Электронные регуляторы громкости: виды, принцип работы, преимущества и недостатки

Что такое электронный регулятор громкости. Какие бывают виды электронных регуляторов. Как работает цифровой регулятор громкости. В чем преимущества и недостатки электронных регуляторов по сравнению с аналоговыми. Какие микросхемы используются для электронной регулировки громкости.

Что такое электронный регулятор громкости и зачем он нужен

Электронный регулятор громкости — это устройство, которое позволяет изменять уровень звукового сигнала без использования механических компонентов. В отличие от традиционных аналоговых регуляторов на основе переменных резисторов, электронные регуляторы используют специальные микросхемы для управления уровнем сигнала.

Основные причины применения электронных регуляторов громкости:

• Более высокая надежность и долговечность по сравнению с механическими компонентами
• Отсутствие шумов и треска при регулировке
• Возможность точной настройки и синхронного управления несколькими каналами
• Совместимость с цифровыми системами управления
• Компактные размеры

Электронные регуляторы особенно актуальны в современной стереотехнике, где качество звучания и надежность играют ключевую роль. Они позволяют решить проблему быстрого износа механических потенциометров, особенно в многоканальных системах.

Виды электронных регуляторов громкости

Существует несколько основных типов электронных регуляторов громкости:

1. Аналоговые регуляторы с управлением напряжением

Принцип работы: изменение коэффициента усиления операционного усилителя путем подачи управляющего напряжения. Типичные микросхемы: TDA1029, TDA1074.

2. Цифровые регуляторы

Работают путем цифровой обработки сигнала. Бывают двух видов:

• Автономные (например, КА2250, ТС9153) — управляются кнопками, регулируют только громкость
• «Процессорные» (TDA8425, TEA63xx) — требуют внешнего процессора, позволяют регулировать также тембр, баланс и применять звуковые эффекты

3. Гибридные регуляторы

Сочетают аналоговый тракт прохождения сигнала с цифровым управлением. Пример: PGA2311.

Принцип работы цифрового регулятора громкости

Цифровые регуляторы громкости работают путем изменения числовых значений, представляющих уровень звукового сигнала в цифровой форме. Основные принципы:

• Каждый уровень громкости в системе PCM представлен числом
• Большие числа соответствуют более высокой громкости, меньшие — более низкой
• Изменяя эти числа, регулятор изменяет громкость
• При уменьшении громкости происходит уменьшение разрядности сигнала (потеря младших битов)

Важно понимать, что при цифровой регулировке громкости не добавляется никаких компонентов в тракт сигнала — происходит только математическое преобразование цифровых данных.

Преимущества и недостатки электронных регуляторов громкости

Электронные регуляторы громкости имеют ряд преимуществ и недостатков по сравнению с традиционными аналоговыми решениями на основе переменных резисторов.

Преимущества:

• Высокая надежность и долговечность
• Отсутствие механического износа
• Точная и плавная регулировка
• Возможность дистанционного управления
• Синхронное управление несколькими каналами
• Низкий уровень шумов и искажений
• Компактные размеры
• Возможность интеграции дополнительных функций (тембр, баланс и т.д.)

Недостатки:

• Более высокая стоимость по сравнению с механическими регуляторами
• Необходимость источника питания
• Потенциальная потеря разрядности при цифровой регулировке
• Сложность ремонта в случае выхода из строя
• Возможные проблемы с электромагнитной совместимостью

Несмотря на некоторые недостатки, преимущества электронных регуляторов громкости делают их все более популярными в современной аудиотехнике.

Микросхемы для электронной регулировки громкости

Существует множество специализированных микросхем для создания электронных регуляторов громкости. Рассмотрим некоторые популярные варианты:

PGA2311

Высококачественный стереофонический регулятор громкости с цифровым управлением по интерфейсу SPI. Основные характеристики:

• Коэффициент нелинейных искажений (THD+N): 0,0004%
• Динамический диапазон: 120 дБ
• Диапазон регулировки: от +31,5 дБ до -95,5 дБ с шагом 0,5 дБ

PT2256

Электронный регулятор громкости с управлением двумя кнопками и функцией тонкомпенсации. Характеристики:

• Коэффициент нелинейных искажений (THD): 0,01%
• Отношение сигнал/шум: ≥90 дБ
• Тонкомпенсация: до 20 дБ на частоте 1 кГц

TDA8425

Микросхема с цифровым управлением для регулировки громкости, тембра и баланса. Особенности:

• 4 независимых канала
• Управление по шине I²C
• Встроенные эффекты псевдостерео

Применение электронных регуляторов громкости в аудиотехнике

Электронные регуляторы громкости находят широкое применение в различных областях аудиотехники:

Домашние аудиосистемы

В современных AV-ресиверах и усилителях электронные регуляторы позволяют точно настраивать уровень громкости для каждого канала, обеспечивая идеальный баланс звучания. Они также упрощают реализацию функций дистанционного управления и интеграцию с системами умного дома.

Профессиональное аудиооборудование

В микшерных пультах и студийных мониторах электронные регуляторы обеспечивают прецизионную настройку уровней сигнала, что критически важно для качественной звукозаписи и мастеринга.

Портативные устройства

В смартфонах, планшетах и портативных плеерах компактные электронные регуляторы позволяют эффективно управлять громкостью без необходимости использования механических компонентов, что повышает надежность и долговечность устройств.

Автомобильные аудиосистемы

Электронные регуляторы в автомобильных магнитолах и усилителях обеспечивают удобное управление громкостью, часто интегрированное с кнопками на руле, а также позволяют реализовать функции автоматической регулировки громкости в зависимости от скорости движения.

Тенденции развития электронных регуляторов громкости

Технологии электронной регулировки громкости продолжают развиваться. Основные тенденции включают:

• Повышение разрешения и динамического диапазона регуляторов
• Интеграция функций обработки звука (эквалайзеры, пространственные эффекты)
• Улучшение энергоэффективности для применения в портативных устройствах
• Разработка более совершенных алгоритмов цифровой регулировки для минимизации потерь качества
• Создание «умных» регуляторов с адаптивными функциями (например, автоматическая настройка уровня в зависимости от окружающего шума)

Эти инновации позволят еще больше повысить качество звучания и удобство использования аудиотехники в будущем.

Как выбрать электронный регулятор громкости

При выборе электронного регулятора громкости для конкретного применения следует учитывать ряд факторов:

1. Тип управления

Выберите между аналоговым управлением напряжением, цифровым управлением по шине (SPI, I²C) или кнопочным управлением в зависимости от требований вашего проекта.

2. Количество каналов

Определите, нужен ли вам стереофонический регулятор или многоканальное решение для систем домашнего кинотеатра.

3. Динамический диапазон

Для высококачественных аудиосистем выбирайте регуляторы с большим динамическим диапазоном (120 дБ и более).

4. Уровень искажений

Обратите внимание на показатели THD+N (коэффициент нелинейных искажений плюс шум). Для высококачественного звука этот показатель должен быть менее 0,01%.

5. Дополнительные функции

Решите, нужны ли вам дополнительные возможности, такие как регулировка тембра, баланса или встроенные звуковые эффекты.

6. Совместимость

Убедитесь, что выбранный регулятор совместим с другими компонентами вашей аудиосистемы по напряжению питания, уровням сигналов и протоколам управления.

Правильный выбор электронного регулятора громкости поможет обеспечить высокое качество звучания и удобство использования вашей аудиосистемы.

Качественный цифровой регулятор громкости PGA2311 , SPI, Stereo , THD+N

С развитием стереотехники резко обострилась одна из проблем аналоговой аппаратуры — низкое качество и небольшой ресурс работы переменных резисторов, служащих регуляторами громкости. И если для моноаппаратуры еще можно подобрать переменный резистор на замену вышедшему из строя, то для стерео, особенно импортной, это практически нереально.

Найти “примерно такой же” резистор очень сложно даже в крупных городах. Причем чаще всего “ломаются” резисторы регуляторов громкости. Регуляторы тембра и баланса используются реже и служат гораздо дольше. К счастью, полный выход из строя сдвоенного (“стерео”) переменного резистора случается крайне редко. Обычно хотя бы один из резисторов полностью или частично исправен. И, “зацепившись” за эту часть регулятора. можно “вылечить” все устройство!

При этом даже не придется переводить систему в монофонический режим—достаточно просто добавить специальную микросхему электронного регулятора громкости. Такие микросхемы сравнительно дешевы, почти не искажают звук и практически не требуют подключения внешних элементов. С их помощью автор в свое время вернул жизнь не одному десятку различных магнитол, и ни один владелец не остался разочарованным.

Как правило, подобные микросхемы управляются напряжением. Изменяя напряжение на специальном входе микросхемы с помощью переменного резистора {или того, что от него осталось), мы изменяем громкость фазу в обоих каналах, причем линейность и синхронность ее изменения гораздо выше, чем при использовании сдвоенного переменного резистора.

Знать, как именно устроены подобные микросхемы — совершенно не обязательно (фактически, это операционный усилитель с электрически изменяемым коэффициентом усиления), нужно только помнить, что при уменьшении напряжения на регулирующем входе громкость обычно также уменьшается. И даже если переменный резистор “восстановлению не подлежит” — тоже не все потеряно. В таком случае можно использовать цифровой регулятор громкости, который управляется кнопками.

Такие регуляторы бывают двух типов: автономные и требующие использования дополнительного процессора. Первые (например, КА2250, ТС9153) регулируют только громкость. “Качество регулировки” — довольно скверное, но их стоимость сравнительно невелика. “Процессорные” регуляторы раза в два дороже автономных, но гораздо “круче”: и регулировка более линейная, и, помимо регулировки громкости, можно регулировать тембр, баланс, звуковые эффекты (псевдостерео — стерео из моносигнала, как у TDA8425 или псевдоквадра-стерео в микросхемах серии ТЕАбЗхх).

Есть также селектор каналов на входе и некоторые другие “примочки”. Но распространение таких регуляторов, даже несмотря на весьма выгодное соотношение цена- качество, ограничивает необходимость использования внешнего, заранее запрограммированного процессора. Специализированные запрограммированные процессоры для работы с подобными микросхемами автор в продаже не встречал.

Большинство микросхем с электронной регулировкой громкости предназначены для работы в кассетном магнитофоне. Они имеют пару чувствительных и малошумящих предварительных усилителей, пару усилителей мощности с электронной регулировкой громкости, и рассчитаны на низковольтное питание (1,8…6,0 В при потребляемом токе около 10 мА).

Схема регулятора громкости на микросхеме TA8119P

Электронный регулятор громкости PT2256 с тонкомпенсацией

При сборке или ремонте усилителей звуковой частоты не редко возникает необходимость регулировки уровня сигнала, подаваемого на данный усилитель, при этом, далеко не всегда есть возможность или желание организовать РГ (регулятор громкости) на потенциометре или дискретном регуляторе. В этом случае поможет модуль на микросхеме PT2256, которая является электронным регулятором громкости с управлением 2 кнопками: «+» и «-».
Дополнительной «фишкой» данного РГ, является тонкомпенсация, с завалом до 20дБ на частоте 1кГц
Коэффициент нелинейных искажений
THD 0,01%
Отношение сигнал-шум ≥ 90 дБ

Измерения
Напряжение питания постоянное	12В
Неравномерность АЧХ (в диапазоне 40 Гц — 15 кГц), дБ	+0. 94, -1.09
Уровень шума, дБ (А)	-96,3
Динамические диапазон, дБ (А)	96,4
Гармонические искажения, %	0,0250
Гармонические искажения + шум, дБ(A)	-69,7
Интермодуляционные искажения + шум, %	0,1850
Взаимопроникновение каналов, дБ	-71,9
Интермодуляции на 10 кГц, %	0,0230
Страница Измерений
Общие характеристики
Вес, кг	0,014
Встроенная защита —	Нет
Количество каналов	stereo
Микросхема	PT2256
Напряжение питания, максимальное (постоянное) DC	12V
Напряжение питания, минимальное (постоянное) DC	5V
Размер модуля ДхШхВ, мм	25x50x15
Уровень по входу	03-3,5V

Ваше имя

Ваш отзыв

Примечание: HTML разметка не поддерживается! Используйте обычный текст.

Рейтинг     Плохо           Хорошо

Captcha

Enter the code in the box below

Цифровые регуляторы громкости – PS Audio

Я мучился с тем, как написать это, потому что тема довольно сложная, и в конце концов решил не усложнять. Черт, сегодня воскресенье, и у нас должен быть выходной.

Вчера мы рассмотрели аналоговые регуляторы громкости и то, как они, добавляя что-то в тракт сигнала, всегда будут ухудшать ситуацию: на самом деле, чем меньше, тем лучше с аналоговым регулятором громкости. Чем громче вы включаете его, тем лучше он будет звучать, потому что меньше помех.

Цифровые регуляторы громкости в этом отношении такие же, но совсем другая история. Они ничего не добавляют к тракту сигнала: вместо этого они переставляют цифровые числа, чтобы добиться меньшей громкости. Это легко понять, если вы помните, что каждый уровень громкости в цифровой системе PCM основан на числе — это число представляет уровень выходного сигнала — с большими числами громче, а меньшими тише. Измените номер, измените громкость. Простой.

Так почему же это не идеальная система? Что ж, первое, что вы узнаете в инженерном деле, это то, что редко бывает бесплатный обед — дизайнеры выбирают жизненный ряд компромиссов, когда нет ничего идеального. Помните числа, которые я упоминал в системе PCM? Размер этих чисел является прямой функцией того, что мы называем длиной слова, а также количества раз, которое мы должны представлять эту длину слова каждую секунду. Вы наверняка слышали о 16 бит, 20 бит, 24 бит? Это длина «слова». Количество раз в секунду, которое мы должны представлять это слово, является частотой дискретизации: 44 000, 88 000, 19.2000 раз в секунду.

Таким образом, когда вы используете цифровой регулятор громкости и уменьшаете исходное число, чтобы уменьшить громкость, вы теряете биты в придачу. Но что это на самом деле означает и кого это волнует?

Вот модное слово дня: динамический диапазон. 16-битное слово может дать вам 96 дБ динамического диапазона, а 24-битное слово может дать колоссальные 144 дБ! Помните, что это экспоненциальная шкала, и предел человеческого слуха составляет около 16 бит в хороший день. Вот еще кое-что, что следует учитывать: ваша аналоговая электроника также не обеспечит динамический диапазон, превышающий 16 бит.

Итак, давайте соберем всю эту информацию вместе. Когда мы уменьшаем цифровой регулятор громкости, мы теряем биты: 1 бит на каждые 6 дБ или половину громкости. Звучит довольно плохо, правда? Что ж, есть еще одна особенность, которую нужно добавить: повышающая дискретизация DACS. Большинство современных DACS повышают дискретизацию 16 бит до 32 бит, а ЗАТЕМ выполняют изменения громкости. Таким образом, в зависимости от того, как спроектирован ЦАП, большинство изменений громкости, которые вы можете испытать, являются «бесплатными» для используемых диапазонов громкости 16-битного звука. Для 24-битного звука у вас есть меньший «свободный» диапазон для работы, но то, что вы теряете, в любом случае настолько мало громкости, что даже лучшая аналоговая электроника и громкоговорители все равно не могут его воспроизвести.

Итог? Если вы в первую очередь принимаете цифру и помните, что жизнь — это компромисс в области аудиотехники, цифровой регулятор громкости может нанести сигналу такой же небольшой ущерб, как и самый лучший аналоговый регулятор громкости. И если, как мы показали, этапы вывода идентичны, то, что бы вы ни выбрали, все будет в порядке, если ваш дизайнер правильно выполнил свою работу.

Завтра давайте подведем итоги.

Регуляторы громкости — Усилители звука

Регуляторы громкости — Усилители звука — Основы электроники

---

Аудиоусилители

Коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности транзисторных каскадов обычно варьируется за счет использования переменных резисторов в цепях связи. переменный резистор обычно называют регулятором усиления . В звуковых частот, регулятор усиления называется громкостью . контроль.

Регулятор громкости и связанная с ним схема должны допускать изменение усиления от нуля до максимума. Причем регулятор громкости должен быть таким расположены в заданной цепи, что все частоты затухают одинаково для всех положений переменное плечо управления.

Можно разработать большое количество удовлетворительных схем регулировки громкости. Типичная схема регулировки громкости обсуждается ниже.

В двухкаскадном усилителе (см. рисунок ниже) используется переменный резистор R ₂ в качестве регулятора громкости. Сопротивление нагрузки коллектора R ₁ вырабатывает транзистор Q ₁ выходной сигнал. Блокировочный конденсатор постоянного тока C ₁ соединяет сигнал с переменным резистором R ₂ и транзистор Q ₂ входной цепи. Резисторы R ₄ и R ₃ образуют делитель напряжения для установления смещения базы Напряжение. Резистор R ₅ — эмиттерный резистор и AC зашунтирован конденсатором C ₂ . Сопротивление нагрузки коллектора R ₆ формирует выходной сигнал. Размещение переменной резистор R ₂ в схеме как показано неудовлетворительно по причинам, изложенным ниже.

Неудовлетворительная цепь регулировки громкости.

(1) Базовое напряжение смещения — это напряжение, развиваемое на резисторе R ₃ . Это напряжение будет изменяться от максимума до нуля в зависимости от положения переменное плечо на переменном резисторе R ₂ . Напряжение выработка на резисторе R ₃ должен отменить противодействующее напряжение, развиваемое на шунтирующем резисторе R ₅ и оставить чистое прямое смещение база-эмиттер. Это условие не будет выполнено с переменным резистором R ₂ Шунтирующий резистор R ₃ .

(2) Постоянный ток, протекающий через переменный резистор R ₂ , будет вызывать чрезмерный шум.

(3) Усиление низких частот зависит от положения регулируемое плечо на переменном резисторе R ₂ . Это условие может быть понять, рассмотрев сопротивление перехода база-эмиттер транзистор Q ₂ пренебрежимо мал. С это предположение, переменный резистор R ₂ можно считать резистор шунтирующий эмиттерный R ₅ . Со всем сопротивлением переменного резистора R ₂ в цепи, конденсатор C ₂ эффективно обходит низкие частоты вокруг параллели комбинация резистора R ₅ и переменного резистора R ₂ для минимизации искажения низких частот. Как переменная рычаг перемещается для уменьшения участка переменного резистора Р ₂ в цепи конденсатор C ₂ становится менее эффективным в качестве байпаса конденсатор для низких частот, вызывая большую дегенерацию низких частот частот по сравнению с высокими частотами.