СПЕЙСНЕР «ФОНИСТЕР-2»

May 31, 2015 by admin Комментировать »

Н. Бугайчук

Данный спейснер (от английского слова «спейс» — пространство) представляет собой устройство, позволяющее получить такое звучание электромузыкальных инструментов, когда «точка» излучения звука и его тембр изменяются в пространстве вокруг слушателя.

В самом простом случае источник звука вращается вокруг слушателя с определенной скоростью, что может быть реализовано следующим образом. Вокруг слушателя размещают звуковые колонки. В какое-то время в одной из них громкость звука наибольшая. Затем громкость в этой колонке уменьшается, а в соседней увеличивается и т. д. Таким образом звук вращается вокруг слушателя, перетекая из одной колонки в другую. Аналогично можно изменять не громкость, а тембр звучания.

В устройствах, создающих пространственно-имитационные эффекты (эхо, реверберация и др.). звуки изменяются только во времени, а ощущение пространственное™ получается из-за определенного временного изменения параметров звука — послезвучания, повторения, сдвига звукового сигнала во времени. В отличие от них в «Фонистере-2» звуки изменяются в пространстве реально.

Настоящее устройство используется совместно с четырехканальной звуковоспроизводящей системой. Ее звуковые колонки размещают вокруг слушателя (например, в четырех углах комнаты). Если будет применяться стереофоническая система, то пространственные изменения звуков локализуются в области между звуковыми колонками, если одноканальная система — звук пространственно стационарен.

Основными управляющими узлами в спейснере являются четырехфазные генераторы, сигналы с четырех выходов которых сдвинуты на 90° относительно друг друга. Их схема несложна по сравнению со схемой генераторов, имеющих большее число фаз.

Сигналы с каждого выхода генератора поступают в свой канал, состоящий из Манипулятора и фильтра, в которых изменяется соответственно амплитуда сигнала инструмента и его тембр. Манипуляторы служат амплитудными модуляторами, а фильтры — резонансными усилителями, выделяющими из широкого спектра сигнала узкую полосу частот. Управляя манипуляторами и фильтрами с помощью сигналов с разными фазами, получают звуки, расположение и тембр которых изменяются в пространстве вокруг слушателя.

«Фонистер-2» состоит из двух четырехфазных управляющих генераторов синусоидального напряжения, узла ручного управления, восьми манипуляторов, четырех управляемых фильтров и фильтра для разделения спектра входного сигнала на две части — низших и высших частот.

Электрическую схему «Фонистера-2» условно можно разделить на схему цепей входных сигналов и схему управляющих цепей. Общими для них являются манипуляторы и фильтры, на которые поступают как входные, так и управляющие сигналы. Поэтому манипуляторы и фильтры имеют по два входа — сигнальный (СВ) и управляющий (УВ).

На рис. 1 — на схеме сигнальных цепей указаны только входы СВ фильтров и манипуляторов, а на рис. 2 — на схеме управляющих цепей — только входы У В.

Рассмотрим сначала схему сигнальных цепей.

Сигналы от двух разных музыкальных источников подают на спейснер через входные разъемы XSI и XS2. Если кнопочный выключатель SB1 находится в состоянии, показанном на схеме, эти сигналы суммируются (совместная обработка сигналов) и через переменный резистор R3, регулирующий их уровень, поступают на вход предварительного усилителя А1. При нажатой кнопке SB1 происходит раздельная обработка сигналов. Каждый из них приходит на свой предварительный усилитель: с входа / на усилитель Л/, с входа 2 — на А2. Резисторами R3 и R4 ослабляют входные сигналы, если они имеют большой уровень. Предварительные усилители А1 и А2 служат для усиления сигналов, если их уровень мал.

Каждый из четырех каналов обработки спейснера содержит основной манипулятор и фильтр, включенные параллельно друг другу. Сигналы основного манипулятора и фильтра каждого канала (соответственно АЗ и Zl, А4 и Ζ2, А5 и Ζ3, А6 и Ζ4) суммируются через резисторы: в первом канале через R16 и R28, во втором — через R17 и R29, в третьем — через R18 и R30, в четвертом — через R19 и R3J. Дополнительные манипуляторы А7 — А10 служат для оперативного отключения сигналов с фильтров с помощью четырех кнопок.

При раздельной обработке сигнал первого источника проходит через основные манипуляторы, а второго — через фильтры.

Фильтр Ζ5 объединяет в себе два фильтра — низших и высших частот. На схеме выход первого из них помечен буквой Н, второго — В.

При нажатой кнопке SB5 (а также SB2 и SB3) на основные манипуляторы поступает сигнал, прошедший через фильтр низших частот, а при нажатой кнопке SB4 (а также SB2 и SB3) — через фильтр высших частот. Расположение и тембр разных источников, а также разных частей спектра (низших и высших частот) могут меняться в пространстве синхронно или независимо.

Рис. 1. Принципиальная схема сигнальных цепей (без учета управляющих цепей)

Далее сигналы каналов поступают на сдвоенные

переменные резисторы R32 и R33, которые позволяют добиться плавного «ввода» этих сигналов. Эмиттерные повторители на транзисторах VT2 — VT5 выполняют функции согласующих каскадов.

Сдвоенные переменные резисторы R42 и R43 позволяют менять каналы местами — первый канал с четвертым, второй с третьим.

Каждый из каналов через разъем XS3 подключают к своему усилителю звуковой частоты. Колонки располагают вокруг слушателя в порядке, соответствующем порядку каналов (1, 2, 3, 4) по часовой стрелке.

Узлы G1 и G2 на схеме управляющих цепей (рис. 2) — четырехфазные синусоидальные генераторы. Фазы сигналов на выходах каждого из них сдвинуты относительно друг друга на 90°. Сдвоенными переменными резисторами R4 и R5 регулируют глубину амплитудной модуляции в каналах сигналов от управляющих генераторов G1 и G2. В зависимости от того, какая кнопка SB1 или SB2 нажата (они с зависимой фиксацией), на манипуляторы подают управляющие сигналы либо с генератора G/, либо с генератора G2.

При нажатии на кнопку SB3 на управляющие входы манипуляторов А4 и А6 поступают по два управляющих сигнала с выходов «90°» и «270°» генератора G1. Благодаря этому изменение громкости во втором и четвертом каналах происходит в два раза чаще, чем в других каналах, из-за чего звук после каждого полуоборота изменяет направление движения вокруг слушателя на обратное (переменное направление).

Если нажать на кнопку SB4, управление громкостью звуков в каналах происходит от узла ручного управления «РУЧН». На манипуляторы при этом поступают управляющие сигналы с его выходов «И» и «—И».

Когда нажата кнопка SB5, управляющие сигналы на манипуляторы не поступают и входные сигналы через них не проходят.

Функции, аналогичные описанным в первом и третьем каналах, выполняют выключатели SBI0 — SB12 (SB10 и SB11 — кнопки с зависимой фиксацией) и регуляторы R8 и R9, через которые проходят управляющие напряжения на фильтры с той лишь разницей, что в данном случае вместо громкости управляют резонансной частотой фильтра. Управление фильтрами аналогично управлению манипуляторами, при этом увеличению громкости соответствует повышение резонансной частоты. При нажатой кнопке SB12 или если движки регуляторов глубины изменения резонансной частоты R8 и R9 находятся в нижнем по схеме положении, входные сигналы через фильтры не проходят.

Как видно из схемы, на фильтры и основные манипуляторы каждого канала поступают противофазные сигналы управления с генератора G1. Сделано это с той целью, чтобы максимум громкости в каналах соответствовал максимальному значению резонансной частоты в противоположных каналах (например, в момент максимума громкости в первом канале максимальная резонансная частота в третьем канале и т. д.).

Рис. 3. Принципиальная схема предварительного усилителя

Рис. 4. Принципиальная схема фильтра Z5

Рис. 5. Принципиальная схема манипулятора

Рис. 6. Принципиальная схема фильтра

Дополнительными манипуляторами А7 — А10 управляют вручную нажатием кнопок SB6 — SB9. При ненажатых кнопках манипуляторы открыты и входные сигналы проходят через них. При нажатии на любую из кнопок SB6 — SB9 соответствующий манипулятор закрывается, препятствуя прохождению сигнала на его выход.

Сигналы управления с кнопок подаются на дополнительные манипуляторы через интеграторы на операционных усилителях DA1 — DA4. Благодаря этому устраняются неприятные щелчки при нажатии кнопок.

Рассмотрим теперь схемы отдельных узлов.

Предварительный усилитель А1 (А2) (рис. 3) двухкаскадный, с непосредственной связью между каскадами. Коэффициент усиления около 35.

Узел Z5 (рис. 4) состоит из двух активных фильтров и выполнен на операционных усилителях Z5-DA1 и Z5-DA2. На входе фильтров включен общий эмиттерный повторитель на транзисторе Z5-VT1.

Каждый манипулятор выполнен по схеме умножителя (рис. 5), который перемножает входной и управляющий сигналы. Подстроечный резистор R11 во время налаживания устройства устанавливают в положение, соответствующее наименьшему прохождению помех от управляющего сигнала на выход манипулятора.

На рис. 6 изображен один из фильтров ZI — Z4. Он выполнен по схеме двух интеграторов с умножителями и кольцевой связью. Резонансная частота фильтра зависит от коэффициента передачи умножителей на транзисторах Z1-VT1 — ZI-VT3 и Z1-VT4 — Z4-VT6, который в свою очередь зависит от управляющего напряжения на входе фильтра. Как и в манипуляторе, подстроечный резистор фильтра должен находиться в положении, соответствующем минимуму помех от управляющего сигнала.

Нажатием кнопки SB], имеющей четыре группы контактов (по одной группе в каждом из четырех фильтров), изменяют (увеличивают) добротность фильтра.

Схема генераторов G1 и G2 приведена на рис. 7. Кнопкой SB1 переключают частоту генерации в диапазоне 0,2…10 Гц. Тремя из четырех контактных групп SA1 коммутируют частотозадающие конденсаторы, четвертой — интегрирующие резисторы. Последние подбирают такими, чтобы при разных частотах генератора сигнал на выходе «0» имел форму, близкую к синусоидальной, и амплитуду, близкую к максимальной.

На операционном усилителе DAI узла ручного управления (рис. 8) выполнен управляющий каскад, на DA2 — интегратор, на DA3 — инвертор. Кнопкой SB1 управляют перемещением звука. При каждом нажатии на нее звук переходит из двух колонок, размещенных в противоположных сторонах от слушателя, в две другие. Скорость перехода туда и обратно можно регулировать независимо переменными резисторами R8 «Фронт» и R9 «Спад».

С помощью резисторов R1 и R4 во время налаживания подбирают скорость перехода сигнала на выходе «И» (или «—И») от одной полярности к другой при нажатии и отпускании кнопки SB1 (при правых крайних по схеме положениях движков переменных резисторов), а также добиваются не-изменности этой скорости как при переходе от положительной полярности к отрицательной, так и обратно.

Принципиальная схема узла питания показана на рис. 9.

Настраивая спейснер, необходимо получить примерно одинаковую громкость сигналов во всех четырех каналах. При всех коммутациях глубины амплитудной модуляции и изменения резонансной частоты должны быть также примерно одинаковыми во всех каналах.

Подав на вход спейснера сигнал звуковой частоты, подбором резисторов R12— R15 (см. рис. 1) добиваются одинаковой громкости на выходе всех каналов при отсутствии сигналов с фильтров Ζ1 — 14. Затем, коммутируя выключатели SB5 и SB12 (см. рис. 2), добиваются примерно одинаковой громкости от основных манипуляторов и фильтров.

Громкость почти не должна меняться при регулировке глубины амплитудной модуляции резисторами R4 и R5. При максимальной глубине амплитудной модуляции от генераторов G1 и G2 время звучания в модулированном колебании должно быть в несколько раз больше времени пауз, в которых амплитуда сигнала равна нулю (отсутствие звука). Этих условий добиваются, подбирая резисторы R3, R6, R7, RIO, R15 — R22 (см. рис. 2).

Подав на вход сигнал прямоугольной или пилообразной формы, имеющий широкий спектр, и нажав на кнопку SB 10 (см. рис. 2), подстройкой резисторов R62, R65, R68, R71 и подбором R47, R48,   R58—R61            обеспечивают максимальную глубину изменения резонансной частоты фильтров. При больших резонансных частотах паузы должны отсутствовать, а при малых — время пауз должно быть небольшим.

Чтобы избежать «пролезания» сигналов одних каналов в другие каналы, общие (корпусные) выводы всех цепей и узлов, изображенных на рис. 1, соединяют между собой и присоединяют к общему выводу разъема XS3 (вблизи от него).

Во всех узлах, кроме фильтров Z1 — Z4, вместо операционных усилителей К153УД2 можно использовать К553УД2, К140УД2А, К140УД6, К140УД7, К140УД10,  К140УД11,     К1УТ531А,    К153УД5 и другие со сходными параметрами, включив их с соответствующей коррекцией. Для фильтров, кроме микросхем К153УД2, пригодны К553УД2, К140УД7, К140УД8А, К140УД8Б.

Вместо транзисторов КТ301Ж можно использовать любые транзисторы соответствующей структуры с коэффициентом усиления тока базы от 50 до 250.

Вместо транзисторов КТ308В можно использовать МП27, МП39Б, П28 и другие малошумящие структуры р-п-р.

Переключатели частоты генераторов G1 и G2 — галетные, на шесть положений и четыре направления. Остальные коммутирующие элементы — переключатели П2К.

Рис. 9. Принципиальная схема узла питания

Рис. 8. Принципиальная схема узла ручного управления

Рис. 7. Принципиальная схема генератора

Сдвоенные переменные резисторы должны иметь линейную зависимость сопротивления от угла поворота движка. Гнезда XS1 и XS2 — СГ-3, XS3 — СГ-5. Лампы HL1 и HL2 рассчитаны на напряжение 6,3 В. Транзисторы VT11 и VT12 устанавливают на теплоотводы площадью 100…150 см2.

Лучшие конструкции 31-й и 32-й выставок творчества радиолюбителей /Сост. В. М. Бондаренко.— М.: ДОСААФ, 1989,— 112 с., ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты