Несколько месяцев назад я пообщался со своим старым товарищем из прошлой жизни. Посидели, выпили, и стали рассказывать друг другу кто чем занимается. И оказалось, что товарищ интересуется довольно интересной штукой – бинауральным приемом. "Это что и зачем оно тебе?" спрашиваю я его. А он рассказывает: "А вот что. Вот представь себе, что ты крутишь ручку настройки приемника. И вот откуда-то справа снизу появляется станция. Ты подстраиваешься, станция становится громче, выплывает, перемещается почти в центр "виртуального звукового пространства", заполняет его. В это время где-то слева вверху кто-то даёт телеграфом общий вызов, а где-то позади, чуть правее, два приятеля обсуждают настройки трансивера".
Идея создания и исследования такого искусственного псевдо-стереофонического пространства применительно к радиоприёму мне показалась интересной. И вот я долго собирался, думал, и наконец-то созрел для проведения серии экспериментов по этой тематике.
Немного теории:
Скрытый текст
Благодаря тому, что человек имеет бинауральный слух, два уха, два локатора, поставляющие тому процессору, который находится между ними, - мозгу – информацию о звуковом окружении, мозг может определять, где в окружающей его среде находятся различные источники звука, т.е. локализовать их в пространстве.
Бинауральный слух позволяет человеку не только определить местонахождение того или иного источника звука, но и оценить расстояние, на котором он находится.Это также способствует более точной идентификации источников звука.
Бинауральный эффект, т.е. использование передаваемой по двум независимым каналам звуковой информации, создаёт стереоэффект, при котором различные источники звука как бы обособлены и находятся в разных точках некого виртуального звукового пространства.
В частности, некое подобие настоящей стереофонии представляет собой псевдо-стереофония, при которой иллюзия звукового пространства с локализацией в нём источников звука достигается путём искусственного разделения исходного звукового потока на два канала с последующим приданием различным элементам потока в одном из каналов определенных отличий от второго - уровня, фазы, задержки и т.п.
Начать решил с постройки двухканального УНЧ, с которым буду экспериментировать дальше, и который описываю ниже. В дальнейшем буду выкладывать в этой теме то, что из этого будет получаться.
Построенный УНЧ обладает следующими свойствами и характеристиками:
- Два независимых канала с номинальной мощностью 1Вт реализованы на TDA7052A.
- Электронное управление уровнем сигнала реализовано на базе встроенных в TDA7052A электронных потенциометров, т.е. постоянным напряжением на управляющем входе микросхемы. Это позволит в будущем удобно управлять уровнем сигнала от внешних источников постоянного напряжения – аналоговых (ОУ) или цифро-аналоговых (АЦП).
- Встроенные в каждый канал пассивные ФНЧ 5-го порядка с частотой среза 4,3кГц по уровню -3дб или примерно 5кГц по уровню -6дб. Частота среза выбрана экспериментально из следующих соображений: она не должна быть слишком узкой, т.к. нужно обеспечить достаточную "ширину звукового пространства", но и не слишком широкой, т.е. ее нет смысла делать намного шире, чем полоса пропускания тракта ПЧ приёмника.
- Двухканальный малошумящий предварительный усилитель с АРУ реализован на BA3308. Параметры АРУ – динамика и степень воздействия на сигнал - могут управляться внешним сигналом, например, полевым транзистором в режиме управляемого сопротивления или оптроном.
- На входе УНЧ и перед оконечными каскадами установлены регулируемые делители напряжения. Общий суммарный коэффициент усиления УНЧ с учётом входных и промежуточных делителей напряжения – примерно 40дб. При отключенной системе АРУ и полностью введенных потенциометрах делителей напряжения усилитель обеспечивает в каждом из каналов выходное напряжение примерно 2,8В (ампл). на нагрузке 8 Ом при входном сигнале примерно 30мВ (ампл).
- Поскольку BA3308 – это малошумящий микрофонный усилитель, УНЧ получился очень чувствительным и малошумящим. Входные регулируемые делители напряжения позволяют привести напряжение входного сигнала к уровню, при котором обеспечивается нормальная работа BA3308, т.е. несколько милливольт.
- Дополнительные делители напряжения на входе оконечного УНЧ позволяют адаптировать выходные каскады УНЧ под реальные уровни входного сигнала таким образом, чтобы он выдавал номинальную выходную мощность при таком уровне входного сигнала, при котором работает АРУ.
- Без входных делителей напряжения номинальная выходная мощность достигается уже при 1мв ампл. входного напряжения, а с отключенными промежуточными делителями – еще в несколько раз выше. Суммарный максимально достижимый коэффициент усиления УНЧ получается порядка 60+35 = 95 дб. Возможно, его можно будет использовать и для ППП.
- За счет особенностей построения АРУ (встроенный компаратор, при превышении некоторого уровня входного напряжения мгновенно заряжающий конденсатор, который впоследствии медленно разряжается через резистор нагрузки) обеспечивается быстрая атака и медленный спад. Это как раз то, что нужно для приёма SSB.
- При полностью введенных потенциометрах входных делителей компаратор системы АРУ включает управляющее воздействие при уровне входного сигнала порядка от 100мВ. При дальнейшем повышении уровня входного сигнала амплитуда выходного сигнала остаётся неизменной до определенного предела примерно 300мВ, после чего нелинейные искажения резко возрастают. В диапазоне от примерно 100 до 300мВ входного сигнала, когда компаратор подключает АРУ, обеспечивается мягкая компрессия. В сочетании с малым временем атаки это позволяет устранить хлопки по ушам при внезапном появлении сильного входного сигнала.
- АЧХ усилителя показана на графике:
- Схема усилителя:
- Пара фотографий в начале и после сборки:
Видео с записью трех различных фрагментов местного УКВ вещания с плеера (смартфон всё-таки немного портит звук, в реальности усилитель звучит лучше).
https://www.youtube.com/watch?v=mswE7K66Cic
Дисплей в середине экрана - напряжение АРУ. Справа осциллограмма выходного сигнала. Ниже - напряжение питания и потребляемый ток.
Далее планирую заниматься обработкой звука в каждом из каналов, построю ФНЧ и ФВЧ, фазовращатели, управляющие усилением, и т.п. В общем, собираюсь поэкспериментировать с бинауральным приемом. Предполагаю, что это может улучшить читаемость станций.