НавигацияГлавнаяО ресурсеНовостиСтатьиФорумПолезные файлыГалереяРазработчикиСтол заказовПолезные ссылкиКонтактыПоиск</td>

Практический опыт повторения регулятора громкости им. А.Никитина

В своей предыдущей статье о модернизации усилителя Kenwood я упоминал о замене регулятора громкости на более качественный. В роли такого был выбран уже хорошо зарекомендовавший себя лестничный аттенюатор им. А.Никитина. Так как устройство пользуется популятростью у любителей хорошего звука, выкладываю описание моего опыта его повторения. [Обсуждение статьи на форуме]

Автор: aleyer

Не буду вдаваться в многословные описания различных способов организации регулировки громкости в усилителе, скажу, что по совокупности характеристик, регулятор по схеме А. Никитина является одним из самых интересных вариантов. При использовании хороших комплектующих и правильно разведенной платы, он обеспечивает меньшее влияние на сигнал, чем популярные потенциометры, имеет постоянное входное сопротивление, больше ступеней регулировки, чем дискретные регуляторы типа DACT и большую надежность в аварийных ситуациях (как например подача с источника половины питающего напряжения, что однажды случилось у меня), чем электронные регуляторы. Есть и еще один плюс. Плату с регулятором громкости можно расположить непосредственно у платы УМ, а органы управления вывести на переднюю панель, не беспокоясь о возможных наводках на длинные провода и не усложняя конструкцию „удлинителем“ для вала потенциометра.

Авторское описание регулятора и принцип его работы находятся в СТАТЬЕ, опубликованной в журнале РадиоХобби 2/2002г. В статье очень доходчиво описано устройство РГ, однако не приведен способ управления релюхами. При желании можно собрать схему управления регулятором с применением логики, но мне больше по душе микроконтроллеры. Остановился я на представителях семейства ATtiny. Преимущество управления при помощи МК, заключается в том, что можно выбрать и реализовать в прошивке любой способ управления громкостью: кнопками, с пульта дистанционного управления, при помощи потенциометра, либо энкодера.

По моему мнению, самыми оптимальными являются 2 варианта: при помощи потенциометра и пульта ДУ. Кнопки на передней панели усилителя не позволяют быстро изменить уровень громкости на значительную величину, в отличие от потенциометра, который за секунду можно повернуть на любой угол. Управление при помощи энкодера, по сравнению с потенциометром, лишает пользователя одного удобства — с потенциометром всегда видно, какой у усилителя выбран уровень громкости, даже без дополнительной индикации и при выключенном усилителе. Ну а пультом ДУ можно пользоваться на расстоянии, этот плюс очевиден.

В моем случае, главным условием была максимальная компактность готового устройства. На плате должны были размещаться 6 реле, а также 2 микросхемки: микроконтроллер, через который будет совершаться управление реле, и 7-канальный драйвер реле ULN2003. Естественно, варианты установки микросхем в DIP корпусах были изначально отброшены из соображений экономии места на плате. Вторым условием было то, что для управления устройством предполагалось использовать родную ручку регулятора громкости, правда, уже с другим потенциометром, также максимально компактным. В качестве МК был выбран ATtiny44A в корпусе SO14, так как он идеально подходил для проекта, как по расположению пинов, так и по наличию АЦП, который нужен для реализации управления громкостью при помощи потенциометра. ATtiny24 также подходил, но разница в цене была минимальна, поэтому выбрал МК с большим объемом памяти. Старые версии чипов (без буквы А) также подходят.

В итоге получились такие схемки:

1 — лестничный аттенюатор с управлением на МК

В 

2 — стабилизированное питания для реле и микросхем

В Cхемы можно также скачать в проекте EAGLE.

Первым, что было готово, стала прошивка для МК. Управление осуществляется при помощи подключаемых к плате одиночного потенциометра с линейной характеристикой (например на 10кОм). Для предотвращения щелчков в колонках при изменении уровня громкости применен алгоритм, который заключается в том, что при переключении реле сначала включаются те, которые устанавливают новый уровень громкости ослабляя сигнал, а через пару миллисекунд выключаются предущие. Это не помогло на 100% избавиться от щелчков, они есть, но настолько тихие, что при нормальном использовании незаметны. Более того, если плавно крутить ручку потенциометра, когда играет музыка, то громкость изменяется очень плавно. В прошивку также был добавлен код для управления громкостью при помощи пульта ДУ стандарта RC5 (кнопками vol+, vol- и mute). Сам приемник для пульта (TSOP4838) впоследствии успешно разместился под передней панелью без необходимости его доработки.

Алгоритм работы, заложенный в прошивке, достаточно прост. При включении выставляется уровень громкости в соответствии с положением ручки потенциометра. Если пользователь покрутил ручку потенциометра – громкость меняется. Если воспользовался регулировкой громкости с пульта ДУ вЂ“ громкость также соответственно изменяется. Пока ручку не трогают, используется уровень громкости, выставленный с пульта. После процедуры изменения уровня громкости (то есть переключения реле) я поставил задержку для того, чтобы при кручении ручки потенциометра реле беспорядочно не переключались. Величину задержки я выбрал на слух, так чтобы реле не переключались ни слишком часто, ни слишком редко.

Далее была разведена плата под рекомендованные многими, как одни из лучших для этого применения, реле Fujitsu-Takamisawa RY12W-K и SMD-резисторы. Разводка платы далеко не идеальна, и уж тем более не универсальна, но главным условием были минимальные размеры и ради этого чем-то пришлось пожертвовать. Впрочем, я постарался учесть все рекомендации по питанию МК. Крепление платы внутри усилителя сделано при помощи двух штырьков от разъема, одной стороной они запаиваются в плату РГ, второй — в плату усилителя. Соединение входа, выхода и сигнальной земли платы РГ с платой усилителя — при помощи МГТФ сечением 0,35ммВІ, которые идут прямо между плат. Как вариант, можно совместить платы РГ и селектора входов и разместить их непосредственно у (или на) входных разъемах RCA. Платы я заказал на производстве, все-таки, это того стоит.

В Что касается диапазона регулировки громкости, стандартные варианты, когда 6 реле обеспечивали ослабление с шагом в 1дБ в диапазоне от 0 до -63дБ, либо в 2дБ в диапазоне от 0 до -127дБ, показались мне неудачными. Максимальное ослабление в -127дБ чрезмерно, а в -64дБ, по крайней мере для меня, недостаточно, так как я люблю слушать музыку ночью, с уровнем где-то в -80..-70дБ. Проверить это мне помог плеер Foobar2000, в котором можно регулировать громкость, имея перед глазами текущий уровень громкости, выраженный в дБ (громкость на усилителе во время этого теста устанавливается на максимум). После недолгих размышлений было выбрано простое и гениальное решение проблемы: шаг увеличивался в 1,5 раза. Таким образом, ступени характеризуются ослаблением в -1,5 -3 -6 -12 -24 и -48дБ, а максимальное ослабление составило 94,5дБ. Необходимые номиналы резисторов для РГ рассчитывались в Excel, а на практике получались путем запараллеливания пар из 1%-х резисторов типоразмера 1206.

Для выполнения логарифмического закона регулирования, необходимо что бы входные сопротивления регулятора и усилителя мощности были равны. Этого можно добиться пересчетом резистивной матрицы под необходимое входное сопротиление регулятора, либо впаиванием параллельно выходу РГ резистора необходимого номинала (например, при сопротивлениях РГ 10кОм и усилителя 100кОм необходимо впаять резистор 11кОм). Увеличивать сопротивление РГ не стоит, так как через контакты реле в этом случае будет проходить слишком малый ток, что может привносить искажения в сигнал. Хочу отметить, что рекомендуется использовать более качественные резисторы, чем обычные толстопленочные, с более высокими показателями стабильности и большей точностью (тонкопленочные, MELF), но мне не удалось достать нужные номиналы. Резисторы по сопротивлению следует подбирать в пары. Я поленился это сделать и в результате получил при определенном уровне громкости (когда включено только одно реле) ощутимый перекос баланса.

Ниже представлена таблица с номиналами резисторов для РГ входным сопротивлением 10кОм. Для пересчета под другое сопротивление можно воспользоваться прилагаемым Excel-калькулятором.В 

Cтупень	R1, Ом	R2, Ом	Ослабление, дБ
1	4700	2400	180000	75000	-1,50
2	9100	4300	91000	33000	-3,00
3	11000	9100	27000	16000	-5,99
4	15000	15000	24000	3900	-12,01
5	43000	12000	6800	750	-23,99
6	43000	13000	560	43	-48,03

В 

В 

С первого пуска РГ не заработал, как я хотел, но после исправления недоработок в прошивке, все встало на свои места. В качестве пульта ДУ прикупил дешевый китайский универсальный пульт, который по умолчанию как раз настроен на протокол RC-5.

В общем, я старался сделать максимально лаконичное устройство — регулятор громкости и все. Можно было бы добавить какой-либо вариант индикации уровня громкости или функциональность селектора входов, но для меня в этом не было необходимости.

При отсутствии постоянки на выходе источника, щелчки не являются проблемой (в противном случае они становятся громче), случайную подачу 15 вольт на вход усилителя регулятор выдержал без проблем (только щелчки были хорошо слышны). В принципе, можно поставить хороший разделительный электролит на входе, но мне не хотелось идти этим путем. Наводок от МК ни разу замечено не было. Особенность, о которой следует помнить, если РГ собран по оригинальной схеме, приведенной в статье Никитина — когда РГ обесточен, он не ослабляет сигнал. У моего усилителя имеется задержка включения акустики, поэтому проблемой для меня это не является. При включении сначала успевают включиться реле, а через пару секунд уже к выходу усилителя подключается акустика, при выключении питания — наоборот, сначала отключается акустика, и только через пару секунд, после того, как конденсаторы питания РГ разрядятся, отключаются реле. Можно изменить схему подключения резисторов к реле так, чтобы без подачи питания было максимальное ослабление (тогда придется несколько изменить код прошивки или решить проблему другим способом).

По стоимости устройство вполне доступно: 6 штук реле стоят долларов 9, микроконтроллер — максимум 5, резисторы, в зависимости от качества — от пары долларов, ULN2003 — меньше доллара. Итого меньше 20 долларов за основные компоненты в базовом варианте. Конечно, еще необходима плата, питание для МК и реле, тот же потенциометр (подходит любой) и ИК-приемник, но и это не обойдется дорого. А по качеству и функциональности такое устройство как минимум не хуже высших представителей модельного ряда известных фирм ALPS или Bourns, которые стоятВ  существенно больше. Сейчас многие собирают свой усилитель The End Millenium, думаю, такой усилитель вполне заслуживает чего-то получше простого потенциометра.

В 

К статье прилагаются:

Схемы и печатные платы в EAGLE (скачать)

Прошивка МК в AVR (скачать)

Калькулятор для расчета резистивной матрицы в EXCEL (скачать)

В 

Обсудить статью на форуме

Опубликовано: 06.04.11 | Просмотров: 65094 | В  В  |</td></tr></tbody>

• Цена: $37,68

Почти у любой аудиоаппаратуры есть ручка или кнопки, задействовав которые, можно изменить громкость музыкальной песни или передачи, которая играет в данный момент. За ручкой или кнопками скрывается устройство, которое называется регулятором громкости. Или кратко РГ. Об одной реализации данного устройства напишу под катом. Регуляторы громкости бывают четырех типов: 1. Аналоговые потенциометры: 2. Дискретные переключатели на резисторах: 3. Специализированные микросхемы: 4. Обработка цифрового сигнала микропроцессором c последующим выводом звука на ЦАП: Каждое из технических решений имеет свои плюсы и свои минусы. Устройство из обзора — представитель 2 группы — дискретный переключатель. Резисторы переключаются тут не переключателем, а восемью специальными сигнальными реле. Переменный резистор на плате никак не связан со звуковым трактом. Он служит для управления электронной цифровой схемой.Фотографии устройства:

Чипы: Питание тут два переменных напряжения по 12В. Можно и просто обойтись постоянным стабилизированным напряжением в 12В. Для этого выпаять два диода-выпрямителя (используют двухполупериодный выпрямитель), стабилизатор напряжения и установить необходимые перемычки. Потребление у устройства такое: Для питания будет использоваться трансформатор мощностью 4,5 Ватт:Доработка Когда подключил устройство для тестов к звуковой карте, то в некоторых положениях регулятора получил дисбаланс каналов: Решил отпаять резисторы на обратной стороне платы, проверить их сопротивления и заменить резисторы у которых были не одинаковые значения на обоих каналах: Новые резисторы подобрал с помощью тестера в радиолюбительских «Закромах Родины». Синие резисторы перепаяны:Измерения Условия. На вход РГ на один канал подается сигнал синус 1кГц Vpp (разница напряжений между макс и мин синуса) =4.8 Вольт с генератора сигналов. Выход РГ подключен к звуковой карте EMU0204. На ней измеряем уровень сигнала в децибелах относительно полного сигнала, поданного на звуковую карту. Так же на выход РГ на этот канал подключен осциллограф. По нему смотрим уровень сигнала Vpp. На второй канал не подаем сигнал. Подключаем три тестера в режиме измерения сопротивления. Измеряем сопротивление между землей и входом, между входом и выходом, между выходом и землей. См схему на переключателях реле — по схеме понятно, как это все работает. Одновременно могут быть переключены несколько реле (хоть все 8): На переменный резистор закрепляем бумажный круг с разметкой в 360 градусов и стрелкой. Итоговая конструкция: Проводим измерения и результат заносим в таблицу:Выводы из таблицы: 1. Входное сопротивление меняется в зависимости от положения РГ. 2. Смотрим график: Очень похоже на линейный потенциометр. Если смотреть в dB тогда: Вывод — это РГ годиться для УНЧ с небольшим коэф. усиления (10-12 раз по напряжению) — т.е. маломощным (до 30 Ватт). С таким УНЧ и планируется использовать РГ. В случае мощного УНЧ будем получать уже при небольшом повороте ручки от нуля мощный и громкий сигнал.Итог тестов в RMAA Первый столбец — подключение линейного выхода зв.карты EMU0204 к ее лин.входу Второй — регулятор громкости на максимуме Третий — регулятор громкости на громкости, соотв. подключению к усилителю с коэф. усиления 10 и регулятором громкости на 90 градусов. Что соответствует макс. мощности примерно в 1 Ватт на нагрузку 4 Ома (тихий звук). Графики не стал размещать — они почти совпадают.Особенности: 1. Сигнал на выход подается не сразу. Где-то через 2 секунды. При отключении сигнала звук пропадает сразу. 2. Когда крутится регулятор — мигает один светодиод, шуршат реле (слышно). Второй светодиодные горит синим всегда — это индикатор питания. 3. 128 вариантов громкости по китайским расчетам (256 вариантов по другими расчетам) Плюсы: 1. Два полностью независимых канала. 2. После доработки с балансом между каналами все ок. 3. Нет глюков обычных недорогих потенциометров Например: звук при нулевом положении РГ, разбаланс каналов, треск при вращении. 4. Такой регулятор можно разместить в любом месте корпуса. Например, плату разместить около входных раз’емов, а регулятор выпаять и установить на переднюю панель. 5. Работает нормально — без треска и щелчков в динамиках. Минусы: 1.Флюс отмыт плохо. Я специально не отмывал. Буду отмывать вместе со всеми платами устройства. 2. Нестандартный штекер питания. Перепаял. 3. Разъемы вход-выход нет. Провода припаиваются сразу на плату. 4. Реле шуршат сильно 5. Разное сопротивление устройства на входе. 6. Иногда при неудачном повороте ручки начинают бешено трещать реле. Это слышно. Нужно немного «довернуть» ручку. 7. На нулевой громкости вход УНЧ (выход РГ) не замкнут на землю. Фон не слышен — но «не по фэн-шую». 8. Из-за почти линейных характеристик такой РГ желательно использовать с УНЧ небольшой мощности (до 30 Ватт). 9. Необходимо отдельное питание для РГ. Когда собирал усилитель Никитина озадачился поиском качественного переменного резистора для регулятора громкости. Были варианты либо заказывать и ждать дорогой ALPS RK27, либо искать какие-то другие варианты. Наткнулся на релейный регулятор Никитина. Описание конструкции и принципа работы было опубликовано в Радиохобби 2/2002 на странице 63. В сети уже достаточно много конструкций, вот некоторые из них:http://www.diyaudio.ru/article/a-29.htmlhttp://altor.sytes.net/Articles/Vol_Control_2/vol_control_2.htmlhttp://eldigi.ru/site/audio/5.phphttp://rexmill.ucoz.ru/blog/nikitins_du/2011-02-02-17 После долгих раздумий выбрал вариант из первой статьи. Автор Aleyer. Схему, номиналы резисторов и описание автора можно посмотреть в оригинальной статье здесь, там же лежит и прошивка. К сожалению у нас не продают реле Takamisawa ry12w-k. Из похожего нашел только TRS-5VDC-SB-L20 (datasheet). Сам регулятор разделил на две платы: плату реле и плату управления. Так было полегче развести, да и вдруг захочется поменять микроконтроллер на более навороченный и добавить функционала  регулятору и усилителю. Разводка, конечно, не очень, скорее повторяет схему .

печатная плата контроллера

печатная плата реле

Как и автор решил использовать микроконтроллер в корпусе SOIC. До этого был неудачный опыт пайки таких микросхем, поэтому в этот раз купил миниатюрный паяльник МЭПСН-6/6 на 6Вт. С ним пайка прошла на ура. Впоследствии им же запаивал микросхемы в корпусе TQFP32 для USBAsp и Lightpack. Вот только мощности у паяльника всё же маловато. Сам Никитин не очень хорошо отзывался о SMD-резисторах, поэтому я использовал прецизионные С2-29В, надо сказать что несмотря на маленькую мощность (0,125Вт) габариты у них больше обычных (такой же мощности). Так как магазин каждую такую позицию отпускал на сумму не менее 40 рублей, то получилось из имеющихся 6-8 штук каждого номинала отобрать точные пары. Так как в то время у меня не было нормального программатора, то для прошивки использовал схему из 5 проводков. Долго не мог прошить контроллер, в итоге оказалось что у AVReal и у Ponyprog совершенно разные схемы (из 5 то проводков), когда переделал, то всё прошилось сразу же. Сколько радости было когда услышал заветные щелчки реле:) Сейчас собран USB Asp и таких проблем с прошивкой уже давно нет. При тестовом включении использовал 5 вольт от блока питания компьютера и сразу же услышал жуткий фон в колонках. Особенно фон был из-за длинных проводов. Поэтому сразу же был изготовлен блок питания с миниатюрным трансформатором Hahn, диодным мостом на 1N5819 и стабилизатором. Схема включения стабилизатора стандартная, прямо по даташиту. Трансформаторы понравились — впаиваются сразу на печатную плату, не гудят, греются несильно. После этого сделал все провода короче, провода между платами экранированы — фона нет. При прослушивании не заметил разницы с регулятором и без (что собственно и должно быть). Так как все резисторы отобраны в пары, то баланс между каналами идеален на любом уровне громкости. Щелканье при регулировке тоже не особо напрягает, есть даже в этом некоторый шарм:) Есть только нюанс, что в выключенном состоянии сигнал не ослабляется, а значит сам усилитель должен включаться чуть позже чем регулятор. Ссылки по теме:Усилитель Никитина на N-канальных полевых транзисторахИспользуемые источники:

• https://www.diyaudio.ru/article/a-29.html
• https://mysku.ru/blog/ebay/72751.html
• http://www.adubovik.ru/2012/03/blog-post_16.html