Nízkofrekvenní ekvalizér a spektrální analyzátor

Nízkofrekvenní ekvalizér
a spektrální analyzátor
Karel Barto
Desetipásmový stereofonní ekvalizér je dnes již klasický pístroj používaný
v audiotechnice k úprav nf signálu. V této konstrukci je doplnn spektrálním
analyzátorem, sloužícím k optickému zobrazení úrovn signálu, obsaženého
v jednotlivých pásmech penášeného kmitotového spektra.
Pístroj je svými technickými parametry,
užitnými vlastnostmi a komfortem
obsluhy pln srovnatelný s továrními
výrobky. Všechny funkce jsou
ovládány mikrospínai. Elektronika byla
navržena s ohledem na použití bžn
dostupných souástek a pi oživování
není poteba nic nastavovat. Ekvalizér
a spektrální analyzátor jsou dva na
sob funkn nezávislé celky a lze je
použít i samostatn.
Technické údaje
Poet pásem: 0.
Stední kmitoet jednotlivých pásem:
32 Hz, 64 Hz, 25 Hz, 250 Hz,
500 Hz, kHz, 2 kHz, 4 kHz, 8 kHz,
6 kHz.
Odstup signál/šum: >90 dB.
Zkreslení:

Spektrální analyzátor (obr. 4)
Vstupní signál je veden na potenciometr
P (umístný na pedním panelu),
kterým upravujeme citlivost analyzátoru.
Operaní zesilova A
zajišuje zesílení signálu a napájení filtr
ze zdroje signálu s malým výstupním
odporem. Následuje deset pásmových
propustí, obdobn zapojených,
které signál rozdlí do deseti kmitotových
pásem. Pásmovou propust tvoí
v každém bloku F až F0 operaní zesilova
A (A až A0) spolu s rezistory
R A , R B a R D a kondenzátory C A a C B ,
které urují stední kmitoet pásmové
propusti. Jejich odpory a kapacity pro
jednotlivá pásma jsou uvedeny v tab.
. Signál z výstup A až A0 je usmrnn
diodami D až D0. Odpor R E
s kondenzátorem C C urují asovou
konstantu nábhu usmrovae.
Usmrnné naptí, úmrné úrovni signálu
v daném kmitotovém pásmu je
pivedeno ke vstupu analogového spínae
(AS až AS0).
Spínae jsou ízeny obvodem IO
(407), což je Johnsonv dekadický
íta. Na jeho vstup 3 jsou pivádny
impulsy (kmitoet asi 3 kHz) z jednoduchého
oscilátoru, sestaveného ze
zbylých analogových spína AS
a AS2. Tyto impulsy jsou ítány a vždy
na jednom z výstup Q0 až Q9 se objeví
úrove log. , která sepne jeden
z tranzistor T až T0, spínající sloupec
LED, píslušející k danému kmito-
tovému pásmu. Souasn sepne píslušný
analogový spína a pes nj je
pivedeno usmrnné naptí na vstup
IO2. Výstupy tohoto obvodu pipojí tu
LED, která odpovídá píslušnému
vstupnímu naptí. Jednotlivá pásma se
pepínají postupn za sebou, provoz je
tedy multiplexní.
Displej je možno pepnout na páskový
nebo bodový provoz pivedením
naptí na vývod 9 IO2. Zde je použit
tranzistor T, který je ízen z výstupu
IO na desce ovládání. Pi sepnutém
T je zobrazení proužkové, pi zaveném
bodové.
Odpor rezistoru R8 uruje velikost
proudu svítivými diodami. Rezistory R5,
R6 a R7 nastavují referenní naptí pro
IO2. K výstupu referenního naptí jsou
pipojeny též neinvertující vstupy operaních
zesilova A až A a je tak
vytvoen umlý sted jejich napájecího
naptí, takže není poteba symetrického
napájení.
Rezistory R C v neinvertujících vstupech
A až A3 vyrovnávají proudovou
nesymetrii vstup u obvod LM324.
Pokud použijeme OZ typu TL084, lze
je vynechat.
Ekvalizér
Jeden kanál desetipásmového
ekvalizéru (obr. 5) je složen z deseti
jednotlivých filtr F až F0, které mají
shodné zapojení. Jsou azeny za sebou
v sérii, takže vstup prvního tvoí
zárove vstup ekvalizéru a výstup posledního
- desátého - stupn je výstupem
ekvalizéru.
Stední kmitoet filtru je uren odpory
rezistor R a R2 a kapacitou
kondenzátor C a C2. Zdraznní i
potlaení kmitotového pásma kolem
stedního kmitotu je dáno polohou
bžce potenciometru P. V poloze bžce
uprosted odporové dráhy prochází
obvodem signál bez úpravy. Je-li bžec
v pravé krajní poloze (u R4), je signál
v pásmu stedního kmitotu filtru
zeslaben, je-li v opané poloze (u R3)
je signál v tomto pásmu zesílen. Amplituda
signálu na jiných kmitotech se
nemní. Rozsah regulace je možno
zmenšit nebo rozšíit zmnou odporu
rezistor R3 a R4.
Napájecí naptí pro operaní zesilovae
je na desce s plošnými spoji
blokováno dvma kondenzátory
47 μF. V pípad nestability je možno
osadit další blokovací kondenzátory –
na desce plošných spoj je na to pamatováno.
Pásmo f [Hz] RA RB RC RD RE CA CB CC
32 30 k 5 k 750 k 750 k 2,7 k
2 64 68 k 7,5 k 390 k 390 k
3 25 36 k 3,9 k 200 k 200 k 47 n 47 n 2,2 μ
4 250 8 k 2 k 00 k 2,2 k
5 500 8,2 k 90 47 k
6 k 20 k k 75 k
0 n
33 n
7 2 k
—
k ,2 k 62 k 0 n
k
μ
8 4 k ,5 k 75 k 4,7 n 3,3 n
9 8 k 2 k 68 k 680 2,2 n 2,2 n
,2 k
0 6 k 3 k 75 k 330 n n
Obr. 4. Schéma zapojení spektrálního analyzátoru a tabulka souástek filtr pro jednotlivá pásma
Obr. 5.
Schéma zapojení
ekvalizéru a tabulka
souástek pro
jednotlivá pásma
Pásmo f [Hz] C C2 R R2
32 2,2 μ 220 n
2 64 μ 00 n
3 25 470 n 47 n 20 k
4 250 220 n 22 n
20 k
5 500 00 n 0 n
6 k 68 n 6,8 n 9 k
7 2 k 33 n 3,3 n
9 k
8 4 k 5 n ,5 n
20 k
9 8 k 6,8 n 680 p 0 k
0 6 k 3,3 n 330 p

IO2
C5
C3
1
+
P/B
R8
1
R7
IO1
C2
R12
R5
R19
E
R6
C
T1 T10
1 1
IO5 IO4 IO3
C4
1
R9
R11
R10
R4
IN
R3
R23
1
C1
IO6
F4
F1
D5
D4
D6
D1
F5
F6
1
IO7
F3
F8
+
F7
F9
1
IO8
F10
F2
220 V
Tr2
220 V/2 x 9 V; 4,5 VA
Tr1
220 V/2 x 15 V; 4,5 VA
D5
ECB
T5
C3
D6
+ +
C12
C11
+
C7
+
D4
+
D2
D3
+ +
+
D1
IO3 C2 C1
IO1
C8 IO2 R4 R1 1
CC
R5
R2
B B
C4 C3
R6
R3
C E C E
C6 T4
T2
R7 R8
C5
Obr. 6. Deska s plošnými spoji a rozmístní
souástek napájecího zdroje
+
U
R B
+
+
R B
RA
+
+
+
1
2
3
4
56
7
89
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
R13
R14
R15
R16
R17
R18
T11
U
R20
R21
R22
+
+
U
U
U
R2 R1
+
U
RA
R B
RD
RD
+
RE
RE
RE
RE
+
RD RC
RD
R B
C B
C A
U
C A
C B
R A
+
+
R c
U
+
R c
Obr. 7. Deska s plošnými spoji a rozmístní souástek spektrálního analyzátoru

+
+
+
Obr. 8. Deska s plošnými spoji pro ekvalizér a rozmístní souástek
Obvody elektronického
ovládání
Na desce elektronického ovládání
(obr. 9) jsou umístny též vstupní a výstupní
obvody ekvalizéru A, A’, A2
a A’2, jejichž funkce již byla popsána
u blokového schématu. Z výstupu A je
signál veden na vstup prvního filtru
ekvalizéru, z výstupu posledního filtru
ekvalizéru je signál piveden na A2.
Kondenzátory C a C’ slouží pro oddlení
pípadné stejnosmrné složky
v signálu. Zmnou pomru odporu rezistor
R3 a R2 je možno vyrovnat celkový
pokles amplitudy signálu za ekvalizérem.
Z výstup A2 a A2’ je signál
veden jednak na výstup pístroje, jednak
pes A3 a A3’ na vstup elektronického
pepínae. Operaní zesilova A4
F10
F9
F8
F7
F6
F5
F4
F3
F2
R5
F1
_ +
U
A10
+
U
A9
U
A8
U
A7
+
U
A6
U
A5
U
A4
U
A3
+
U
A2
R3
R1
A1 C1
C2
R4
OUT
U
IN
R2
spolu s rezistory R6, R7 a R8 slouží
k získání soutového signálu levého
a pravého kanálu, A5 zesiluje signál
z mikrofonu.
Jako pepína slouží analogový
multiplexer IO6 (405), který je ovládán
z IO7 (4028). Na výstupu . 3 (který je
propojen se vstupem spektrálního
analyzátoru) je pítomen jeden ze
vstupních signál na vývodech , 3,
4 nebo 5 v závislosti na kódu zvoleném
mikrospínai, pipojenými k obvodu
IO7. Zvolený vstup je indikován ervenými
LED až LED4. Pro volbu
ostatních funkcí slouží IO8 až IO.
Jsou to známé dvojité klopné obvody
D typu 403. Pivedením log. na jejich
hodinový vstup C se zmní logická
úrove na výstupu Q (Q). Tento zpsob
pepínání je velmi spolehlivý. IO8
ovládá provoz displeje spektrálního
analyzátoru tím, že zkratuje pes AS
rezistor R33, ímž se zmní asová
konstanta vybíjení kondenzátor C C
v usmrovai a provoz se zrychlí,
nebo tím, že AS2 rozepne a vybíjecí odpor
se odpojí - funkce „Hold”. Zárove
je z výstupu Q (vývod . 2 IO8) pes
R49 pivedena log. na vstup „enable”
IO6, který odpojí zdroj signálu.
Klopný obvod s IO0 ovládá (pes
T) relé pepínající na výstup signál
ped a za ekvalizérem. Klopný obvod
s IO pivádí pes rezistor R26 úrove
log. 0 nebo log. na bázi tranzistoru
T ve spektrálním analyzátoru a zajišuje
tak proužkový nebo bodový provoz
displeje. Druhým klopným obvodem
z IO je zaízení uvedeno do režimu
„STAND BY” - naptím z vývodu jsou
pes rezistor R25 spínány tranzistory T2
a T4 ve zdroji.
Pro indikaci jsou použity LED s malou
spotebou (2 mA), které mohou být
spínány pímo výstupy obvod CMOS.
Dále je uveden popis ovládacích prvk
pístroje a seznam funkcí.
POWER - zapnutí a vypnutí pístroje.
Pi vypnutí tímto tlaítkem zstává
pístroj v pohotovostním stavu (režim
„STAND BY”).
EQ - je-li zaazen do signálové cesty
ekvalizér, svítí kontrolní LED nad mikrospínaem
a tahovými potenciometry
je možná úprava signálu nf. Pi následném
stisknutí mikrospínae LED zhasne
a nastavení potenciometr nemá na
výstupní signál vliv - ekvalizér je vyazen
z innosti. Pi tomto stavu analyzátor
zobrazuje vstupní signál ped
ekvalizérem.
BAR/POINT - tlaítkem je možno pepínat
režim displeje na bodový provoz,
kdy v každém sloupci svítí pouze jedna
LED odpovídající úrovni signálu v daném
pásmu, nebo proužkový provoz, kdy sou-
asn s touto diodou svítí ve sloupci
všechny LED pro nižší úrovn.
FAST/SLOW - pepíná se asová
konstanta zobrazení (tj. rychlost, s jakou
se mní údaj na displeji). Rychlý
mód je vhodný pro bžné signály jako
e nebo hudba, pomalý používáme pro
velmi rychle dynamicky se mnící signály
nebo pi akustických meních.
HOLD - po stisknutí mikrospínae se
provoz spektrálního analyzátoru zastaví
a na displeji zstává stále zobrazen
údaj, platný v okamžiku stisknutí. Optným
stiskem mikrospínae se tato funkce
ruší.
LEFT - analyzátor zobrazuje kmito-
tové spektrum obsažené pouze v levém
kanálu.
L + R - analyzátor zobrazuje kmito-
tové spektrum obsažené v soutu signál
levého a pravého kanálu.
RIGHT - analyzátor zobrazuje kmitotové
spektrum obsažené pouze
v pravém kanálu.
LEVEL - potenciometr umožuje
nastavit vhodnou vstupní úrove signálu
pro vstup spektrálního analyzátoru.
MIC - odpojuje vstup analyzátoru od
ekvalizéru a pipojuje micí mikrofon.

Tak je možné provádt rzná akustická
mení v prostoru. Mikrofon je pipojen
do vstupu MIC na pedním panelu.
Mechanická konstrukce
Potenciometry ekvalizéru (20 ks),
tlaítka mikrospína (0 ks), indikaní
LED (8 ks), displej spektrálního analyzátoru
tvoený 0 LED zelené barvy
5x2 mm a potenciometr P jsou
upevnny (pipájeny) na desce plošných
spoj, která tvoí subpanel.
Ze strany spoj jsou k ní kolmo pipájeny
desky levého a pravého kanálu
ekvalizéru a tím je zajištno jejich
propojení s vývody tahových potenciometr.
Mezi pedním a zadním panelem jsou
4 rozprné tyky, dv spodní jsou tvercového
profilu 7 x 7 mm a je do nich vy-
íznut závit pro uchycení dna a krytu
skíky. Na všechny díly je použit ocelový
plech tloušky mm, pouze pední
panel je z duralu tloušky 3 mm. Okénko
pro displej je vyfrézováno, stejn tak jsou
vyfrézovány i drážky pro tahové potenciometry
šíky 3 mm.
Až pi korekturách jsme zjistili, že
pi redakním zpracování lánku se
bohužel vytratila deska s plošnými spoji
subpanelu. Tuto desku uveejníme
v nkterém z píštích ísel. Redakce
Literatura
[] Funkschau 6/86, s. 67.
[2] Elektronische Analogschalter. EL-
RAD . 5/990, s. 7.
[3] ELEKTOR 9/88, s. 52.
[4] Funkschau - Arbeitsblätter. Funkschau
2/84, s. 60.
[5] Kabeš, K.: Operaní zesilovae
v automatizaní technice. SNTL:
Praha 988.
[6] ELRAD . /988, s. 54.
[7] Obvod pro ízení sloupce svtelných
diod - LM395. KTE magazín.
[8] RADIO-ELECTRONICS - 5/85, s. 74.
[9] Real-Time Spectrum Analyzer for
your Hi-Fi. RADIO-ELECTRONICS
4/85.
[0] Audio procesor circuit. Practical
Electronics 8/8, s. 26.
[] 20 - Kanal-Audio-Analyser. ELRAD
. 6/990, s. 78.
[2] Elektor /86, s. 37.
[3] Integrované obvody C-MOS. AR–B
. 2 a 3/85.
Obr. 9. Schéma zapojení obvod elektronického ovládání
Obr. 0 a . Vnitní provedení - pohled zezadu a shora

+
+
L-IN
1 R1‘ 1
IO1 IO2
L R
U
U
+
+
+
+
U
C10
C1
R2
EQ-IN R2‘
C1‘
-+
EQ-OUT
C11
1 1
IO3 R3
IO4
IO5
U
U
IO6
R4
U
IO7
U
IO10
R29
R-IN
R3‘
R5 Re
R5‘
OUT L
+15 V
R4‘
R
R23
T1
R6
C5 R24
R9
R42
R32 C18
1
IO11 R25
1
B/P
R8
R41C2
R10
C17
R30 R27
1
R11
C6
R7 R43 C3
C7 R28 M R26
1
1
C4
P1
C12
IO9
D1
R12 R14
C13
1
D2
C
T3 R13
D3
G C8 R34 N
R17
H
A T5
E
R15
F IO8 R37
B
C16
R16 R46 D4 R39
D T4
C9
T2
R18
R49
R19
C15
R40 O
R20
R44
R22
R21
R1
R48
MIC IN
R47
U
P K
R31
R45
R33
U U U
R36
R35
k analyz.
(výv.5 IO2)
R38
+
C14
STANDBY
S
R
Q
Stabilizovaný
zdroj s malým
úbytkem
Pi konstrukci hodin jsem byl postaven
ped problém - výstupní naptí
transformátoru, který jsem chtl pro
napájení použít, bylo pi maximálním
jasu displeje tak malé, že jsem nemohl
použít klasický integrovaný stabilizátor
(nap. LM37). Navrhl jsem proto zapojení
(obr. ), kterému staí vstupní
naptí jen nepatrn vtší než je saturaní
naptí regulaního tranzistoru.
Proud procházející rezistorem R otevírá
tranzistor T a kolektorovým proudem
tranzistoru T se otevírá T2. Zvtší-li
se výstupní naptí nad velikost
nastavenou dliem R3 a P, zvtší se
i naptí na bázi T3. Tranzistor T3 se
otevírá a proud tekoucí do báze T2 se
zmenší. Následn se pivou i tranzistory
T a T2 a výstupní naptí se vyrovná.
Zesílení, uzavené ve smyce
zptné vazby, je znané - aby se stabilizátor
nerozkmital, je nutno doplnit zapojení
o kondenzátor C.
Trimrem P nastavíme požadované
výstupní naptí. Pro menší výstupní
naptí bude teba zmenšit odpor rezistoru
R3. V uvedeném zapojení je rozsah
výstupních naptí od do 6 V.
Odpor rezistoru R3 je pitom teba mnit
od 2,7 do 33 kΩ. Ponkud neobvyklé
výstupní naptí 4, V jsem zvolil proto,
že krom napájení hodin zdroj
zárove dobíjí založní baterii ze tí lánk
NiCd. Pro výstupní naptí asi 4 V je
teplotní závislost výstupního naptí asi
–20 mV/K. Je to zpsobeno teplotní závislostí
prahového naptí b-e tranzistoru
T3, které se využívá ke stabilizaci.
Pro vtšinu aplikací v bžných domácích
podmínkách však mžeme tuto závislost
zanedbat. Protože teplotní závislost
je vtší pi vtším výstupním
naptí, je zdroj vhodný spíše pro menší
výstupní naptí.
Pro zdroj mžeme použít souástky
ze šuplíkových zásob. Jako T a T3 lze
použít libovolné kemíkové tranzistory
n-p-n, tranzistor T2 je teba vybrat
s ohledem na pedpokládaný odbr ze
zdroje. Pro menší proudy vyhoví nap.
KF57 (z dovážených typ BC640), pro
vtší nap. KD36 (BD36). Pi menším
zesilovacím initeli tranzistor bude
poteba zmenšit odpor rezistoru R.
Stabilizátor jsem zkoušel pro proudy do
0,5 A. JB
Obr. 2. Deska s plošnými spoji obvod ovládání a rozmístní souástek
Obr. . Zapojení stabilizátoru