4-х полосный НЧ эквалайзер
Наиболее часто встречающаяся и наиболее широко используемая обработка звуковыx сигналов - это обработка, связанная с изменением их тембра. Сегодня часто можно встретить радиолюбителей, имеющих встроенный в трансивер, или, за его пределами, эквалайзер – устройство способное выравнивать амплитудно-частотную характеристику канала передачи сигнала. (англ. equalize – уравнивать, equalizer – уравнитель, компенсатор)
Речь не идет о выравнивании АЧХ в буквальном смысле слова и идентичности амплитуды сигнала во всем спектре частот микрофонного усилителя, поскольку в этом нет необходимости. Создание необходимой АЧХ микрофонного тракта, способной резко повысить удобочитаемость сигнала – вот в чем состоит задача.
Эквалайзер это регулятор частотной характеристики, который позволяет как исправлять некачественное звучание, так и создавать совершенно новую АЧХ в соответствии с необходимостью.
Простейший пример эквалайзера – это обычные пассивные регуляторы тембра - высоких, низких, а иногда и средних частот. Регуляторы тембра - крайне примитивный вид эквалайзера, так как состоят лишь из двух или трех управляемых фильтров. В связи с простотой конструкции фильтры, входящие в состав регуляторов тембра, обычно соединяют между собой последовательно.
Современная элементная база позволяет использовать более совершенные устройства, собранные на активных элементах. Речь идет об активных полосовых фильтрах на ОУ. Следует отметить, что чем больше фильтров, тем сильнее можно изменять АЧХ. Обычно их применяют 8-10. Все типы эквалайзеров могут быть изготовлены по двум сильно различающимся между собой принципам построения - по последовательной или параллельной схеме.
В последовательной схеме сигнал проходит все элементы и узлы схемы независимо от того, будет ли данная часть спектра сигнала изменяться в этом каскаде или нет.
В параллельной схеме входной сигнал разделяется набором параллельно включенных фильтров на ряд частотных полос, выходные сигналы которых затем складываются со всем входным сигналом или вычитаются из него.
Параллельное соединение фильтров в отличие от последовательного соединения в регуляторе тембра позволяет уменьшить фазовые искажения, вносимые эквалайзером в сигнал. Особенно это важно при 10 или 32 полосах графического эквалайзера, где приемлемым оказывается только параллельное соединение фильтров.
Существуют два принципиально различных типа эквалайзера - графический и параметрический.
Графический эквалайзер - это, в сущности, одна из разновидностей темброблоков, сконструированных для регулирования тембра на нескольких фиксированных частотах. Органы управления им выполнены в виде движковых регуляторов, благодаря чему положение их ручек как бы отображает АЧХ устройства в графическом виде, откуда и произошло само это название. В эквалайзерах этого типа можно регулировать только величину подъёма и завала АЧХ, остальные параметры определяются схемотехникой, и их изменять невозможно.
Параметрический эквалайзер обладает наибольшей гибкостью своих регулировок. Он позволяет управлять не только коэффициентом усиления фильтра, но и его средней частотой, а также добротностью (шириной регулируемой полосы). Параметрический эквалайзер, таким образом, имеет для каждой полосы регулирования по три органа управления, по числу устанавливаемых параметров. Итак, если в эквалайзере на каждую полосу регулирования приходится по три ручки управления, то это параметрический эквалайзер.
Как и графические, параметрические эквалайзеры также могут быть выполнены по параллельной или последовательной схеме. Диапазоны изменения параметров в параметрическом эквалайзере достигают значительных величин.
Полупараметрический эквалайзер применяется иногда в микшерных пультах, позволяет управлять коэффициентом усиления фильтра и его средней частотой. Отличается он от параметрического тем, что не имеет возможности для изменения добротности эквалайзера, т.е. ширины полосы захватываемых им частот.
Параграфический эквалайзер - это гибрид из параметрического и графического эквалайзеров. Собственно, это многополосный параметрический, но имеющий конструктивное исполнение регуляторов подъёма/спада АЧХ как у графического, с потенциометрами в виде движков. Благодаря своим огромным возможностям параграфический эквалайзер позволяет получать практически любые виды АЧХ. Из-за своей сложности и высокой стоимости этот вид эквалайзера не получил большого распространения, однако выпускается некоторыми производителями.
Применение эквалайзера
В любительской радиосвязи эквалайзер часто применяют как внешнее устройство и устанавливают его между микрофоном и Балансным Модулятором трансивера. Использовать же в этом случае встроенный в трансивер микрофонный усилитель не следует, т.к. он является устройством более низкого класса.
В подавляющем большинстве случаев эквалайзер применяют для того, чтобы скорректировать АЧХ микрофонного усилителя, которая не соответствует определенным требованиям. Это вовсе не означает, что, подключив капсюль типа ДЭМШ или какой-нибудь случайный микрофон, мы добьемся исключительного качества.
Вспоминается правило, которое гласит: "Лучше вычитать, а не добавлять".
Речь идет о следующем: реально, возможности эквалайзера и результат регулировки напрямую зависят от широкополосности входного сигнала, способности микрофона первично воспроизвести частоты, имеющиеся в голосе оператора. Приветствуется применение широкополосных студийных или вокальных микрофонов, имеющих более широкую частотную характеристику. Из более широкого спектра частот легче создать необходимую АЧХ микрофонного тракта.
Существует такое понятие как индивидуальные настройки, учитывающие многие факторы, например, голос оператора, тип применяемого микрофона, ширину фильтра, частоту опорного генератора в SSB формирователе. Тем не менее, неплохой стартовой точкой могут быть установки в эквалайзере, когда поднимают амплитуду, составляющую спектр низких и высоких частот, в то время как средние частоты ”заваливают” примерно на 6-8дб.
Часто заводские устройства, например десятиполосный графический эквалайзер ”Феникс Э 009С ”, Львовского производственного объединения ФТА и другие не имеют предварительного каскада усиления для микрофона, поскольку предназначены работать в составе микшерных пультов или других устройств, обеспечивающих предусиление.
В этом случае рекомендуется использовать непосредственно микшерный пульт или изготовить микрофонный усилитель с достаточно широкой АЧХ, включив его на входе эквалайзера, а на выходе необходимо установить широкополосный эммитерный повторитель для согласования с низким входным сопротивлением БМ.
Слово ”широкополосный” не должно настораживать. Профессиональные эквалайзеры часто охватывают диапазон 20 – 20000 Гц. Любительские эквалайзеры иногда перекрывают более узкий спектр 100 – 8000 Гц. Широкополосные микрофоны охватывают диапазон частот 20 – 20000 Гц, хотя чаще встречаются имеющие полосу 50 – 15000 Гц.
И так с помощью регулирующих элементов эквалайзера мы создаем ту АЧХ, которая необходима для конкретных условий связи, будь это DX QSO или местная связь. Всем известно, как трудно работать в pile up, имея студийный сигнал, и, поверьте, слушать своего собеседника с пробивным тестовым сигналом при местных связях очень утомительно. Сделать сигнал универсальным поможет эквалайзер.
Ознакомившись с общими понятиями и различными типами эквалайзеров, предлагаю рассмотреть практическую конструкцию 4-х полосного эквалайзера (рис.1), которую автор использует в течение нескольких лет. 
увеличеная схема
Устройство представляет из себя сборную конструкцию. Входная часть схемы, т.е. предварительный усилитель, соответствует самым высоким требованиям. Искажения и шумы на уровне теоретического минимума. Максимальное усиление 1000 раз (60дб). Абсолютная стабильность к ВЧ наводкам. На роль предварительного каскада отбирались десятки схем, которые изготавливались, снимались характеристики и, увы, убирались в сторону. После тщательного отбора выбор пал на этот предварительный МУ, который оказался лучшим. Входное сопротивление каскада низкое. Рекомендуется применять микрофоны с номинальным сопротивлением 150-600 ом.
Вход симметричен, что предполагает применение микрофонов с симметричной запиткой как МД80, МД380, Behringer XM8500, Shure SM58 или аналогичного типа. Такие микрофоны, как правило, имеют обозначение полярности выводов, как hot (+ve) и cold (-ve). На принципиальной схеме имеются аналогичные обозначения, так что при подключении симметричного микрофона полярность должна быть соблюдена. К сожалению, микрофоны МД80 и МД380, хоть и являются микрофонами симметричного типа, обозначение полярности на них отсутствует.
При подключении микрофона удобно использовать разъем и ответную часть – штекер ”Стерео” типа, применяемые в аппаратуре звукозаписи (рис.2). Применяют микрофонный кабель, где имеются две центральные жилы и оплетка. Распаяв сигнальную пару, следует обратить внимание на правильность подключения оплетки. Оплетка экранированного кабеля распаивается таким образом, чтобы она проходила через разъем и подключалась к общему проводу ”Ground” непосредственно на плате эквалайзера.
При использовании другого типа разъемов необходимо проследить, чтобы оплетка не имела контакта с шасси устройства на микрофонном разъеме.
Разъем является только переходным устройством, как для сигнальной пары, так и для оплетки.
При работе с несимметричным микрофоном (непопулярная мера, имея симметричный вход в МУ применять несимметричный микрофон) вход на принципиальной схеме обозначенный как cold (-ve) автоматически закорачивается на общий провод платы через штекер при его распайке. Выглядит так: на штекере контакт hot (+ve) используют как сигнальный, а cold (-ve) соединяют с контактом ”Ground”. Штекер вставляют в разъем и таким образом вход принципиальной схемы cold (-ve) оказывается на общем проводе ”Ground” печатной платы. Альтернативный вариант – использование ”Mono” штекера, при том, что микрофонный разъем на передней панели по-прежнему остается ”Стерео” типа.
Потенциометр VR1”Микрофон” определяет усиление предварительного усилителя. Правильно будет рассматривать его не как потенциометр, регулирующий усиление, а скорее как ”Аттенюатор”. С его помощью устанавливают уровень сигнала на входе микросхемы DA2 КР544УД1А равный 250мв. Для нормальной работы последующих каскадов необходим приблизительно такой уровень. На передней панели эквалайзера делается отметка этого уровня для конкретного микрофона.
VR1 – имеет функциональную характеристику вида В (Василий), т.е. обратно логарифмическую (показательную) зависимость от угла поворота. Не путайте с английской буквой B (Bravo). Можно применить с буквой Б (Борис) – логарифмическая зависимость. Однако, если вы не намерены постоянно вращать этот потенциометр, меняя различные типы микрофонов, то подойдет и с характеристикой А (Анна), т.е. имеющий линейную зависимость.
Некоторые фирмы-производители в Англии, Японии выпускают потенциометры, где линейная зависимость обозначается буквой В (Bravo), а логарифмическая – А (Alfa), т.е. иначе, чем у нас. При покупке рекомендуется пользоваться тестером, для определения функциональной характеристики.
Высокие параметры предварительного МУ достигаются за счет применения высококачественных малошумящих транзисторов 2N4403 и BC549. Именно эта пара, а не другая, и не какой-либо один транзистор обеспечивает очень высокие параметры схемы. Эти транзисторы (цоколевка дана на рис.3) не являются дефицитными, поэтому не следует искать им замену. В качестве DA1 применяется малошумящий операционный усилитель TL071, хотя без заметного ухудшения качества можно применить и TL081.
Каскады на ОУ DA2 – буфер и DA3, DA4 – темброблок, заимствованы из схемотехники старого микшерного пульта ”Сонор М-08-3” и, на мой взгляд, являются примером очень хороших схемных решений. К сожалению, на готовом изделии не были указаны точные частоты регулировки эквалайзера, а лишь обозначены как: Высокие, Средние-2, Средние-1, Низкие.
Эквалайзер имеет два выхода. Один, с выходным сопротивлением 47к, предназначенный для стыковки с другими внешними блоками обработки звука, входное сопротивление у которых порядка 47к. Автор применял цифровой ревербератор ”Электроника РЦ-02”, с выхода которого сигнал через эммитерный повторитель подавался на Балансный модулятор трансивера.
Второй, с выходным сопротивлением 620ом используется для подачи сигнала непосредственно на Балансный Модулятор. Низкоомный выход достигается за счет применения эммитерного повторителя VT5, КТ361Г. VR7 ”Выход” обеспечивает необходимый уровень сигнала на выходах эквалайзера.
Потенциометры VR2 – VR7 имеют характеристику вида A. Конструктивно, на край печатной платы, на ее диэлектрическую часть закрепляется дюралевый уголок с просверленными отверстиями для потенциометров, который не должен быть связан с общим проводом печатной платы эквалайзера. Затем вставляют в них все (VR1-VR7) потенциометры, далее эти потенциометры вставляют в отверстия на передней панели корпуса эквалайзера и закрепляют гайками крепления.
Конденсаторы: С7, С9, C10, С11, C12, С14, C15 – К73 (пленочные) C8, C13 – КД (керамические дисковые), C6 – К10 (керамический)
Резисторы: Все резисторы в конструкции типа ОМЛТ, желательно с расбросом по номиналу не более 5%.
Для соблюдения симметрии схемы резисторы, имеющие одинаковые номиналы в предварительном каскаде МУ подбирают по минимальному разбросу друг к другу.
Индивидуальные настройки EW1MM
Микрофон МД380А VR1 ”Микрофон” – 80% (до уровня 250мв на входе DA2) VR2 ”Усиление” – 90% VR3 ”Высокие” – 100% VR4 ”Средние 2” – 100% VR5 ”Средние 1” – 50% VR6 ”Низкие” – 100% VR7 ”Выход” (в положении ”Выход 620ом”) – 80% (В процентах дано положение движка потенциометра при вращении по часовой стрелке)
Для питания эквалайзера необходим двухполярный стабилизированный блок питания напряжением 15в и током до 100мА.
Хотелось бы добавить, что эквалайзер это не панацея, а средство коррекции сигнала. Он может удалить лишнее, но с его помощью крайне сложно добавить то, чего в тракте не было, поэтому важно все: и голос оператора, и частотный спектр применяемого микрофона, и наличие самого эквалайзера.
Не менее важный вопрос - это правильность установки частоты опорного генератора в SSB формирователе и ширина применяемого фильтра в нем. Чем шире фильтр на передачу, тем легче получить студийный сигнал.
Хочу поблагодарить EW1PA, Александра, подарившего мне в свое время микшерный пульт ”Сонор М-08-3”, что способствовало более детальному изучению данной темы.
Результаты следующие: микшерный пульт, после его глобального изучения и воссоздания принципиальной схемы был разобран на субблоки, бывшие в нем восемь штук 4-х полосных речевых эквалайзера безвозмездно переданы другим радиолюбителям.
Создан модернизированный 4-х полосный эквалайзер с достаточно высокими характеристиками. Круг любителей Audio расширяется.
Благодарю F4ECJ Eric, G4VPC Erney, G4EKL Tony, EW1DM Serge, RW3PS Serge и, особенно, EW1RU Yuri за конструктивное обсуждение тем, связанных с обработкой звука.
P.S. Файлы PCB EQ_1.lay и PCB EQ_2.lay открываются программой Sprint layout v.4.0. Файл – Cхема EQ.spl открывается программой sPlan v.4.0. Вид на печатную плату дан в зеркальном отображении, т.е. со стороны деталей. Размер 170х50 мм. Разработчик печатной платы EW2CE, Александр.
EW1MM, Игорь Подгорный
ew1mm@softhome.net
г.Минск