Эквалайзер - это устройство, которое позволяет изменять амплитудно-частотную характеристику звукового сигнала. Оно используется для коррекции звучания в звукозаписи, акустических системах и других звуковых устройствах. Параметрический эквалайзер отличается от обычного тем, что корректирует не весь спектр сразу, а только заданные диапазоны частот. Рассмотрим подробнее принцип работы и схему параметрического эквалайзера.
Принцип работы
В отличие от графического эквалайзера, который имеет регуляторы на каждую полосу частот, параметрический эквалайзер позволяет выделять и корректировать узкие диапазоны частот. Это достигается за счет использования фильтров.
Основными параметрами настройки являются:
- Центральная частота (Frequency) - частота, на которую будет воздействовать фильтр
- Добротность (Q) - ширина полосы частот, которая будет затронута
- Усиление/ослабление (Gain) - степень усиления или ослабления сигнала на заданной частоте
Изменяя эти параметры, можно точно настроить нужный участок АЧХ.
Типы фильтров
В параметрических эквалайзерах используются разные типы фильтров:
- Фильтр низких частот (Low shelf)
- Фильтр высоких частот (High shelf)
- Пиковый фильтр (Peak)
- Фильтр низких частот (Low cut)
- Фильтр высоких частот (High cut)
Пиковые фильтры позволяют усилить или ослабить определенный узкий диапазон частот. Фильтры низких и высоких частот воздействуют на весь низкочастотный или высокочастотный спектр соответственно.
Схема эквалайзера схема
Рассмотрим пример схемы простейшего параметрического эквалайзера на двух пиковых фильтрах.
В схеме используются два операционных усилителя TL071. Первый ОУ работает как фильтр низких частот, второй - как фильтр высоких. Частоты среза задаются конденсаторами C1, C5 и резисторами R2, R6. Усиление регулируется резисторами R3 и R7.
Такая простая схема уже позволяет независимо управлять нижним и верхним спектром звука. Для более точной настройки можно добавить дополнительные фильтры и регулировки.
Цифровой параметрический эквалайзер
Современные эквалайзеры часто выполняются цифровыми. В них фильтрация и обработка сигнала происходит при помощи цифрового сигнального процессора (DSP).
Преимущества цифровых эквалайзеров:
- Более гибкие возможности по настройке параметров
- Возможность сохранять и вызывать готовые пресеты
- Удобное управление через дисплей и меню
Цифровая обработка сигнала позволяет добавлять в эквалайзеры дополнительные эффекты, такие как реверберация, задержка, компрессия.
Применение
Параметрические эквалайзеры широко используются в звукозаписи и озвучивании:
- Для настройки звучания музыкальных инструментов и голоса при записи
- Для коррекции частотной характеристики акустических систем
- В составе микшерных пультов и процессоров эффектов
- Для точной подстройки звука под акустику помещения при озвучивании мероприятий
Гибкость настройки параметрического эквалайзера позволяет добиться оптимального звука в разных условиях.
Типы пиковых фильтров
Рассмотрим более подробно различные типы пиковых фильтров, которые применяются в параметрических эквалайзерах.
Фильтр типа «peak» - простой резонансный фильтр, который усиливает сигнал в узкой полосе частот.
Фильтр типа «dip» работает как противоположность «peak» - он ослабляет выбранный диапазон.
Фильтр «bell» имеет более плавные срезы по краям полосы.
Фильтр «shelf» усиливает/ослабляет все частоты выше/ниже заданной.
Выбор типа фильтра зависит от поставленной задачи коррекции звука.
Управление параметрами
Для удобства управления параметрами фильтров в эквалайзерах используются:
- Поворотные регуляторы
- Ползунковые регуляторы
- Кнопки выбора пресетов
- Цифровые дисплеи
Более продвинутые модели имеют компьютерное управление через MIDI или USB.
Сохранение пресетов позволяет быстро вызывать нужные настройки.
Выбор числа полос
Параметрические эквалайзеры могут иметь от 2 до 31 полосы регулировки. Большее число полос дает большую гибкость, но требует более тщательной настройки.
Для большинства задач достаточно 5-10 полос. Менее 4 полос используется редко, т.к. слишком ограничивает возможности.
Встраивание в звуковой тракт
Параметрические эквалайзеры могут встраиваться в звуковой тракт различными способами:
- Внешний напольный процессор
- Модуль в микшере или пульте
- Встроенный в усилитель or активную акустику
- Плагин в DAW прибой при записи или микшировании
Выбор зависит от имеющегося оборудования и поставленных задач.
Цифровая реализация
Алгоритмы параметрического эквалайзера могут быть реализованы на цифровом сигнальном процессоре (DSP). Это дает следующие преимущества:
- Гибкость в настройке параметров фильтров
- Возможность добавления дополнительных эффектов
- Сохранение и вызов пресетов
- Автоматизация управления
Цифровая обработка также позволяет имитировать поведение аналоговых фильтров для сохранения теплого звучания.
Выбор операционных усилителей
Для построения аналоговых фильтров в параметрических эквалайзерах часто используются операционные усилители (ОУ). Рассмотрим основные требования к ним.
ОУ должны иметь:
- Низкий уровень собственных шумов
- Высокую линейность
- Широкую полосу пропускания
- Низкие нелинейные искажения
Популярные модели ОУ:
- TL071 - дешевый вариант с удовлетворительными характеристиками
- NE5532 - менее шумный профессиональный ОУ
- OPA2134 - ОУ класса hi-fi
Активные и пассивные фильтры
Фильтры в параметрических эквалайзерах могут быть пассивными и активными.
Пассивные фильтры используют только резисторы и конденсаторы. Они просты, но имеют потери.
Активные фильтры на ОУ не вносят потерь, но требуют питания.
В большинстве эквалайзеров применяются активные фильтры для сохранения качества сигнала.
Управление фильтрами
Для изменения параметров фильтров в эквалайзерах используются:
- Переменные резисторы
- Потенциометры
- Коммутаторы конденсаторов
- Цифровое управление через ЦАП
Автоматическое управление от ЦАП позволяет реализовать пресеты и программируемые последовательности.
Теплый аналоговый звук
Многие музыканты предпочитают теплый окрашенный звук аналоговых эквалайзеров холодному "цифровому" звучанию.
Для имитации аналогового звука в цифровых эквалайзерах используются:
- Моделирование нелинейностей аналоговых фильтров
- Добавление искажений и шумов
- Имитация "прогрева" электроники оборудования
Это позволяет получить приятное аналоговое звучание даже при полностью цифровой обработке.
Применение в музыкальных стилях
Параметрические эквалайзеры широко используются в разных музыкальных стилях.
Например, в электронике эквалайзеры применяются для создания узкополосных эффектов типа "телефонный" звук.
В классической музыке они помогают выделять отдельные инструменты при микшировании.
В rock и металле эквалайзеры улучшают звучание электрогитар.
Хип-хоп исполнители часто используют их для усиления низких частот битов и бас-партий.
Выбор элементной базы
При разработке аналоговых параметрических эквалайзеров большое значение имеет правильный выбор элементной базы.
Основные компоненты:
- Операционные усилители
- Резисторы
- Конденсаторы
Операционные усилители должны иметь низкий уровень шумов и искажений. Популярные модели - TL071, NE5532, LM833.
Резисторы выбирают прецизионные с допуском 1-5%. Рекомендуемые серии - МЛТ, ППБ.
В качестве конденсаторов используются керамические, слюдяные, пленочные. Необходимо обеспечить стабильность параметров.
Подбор пассивных компонентов
При расчете схемы фильтров важно правильно подобрать номиналы резисторов и конденсаторов в соответствии с требуемыми параметрами фильтрации.
Существуют online-калькуляторы, упрощающие подбор компонентов. Также можно воспользоваться типовыми схемотехническими решениями.
Необходимо учитывать наличие и точность номиналов компонентов, доступных для закупки. Желательно минимизировать количество уникальных номиналов.
Монтаж и настройка
После изготовления печатной платы производится монтаж и настройка эквалайзера.
Основные этапы:
- Пайка компонентов
- Проверка соединений и тестирование
- Установка элементов управления
- Настройка и проверка фильтров
Важно соблюдать правила электробезопасности и меры антистатической защиты при монтаже.
Подключение эквалайзера
Для работы эквалайзера необходимо правильно подключить:
- Вход и выход аудиосигнала
- Питание операционных усилителей
- Органы управления
Следует использовать качественные экранированные аудиокабели и блоки питания для минимизации шумов и наводок.
Применение эквалайзера э014с
Рассмотрим применение отечественного параметрического эквалайзера э014с. Этот эквалайзер выпускался для профессиональных студий звукозаписи в СССР.
Имеет 3 полосы регулировки, реализован на дискретных транзисторах и микросхемах. Обладает характерным теплым звучанием и до сих пор используется в озвучивании и студийной работе.
