Благодаря невысокой цене и мобильности, носимые магнитолы и бумбоксы стали одним из самых популярных видов радиоаппаратуры в странах СНГ. Фирмы-производители уделяют много внимания внешнему облику подобной аппаратуры и гораздо меньше - качеству ее звучания, вероятно, помня русскую пословицу, что “встречают по одежке”. В результате счастливый обладатель вновь приобретенного красивого аппарата с надписями типа “Super Bass”, “Extra Bass” и сотнями Вт указанной выходной мощности скоро обнаруживает, что его магнитола звучит не намного лучше телефонной трубки.

Разумеется, трудно требовать от маломощного на самом деле УМЗЧ (с батарейным питанием) и встроенных акустических систем (АС) высококачественного воспроизведения, но создается впечатление, что конструкторы даже и не пытались сделать его удовлетворительным. В частности, многие магнитолы, причем не только китайского и гонконгского производства, но и ведущих корпораций LG, SHARP, PHILIPS и др., не имеют регуляторов тембра или имеют только один регулятор высших частот (ВЧ), работающий на завал. Естественно, что такая аппаратура звучит в основном на средних частотах, так как подъем высоких (ВЧ) и низких частот (НЧ), компенсирующий пониженную чувствительность к ним человеческого уха, отсутствует и, кроме того, на краях диапазона имеется спад АЧХ по звуковому давлению, обусловленный невысоким качеством встроенных АС.

Упомянутый регулятор тембра способен только ухудшить положение, окончательно срезав высокие частоты. После этого “балалаечное” звучание магнитолы становится вовсе неразборчивым. Это тем более досадно, что исходное качество фонограмм на CD, современных компакт кассетах и в передачах FM-станций достаточно высокое.

Справедливости ради надо отметить, что некоторые магнитолы (естественно, более дорогие) оборудованы четырех-пятилолосными эквалайзерами. Впрочем, для подобной аппаратуры это можно считать “архитектурным излишеством”. Дело в том, что пользователь все равно выбирает известную седлообразную АЧХ с плавным подъемом высоких и низких частот, которую способен сформировать и обычный двухполосный НЧ-ВЧ регулятор. Все остальные положения ручек эквалайзера не используются или используются с незначительными отклонениями от указанного. Заметив это, фирмы даже в дорогих моделях музыкальных центров стали вводить электронные переключатели АЧХ (JAZZ, ROCK, POP и т.п.) с различным, но плавным ходом в области высоких и низких частот.

Особое значение имеет тонкомпенсация, которая, к сожалению, также отсутствует в подавляющем большинстве носимой аппаратуры. А ведь именно тонкомпенсированный регулятор громкости (ТКРГ) способен значительно улучшить качество звучания маломощной аппаратуры при небольших уровнях громкости, когда еще имеется достаточный запас по перегрузочной способности УМЗЧ. В литературе даже высказывается мнение, что при глубокой и “правильной” тонкомпенсации регуляторы тембра не нужны вообще. Однако, на мой взгляд, это несколько преувеличенно: реальный уровень высокочастотных и низкочастотных составляющих в различных фонограммах значительно отличается и регулятор тембра нужен уже для того, чтобы компенсировать эту разницу.

Из изложенного следует первый вывод: чтобы улучшить качество звучания носимой аппаратуры, необходимо прежде всего ввести тонкомпенсацию и сформировать седлообразную АЧХ с помощью регуляторов тембра. Сделать это можно практически в любой магнитоле. Так, обычный регулятор громкости легко превратить в тонкомпенсированный добавлением несложных RC-цепей, поскольку схемы ТКРГ на переменных резисторах без отводов известны [1].

Немного сложнее обстоит дело с регуляторами тембра. При одном имеющемся регуляторе ВЧ ввести раздельную регулировку по ВЧ и НЧ затруднительно. Для этого потребуется установить еще один переменный резистор с внешней рукояткой, а это вряд ли улучшит дизайн магнитолы. Известны, правда, совмещенные НЧ-ВЧ регуляторы на одном переменном резисторе [2], но они неудобны в эксплуатации из-за взаимозависимости регулировок. Например, чтобы уменьшить уровень НЧ в таком регуляторе, придется вначале уменьшить до минимума уровень ВЧ, а зачем, если он и так невелик или устраивает слушателя?

Рис.1.

Гораздо удобнее иметь независимую регулировку по НЧ, а тембр ВЧ сделать фиксированным, с некоторым подъемом верхних частот. Как показывает практика, он так и выбирается слушателями и редко регулируется. Кроме того, высокие частоты хорошо аппроксимируются в соответствии с кривыми равной громкости цепями тонкомпенсации, что также говорит в пользу такого решения.

Иное дело - низкие частоты. Они гораздо хуже поддаются тонкомпенсации. При их избытке маломощный УМЗЧ мгновенно перегружается, а при недостатке - звучание становится плоским и невыразительным. Для поиска компромисса и нужен регулятор тембра НЧ, причем с достаточной глубиной регулировки.

В качестве примера рассмотрим совершенствование по предложенной схеме магнитолы SHARP GF-6363. На рис. 1 приведена исходная схема ее блока регулировок. Переменные резисторы VR101, VR102, VR103 соответственно регулируют тембр ВЧ, баланс и громкость. Регулятор тембра ВЧ - обычный ФНЧ первого порядка с регулируемой частотой среза. Следует отметить, что рассмотренная схема является типичной. В некоторых моделях. возможно ее дальнейшее упрощение за исключением регулятора стереобаланса [3].

Вид АЧХ по напряжению при средней громкости и двух крайних положениях (max, min) регулятора тембра VR101 показан на рис.2. В крайнем правом положении (max) АЧХ практически плоска со спадом ниже частоты 200 Гц (по уровню -3дБ). Перевод регулятора в крайнее левое положение (min) приводит к завалу ВЧ на частотах выше 1000 Гц. Поскольку тон-компенсация отсутствует, указанный вид АЧХ сохраняется при любой громкости. Магнитола в таком виде звучит совершенно неудовлетворительно, несмотря на солидные размеры и неплохое качество 2-спикерных АС.

Новый блок регулировок показан на рис.3. Он имеет ряд важных особенностей, обеспечивающих эффективное применение в подобной аппаратуре. В первую очередь - это экономичность: ток, потребляемый в стереоварианте, не превышает 1,5 мА. Далее - достаточная глубина тонкомпенсации: +10 дБ на частоте 100 Гц и +12 дБ на частоте 10 кГц, и регулировки тембра НЧ: +22\-6 дБ на частоте 100 Гц. Частоты ниже 60 Гц подавлены ФВЧ, что уменьшает искажения в дальнейшем тракте. Подъем ВЧ - фиксированный и равен 11 дБ на частоте 10 кГц (без учета действия тонкомпенсации).

Рис.2.

Сигнал на вход блока подается через подстроечный резистор R1, выполняющий роль регулятора максимального уровня. Собственно ТКРГ состоит из резистора R2 (VR103) и цепей тонкомпенсации С2, R3, R4, СЗ, которые выбраны из условия максимально возможного подъема по НЧ и достаточного по ВЧ. Каскад на транзисторе VT1 выполняет сразу несколько функций: развязку между ТКРГ и регулятором тембра, усиление сигнала и его фильтрацию.

Требуемые характеристики достигнуты благодаря использованию малошумящего транзистора со “сверхусилением”, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Действующая через резистор R9 ООС по постоянному и переменному токам стабилизирует режим работы транзистора и уменьшает нелинейные искажения. Известно, что входное сопротивление каскада с ОЭ зависит от статического коэффициента усиления (h21э) и тока коллектора [4]. Эти параметры в данном случае равны 650 и 0,7 мА. При этом входное сопротивление составило около 60 кОм, что достаточно для нормальной работы ТКРГ.

Элементы С4, С5, R6, R9, VT1 работают в активном ФВЧ с частотой среза около 60 Гц и крутизной спада до 12 дБ на октаву. Фильтр необходим для ограничения амплитуды самых низких частот, способных, с одной стороны, вызвать перегрузку УМЗЧ, а с другой - искажения в громкоговорителях. На АЧХ по звуковому давлению включение фильтра практически не сказывается, так как КПД громкоговорителей в этой области близок к нулю. Однако без него воспроизведение уже при средней громкости сопровождается характерными хрипами в такт басовой партии, что говорит о заходе выходных транзисторов в область ограничения. Причем продукты ограничения имеют широкий спектр и, даже если явно не слышны, являются одной из причин “транзисторного” звучания.

Рис.3.

Темброблок собран по традиционной мостовой схеме, но в сокращенном варианте. Тембр НЧ регулируется как обычно - переменным резистором R11 (VR101), а тембр ВЧ сделан фиксированным, с подъемом ВЧ через конденсатор С9. RC-цепи регулятора НЧ рассчитаны на максимальный подъем (+22 дБ) и небольшой спад (- 6 дБ), что соответствует практическим потребностям регулировки. Столь значительного диапазона удалось добиться благодаря развязке между ТКРГ и регулятором тембра. Вид АЧХ при разных громкостях (0 и -40 дБ) в двух крайних положениях регулятора тембра показан на рис.4.

Блок можно выполнить навесным монтажом или на небольшой печатной плате. Автором применен первый способ, так как места на универсальной плате магнитолы SHARP GF6363 более чем достаточно. Использованы постоянные резисторы МЛТ, неполярные конденсаторы - КМ, полярный С6 - любой импортный. Вместо транзистора КТ3102Е можно применить КТ342В, отобрав экземпляр с h21э = 600...700.

Включается блок между предварительным усилителем и УМЗЧ. Питание подается от имеющегося стабилизатора предварительного усилителя магнитолы. Налаживание сводится к установке подстроечными резисторами R1 правого и левого каналов (ПК, ЛК) максимальной (но без ограничения) громкости в крайнем правом (max) положении ТКРГ. Этими же резисторами в небольших пределах можно выставить и начальный баланс, так как коэффициенты усиления каналов часто не одинаковы.

Звучание магнитолы с новым блоком регулировок разительно отличается от исходного. Исчезает монотонно-бубнящий, телефонный оттенок, появляется глубина, четко прослушивается басовая партия, и наконец появляются высокие частоты, свойственные высококачественному воспроизведению. При настройке тот или иной уровень последних можно установить по индивидуальным предпочтениям подбором конденсатора С9.

Для максимальной реализации новой АЧХ магнитолы [1] теперь следует заняться ее силовыми звеньями - УМЗЧ и блоком питания. Построение этой части следующее. Практически во всех магнитолах применяется сетевой нестабилизированный блок питания (НБП), от которого питается непосредственно УМЗЧ. Для питания предварительных каскадов используются маломощные стабилизаторы и развязывающие RC, LC-цепи.

Рис.4.

На рис.5 упрощенно (без переключателей) показан НБП магнитолы SHARP GF-6363, состоящий из силового трансформатора Т301, мостового выпрямителя на диодах D301-D304 и конденсаторов С184, С175 фильтра. Конденсаторы С301-С304 предназначены для подавления мультипликативного фона и помех сети.

УМЗЧ этой магнитолы собран на достаточно мощной микросхеме ВА536 (корпус SIP-Р), установленной на пластинчатом радиаторе площадью 43 см². Номинальная выходная мощность микросхемы ВА536 равна 2 x 4,5 Вт, однако измеренная синусоидальная мощность не превысила 2 x 2,5 Вт. Причина в том, что номинальная выходная мощность достигается при напряжении питания 15В и общем потребляемом токе до 1 А, а НБП магнитолы далеко не обеспечивает таких параметров.

Выходной же мощности 2 x 2,5 Вт недостаточно для воспроизведения низких частот (НЧ), уровень которых после переделки блока регулировок многократно возрастает. Напомним, что подъем на частоте 100 Гц в крайнем правом положении регулятора тембра НЧ (max) достигает 22 дБ, а при минимальной громкости - до 32 дБ (с учетом действия тонкомпенсации). Поэтому, если не принять дополнительных мер, то уже при небольшой громкости УМЗЧ будет перегружаться пиками НЧ сигналов и придется уменьшать их уровень регулятором тембра, что ухудшает звучание и приближает его к исходному. Имеющийся ФВЧ [5] лишь частично решает эту проблему для самых низких частот (менее 60 Гц). На указанной частоте 100 Гц фильтр практически не вносит затухания.

Выход из положения - увеличение, насколько возможно, мощности УМЗЧ и, соответственно, НБП. Начнем с последнего. Как правило, в магнитолах применяются малогабаритные сетевые трансформаторы на Ш-образных сердечниках. Такой трансформатор следует заменить тороидальным, на витом сердечнике, имеющим при тех же массогабаритных показателях лучшие характеристики. На рис.6 приведены нагрузочные характеристики 1 и 2 соответственно исходного трансформатора Т301 магнитолы SHARP GF-6363 и нового тороидального трансформатора, установленного вместо него.

Рис.5.

Как видно из графиков, новый трансформатор имеет более жесткую характеристику и обеспечивает больший ток и напряжение. Его вторичная обмотка рассчитана на амплитудное значение напряжения, близкое к максимальному для микросхемы УМЗЧ, но не превышающее допустимое для конденсатора фильтра С184 (16В). Следовательно, при сетевом питании УМЗЧ будет отдавать максимальную мощность, а при батарейном (12 В) - работать с меньшей выходной мощностью, но более экономично. Практически все интегральные УМЗЧ имеют стабилизацию тока покоя и допускают работу в широком диапазоне питающих напряжений (ВА536 - 9...18 В).

Следует отметить, что подобного результата нельзя добиться простой переделкой имеющегося трансформатора. Во-первых, в его окне нет места для укладки дополнительных витков вторичной обмотки, а во-вторых, свойства наборного Ш-образного сердечника значительно хуже, чем ленточного тороидального. Тороидальный трансформатор имеет еще одно важное преимущество: вследствие практически полного отсутствия полей рассеивания устраняются всевозможные наводки, в том числе на магнитные головки, и, соответственно, фон с частотой переменного тока.

Как известно, при нестабилизированном питании УМЗЧ различают два вида выходной мощности: длительную (синусоидальную) и мгновенную (музыкальную). Последняя характеризует динамические свойства УМЗЧ, т.е. способность к неискаженному воспроизведению пиков сигнала, и зависит как от жесткости нагрузочной характеристики силового трансформатора, так и от емкости конденсаторов фильтра. Применение тороидального трансформатора уже увеличивает мгновенную мощность. Для дальнейшего ее увеличения емкость конденсатора С184 повышена до 4700 мк (установлен новый конденсатор 4700 мк х16В).

Рис.6.

Указанные меры позволили добиться синусоидальной мощности магнитолы SHARP GF-6363 2x4 Вт, а музыкальной - 2 x 4,5 Вт. Близкое значение этих параметров говорит о достаточном запасе по мощности НБП. Дальнейшего улучшения можно достичь совершенствованием самого УМЗЧ. Для данной магнитолы резервы ограничены, но в других моделях часто применяются дешевые ИМС с максимальной выходной мощностью 1...2 Вт на канал (в корпусах DIP, типа AN7142 и т.п.).

Такие микросхемы ненадежны и не годятся для сколько-нибудь качественного воспроизведения с новой АЧХ. Усилитель на них следует заменить более мощным на TDA2004, TDA2005, НА1377, НА1392, ТА7269Р, ТА7286Р и др. с номинальной выходной мощностью 2x4...5 Вт. При этом новый УМЗЧ можно изготовить самостоятельно (типовые схемы включения ИМС просты [6]) и даже купить готовым (в виде собранной печатной платы) на радиорынках.

Старый усилитель демонтируется, новый устанавливается на его место, например на кронштейнах (не забывать о радиаторе для ИМС!). Однако следует помнить, что мостовые (BTL) усилители в носимых магнитолах применять нельзя из-за слишком большого для батарейной аппаратуры тока покоя. В то же время хорошие результаты дает применение микросхем новой генерации - TDA1519, TDA1519B [7]. Они почти не требует навесных деталей (рис.7), имеют режимы Mute и Stand-By и обладают повышенной выходной мощностью (2x6 Вт).

При доработке силовой части магнитолы, когда нет возможности изготовить тороидальный трансформатор, можно пойти на некоторый промежуточный вариант. В этом случае оставляют старый трансформатор, но увеличивают емкость конденсатора фильтра НБП до 4700 мк и применяют более мощный УМЗЧ, как описано выше. Синусоидальная мощность магнитолы при этом останется прежней, однако, качество звучания несколько улучшится за счет увеличения музыкальной мощности и динамического диапазона.

Рис.7.

Вообще, в связи с переделкой звукового тракта следует заметить, что чувствительность человеческого уха к выходной мощности нелинейна, поэтому не следует ожидать, что после переделки магнитола будет “играть” в два раза громче. Разница в громкости звучания усилителей с отличающейся в два раза выходной мощностью при прочих равных условиях малозаметна. Повышенная выходная мощность воспринимается как улучшенная естественность, мягкость звука за счет меньших нелинейных искажений и отсутствия ограничения на пиках сигнала. Она же позволяет установить больший уровень НЧ, компенсировав их завал в малогабаритной акустике, и получить тем самым тембр звучания, близкий к более высококачественным системам. Именно это и является конечной целью модернизации.

Качество звучания во многом, конечно, зависит от встроенной акустики. В упомянутой магнитоле она достаточно качественна и состоит из двухполосных пяти ваттных АС с рупорными пищалками. Однако в других моделях часто используется самый примитивный вариант - один малогабаритный динамик, который лишь весьма условно можно назвать широкополосным. Встречаются даже модели с имитацией на лицевой панели отсутствующей на самом деле пищалки. Обилие на рынке разнообразных динамических головок позволяет выбрать и установить в магнитоле нечто лучшее. Можно, например, использовать автомобильные системы, состоящие из двух коаксиально расположенных НЧ-ВЧ головок. Разумеется, при этом, кроме параметров, следует учитывать и размеры подобной системы, поскольку объем корпуса магнитолы, особенно в глубину, ограничен.

Корпус носимой магнитолы, к сожалению, не является хорошим акустическим оформлением, пусть и открытого типа. Тонкая пластмасса, подвижные детали (кассетоприемник и др.), металлические решетки и т.п. дребезжат, создают дополнительные призвуки на низких и средних частотах, что особенно заметно после переделки. Кардинально улучшить акустические свойства корпуса трудно (хотя рекомендуется тщательно закрепить решетки и другие дребезжащие элементы), но можно виброизолировать от него низкочастотные головки. Для этого они крепятся через прокладку из тонкой резины толщиной 1,5-2 мм. Весьма удобно использовать отрезок велосипедного ниппеля, который приклеивается по окружности крепежного фланца головки. После сдавливания ниппеля при монтаже образуется достаточно эффективная двойная прокладка. Крепежные винты также устанавливаются через резиновые шайбы. Отверстия под них должны быть такого диаметра, чтобы боковая поверхность винтов не касалась металла диффузородержателя.

Полная реализация указанных мер позволяет добиться звучания магнитолы, близкого к музыкальным центрам среднего класса. Конечный результат, безусловно, зависит от исходного качества аппарата, и вряд ли стоит заниматься модернизацией самых дешевых и малогабаритных устройств.

В заключение кратко отметим еще некоторые пути совершенствования носимой аппаратуры:

• применение УМЗЧ на дискретных элементах. Выходной каскад в этом случае можно собрать на германиевых транзисторах, что дает экономию тока покоя, увеличение выходной мощности (за счет меньшего напряжения насыщения) и хорошее качество звука [8]. Весьма перспективны УМЗЧ на БСИТ транзисторах, также имеющих малое напряжение насыщения и ограничение сигнала, близкое к “ламповому”;
• для улучшения стереоэффекта и расширения стереобазы применимы интегральные звуковые процессоры типа TDA3810;
• для полного стереофонического приема в обоих - FM, УКВ - диапазонах следует использовать УКВ конвертеры на отсутствующий диапазон [9] и для раскодирования сигналов - новый отечественный двухстандартный стереодекодер на ИИС К174ХА51 с автоматическим распознаванием системы стереовещания.

А. Пахомов

Литература:

1. Шихатов А. Тонкомпенсированные регуляторы громкости. - Радио, №10, 2000 г., с.12-13

2.Шихатов А. Пассивные регуляторы тембра. - Радио, №1, 1999, с.14-15

3.Носимая стереомагнитола Panasonic RX-FS410.- Радио, №8, 2000, с.40-41

4. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. - М.:Мир, 1982 - с.512

5. Пахомов А.. Пути улучшения носимых магнитол. - Радиохобби, №3, 2001. с.52, 53.

6. Усилители низкой частоты - интегральные схемы. - М.:Патриот, 1995 - с.264

7. http://www-eu3.semiconductors.com/pip/TDA1519

8.А. Шихатов. Старое, но золотое - http://www.bluesmobil.com/shikhman/arts/oldamp.htm

9. Пахомов А. УКВ конвертер с режекторным фильтром. - Радио, №9, 2000, с.19.