НЧ фазозміщувач як розширювач панорами звуку

Основное.

Общий сдвиг фазы сигналов в одном из каналов звукозаписи позволяет получить эффект «объёмного звука», но при этом нарушает расположение кажущихся источников звука в панораме. Чтобы этого не происходило, можно попробовать сдвигать фазу только на тех частотах, на которых локализация на источники звука затруднена, т.е. ниже 200-300 Гц.

За основу берём схему фазового фильтра из справочника У. Титце и К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника» (рис.1), где в зависимости от значений сопротивления R и конденсатора C фазы сигналов на ВЧ сдвигаются от 0 до -180 градусов.

Рис.1

Для того, чтобы сдвигать фазу НЧ сигналов и не менять её на СЧ и ВЧ, поменяем местами элементы R и C (рис.2). Также, для того, чтобы можно было регулировать величину фазового сдвига, резистор R берём переменным.

Рис.2

В программе RFSim99 была смоделирована схема, показанная на рисунке 3 (файл симуляции есть в приложении). В ней сигнал одного канала проходит со входа на выход «напрямую», а в другом канале есть возможность коммутации «напрямую/со сдвигом фазы».

Рис.3

Питание сделано от двух 9-ти вольтовых аккумуляторных батарей 7Д-0.125, печатная плата получилась размерами 40 мм х 35 мм (файл разводки в формате программы Sprint-Layout в приложении к тексту, вид со стороны печати, при изготовлении по лазерно-утюжной технологии нужно включить режим «зеркально», детали применены как smd-исполнения, так и «выводные»). Всё помещается в пластиковый корпус подходящих размеров (рис.4). Для возможности подзарядки аккумуляторов на задней стенке установлены разъёмы, отсутствующие на схеме выше.

Рис.4

Тонкости схемотехники.

На рисунке 5 показаны рассчитанные программой RFSim99 графики фазовых характеристик при двух крайних положениях движка резистора R2. При максимальном суммарном сопротивлении R2 и R3 равном 110 кОм сдвиг фазы на частоте 50 Гц близок к +15 градусам (на 400 Гц менее +2 градусов и на 1 кГц менее +1 градуса). При уменьшении суммарного сопротивления до 10 кОм сдвиг на 50 Гц достигает значения +110 градусов (на 400 Гц чуть более +20 градусов, а на 1 кГц +8 градусов).

Рис.5

Схема фазовращателя имеет входное сопротивление, зависящее от частоты и положения движка резистора R2 (рис.6). При минимальном значении R2 сопротивление близко к 10 кОм во всей полосе частот, а при максимальном – около 37 кОм для частоты 40 Гц и более 80 кОм для частот выше 200…300 Гц. Т.е. входное сопротивление для НЧ будет ниже, чем для СЧ и ВЧ, но обычно источники сигнала имеют относительно низкое выходное сопротивление и им такой перекос не страшен. Максимальное значение входного сопротивления теоретически должно быть близко к 110 кОм, но, скорее всего, происходит его шунтирование входным сопротивлением ОР1.1.

Рис.6

Может получиться такой вариант соединений, когда у приёмника сигнала (усилителя) достаточно низкое входное сопротивление (допустим, 2…5 кОм), а источник сигнал относительно высокое и тогда велика вероятность получить на выходе приставки неодинаковые уровни сигналов, так как один канал источника будет нагружен на фазовращатель с его входным сопротивлением более 10 кОм. Чтобы выровнять этот «разбаланс», можно использовать вторую половину микросхемы OP1 и поставить перед ним подстроечный резистор сопротивлением 10…100 кОм (рис.7). Сопротивление подбирается на этапе настройки и, в принципе, может оказаться, что будет достаточно постоянного резистора на 47 кОм.

Рис.7

А теперь – для чего всё это нужно?

Ну, вот, например, я достаточно часто слушаю музыку через акустику, сидя сбоку от неё и тогда звук становится «бедным на НЧ» и связанно это, скорее всего, с комнатными отражениями и сдвигом фаз звука из-за разницы в расстояниях до акустических колонок. Если же пропустить сигнал одного из каналов через этот фазовращатель, то на слух кажется, будто тембровый баланс восстанавливается.

Также попробовали со знакомым пропускать через приставку звук с синтезатора и разные мидишные записи – эффект расширения панорамы также заметен.

Для оценки звучания в приложении к тексту есть пример изменения звучания «розового» шума при переключениях «напрямую» и с максимальным сдвигом фазы.

Примечания.

При первом прослушивании фазовращателя создавалось впечатление, что в записях происходит изменение уровня НЧ и тогда для проверки была запущена программа SpectraPLUS и в ней были сравнены уровни сигналов «напрямую» и со сдвигом фазы (рис.8). На графиках видно, что происходит небольшое смещение уровней, связанное с низким входным сопротивление усилителя, но кроме этого ничего не меняется.

Рис.8

Если фазовращатель будет активно использоваться с частыми изменениями сдвига фаз или планируется его подключение к разным источникам и «разбаланс» начнёт проявляться (приборно, а не на слух), то для ещё большего его выравнивания следует со входов обоих каналов поставить «на землю» постоянные резисторы сопротивлением 10…15 кОм – это уменьшит границы изменения входного сопротивления в канале с фазовращателем.

Литература:
1. Й. Блауэрт «Пространственный слух», Москва, «Энергия», 1979 г.
2. У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника», Москва, «Мир», 1982 г.

Андрей Гольцов, г. Искитим

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание
	К рисунку №7
OP1	Операционный усилитель	LM833-N	1	smd
R1, R3, R4	Резистор	10 кОм	3	smd 0805
R2	Переменный резистор	100 кОм	1	СП3-4аМ
C1	Конденсатор	220 нФ, 63 В	1	плёночный
C2, C3	Конденсатор	100 нФ	2	smd 0805
C4, C5	Электролитический конденсатор	1000 мкФ. 16 В	2
S1, S2	Переключатель движковый	B1561	2	DPDT
Bat1, Bat2	Элемент гальванический	9 В	2	Аккумуляторная батарея 7Д-0.125 или "Крона"