Измеритель уровня звука с динамическим диапазоном 60 дБ

Измеритель громкости звука отображает пиковые амплитуды звукового сигнала, помогая точно установить уровни записи или индицируя условия работы усилителя. Классическим измерителем взвешенного уровня может служить простая диодно-конденсаторная цепь, но отклик такой схемы ограничен примерно 23 дБ отображаемого динамического диапазона, и измерителю присущи ошибки, которые вносят инерция его стрелочного индикатора и механическая «баллистика». В современных устройствах отображения проблема инерции устранена за счет использования массивов светящихся элементов, формирующих столбиковые диаграммы, но любые недостатки в характеристиках отклика и точности теперь смещаются в область обработки сигналов. Можно использовать методы цифровой обработки сигналов и прикладную математику для программной реализации функций измерителя, но этот подход будет относительно дорогим, если в устройстве еще нет сигнального процессора.

Вебинар «Источники питания MEAN WELL для промавтоматики и серверного оборудования в новых условиях» (02.06.2022)

Слабым местом недорогого аналогового измерителя остается его элемент хранения выборки пикового значения – конденсатор, который должен заряжаться быстро, чтобы воспринимать большие сигналы, и точно, чтобы обрабатывать слабые сигналы, – два взаимоисключающих требования. Кроме того, неидеальные характеристики диодов для функций двухполупериодного выпрямления и удержания пиковых значений также ограничивают динамический диапазон аналогового измерителя уровня звука. Для сохранения динамики отображения на уровне 20 дБ и контроля уровней сигналов, которые могут изменяться в диапазоне 40 дБ, что типично для бытовой электроники, требуется схема с динамическим диапазоном порядка 60 дБ.

В большинстве случаев традиционные схемы не могут одновременно предоставить требуемую точность и скорость нарастания, особенно при низких уровнях сигнала в широком динамическом диапазоне. Схема на Рисунке 1, имея простую конфигурацию, обеспечивает не только высокую точность в динамическом диапазоне, превышающем 60 дБ, но и характеристики быстрой атаки/медленного затухания, необходимые для высококачественного дисплея.

Этот измеритель уровня звукового сигнала с индуктивной компенсацией имеет динамический диапазон 60 дБ.
Рисунок 1. Этот измеритель уровня звукового сигнала с индуктивной компенсацией имеет динамический
диапазон 60 дБ.

Основу схемы составляет микросхема компаратора LT1011 (IC2), которая контролирует разность между амплитудой входного сигнала и выходом пикового детектора. Она также формирует зарядный ток для конденсатора выборки C6 емкостью 4.7 мкФ всякий раз, когда уровень его заряда становится слишком низким. К сожалению, присущая компараторам задержка между входом и выходом и нелинейность усилителей ограничивают минимальную ширину выходного импульса. Если запоминающий конденсатор быстро заряжается для отслеживания больших всплесков входного сигнала, минимальный шаг заряда должен значительно превышать уровень слабых сигналов, что ограничивает динамический диапазон.

Проблему отклика конденсатора решает дроссель L1, образующий адаптивно регулируемый источник зарядного тока. Добавление дросселя индуктивностью 10 мГн ограничивает максимальную скорость изменения тока, когда компаратор формирует узкие импульсы, тем самым, уменьшая шаг минимальной амплитуды заряда до более низкого уровня 1 мВ или меньше. При более широких зарядных импульсах ток автоматически увеличивается до более высоких уровней, чтобы обеспечить желаемую высокую скорость нарастания. Минимальный шаг заряда, по существу, пропорционален величине шага сигнала, благодаря чему поддерживается постоянная относительная точность лучше 1 дБ в диапазоне уровней сигналов 60 дБ. Входному напряжению 13 мВ соответствует уровень сигнала –59 дБ, а масштабный коэффициент 0 дБ пикового значения 2 В соответствует входному уровню, необходимому для типичного усилителя мощности звуковых частот с коэффициентом усиления 20, чтобы развить среднеквадратичную мощность 100 Вт на нагрузке 8 Ом, или пиковое выходное напряжение примерно 40 В.

Схема также включает в себя два усилительных каскада, основанных на сдвоенном высокоточном операционном усилителе LT1469. Первый каскад (IC1A) в этом примере обеспечивает усиление в шесть раз, так что при пиковом входном напряжении 2 В выходное напряжение равно 12 В. Второй каскад операционного усилителя (IC1B) образует прецизионный инвертирующий однополупериодный выпрямитель. Выходные сигналы микросхем IC1A и IC1B и положительное напряжение пикового детектора на конденсаторе C6 объединяются на входе IC2, чтобы сформировать для компаратора порог перехода через ноль. Когда его входное напряжение опускается ниже 0 В, выход компаратора включает транзистор Q1 и поддерживает зарядку C6 до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не достигнет или немного не превысит напряжения усиленного звукового сигнала. Цепь обратной связи, состоящая из элементов R8 и C4, оптимизирует характеристики разряда измерителя.

  1. Datasheet Analog Devices LT1011
  2. Datasheet Analog Devices LT1469
  3. Datasheet Central Semiconductor CMPD6263S
  4. Datasheet Fairchild MMBT3906

ООО «Мегател», ИНН 3666086782, ОГРН 1033600037020

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 366
сейчас смотрят 20
представлено поставщиков 1570
загружено
позиций
25 067 862