Нередко при построении аудиосистемы возникает задача согласования источника звукового сигнала, имеющего низкий уровень или малую нагрузочную способность с основным каскадом усиления. Усилитель, который преобразует слабый (по напряжению или по нагрузочной способности) электрический сигнал в более мощный называется предварительным усилителем, или предусилителем. Такой предусилитель, как правило, размещают как можно ближе к источнику сигнала, чтобы передать этот сигнал без значительных искажений и шумов для последующей обработки (например, по кабелю). Предварительный усилитель может также выполнять роль развязывающего устройства, защищающего источник сигнала от нестабильного входного импеданса следующего тракта.
Идеальный предусилитель должен быть линейным (то есть иметь постоянный коэффициент усиления во всем рабочем диапазоне частот), иметь, как правило, высокий входной импеданс (требовать минимальный ток для определения входного сигнала) и низкий выходной импеданс (обеспечивать минимальное падение выходного напряжения на полезной нагрузке), а также иметь низкий уровень собственных шумов. Для специфических применений предусилителя и его схемотехнических решений возможны некоторые вариации этих требований.
В аудиосистемах высокого класса (Hi-Fi, Hi-End) предусилитель используется в качестве концентратора для подключения других компонентов аудиосистемы (например, проигрывателей компакт-дисков и грампластинок, микрофонов, усилителей мощности). Предусилители могут быть как интегрированными в микшерные пульты или звуковые карты, так и автономными устройствами. Как правило, на передней панели автономного предусилителя размещаются средства управления и регулировки, на задней панели — набор разъёмов для подключения аудиокомпонентов.
Если говорить о числовых значениях уровней сигналов, то предусилитель должен обеспечивать усиление слабого сигнала порядка 10 мВ до необходимого для дальнейшей обработки уровня 250 мВ (так называемый линейный выход) или единиц вольт. Сигнал низкого уровня может поступать, например, со звукоснимателей и микрофонов.
Типичный звуковой предусилитель состоит из коммутатора входов, регулятора громкости и выходного усилителя, который обеспечивает на выходе достаточное напряжение. Звуковые предусилители часто снабжаются регулятором тембра, а также цепью отключаемой тонкомпенсации для исправления амплитудно-частотной характеристики некоторых источников сигналов, таких, например, как пьезоэлектрический звукосниматель, применяемый при проигрывании виниловых пластинок, или звукосниматель электрогитары.
Нередко предварительный усилитель по своим схемотехническим решениям не уступает по сложности основному тракту усиления и усилителю мощности.
В этом материале мы рассмотрим два несложных предварительных усилителя от компании Мастер Кит. Эти модули не претендуют на Hi-End, но при своей простоте и компактности могут обеспечить существенное улучшение звука в домашнем и автомобильном усилителях.
Встраиваемый темброблок-предусилитель BM2112 представляет собой готовый собранный на печатной плате модуль и предназначен для встраивания в корпус звукоусилительной аппаратуры при разработке оригинальных звуковых систем, а также при доработке существующих систем.
Рис.1
Модуль BM2112 построен на специализированной микросхеме XR1075 и имеет совмещенную двухканальную регулировку уровня сигнала, а также раздельную регулировку тембра по низким и высоким частотам. Примененная микросхема, специально предназначенная для решения таких задач, реализует запатентованный американской фирмой BBE Sound, Inc. алгоритм, улучшающий качество звука.
Усилитель имеет следующие технические характеристики:
| Напряжение питания (переменное или постоянное), В | 6...18 |
| Ток потребления, мА | 50 |
| Диапазон частот, Гц | 20...20000 |
| Отношение сигнал/шум, дБ | 95 |
| Разделение каналов, дБ | 75 |
| Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц, % | 0,06 |
| Входное сопротивление, кОм | 10 |
| Выходное сопротивление, Ом | 20 |
| Диапазон регулировки громкости, дБ | 75 |
| Диапазон регулировки тембра, дБ | 15 |
| Габаритные размеры, мм | 70х55х30 |
| Вес, г | 62 |
Питать темброблок можно как постоянным, так и переменным напряжением. Причем постоянное напряжение можно подключать, не заботясь о полярности. Провода питания подключаются с помощью винтового разъема. При подаче питающего напряжения загорается красный светодиод. Для выпрямления переменного питающего напряжения применен диодный мост, а для сглаживания пульсаций используются конденсаторы достаточно большой емкости – 2х2200мкФ. Питающее напряжение стабилизируется интегральным параметрическим стабилизатором.
Источник входного сигнала и выходная нагрузка могут быть подключены к устройству как при помощи аудиоразъема Jack 3,5mm, так и с помощью трехштырькового разъема с шагом 2,5 мм.
Интересной особенностью модуля BM2112 является наличие двухпозиционного движкового переключателя, реализующего режим «обход» (bypass) – передача сигнала с входа на выход напрямую, в обход регулировок тембра и обработки. Если переключатель установлен в положение ON - сигнал проходит обработку, если OFF – регулируется только амплитуда сигнала.
Регулировка уровней низких и высоких частот, а также громкости осуществляется сдвоенными потенциометрами с углом поворота около 300° и очень мягким ходом.
Весьма интересным и необычным примером предварительного усилителя низкой частоты является набор для сборки предварительного усилителя на лампах NM2119box.
Рис.2
Набор предназначен для самостоятельной сборки лампового предусилителя на двух пентодах 6Ж1П и размещается в оригинальном прозрачном корпусе. Набор включает в себя полный комплект деталей для самостоятельной сборки качественного предварительного усилителя мощности: печатную плату, электронные компоненты, пластиковые детали из прозрачного оргстекла для сборки корпуса. Собрав это устройство, вы получите классический предварительный усилитель, предназначенный для преобразования слабого аудиосигнала в более мощный сигнал для дальнейшего усиления или обработки.
В основу конструкции предварительного усилителя положена достаточно распространённая в свое время советская радиолампа 6Ж1П - "высокочастотный пентод с короткой характеристикой". Его развёрнутые характеристики и особенности применения легко найти в интернете. Главная особенность этой лампы заключается в ее способности работать с низким анодным напряжением. Такая особенность этого пентода позволила разработать устройство без тяжелого и дорогостоящего высоковольтного анодного трансформатора, питающееся от безопасного напряжения 12 В.
Модуль выполняет основную функцию предварительного усилителя - согласование по уровню и выходному сопротивлению источника сигнала с нагрузкой, а также вносит в сигнал небольшие специфические искажения, свойственные электронным усилительным лампам в звуковом диапазоне.
Источником стереофонического сигнала для него может быть проигрыватель, цифро-аналоговый преобразователь (возможно, в составе звуковой карты) или электронный музыкальный инструмент (в т.ч. с высоким выходным сопротивлением). Выход с предусилителя подаётся непосредственно на оконечный усилитель, или любое устройство с линейным входом.
Предварительный усилитель NN2119box может быть успешно использовано, например, в следующих случаях:
- в качестве согласующего устройства между ЦАП и оконечным усилителем. Так, многие ЦАП не имеют выходного буфера и "капризны" до входного сопротивления последующего устройства. Предусилитель компенсирует это за счёт довольно высокого входного сопротивления ламповых каскадов с подачей сигнала на сетку. Также модуль несколько сглаживает "цифровые артефакты" и привносит в сигнал «теплые» ламповый тембры;
- для звукозаписи электронного музыкального инструмента, в т.ч. с высоким выходным сопротивлением или после цифрового устройства спецэффектов (гитарного процессора). Предусилитель поможет установить нужный уровень сигнала и внести ламповые тембры в звучание инструмента.
Усилитель имеет следующие технические характеристики:
| Напряжение питания, В | 12 |
| Ток потребления, мА | 500 |
| Диапазон воспроизводимых частот, Гц | 20…20000 |
| Динамический диапазон, дБ | более 100 |
| Коэффициент нелинейных искажений, % | менее 0,1 |
| Входное сопротивление, кОм | 50 |
| Выходное сопротивление, кОм | 100 |
| Входное напряжение, В | 0,3 |
| Выходное напряжение, В | 2 |
| Габаритные размеры с выступ. элементами, мм | 70х95х105 |
Помимо полезного применения, вы получите несомненное удовольствие от самостоятельной сборки несложного электронного устройства, состоящего из чуть более пятидесяти электронных компонентов и броского прозрачного корпуса.
Предлагаем также ознакомиться с другими материалами по теме усиления звука и построения домашних и автомобильных звукоусилительных систем на нашем сайте, например:
Обзор усилителей звуковой частоты BM2043M и BM2043Pro
Обзор темброблока BM2112 на микросхеме XR1075 BBE
