ДИНАМИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР - ШУМОПОДАВИТЕЛЬ

                                                    =================В. ШУТОВ=================

      Предлагаемый вниманию читате­лей шумоподавитель предназна­чен для работы в тракте магни­тофона, электрофона (в том числе с пьезокерамическим звукоснимате­лем), усилителя НЧ и т. п. От других устройств подобного типа он отличается весьма глубоким подавлением высоко­частотных шумов, малой слышимостью срабатывания, возможностью регулиро­вания порога срабатывания, высоким входным сопротивлением, сравнительно небольшими нелинейными искажениями (коэффициент гармоник достигает значения примерно 0,5% лишь при но­минальном уровне сигнала и в полосе частот ниже 500 Гц, на всех же других частотах и при меньшем уровне сигна­ла он существенно меньше); малым прониканием управляющего напряже­ния в цепь сигнала и, наконец, хо­рошей повторяемостью (восемь собран­ных разными людьми шумоподавителей настроены без какого-либо предвари­тельного подбора деталей). Остальные технические характеристики шумопода- вителя следующие:

     Номинальное входное напряжение.мВ. ...250

     Входное сопротивление, МОм.  ... 1

      Подавление высокочастотных шумов, дБ, не менее, при уровне 

       входного снгнала <—40 дБ на частоте 20 кГц ...20

      Диапазон регулирования порогового уровня входного сигнала, дБ ... —40...—30

      Частота среаа АЧХ, кГц. при уровне входного сигнала —40 дБ ... I

      Крутизна ската АЧХ в полосе подав­ления, дБ на октаву....  6

      Крутизна сквта АЧХ ФВЧ канала управления, дБ на охтаву .... 20

      Коэффициент гармоник %- не более.... 0.5 

       Коэффициент передачи ..... 0,7

       Напряжение питания, В - б...10

Принципиальная схема устройства показана на рис. 1.

 Шумоподавитель состоит из входного истокового пов­торителя (VI), управляемого ФНЧ (V2. R8, С6), выходного эмиттерного повторителя (V4), активного ФВЧ чет­вертого порядка (V5, V6) с эмиттерным повторителем (V7) на выходе и вы­прямителя отфильтрованного сигнала (V8, V9). Переключателем S1 шумо­подавитель можно выключить из трак­та. Сигнал на выход устройства в этом случае подается через истоковый пов­торитель на транзисторе V1.

Функции звена, воздействующего на спектр исходного сигнала, выполняет управляемый ФНЧ, частота среза ко­торого плавно изменяется в пределах 1 ..20 кГц при переходе полевого тран­зистора из закрытого состояния в от­крытое. Повторители на транзисторах V1 и V4 согласуют ФНЧ соответственно с источником сигнала и нагрузкой, подключаемой к шумоподавителю. Уп­равляющее состоянием транзистора V2 напряжение огибающей высокочастот­ной компоненты сигнала выделяется выпрямителем на диодах V8, V9, под­ключенным к выходу активного ФВЧ. Для исключения влияния низкочастот­ных составляющих сигнала на тран­зистор V2 крутизна АЧХ ФВЧ выбрана большой — около 20 дБ на октаву.( Отличие крутизны от теоретической для фильтра такого порядка — 24 дБ на октаву — вызвано тем, что для по­лучения достаточно большого коэффи­циента передачи сопротивления рези­сторов R16 и R21 пришлось уменьшить по сравнению с оптимальными значе­ниями, необходимыми для обеспечения указанной крутизны). Частота сре­за ФВЧ выбрана равной 1 кГц.

При малом (меньшем порога сраба­тывания) уровне высокочастотных со­ставляющих напряжение их огибаю­щей на выходе выпрямителя отсут­ствует, и транзистор V2 закрыт постоянным стабилизированным напря­жением, снимаемым с движка подстроечного резистора R24. Благодаря это­му полоса пропускания управляемо­го ФНЧ оказывается ограниченной частотой 1 кГц, а высокочастотные шумы — существенно подавленными.      Повышение уровня высокочастотных составляющих в обрабатываемом сиг­нале приводит к появлению на выходе выпрямителя напряжения отрицатель­ной полярности, частично компенсирую­щего исходное положительное напряже­ние на затворе транзистора V2. В ре­зультате он открывается, причем тем в большей степени, чем выше их уровень, и полоса пропускания ФНЧ расши­ряется. Высокочастотные шумы в этом случае не подавляются, но их заметность резко падает из-за маскирующе­го действия полезного сигнала. Порог подавления шумов регулируют пере­менным резистором R4.

Диод V3 предотвращает попадание напряжения отрицательной полярности с выхода выпрямителя на затвор тран­зистора V2 при больших уровнях сигна­ла. Тем самым практически исклю­чается проникание управляющего на­пряжения в цепь обрабатываемого сигнала и обеспечивается защита тран­зистора V2.

Конденсатор С5 уменьшает нелиней­ные искажения, вносимые шумоподавителем. Дело в том, что при входных сигналах, близких к номинальным, и одновременно широком их спектре может создаться ситуация, когда тран­зистор V2 открыт не полностью и к его каналу приложено большое напряже­ние низкой частоты. Не будь конден­сатора С5, оно воздействовало бы на участок затвор — сток полевого транзи­стора V2 из-за чего он при каждом положительном полупериоде напряже­ния заходил бы в область отсечки, а это вызывало бы нелинейные иска­жения сигнала. При подаче на затвор транзистора части входного сигнала с резистора R6 через конденсатор С5 , это явление проявляется в значительно меньшей степени, и нелинейные иска­жения снижаются до приемлемых зна­чений.

В случае, если шумоподавитель не предполагается использовать с пьезокерамическим звукоснимателем или дру­гим источником сигнала с высоким выходным сопротивлением, целесооб­разно входной истоковый повторитель заменить эмиттерным. Это позволит увеличить коэффициент передачи до 0,9 ...0,95 и несколько снизить нелиней­ные искажения. Для сохранения рисун­ка печатной платы и устранения склон­ности к самовозбуждению в эмиттерном повторителе рекомендуется исполь­зовать низкочастотный транзистор МП38А (его базу подключают к ре­зистору R3 и конденсатору С1, коллек­тор — к проводу питания, а эмиттер — к точке соединения конденсаторов С2, С4 и резистора R4). Сопротивления ре­зисторов R1 и R2 при такой замене не­обходимо уменьшить до 22 кОм, резис­тора R3 — до 18 кОм, а емкость кон­денсатора С1 увеличить до 5 мкФ (он может быть электролитическим на номинальное напряжение 10... 16 В; полярность включения зависит от по­тенциала на выходе источника сигна­ла). Если же источник сигнала допу­скает подключение низкоомной на­грузки, входной повторитель можно во­обще исключить, подав сигнал через конденсатор емкостью 10... 15 мкФ не­посредственно на верхний (по схеме) вывод переменного резистора R4.

Конструкция и детали. В шумоподавителе можно использовать малогаба­ритные резисторы МЛТ-0,125, МЛТ 0,25, конденсаторы К10-7В, КМ и К50-6, подстроечные резисторы СПЗ-16 (R6. R24), переменный резистор (R4) любо­го типа группы А. Вместо транзисторов КТ315Б можно применить любые тран­зисторы серий KT3I2, KT3I5, важно лишь, чтобы экземпляры, предназначенные для работы в ФВЧ, имели ста­тический коэффициент передачи тока h1₂1Э>80. Транзистор КП103Ж (V2) можно заменить транзисторами этой серии с индексами И, К, Л, выбрав из них экземпляр с напряжением от­сечки не более 2В. Несколько сложнее обстоит дело с транзистором КПЗОЗИ (VI). В принципе, вместо него можно установить любой транзистор этой се­рии, однако не исключено, что при этом возрастет коэффициент гармоник. Следует также иметь в виду, что ток утечки конденсатора С7 должен быть по возможности малым, иначе возмож­но возникновение модуляционных помех из-за проникания управляющего на­пряжения в цепь обрабатываемого сиг­нала. Диоды КД521Г можно заменить диодами Д220, Д223 и т. п.

Детали шумоподавителя смонтиро­ваны на печатной плате (рис. 2), изготовленной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. При изготовлении двухканального варианта рисунок печати для второго канала можно сделать зеркальным по отноше­нию к показанному на рис. 2 (именно так выполнен шумоподавитель, внеш­ний вид которого приведен на рис 3).

При питании от стабилизированного источника стабилитрон V10 можно исключить, заменив его резистором та­кого сопротивления, при котором на­пряжение на верхнем (по схеме) выво­де подстроечного резистора R24 со­ставляет 5,5.. 6,5 В.

Налаживание шумоподавителя сво­дится к установке начального смеще­ния на затворе транзистора V2 и мини­мизации нелинейных искажений. Обе операции рекомендуется производить при напряжении питания, равном 9 В. Установив движки всех переменных резисторов и переключатель S1 в ниж­нее (по схеме) положение, подают на вход устройства сигнал напряжением 2,5 мВ (—40 дБ относительно номиналь­ного уровня) и частотой 20 кГц, а к выходу подключают осциллограф, или милливольтметр переменного тока. Пе­ремещая движок подстроечного рези­стора R24 вверх (по схеме), устанав­ливают на затворе транзистора V2 та­кое исходное смещение, при котором он закрыт, но находится на пороге открывания. Судят об этом по напря­жению на выходе шумоподавителя, которое, начиная с некоторого положе­ния движка, перестает убывать. В най­денном таким образом положении дви­жок фиксируют, а затем перемещением движка резистора R4, увеличивают до максимума напряжение сигнала на вхо­де ФВЧ. Транзистор V2 должен при этом чуть-чуть приоткрыться, а уровень напряжения на выходе — незначитель­но возрасти.

Оставив движок резистора R4 в верх­нем (по схеме) положении, подклю­чают к выходу измеритель нелинейных искажений и увеличивают входной сиг­нал до 250 мВ, а его частоту пони­жают до 400 Гц. Минимальных нели­нейных искажений добиваются подстроечным резистором R6. Если коэффи­циент гармоник превышает 0,5...0.7%, проверяют линейность входного истокового повторителя, для чего переклю­чатель S1 переводят в положение «Выкл » (выключено). Минимума иска­жений, вносимых этим каскадом, до­биваются подбором резистора R2. За­вершают налаживание снятием АЧХ шумоподавителя при разных уровнях входного сигнала, которые должны со­ответствовать показанным на рис 4 (заштрихована область разброса АЧХ, обусловленная неточностью установки движка резистора R24)

Нормальное положение движка пере­менного резистора R4 при эксплуата­ции — верхнее (по схеме). Пороговый уровень в этом случае составляет —40 дБ. При прослушивании «зашумленных» фонограмм, например записей, сделанных со старых, изношенных грам­пластинок, пороговый уровень прихо­дится поднимать, с тем чтобы он стал несколько выше уровня шумов фоно­граммы. Верхнее значение порога по­давления (движок резистора в ниж­нем — по схеме — положении) огра­ничено уровнем —30 дБ (при ббльших пороговых уровнях искажения динами­ческого диапазона, вносимые шумоподавителем, становятся неприем­лемыми).

г. Кимовск Тульской обл.

От редакции.

 Шумоподавитель, изготов­ленный автором статьи, по просьбе редак­ции был испытан группой любителей маг­нитной записи. Качество его работы оце­нивалось субъективно, путем сравнения с работой шумопонижающего устройства DNL «Филипс» при прослушивании фоног­рамм на кассетном магнитофоне с пара­метрами второго класса. Отношение сиг­нал/шум исходных фонограмм составляло 44...48 дБ. По оценке участников испыта­ний, шумоподавитель В. Шутова обеспе­чивает эффективное понижение шумов, причем частотный диапазон, в котором ощущается улучшение отношения сигнал/ шум, оказался у него шире, а глубина по­давления шумов (особенно в паузах) — больше, чем у шумоподавителя DNL. Слы­шимость срабатывания обоих устройств примерно одинакова и в основном зависит от фонограммы: чем лучше исходное от­ношение сигнал/шум, тем менее заметны переключения шумоподавителей.

В числе достоинств описанного в статье устройства называлась также возможность оперативной регулировки порога срабаты­вания, позволяющей выбрать его опти­мальное значение для конкретной фоног­раммы.