Схема. Адаптивный тыловой канал системы пространственного звучания

Принципиальная схема первого варианта устройства представлена на рис. 5.
Адаптивный тыловой канал системы пространственного звучания
      При его разработке ставилась задача добиться максимальной простоты и функциональности, что определило выбор элементной базы и схемотехнических решений. Сначала рассмотрим канал основного сигнала. На полевых транзисторах VT1, VT2 выполнен комбинированный каскад, объединяющий истоковые повторители и стоковый сумматор Сигналы двух стереоканалов с напряжением 500 мВ суммируются на общей нагрузке — резисторе R5. Коэффициент передачи повторителей — 0,85…0,9, усиление суммируемых сигналов — около 5 дБ Суммарный сигнал используется для управления порогом срабатывания АРУ (работа этого узла рассматривается далее).

      Для выделения разностной составляющей стереосигнала использован дифференциальный усилитель на ОУ DA1. Необходимое для работы ОУ при однополярном питании напряжение смещения получено от встроенного стабилизатора режима микросхемы DA2 (вывод 5). Усиление дифференциального усилителя с учетом коэффициента передачи истоковых повторителей составляет около 12 дБ и выбрано из условия согласования чувствительности устройства и максимально допустимого входного напряжения следующего каскада — электронного регулятора громкости TDA8196 (DA2). При входном напряжении 2 В его коэффициент нелинейных искажений достигает 1 %, поэтому повышать усиление не следует.

      Имеющийся в микросхеме TDA8196 электронный коммутатор входов использован для дискретного изменения коэффициента передачи канала разностного сигнала. При указанном на схеме положении переключателя SA1 входом является вывод 4 и коэффициент передачи по входу составляет 0 дБ. В среднем положении переключателя входом становится вывод 2 и сигнал поступает на регулятор через резистор R10, образующий с входным сопротивлением микросхемы (10…13кОм) делитель напряжения В этом режиме коэффициент передачи каскада составляет приблизительно -16 дБ
Одновременно с изменением коэффициента передачи изменяется частота среза ФВЧ, образованного конденсаторами С5, С6 и входным сопротивлением микросхемы DA2. В режиме ослабления частота среза составляет 250 Гц, при полном усилении — 150 Гц.

      Изменение коэффициента передачи разностного сигнала и уровня его низкочастотных составляющих позволяет имитировать помещения с различными акустическими свойствами
После коммутатора сигнал поступает на электронный потенциометр, управляемый напряжением (по выводу 6) При снижении управляющего напряжения с 4,5 до 2 В коэффициент передачи изменяется от 0 до -40 дБ. В крайнем нижнем (по схеме) положении переключателя SA1 управляющее напряжение равно нулю, коэффициент передачи DA2 уменьшается до -80 дБ, что равноценно отключению тылового канала
С выхода регулятора сигнал поступает на микросхему TDA1020 (DA4), в которую входят два усилителя — предварительный с коэффициентом передачи 17 дБ и усилитель мощности. Емкость разделительных конденсаторов С7, С20 уменьшена против типовой, что дополнительно подавляет низкочастотные составляющие сигнала.

      С выхода предварительного усилителя (вывод 7) сигнал поступает на входусилителя мощности, а также на детектор АРУ Выходное сопротивление предварительного усилителя (2 кОм) и конденсатор С15 образуют ФНЧ с частотой среза порядка 3…7 кГц. Ограничение спектра разностного сигнала преследует две цели — приблизить его к спектру эхо-сигнала и ослабить реакцию АРУ на атаку сигнала. В зависимости от АЧХ тыловых АС, акустических свойств помещения и требуемых динамических свойств АРУ может потребоваться подбор этого конденсатора в интервале емкости 0,01…0,047 мкФ.

      Усилитель мощности — традиционный, с вольтодобавкой и корректирующей RC-цепью на выходе Его достоинство — возможность работы с нагрузкой сопротивлением 2 Ом, при этом максимальная выходная мощность достигает 10 Вт, Этого достаточно для совместной работы со стереосистемой суммарной мощностью до 100 Вт.

      Цепи C8VD2 и C9R12R13VD3 обеспечивают беспомеховое включение и выключение устройства. При подаче управляющего напряжения конденсатор С8 быстро заряжается через диод VD2, а усилитель мощности включается с задержкой в 2…3 с (она определяется постоянной времени цепи C9R12). К моменту включения УМ переходные процессы в предварительных каскадах заканчиваются, остаточные помехи подавляются работой АРУ. Для выключения устройства управляющее напряжение снимается. Конденсатор С9 при этом быстро разряжается через цепь VD3R13, и усилитель мощности блокируется до начала переходных процессов в предварительных каскадах. Небольшие остаточные щелчки обусловлены зарядкой и разрядкой оксидного разделительного конденсатора С20 и, к сожалению, неустранимы при стандартной схеме включения. Вводить реле коммутации АС нецелесообразно — помехи невелики
Адаптивный тыловой канал системы пространственного звучания
      Теперь рассмотрим работу канала управления. Его основа — пиковый детектор с изменяемым порогом срабатывания, выполненный на транзисторах VT3, VT4 [4]. Для управления порогом срабатывания используется суммарный сигнал, сформированный комбинированным каскадом на транзисторах VT1, VT2. Порог срабатывания АРУ формируется каскадом на транзисторе VT3. Выпрямленное VT3 и сглаженное конденсатором СЮ напряжение является напряжением смещения для порогового элемента АРУ (VT4) Переходы база—эмиттер транзисторов VT3, VT4 включены встречно-параллельно, что не только компенсирует нелинейность входных характеристик транзисторов, но и обеспечивает термостабильность устройства.

      Минимальный порог срабатывания АРУ (U0) составляет 70… 100 мВ, что соответствует напряжению 2…3 мВ на входе устройства При увеличении суммарного сигнала порог срабатывания увеличивается практически линейно (рис. 6).

Зависимость описывается формулой

Unop = K-UCVMM + UOI

где К — коэффициент передачи делителя R16R19; U0 = 0,1 В

      Такое построение детектора позволяет привязать порог срабатывания АРУ в канале разностного сигнала к среднему уровню суммарного сигнала. Это делает работу устройства независимой от положения регулятора громкости источника сигнала в широком диапазоне входных напряжений и обеспечивает слежение за общим уровнем громкости.

      Теперь рассмотрим динамические характеристики устройства. Каскад управления порогом срабатывания представляет собой детектор средних значений. Время интегрирования суммарного сигнала (примерно 0,15 с) определяется постоянной времени цепи С10R 15 и внутренним сопротивлением VT3, время восстановления детектора (около 3 с) определяется постоянной времени цепи C10R14 Время интегрирования можно уменьшить до десятков миллисекунд, заменив резистор R15 перемычкой. Изменять время восстановления нецелесообразно.

      Детектор АРУ с переменным временем интегрирования выполнен на транзисторе VT4. Изменение этого времени реализовано аналогично детектору системы шумопонижения Dolby-B. Входной сигнал открывает транзистор VT4, разряжая конденсатор С14. Для медленно нарастающих сигналов постоянная времени детектора определяется постоянной времени C14R21 (0,1 с). Для сигналов с большой скоростью нарастания падение напряжения на резисторе R21 превышает 0,5 В, открывшийся диод VD1 ускоряет разрядку конденсатора С14 Это улучшает отслеживание импульсных сигналов (а разностный сигнал в основном из них и состоит) Время восстановления АРУ (в пределах 0,1…0.2 с) определяется сопротивлением резисторов R20, R21 и током управления DA2.

      Управляющий каскад питается от маломощного стабилизатора напряжения 5 В. Светодиод HL1 красного цвета свечения (его можно использовать как индикатор включения) стабилизирует напряжение смещения управляющего каскада и ограничивает минимальное управляющее напряжение на уровне 2 В. Ограничение снижения усиления в тракте исключило колебательные процессы в петле АРУ.

      Управляющему напряжению 2 В соответствует коэффициент передачи DA2 -40 дБ (-55 дБ в режиме ослабления по входу). С учетом коэффициента передачи истоковых повторителей максимальное усиление в канале разностного сигнала составляет примерно 27…28 дБ в режиме полного сигнала и 10… 12 дБ в режиме ослабления Большая степень компрессии обеспечивает эхо-эффект (осуществляется поддержка тылового сигнала за счет АРУ), меньшая — диффузный звук.
Адаптивный тыловой канал системы пространственного звучания
      Диаграмма уровней (рис. 7) иллюстрирует работу тракта при разных уровнях сигнала. Верхний график соответствует номинальному входному уровню О дБ (500 мВ). Регулятор уровня вносит в сигнал переменное затухание (до 30 дБ), а уровень разностного сигнала в этом режиме зафиксирован АРУ на уровне, определяемом уровнем суммарного сигнала. Снижение уровня суммарного сигнала вызывает пропорциональное уменьшение порога срабатывания АРУ При снижении уровня суммарного сигнала ниже 100 мВ (-14 дБ) канал слежения исключается из работы и порог срабатывания далее не снижается.

      Нижний график соответствует предельному случаю работы АРУ, когда вносимое регулятором затухание минимально. При дальнейшем снижении уровня разностного сигнала работа АРУ прекращается Таким образом, рабочая зона АРУ заключена между верхним и нижним графиками, и в режиме полного сигнала диапазон работы АРУ составляет 43 дБ. в режиме ослабления — 27 дБ.

      В процессе налаживания устройства было установлено, что некоторое расширение спектра разностного сигнала, подаваемого на тыловые АС, улучшает восприятие звуковой картины В то же время детектор АРУ начинает реагировать на высокочастотные составляющие разностного сигнала, что подавляет атаку разностного сигнала и эффект присутствия снижается. Поэтому верхняя граница полосы частот разностного сигнала была установлена компромиссно, что, впрочем, не слишком сказалось на восприятии эффекта.

      Достоинство данного варианта конструкции — предельная простота и хорошая повторяемость. Определенным недостатком, ограничивающим область применения устройства, стала невысокая перегрузочная способность по входу Она оказалась недостаточной для работы с некоторыми головными устройствами автомобильных аудиокомплексов — напряжение на линейном выходе у моделей высокого класса достигает 4 В. что приводит к значительным искажениям в дифференциальном усилителе. Но для головных устройств среднего класса напряжение линейного выхода не превышает 1,5 В и перегрузка не возникает. В большинстве случаев эта конструкция оптимальна по соотношению «простота/качество».
Адаптивный тыловой канал системы пространственного звучания

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *