Fono színpad

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. október 16-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 3 szerkesztést igényelnek .

Előerősítő-korrektor , vagy erősítő-korrektor (UK) [1] , vagy phono equalizer - egy gramofonlemez lejátszási útvonalának  speciális elektronikus erősítője , amely visszaállítja a lemezre rögzített hangjel eredeti spektrumát , és felerősíti a hangsugárzó kimeneti feszültségét. a pickup fej egy tipikus vonali kimeneti szintre  - 0,775 V-tól ( 0 dBu ) háztartási analóg berendezésekben 2 V-ig ( 8 dBu ) digitális és műsorszóró berendezésekben [2] ). Történelmileg a felvételi ipar számos különböző spektrum -előkiemelési sémát használt a felvétel során, és különböző típusú kazettákat használtak a lejátszáshoz . A gyakorlatban a korrektorok túlnyomó többsége a RIAA szabvány szerinti előtorzítással rögzített, hosszan lejátszott lemezek lejátszására készült , mágneses fejjel .

A viszonylag nagy érzékenységű mozgó mágnesfejek ( angol  mozgó mágnes , MM) kimenetein a feszültséget millivolt egységekben mérik, a legkevésbé érzékeny mozgó tekercsfejek feszültségét pedig több száz, néha pedig több száz .  több tíz mikrovolt . A digitális audiotechnológiától eltérően a hangszedőfej kimenetén a hasznos jel feszültsége többszörösével, a nagyfrekvenciás interferencia ("kattanás") feszültsége pedig egy nagyságrenddel meghaladhatja a névleges szintet . A jel ezen tulajdonságai és a reprodukciós minőséggel szemben támasztott magas követelmények a tökéletes hangszínszabályzók tervezését a mikrofonerősítők tervezésével együtt a hangfrekvenciás erősítő áramkörök legnehezebb feladatává tették [3] . Ugyanakkor a korrektorok a mikrofonerősítőktől eltérően nemcsak a gyenge elektromos jeleket erősítik, hanem azok spektrális összetételét is átalakítják (frekvenciakorrekciót hajtanak végre) [4] . Az audio tartományon belül a maximális és minimális erősítések közötti különbség eléri a 38,9 dB-t (feszültségben 1:88), míg az amplitúdó-frekvencia karakterisztika szabványtól való eltérése a 21. század tervezői szerint nem haladhatja meg a ± ± 0,1 dB (± 1,16% feszültség) .

Történelmi vázlat

1948-ban a Columbia Records kiadta az első hosszan lejátszódó , akkor még egyszólamú lemezeket, amelyeket szabadalmaztatott frekvencia-előhangsúlyozási sémával rögzítettek . A következő években az amerikai versenytársak legalább kilenc alternatív kiegyenlítési lehetőséget hoztak piacra; A formátumháború 1953-1954-ben egy ipari szabvány elfogadásával ért véget, amely RIAA görbe néven vált ismertté . 1956 óta szinte minden nyugati országban megjelent új felvétel ennek a szabványnak megfelelően készült.

A háború utáni első évtizedekben olcsó és ezért elterjedtebb piezoelektromos hangszedőfejeket [5] vagy viszonylag drága mágneses fejeket használtak a hosszan lejátszódó lemezek lejátszására . A piezoelektromos fejek körülbelül százszor nagyobb érzékenységgel bírtak, mint a mágneses fejek, ezért nem volt szükségük bonyolult, alacsony zajszintű előerősítőkre [5] . A piezoelektromos hangszedőnek azonban merev felfüggesztéssel kellett rendelkeznie, és jelentős leszorítóerőre volt szükség ahhoz, hogy biztonságosan tartsa a hanghoronyban [6] . Kiváló minőségű, kis csúcssugárral rendelkező tűk használatakor az ilyen hangszedő gyorsan tönkretette a rekordot, és a viszonylag kímélő, nagy csúcssugárral rendelkező tűk nem tudták követni a nagyfrekvenciás horonyelmozdulásokat [6] . A piezoelektromos fejek másik végzetes hátránya az egyenetlen amplitúdó-frekvencia válasz (AFC) [7] . Ezen okok miatt a jó minőségű berendezéseket mindig is a mágneses fejek uralták [8] ; az 1980-as évek elejére gyakorlatilag megszűnt a piezoelektromos fejek használata [7] .

Minden típusú mágneses fej nélkülözhetetlen "kísérői" az előerősítők-korrektorok voltak, amelyek növelték a feszültséget a fej kimenetén, és visszaállították a rögzített jel eredeti spektrumát. A RIAA szabvány kidolgozója, az RCA kétlépcsős csőkorrektorok használatát javasolta passzív szűréssel [9] . Két nagy nyereségű trióda elegendő érzékenységet biztosított (45 dB erősítés 1 kHz-es frekvencián), de csak akkor, ha a korrektort nagy ellenállású (legalább 220 kOhm) terhelésre csatlakoztatták [9] . Az 1960-as években a lámpatechnológiában a legszélesebb körben alkalmazott aktív invertáló szűrőáramkör volt egyetlen EF86 pentódon , amelyet frekvenciafüggő párhuzamos fedett [comm. 1] visszajelzés [10] .

A tranzisztoros áramköröket az 1960-as és részben az 1970-es években a Dinsdale által 1965-ben javasolt, MA üzemmódban működő bipoláris tranzisztorokon alapuló, kétfokozatú aktív szűrőáramkör uralta [11] [12] [13] . Ennek a generációnak minden javítója közepesen hangzott, és néha csak rosszul; egyik sem vált klasszikussá úgy, ahogyan a háború utáni évek teljesítményerősítőinek legjobb példái klasszikussá váltak [14] . A "kettő" elégtelen erősítési rátája észrevehetően csökkentette a frekvenciamenetet alacsony frekvenciákon, a kimeneti feszültség elégtelen elfordulási sebességét - csökkenést és nemlineáris torzításokat magas frekvenciákon [15] [12] ; közepes frekvenciákon a frekvenciamenet észrevehetően eltért a szabványtól a korrekciós áramkörök pontatlan számítása miatt. Az 1960-as évek tervezői beletörődtek ezekbe a hiányosságokba, hiszen az akkori háztartási játékosok alvázának és hangkarainak rossz minősége értelmetlenné tette a korrektorok fejlesztését [14] .

Az 1970-es években a helyzet megváltozott. Új, minőségi játékosok jelentek meg a tömegpiacon, és a „ketteseken” lévő kiegyenlítők lettek a gyengébb láncszem a reprodukálásban [13] . Eleinte a tervezők a hagyományos "kettesek" fejlesztésére összpontosítottak; ahogy a fogyasztói elektronika áttért a bipoláris teljesítményerősítőkre, fokozatosan elterjedt egy fejlettebb topológia egy bemeneti differenciálfokozattal [16] [17] . Az 1970-es évek legjobb diszkrét tranzisztoros áramkörei a RIAA szabványtól a decibel töredékével [18] tértek el 70…74 dB jel/zaj viszony mellett (10…20 dB-lel jobb, mint az alap „kettő”). ) [16] .

A megfizethető integrált áramkörök piacra kerülésével az aktív szűréssel rendelkező korrektorok tervezése érezhetően egyszerűbbé vált [19] . Az 1970-es évek univerzális op-erősítői még nem voltak alkalmasak minőségi hangerősítésre; helyettük speciális alacsony zajszintű ULF mikroáramköröket használtak differenciál bemenettel a korrektorokban , például TDA2310 és LM381 (analógok - K153UD2, K548UN1) [12] [20] [21] . Az 1970-es évek első felében, John Linsley Hood tekintélyének hatására , egy viszonylag zajos op-amp áramkör invertáló összeköttetésben (párhuzamos visszacsatolással [comm. 1] ) dominált; Walker munkája [22] 1972-es megjelenése után fokozatosan megjelent egy alacsony zajszintű, de kevésbé rugalmas és bonyolultabb számítási és hangolási áramkör egy op-ampon, nem invertáló kapcsolattal (soros visszacsatolással [comm. 1] ) előtérbe [23] . A jel-zaj viszony javult, a RIAA görbe pontossága pedig romlott az erre az áramkörre jellemző nagyfrekvenciás torzulások és az akkori integrált áramkörök elégtelen erősítési rátája miatt [24] . Az ilyen típusú aktív korrektorok pontos kiszámítására szolgáló matematikai apparátust Stanley Lipschitz csak 1979- ben publikálta [25] [26] . A szűrők áramkörével párhuzamosan az erősítő fokozatok áramkörét is továbbfejlesztették. Az 1980-as években a tervezők számos kifinomult, kiváló minőségű korrekciós áramkört fejlesztettek ki, amelyek diszkrét bipoláris és térhatású tranzisztorokon alapultak, de ahogy az alacsony zajszintű, alacsony torzítású op-erősítők piacra kerültek, ezek a műszakilag kifinomult megoldások nem igényeltek [27] .

A „vinilkorszak” legvégén, az 1980-as években a mozgó mágnesfejek átvették a tömegpiacot, a mozgó tekercses mágneses fejek pedig a piac felső szegmensét foglalták el [8] . Az 1930-as évek óta ismert ilyen típusú fejeket [28] a legjobb hangminőség jellemezte, de rendkívül alacsony érzékenységük miatt sokáig az árnyékban maradtak. Az 1970-es, 1980-as évek áramköri kialakítása még nem tette lehetővé igazán jó minőségű, több száz vagy tíz mikrovoltban mért alacsony zajszintű jelerősítő fokozatok létrehozását; a fokozó transzformátorok voltak az ilyen jelek erősítésének fő eszközei [29] . A bemeneti transzformátorok nélkül működő, MC fejekhez készült, csupa tranzisztoros korrektorok csak Douglas Self alapvető cikkének 1987. decemberi publikálása után terjedtek el [30] [comm. 2] .

Jelforrás jellemzői

Érzékenység

Az első közelítésben a mágneses fej elektromotoros ereje egyenesen arányos a hangszedő tű keresztirányú elmozdulásának sebességével a teljes hangfrekvenciás tartományban. A különböző fejek útlevélérzékenységi értékei, mV-ban vagy µV-ban kifejezve, általában 5 cm/s névleges rezgési sebesség mellett vannak feltüntetve [comm. 3] ; században gyártott modelleknél az érzékenység 40 μV és 11 mV között mozog:

A mozgó rendszer kisebb tömege miatt, mint az MM fejeknél, az MS fejek kisebb nemlineáris torzítással, a felvett jel dinamikus tartományának jobb átvitelével és a sztereó csatornák jobb elválasztásával tűnnek ki [8] [39] . Ugyanezen okból reprodukálható frekvenciatartományuk messze túlmutat az audio tartományon, és nagyfrekvenciás rezonanciáik 60 kHz-es nagyságrendű frekvenciákon koncentrálódnak [39] . Az MS fej által generált jel viszonylag nagy arányban tartalmaz nem kívánt ultrahangos interferenciát és zajt, így az MS fejjel rendelkező rendszerek hajlamosabbak a túlterhelésre és az intermodulációs torzításra , és nagyobb követelményeket támasztanak az előerősítő-korrektor minőségével szemben [39] .

Korlátok

A szabványok a hosszan lejátszott felvételek maximális rezgési sebességét 7, 10 vagy 14 cm/s szintre korlátozzák [comm. 4] , de a gyakorlatban ezeket a határokat szisztematikusan megszegték, különösen a 12 hüvelykes kislemezek gyártása során [35] . Egy Shure -tanulmány szerint a kereskedelmi nagylemezeken valaha rögzített abszolút maximális zenei jel 38 cm/s 2 kHz-en; alacsony és magas frekvenciákon a rekordszintek 26 cm/s-ra csökkennek 400 Hz-en és 10 cm/s-ra 20 kHz-en [41] . A maximális effektív feszültségszint , amelyet a jó minőségű berendezések tervezői követnek, 64 mV (8 mV-os érzékenységnél 40 cm/s) [ 41] .

A phono színpad túlterhelésének legnagyobb kockázatát a kattanások okozzák – a hangszedő tű gyorsan csillapított ultrahangos rezgései, amikor véletlenül porszemnek vagy karcolásnak ütközik. A tű pillanatnyi sebessége egy kattanásban eléri a 63 cm/s-t (+22 dB az 5 cm/s névleges szintig) [42] . A kattanás időtartama nem haladja meg az ezredmásodpercet, de az erősítőfokozat általa okozott túlterhelése vagy lekapcsolása hosszú időre kivonhatja a lineáris üzemmódból; a kaszkád lineáris módba való visszatérését disszonáns alacsony frekvenciájú felhangok kísérik [42] . Éppen ezért a kis túlterhelhetőségű háztartási berendezések kihangsúlyozzák és súlyosbítják a régi, „lefűrészelt” rekordok hibáit, míg a jó minőségű berendezéseken ugyanezek a hibák fülre alig észrevehetők [43] [44] . A túlterhelés másik forrása a lemezek vetemedéséből és excentricitásából eredő infrahangos interferencia . Normál, 33⅓ ford./perc forgási frekvenciánál ezen interferencia alaphangjának frekvenciája 0,55 Hz, a maximális interferenciaenergia pedig a 2–4 ​​Hz tartományban koncentrálódik [45] . Ezeken a frekvenciákon Holman és Self szerint az interferencia elérheti a 35 mV-ot (8 mV-os érzékenységnél 22 cm/s) [45] . A frekvencia további növelésével az interferencia rezgési sebessége meredeken csökken, de 10 ... 15 Hz-es frekvenciákon a hangkar rezonanciája miatt akár +24 dB-es „felvétel” is valószínű [45] .

Saját zajok rögzítése

Nincs konszenzus a hanglemezek dinamikus tartományát és zajszintjét illetően , mind a mérési és adatmegjelenítési technikák különbségei, mind pedig maguk a hangfelvételek minőségének eltérései miatt. A források 50 dB-től (1:316) dinamikatartomány-értékeket adnak meg gyenge minőségű tömegfutások esetén 80 dB-től (1:10 000) a példaértékű, közvetlenül felvevővel vágott rekordokig (Douglas Self szerint a 80 dB-es érték minden bizonnyal túlbecsült ) [44] .

Az 1960-as évek klasszikus technikáját tartó Apollonova és Shumova szerint a felvevővel vágott lakkkorongok zajszintje –63…-69 dB a 10 cm/s-os szinthez képest [46] . A következő technológiai lépés, az eredeti fémlemez gyártása [comm. 5] 6 dB- lel rontja a jel-zaj arányt , a soros rekordok bélyegzése pedig további 4 dB-lel [46] . Így egy soros lemez zajszintje –53…-59 dB a 10 cm/s-os szinthez képest (-47…-53 dB az 5 cm/s-os szinthez képest). A későbbi, fejlettebb DMM technológiában a felvevő vékony, finomszemcsés rézrétegben vágja a lemezt egy acél hordozóra [47] . A rézlemez zajszintje a referencia lejátszási útvonal kimenetén mérve -70 ... -72 dBA a 8 cm/s-hoz képest [48] , és magának a felvételnek a számított zajszintje, a lejátszó és a korrektor „hozzájárulásának” figyelmen kívül hagyása nélkül -72,5…–75,5 dBA (a legjobb értékek 45 ford./perc sebességnek felelnek meg, a legrosszabb - 33⅓ fordulat/perc) [49] . A lemezek rövid távú bélyegzése a DMM technológiával 2...8 dB-lel rontja a jel-zaj arányt -62...-70 dBA-re [49] (-58...-66 dBA a szintje 5 cm/s).

Spektrum előkiemelés

Az 1950-es évek vége óta készült összes nagylemezt RIAA előtorzítással rögzítették és rögzítik [50] . Lemez lejátszásakor a phono színpad visszaállítja a jel eredeti spektrumát, és inverz transzformációt hajt végre. Az ezt az átalakítást leíró szabványos funkció három elsőrendű kapcsolat sorba kapcsolásával egyenértékű: egy 318 µs időállandójú differenciál ( vágási frekvencia 500,5 Hz) és két aluláteresztő szűrő 75 és 3180 µs időállandókkal (vágási frekvenciák ). 2122,1 és 50, 05 Hz) [51] . 20 Hz-es frekvencián a függvény értéke az 1 kHz-es középfrekvenciára normalizálva maximális, és +19,274 dB (9,198-szoros erősítés); frekvencia növekedésével monoton csökken, és 20 kHz-es frekvencián eléri a minimum -19,62 dB-t (9,572-szeres csillapítás) [52] . A RIAA görbe összetett formája kompromisszum, amely abból adódóan, hogy a mechanikus rögzítés tökéletlen technológiájából a lehető legnagyobb hangminőséget kell kicsikarni [53] . Az audió tartományon kívül a korrektorok frekvenciamenete nincs szabványosítva, de az erősítési út további részein a torzítás csökkentése érdekében kívánatos, hogy a frekvencia átvitel mind az ultrahang, mind az infrahang frekvenciákon csökkenjen.

1978-ban a Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC) módosította a szabványos lejátszási frekvenciaválaszt azáltal, hogy a RIAA görbét egy 7950 µs időállandójú felüláteresztő szűrővel egészítette ki. A szabvány fejlesztőinek elképzelése szerint az új szűrőnek el kellett volna nyomnia az infrahangos rezgések nem kívánt áthaladását elvetemült lemezek lejátszásakor; az IEC korrekció elkerülhetetlen következménye a hallható alacsony frekvenciás vágás volt (-3 dB 20 Hz-en, -1 dB 40 Hz-en) [54] [55] . Mind a hallgatók, mind a berendezésgyártók ellenségesen fogadták az újdonságot. A 21. században a phono színpadgyártók túlnyomó többsége nem alkalmazza az IEC korrekciót, azon a feltételezésen alapulva, hogy egy minőségi lejátszó mechanikai dübörgése elhanyagolható [54] . Ha elvetemült rekordok reprodukálására van szükség, ha az infrahangzaj elfogadhatatlan szintet ér el, akkor kapcsolható másod- és magasabb rendű szűrőket használnak [54] .

Belső ellenállás

A mágnesfej tekercsének aktív ellenállása és érzékenysége hozzávetőlegesen lineáris összefüggéssel függ össze: minél több fordulat van a tekercsben, annál nagyobb az általa generált EMF [38] .

Az MS fej aktív ellenállása 1 ohmtól 160 ohmig terjed , teljes ellenállásának induktív komponense elhanyagolható és nem igényel különösebb figyelmet [38] . A korrektor bemeneti impedanciájának optimális értéke a legtöbb fejnél, kivéve a legnagyobb ellenállásúakat, 100 ohm; nagy ellenállású fejeknél az 500 ohmos bemeneti impedancia előnyös [56] . Az MS fej ellenállása nemcsak a saját termikus zaját határozza meg , hanem egy fontos változó is, amely meghatározza a korrektor bemeneti fokozatának zaját, és ennek eredményeként annak optimális áramkörét.

Az MM fejek aktív ellenállása 430...1500 Ohm 330...720 mH induktivitás mellett a hagyományos modelleknél és 800...1000 mH a DJ-eknél [57] . Magas frekvenciákon az impedancia induktív és a frekvenciával arányosan növekszik; emellett aktív komponense észrevehetően megnőhet a mágneses áramkör veszteségei miatt [58] . Az MM korrektor szabványos bemeneti impedanciája a DIN 45547 szerint 47 kOhm, és 50 ... 200 pF kapacitással kell söntölni [59] . A korrektornak ez a kapacitása az összekötő vezeték kapacitásával és a fej induktivitásával együtt 10 ... 20 kHz rezonanciafrekvenciájú gyenge minőségű áramkört alkot [57] . A RIAA görbe pontos betartása többek között magában foglalja a használt fej optimális bemeneti kapacitásának kiválasztását [60] ; a kiváló minőségű kereskedelmi korrektorok felhasználó által kapcsolható bemeneti kondenzátorkészleteket biztosítanak erre a célra [59] . A bemeneti kapacitás növekedésével a rezonanciafrekvencia csökken, és a rajta lévő amplitúdó-frekvencia válasz növekszik [57] , de a hurok sávszélességének felső határa -3 dB-es szinten kissé megváltozik [61] . Egy alternatív megoldás - a bemeneti kapacitás használatának megtagadása - lehetővé teszi a jel-zaj arány 1 ... 2 dB-lel történő javítását, de a bemeneti áramkörben előforduló frekvencia torzulások további korrekcióját igényli [62] . A szűrők finomhangolása egy adott fejhez csak laboratóriumi körülmények között lehetséges, ezért ezt a technikát a soros korrektoroknál nem alkalmazzák [62] . Ugyanezen okból nem találtak alkalmazást azok a korrektorok, amelyekben a RIAA görbe nagyfrekvenciás szakasza közvetlenül a bemeneti áramkörben van megvalósítva [63] .

Intrinsic pickup noises

A jelforrással sorba kapcsolt bármely ellenállás, beleértve magának a forrásnak az ellenállását is, saját termikus zajt vezet be a jelbe . Egy rögzített hangfrekvencia sávban (20 Hz ... 20 kHz) a termikus zajfeszültség arányos az ellenállás értékének négyzetgyökével. A termikus zaj RMS feszültsége 1 kOhm ellenállás mellett a 20...20000 Hz sávban 300 K hőmérsékleten 575 nV; 100 kΩ ellenállásnál 10-szeresére növekszik, 5,75 μV-ig, és így tovább [64] .

A mágneses fej tekercseinek termikus zaja alapvető, eltávolíthatatlan zaj, amely meghatározza a reprodukálási út maximális elérhető dinamikus tartományát. A tekercsellenállások és a rajtuk lévő hasznos jel feszültségeinek aránya olyan, hogy a fej hőzaja lehet a fő zajforrás a teljes reprodukálási útvonalon (tehát a korrektor kényszerhűtése csökkenti a saját zaját, de gyakorlatilag nem befolyásolja a rendszer egészének jel-zaj arányát [62] ). Az alacsony ellenállású (1 ... 3 Ohm) MC fejekkel rendelkező rendszerekben az összekötő vezetékek is észrevehetően hozzájárulnak a zajhoz, különösen az ultravékony rugalmas vezetékek, amelyek a hangszedőt a lejátszó kimeneti csatlakozójához kötik [65] [66] . A hasznos jel és a 21. században gyártott MS fejek tekercseinek hőzajhoz viszonyított aránya 64-91 dB [65] [comm. 6] (a legrosszabb számok az alacsony érzékenység és a viszonylag nagy ellenállás rendellenes kombinációjának felelnek meg). Az MM fejek jel-zaj viszonya ugyanebbe a tartományba esik, de ennek helyes kiszámítása a belső ellenállás túlnyomóan induktív jellege miatt nehézkes [65] .

A korrektorok jellemzői, funkciói, blokkvázlatai

Specifikációk

A jó minőségű phono színpadnak meg kell felelnie egy sor nehezen összeegyeztethető követelménynek [68] :

  • Alacsony saját zajszint;
  • A tápegység által okozott interferencia teljes hiánya és a külső elektromágneses interferencia hatékony elnyomása ;
  • Pontos ragaszkodás a szabványos RIAA görbéhez;
  • Elegendő túlterhelési kapacitás mind a hangfrekvencia-tartományban, mind azon túl;
  • Alacsony szintű nemlineáris torzítás;
  • Alacsony kimeneti impedancia;
  • A bemeneti ellenállás és a bemeneti kapacitás állandósága a teljes hangfrekvencia tartományban;
  • Alacsony érzékenység az alkatrészek tulajdonságainak időbeli változásaira;
  • A mikrofoneffektus hiánya vagy hatékony elnyomása [68] .

Ezen követelmények egy része alapvetően csak speciális esetekben fontos: a bemeneti ellenállás állandósága szükséges az MM fejekkel rendelkező rendszerekben, és nem annyira fontos az MC fejeknél; a mikrofoneffektus és a paraméterek érezhető időbeli eltolódása a csöves erősítőkre jellemző (minden cső elöregszik, és előbb-utóbb cserét igényel), a tranzisztorosra viszont nem [14] . A zaj, interferencia, nemlineáris torzítás szintjére és a RIAA görbe követésének pontosságára vonatkozó követelmények minden korrektor esetében feltétlenül kötelezőek. Ezen mutatók küszöbértékét, minimálisan elfogadható értékeit formálisan nem állapították meg. Az 1970-es és 1980-as évek háztartási berendezésekre vonatkozó szabványaiban megadott értékek elavultak és elfogadhatatlanok a 21. századi berendezésekben. Például az 1964 óta érvényben lévő IEC szabvány (IEC 60098) ±2 dB-ig engedélyezte a felvétel frekvenciaválaszának maximális eltérését a RIAA görbétől [69] . A 21. század tervezői főszabály szerint ±0,1 dB [70] szinten korlátozzák a maximális eltérést, a szűrők számításakor pedig századdB-lel operálnak [71] .

A korrektorok jellemzői MS fejekhez

A nehezen összeegyeztethető követelmények kombinációja a kiváló minőségű phono színpadok tervezését, valamint a mikrofonerősítők tervezését tette a legnehezebb feladattá az audioerősítő áramkörökben [3] . Technikailag lehetetlen jó minőségű univerzális erősítőt létrehozni, amely minden típusú mágneses fejjel kompatibilis. A fejek érzékenységének és ellenállásának elterjedése túl nagy, és éppen ellenkezőleg, az optimális fejellenállások tartományai az adott áramköri megoldásokhoz túl szűkek. Ennek eredményeként a praktikus phono korrektor áramkör két részre oszlik: alsó szinten viszonylag egyszerű MM korrektor áramkörök; felső szinten bonyolultabbak, amelyek igényesebbek az üzemmódok kiszámítására és az MC összetevőinek kiválasztására. korrektor áramkör. Az MS korrektor elkészíthető teljesen különálló, MM fejekkel nem kompatibilis, erősítő csatorna formájában, de a gyakorlatban az MM korrektorokra épülő kialakítások elterjedtebbek [72] . A további jelerősítést kétféleképpen hajtják végre:

Kiváló minőségű transzformátorok MC fejekhez - kompakt [comm. 7] , könnyen kiszámítható és olcsó termékek előállítása [73] . A sávszélesség, a frekvenciaválasz linearitása és a nemlineáris torzítás tekintetében az ilyen transzformátorok nem rosszabbak a tranzisztoros erősítő fokozatoknál [74] . Zaj tekintetében a transzformátorok nyernek a legkisebb ellenállású fejekkel, de a viszonylag nagy ellenállású MC fejeknél a tranzisztoros erősítők előnyösebbek [75] . Nincsenek minden MS fejjel kompatibilis univerzális transzformátorok: a valódi transzformátorokat mindig a három fejimpedancia-altartomány valamelyikére optimalizálják (1,5…10, 10…50 és 50…200 Ohm) [76] . A tisztességtelen reklámok állításával ellentétben a transzformátorok nem hallgatnak: tekercseléseik, mint minden ellenállás, hőzajt keltenek, ami jelentősen ronthatja a teljes reprodukálási út zajszintjét [77] . A transzformátorok előnye a tranzisztorokkal szemben nem a fiktív „nincs zaj”, hanem az alacsony frekvenciájú villogó zaj (1/f zaj) viszonylag alacsony szintje a termikus zajhoz képest, valamint a zajmentes kiegyensúlyozott kapcsolat megvalósításának egyszerűsége. a fejét a korrektorhoz [78] [79 ] .

Kiegészítő funkciók és eszközök

A 21. század tipikus erősítő-korrektorai a „fekete dobozok”, amelyek csak a RIAA szabvány szerinti jelerősítési és frekvenciakorrekciós funkciókat valósítják meg. Az MM és MC konfigurációk közötti váltást, a bemeneti kapacitás beállítását és a fokozatos erősítés szabályozást, ha a kialakítás biztosítja, általában a kártyán található jumperekkel hajtják végre . Csak néhány gyártó teszi működőképessé ezeket a beállításokat a korrektor hátuljára ( Lehmannaudio ) vagy elejére ( Burmester ). A sima erősítés szabályozása nem található: ez a funkció az előerősítő hangerőszabályzójához van rendelve, amelyhez a korrektor csatlakozik [81] .

A digitális korszak előtt a háztartási berendezések korrektorait gyakran szerelték fel kapcsolható "dübörgő szűrőkkel" – másodrendű , 30...40 Hz vágási frekvenciájú felüláteresztő szűrőkkel [82] . Az ilyen szűrők nemcsak elnyomják a nemkívánatos infrahang-interferenciát, hanem a fül számára észrevehető amplitúdó- és fázistorzulásokat is bevezetnek; századi berendezésekben nem használják [82] . Az eredeti jelspektrum megőrzése szempontjából a legjobb megoldás a Sallen-Kee séma szerinti harmadrendű Butterworth-szűrő 20 Hz -es vágási frekvenciával [83] . Az infrahang legjobb elnyomásával (36 dB 5 Hz-en) minimális „hozzájárulást” tesz a hallható jelhez, amely a legtöbb hallgató számára észrevehetetlen [83] .

A professzionális stúdiólektorok funkcionálisan összetettebbek, mint a legtöbb háztartási eszköz. Például a referencia MM Neumann PUE74 korrektorban, amely általában az SME 3012 hangkarral és a Shure V15V fejjel együtt működött, négy szerkezeti blokk [84] egészíti ki az alapvető aktív szűrő áramkört az op-ampon ] . A szűrőbemeneten egy alacsony zajszintű kaszkád bipoláris tranzisztorokon található , amely biztosítja a jelerősítés nagy részét (28 ... 40 dB), és ezzel párhuzamosan egy térhatású tranzisztorkövető [comm . 8] , amely szabályozza a feszültséget a bemeneti kábel árnyékoló zsinórján . Az aktív árnyékolás jelentősen csökkenti a közös módú zaj átjutását a korrektor bemenetére [85] . Az infrahang interferenciát elnyomó, nagy Q-értékű szűrő és egy paraméteres hangszínszabályzó egy alacsony és két nagyfrekvenciás vezérlősávval sorba van kötve egy aktív RIAA szűrő kimenetére, amely tipikus op-amp áramkör szerint épül fel [86 ] . Feladata a felvétel végpontok közötti frekvenciamenetének finomhangolása, amely meghatározza az eredeti lemez vágási minőségét [86] .

Elem alap

MM korrektorok aktív erősítő elemei

A jó minőségű berendezésekben elfogadható jel-zaj arány elérése érdekében az MM korrektor bemeneti fokozata kis zajú bipoláris tranzisztoron , vezérlő pn-átmenettel rendelkező térhatású tranzisztoron vagy alacsony zajszintű műveleti erősítő (op-amp). Az 1984–2001-es független mérések szerint a jó minőségű, műveleti erősítőkön, bipoláris és térhatású tranzisztorokon alapuló soros MM korrektorok jel-zaj aránya a 75-80 dBA tartományba esik, a jel-zaj arány pedig a 75-80 dBA tartományba esik. a Neumann referencia stúdiókorrektorok hasonló módszerrel számított zajviszonya 79 dBA [87 ] [comm. 9] . Használata MIS tranzisztorok bemeneti fokozataiban [88] [comm. 10] , op-amp a bemeneti áramok semlegesítésével [90] [comm. 11] , az áram-visszacsatolású műveleti erősítő [91] nem kívánatos a nagy zaj miatt.

A vákuumcsövek közül a legjobb jel-zaj viszonyt az alacsony zajszintű, indirekt fűtésű triódák biztosítják, amelyeknek az anódrács karakterisztikája nagy meredeksége van [92] . Minél nagyobb a meredekség, annál kisebb az elméletileg elérhető zajfeszültség, a fokozat bemenetére redukálva [comm. 12] (valódi lámpákban ez a mutató kétszer vagy többször is magasabb lehet a számítottnál a katódanyagból és a gyártási folyamat minőségéből adódó túlzott zaj miatt [95] ). Az optimális meredekség körülbelül 20 mA/V; további növelése (például több trióda párhuzamos csatlakoztatása) az anódáram és a kaszkád bemeneti kapacitásának arányos növekedése miatt nem praktikus [97] . A kis teljesítményű, nagy feszültségerősítéssel rendelkező triódák ( 6SL7 , ECC83 , 12AX7 és analógjaik) gyengén alkalmasak a korrektorok első fokozataira, mind az alacsony meredekség, mind a nagy (100 ... 200 pF) bemeneti kapacitás miatt, amely meghaladhatja a használt fejre vonatkozó optimális kapacitásterheléseket [98] . A direkt izzólámpák nem megfelelőek az alacsony dőlésszög és az erős mikrofonhatás miatt , illetve a pentódok szabályos, pentódkapcsolatban - magasabb zajszint miatt, mint az azonos dőlésszögű triódák [99] . Éppen ellenkezőleg, a triódacsatlakozásban lévő pentódok zajszintje nem alacsonyabb, mint a triódák. A lámpakorszak legvégén kifejlesztett pentódok, például a 6Zh52P , különösen alacsony villogási zajt mutatnak , azonban ezeknek a sorozatoknak az összes lámpája szenved a mikrofoneffektustól, a nagy bemeneti kapacitástól és a nagy paraméterterjedéstől [100] . A második és az azt követő szakaszokban a lámpa vagy a tranzisztor zaja már nem olyan fontos: az alacsony nemlineáris torzítás követelménye kellően túlterhelhető [101] .

Az áramkör egyszerűsége, paramétereinek stabilitása és sorozatgyártásban való reprodukálhatósága szempontjából a legjobb választás az MM korrektor építéséhez egy alacsony zajszintű , feszültség-visszacsatolású műveleti erősítő . Korábban széles körben használták a speciális alacsony zajszintű ULF mikroáramköröket (például az LM381-et és analógját, a K548UN1-et), de az audioberendezések eladásának visszaesésével megszűntek, és a tervezők visszatértek az univerzális op-erősítők használatához [20] . A legkényelmesebbek a bipoláris bemeneti fokozatú, 100 nA-nél nem nagyobb bemeneti előfeszítő áramú speciális audio op erősítők [102] . Az aktív szűrőkben használt op-erősítőknek stabilnak kell lenniük egységnyi erősítéssel; passzív szűrőkre épülő áramkörökben az egységerősítésnél instabil kompenzálatlan műveleti erősítők is használhatók [102] . Közel harminc éven át [103] a jellemzők kombinációja szempontjából az optimális választás a dual bipoláris NE5532 op amp és annak egyetlen analógja volt [comm. 13] NE5534 [105] . Az NE5532-t használó korrektorok jel-zaj aránya elérte a 79 dBA-t ( NAD PP1, 1998) [106] . Ennek a műveleti erősítőnek a nemlineáris torzítási együtthatója (K NI ) a kapcsolóáramkörtől és a jelszinttől függően 0,0005% és 0,0085% között mozog [107] ; összehasonlításképpen egy tipikus K548UN1 korrektor KNI értéke akár 0,1% [108] . 2007-ben az NE5532-t egy új abszolút vezető váltotta fel - LM4562, amely minden tekintetben felülmúlja elődjét, kivéve a bemeneti zajáram spektrális sűrűségét [109] . A zajszint csökkentése érdekében az op-erősítő bemenetére egy diszkrét tranzisztorokon lévő alacsony zajszintű differenciálkaszkád csatlakozik. A nemlineáris torzítás csökkentése érdekében a műveleti erősítő kimeneti fokozata tiszta A módba kerül egy erősen lineáris emitterkövető csatlakoztatásával az op-amp kimenetéhez .

A túlterhelési kapacitás szempontjából a vákuumcsövek biztosítják a legjobb túlterhelési határt. A lámpafokozat kimenetén a lineárisan erősített feszültség tartománya több tíz V, és a gyakorlatban csak a terhelésre leadott áram határértéke korlátozza. A diszkrét tranzisztorokra épülő erősítők a csöves erősítők szintjén nagy túlterhelési kapacitással is rendelkezhetnek. Például a Technics SU9600 (1974) előerősítő korrektorban az elfogadható bemeneti feszültség szintje 1 kHz-es frekvencián 900 mV volt. Ennek érdekében a tervezők a tápfeszültségek tartományát egészen "csöves" 160 V-ra növelték, ennek megfelelően magas fogyasztás mellett [110] . A cső- és "nagyfeszültségű" tranzisztoros áramkörök nagy túlterhelési kapacitásának hátránya a tápegység bonyolultsága és magas költsége . Sokkal egyszerűbb és olcsóbb jó minőségű tápellátást biztosítani a kis teljesítményű, alacsony feszültségű áramkörök számára diszkrét tranzisztorokon vagy műveleti erősítőkön.

MS korrektorok aktív erősítő elemei

Az MS korrektorok bemeneti fokozatainál az alacsony zajszintű műveleti erősítők, a térhatású tranzisztorok és a vákuumtriódák zaja elfogadhatatlanul magas [112] . Az MS korrektorok transzformátor nélküli bemeneti fokozatai szinte vitathatatlanul alacsony zajszintű bipoláris tranzisztorokra épülnek [75] . A 81 dBA abszolút jel-zaj viszony rekordon a Linn és a Burmester MS korrektorok osztoznak , és a legtöbb soros termék esetében az első fokozat zaja által beállított jel-zaj arány 65 ... 75 dBA [106] .

A 21. század tervezői számára elérhető legjobb alacsony zajszintű tranzisztorok alacsonyak, 10 ohm nagyságrendűek [comm. 14] , alapellenállás és legalább 500-as áramerősítési tényező [114] . Annak a frekvenciának, amely alatt a villogó zaj dominál a tranzisztor zajában, a lehető legalacsonyabbnak kell lennie (legfeljebb 500 Hz) [115] . A gyakorlatban a választás a speciális eszközök kis készletére korlátozódik [116] ; megjelenésük előtt a soros korrektorok több "hétköznapi" alacsony zajszintű kis teljesítményű tranzisztor párhuzamos kapcsolását alkalmazták, amatőr kivitelben - közepes teljesítményű tranzisztorok [117] .

A jel-zaj viszony szempontjából optimális, a bemeneti tranzisztor kollektorárama fordítottan arányos a jelforrás ellenállásával [118] . Kis ellenállású MS fejeknél az optimális áramerősség kiválasztása lehetetlen (e fejek ellenállása túl kicsi a tranzisztor talpának ellenállásához képest), ezért célszerű 20 Ohm alatti ellenállású fejeket csatlakoztatni. a korrektort egy lépcsős transzformátoron keresztül [75] . A nagy ellenállású MS fejeknél az optimális kollektoráram 100 µA vagy több; az ilyen fejek közvetlenül a tranzisztoros fokozat bemenetére csatlakoznak [75] . Az MM fejek esetében az üzemmódválasztást nehezíti, hogy a fej kimeneti impedanciája a frekvencia függvényében széles tartományban változik, körülbelül 700 Ω és 20 kΩ között [119] . Az 1980-as években lehetetlen volt kiválasztani az optimális áramerősséget ehhez az ellenállási tartományhoz (a számított áram elfogadhatatlanul alacsonynak bizonyult), ezért a tervezők kénytelenek voltak nagyobb, nem optimális értékeket választani [120] . Későbbi fejlesztésű, fejlettebb tranzisztorok alkalmazásakor az optimális áramerősség 100 μA nagyságrendű [121] .

Passzív komponensek

A kondenzátorok , ellenállások és vezetékek kiválasztása csúcskategóriás berendezésekhez  vitatott, vitatott téma, tele van reklámígéretekkel és szubjektív értékelésekkel [122] . Az objektív, műszeresen reprodukálható adatok szempontjából a komponensek kiválasztása számos egyszerű elvet követ.

Azon ellenállások termikus zajának csökkentése érdekében , amelyeken az audiojel váltakozó árama átfolyik, értéküket olyan alacsonyra kell választani, amennyire a kiválasztott aktív eszközök lehetővé teszik [123] [124] [comm. 15] . Az egyenáramú ellenállások túlzott zajának, a nem lineáris torzításoknak és a hőmérséklet -függésnek a csökkentése érdekében előnyös a huzaltekercs [125] , a bór-szén [126] és a fémfilm ellenállások [125] [126] (beleértve a fenntartások [16. közlemény] , vékonyréteg felületre szerelhető ellenállások [128] ). Minél nagyobb a névleges teljesítmény, annál kisebb a többletzaj, minden más tényező azonossága mellett [129] . A szén-, kompozit-, fém-oxid-ellenállások (beleértve a vastagrétegű, felületre szerelhető ellenállásokat is) elfogadhatatlanok a jó minőségű berendezésekben [130] .

A korrektorok időzítési láncaiban kiváló minőségű polisztirol , polipropilén , fluor -műanyag („ teflon ”), kis címleteknél pedig csillámkondenzátorok használatosak ; a kezdeti pontosság és a kapacitásstabilitás szempontjából a polisztirol kondenzátorok előnyösek [131] [132] . A jó minőségű kis értékű kerámia kondenzátorok alacsony TKE -vel alkalmasak nagyfrekvenciás op-amp korrekciós áramkörökhöz, a poliészter ( polietilén-tereftalát ) kondenzátorok pedig nemkívánatosak a viszonylag nagy nemlineáris torzítások miatt [133] [132] . Az elektrolit kondenzátorok elfogadhatatlanok az időzítő áramkörökben, nem kívánatosak a korrektor első fokozatának bemenetén, de szakaszközi kondenzátorként használhatók, feltéve, hogy a szakaszközi RC szűrő vágási frekvenciája sokkal kisebb, mint 20 Hz [134] [135] . Az elektrolitkondenzátor belső zaja minimális, ha a lemezekre adott állandó feszültség a névleges 20...50%-a [134] .

A legjobb vezetőanyag a közönséges elektromos réz [136] . Az ezüst használata nem nyújt objektíven kézzelfogható előnyöket [137] . A csatlakozók arannyal történő bevonása javítja a korrózióállóságukat , de önmagában csak akkor tartós, ha az aranyréteget nikkelréteg választja el a réz alaptól [ 138] . A legtöbb gyártó közvetlenül a rézre hordja fel az aranyat, ami gyorsan az "arany" elfeketedéséhez vezet [139] .

RIAA szűrő áramkör

A RIAA szabvány szerinti frekvenciakiegyenlítés aktív és passzív szűrőkkel és kétféle szűrő kombinációjával is megvalósítható. Az aktív és passzív szűrők közötti választást elsősorban a választott erősítő eszközök típusa határozza meg.

A passzív szűrők nagyobb jelerősítést igényelnek, mint az aktív szűrők egy frekvenciafüggő áramkör bemenetén; nagyobb jelfeszültséggel működnek, ezért nagyobb követelményeket támasztanak az erősítő fokozatok túlterhelhetőségével szemben. Például annak érdekében, hogy az MM equalizereknél 1 kHz-en tipikusan 40 dB-es erősítést biztosítsunk, a passzív szűrőt kiszolgáló fokozatok összerősítésének legalább 60 dB-nek kell lennie a teljes hangfrekvencia tartományban [140] . Ezenkívül a RIAA görbe passzív szűrővel történő pontos reprodukálása feltételezi, hogy a szűrő bemeneti terhelési impedanciája elég nagy és állandó a teljes hangfrekvencia tartományban (ebben az esetben az elérhető eltérés a szabványtól észrevehetően kisebb lehet, mint egyenértékű passzív komponenseket használó aktív szűrő [141] ). Ezeket a feltételeket a legjobban a vákuumtriódák elégítik ki [140] .

Az aktív szűrők kisebb jelfeszültséggel működnek, mint a passzív szűrők: a maximális jelfeszültség az aktív szűrő bármely pontján megegyezik a kimeneti feszültségével. Ezért az aktív szűrők kevésbé érzékenyek a túlterhelésre, és bármilyen elemalapon megvalósíthatók. A RIAA-görbe hű reprodukálása azonban magas nyílt hurkú erősítést jelent; a gyakorlatban ennek a követelménynek az egyetlen lehetőség felel meg - egy integrált vagy diszkrét műveleti erősítő , amelyet frekvenciafüggő soros negatív visszacsatolás fed le .

A párhuzamos visszacsatolású aktív szűrők könnyebben kiszámíthatók és jobban ellenállnak a „kattintásos” túlterhelésnek, de jó minőségű berendezésekben a magas zajszint miatt nem használják [142] . Ha az MM fejet közvetlenül egy ilyen szűrő bemenetére csatlakoztatjuk, a kimenetén a zajszint 13 ... 15 dB-lel magasabb, mint egy szekvenciális visszacsatolású szűrő kimenetén, a szűrő alsó oktávjaiban. a hangtartomány, a különbség meghaladja a 30 dB-t [22] [142] . A fül számára a párhuzamos visszacsatoló szűrő zaját alacsony frekvenciájú zümmögésnek, a soros visszacsatoló szűrő zaját csendes, magas frekvenciájú sziszegésnek érzékeli [143] . Egy párhuzamos visszacsatoló szűrő zajának csökkentésére egyetlen mód az, ha egy további kis impedanciájú erősítő fokozatot kapcsolunk a bemenete és a fej kivezetései közé [144] .

Aktív szűrő szekvenciális visszacsatolással

Egy tipikus olcsó, de ugyanakkor kellően jó minőségű MM korrektor egyetlen alacsony zajszintű, bipoláris bemenetekkel (A1) rendelkező op-erősítőre épül, amelyet frekvenciafüggő visszacsatoló áramkör fed le.

Az OOS Z áramkör felkarja, amely a korrektor frekvenciaválaszát határozza meg a hangfrekvencia tartományban, többféleképpen is felszerelhető. A gyakorlatban négy konfigurációt használnak (Lipschitz szerint A, B, C és D láncok), amelyek közül az A lánc a legelterjedtebb [145] . Minden opció elektromosan egyenértékű, azonban csak az A és D áramkörök építhetők fel egyetlen E24 sorozatú kondenzátorra , míg az A áramkört könnyebb kiszámítani [146] . A B áramkör a legnehezebb a számításban és a komponensek kiválasztásában, de az 1970-es évek soros erősítőiben is széles körben alkalmazták [147] . Az A áramkör kényelmesebb, mint mások a frekvenciamenet finomhangolásakor, de a gyakorlatban ez nem számít. A szabvány pontos betartását nem a hangolás, hanem csak a kapacitások és ellenállások számításának és kiválasztásának pontossága biztosítja [148] . Annak érdekében, hogy az A áramkör frekvenciaválasza legfeljebb 0,1 dB-lel térjen el a számítotttól, a tényleges ellenállásértékek legfeljebb 2%-kal térhetnek el a számított értékektől, a kapacitásértékek legfeljebb 2%-kal térhetnek el. mint 0,8 ... 1,2% [149] . Ilyen pontosság elméletileg elérhető az E96 sorozat precíziós egyedi alkatrészeinek felhasználásával , és gyakorlatilag csak az E12 vagy E24 sorozat több, párhuzamosan kapcsolt ellenállásából származó R1 és R2 sorozattal [150] .

Az R0 ellenállás beállítja az aktív szűrő maximális erősítését, és közvetlenül nem vesz részt a frekvenciamenet kialakításában. Az op-erősítő invertáló bemenetére közvetlenül felvitt R0 hőzaj észrevehetően ronthatja a korrektor jel-zaj viszonyát, ezért az R0 értékét a lehető legalacsonyabbra, 200 Ω nagyságrendre választjuk [151] . A gyakorlatban általában egy nagy C0 kondenzátor van sorba kötve R0-val, ami megakadályozza az infrahangfrekvenciák és az egyenfeszültség erősítését. Annak érdekében, hogy az általa bevitt frekvenciamenet torzulása ne haladja meg a 0,1 dB-t, az R0C0 áramkör vágási frekvenciája nem haladhatja meg a 3,3 Hz-et [152] . Az R0C0 áramkör használata a RIAA görbe kisfrekvenciás ágának kialakítására elfogadhatatlan az elektrolitkondenzátorok által bevezetett észrevehető nemlineáris torzítások és értékük jelentős eltérése miatt [153] . A Cout kimeneti kondenzátor, lehetőleg polipropilén, az op-amp kimenetén fellépő jelentős egyenfeszültség miatt szükséges [154] . A nagy, több száz nA-es nagyságrendű bemeneti áramú műveleti erősítőkön alapuló áramkörökben szükség lehet egy bemeneti leválasztó kondenzátorra is, amely blokkolja az op-amp bemeneti áramának a fej tekercseken való áramlását [155] . Itt érdemes megjegyezni, hogy van egy minimális áramerősség az elektromos csatlakozón keresztül, amely fenntartja a kapcsolatot a műszaki dokumentációban [156] [157] ( angol nyelvű hivatkozások ) meghatározott állapotban. Ezért hasznos lehet egy állandó komponens jelenléte gyenge jelekben, amelyeknek mechanikai kapcsolatai vannak (feltételezve, hogy egy kis egyenáram nem vezet tekercselési torzításhoz vagy egyéb negatív hatásokhoz); vagy a csatlakozásokat állandóvá kell tenni ( forrasztás , hegesztés ).

Ultrahangfrekvenciákon az ideális RIAA görbe monoton lejt, dekádonként 20 dB meredekséggel, de egy alap aktív szűrőkörben az erősítés soha nem esik egység alá [70] . Egy tipikus 35 dB 1 kHz-es erősítéssel rendelkező hangszínszabályzóban a számított frekvencia, amelynél a szűrő követővé degenerálódik, 118 kHz [70] . Az átviteli függvény ezen nullája által okozott hiba nem haladja meg a 0,1 dB-t a hangtartományon belül, ezért nem igényel korrekciót [70] . Ha a szűrő erősítése 1 kHz-es frekvencián 30 dB vagy kisebb, akkor a nulla frekvencia annyira lecsökken, hogy a frekvenciaválasz eltérése hangzásban észrevehetővé válik [70] . A hiba kompenzálására egy további passzív elsőrendű aluláteresztő szűrő (R3C3) van bekapcsolva az op-amp kimenetén, amelynek vágási frekvenciája pontosan megegyezik a nagyfrekvenciás nulla frekvenciájával, például 63 kHz Ku esetén = 30 dB [152] .}

Aktív-passzív szűrő aktív szűrő alapján

Az irodalomban számos kombinált aktív-passzív korrektor konfigurációt ismertetnek, amelyek a RIAA görbe időállandóinak eloszlásában különböznek az aktív és passzív kapcsolatok között. A leggyakoribb [158] [159] konfiguráció megismétli a fent tárgyalt aktív szűrő áramkört nagyfrekvenciás nulla kompenzációval, három jelentős változtatással:

Ennek a konfigurációnak (mint minden passzív áramkörnek) a hátránya, hogy a bemeneti jel nagyfrekvenciás és ultrahangos összetevőit jobban fel kell erősíteni [158] . Ez egyrészt szűkíti a túlterhelési határt (20 kHz-es frekvencián 18 dB-lel, 100 kHz-es frekvencián 34 dB-lel) [161] . Másrészt ez szigorítja a műveleti erősítő hurokerősítésének sebességére és ráhagyására vonatkozó követelményeket, és elfogadhatatlanul magas nemlineáris és intermodulációs torzítások lehetőségét teremti meg magas frekvenciákon [161] . Ezért a gyakorlati kivitelezésben az aktív szűrő erősítését szándékosan 20...30 dB/1 kHz-re csökkentik, a hiányzó 10...20 dB erősítést pedig a végfok biztosítja [162] .

Kétlépcsős passzív szűrő

A legegyszerűbb tisztán passzív szűréssel rendelkező korrektor két triódákon vagy műveleti erősítőkön alapuló erősítő fokozatból áll, amelyek közé egy passzív RIAA szűrő RC áramköre csatlakozik [141] . A gyakorlatban a Lipschitz [163] [164] (N1 és N2 Young szerint [141] ) B és C láncokból származó szűrők dominálnak. Ezekben a konfigurációkban az előző fokozattal felerősített jel csillapítási skáláját az RC áramkör magjáról "lekapcsolt" R1 ellenállás állítja be, miközben a kapacitások legalább egyike mindig a közös vezetékre van kötve [163] [ 164] . A csőkorrektorokban szinte alternatíva nélkül alkalmaznak C-típusú áramkört, ami jelentősen leegyszerűsíti a szűrő számítását, a lámpák Miller-kapacitásával és a beépítés parazitakapacitásával korrigálva [164] . Egy valós készülék frekvenciamenete a felsorolt ​​kapacitásokon kívül az első fokozat kimeneti impedanciájától és a második fokozat bemeneti impedanciájától is függ. Az op-amp korrektorokban ezek az ellenállások gyakorlatilag nem befolyásolják a szabvány követésének pontosságát. A triódákra épülő korrektorokban ezek nem elhanyagolhatók, hatásukat a szűrő ellenállásainak és kapacitásainak beállításával kompenzáljuk [165] .

A teljes nyereség eloszlása ​​a két szakasz között olyan probléma, amelynek nincs egyedi megoldása. A zaj minimalizálása szempontjából célszerű az erősítést teljes vagy majdnem teljes (50…60 dB) első fokozatban koncentrálni, de ez a fokozat elkerülhetetlenül ki van téve a túlterhelésnek [166] . A túlterhelhetőség szempontjából a fokozatok közötti erősítés megközelítőleg egyenlő eloszlása ​​előnyösebb - a jel-zaj viszony romlása árán [166] . Az ilyen áramkörök túlterhelése és zaja egyaránt elsősorban magas frekvenciákon jelentkezik [166] . A zajszint és a túlterhelési kapacitás optimalizálásának képtelensége miatt független szerzők (Douglas Self [167] , Morgan Jones [164] ) nem javasolják a kétfokozatú áramkör használatát sem tranzisztoros, sem csőáramkörökben; audio műveleti erősítő cégek ( Analog Devices [168] , Sonic Imagery [169] , Texas Instruments [170] ), éppen ellenkezőleg, inkább azt preferálják.

Háromlépcsős passzív szűrő

Az ilyen típusú korrektorokban a frekvenciaszűrést két passzív RC szűrő között osztják el, amelyek közül az egyik a három időállandó egyikét, a másik pedig a RIAA szabvány két időállandóját valósítja meg. Az ezeket az áramköröket "kiszolgáló" aktív fokozatok minimális készlete két feszültségerősítőből és egy kimeneti feszültségkövetőből áll. Ideális esetben a korrektor minden alkatrésze közvetlenül, csatolókondenzátorok használata nélkül kapcsolódik egymáshoz (ilyen megoldás műszakilag nem csak tranzisztoros, hanem lámpaáramkörben is lehetséges, ahol a gyakorlatban háromfokozatú áramkört alkalmaznak) [171] ; ugyanakkor az első op-amp bias feszültsége tíz-százezerszeresére erősödik, és ez már nem elhanyagolható. További nehézséget okoz az integrált műveleti erősítők kiválasztása alacsony előfeszítési feszültséggel és jó hangparaméterekkel ( TO NI , túlterhelési kapacitás, kimeneti feszültség elfordulási sebessége).

Akárcsak az aktív-passzív korrektorok esetében, itt is sokféleképpen lehet három időállandót elosztani két RC áramkör között, de ezek közül csak az egyiknek van gyakorlati jelentősége [172] . Ebben a konfigurációban egy egyszerű, 75 µs időállandójú RC aluláteresztő szűrőt kapcsolunk be az első és a második fokozat között, és a frekvenciaválasz kisfrekvenciás ágának kialakítása 3180 és 318 µs időállandóval történik. a második és harmadik fokozat közé kapcsolt RC áramkörhöz rendelve [172] . Az ilyen áramkörök a legkevésbé érzékenyek a nagyfrekvenciás túlterhelésre: a „felfelé” található az aluláteresztő szűrő, amely a frekvenciaválasz nagyfrekvenciás ágát alkotja, annál kisebb a zavaró feszültség a második és harmadik fokozat bemenetein. [165] . És éppen ellenkezőleg, minél távolabb helyezkedik el a bemenettől a zajos RC áramkör, amely a frekvenciamenet alacsony frekvenciájú ágát képezi, annál alacsonyabb a korrektor saját zajszintje (a legegyszerűbb alacsony zajhoz tartozó zaj "hozzájárulása"). pass filter könnyen csökkenthető elhanyagolható értékekre) [159] .

Egyenlegjavító szűrők

Minden korábbi szűrőkonfiguráció hagyományos egyfázisú jelerősítést feltételezett. A teljesen kiegyensúlyozott, kétfázisú erősítő csatornákban a passzív szűrés legegyszerűbben két- vagy háromfokozatú sémában valósítható meg. Az egyfázisú, aszimmetrikus RC szűrő teljesen kiegyensúlyozottá alakításához elegendő a szűrőellenállást két félre osztani, amelyek között a szűrő kapacitása bekapcsol. Ennek a kapacitásnak a lemezeiről eltávolítják a kimeneti ellenfázisú feszültségeket [173] .

Megjegyzések

  1. ↑ 1 2 3 A párhuzamos feszültség-visszacsatoló áramkör a bemeneti jellel párhuzamosan csatlakozik az erősítő bemenetére, és közvetlenül söntöli a jelforrás bemeneti áramát (innen az angol sönt feedback ). A párhuzamos operációs rendszer alapvető hátránya, hogy viszonylag nagy ellenállású bemeneti jelet kell beépíteni az áramkörbe, ami elkerülhetetlenül termikus zajt generál . A soros feszültség-visszacsatolós áramkörökben , amelyekben a visszacsatoló áramkör kimenete sorba van kötve a jelforrással, ez a hátrány nem jelentkezik.
  2. ↑ Douglas Self. Mozgótekercses előerősítők tervezése // Electronics & Wireless World. - 1987. - 12. sz.
  3. ↑ Ebben az összefüggésben nem mindegy, hogy pillanatnyi vagy RMS-mutatókról beszélünk. A feszültség mindkét esetben egyenesen arányos a rezgési sebességgel
  4. ↑ Az első számjegy a GOST 7893-72 szerinti sztereó felvételekre vonatkozik, a második - az ugyanazon GOST szerinti monofonikusra, a harmadik - a Szovjetunióban 1978-ban elfogadott előírásokra [40] . Hasonló ipari szabványokat alkalmaztak a nyugati országokban is (ahonnan az Ortofon és Georg Neumann által a Szovjetunióban használt berendezések származtak)
  5. ↑ A szerzők nem határozzák meg, hogy az első eredetiről (negatív) vagy a másodikról (pozitív) beszélünk. A számok jelentését és arányát tekintve ez a második eredeti (pozitív)
  6. ↑ Súlyozatlan értékek a 20-20000 Hz-es sávban. Az A típusú súlyozó szűrő használata 4,4 dB-lel csökkenti a számított értékeket [67]
  7. ↑ Egy tipikus MC transzformátor magjának hossza és szélessége nem haladja meg a 20 mm -t [73]
  8. ↑ Bipoláris tranzisztor használata ebben a szerepben a korrektor bemeneti áramának megduplázódásához vezetne. A térhatástranzisztor áramzaja olyan kicsi, hogy gyakorlatilag nem befolyásolja a hangút zaját.
  9. ↑ A jel-zaj viszony értéke függ mind az adatmegjelenítés módjától (súlyozatlan vagy súlyozott zaj, 5, 8 vagy 10 cm/s névleges szint megválasztása stb.), mind pedig az impedanciától. a jelforrás. Az ábrák 1 kΩ + 500 mH impedanciájú, 5 cm/s névleges rezgési sebességhez viszonyított szabványos mágneses fej egyenértékűre vonatkoznak [87] .
  10. ↑ A MOS tranzisztorok csatornazaja hasonló a pn átmenetes tranzisztorok csatornazajához, de emellett a MOS tranzisztorokra jellemző az elfogadhatatlanul magas alacsony frekvenciájú villogó zaj [89] . A 21. században a helyzet nem változott [88] .
  11. ↑ Az alacsony zajszintű, a bemeneti áramok semlegesítésével működő op-erősítők csak akkor realizálják képességeiket, ha mindkét op-amp bemenet jelforrásának ellenállása azonos. A bemeneti áramkörök aszimmetriájával, ami a korrektorokban elkerülhetetlen, az op-amp zajszintje jelentősen megnő [90] .
  12. ↑ A trióda csövön belüli zajának ekvivalens ellenállása (Resh) fordítottan arányos az anódrács karakterisztika meredekségével a működési pontban. Például egy 12 mA/V transzkonduktivitású trióda Resh értéke körülbelül 250 ohm [93] . Egy ilyen trióda ugyanúgy zajt kelt, mint egy ideális zajmentes eszköz, amelynek bemeneti áramkörében termikus zajgenerátor található - további 250 Ω ellenállás [93] . Egy ilyen trióda bemenetre redukált zajsűrűsége 2 nV / Hz, a 20 ... 20000 Hz sávban a bemenetre csökkentett zajfeszültség 0,28 μV. Összehasonlításképpen az EF86 (6Zh32P) alacsony zajszintű hangpentód esetében ezek a számított mutatók normál üzemmódban 8 nV / Hz és 1,14 μV [94] . Az EF86 tényleges zajfeszültsége a fejlesztő ( Mullard ) szerint legfeljebb 2,8 μV [95] . Az ellenállással rendelkező lámpa fokozatokban az anódterhelésből származó lövészaj is jelentősen hozzájárul [96] .
  13. ↑ Az NE5534 analóg, de nem pontos másolata az NE5532 "félének". Az NE5532 egységnyi erősítéssel stabil; Az NE5534 külső korrekciós kapacitás nélkül csak 3 vagy annál nagyobb erősítés esetén stabil [104]
  14. ↑ Az egyedi tranzisztorok (Rb ≈ 2 Ohm) abszolút rekordja 2010-ben a már megszűnt (és semmivel sem helyettesített) 2SB737 tranzisztoré [113] .
  15. ↑ Kivételt képeznek az aktív szűrők párhuzamos operációs rendszerei, amelyek közvetlenül a nagy ellenállású fejekhez vannak csatlakoztatva. Ellenkezőleg, ezen áramkörök ellenállásának nagynak kell lennie [22] . Az alternatív konfigurációknál rosszabb jel-zaj arány miatt azonban a párhuzamos operációs rendszerrel rendelkező aktív szűrőket gyakorlatilag nem használják a modern áramkörökben.
  16. ↑ A vékonyréteg-chip ellenállások nemlineáris torzítása minimális nagy méreteknél (0805, 1206) és viszonylag alacsony ellenállásnál (100 Ohm ... 7 kOhm). Az ellenállás növekedésével és a méret csökkenésével a nemlineáris torzítások jelentősen megnőnek [127] .

Jegyzetek

  1. ↑ Szuhov, 1985 , p. 59, 62.
  2. ↑ Jones, 2003 , pp. 548, 621. Mindkét érték RMS feszültséghatár.
  3. ↑ Morgan 12. , 2012. , p. 646.
  4. ↑ Jung, 2005 , p. 2005.
  5. ↑ 1 2 Degrell, 1982 , p. 56.
  6. ↑ 1 2 Degrell, 1982 , p. 57.
  7. ↑ 1 2 Szuhov, 1985 , p. 61.
  8. ↑ 1 2 3 Hood, 1997 , p. 206.
  9. ↑ 1 2 RCA vevőcső kézikönyv. - RCA, 1966. - P. 25-17.
  10. ↑ Hood, 1997 , pp. 203, 202 (10.3.a ábra).
  11. ↑ Hood, 1997 , pp. 204-205.
  12. ↑ 1 2 3 Self, 2010 , p. 184.
  13. ↑ 1 2 Szuhov, 1985 , p. 77.
  14. ↑ 1 2 3 Jones, 2003 , p. 520.
  15. ↑ Szuhov, 1985 , p. 77-78.
  16. ↑ 1 2 Szuhov, 1985 , p. 79-81.
  17. ↑ Hood, 1997 , pp. 205-206.
  18. ↑ Self, 2010 , p. 187.
  19. ↑ Szuhov, 1985 , p. 82.
  20. ↑ 12. Hood , 1995 , p. 127.
  21. ↑ Szuhov, 1985 , p. 82-83.
  22. ↑ 1 2 3 H. P. Walker. Alacsony zajszintű hangerősítők // Vezeték nélküli világ. - 1972. - No. május. - P. 233-237.
  23. ↑ Howard, 2009 , p. 2.
  24. ↑ Lipschitz, 1979 , p. 2.
  25. ↑ Self, 2010 , p. 175.
  26. ↑ Jones, 2003 , pp. 599.
  27. ↑ Hood, 1997 , p. 212.
  28. ↑ White és Louie, 2005 , p. 487.
  29. ↑ Vogel, 2008 , p. 183.
  30. ↑ Vogel, 2008 , pp. 183-184.
  31. ↑ Self, 2014 , pp. 214, 215.
  32. ↑ Vogel, 2008 , p. 6.
  33. ↑ 1 2 Self, 2014 , pp. 216, 245.
  34. ↑ Jones, 2003 , pp. 548, 621.
  35. ↑ 1 2 Self, 2014 , p. 211.
  36. ↑ Self, 2010 , p. 207.
  37. ↑ Self, 2014 , pp. 329, 330.
  38. ↑ 1 2 3 Self, 2014 , p. 329.
  39. ↑ 1 2 3 White és Louie, 2005 , p. 61.
  40. ↑ Arshinov, V. Gramofonlemezek. Állami szabványok // Rádió. - 1977. - 9. sz . - S. 42-44 .
  41. ↑ 1 2 Self, 2014 , p. 212.
  42. ↑ 12 Jones , 2003 , p. 521.
  43. ↑ Jones, 2003 , p. 522.
  44. ↑ 1 2 Self, 2014 , p. 207.
  45. ↑ 1 2 3 Self, 2014 , p. 208.
  46. ↑ 1 2 Apollonova és Shumova, 1978 , p. 113-114.
  47. ↑ Vogel, 2008 , p. 125.
  48. ↑ Vogel, 2008 , pp. 126-127.
  49. ↑ 12 Vogel , 2008 , p. 139.
  50. ↑ Copeland, P. Manual of Analogue Sound Restoration Techniques  : [ arch. 2015. december 22. ]. - The British Library, 2008. - 148., 150. o.
  51. ↑ Vogel, 2008 , pp. 11-12.
  52. ↑ Vogel, 2008 , pp. 12-13.
  53. ↑ Galo, G. Disc Recording Equalization Demystified // ARSC Journal. - 1996. - P. 44-54.
  54. ↑ 1 2 3 Jones, 2003 , p. 516.
  55. ↑ Self, 2010 , p. 166.
  56. ↑ Self, 2014 , p. 330.
  57. ↑ 1 2 3 Self, 2010 , p. 182.
  58. ↑ Self, 2014 , p. 311.
  59. ↑ 1 2 Self, 2014 , p. 256.
  60. ↑ Szuhov, 1985 , p. 61, 89-90.
  61. ↑ Szuhov, 1985 , p. 89.
  62. ↑ 1 2 3 Vogel, 2008 , p. 169.
  63. ↑ Szuhov, 1985 , p. 90-91.
  64. ↑ Vogel, 2008 , p. 22.
  65. ↑ 1 2 3 Self, 2014 , p. 331.
  66. ↑ Jones, 2003 , p. 519.
  67. ↑ Self, 2014 , p. 319.
  68. ↑ 12 Jones , 2003 , pp. 520-523.
  69. ↑ Apollonova és Shumova, 1978 , p. ötven.
  70. ↑ 1 2 3 4 5 Self, 2010 , p. 169.
  71. ↑ Vogel, 2008 , 8. fejezet. RIAA Networks.
  72. ↑ 12 Vogel , 2008 , p. 181.
  73. ↑ 1 2 Baxandall, 2013 , p. 2.142.
  74. ↑ Vogel, 2008 , pp. 107, 110.
  75. ↑ 1 2 3 4 Vogel, 2008 , p. 44.
  76. ↑ Vogel, 2008 , p. 107.
  77. ↑ Vogel, 2008 , p. 106.
  78. ↑ Vogel, 2008 , p. 190.
  79. ↑ Baxandall, 2013 , p. 2.143.
  80. ↑ Vogel, 2008 , pp. 144-146.
  81. ↑ Self, 2008 , p. 163.
  82. ↑ 1 2 Self, 2008 , p. 138.
  83. ↑ 1 2 Self, 2008 , pp. 201-202.
  84. ↑ Vogel, 2008 , pp. 127, 144, 145.
  85. ↑ Vogel, 2008 , p. 144.
  86. ↑ 12 Vogel , 2008 , pp. 144, 145.
  87. ↑ 12 Vogel , 2008 , p. 142.
  88. ↑ 12 Vogel , 2008 , p. 55.
  89. ↑ Szuhov, 1985 , p. 68.
  90. ↑ 1 2 Self, 2010 , p. 97.
  91. ↑ Vogel, 2008 , p. 86.
  92. ↑ Jones, 2003 , pp. 536.
  93. ↑ 12 Vogel , 2008 , p. 72.
  94. ↑ Vogel, 2008 , p. 74.
  95. ↑ 12 Jones , 2003 , p. 534.
  96. ↑ Vogel, 2008 , p. 76.
  97. ↑ Jones, 2003 , pp. 534-536, 557.
  98. ↑ Jones, 2003 , pp. 529, 537.
  99. ↑ Jones, 2003 , p. 533-534, 536.
  100. ↑ Blencowe, 2016 , p. 240.
  101. ↑ Jones, 2003 , p. 561.
  102. ↑ 12. Jung , 2005 , p. 438.
  103. ↑ Self, 2010 , p. 123.
  104. ↑ Self, 2010 , p. 98.
  105. ↑ Self, 2010 , pp. 95, 115, 119.
  106. ↑ 12 Vogel , 2008 , p. 143.
  107. ↑ Self, 2010 , pp. 104-106.
  108. ↑ Szuhov, 1985 , p. 84.
  109. ↑ Self, 2010 , pp. 121-124.
  110. ↑ Self, 2010 , pp. 187-186.
  111. ↑ 2SC2240 alacsony zajszintű hangerősítő alkalmazások (adatlap) // Toshiba adatlapok. - 2003. - 4. o.
  112. ↑ Vogel, 2008 , pp. 75-78.
  113. ↑ Self, 2010 , p. húsz.
  114. ↑ Vogel, 2008 , p. 43.
  115. ↑ Szuhov, 1985 , p. 64.
  116. ↑ Vogel, 2008 , pp. 44-48.
  117. ↑ Hood, 1997 , p. 207.
  118. ↑ Szuhov, 1985 , p. 67, az oldal utolsó képlete L=0.
  119. ↑ Vogel, 2008 , p. 28.
  120. ↑ Szuhov, 1985 , p. 67-68.
  121. ↑ Vogel, 2008 , p. 29.
  122. ↑ Self, 2010 , pp. 33-34.
  123. ↑ Szuhov, 1985 , p. 69.
  124. ↑ Self, 2010 , pp. 170, 189.
  125. ↑ 1 2 Self, 2010 , p. 46.
  126. ↑ 1 2 Szuhov, 1985 , p. 76.
  127. ↑ Self, 2010 , p. ötven.
  128. ↑ Self, 2010 , p. 44.
  129. ↑ Self, 2010 , p. 47.
  130. ↑ Self, 2010 , pp. 42-47.
  131. ↑ Self, 2010 , p. 55.
  132. ↑ 12. Jung , 2005 , p. 435.
  133. ↑ Self, 2010 , pp. 52, 55.
  134. ↑ 1 2 Szuhov, 1985 , p. 76-77.
  135. ↑ Self, 2010 , pp. 52, 60.
  136. ↑ Self, 2010 , p. 35.
  137. ↑ Self, 2010 , p. 34.
  138. ↑ Self, 2010 , pp. 35, 36.
  139. ↑ Self, 2010 , p. 36.
  140. ↑ 12 Vogel , 2008 , pp. 228-229.
  141. ↑ 1 2 3 Jung, 2005 , p. 443.
  142. ↑ 1 2 Self, 2010 , p. 171.
  143. ↑ Hood, 1997 , p. 201.
  144. ↑ Aleksenko, 1985 , p. 218-219. ábra. 7.12.
  145. ↑ Lipschitz, 1979 , pp. 4, 37.
  146. ↑ Lipschitz, 1979 , pp. 15, 16.
  147. ↑ Lipschitz, 1979 , p. húsz.
  148. ↑ Lipschitz, 1979 , pp. 17, 27.
  149. ↑ Self, 2010 , pp. 175-178.
  150. ↑ Self, 2010 , pp. 168, 178.
  151. ↑ Self, 2010 , pp. 169, 170.
  152. ↑ 1 2 Self, 2010 , p. 170.
  153. ↑ Self, 2010 , p. 167.
  154. ↑ Jung, 2005 , p. 438, 441.
  155. ↑ Jung, 2005 , p. 441.
  156. ↑ allaboutcircuits.com . Letöltve: 2017. augusztus 26. Az eredetiből archiválva : 2017. augusztus 26..
  157. ↑ Nedvesítő áram - Wikipédia . Letöltve: 2017. augusztus 26. Az eredetiből archiválva : 2017. augusztus 19.
  158. ↑ 1 2 Self, 2010 , p. 172.
  159. ↑ 12 Vogel , 2008 , p. 238.
  160. ↑ Vogel, 2008 , p. 239.
  161. ↑ 1 2 3 Self, 2010 , pp. 172-174.
  162. ↑ Vogel, 2008 , pp. 190, 240.
  163. ↑ 12. Hood , 1997 , p. 203.
  164. ↑ 1 2 3 4 Jones, 2003 , p. 525.
  165. ↑ 12 Jones , 2003 , p. 527.
  166. ↑ 1 2 3 Jung, 2005 , p. 445.
  167. ↑ Self, 2010 , p. 174.
  168. ↑ Jung, 2005 , p. 444.
  169. ↑ Richard Ian Doporto. Passzívan kiegyenlített RIAA Phono előerősítő  : [ arch. 2017. január 16. ] // Sonic Imagery Labs. Professzionális audiotermékek alkalmazási megjegyzései. - 2013. - AN-13 (március) sz.
  170. ↑ LME49860 44V Dual High Performance, High Fidelity Audio műveleti erősítő  : [ arch. 2017. január 16. ] // Texas Instruments. - 2007. - SNAS389B szám (június). — 2. o.
  171. ↑ Jones, 2003 , p. 528.
  172. ↑ 12 Jones , 2003 , p. 526.
  173. ↑ Vogel, 2008 , p. 250.

Források