксплуатации, показана на рисунке. Между двумя операционными усилителями (ОУ), включенными как неинвертирующие повторители, включены элементы компенсации. Регулировка производится переменным резистором R4. Когда его движок находится в крайнем левом по схеме положении, сигнал с выхода ОУ DA1.1 передается на вход ОУ DA1.2 непосредственно. В этом случае коэффициент передачи равен 1 и АЧХ равномерна в пределах от 10 Гц до 100 кГц.
   При крайнем правом положении движка переменного резистора коэффициент передачи на самых низких частотах определяется последовательно включенными резисторами R4 – R6. По мере увеличения частоты в работу вступают конденсаторы С3 – C5, а затем и цепочка R3 С2. Минимальный коэффициент передачи устройства в области 500…1500 Гц. При работе на частотах свыше 5000 Гц начинает сказываться действие цепи R2 С1 и коэффициент передачи с ростом частоты повышается.
   Глубина подавления частотных составляющих зависит от положения переменного резистора R4 – максимальна она в крайнем правом положении. В реально работающем устройстве были получены следующие значения (уровень АЧХ на частоте 1500 Гц принят за 0 дБ): 20 Гц – +24 дБ, 100Гц – +17дБ,200Гц – +12дБ, 500Гц – +4 дБ, 5 кГц – +8 дБ, 10 кГц – + 10дБ.
   При выполнении конструкции необходимо в качестве переменного резистора взять резистор с обратнологарифмической характеристикой изменения сопротивления (группа В), а для стереофонических конструкции переменные резисторы с возможно меньшим разбросом сопротивления. Конденсаторы С3 – С5 лучше взять неполярными. Если такой возможности нет, то можно применить оксидные, но выбирать следует типы конденсаторов с минимальными токами утечки.
   Питают устройство от двуполярного источника тока с напряжением +15 и -15 В (минимально допустимое +12 и -12 В). Ток потребления не превышает 50 мА для стереофонической конструкции. Выводы микросхем, подключаемые к цепям питания, следует развязать конденсаторами с емкостью не менее 0,1 мкФ.
   Устройство работает в широком диапазоне напряжений входных сигналов – от нескольких милливольт до 2 В.

По материалам журнала “Radioelektronik”, 12/1993, с.3

   P.S. Вместо рекомендованных на схеме микросхем использовать можно практически любые отечественные операционные усилители. Конденсаторы С1 и С2 керамические КМ-4, в качестве С3 и С4 лучше использовать полиэтилентерефталатные конденсаторы К73-11, К73-16, лакопленочные К76 любой разновидности, поликарбонатные К77-1, С5 – любой неполярный оксидный. Все постоянные резисторы могут быть выбраны с мощностью рассеяния 0,125 Вт.

Тонкомпенсированный регулятор громкости с активной бас-коррекцией

Подробности

Категория: схемы

Опубликовано 04.04.2014 11:30

Радио №6 2003г.  А Пахомов

Известно, что с понижением среднего уровня громкости чувствительность человеческого уха в наибольшей степени падает к самым низким частотам (НЧ) звукового спектра. Для компенсации этой физиологической особенности слуха от звуковоспроизводящей аппаратуры требуется корректирующий подъем НЧ: при минимальной громкости (в зависимости от уровня шума в помещении) он должен достигать 25…40 дБ на частоте 50 Гц по отношению к частоте 2 кГц. Более того, согласно кривым равной громкости, крутизна подъема должна увеличиваться по мере понижения частоты: 6 дБ на октаву, начиная с частоты 250 Гц, и 12 дБ на октаву ниже 100 Гц [1].

Большинство известных схем тонкомпенсированных регуляторов громкости (ТКРГ), за исключением, может быть, самых сложных, не нашедших широкого применения, не обеспечивает требуемого закона и глубины коррекции. В наиболее распространенных ТКРГ с имеющим отвод переменным резистором (или без отводов) [2] глубина коррекции НЧ не более 15 дБ, причем ее крутизна на частотах ниже 100 Гц уменьшается.

Для примера на рис. 1 показаны типичные АЧХ пассивного ТКРГ на переменном резисторе без отводов [2]. Видно, что корректирующий подъем на частоте 50 Гц при коэффициенте передачи регулятора -40 дБ равен 13 дБ, крутизна ниже 100 Гц не превышает 3 дБ на октаву, что совершенно недостаточно. Близкие характеристики имеют и ТКРГ на резисторе с одним отводом.

При эксплуатации подобные регуляторы создают неприятный эффект: при снижении громкости теряется глубина звука и появляется склонность к “бубнению”. Попытки увеличить степень коррекции на самых низких частотах добавлением RC-цепи в разрыв общего провода переменного резистора приводят к сужению диапазона регулирования громкости. Громкость в этом случае не уменьшается до нуля, что очень неудобно на практике.

Еще одним недостатком упомянутых устройств можно назвать неверное изменение коррекции по мере регулирования громкости. Заметная коррекция АЧХ нередко возникает при среднем положении регулятора, когда фактическая громкость(чувствительность) еще высока. В результате нарушается тональный баланс в наиболее часто используемой области средней громкости звучания.

К сожалению, все перечисленные недостатки свойственны и электронным ТКРГ, выполненным на специализированных микросхемах. На рис. 2 изображены АЧХ весьма сложного регулятора ТС9235 фирмы Toshiba, имеющего малый уровень шумов (менее 2 мкВ) и нелинейных искажений (менее 0,01 %), многоступенчатую цифровую регулировку громкости, удобное кнопочное управление и т. п. [3]. При всем этом регулятор обеспечивает тонкоррекцию ничуть не лучше рассмотренных уже ТКРГ В бытовых устройствах звуковоспроизведения область частот ниже 100 Гц считается “проблемной” и для оконечных звеньев тракта. Так, малогабаритная акустическая система редко имеет нижнюю граничную частоту менее 50…60 Гц по уровню -3 дБ. Обычно спад звукового давления начинается уже с частоты 100 Гц. Иногда для его компенсации применяют высокодобротные эквалайзеры или специальные бас-корректоры на основе фильтров высокого порядка. Но при этом приходится учитывать ограниченную перегрузочную способность УМ3Ч на низких частотах и уменьшать степень коррекции одновременно с увеличением громкости. Подача на динамические головки сигналов ниже резонансной частоты приводит только к росту искажений.

В настоящее время существуют специальные автокорректоры баса (X-Bass и др.), динамически формирующие АЧХ с учетом всех перечисленных факторов. Но они чаще всего представляют собой закрытые “фирменные” разработки, выполненные на специализированных микросхемах без маркировки [4].

Предлагаемое устройство решает указанные проблемы более простым способом. При его разработке использованы новые схемотехнические решения, полученные компьютерным моделированием в Micro-Cap 7.1.0с последующей проверкой на макете. В результате удалось создать простое устройство, удачно сочетающее собственно ТКРГ с бас-корректором, который “достраивает” АЧХ в области частот менее 100 Гц и регулирует ее ход в зависимости от положения регулятора громкости.

Принципиальная схема устройства (один канал) представлена на рис. 3. Оно состоит из пассивного ТКРГ и активного бас-корректора, собранного на микросхеме DA1. Обе части объединены в единое целое так, что недостатки пассивного регулятора устраняются активной частью устройства.

 

Рис. 3

Пассивный ТКРГ выполнен на элементах R1-R4, С1, С2 по известной схеме (см. рис. 1) в упрощенном варианте. Фильтр R3R4C1C2 понижает средние частоты в зависимости от положения движка регулятора R2. Параметры фильтра выбраны так, чтобы обеспечить максимально возможный подъем по НЧ. Коррекция по ВЧ никаких проблем не представляет и задается емкостью конденсатора С1.

С выхода пассивного ТКРГ через цепь C3R6 сигнал поступает на инвертирующий вход ОУ DA1.1, который усиливает сигнал (до 14 дБ) и формирует АЧХ двумя цепями ООС. Первая – через резистор R5, элементы ТКРГ включая регулятор громкости R2, и входную цепочку C3,R6; вторая – через Т-образное звено R7-R10 и микросхему DA1.2 с сопутствующими элементами.

На микросхеме DA1.2 собран гиратор, имитирующий катушку индуктивности. Совместно с конденсатором С5 он образует колебательный контур с частотой резонанса 45…50 Гц. На этой частоте сигнал ООС ослаблен в максимальной степени и формируется горб частотной характеристики ОУ DA1.1. При этом крутизна АЧХ ниже 100 Гц достигает 10 дБ на октаву, а общий подъем (регулируемый) на частоте 45 Гц равен +27 дБ относительно частоты 2 кГц при положении регулятора громкости -41 дБ (рис. 4). Эти параметры близки к необходимым значениям характеристик равной громкости.

Ограничение амплитуды сигналов с частотами ниже резонансной АС образуется в устройстве за счет естественного ската резонансной кривой аналога LC-контура на DA1.2 и двух ФВЧ: C3R6 и C6Rвх, где Rвх – входное сопротивление последующего за регулятором каскада. Для этого регулятора эквивалентное сопротивление нагрузки принято равным 100 кОм, для другого входного сопротивления емкость С6 следует пересчитать так, чтобы постоянная времени C6Rвх, не изменилась.

Вторая ООС – через резистор R5 – также частотно-зависимая, так как в нее входит фильтр, образованный резисторами R3, R5 и конденсатором С2. Такая компенсирующая ООС была предложена автором в статье [5], где подробно описан и принцип ее действия. Результат сводится к дополнительному спрямлению низкочастотной ветви АЧХ по мере увеличения громкости. Тем самым достигается требуемая коррекция при переходе от малой к средней громкости (рис. 4), а не от средней к большой (см. рис. 1, 2). Более того, выбором соответствующей глубины ООС можно устранить перегрузку УМЗЧ при уровнях громкости, близких к максимальным, подобно динамическим бас-корректорам.

Эффективность ООС через резистор R5 проиллюстрирована смоделированными АЧХ (рис. 5). Кривые рассчитаны для варианта с ООС (R5 = 12 кОм) и без нее (R5 – 1 МОм). Как видно по графикам, ООС действует избирательно и ослаблены только НЧ. При положении регулятора громкости -20 дБ ослабление невелико – около 7 дБ, а при максимальном коэффициенте передачи оно доходит до 26 дБ. При этом ООС полностью сглаживает пик бас-коррекции, выравнивая АЧХ. Без этого УМЗЧ перегружался бы уже при среднем положении ТКРГ и пришлось бы выполнять ручные манипуляции регулятором тембра НЧ.

В правом по схеме положении движка резистора R9 и верхнем резистора R13 регулятор при указанных на схеме номиналах имеет характеристики, изображенные на рис. 4. Однако возможна широкая вариация вида АЧХ: подстроечным резистором R9 можно регулировать глубину бас-коррекции в интервале 0…+6 дБ (рис. 6). Диапазон указан при средней громкости звучания; при ее уменьшении он увеличивается, при увеличении – уменьшается, т.е. устройство адаптивно подстраивает глубину регулировки в соответствии с кривыми равной громкости и перегрузочными возможностями УМЗЧ.

При желании переменный резистор R9 можно вывести на лицевую панель и использовать как регулятор тембра НЧ. Его преимущество заключается в том, что, в отличие от мостовых и прочих RC-peryляторов, он регулирует именно бас, а не всю полосу частот до 1000 Гц. Для плавности изменения тембра нужен переменный резистор с кривой регулирования типа Б.

Высокое качество регулятора в целом обусловлено глубокой ООС, отсутствием оксидных конденсаторов и применением микросхемы TL074. Ее четыре ОУ характеризуются чрезвычайно низким коэффициентом гармоник (Кг~ 0,003%) и хорошими шумовыми характеристиками (еш= 15 нB/√Гц). Благодаря этому устройство может быть использовано как предусилитель с коэффициентом усиления до 14 дБ, достаточным, например, для компенсации потерь в пассивном регуляторе тембра. В противном случае коэффициент усиления можно уменьшить до единицы и менее подстроечным резистором R13, что пропорционально снизит и уровень шума. Как и для всех ТКРГ, точность тонкомпенсации зависит от коэффициента передачи звукового тракта. Его можно регулировать упомянутым подстроечным резистором R13 или другим, имеющимся в тракте. Следует только учитывать распределение коэффициента усиления и шумовых свойств звеньев тракта. Изменяя уровень сигнала, подбором резистора R5 добиваются сохранения тонального баланса во всем диапазоне регулирования громкости. Если УМЗЧ перегружается при максимальной громкости, следует уменьшить номинал резистора R5 по субъективному ощущению содержания басов и их искажений. Другие возможности настройки заключаются в смещении резонансного пика бас-коррекции подбором резисторов R11, R12 под конкретную АС. Глубину басов регулируют резистором R9, как описано выше.

В самых высококачественных трактах замена ОУ TL074 возможна на NE5534A. Однако в более простых случаях вполне можно применить ОУ К157УД2А с соответствующими цепями коррекции. При этом коэффициент гармоник возрастает примерно на порядок, а уровень собственных шумов при единичном коэффициенте передачи будет не хуже -80 дБ.

В остальном регулятор собран на обычных деталях: резисторы МЛТ-0,125, малогабаритные конденсаторы КМ. В качестве регулятора R2 применен импортный малогабаритный сдвоенный переменный резистор номинала 50 кОм (характеристика регулирования типа В). Наличие в устройстве резисторов R3, R4, подключенных параллельно верхней по схеме секции R2, позволяет применить переменный резистор с линейной характеристикой регулирования (типа А), однако в этом случае неизбежен начальный скачок громкости при дальнейшем плавном регулировании.

Экспериментальная проверка и субъективное прослушивание подтвердили высокое качество регулятора. Отклонение реальных АЧХ от моделированных не превысило нескольких децибел. Уровень собственных шумов регулятора при единичном усилении оказался ниже границы слышимости. Работа регулятора характеризуется правильным тональным балансом при любой громкости, сохранением “глубокого” баса при минимальной громкости и отсутствием перегрузки УМЗЧ при уровнях громкости, близких к максимальным. Во многих случаях возможно вообще отказаться от использования обычного регулятора тембра и использовать только корректор баса.

ЛИТЕРАТУРА

    Тихонов А. Акустика внутри нас. – STEREO&VIDEO, 1999. № 4, с.18.
    Шихатов А. Тонкомпенсированные регуляторы громкости. – Радио, 2000, № 10, с.12, 13.
    http://chipinfo.ru/docs/TOS/001456.pctf
    Шихатов А. Схемотехника автомобильных усилителей мощности. – Радио, 2002, № 1.С14, 15.
    ПахомовА. Блок регулировок носимой магнитолы. – Радио, 2002, № 9, с. 16, 17.

 

От себя: тестирование, печатная плата

 

Тестирование:

– Питание стабилизированное двухполярное от кренов на +15В и -15В, (7815 и 7819) подключенных к 25В блоку питания;

– Усилитель мощности 20Вт на ИМС LM1875;

– Акустическая система 15Вт Вега 15АС-109;

 

Регулятор заработал сразу и настройки не требовал. К работе тонкомпенсации претензий не было, она работала исправно, степень ее регулировки изменяется подстроечным сопротивлением R9, R9’, но в звучании стали преобладать низкие частоты и что самое огорчительное появился провал на средних частотах. Поэтому пришлось отказаться от использования этого блока и исключить его, т.к. не понравилось звучание с ним.

Так что использовать тонкоменсатор или нет – решать вам. На мой взгляд такие устройства можно использовать при отсутствии сабвуфера, хотя конечно применение тонкомпенсации, темброблоков и пр. – дело исключительно вкуса, а также зависит от источника звука.

Печатная плата для тонкомпенсированного регулятора громкости с активной бас-коррекцией

 

Расположение деталей на плате

 
Разводку печатной платы в формате Spilnt-Layout можно скачать отсюда:

• < Назад
• Вперёд >

Пассивный регулятор громкости и тембра звука

От регулятора тембра мне нужен только подъем крайних частот диапазона для увеличения отдачи дешевых динамиков. Но на Али регуляторов такого типа, увы, не нашлось. Посему недорого приобрел традиционный регулятор НЧ-ВЧ с регулировками как в плюс, так и в минус.

Устройство собрано на компактной плате, комплектуется ручками для регуляторов. Но провода с разъемами в комплект поставки не входят!

Внешне все приемлемо — детали с 5% допуском, конденсаторы полипропиленовые, переменные резисторы B50k.

Схема устройства

Регулятор громкости включен делителем напряжения на входе. Следующий за регулятором громкости регулятор тембра собран по упрощенной схеме Баксандала.

С принципом работы такого регулятора и алгоритмом расчета его элементов можно ознакомиться, например, в статье А.Шихатова в №1 журнала «Радио» за 1999г. http://archive.radio.ru/web/1999/01/013/
Заметил, что номиналы деталей китайского устройства весьма близки к номиналам деталей регулятора на рис.2 в упомянутой статье 😉
Дополнительные ограничивающие резисторы на входе и выходе можно заменить перемычками или разделительными конденсаторами (ФВЧ).

Особенности подключения: пассивный регулятор тембра желательно подключать к источнику с низким выходным сопротивлением, а следующий за регулятором тембра усилитель должен иметь высокое входное сопротивление.
Приобретенное устройство предполагается подключать к выходу на наушники смартфона или плеера. Выходное сопротивление таких усилителей близко к нулю. С учетом разного рода отклонений, принял Zsrc равным 1 кОм.
В качестве усилителя предполагаю использование платки на основе микросхемы TPA3110D2. В даташите на нее ищу фразу «Input impedance» и получаю значение 60 кОм.
АЧХ темброблока при различных положениях регуляторов можно смоделировать в программе ToneStack Calculator http://www.duncanamps.com/tsc/
При средних положениях регуляторов НЧ-ВЧ АЧХ следующая:

Видно, что коэффициент передачи регулятора при этом составляет примерно -20 Дб. Для восстановления уровня громкости до исходного значения требуется дополнительно усилить сигнал в 10 раз по напряжению после регулятора. Или на вход регулятора подать усиленный сигнал, что при малом напряжении питания усилителя может привести к ограничению сигнала.
Этот момент меня не особо тревожит, поскольку я надеюсь, что упомянутая микросхема TPA3110D2 (на 15 Ватт выходной мощности) обеспечит необходимую громкость на имеющихся у меня 2 ваттных динамиках.
Привожу АЧХ при крайних положениях регуляторов.

Как видно, АЧХ далека от идеала. Исправить ее можно уменьшив номинал резистора R3 до 510 Ом.

Привожу АЧХ при крайних положениях регуляторов с измененным номиналом резистора.

Другое дело!

В целом впечатления от этого регулятора положительные, можно рекомендовать к покупке с учетом описанных особенностей

Тонкомпенсация – что это такое?

Запись звуковых сигналов в музыке производится по принятому стандартом уровню – от 90 до 92 децибел, и если при прослушивании звуковое давление отличается, нужно запустить процесс изменения характеристик частоты, чтобы урегулировала это звучание тонкомпенсация. Что это такое, будет рассказано в данной статье.

Частота и давление

Человеческое ухо настроено на звуки разных частот, имеющих одинаковое звуковое давление, которые воспринимаются (конечно же, субъективно) звуками разной громкости. Лучше всего слух воспринимает частоту примерно в три килогерца, и чувствительность эта падает, если частоты становятся более трёх или менее трёх килогерц, когда падает звуковое давление. Этот эффект можно возместить, и любой знаток звукоусилительной аппаратуры знает, что это – тонкомпенсация.

На уровне давления звука в 90-92 децибела при записи музыки выставляется нужный тональный баланс. Далее, уже при прослушивании в любых других условиях, при меньшем давлении слух ощутит недостаток частот – высоких и низких, а потому понадобится тонкомпенсация. Что это, конечно же, субъективное ощущение, все знают, однако этот недостаток организм всё-таки требует устранить. А компенсируется данный эффект изменением частотных характеристик, как правило, соответственно кривым равной громкости (Флетчер-Менсон). И именно так должна быть осуществлена тонкомпенсация, что это умиротворило бы слуховые ощущения, а прослушивание прошло с комфортом.

Исполнение

Звукоусилительная аппаратура высоких классов имеет регулятор с тонкомпенсацией, то есть её можно осуществить довольно просто. Регулятор изменяет уровень громкости и одновременно влияет на амплитудную и частотную характеристики тракта усилителя по кривым Флетчера-Менсона. По желанию пользователя можно как включить тонкомпенсацию, так и выключить, для чего предусмотрена специальная кнопочка. Самые простые звукоусилительные устройства позволяют регулировать тонкомпенсацию эквалайзером, темброблоком или даже вручную, изменяя амплитудно-частотную характеристику звукового тракта.

Можно использовать регулятор громкости с тонкомпенсацией. Многие любители аудио именно так и поступают, прислушиваясь к разнообразным мифам, легендам и заблуждениям. Главная цель – выставить на максимум высокие и низкие частоты, чтобы добиться нравящегося звука, даже если он совсем не такой на носителе, даже если это бренд. Эти люди знают, как включить тонкомпенсацию и для чего она нужна. Хорошо, что эквалайзер поддаётся настройкам, и можно довести звучание до того состояния, которое принесёт комфорт звуковым ощущениям.

Loudness

Так обозначается функция тонкомпенсации громкости на звукоусилительной аппаратуре. Что же это за функция и для чего она предназначена, многие любители музыки отвечают одинаково: для яркости звучания (некоторые даже откровенно определяют эту яркость как звук, похожий на букву V, то есть с завышенными крайними частотами – высокими и низкими). Но это вовсе не так. Высокая точность звучания – High Fidelity, или просто Hi-Fi – это как раз звук, близкий к оригиналу, соответствующий одному из определённых стандартов.

Есть даже специальная наука под названием психоакустика, которая изучает восприятие звука человеческим слухом. Процессы, которые происходят в мозге от воздействия на него звуковых волн, очень сложны. Но настройка тонкомпенсации ему вовсе не нужна. Изначально человеческий слух был предназначен не для того, чтобы слушать музыку, он был необходим для выживания, для общения с себе подобными и вовсе не снабжён функциями спектроанализатора для измерения параметров тонкомпенсации. Лучше всего человек воспринимает среднечастотный диапазон, и все ощущения изменений высоты звука вследствии его интенсивности (громкости) существуют только в его голове. И даже называются такие изменения фантомными частотами, и образуются они только в определённых условиях.

График кривых

Этот эффект лучше всего демонстрируется с помощью графика кривых при равной громкости, который присутствует среди иллюстраций к данной статье, а как это работает, будет рассказано прямо сейчас. Изображённые на графике кривые характеризуют, как мы воспринимаем одинаковую громкость звучания на разных частотах. Чем ниже громкость (интенсивность звучания), тем больше “кривеют” линии.

Именно для исправления их кривизны и придумана тонкомпенсация, то есть для того, чтобы подгонять громкость под те значения, которые воспринимаются нами как ровное звучание. Если слушать музыку на небольшой громкости, неравномерность становится наиболее критичной для восприятия. А если громкость сигнала становится выше, слух начинает воспринимать различные частоты линейно, и в этом случае теряется всякий смысл такой коррекции.

Yamaha

Одна из самых грамотных реализаций встречается в усилителях Yamaha. Однако владельцы этой аппаратуры не только не всегда знают, зачем включить тонкомпенсацию. Как включить её, они порой не знают тоже. О предназначении уже было немного сказано. Теперь о том, где находится тонкомпенсация в усилителе Yamaha. Она выполнена не как отдельная кнопочка, а как ручка регулировки, с поворотом которой меняется и глубина коррекции вместе с громкостью, которая относительна к выбраной ранее основной ручке. Такая коррекция точно соответствует кривым на графике.

Звук становится тише ранее выбранного и “кривеет” на графике, однако на слух воспринимается гораздо ровнее. Получается, что на больших громкостях всякая коррекция отсутствует, а на малых она максимальная. Только вот среднему потребителю с невоспитанным слухом нужно совсем иное. Он привык слушать только “кривой” звук, а потому кнопка постоянной коррекции ему необходима. Самое печальное, что клиент всегда бывает прав, и многие производители потакают своим потребителям. Итог плачевный – большая часть аппаратуры “в нуле” не звучит.

“Натуральный” звук

Среди профессиональных музыкантов, обладающих абсолютным слухом, много противников такого “улучшения” звука. Аппаратура хороша только тогда, когда чисто звучит “в нуле”, то есть без регулировок. Обязательно возникнет вопрос относительно восприятия звука обычным слухом, который слышит его не таким, каков он есть. Таких людей большинство, и разве не справедливо всё-таки прибегать к коррекции? Справедливо, но только если громкость малая. На большой не нужна никакая коррекция.

Звучание натуральных инструментов человек тоже вынужден воспринимать с искажением, и сравнивать звук аудиосистем можно единственно с ними. Верность звучания может оценивать только хорошо натренированный слух. И необходимо уточнить, что студийная аппаратура тонкомпенсации не имеет. Это по большому счёту обманка. Чувствительность слуха различна к разным частотам, и зависимость эта меняется от изменения звукового давления.

Регулятор громкости

Если уровень громкости небольшой, а звукоусилительная аппаратура не обладает высоким классом, качественного воспроизведения звука можно не ждать. Высококачественные усилители имеют самые разные схемы для компенсации АЧХ (амплитудно-частотная характеристика), когда при небольшой громкости усиливаются нижние и верхние частоты, выравнивая качество звучания. Здесь очень помогает регулятор громкости с тонкомпенсацией. Схемы для выполнения такого регулятора довольно просты, дефицитных деталей не требуют, даже настройка какая-либо не нужна.

Здесь проблемы могут возникать другого плана. Даже идеально спроектированный регулятор с тонкомпенсацией будет давать совпадение кривых компенсации и кривых равной интенсивности звучания при точно определённом коэффициенте передачи тракта сигнала – от источника его до окончательного выхода. Уровень громкости тембровой балансировки достигается при том же самом положении регулятора с тонкомпенсацией для любого источника. Тональный баланс нарушается вместе с отклонением этого коэффициента от расчётного.

Резистор тонкомпенсации

Большая часть таких схем резисторов построена на основе переменных сопротивлений (сопротивление и есть резистор), для которых предусматривались дополнительные отводы. Недостатком их является то, что применяются только специальные переменные резисторы с тонкомпенсацией небольшой глубины.

Также они обладают определённой нелинейностью и ступенчатостью при воспроизведении верхних и ещё более – низких частот. Однако эти схемы применяются довольно часто как при изготовлении новой аппаратуры, так и для доработки готовых усилителей, приёмников и магнитол.

Для уверенной работы

Если в устройстве применён обычный регулятор громкости, то есть обычный переменный резистор, с тонкомпенсацией нужно работать отдельно. Специальная схема включается вместо него, если это сопротивление не было включено в цепь усилительных узлов обратной связи.

Однако при этом обязательно учитывается выходное сопротивление до регулятора громкости в предшествующем каскаде, оно должно быть намного меньше сопротивления резистора. Также учитывается входное сопротивление следующего каскада, которое обязательно должно быть больше сопротивления резистора. И чем больше разница сопротивлений, тем обеспеченнее согласование нагрузок, отчего в целом аппаратура работает увереннее.

Для гитаристов

Многие гитаристы замечают при убавлении громкости своего инструмента пропорциональное пропадание в звучании верхних частот. Особенно сильно заметен этот эффект, когда на гитаре стоят синглы. Вообще-то это, как говорят специалисты, проблемой вовсе не является. Просто таким образом получается менее перегруженный и более тёмный звук, вполне пригодный для ритм-партии. Для соло громкость увеличивается, звук лучше прорезается в миксе и вообще становится ярче. Стоит просто прислушаться к своему инструменту и оставить схему как есть, без каких-либо изменений.

Причинами потерь верхних частот могут являться очень многие. Кабели и вся электроника работают в сумме как фильтр, как резистор тонкомпенсации. Особенно это видно на низких частотах, поскольку фильтр низких частот работает только до порога, переступив который, он все частоты вообще отрезает. Поэтому максимальная громкость уводит блокируемые частоты за пределы слышимого диапазона, и если вращать потенциометр (то есть понижать громкость), сопротивление цепи повышается, смещая частоту среза фильтра низких частот в тот диапазон, который мы слышим.

Устранение проблемы

Кабели должны быть высококачественными, низкой ёмкости, которые гораздо меньше влияют на исчезновение верхних частот. Конечно, здесь есть и некоторые неудобства. Во-первых, такой кабель дорог, во-вторых, он жёсток и тяжёл. Длинный кабель имеет большую ёмкость, чем короткий. Здесь неудобство в том, что передвижения по сцене будут ограниченными.

Можно компенсировать потери в верхних частотах, если к незаземлённым ножкам резистора припаять конденсатор на вход и выход, тогда в схеме будет фильтр, добавляющий выходному сигналу больше верхних частот. Ёмкостью конденсатора устанавливается частота, пропускающая сигнал выше порога. И чем больше будет ёмкость, тем ниже порог частоты.

Тонкомпенсация в компьютере

У персональных компьютеров, мобильных устройств, медиа-плееров и другой подобной техники, причём одинаково под Linux или Windows, линейно работают регуляторы громкости. Можно закрутить ползунок почти до самого низа и не изменить громкости, зато дальше каждый пиксель заметно её изменяет. А ведь регулироваться это должно в децибелах. Тонкомпенсации настоящей практически нет нигде. Всё делается только регулировкой звука. АЧХ корректируется всегда в зависимости от звуковой карты.

Интерфейс взаимодействия API предоставляет, но вот конкретные функции могут и не быть доступными. Где-то присутствует хороший графический эквалайзер, где-то хотя бы ползунки – подтянуть тембры низких и высоких частот, а где-то и вообще ничего в доступе нет. И даже там, где есть, конретного совета ни получить, ни подарить нельзя: каждая операционная система диктует своё. У “семёрки” – так, у “десятки” – эдак, а Linux вообще особая статья.

Программирование регуляторов громкости

a.k.a. Уведомление для программистов аудио программного и аппаратного обеспечения

Во многих звуковых программных продуктах есть одна очень раздражающая вещь: либо из-за недостатка знаний программистов о слуховой системе человека, либо из-за лени, либо из-за того и другого. Их регуляторы громкости – это боль в работе. Если вы когда-либо могли быть вовлечены – даже удаленно – в разработку программного или аппаратного продукта, включающего звук , , пожалуйста, внимательно прочитайте этот текст, запишите его основное сообщение в вашу память и распространите новости!

Китайский перевод этой страницы доступен.还 提供 该 网页 的 中文 翻译.

до точки

Для тех, у кого мало времени, вот суть этого текста, сжатого в несколько предложений:

• Ползунки громкости не должны быть линейными. Ползунки громкости – это неприятность, потому что восприятие человеком громкости совсем не линейное, а логарифмическое . Вот почему все аудиооборудование, которое стоит его названия, использует шкалу дБ для указания настроек громкости и усиления. Для уровня относительной амплитуды x значение дБ равно 20 * log ₁₀ ( x ).Положительные значения дБ означают усиление, отрицательные значения ослабляют. Умножение амплитуды на определенный коэффициент означает добавление определенного количества дБ. Для измерения абсолютной громкости, воспринимаемой людьми, часто используется шкала дБ (А), а 0 дБ (А) – громкость самого тихого воспринимаемого звука. На практике «тихая» комната будет на уровне ± 30 дБ (A).
• Регулятор громкости должен быть , а не на основе процентов, потому что это подразумевает линейность. Процент допустим только в том случае, если он соответствует значениям в дБ, т.е.грамм. 0% = -60 дБ и 100% = 0 дБ.
• Ползунок идеального объема следует экспоненциальной кривой y = a · exp ( b · x ), при этом его самое низкое значение соответствует «тишине» (что означает 30 дБ (A) для потребительских товаров ) и его максимальная настройка максимальной громкости, которую производит аудиооборудование пользователя. Проблема заключается в том, что в целом можно делать лишь смутные предположения о том, какое оборудование будет использовать пользователь. Если вы не работаете над продуктом высокого класса с известными спецификациями, вам нужно будет сделать некоторые предположения и приблизительные оценки.Хорошее предположение для потребительского оборудования заключается в том, что пользователь будет использовать диапазон 60 дБ.
• В таблице 1 приведены некоторые практические значения параметров a и b в формуле y = a · exp ( b · x ) для различных значений диапазонов громкости; x – относительное положение ползунка в интервале [0,1], а y – фактический масштабный коэффициент для звуковой формы волны. Опять же, вам, вероятно, следует использовать параметры для диапазона 60 дБ.Добавьте линейный спад около нуля, если вы хотите обеспечить идеальную тишину при настройке громкости 0.
• Если вы хотите предложить способ изменения громкости дискретными приращениями, например, нажимая кнопки или поворачивая колесо прокрутки мыши, убедитесь, что приращения находятся где-то между 1 дБ и 3 дБ. Изменения громкости ниже 1 дБ не заметны, а изменения выше 3 дБ слишком грубые. 2 дБ почти идеально подходит для размера шага.
• Если по какой-то причине вы не хотите реализовывать полную экспоненциальную функцию, вы можете вместо этого положиться на хорошее всестороннее и вычислительно дешевое приближение, которое соответствует типичному диапазону 60 дБ для потребительских аудиосистем с низким и средним питанием.Это приближение является четвертой степенью положения ползунка громкости x , масштабированной до интервала [0, 1]. Другими словами: коэффициент умножения амплитуды = x ⁴ . Таблица 1 показывает аналогичные приближения для других динамических диапазонов. Если вы не можете позволить себе реализовать истинную экспоненциальную кривую, используйте эту простую формулу для ползунка громкости. Это не идеально, но в миллиард раз лучше, чем линейный слайдер!

Если вы хотите узнать больше, читайте дальше. В противном случае, прочитайте приведенный выше список еще раз и убедитесь, что вы никогда его не забудете.

Почему линейные регуляторы громкости злые

В настоящее время большинство аудио-программ имеют ползунки или даже вращающиеся ручки для регулировки громкости. Цель состоит в том, чтобы имитировать управление «классическим» звуковым оборудованием. К сожалению, во многих программных слайдерах есть одна вещь, которая делает их боль в заднице: они ЛИНЕЙНЫЕ. Вы можете спросить, что может быть не так с линейным ползунком: это ноль на одном конце, 100% на другом конце и аккуратно линейный между ними, разве это не просто идеал? Ответ большой нет.

Попробуйте: откройте ваш любимый аудиоплеер, начните воспроизведение песни, возьмите ползунок громкости и покачивайте его туда-сюда в «громком» конце диапазона громкости. Затем сделайте то же самое в «тихом» конце диапазона громкости. Скорее всего, вы столкнетесь со следующим: почти нет слышимых колебаний громкости на «громком» конце и экстремальных изменений громкости на «тихом» конце. В этом случае вы можете быть уверены, что слайдер линейный.

Я нашел несколько популярных приложений, которые страдают от этого недостатка:

• QuickTime Player
• iTunes (исправлено в более поздних версиях!)
• Windows Media Player и регулятор громкости Windows
• YouTube и практически все остальные Flash-плееры на базе ⁽¹⁾ .

зло даже распространилось на оборудование. Velleman продает паяемый комплект графического эквалайзера, K4302. Я не знаю, было ли это исправлено сейчас, но когда я купил набор в 1995 году, у него были линейные ползунки, в то время как они должны быть логарифмическими (закон C, если я прав). Даже регулятор громкости G3 iMac был линейным, и я боюсь, что это только один из многих примеров.

Помимо того, что уже было сказано выше, использование линейного регулятора громкости может привести к следующим симптомам:

• Самая тихая настройка громкости, первый шаг над отключением звука, все еще слишком громкая.
• Воспринимаемый максимальный уровень громкости достигается около середины слайдера, делая верхнюю половину бесполезной.
• При подключении наушников с высокой чувствительностью к динамикам ПК с низким уровнем выходного сигнала к одному и тому же компьютеру трудно или невозможно выполнить точную настройку громкости с помощью наушников, в то время как ползунок необходимо перемещать на большие расстояния, чтобы вызвать любое изменение громкости на динамики.

Подобные проблемы в конечном итоге приводят к тому, что разочарованные люди ругают проклятый регулятор громкости или чувствуют себя неловко во время использования вашего продукта, не зная, почему.К счастью, есть много продуктов с правильными регуляторами громкости , но количество дефектных продуктов слишком велико.

Что не так?

Что же не так с линейным регулятором громкости? Ответ заключается в том, как наши уши воспринимают звук. Дело в том, что наше ощущение «громкости» ЛОГАРИТМА.

Это означает, что мы гораздо более чувствительны к небольшим изменениям амплитуды для тихих звуков, чем для громких звуков.Это позволяет нам справляться с очень большим динамическим диапазоном амплитуд. Это также означает, что линейный ползунок громкости вызывает логарифмическое ощущение изменения громкости, а это просто не правильно. На рисунке выше показана логарифмическая кривая. На горизонтальной оси отмечены два одинаковых раздела (читай: слайдер громкости). Вертикальная ось показывает предполагаемые изменения объема. Соответствующий участок, помеченный кривой на «тихом» конце, намного больше, чем на «громком» конце.

Решение для реализации ползунка реального довольно просто: вместо линейного, ползунок должен быть EXPONENTIAL. Поскольку log (exp ( x )) = x , ощущение изменения объема будет линейным, и именно этого мы хотим ⁽²⁾ .

В этом тексте я предполагаю, что ползунок громкости и аудиосистема работают со значениями от нуля (минимум) до единицы (максимум). Положение ползунка громкости представлено x , результирующий коэффициент умножения для данных со звуковой волной со знаком равен y .

Нахождение «идеальной» кривой

Экспоненциальные функции имеют два раздражающих свойства.Во-первых, они достигают нуля только на минус бесконечности. Однако это не проблема, потому что наши уши не обладают бесконечной чувствительностью. Нам нужно только знать практический динамический диапазон, это будет объяснено ниже.

Вторая заключается в том, что в своей наиболее общей форме y = a · exp ( b · x ) + c экспоненциальная функция, проходящая через две точки, может иметь различные формы. Даже линейная функция является предельным случаем такой кривой. К счастью, в случае с нашей регулировкой громкости мы можем и должны ограничить уравнение до y = a · exp ( b · x ), потому что у наших ушей нет смещения.Это означает, что для получения уникального решения для констант a и b достаточно двух точек. Мы уже знаем одну из этих точек, потому что мы хотим, чтобы функция имела значение 1 для x = 1. Это означает, что a = 1 / exp ( b ). Таким образом, проблема сводится к определению правильного значения b , которое контролирует форму кривой. Малые значения дают очень «резкую» кривую, в то время как большие значения дают более линейную кривую.

Если вы все еще мыслите линейно, у вас может возникнуть соблазн выбрать (0,0) в качестве второй точки, а это не так. Как я уже говорил выше, наш экспоненциальный регулятор громкости неизбежно будет иметь ненулевую амплитуду в нулевом положении ползунка. Это не проблема, поскольку кривая логарифмического отклика наших ушей также достигает нуля ниже определенной ненулевой входной громкости, порога слышимости . Кроме того, в любой нормальной среде с фоновым шумом звуки с громкостью ниже уровня шума уже будут не слышны.Основная проблема заключается в том, что, хотя порог слышимости у разных людей примерно одинаков, громкость, создаваемая любой аудиосистемой для данной амплитуды сигнала, зависит от множества параметров. Чтобы определить правильное значение для b , нам нужно больше информации. Если мы хотим предоставить пользователю «полностью линейное ощущение регулировки громкости», нам нужно знать, как «громко» звучит его аудиооборудование при самой громкой настройке. Очевидно, это не практический вопрос.На это просто нет конкретного ответа, если только вы не разрабатываете программное обеспечение для очень специфического аудиооборудования. Нам нужно будет сделать некоторые предположения. Сначала короткое отступление о том, как измеряется «громкость» звука.

Измерение уровня звука

Поскольку слуховая система человека имеет кривую логарифмической чувствительности, была изобретена специальная единица «громкость звука», названная в честь Грэма Белла: «Бел». Эта единица слишком велика, чтобы быть практичной, поэтому она почти всегда используется с коэффициентом 0.1, дающий децибел, обозначенный символом дБ: 1 бел = 10 дБ. Существует два вида шкал дБ: абсолютная и относительная шкала.

Абсолютная шкала пытается дать представление о том, как громкий определенный звук воспринимается обычным человеком-слушателем, то есть «уровень звукового давления» (SPL) . В этой шкале есть некоторые вариации, но наиболее широко используемым является «дБ (A)». Чтобы определить значение дБ (A) для определенного звука, звук должен быть отфильтрован через фильтр, соответствующий кривой частотной характеристики «среднего человека».Затем берется 10-значный логарифм мощности, а результат умножается на 10. Я не буду вдаваться в подробности, потому что он здесь не очень полезен. Что вы должны знать, так это то, что самый тихий уровень громкости звука (порог слышимости ) соответствует 0 дБ (A). На практике люди уже будут воспринимать 30 дБ (А) как тишину, потому что речь идет об уровне фонового шума во многих «тихих» условиях. Нахождение в среде с 0 дБ (A) на самом деле странный опыт. Самый громкий уровень громкости («порог боли») составляет около 120 дБ (А).Классический оркестр может производить около 94 дБ (A). Обратите внимание, что из-за логарифма , умножив мощность звука в 10 раз, означает , добавив 10 к значению дБ (А).

Относительная шкала используется для всех видов физических величин и указывает относительную амплитуду сигнала по сравнению с другим. Символ просто «дБ». Расчет значения дБ зависит от того, работаете ли вы с амплитудами или значениями мощности. Для значений мощности формула равна 10 · log ₁₀ ( x ), при относительной мощности x .Для значений амплитуды формула составляет 20 · log ₁₀ ( x ). Причина в том, что мощность ∝ амплитуда ² , а квадрат (вторая степень) становится коэффициентом 2 после логарифма.

Теоретически, абсолютные и относительные масштабы не могут быть легко взаимозаменяемы. Если взять звук в 90 дБ (A) и уменьшить его до -20 дБ, нет никакой гарантии, что он будет восприниматься точно как 70 дБ (A). Но на практике это будет нормальное приближение, поэтому в этом тексте я считаю весы совместимыми.

Нахождение идеальной кривой, часть 2

Теперь, когда мы знаем больше о шкале дБ, мы можем вернуться к нашей задаче определения хорошего значения b в a · exp ( b · x ). Мы должны убедиться, что полученная кривая приводит к почти линейному ощущению громкости у слушателя. Начнем с того, что нет смысла опускаться ниже 30 дБ (A), потому что фоновый шум в любой реалистичной среде будет около этого уровня. Следовательно, мы должны рассматривать 30 дБ (A) как порог вместо 0 дБ (A).

Теперь давайте предположим, что максимальная громкость, которая может быть произведена оборудованием пользователя, составляет 90 дБ (A). Это уже довольно громко, и люди, как правило, не хотят подвергать себя воздействию более 90 дБ (А) в течение длительного периода времени. Встроенные динамики в ПК и ноутбуках могут даже не достигать этого уровня, но наушники и наушники, а также системы Hi-Fi или PA могут легко превзойти его.

Теперь мы знаем две точки нашей кривой y = и · exp ( b · x ), а именно: (0, 30 дБ (A)) и (1, 90 дБ (A)).Если мы перейдем к относительным единицам, это будет преобразовано в (0, –60 дБ) и (1, 0 дБ) при работе с обычным соглашением уровней ослабления. Если мы сместим это на 60 дБ, мы получим (0, 0 дБ) и (1, 60 дБ), делая наши вычисления несколько более интуитивными. Учитывая, что мы работаем с амплитудами, 60 дБ равен 10 ^{, 60/20} = в 1000 раз больше амплитуды 0 дБ. Следовательно, 1000 = exp ( b · 1) и b = ln (1000) = 6,908. Значение и просто 1/1000.

Теперь у нас есть практическая кривая, которая должна давать приятный результат в большинстве ситуаций.Теоретически, самая низкая позиция на слайдере должна соответствовать 30 дБ (A), уровень, на котором любой звук становится замаскированным фоновым шумом. Хотя это означает, что в действительности нет необходимости принудительно выводить выходной сигнал на ноль, на практике этот является желательным , поскольку люди ожидают абсолютного молчания при настройке нуля, и это не гарантируется всеми нашими догадками. Простое решение – добавить «, если (x == 0) amp = 0; ”к коду ползунка. Для более плавного перехода к нулю можно использовать что-то вроде этого: « if (x <.1) усиление * = х * 10; ”

В таблице 1 приведены значения для , и b для различных динамических диапазонов (т. Е. Разницы между максимальной громкостью и уровнем фонового шума), что дает «идеальную» кривую отклика для регулятора громкости, положение которого описывается числом в интервал [0,1]. Если вы можете позволить себе использование экспоненциальной функции в своем программном / аппаратном обеспечении, во что бы то ни стало используйте эту формулу. Если вы точно не знаете, какова максимальная громкость, которую аппаратная часть потребителя может воспроизводить с помощью регулятора громкости в положении 1, попробуйте сделать обоснованное предположение.90 дБ (A) с уровнем фонового шума 30 дБ (A), следовательно, полезный динамический диапазон 60 дБ, вероятно, является хорошим предположением. В любом случае, оно никогда не будет точным, потому что значение дБ (A) также зависит от типа воспроизводимого звука. Тем не менее, даже кривая с параметрами для максимального дБ (A), который совсем немного отключен, все равно будет на , намного на лучше, чем глупая линейная кривая, особенно при использовании плавного спада до нуля, как описано выше.

Таблица 1: Значения a и b в уравнении a · exp ( b · x )

Динамический диапазон	а	b	Приближение
50 дБ	3.1623e-3	5,707	x 3
60 дБ	1e-3	6,908	x 4
70 дБ	3.1623e-4	8.059	x 5
80 дБ	1e-4	9,210	x 6
90 дБ	3.1623e-5	10.36	x 6
100 дБ	1e-5	11,51	x 7

Нахождение не очень идеальной, но все же довольно хорошей кривой

Некоторым программистам может не нравиться включать целую математическую библиотеку только для того, чтобы сделать хороший слайдер громкости с экспоненциальной функцией. К счастью, существует альтернатива, которая в достаточной степени приближается к экспоненциальной кривой, намного дешевле и автоматически достигает нуля в нуле.На графике справа показаны три кривые: линейная кривая (юк) , экспоненциальная кривая 60 дБ (красный) и кривая функции x ⁴ (синий). Как вы можете видеть, синяя кривая лежит довольно близко к красной кривой, и вы также можете увидеть, насколько чудовищно отклоняется линейная кривая. Четвертая степенная функция требует только трех умножений (или двух за счет дополнительной строки кода) и начинается с нуля, что еще можно хотеть?

В некоторых экспериментах я пробовал кривую x ⁴ , и для большинства настроек громкости она имеет очень естественное «ощущение», поэтому я очень рекомендую его.В зависимости от вашего личного вкуса вы можете найти x ⁵ в еще лучшем приближении. Имейте в виду, что в ситуациях, когда максимальная громкость довольно тихая, вам может понадобиться менее «сильная» кривая, например x ³ , и «более сильная» кривая, если максимальная громкость действительно громкая. Для динамического диапазона 90 дБ x ⁶ - хорошее приближение, но имейте в виду, что такой диапазон необходим лишь немногим системам.

Последний столбец таблицы 1 показывает разумные приближения вида x ⁿ для каждого значения динамического диапазона.В серии графиков ниже видно, насколько хорошо эти аппроксимации соответствуют идеальным кривым при построении в дБ (логарифмическом) масштабе. Наведите курсор на цифры, чтобы изменить график (требуется JavaScript). Вы увидите, что аппроксимация является худшей при самых низких настройках ползунка: поскольку громкость быстро падает до нуля (= минус бесконечность по шкале дБ), фактический используемый диапазон ползунка громкости немного уменьшается. Это небольшая цена за гораздо более сбалансированный ответ, особенно если вы видите, насколько ужасно отклоняется простая линейная кривая (x).Формула x ⁷ остается хорошим приближением вплоть до динамического диапазона 120 дБ, но вам не следует создавать оборудование, которое в любом случае подвергает пользователя воздействию среднего значения выше 100 дБ (А), чтобы не привлекать судебные иски для нарушение слуха.

Примечания

Если вы собираетесь использовать дискретный регулятор громкости вместо ползунка, который постепенно увеличивается или уменьшается нажатием кнопок «вверх» и «вниз», вы должны знать, что наименьшая разница в громкости, которую могут воспринимать люди составляет около 1 дБ или 10% .На самом деле это также имеет значение для многих других восприятий, таких как размер объекта или скорость. Следовательно, бесполезно делать ваши приращения меньше 10%, но вы не должны делать их слишком большими, иначе ваш регулятор громкости будет слишком грубым. Хороший размер шага составляет 2 дБ, вы не должны превышать 3 дБ. Одна версия виджета управления громкостью Gnome имела 5 дБ при использовании колеса прокрутки или клавиш регулировки громкости. Это слишком много, и в Интернете полно жалоб на это, но на момент написания этой статьи оно не было исправлено - только усугублялось заменой фиксированного размера шага квадратичной функцией.

Иногда я получаю письма от людей, которые хотят знать, как им следует настраивать аппаратный или программный регулятор громкости, который уже использует значения дБ в зависимости от конструкции. Некоторые, кажется, считают, что им все еще необходимо применить нелинейное преобразование к значениям дБ. нет! Единственное, что вам нужно здесь определить, это диапазон, который вы хотите использовать, и размер шага, если это применимо. Например, если регулятор громкости предлагает диапазон 120 дБ, скорее всего, вы захотите ограничить его верхним диапазоном 60 дБ.Некоторые элементы управления предлагают ослабление (отрицательные значения дБ), а также усиление (положительные значения дБ), вам необходимо определить, нужно ли вашему приложению одно или оба.

Некоторые люди имеют полусухое знание о том, что звуковое восприятие является логарифмическим, что заставляет их делать неаккуратные рассуждения, подобные следующим Звук 98 дБ (А) раздражающе громкий, но если мы сможем уменьшить его до 95 дБ (А), это будет только половина мощности, а значит, только вдвое меньше, чем раздражает! правильно и неправильно. Мощность действительно уменьшается вдвое (а амплитуда уменьшается до доли 0.71), но воспринимаемая громкость всего на 3 дБ ниже. Поскольку разница в 1 дБ находится на пределе незаметности, 3 дБ - чуть выше едва заметного. 95 дБ (A) по-прежнему очень громкий и, если другие характеристики звука не изменились, он будет лишь немного менее раздражающим, чем при 98 дБ (A). Такое же рассуждение часто применяется к повреждению слуха, что в равной степени неверно, поскольку соотношение между громкостью и повреждением слуха также не является линейным.

Помните, что все это относится не только к слайдерам.Это также относится к вращающимся ручкам (хотя они довольно редко встречаются в программном обеспечении, но вы держите пари, что все потенциометры приличного аудиооборудования имеют экспоненциальную характеристику) и меню с предустановками громкости. Он также учитывает эквалайзеров, , потому что они сами по себе являются регуляторами громкости, даже если они контролируют только часть частотного спектра. После прочтения этого текста должно быть ясно, что применение регуляторов громкости не является точной наукой, за исключением хорошо контролируемых ситуаций.Тем не менее, основное сообщение, которое вы должны взять домой: громкость должна быть экспоненциальной или, по крайней мере, выглядеть так!

Файлы примеров

Не верьте мне на слово, услышите разницу в нескольких файлах MP3, которые начинаются и заканчиваются с одинаковыми амплитудами, но используют разные методы между ними.

О частотном контроле и анализе

Это несколько менее важно, потому что немногие приложения имеют дело с частотами на стороне пользователя. Впрочем, для тех, кто это делает, похожая история имеет место, но с небольшой разницейЧеловеческое ощущение «тона» также далеко от линейного. Но это тоже не совсем экспоненциально. На низкочастотной стороне он более линейный, а на высокочастотном - экспоненциальный. Тем не менее, экспоненциальная кривая в намного лучше общего приближения, чем линейная кривая. Так что, пожалуйста, линейного контроля частоты тоже нет! Вы не хотели бы слушать пианино, настроенное на линейную шкалу.

Это относится не только к генерации звука, но и к анализу звука .Если вы хотите создать спектральный анализ, график должен иметь логарифмическую шкалу (по обеим осям, частоте и амплитуде), если нет особых причин использовать линейную шкалу. С линейной шкалой частот все низкие частоты будут сжаты в несколько строк, в то время как высокие частоты будут размазаны по широкой области. Имейте в виду, что хотя звуковой диапазон достигает 20 кГц, «высоких частот» уже начинаются с ± 2 кГц! Самое интересное в музыке происходит ниже 2 кГц.Что касается речи, вы не можете многое сделать с частотами выше 4 кГц (поэтому телефоны отфильтровывают их). Тем не менее, они занимают 80% линейной спектрограммы!

К сожалению, нелегко генерировать спектр с логарифмической осью частот. БПФ являются линейными, и единственный способ получить логарифмическую шкалу от БПФ - это деформировать вывод, что приводит к плохому разрешению на низких частотах и ​​преувеличенному разрешению на высоких частотах. Чтобы противостоять этому, можно использовать БПФ с таким высоким разрешением, чтобы оно было достаточно точным даже на самых низких частотах.Однако это приведет к плохому разрешению с временным разрешением на высоких частотах. Не существует такой вещи, как изменение БПФ, которое сразу же производит масштабирование журнала, но можно использовать другие подходы, например, банк фильтров с фильтрами, пропускная способность которых увеличивается с частотой. Единственная проблема с этим подходом состоит в том, что временной интервал фильтров более низкой частоты должен быть длиннее, чем у более высоких частот, что затрудняет обеспечение унифицированной частотной характеристики в любой момент времени.

,Объем

- JRiverWiki

Media Center имеет гибкую систему регулировки громкости, которая позволяет вам выбирать из нескольких различных режимов, чтобы вы могли настроить поведение в соответствии со своими предпочтениями и оборудованием:

• Объем приложения
• Внутренний том
• Системный том
• Отключенный том

Вы можете переключать режимы громкости в: Player> Volume.

Также можно щелкнуть маленький динамик слева от ползунка громкости, чтобы получить доступ к тому же меню (как показано справа).

Режимы громкости

System Volume контролирует основную громкость всей системы. Это эквивалентно нажатию на значок системы громкости и настройке ползунка.

• Том приложения (только для Windows)

Громкость приложения регулирует громкость только Media Center. Это требует Windows Vista и новее. Это не рекомендуется для лучшего качества звука, потому что он добавляет еще один уровень громкости.

Disabled Volume отключает любые регуляторы громкости.Этот режим полезен, если вы отправляете аудио на внешнее устройство с аппаратной громкостью и хотите избежать сложности двух громкостей.

Внутренний том применяет громкость внутри 64-битного звукового движка JRiver. Это максимально возможный объем программного обеспечения. Подробнее о 64-битной обработке здесь Audio Bitdepth.

Внутренняя громкость полезна в тех случаях, когда аппаратное обеспечение не обеспечивает громкость, что характерно для высокопроизводительных звуковых карт и ЦАП.

Как и при любой обработке звука, внутренняя громкость не работает при передаче битов.Он также не работает с воспроизведением на основе веб-браузера, таким как Netflix.

Шкала децибел, используемая для внутреннего объема, подробно описана в этой теме взаимодействия.

Рекомендации

Нет лучшего режима громкости. Выбор зависит от вашего оборудования и предпочтений.

Наиболее распространенными вариантами являются объем системы или внутренний объем.

Выбор между системным томом и внутренним томом

Определяющим фактором в этом решении является тип / качество вашего аппаратного объема.

Иногда увеличение аппаратной громкости увеличивает уровень шума, который вы слышите при воспроизведении тишины (используйте «Инструменты> Расширенные инструменты> Калибровка звука> Тишина» и убедитесь, что «Не воспроизводить тишину» не отмечено в «Параметры»> «Аудио»). Проверьте это, поднесите ухо прямо к динамику и отрегулируйте громкость системы во время воспроизведения тишины.

Если шум становится громче, когда вы увеличиваете громкость:

• Используйте «Системный том», чтобы не увеличивать системный том (который, как мы обнаружили, добавляет шум выше), если у вас нет

Если шум не изменяется при увеличении громкости:

• Используйте «Внутренний том» и оставьте системный том на 100%.Это выгодно, потому что вы получаете 64-битную громкость, а также потому, что она позволяет Media Center иметь максимально возможный запас сигнала, что особенно важно, если вы выполняете обработку (повышающую дискретизацию, коррекцию помещения, управление басами и т. Д.)

Объем защиты

Volume Protection - это функция, предотвращающая неожиданно громкий звук. Это полезно в тех случаях, когда вы подключаете Media Center к усилителю с высоким коэффициентом усиления, когда неожиданный вывод на полной громкости может повредить оборудование или ваши уши.

Защита тома делает следующее:

1. Сделано так, что невозможно увеличить громкость более чем на 5% за раз (таким образом, случайное нажатие 100% на ползунке не приведет к 100%)
2. Делает так, чтобы громкость не могла быть увеличена более чем на 20% в секунду
3. Делает так, чтобы при запуске воспроизведения, если в течение 30 минут ничего не воспроизводилось, громкость устанавливается на 20% (если громкость уже не ниже).

Объем запуска

В меню «Параметры»> «Запуск» есть одна настройка громкости под заголовком «Объем запуска».

Оптимизация громкости для наилучшего качества звука
Эта опция максимизирует ползунок громкости при выходе. Это предотвращает двойную громкость и проблемы с качеством звука в Windows XP и более ранних версиях. Опция безвредна, но не нужна в Vista и новее.

В меню «Настройки»> «Аудио»> «Громкость» имеется вторая настройка.

Начальный том
Этот параметр устанавливает громкость в Media Center на заданный уровень при запуске программы.Установка -1 оставит ползунок громкости в том же положении, в котором он находился во время предыдущего сеанса Media Center.

Внутренняя громкость Объем

Внутренняя громкость

особенно полезна, если вы выполняете обработку сигналов, такую ​​как свертка, эквалайзер, Linkwitz и т. Д. Любое уменьшение громкости будет доступно в качестве дополнительного запаса сигнала, уменьшая шансы нежелательного отсечения или уменьшения громкости из Clip Protection.

Представьте себе, что используется свертка, которая в редких случаях выдает на уровне + 6 дБ (т. Е. Более 100% пикового уровня).

Если вы используете громкость системы, эти + 6 дБ должны быть расположены на одной линии (что приводит к слышимым искажениям), или функция Clip Protection включится и уменьшит громкость всех каналов (также нежелательно).

Если вы вместо этого используете внутренний объем, скорее всего, у вас будет запас, чтобы избежать какого-либо ограничения или уменьшения объема. Например, если вы обычно слушаете на -12 дБ, вы можете разместить до + 12 дБ, прежде чем возникнет необходимость в ограничении или уменьшении громкости.

Громкость

Громкость обеспечивает более естественное регулирование громкости звучания на основе частотных характеристик человеческого слуха.Был добавлен в MC18.

Подробнее здесь: http://yabb.jriver.com/interact/index.php?topic=76608.0

Reference Level Calibration

Если вы используете внутренний объем, вы можете откалибровать регулятор громкости, так что нулевая точка соответствует «опорному уровню.»

Аудиоиндустрия не имеет стандарта для калибровки системы воспроизведения, но в киноиндустрии стандарт калибровки был определен Обществом инженеров кино и телевидения (SMPTE).Стандарт гласит, что одноканальный сигнал розового шума с среднеквадратичным уровнем -20 дБ относительно полномасштабной синусоиды должен воспроизводиться при 83 дБ УЗД.

Чтобы откалибровать Media Center до этого контрольного уровня:

1. Убедитесь, что все колонки сбалансированы относительно друг друга (обычно с помощью ползунков расстояния и уровня в DSP Studio> Коррекция помещения)
2. Убедитесь, что вы используете «Внутренний том»
3. Отключение «Регулировка громкости» в DSP Studio
4. Отключить «Громкость» (так как он может измерять цвет)
5. Используйте Инструменты> Расширенные инструменты> Калибровка звука... и воспроизведите клип «Калибровка громкости», используя количество каналов, наиболее точно соответствующее вашему оборудованию
6. Отрегулируйте ползунок громкости, пока измеритель децибел не покажет 83 дБ в позиции прослушивания, воспроизводимой с каждого динамика
7. Если колонки читают по-разному, используйте DSP Studio> Коррекция помещения, чтобы скорректировать относительные уровни колонок, а затем снова запустите этот процесс.
8. Введите уровень громкости, который обеспечивает опорный уровень из вышеприведенного шага, в Опции> Аудио> Громкость> Внутренний опорный уровень громкости (число - это процентное значение ползунка громкости)

После этого отображение громкости будет всегда относительно этого контрольного уровня.«Этот опорный уровень также будет использоваться, если вы включите« Громкость ».

Для этой процедуры требуется Media Center 18.0.108 или новее для правильного создания тестового клипа.

Подробнее

,

Как нормализовать громкость звука в Windows 10 • Pureinfotech

В Windows 10 может быстро возникнуть раздражающая необходимость постоянно регулировать звук ваших динамиков во время просмотра видео или воспроизведения музыки. Если вы когда-нибудь пытались поймать телевизионное шоу онлайн, вы, вероятно, заметили, что рекламные ролики звучат ужасно громче, чем шоу, которое вы смотрите. То же самое относится и к вашей музыкальной коллекции, в зависимости от того, как у вас есть эти песни на вашем компьютере, некоторые альбомы могут воспроизводиться с разным уровнем громкости звука.

К счастью, вы можете быстро нормализовать звук в Windows 10, чтобы обеспечить постоянный уровень громкости звука в приложениях и веб-браузерах при просмотре онлайн-шоу или прослушивании музыки.

В этом руководстве вы узнаете, как включить «Эквалайзер громкости» для нормализации выходного звука в Windows 10.

Как нормализовать громкость звука с помощью функции выравнивания громкости

Используйте эти шаги, чтобы изменить настройки звука для нормализации громкости в Windows 10:

Важно: Хотя это стандартная функция, доступная в большинстве устройств, не все звуковые драйверы поддерживают опции улучшения.Например, устройства Surface Pro 3 не поддерживают эту функцию.

1. Открыть Настройки .

2. Нажмите на Система .

3. Нажмите на Звук .

4. В разделе «Связанные настройки» с правой стороны выберите опцию Sound Control Panel .

   Настройки звука в Windows 10

5. Нажмите на вкладку Воспроизведение .

6. Выберите громкоговоритель, который в настоящее время установлен по умолчанию (тот, с зеленой галочкой).

7. Нажмите кнопку Свойства в правом нижнем углу.

   Windows 10 Звуковые свойства

8. Нажмите на вкладку Улучшения .

9. Проверьте опцию Уравнение громкости .

   Опция выравнивания громкости

10. Нажмите кнопку Применить .

11. Нажмите кнопку OK .

После того, как вы выполните все шаги, вы сможете смотреть свои ТВ-шоу онлайн или слушать музыку с постоянным уровнем громкости.

Кроме того, вы также можете использовать опцию выравнивания громкости в Windows 10, чтобы увеличить громкость звука, даже если вы максимизируете его, и вы все еще слышите слишком низко. Как вы, вероятно, заметили, эта опция «уменьшает воспринимаемые различия громкости», что делает тихие и громкие звуки легче слышать.

Важно отметить, что большинство мультимедийных приложений имеют функцию «выравнивания громкости» или «нормализации громкости». Однако в Windows 10, аналогично Windows 8.1, Windows 7 и более ранним версиям, имеется опция, позволяющая нормализовать громкость в масштабе всей системы.

,

Улучшение звука с автоматической регулировкой громкости в Mac OS X

Автоматическая регулировка громкости является отличным дополнением к нормализации пиков или громкости звука с помощью слишком громких и слишком мягких частей, пиков и щелчков, включая подкасты, интервью и голосовые записи. Это функция, которая применяет сжатие с умом.

Некоторые аппаратные устройства автоматического управления усилением (AGC) могут выполнять аналогичную работу, но, поскольку они должны работать в режиме реального времени, они не могут многое сделать, не говоря уже о том, что такие устройства обычно дороги.Автоматическая регулировка громкости может быть лучше, выполняя несколько проходов над звуком, создавая карту громкости, где изменяется громкость.

Автоматическая регулировка громкости обладает огромной мощностью, поскольку она проста в управлении и может выполняться автоматически без вмешательства. Просто включите его в настройках / эффектах, поместите ваше интервью или подкаст практически любого формата в главное окно, и через несколько секунд вы получите новую версию, которая звучит просто лучше.

Давайте рассмотрим несколько примеров и вопросов, в которых использование автоматического регулирования громкости полезно или даже необходимо.

Улучшение звука кино с большим динамическим диапазоном

В качестве примера ниже приведен звук из фильма, прошедший через фильтр нормализации пиков и нормализованный до максимально возможного уровня 0 дБFS. Голоса в первой части остаются едва слышимыми, а вторая - слишком громкой, поскольку максимальный пик приходится на участок с шумными выстрелами.

Ваш браузер не поддерживает аудио элемент.		Ваш браузер не поддерживает аудио элемент.
Аудио из фильма		Аудио из фильма нормализовано до 0 дБFS

Автоматическая регулировка громкости, включенная в окне «Настройки / Эффекты», может быть идеальным решением здесь. В начале голоса становятся слышимыми и узнаваемыми, а усиление партии с кадрами снижается.

Ваш браузер не поддерживает аудио элемент.

Аудио из фильма нормализовано до 0 дБFS с автоматической регулировкой громкости

Улучшение записи голоса с помощью кликов

Другой пример - запись речи со случайными щелчками в начале и в конце. Максимальный пиковый уровень относится к щелчкам, поэтому нормализация пиков здесь не действует, и громкость важной голосовой партии не может быть отрегулирована до максимальной.Автоматическая регулировка громкости снова здесь.

Ваш браузер не поддерживает аудио элемент.		Ваш браузер не поддерживает аудио элемент.
Аудио с щелчками		То же аудио нормализовано до 0 дБFS

Ниже тот же звук улучшен с помощью автоматической регулировки громкости.

Ваш браузер не поддерживает аудио элемент.

Аудио с кликами, нормализованными до 0 дБFS с автоматической регулировкой громкости

Улучшение подкастов и аудиокниг

Автоматическая регулировка громкости - это идеальный инструмент для улучшения качества аудиокниг и подкастов. Одна только пиковая нормализация может дать некоторые полезные результаты.

Ваш браузер не поддерживает аудио элемент.		Ваш браузер не поддерживает аудио элемент.
Аудиокнига		Аудиокнига, нормализованная до 0 дБFS

Автоматическая регулировка громкости улучшает аудиокнигу, делает ее еще лучше и идеально подходит для прослушивания.

Ваш браузер не поддерживает аудио элемент.

Аудиокнига , нормализованная до 0 дБFS с автоматической регулировкой громкости

Улучшение записи речи и интервью с тихими сегментами

Давайте рассмотрим интервью или дискуссию, в которой одни люди были близки к микрофонам, а другие - нет. Такая запись голоса заканчивается существенной разницей в громкости между двумя людьми.

Есть ли способ увеличить тихие части, не сильно влияя на громкие части? Эта задача решается инженерами постпроизводства каждый день. Для их решения им требуются часы тяжелой работы с дорогими и сложными инструментами.

Ваш браузер не поддерживает аудио элемент.		Ваш браузер не поддерживает аудио элемент.
Интервью с тихой частью		Интервью нормализовано до 0 дБFS

Теперь с автоматической регулировкой громкости задача выполняется автоматически и занимает всего несколько секунд!

Ваш браузер не поддерживает аудио элемент.

Интервью нормализовано до 0 дБFS с автоматическим регулятором громкости

Улучшение музыки для прослушивания в шумной обстановке

Давайте рассмотрим еще один пример того, как автоматический регулятор громкости ведет себя со студийной музыкой.Пиковая нормализация снова дает некоторые результаты.

Ваш браузер не поддерживает аудио элемент.		Ваш браузер не поддерживает аудио элемент.
Аудио с тихой частью		Аудио нормализовано до 0 дБFS

Ниже показан тот же звук, нормализованный с включенным автоматическим регулятором громкости.Это может обеспечить хорошую работу со сжатием даже в этом случае, что делает звук идеально слышимым. Это может быть полезно в автомобиле или другой шумной обстановке.

Ваш браузер не поддерживает аудио элемент.

Аудио нормализовано до 0 дБFS с автоматическим регулятором громкости

Однако автоматический контроль громкости может дать нежелательный результат в случае звука с уже сжатым динамическим диапазоном, поэтому может потребоваться проверка результата преобразования.

.