Релейный регулятор громкости: преимущества и особенности конструкции

Какие преимущества дает использование релейного регулятора громкости в аудиосистемах. Как устроен релейный регулятор громкости. Почему релейные регуляторы обеспечивают лучшее качество звука по сравнению с потенциометрами. Какие особенности имеет конструкция современных релейных регуляторов громкости.

Содержание

Что такое релейный регулятор громкости

Релейный регулятор громкости — это устройство для регулировки уровня громкости звука в аудиосистемах, в котором используются электромагнитные реле и резисторы вместо традиционных потенциометров. Основные компоненты такого регулятора:

Набор миниатюрных реле
Резисторы высокой точности
Микроконтроллер для управления реле
Схема декодирования сигналов управления (например, от ИК-пульта)
Дисплей для индикации уровня громкости

Принцип работы заключается в коммутации с помощью реле различных комбинаций резисторов, что позволяет получить дискретное изменение коэффициента ослабления сигнала с малым шагом.

Преимущества релейных регуляторов громкости

Релейные регуляторы имеют ряд важных преимуществ по сравнению с потенциометрами:

Отсутствие шумов и искажений, характерных для потенциометров
Высокая точность регулировки (до 256 уровней и более)
Отличное согласование каналов в стереосистемах
Долговечность и стабильность характеристик
Возможность дистанционного управления
Отсутствие механического износа

За счет этих преимуществ релейные регуляторы обеспечивают более высокое качество звука по сравнению с потенциометрами, особенно в high-end аудиосистемах.

Особенности конструкции современных релейных регуляторов

Современные релейные регуляторы громкости имеют ряд характерных особенностей конструкции:

Использование малогабаритных высококачественных реле с золотыми контактами
Применение прецизионных резисторов с низким температурным коэффициентом

Микроконтроллерное управление с возможностью программирования различных алгоритмов регулировки
Многоканальность (стерео, 5.1, 7.1)
Поддержка балансных и небалансных входов/выходов
Цифровая индикация уровня громкости
ИК или радиоканал дистанционного управления

Такая конструкция позволяет создавать высококачественные регуляторы громкости с отличными звуковыми характеристиками.

Как работает релейный регулятор громкости

Принцип работы релейного регулятора громкости можно описать следующим образом:

Входной аудиосигнал поступает на резистивный делитель напряжения
Делитель состоит из нескольких секций с разным коэффициентом деления
Каждая секция коммутируется отдельным реле
Микроконтроллер управляет включением/выключением реле
При изменении громкости активируется определенная комбинация реле

Это меняет общий коэффициент деления делителя
На выходе формируется сигнал с нужным уровнем ослабления

Такая схема позволяет получить большое количество дискретных уровней громкости с малым шагом изменения. Обычно используется логарифмический закон регулировки.

Сравнение с потенциометрами и цифровыми регуляторами

Рассмотрим основные отличия релейных регуляторов от других типов:

Параметр	Потенциометр	Цифровой регулятор	Релейный регулятор
Искажения	Высокие	Низкие	Очень низкие
Шумы	Высокие	Низкие	Очень низкие
Точность регулировки	Низкая	Высокая	Очень высокая
Согласование каналов	Плохое	Хорошее	Отличное
Прозрачность звука	Низкая	Средняя	Высокая

Как видно, релейные регуляторы сочетают преимущества аналоговых и цифровых решений, обеспечивая наилучшее качество регулировки громкости.

Особенности применения релейных регуляторов

При использовании релейных регуляторов громкости следует учитывать некоторые особенности:

Необходимость питания от стабилизированного источника
Небольшие щелчки при переключении реле
Более высокая стоимость по сравнению с потенциометрами
Сложность ремонта и обслуживания
Необходимость программирования микроконтроллера

Однако преимущества релейных регуляторов в большинстве случаев перевешивают эти недостатки, особенно в high-end аудиосистемах.

Заключение

Релейные регуляторы громкости являются оптимальным решением для построения высококачественных аудиосистем. Они обеспечивают максимальную прозрачность звука, точность регулировки и долговечность. Несмотря на более высокую сложность и стоимость по сравнению с традиционными потенциометрами, релейные регуляторы позволяют реализовать наилучшие звуковые характеристики аудиотракта.

Релейный регулятор громкости (Китай) для усилителя мощности — hifi-audio.ru

Продолжаем обзор китайского релейного регулятора громкости начатый в предыдущем материале Балансные регуляторы громкости и не только .

Кратко повторюсь, что ручка регулятора громкости не является потенциометром, а представляет из себя селектор, который подает значения на микросхему, которая в свою очередь переключает 16 высококачественных сделанных в Японии реле, чем выбирает сопротивление для сигнала в 256 значений. Китайские разработчики обещают, что такой регулятор громкости ощутимо превосходит по качеству звучания любые классические потенциометры на угольной пленке. Звук получается по их словам максимально прозрачным и даже показывает не просто послезвучия, а и тени послезвучий.

Возвращаемся к актуальной части обзора, прослушивание релейного регулятора громкости.

ПРОСЛУШИВАНИЕ

Прослушивание -это в первую очередь конечно эмоции от нового устройства в системе. И что сказать… Это конечно очень странное релейное чудище, но это ребята просто бомба в плане звука. Вы начинаете крутить ручку и результатом этого становится шлейф треска срабатывающих реле — не сказать, что это неприятно, скорее необычно и интересно.

Звучание при регулировке я оценил на двух усилителях мощности — Exposure 3010 и Parasound A23, но в принципе уже все понятно по перспективам и возможностям. Следует учитывать, что при подключении такого компонента, как релейный РГ, вам понядобится два комплекта проводов.

C усилителем я использовал два комплекта XLR кабелей (клоны McIntosh), полностью балансная передача сигнала, а в случае с усилителем Exposure 3010, который не имеет балансных входов использовался набор из двух балансных кабелей (клоны McIntosh) от балансного ЦАП Inntak до балансного регулятора громкости, а с РГ уже выход пошел по небалансному подключению — кабеля с RCA разъемами (тоже клоны McIntosh).

Прежде чем я начну рассказывать о звучании — скажу сразу — по перспективам — это лучшее решение, что я встречал и соответственное наименьшее зло во всех отношениях (звук и цена). Это нечто удивительное.

На Parasound A23 я разницу в звуке услышал, но спорный вопрос что именно я услышал — точно то, что сцена, что-то с объемным пространством при пропускании звука через релейный РГ произошло — оно имело изменения от варианта с чисто пуристичным онли мощником без РГ. Но от релейного РГ ясность вообще не пострадала, сочность вообще не пострадала. Я заметил, что несколько иначе стал акцент послезвучий и чуть больше «стекла» в звуке. Но хорошо это или плохо — затрудняюсь сказать, потому что звук настолько высококачественный, что не исключаю и такой вариант, что через РГ я получил звук еще лучше, но мозг пока не может к этому адаптироваться.

Через релейный РГ вышел прекрасный звук, не точно такой же, но без деградаций разрешения, сока, микронюансов — это удивительно.

Я отмечал, что понижение громкости через мой ЦАП с цифровой громкостью ухудшало звучание, делало звук менее подробным и острым.

Используя релейный РГ острота и ультрадетальность сохранялось до минимального порога слышимости. Этот РГ безусловно является Hi-Fi компонентом высокого класса, который себя абсолютно непринужденно почувствует и в топовом сегменте.

Звучание роскошно, детали, острота звука до самой последней ноты передаются. Как китайцы писали — даже тень от тембров можно ощутить- да, настолько деликатно работает с переключением звука, что ничего не теряется, я ощутил и тень и воздух, и эхо. Если была слюда на звуке, она также ярко и будет скрипеть до мурашек.

Кроме того, именно этот релейный РГ наконец смог раскрыть звучание мощника Exposure 3010, чтобы я смог его оценить в полной красе. Что могу сказать — это релейный РГ к Exposure 3010 строго рекомендую — результат удивителен!

Опять

Что касается звучания самого Exposure 3010, то думаю я более подробно опишу это в соответствующем обзоре реванше, за неслишком хороший предыдущий отзыв, где совершенно очевидно я просто не смог забрать хороший звук именно из за проблем с регулировкой громкости.

С Exposure 3010 релейный регулятор громкости звучал шикарно. Или наоборот, что сути не меняет. Очень красивые нежные, шелковые высокие частоты, глубокие низкие и эта пронзительная ясность звучания высоких частот остается до самых тихих значений при переключении громкости.

Треск реле своеобразный, необычный — не могу сказать сколько реле способны выдержать переключений, надеюсь это значение большое, сделаны они в Японии.

Релейный регулятор — прекрасный продукт, я наконец получил то, что хотел. А небольшое изменение в пространственном изображении звука вполне может быть из-за двух комплектов кабелей, вместо одного.

ЭРГОНОМИКА

РГ включается поворотом ручки — ощущается щелчок. Звук не появляется сразу — должно пройти время, 5-10 секунд, чтобы схема начала работать — вероятно софт-старт. Дальше по шкале есть пустое пространство без реле, примерно до 9 часов утра, чтобы отделить включение от регулирования громкости, после чего начинается уже работа реле.

Был такой момент, когда я после регулировки громкости услышал как произвольно внутри аппарата защелкало реле — возможно я остановил движение ручки на каком то пограничном значении, несмотря на кажущийся дискрет, движение ручки аналоговое. Такое было при многочасовом прослушивании не более 1-2 раз. Решением было — чуть доповернуть ручку. Я не знаю столкнетесь ли вы с таким эффектом вообще, но пугаться нечему.

Регулировка громкости пошаговая, но довольно тонкая, 256 значений позволяют выставить громкость достаточно деликатно под слух.

Корпус сделан прилично, красиво, ручка громкости/селектор крутится легко и приятно. Разъемы на задней стороне качественные, хорошо держат кабеля.

В аппарат можно подключать как XLR кабеля, так и RCA и комбинировать их, как вам нужно — XLR в XLR, XLR в RCA и тд.

Идея с реле и минимальным влиянием на разрешение звука — великолепна, у разработчика все получилось.

ИТОГ

Роскошный релейный регулятор громкости высокого класса Hi-Fi, наконец то оправдавший мои ожидания (правда и цена не минимальна, но в несколько раз ниже даже предусилителя б/у со вторички). Я использовал версию Upgrade 0.1%. Планирую использовать этот компонент, как с открывшим второе ясное дыхание музыкальным Exposure 3010, так и со скоро прибывающим в мои владения мощником Yamaha PC2002M.

А КАК ЖЕ ВИДЕО?

Да, в заключение хотелось бы продемонстрировать выше сказанное видеофрагментами. На этот раз запись звука велась только на видеокамеру — хорошо это или плохо — пишите в комментариях или может стоит вернуться к стереорекордеру ZOOM h2 — тоже пишите, не оставайтесь равнодушными.

В тракте были акустические системы Diatone DS-77z, усилитель Exposure 3010 и кабеля — клоны McIntosh с разъемами Нейтрик (у XLR) и Накамичи (у RCA). ЦАП Inntak Sabre ES9018 + 2x Muses8920 + 2x AD797 +2x R-Core + Amanero.

Немного акустической гитары и вокала:

И немного прекрасной классики. Ах, как восторженно и низко бухали барабаны в этой композиции, как красиво звучал верхний регистр.

Всё о регуляторе громкости А.Никитина (часть 6) — говорят, что царь ненастоящий…

Часть 1 — схема регулятора громкости Никитина
Часть 2 — недостатки регулятора и методы их устранения
Часть 3 — схемы блоков управления регулятором громкости.
Часть 4 — схема управления на микроконтроллере.
Часть 5 — согласование регулятора с усилителем.
Часть 6 — говорят, что царь ненастоящий…

Схема регулятора громкости, разработанного Алексеем Никитиным, была опубликована в журнале «Радиохобби» №2 за 2002 год, в статье «Регуляторы громкости в Hi-Fi аппаратуре». С тех пор схема стала довольно популярна среди радиоинженеров и радиолюбителей, появились различные реализации схем управления — как на «жесткой» логике, так и на микроконтроллерах. Длинные «ветки» с обсуждениями этого регулятора можно найти на различных аудиофильских форумах. И название как-то само собой закрепилось — регулятор громкости Никитина.

Однако, разбирая старые журналы, Главный редактор «РадиоГазеты» наткнулся на статью с названием «Релейно-контроллерный потенциометр», опубликованную в журнале Elektor Electronics аж в ноябре 1994 года, автор Т. Giesberts. То есть за 8 лет до публикации А. Никитина.

Статья небольшая. Вот её перевод:

Стандартным потенциометрам свойственны некоторые недостатки, такие как треск при старении, рассогласование каналов для стерео-регуляторов. Хорошей альтернативой может быть релейное управление резистивным делителем. Представленный вариант обеспечивает затухание в 64 дБ. Для значений резисторов, указанных на схеме, шаг регулирования составляет 1 дБ и охватывает диапазон от 0 до -63 дБ. Каждое звено регулятора имеет входной и выходной импеданс равный 10 кОм. Это означает, что какие-либо звенья могут быть исключены из схемы без ущерба для входного и выходного импеданса всего устройства.

В состоянии покоя (все реле выключены) «потенциометр» обеспечивает максимальное затухание. Звено, обеспечивающее наибольшее затухание, включено ближе к выходу устройства. Такая конфигурация показала наилучшее отношение сигнал/шум. Следовательно контакт «А» является младшим битом управления, а контакт «F» — старшим битом.

Управление потенциометром может осуществляться с помощью шестиразрядного двоичного реверсивного счётчика, дополненным соответствующим буфером под конкретный тип реле. Возможно также использование микроконтроллера.

Ошибки в коэффициенте ослабления сигнала каждого звена имеют кумулятивный эффект. Поэтому расчётные значения сопротивлений резисторов были реализованы как можно точнее за счёт параллельного включения двух резисторов с точностью 1%. Для ещё большей точности рекомендуется использовать резисторы с допуском 0,1%.

При встраивании регулятора в предварительный усилитель следует иметь ввиду, что выходное сопротивление каскада, к которому подключается регулятор, должно быть относительно низким, иначе придется изменить номиналы резисторов R1 и R2. Входное сопротивление каскада, подключенного к выходу регулятора, шунтирует резистор R25, следовательно, оно должно быть значительно больше 10 кОм.

Выбор типа реле зависит от конкретных требований к конструкции. Потребляемая «потенциометром» мощность зависит от типа используемых реле.

Увеличение по клику

Таким образом, этот регулятор по праву может называться регулятором громкости Гисбертса. Вероятно, из-за того, что статейка занимала всего полстраницы, на неё мало кто обратил внимание. Статья Алексея была более пространная и акцентировала внимание читателей на достоинствах этой схемы.

Мы ни в коем случае НЕ ОБВИНЯЕМ никого в плагиате. Возможно, Алексей, сам того не зная, «изобрёл велосипед». Но! Он преподнёс конструкцию под правильным «соусом» в результате чего она приобрела широкую популярность именно под его именем.

Удачного творчества!

Главный редактор «РадиоГазеты».

Релейный аттенюатор громкости звука с ИК-управлением

Эта страница относится к старому проекту. Недавно я сделал новый дизайн аттенюатора, который теперь доступен!

На этой странице показана моя схема управления громкостью звука и ее реализация. Схема обеспечивает как громкость звука, так и выбор входного канала. Ступенчатая регулировка громкости реализована с помощью набора миниатюрных реле. и резисторы. В высококачественной аудиосистеме достигается заметное улучшение звука по сравнению с потенциометрами, также по сравнению с потенциометрами «аудиокласса». Его ИК-пульт дистанционного управления обеспечивает удобство по сравнению с решениями со ступенчатыми поворотными переключателями аттенюатора. Герметичные реле сохранят качество контактов в течение практически бесконечного срока службы. Дизайн представляет собой аудио «предусилитель» с первоклассным качеством звука, в компактном и доступном исполнении. Однако его пассивный характер приводит в довольно высоком выходном сопротивлении, что ограничивает общую применимость.

В конструкции используются высококачественные реле и предусмотрено место на печатной плате для более крупных резисторов аудиокласса. Обычно я поставлю резисторы RN60D mil-класса производства Vishay-Dale, которые имеют отличную репутацию для аудио. В некоторых моих тестах они действительно работают лучше чем другие резисторы промышленного стандарта хорошего качества. Конечно, вы можете подать заявку более дорогие «аудиофильские» резисторы: буду рад узнать о таких результатах. Схема предназначена для высококачественных аудиоприложений, особенно в том числе энтузиастов ламповых усилителей, предпочитающих избегать полупроводников на пути прохождения сигнала. Тем не менее, очень хорошие звуковые результаты были получены и при использовании современных модулей усилителей класса D.

На этом веб-сайте представлены схемы и документация, предназначенные для любителей аудио «сделай сам». Это отражает мое собственное участие в «аудио» как любителя, хотя Я стараюсь создавать вещи профессионального качества. Другие, надеюсь, вдохновлены и создают свои собственные решения, о которых я с радостью узнаю. Чтобы поделиться своими результатами, я также предоставляю эту конструкцию в ограниченном количестве в качестве набора для сборки своими руками, см. ниже. Однако я не распространяю бесплатно прошивку, встроенную в микроконтроллеры: что дает некоторую защиту моему дизайну, чтобы поддержать других, которые заинтересованы в создании коммерческая производная.

Эта конструкция аттенюатора имеет следующие особенности/характеристики:

Компактная и простая схема: всего 6 крошечных реле реализуют 64-шаговый логарифмический стереофонический аттенюатор. 64 шага по 1,0 дБ вместе охватывают диапазон затухания звука 63 дБ. Избегая любой активной электроники, поддерживается очень чистый и открытый звук.
ИК-приемник позволяет осуществлять дистанционное управление. ИК-глаз и цифровой дисплей находятся на небольшой передней печатной плате, отдельно от платы реле. Устройство может запоминать и запоминать ваши любимые коды клавиш. Контроллер понимает популярный протокол Philips ‘RC5’, более новый протокол Philips RC6 и протокол Sony SIRC. Это также обеспечивает совместимость со всеми «универсальными» ИК-контроллерами.
Плата поддерживает выбор канала аудиовхода: Четыре реле на печатной плате позволяют выбирать между четырьмя входными аудиоканалами. Если вам действительно нужно больше, вы можете добавить до 3 дополнительных входных реле вне печатной платы, для достижения 7 входных каналов.
Печатная плата обеспечивает выходной сигнал включения/выключения питания для управления внешним силовым реле. Его можно использовать для переключения другого оборудования, например, усилителя мощности. В режиме отключения питания ИК-приемник и система управления остаются активными, а мощность в режиме ожидания составляет несколько милливатт.
Плата переднего дисплея может управлять более чем одной платой реле. Дополнительные платы реле позволяют выбирать многоканальный вход и регулировать громкость, для звука 5.1 или 7.1 или для стереозвука с симметричными (XLR) соединениями.
Схема работает от сети переменного тока напряжением от 6,0 до 7,5 вольт. Для сборщиков ламповых усилителей: подойдет запасная обмотка трансформатора на 6,3В.
На передней печатной плате можно установить дополнительный поворотный переключатель для ручного управления.

Схема пытается избежать щелчков/глюков в выходном звуковом сигнале при изменении громкости. из-за осторожного выключения реле перед включением других. Однако отчетливо слышно механическая работа реле. Если вам это не нравится, реле не ваше решение. Подробнее о теории аттенюатора см. здесь.

	В виде комплекта вы получите переднюю и релейную печатную плату, каждая с предварительно установленным и программируемый микроконтроллер. Печатные платы имеют золотую отделку для всех областей пайки, что дает отличный внешний вид, легкую пайку и может даже улучшить качество звука. Передняя печатная плата отвечает за декодирование ИК-сигнала и управление 7-сегментным дисплеем. плата реле обрабатывает звук. В комплект входят все остальные компоненты, которые можно установить на печатные платы для самостоятельной пайки.
	Полностью смонтированная плата реле. Крошечные реле G6K-2P отлично справляются со звуком. Диоды, микросхема регулятора напряжения и elco обеспечивают напряжение питания 5 В. С правой стороны можно подключить аудиовход/выход. С левой стороны, на печатной плате установлен 2-контактный разъем для входа питания 6–7 В переменного тока и 5-контактный разъем для дисплей печатной платы.
	Установленная лицевая плата. Двухразрядный 7-сегментный дисплей дает обратную связь о текущем настройка громкости и выбор входа. Этот переключатель также обеспечивает действие кнопки, так что каждое нажатие выбирает следующий входной канал. Вы обнаружите, что черный ИК-датчик установлен прямо из центра. Ясно, что по проводам между печатными платами не проходят никакие звуковые сигналы. Поворотный переключатель предназначен для ручного увеличения/уменьшения громкости. Это не блокирует с 30 щелчками на полный оборот. В моей новой версии (по состоянию на февраль 2008 г.) я предоставляю качественный Выключатель Alps с металлическим корпусом (отличается от соседнего фото). Этот переключатель Alps также подходит для крепления на передней панели, отделены от печатной платы.
	Полная схема конструкции в 2-страничном pdf-документе. Обратите внимание, что схема состоит из трех секций, полностью изолированных друг от друга. каждая из которых имеет отдельные основания: 1) Управление с микроконтроллерами, дисплеем, блоком питания и катушками реле, 2) Аудиорезисторы и контакты реле левого канала и 3) Аудиорезисторы и контакты реле правого канала. Это позволяет выбрать схему заземления при построении системы.
	Текст руководства пользователя в формате pdf, редакция от января 2009 г. Он содержит инструкции по сборке, и инструкции, чтобы научить устройство распознавать коды кнопок вашего ИК-пульта дистанционного управления. Распознаваемые кнопки (ИК-команды): увеличение и уменьшение громкости, отключение звука, увеличение и уменьшение входного канала, числовой выбор входного канала и отключение питания. Понятно, что удаленное включение/выключение работает только для другого оборудования , когда этот контроллер остается включенным. Если сам контроллер выключен, он запомнит свои последние настройки (громкость и входной канал) в встроенное EPROM, и снова загрузит эти настройки при включении питания. (Предыдущая редакция руководства пользователя, февраль 2008 г.)
	Даташиты всех компонентов, которые я использовал в zip архиве. Вы можете заглянуть сюда, чтобы проверить контактные соединения, или проверьте совместимость с другими типами деталей. (Ну, чтобы сэкономить на моем веб-пространстве, все таблицы данных компонентов, кроме микроконтроллера PIC16F819-I/SO который вы можете легко найти на веб-сайте Microchip. )

По запросу могу предоставить вам (заинтересованному любителю) детали для этой конструкции. Плата с полным набором компонентов для стереосистемы стоит 140 евро. Сюда входят реле, резисторы Dale, поворотный переключатель, дисплей и все другие компоненты для монтажа на печатной плате. но не включает аудиоразъемы типа «тюльпан» и корпус. Дополнительная ведомая плата для поддержки сбалансированного звука или многоканального звука будет стоить 100 евро =. Я бы предварительно смонтировал оба микроконтроллера (типа SMD) и запрограммировал их своей прошивкой. Все остальные компоненты поставляются как есть для традиционного сквозного монтажа. За отправку комплекта внутри Нидерландов или через Западную Европу я прошу 10 евро =, для доставки «расписка при получении». Вы можете спросить меня о других направлениях…. если ты меня, пожалуйста, используйте слово «аттенюатор» в теме.
К сожалению, я получил гораздо больше запросов на этот дизайн, чем я могу обработать. (Обратите внимание, что я делаю это как хобби…) В настоящее время в моем почтовом ящике есть список ожидания, который превышает количество наборов, которые у меня все еще есть. Поскольку я сначала хочу завершить некоторые из своих других проектов, я не собираюсь в ближайшее время выпускать новый набор комплектов. В качестве альтернативы вы можете приобрести эту конструкцию в виде предварительно собранного модуля по адресу: http://www.tentlabs.com/Products/page31/page31.html.

Это несколько фотографий, которые я получил от более ранних производителей аттенюаторов…

Примечание. Совсем недавно я сделал дизайн полного предварительного усилителя для сбалансированного звука с активной буферизацией на выходе: RelaiXed2. Позже за этим последовала более компактная версия: RelaiXedSMD. Обе эти конструкции используют методы для сглаживания краев при переключении реле громкости, преодолевая старую проблему щелчки в аудиовыходе. Последняя более компактная конструкция также допускает пассивную реализацию. Обе эти конструкции используют один и тот же контроллер, для которого общедоступен исходный код.

Информация о конструкции, представленная на этом веб-сайте (схемы или прошивки), нельзя использовать в коммерческих целях без явного разрешения.
Йос ван Эйндховен, 21 сентября 2014 г.

Громкость с релейным управлением — идеальное решение для аналогового аудио

Домашняя страница / Замечания по применению аудио / Next

AHB2 Аналоговое искажение звука HPA4 Noise Pro Audio Test & Measurement Регулятор громкости

Компания Benchmark представила новый линейный/наушниковый усилитель HPA4 с четырьмя 256-ступенчатыми релейными аттенюаторами и четырьмя 16-ступенчатыми повышающими усилителями с релейным управлением. Вместе они образуют два полностью независимых, полностью сбалансированных регулятора громкости стерео. Один регулятор громкости предназначен для линейного выхода, а другой — для выхода на наушники. Каждый из них имеет диапазон от +15 дБ до -122 дБ с шагом 0,5 дБ. Самый нижний шаг обеспечивает полное отключение звука. Регуляторы громкости оснащены высокоточными металлическими пленочными резисторами, реле с золотыми контактами и полностью буферизованными входами и выходами.

Прозрачность

Нашей целью было создать аналоговый регулятор громкости с максимально достижимой прозрачностью. Мы хотели иметь возможность разместить этот регулятор громкости перед нашим усилителем мощности AHB2 или перед нашей платой усилителя для наушников THX-888 без снижения производительности любого устройства. Наш регулятор громкости должен иметь меньшие искажения и меньший шум, чем любой из этих усилителей. Учитывая исключительную производительность этих усилителей THX-AAA, это будет непростой задачей!

Требуемые характеристики

Усилитель мощности AHB2 и усилитель для наушников THX-888 имеют схожие характеристики; они практически не содержат шумов (SNR > 132 дБ) и не имеют искажений (THD < -120 дБ). Наш новый аналогово-аналоговый регулятор громкости должен превзойти эти характеристики, чтобы не стать слабым звеном в аудиоцепочке. Когда мы рассмотрели доступные решения, стало ясно, что нам нужно разработать что-то лучшее.

Переменные резисторы — шум, искажения, ошибки отслеживания

В самых простых аналого-аналоговых регуляторах громкости используются переменные резисторы, и они, как правило, не обеспечивают требуемой производительности. Резистивные элементы вносят искажения из-за изменений сопротивления, вызванных мгновенным нагревом и охлаждением на звуковых частотах. Этот нагрев может быть особенно проблематичным, когда грязесъемник контактирует с резистивным элементом и где элемент заканчивается на каждом конце. Эти эффекты термических искажений можно уменьшить, уменьшив мощность, рассеиваемую резистором, но снижение мощности всегда снижает ОСШ. Однако шум и искажения — не единственные проблемы. Для регуляторов громкости стерео требуется согласованная пара переменных резисторов. Ошибки сопоставления, как правило, вызывают серьезные проблемы с балансом левого и правого каналов при низких настройках громкости.

Встроенные микросхемы регулировки громкости — шум и искажения

Существует множество встроенных микросхем регулировки громкости, подходящих для недорогого потребительского аудиооборудования. Более качественные чипы нашли свое применение во многих продуктах Hi-Fi, но они не совсем подходят для приложений высокого класса. Эти микросхемы включают усилители с регулированием напряжения (VCA), аналоговые умножители или умножающие цифро-аналоговые преобразователи. Эти решения предлагают низкую стоимость, дистанционное управление и часто обеспечивают превосходное отслеживание влево-вправо. К сожалению, им не хватает прозрачности. Ни один из доступных чипов не соответствует нашим требованиям к шуму или искажениям.

Цифровые регуляторы усиления

Цифровые умножители DSP могут достигать почти идеальной прозрачности, если достаточное количество выходных битов сохраняется и передается на цифро-аналоговый преобразователь с достаточным разрешением. Любое значительное уменьшение громкости наложило бы жесткие требования на характеристики SNR цифро-аналогового преобразователя. В нашем аналого-аналоговом приложении необходимо добавить аналого-цифровой преобразователь на входе. Любое значительное увеличение громкости предъявляло бы высокие требования к соотношению сигнал-шум аналого-цифрового преобразователя. В любой практической системе преобразователи являются ограничением производительности. Вот почему мы предоставляем аналоговые аттенюаторы на выходе всех преобразователей Benchmark DAC1, DAC2 и DAC3. Аттенюаторы согласовывают номинальный выходной уровень ЦАП с нижестоящим устройством (обычно усилителем мощности). Такое согласование сводит к минимуму использование цифрового регулятора громкости. В нашем аналого-аналоговом приложении каскадирование аналого-цифрового/цифро-аналогового преобразования добавило бы чрезмерный коэффициент нелинейных искажений и шум.

Релейные аттенюаторы

Теоретически резисторные делители, управляемые переключателями и реле, могут обеспечить почти идеальные характеристики. Мы купили несколько из них и были удивлены, обнаружив, что у всех были проблемы с конструкцией, которые ограничивали их производительность. В большинстве случаев импедансы были слишком высоки для достижения требуемых характеристик шума. Когда мы заменили резисторы на более низкие номиналы, появились другие проблемы. Более низкие импедансы выявили проблемы с перекрестными помехами, которые были вызваны проблемами компоновки печатной платы. Они также имели тенденцию перегружать восходящие устройства, вызывая искажения. Все устройства, которые мы тестировали, издавали хлопки и щелчки в выходном звуке при регулировке громкости. Очевидно, что нам нужно было бы использовать другой подход, если бы мы собирались использовать реле или переключатели.

256-ступенчатый активный регулятор громкости Benchmark

Мы остановились на 16-ступенчатом каскаде усиления с очень низким импедансом, который питается от 256-ступенчатого аттенюатора с очень низким импедансом. В каждом канале используется 12 реле DPDT с золотыми контактами и 64 высокоточных резистора. Все каскады полностью буферизованы и полностью сбалансированы. Сбалансированная конструкция обеспечивает улучшение отношения сигнал-шум на 3 дБ при одновременном повышении устойчивости к источникам помех. Буферы обеспечивают входы с высоким импедансом и выходы с низким импедансом. Это означает, что управление усилением Benchmark очень мало нагружает вышестоящие устройства, в то же время обеспечивая достаточную нагрузку для нижестоящих устройств. Буферизация также позволяет использовать очень низкие значения сопротивления, что снижает тепловой шум, создаваемый аттенюатором.

Точная синхронизация реле «сделай до отключения»

Мы устранили обычные хлопки и щелчки , производимые аттенюаторами, управляемыми реле. Для этого мы решили управлять реле с помощью ПЛИС вместо микропроцессора. FPGA обеспечивает очень точную синхронизацию каждого замыкания реле. Мы используем очень быстрое замыкание контактов с замыканием перед размыканием, чтобы предотвратить переходные процессы выброса усиления во время переключения реле. Благодаря такой точной синхронизации аттенюатор Benchmark и каскады усиления можно быстро настроить без хлопков, щелчков или молниеносного шума в выходном звуке.

Выбор резистора

Резисторы могут вызывать искажения при изменении значений сопротивления из-за мгновенного нагрева на звуковых частотах. Чтобы устранить эту потенциальную проблему, мы используем прецизионные тонкопленочные резисторы , которые были выбраны за их отличные температурные коэффициенты. Резисторы также физически больше, чем необходимо для рассеивания мощности. Больший размер упаковки снижает тепловые эффекты.

Миф о полной пассивности

Большинство людей понимают, что активные буферы создают некоторый шум и искажения. Но многие люди ошибочно полагают, что эти активные компоненты являются единственным источником шума и искажений в аудиосхеме. Правда в том, что пассивные компоненты обычно являются основным источником шума и искажений в аудиосхеме!

В поисках совершенства многие аудиофилы поверили мифу о «полностью пассивном звучании». Я подозреваю, что это объясняет, почему большинство релейных аттенюаторов полностью пассивны. На первый взгляд, «полностью пассивный» звучит как хорошая идея.

Для низкого уровня шума требуется низкий импеданс

Многие аудиофилы не понимают, что один резистор может создавать гораздо больше шума, чем хороший активный буфер. Например, операционный усилитель LME49860 производит примерно такой же шум, как резистор на 440 Ом. Это означает, что LME49860 на 13,6 дБ тише, чем тепловой шум, создаваемый одним резистором 10 кОм! Буферы могут позволить использовать гораздо более низкие импедансы в цепи ступенчатых резисторов аттенюатора. Когда импедансы уменьшены, активная конструкция может быть намного тише, чем полностью пассивная. Низкий уровень шума может быть достигнут только тогда, когда резисторы имеют очень низкий импеданс и поддерживаются высокие уровни сигнала.

Пассивные конструкции требуют компромисса между шумом и искажениями

Если в конструкции полностью пассивного аттенюатора импедансы уменьшаются, шум может быть уменьшен, но искажения возрастут. Это искажение вызвано перегрузкой вышестоящего устройства. Когда аудиовыход перегружен, искажения увеличиваются. Вопреки популярному мифу, искажения можно уменьшить, добавив высококачественные активные буферы.

Пассивные конструкции могут вызывать проблемы с частотной характеристикой

Третья проблема с пассивными аттенюаторами заключается в том, что они могут не обеспечивать достаточного возбуждения для нижестоящих устройств. Емкость кабеля и входная емкость могут вызвать спад на высоких частотах. Что еще хуже, частотная характеристика может измениться при регулировке громкости с помощью пассивного аттенюатора. Низкий выходной импеданс важен для поддержания широкой полосы пропускания. Выходные буферы необходимы для обеспечения предсказуемой частотной характеристики.

Анализ шумов и искажений полностью пассивных аттенюаторов

В полностью пассивных конструкциях, которые мы исследовали, тепловой шум, создаваемый резисторами с высоким импедансом, превышал то, что могло бы быть достигнуто в хорошо спроектированной конструкции с полной буферизацией. Кроме того, нагрузка, создаваемая пассивными аттенюаторами, имеет тенденцию вызывать искажения в вышестоящих устройствах. Было ясно, что в нашем дизайне потребуются буферы.

Выбор буфера

Мы выбрали операционные усилители LME49860 из-за их выдающихся характеристик THD и IMD, их широкого диапазона напряжения и их способности управлять большими нагрузками. 16-ступенчатая лестница повышения усиления находится внутри контура обратной связи входного буфера. Второй буфер управляет входом 256-ступенчатого аттенюатора, а третий буфер управляет выходом. Каждый буфер на самом деле представляет собой сбалансированную пару буферов, и весь путь прохождения сигнала полностью сбалансирован. Второй буфер также служит прецизионным полностью сбалансированным дифференциальным усилителем. Дифференциальный усилитель подает сбалансированный по напряжению сигнал на каскад аттенюатора. Дифференциальный усилитель устраняет синфазные помехи, максимально используя запас по напряжению в 256-ступенчатом аттенюаторе.