Оглавление:
Аналоговый стрелочный индикатор (стрелочник, VU meter) представляет собой электро-механическийй измерительный прибор с подвижной катушкой. Это пассивное устройство, отображающее уровень сигнала, обычно аудиооборудования. Даже сегодня аналоговые измерители уровня звука находят практичное применение как для профессионального, так и для любительского использования. В продаже доступно множество подобных стрелочников в различных формах и часто по вполне дешевым ценам, а в некоторых случаях их можно бесплатно добыть с разборки старой электроники.
Основы измерения уровня громкости
По сути, аналоговый измеритель уровня напряжения представляет собой пассивное электромеханическое устройство, а именно амперметр постоянного тока на 200 мкА, питаемый от двухполупериодного германиевого выпрямителя, установленного внутри корпуса. Масса указателя (стрелки) вызывает относительно медленный отклик, который, по сути, интегрирует или сглаживает сигнал со временем нарастания и спада на 300 мс — времени, необходимого для достижения 99% его хода в любом направлении.
Поскольку аналоговый измеритель уровня громкости является механическим устройством, он не сможет отражать мгновенные пики сложных аудиосигналов. Поэтому разработчики использовали упрощенный подход и создали измеритель, который не детектирует пики, а просто выводит их среднее значение.
Настоящий измеритель уровня громкости имеет очень специфическую характеристику, он реагирует на изменение аудиосигналов с очень точной скоростью, повышаясь от уровня отсутствия сигнала до 99% от 0 VU при подаче синусоидального сигнала частотой 1 кГц в течение 300 мс (баллистические характеристики устройства не позволяет точно регистрировать переходные сигналы длительностью менее 330 мс).
Обратите внимание, что 0 VU, также часто называемый 0 дБ, равен +4 dBu, или 1,228 В (среднеквадратичное значение), то есть мощности около 2,5 мВт при приложении к нагрузке 600 Ом. Измеритель уровня громкости регистрирует 0 — нулевой уровень на своей шкале, когда напряжение равно 0,775 В при 1 мВт и 600 Ом. Обычно это изменяется так, что ноль соответствует примерно 1,23 В (или +4 dBu).
Поведение измерителя уровня громкости, первоначально разработанного для измерения и стандартизации уровней сигнала в телефонных линиях, определено в ANSI C16.5-1942, стандарте BS 6840 и IEC60268-17.
В любом случае, из-за очень жестких механических допусков, необходимых для соблюдения правил, очевидно что предварительные условия не будут соблюдены в подавляющем большинстве бытовых, а иногда и профессиональных случаев.
Данное устройство с подвижной катушкой, откалибровано для отображения уровня аудиосигнала в единицах дБ. В системах Hi-Fi это помогает ограничить уровень входного сигнала, чтобы стрелка не превышала 0 дБ.
Измерители уровня громкости обычно имеют диапазон от –20 до +3 дБ, где 0 VU соответствует +4 дБ для синусоидального сигнала частотой 1 кГц. Время нарастания и спада измерителя составляет 300 мс, а это означает, что если внезапно подать постоянную синусоидальную волну амплитудой 0 VU, измерителю потребуется 300 мс, чтобы достичь 0 на шкале. Он ведет себя как полноволновое усредняющее устройство и конечно не является оптимальным для измерения пиковых уровней.
В качестве примечания: дБ — это относительная величина, которая количественно определяет соотношение между двумя значениями, тогда как дБм выражает абсолютный уровень мощности в децибелах и относится к 1 мВт. Величина dBu обычно используется в спецификациях для обозначения входных и выходных уровней аудиооборудования. Номинал +4 dBu в спецификациях подразумевает опорное (или номинальное) напряжение 1,23 В. Имейте в виду, что напряжение не зависит от децибел линейно, это логарифмическая функция.
Опять же, dBu — это аббревиатура дБ применительно к напряжению. В этом случае нулевой опорный сигнал (0 dBu) составляет 775 мВ, но не предполагает никакого сопротивления нагрузки. При 600 Ом dBu равен дБм, что означает, что 775 мВ производит мощность 1 мВт.
Формула для расчета dBu: 20 log (V2/V1), где V1 и V2 — два напряжения. При этом можем увидеть, что 20 log (1,23/0,775) = +4 dBu.
- dBu = 20 log В/0,775, где напряжение не зависит от сопротивления.
- дБм = 20 log В/0,775, где напряжение измеряется на сопротивлении 600 Ом.
- дБВ = 20 log В/1
Пассивный аналоговый измеритель уровня громкости
Самым большим преимуществом аналогового измерителя громкости является то, что он обеспечивает хорошую индикацию среднего уровня звука (того, что в конечном итоге услышит слушатель). Теперь вспомните, что вольтметр не считывает среднеквадратичное значение напряжения – он просто считывает среднее значение выпрямленного сигнала. Так давайте рассмотрим, как сделать пассивный аналоговый измеритель уровня громкости. Одним из ключевых преимуществ предлагаемого проекта является то, что схема полностью пассивна — не требует источника питания.
Сейчас уже сложно найти относительно дешевые, но специализированные аналоговые измерители уровня громкости. Поэтому, если не можете получить такой стрелочник, вам может потребоваться использовать имеющийся измеритель постоянного тока (от 200 мкА до 500 мкА/от 500 Ом до 1 кОм) и добавить шкалу измерителя уровня и диодный мост с низким падением напряжения вместе с конденсатором.
Предложенная схема пассивного аналогового логарифмического измерителя уровня, предназначена для работы с УМЗЧ, способным выдавать среднеквадратическую мощность 80 Вт при нагрузке 8 Ом. Её можно легко изменить на другие уровни мощности или сопротивления.
Эта идея использует логарифмическую характеристику диодов для получения логарифмического отклика электромеханического микроамперметра. Поскольку схема полностью пассивна, она не требует источника питания, не имеет проблем с общими заземлениями и, следовательно, может использоваться с любым усилителем мощности звука.
Аналоговый измеритель уровня своими руками
Вот еще один пассивный аналоговый измеритель уровня громкости, а также несколько советов, чтобы вы могли создать свою собственную версию.
Аналоговый измеритель миллиампер (мА) с подвижной катушкой, взятый из дешевого тестера аккумуляторов BT-168, является ключевой частью этого устройства. Но здесь можно использовать и любой другой стандартный измеритель уровня мкА-мА, если схема настроена правильно. При подключении к громкоговорителю на выходе любого усилителя мощности звука этот измеритель уровня громкости дает приблизительные показания уровня звука. Подстроечный резистор можно использовать для настройки чувствительности, в соответствии с выходной мощностью УНЧ.
Здесь стоит отметить, что разные стрелочники имеют разную степень механического или электромеханического демпфирования. Таким образом, буферный конденсатор будет выбран методом подбора.
Также пиковое напряжение диода Шоттки должно быть в два раза выше, чем у громкоговорителя. Например, мощность 10 Вт на громкоговорителе сопротивлением 8 Ом имеет среднеквадратичное напряжение 8,9 В RMS и пиковое напряжение 12,6 В. Таким образом, на выводах диода будет напряжение около 25 В. Обратите внимание, что диод Шоттки не имеет решающего значения в этой грубой схеме, в качестве замены можно использовать и стандартный кремниевый 1N4007.
В настоящее время имеются серийно выпускаемые аналоговые измерители уровня громкости с подсветкой и интегрированной схемой активного электронного драйвера. Вот фотография «измерительной головки VU», которую можно увидеть во многих интернет-магазинах.
У многих онлайн-продавцов также доступны различные комплекты аналогичных двойных измерителей уровня громкости. Но цена там почти как за целый УНЧ, поэтому лучше спаять подобный индикатор самому.
