P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E
PROJ EKT Y Z AGRANI CZ NE
Eliminator hałasów, część 1
Urządzenie przedstawione mołe byĘ skuteczny w przypadku
Zagadnienie likwidacji
w artykule zostało w pełni spraw- wi�kszości d�wi�k�w dochodzą-
zakł�ce� akustycznych,
dzone i przetestowane. Przezna- cych z otoczenia, natomiast
zwanych potocznie hałasem
czone jest przede wszystkim dla w przypadku np. wiatraczka chło-
jest problemem, nad kt�rym
tych elektronik�w - amator�w, dzącego zasilacz komputera mołe
głowią si� całe pokolenia
kt�rych zamiarem jest wykonanie okazaĘ si� rewelacyjny.
akustyk�w i konstruktor�w
jego kopii, nie zaś majsterkowanie Tym razem r�wnieł trudno jest
urządze� elektronicznych.
w oparciu o garśĘ informacji i kil- dokładnie określiĘ stopie� tłumie-
W artykule prezentujemy
ka schemat�w. Jeśli w systemie nia zakł�ce�, jednak przy staran-
urządzenie, kt�re - jak
zostaną zastosowane podane nym wykonaniu układu osiągni�-
twierdzi autor działa...
w wykazie element�w mikrofony cie tłumienia przekraczającego
oraz słuchawki, to całośĘ powinna 40dB, dla sygnału o określonej
przynieśĘ bardzo dobre efekty. cz�stotliwości z pojedynczej cz�s-
Ułycie innych mikrofon�w lub totliwości w środkowej cz�ści pas-
słuchawek nie zapewnia uzyska- ma akustycznego, wydaje si� moł-
nia podobnych rezultat�w. liwe. Oznacza to co najmniej 100-
Parametry urządzenia w dułym krotne stłumienie amplitudy.
stopniu zalełne są od jakości Urządzenie jest wyposałone
zastosowanych mikrofon�w i uzys- w wejście stereo i mołe wsp�łpra-
kanie dobrych wynik�w przy za- cowaĘ z walkmanami, odbiorni-
stosowaniu tanich mikrofon�w nie kiem TV, sprz�tem Hi-Fi, itp.
wydaje si� mołliwe. JakośĘ słu- Umołliwia wi�c odsłuch muzyki
chawek wydaje si� mieĘ nieco czy oglądanie program�w TV przy
mniejsze znaczenie, ale i one po- obniłonym poziomie zakł�ce�.
winny byĘ przyzwoitej klasy. W odr�łnieniu od prymityw-
nych środk�w, takich jak stopery
Wst�p do uszu, kt�re nie pozwalają na
Naleły oczywiście uprzedziĘ słuchanie ładnych d�wi�k�w,
wszystkich potencjalnych ułyt- urządzenie posiada zasadniczą za-
kownik�w, łe przedstawiane urzą- let� elektronicznych układ�w do
dzenie nie zapewnia 100% sku- redukcji zakł�ce� - pozwala na
teczności tłumienia zakł�ce�. Nie słuchanie wszystkich d�wi�k�w,
pozwoli ono na odsłuch całkowi- kt�re mołna do niego wprowadziĘ
cie wolny od tła akustycznego, ale w postaci sygnał�w elektrycznych.
pracując w trybie zwykłym za-
pewni dosyĘ wysokie tłumienie Dwie fazy
zakł�ce� znajdujących si� w nił- System eliminacji zakł�ce� wy-
szej i średniej cz�ści pasma akus- korzystuje fakt, łe b�dące w prze-
tycznego. ciwfazie sygnały po dodaniu do
Trudno jest dokonaĘ precyzyj- siebie dają w wyniku zero. Inny-
nych pomiar�w skuteczności ta- mi słowy, urządzenie wytwarza
kiego urządzenia. Szacowane tłu- sygnał, kt�rego faza jest przeciw-
mienie zakł�ce� wynosi od 20dB na do fazy zakł�cenia - ma taką
do 30dB, inaczej m�wiąc ampli- samą wartośĘ amplitudy, ale prze-
tuda zakł�ce� zostaje zredukowa- ciwną polaryzacj� (rys. 1).
na 10-krotnie lub nawet 30-krot- ByĘ mołe termin �polaryzacja�
nie. nie został tu ułyty w najwłaściw-
Działanie układu na kra�cach szy spos�b, ale chodzi o podnie-
pasma akustycznego jest gorsze ze sienie ciśnienia d�wi�ku, mające
wzgl�du na rozbiełności charak- na celu przeciwdziałanie jego
terystyk fazowych i amplitudo- spadkowi i na odwr�t. Wynik do-
wych mikrofon�w i słuchawek. dania do siebie dw�ch sygnał�w,
Takłe w środkowej cz�ści pasma, kt�rych amplitudy i fazy są jed-
gdzie układ sprawuje si� najle- nakowe, przedstawiony został
piej, mogą wystąpiĘ pewne nie- w g�rnej cz�ści rys. 1, natomiast
Rys. 1. Dodawanie sygnałów
r�wnomierności tłumienia. przypadek r�wnych amplitud
w fazie (a) i (b) prowadzi do
Tryb drugi, to praca urządzenia i przeciwnych faz - w cz�ści dol-
powstania sygnału o podwyższonym
z bardzo wysoką skutecznością, ale nej tego rysunku. Nie jest istotne,
poziomie (c). Dodawanie sygnałów
w bardzo wąskim pasmie cz�stot- czy rozwałane sygnały są elekt-
w przeciwfazie (d) i (e) prowadzi
liwości. Oczywiście tryb ten nie ryczne czy mechaniczne - skutek
do stłumienia sygnału (c).
Elektronika Praktyczna 11/98
13
P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E
kt�rym mołna myśleĘ o przyzwoi-
tym działaniu urządzenia.
Mołna oczywiście eksperymen-
towaĘ z wszelkimi innymi typami
mikrofon�w, nawet z tanimi mik-
rofonami dynamicznymi, w takim
przypadku jednak autor nie przyj-
muje reklamacji, jeśli urządzenie
całkowicie zawiedzie.
Z powod�w wyjaśnionych po-
niłej, mikrofony naleły zamonto-
waĘ na słuchawkach. CałośĘ by-
łaby trudna w eksploatacji, jeśli
przy kałdym uchu znajdowałby
si� duły mikrofon. Mikrofony za-
proponowane w wykazie elemen-
Rys. 2. Schemat blokowy eliminatora zakłóceń. t�w są bardzo małe i lekkie,
a tylko kable łączące z nimi sta-
jest zawsze taki sam. Sygnały są przedsi�wzi�cia. Przetworniki nowią gł�wne elementy utrudnia-
dodawane, a wi�c w przypadku elektroakustyczne nie są doskona- jące uływanie urządzenia.
zgodnych faz sygnał b�dący wy- łe, ale stosując nowoczesne pod-
nikiem tej operacji ma amplitud� zespoły mołna uzyskaĘ bardzo Problem odległości
dwukrotnie wi�kszą. Sygnały o fa- niski poziom zniekształce� fazy słuchający-�r�dło d�wi�ku
zach przeciwnych dają w wyniku i amplitudy. Schemat blokowy eliminatora
zero. Nie ma mikrofon�w o idealnie zakł�ce� przestawia rys. 2. W skład
Omawiany przypadek dotyczy płaskiej charakterystyce cz�stotli- urządzenia wchodzą mikrofony za-
prostych przebieg�w sinusoidal- wościowej w całym pasmie akus- mocowane do słuchawek. Ułycie
nych, ale przedstawiana zasada tycznym. Podobnie jest z prze- głośnik�w mogłoby si� wydaĘ pros-
obowiązuje w przypadku przebie- twornikami elektroakustycznymi: te i skuteczne. Byłoby wygodniej-
g�w o dowolnie skomplikowanych słuchawkami i głośnikami, kt�re sze dla ułytkownika, pojawiają si�
kształtach. Jeśli doprowadzi si� są przyczyną znacznych znie- jednak pewne przeszkody natury
do tego, łe dodawane sygnały kształce� amplitudowych, a ich praktycznej. Ułycie słuchawek jest
b�dą miały przeciwne fazy i jed- charakterystyka cz�stotliwościowa proste i skuteczne. Kałde ucho
nakowe amplitudy, w wyniku za- w znacznym stopniu odbiega od znajduje si� w niewielkiej odległoś-
wsze uzyskamy zerowy sygnał. płaskiej. Zazwyczaj ich charakte- ci od przetwornika d�wi�ku.
rystyka fazowa takłe odbiega od W przypadku zestaw�w głośniko-
Łatwo w elektronice liniowej. Tak wi�c, mimo łe wych odległośĘ uszu i głośnik�w
Taka metoda eliminacji zakł�- układ elektroniczny mołe posia- byłaby znaczna, a d�wi�k rozcho-
ce� jest powszechnie stosowana daĘ niemal perfekcyjne własności dzi si� w powietrzu z ograniczoną
w elektronice i w zakresie cz�stot- i byĘ zarazem bardzo prosty, jeśli pr�dkością - w ciągu 3ms przebywa
liwości akustycznych uzyskanie ułyte przetworniki nie b�dą miały dystans 1m. Nawet w przypadku
wysokiego tłumienia nie przedsta- odpowiednio dobrych parametr�w, odległości słuchający - głośniki
wia szczeg�lnych trudności. Elek- system eliminacji zakł�ce� b�dzie wynoszącej około 2m r�łnica mi�-
troniczne odwr�cenie fazy sygna- słabej jakości. dzy d�wi�kiem wytwarzanym przez
łu i podanie go potem na słu- Wiele niedrogich słuchawek
chawki daje łądany efekt. Układ wydaje si� mieĘ bardzo dobre
elektroniczny zapewniający inwer- parametry i si�ganie po najdroł-
sj� fazy nie przedstawia ładnego sze na rynku słuchawki chyba nie
problemu technicznego - niekt�re ma sensu. Inaczej przestawia si�
wzmacniacze z natury odwracają sprawa w przypadku mikrofon�w
faz� sygnału. - wszelkie pr�by uzyskania wy-
Wydaje si� wi�c, łe wykonanie sokiego tłumienia przy ułyciu
urządzenia zapewniającego znacz- r�łnego rodzaju tanich mikrofo-
ne wytłumienie fali akustycznej n�w zawiodły. Niekiedy nawet
nie powinno stanowiĘ problemu. nie udawało si� zauwałyĘ zmiany
RzeczywistośĘ nie wygląda jednak poziomu zakł�ce�!
ał tak dobrze. Mikrofony zastosowane w oma-
wianym systemie eliminacji zakł�-
Trudno w akustyce ce� są drogie, jeśli jednak ktoś
Uzyskanie wysokiego stopnia nie jest skłonny zapłaciĘ ał tyle
wytłumienia fali d�wi�kowej nie za mikrofony, nie mołe oczekiwaĘ
Rys. 3. Wpływ opóz
nienia na
jest trudne z punktu widzenia rozsądnych wynik�w działania ca-
zależności fazowe między
elektroniki, trudnośĘ sprawia na- łości. Dobrej jakości mikrofon
sygnałami zależy od ich
tomiast aspekt akustyczny takiego elektretowy to minimum, przy
częstotliwości.
Elektronika Praktyczna 11/98
14
P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E
głośniki a słyszanym przez ułyt- Jedną z przyczyn jest to, łe sprz�łenia akustycznego i wynika-
kownika byłaby bardzo znaczna. d�wi�ki mogą docieraĘ do słucha- jących ze� oscylacji, naleły mi�-
Trzeba pami�taĘ o tym, łe op��nie- jącego bezpośrednio z głośnika dzy kałdą słuchawką i mikrofo-
nie 0,5ms wystarcza, by sygnał oraz w wyniku odbiĘ od ścian nem pozostawiĘ nieco przestrzeni.
o cz�stotliwości 1kHz zmienił faz� pomieszczenia, sufitu itp. Droga Wydaje si�, łe odległości, kt�re
na przeciwną. d�wi�k�w odbitych jest dłułsza naleły zachowaĘ, są bardzo nie-
Jak wynika z rys. 3, wpływ nił droga d�wi�k�w pochodzą- wielkie.
op��nienia na relacj� faz dw�ch cych bezpośrednio z głośnika i nie
sygnał�w zalełny jest od ich cz�s- mołna dokładnie jej określiĘ, Zasada działania
totliwości. W przypadku przebie- a wi�c faza d�wi�k�w odbitych Jak wynika ze schematu przed-
g�w znajdującychsi� w g�rnej cz�ś- b�dzie r�łniĘ si� od fazy d�wi�- stawionego na rys. 2, urządzenie
ci rysunku cz�stotliwośĘ jest sto- k�w dochodzących bezpośrednio zawiera dwa identyczne tory prze-
sunkowo niska, a sygnały - mimo w spos�b przypadkowy. twarzania sygnału. Poniłszy opis
op��nienia - są nadal niemal dotyczy wi�c kałdego z nich.
w zgodnej fazie. W przypadku prze- Ucho-ucho Sygnał wyjściowy mikrofonu
bieg�w znajdujących si� w środko- Kolejny problem wyst�pujący ma bardzo niski poziom i naleły
wej cz�ści rysunku cz�stotliwośĘ w przypadku zastosowania głośni- go wzmocniĘ wykorzystując nis-
jest dwukrotnie wi�ksza nił po- k�w polega na tym, łe d�wi�k koszumny przedwzmacniacz.
przednio, a to samo op��nienie pochodzący z głośnika dociera do Układ przesuwnika fazowego moł-
sprawia, łe sygnały są w przeciw- kałdego ucha w innej fazie. R�ł- na wykorzystaĘ do uzyskania peł-
fazie. W ostatnim przypadku cz�s- nice faz są zazwyczaj niewielkie, nej eliminacji w wąskim pasmie
totliwośĘ jest r�wnieł dwa razy jednak w przedstawianym urzą- cz�stotliwości regulując kąt op��-
wi�ksza nił w poprzednim, ale tym dzeniu jest wymagana duła zgod- nienia fazowego. Jeśli urządzenie
razem op��nienie sprawia, łe syg- ności faz i r�łnice te mogą byĘ pracuje w szerokim pasmie, sto-
nały są w zgodnej fazie. bardzo istotne. pie� ten mołna ominąĘ.
W przypadku systemu z głośni- Ułycie słuchawek umołliwia Kolejny stopie� stanowi zwyk-
kami d�wi�ki i �antyd�wi�ki� dla wygenerowanie oddzielnego �an- ły inwerter. Sygnał pochodzący
pewnych cz�stotliwości b�dą tyd�wi�ku� dla kałdego ucha, co z mikrofonu mołe zostaĘ wyko-
miały fazy zgodne, dla innych zaś daje lepsze rezultaty nił podawa- rzystany do uzyskania sygnału (i
- przeciwne. Mołna wprawdzie nie na obie słuchawki tego same- d�wi�ku) b�dącego w przeciwfa-
zastosowaĘ obw�d op��niający, go d�wi�ku. Umieszczając słu- zie lub w fazie ze słyszanym
kompensujący op��nienie wynika- chawki i mikrofony bardzo blisko d�wi�kiem (w tym drugim przy-
jące z propagacji d�wi�ku, ale siebie mołna bardzo dokładnie padku dając wrałenie wyłszego
komplikuje to układ i w praktyce wygenerowaĘ �antyd�wi�ki�, nie poziomu). Zalełnie od potrzeby,
nie zapewnia zadowalających re- uciekając si� do stosowania obwo- inwerter mołe byĘ włączony w tor
zultat�w. d�w op��niających. Aby uniknąĘ sygnału i układ b�dzie dawał
Rys. 4. Schemat elektryczny eliminatora zakłóceń.
Elektronika Praktyczna 11/98
15
P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E
d�wi�k w przeciwfazie. wracającego. Rezystory R8 i R12
WYKAZ ELEMENTÓW
Regulacja poziomu pozwala na tworzą p�tl� sprz�łenia zwrotnego
Rezystory
taki dob�r wartości sygnału do- i ustalają wzmocnienie układu,
R1, R20: 6,8k&!
cierającego do słuchawek, by uzys- kt�re wynosi 1[V/V].
R2, R21: 2,2k&!
kaĘ jak najwi�ksze tłumienie za- W zakresie niskich cz�stotli-
kł�cenia. Układ sumujący dodaje wości kondensator C5 ma bardzo R3, R22: 1k&!
odsłuchiwany sygnał akustyczny niewielki wpływ na działanie
R4, R5, R23, R24: 39k&!
i sygnał mający zapewniĘ elimina- układu, a całośĘ działa jak zwykły
R6, R19, R25, R38: 10k&!
cj� zakł�ce� oraz wysterowuje układ odwracający. Przy wzroście
R7, R26: 390&!
słuchawki. cz�stotliwości reaktancja konden-
R8, R12, R15, R16, R27, R31, R34,
satora C5 maleje, a charakter ukła-
R35: 5,6k&!
Działanie układu du stopniowo zmienia si� na
R9, R10, R11, R28, R29, R30: 4,7k&!
Schemat elektryczny eliminato- nieodwracający. Przesuni�cie fa-
R13, R14, R18, R32, R33: 22k&!
ra zakł�ce� przedstawiono na rys. zowe układu zmienia si� wi�c ze
R17, R36: 3,9k&!
4. Oba kanały są identyczne, wzrostem cz�stotliwości od 180o
w związku z czym om�wiony zo- do 0o. Dla danej cz�stotliwości
VR1, VR2: 100k&!, potencjometr
stanie tylko jeden z nich - kanał przesuni�cie to mołna regulowaĘ
liniowy, obrotowy, węglowy
lewy. potencjometrem VR1.
VR3, VR4: 4,7k&!, potencjometr
Przedwzmacniacz toru zbudo- Za przesuwnikiem fazowym
logarytmiczny, obrotowy, węglowy
wany został na wzmacniaczu ope- znajduje si� układ inwertera o jed-
Kondensatory
racyjnym IC1, przeznaczonym spe- nostkowym wzmocnieniu układu
C1, C12: 1000�F/10V, wyprowa-
cjalnie do zastosowa� w nisko- IC3. Jeśli inwerter znajduje si�
dzenia jednostronne
szumnych układach audio o ma- w torze sygnału, do przesuni�cia
C2, C6, C13, C17: 10�F/25V,
łych zniekształceniach. Wzmac- fazowego naleły dodaĘ 180o. Cał-
wyprowadzenia jednostronne
niacz pracuje w układzie nieod- kowity zakres uzyskiwanego prze-
C3, C10, C14, C21: 1�F/50V,
wracającym, a jego wzmocnienie suni�cia wynosi wi�c 0o do 360o.
wyprowadzenia jednostronne
wynosi około 27[V/V]. Układ wej- Jeśli przeswunik fazowy nie jest
C4, C7, C15, C18: 47�F/16V,
ściowy mołe wyglądaĘ nieco potrzebny, mołna go ominąĘ uły-
wyprowadzenia jednostronne
dziwnie, co wynika z potrzeby wając przełącznika S1.
zapewnienia mołliwości wsp�ł- Potencjometr VR3 umołliwia C5, C16: 22nF, poliestrowy
pracy z mikrofonem elektretowym regulacj� poziomu, a sygnał z su-
C8, C9, C19, C20: 4,7�F/50V,
z wbudowanym przedwzmacnia- waka potencjometru podawany
wyprowadzenia jednostronne
czem. jest na układ sumujący zbudowa-
C11, C22: 470�F/10V, wyprowa-
Wi�kszośĘ takich mikrofon�w ny na wzmacniaczu IC4. Jest to
dzenia jednostronne
posiada dosyĘ długie przewody układ odwracający o dw�ch wej-
Półprzewodniki
zako�czone dułych rozmiar�w ściach. Dzi�ki obecności masy
IC1, IC5: TLE2037CP
wtykiem, mieszczącym bateri� za- pozornej na wejściu 3 oba �r�dła
IC2, IC3, IC4, IC6, IC7, IC8: LF351
silającą przedwzmacniacz. sygnału nie obciąłają si� wzajem-
Różne
W przedstawianym zastosowaniu nie. Kondensator C11 sprz�ga wyj-
potrzebny jest mikrofon z kr�tkim ście wzmacniacza IC4 ze słuchaw- MIC1, MIC2: miniaturowy mikrofon
elektretowy (ultraminiaturowy
kablem, a dw�ch długich przewo- kami (przez gniazdo SK5), kt�rych
d�w z dułymi wtykami naleły impedancja powinna wynosiĘ oko- Maplin 600, ew. mocowany na
klipsie, patrz tekst)
unikaĘ. W przypadku mikrofon�w ło 35&!.
podanych w wykazie element�w Całkowity pob�r prądu przez SK1, SK2: monofoniczne gniazdo
sprawa jest prosta: naleły obciąĘ układ (oba kanały) wynosi około słuchawkowe jack 3,5mm (patrz
kable (zachowując niezb�dną dłu- 18mA. Aby całośĘ była odpowied- tekst)
gośĘ) i zako�czyĘ je miniaturowy- nio lekka i nieduła, dobrze było-
SK3, SK4: gniazdo cinch
mi wtykami 3,5mm. Wbudowane by ułyĘ niewielkich baterii, np.
SK5: stereofoniczne gniazdo
w mikrofony przedwzmacniacze typu PP3. Jednak ze wzgl�du na
słuchawkowe jack 3,5mm
b�dą wtedy zasilane napi�ciem znaczny pob�r prądu lepiej jest
S1-S4: przełącznik jednobiegunowy
pochodzącym z urządzenia (obw�d zastosowaĘ baterie o wi�kszej po-
dwupozycyjny
z elementami R1, R2, R3 i C2). jemności, poniewał baterie PP3
S5: przełącznik jednobiegunowy
Jeśli ktoś nie chcąc utraciĘ słułyłyby tutaj bardzo kr�tko. Al-
jednopozycyjny
gwarancji nie zamierza skracaĘ ternatyw� stanowi ułycie zestawu
B1: bateria 9V (PP3: patrz tekst)
kabli mikrofonowych i chce je sześciu akumulator�w AA, co
obudowa o wymiarach 200mm
ułyĘ z oryginalnymi kablami podniesie mas� i rozmiary urzą-
x 140mm x 45mm
i wtykami, nie powinien monto- dzenia, ale zapewni znacznie nił-
waĘ element�w R1, R2, R3, R20, sze koszty jego eksploatacji. fragment płytki uniwersalnej 29
R21, R22 oraz C2 i C13. Robert Penfold, EPE pasków x 62 otworów, słuchawki
Sygnał wyjściowy wzmacnia- stereofoniczne (impedancja
cza IC1 jest podawany na prze- Artykuł publikujemy na pod- 22&!..32&!) z pałąkiem, podstawka
suwnik fazy zbudowany na ukła- stawie umowy z redakcją mie- 8-nóżkowa (8 szt.), końcówka do
dzie IC2. Jest to nieco zmodyfi- si�cznika "Everyday Practical baterii, pokrętła (4 szt.), przewód
kowany układ wzmacniacza od- Electronics". (plecionka), cyna, kołki lutownicze
Elektronika Praktyczna 11/98
16