Nabouw: basisbreedte regeling

(gepubliceerd op 12-09-2018, correctie ingevoerd op 12-04-2023)

Nu analoge audio op vinyl weer actueel is, kan een basisbreedte regeling een nuttige aanvulling op uw geluidssysteem zijn. U kunt de schakeling gebruiken om overspraak op de vinyl-plaat te reduceren en als uw stereo luidsprekers te ver uit elkaar staan.

Achtergrond informatie

Het beruchte gat in het geluidsbeeld opvullen
Het is vaak noodzakelijk het bekende gat op te vullen dat ontstaat als u de luidsprekers van uw stereosysteem te ver uit elkaar moet zetten. Het geluidsbeeld klinkt dan vaak erg onnatuurlijk, omdat er tussen de twee speakers een dode zone is, waar geen geluid vandaan schijnt te komen. Door het mengen van een gedeelte van het linker kanaal met het rechter kanaal en een deel van het rechter kanaal met het linker kanaal kunt u het geluidsbeeld wat natuurlijker laten klinken. U beperkt dan als het ware de kanaalscheiding, zodat er een grotere overspraak ontstaat tussen beide kanalen.

Het stereo-effect vergroten
Het omgekeerde kan echter ook. Als de kanaalscheiding van een opname, om wat voor reden ook, van nature waardeloos is, moet u de overspraak kunstmatig verminderen, zodat een zuiverder stereo-beeld ontstaat.

Twee effecten met één schakeling
In feite kunt u dus met een basisbreedte regeling twee tegengestelde effecten bereiken. Die twee effecten kunt u echter toch met slechts één potentiometer instellen. In de onderste stand van dat regelelement worden beide uitgangen van de schakeling gevoed met hetzelfde signaal. U krijgt dan uiteraard mono-weergave. In de tweede uiterste stand, 'super stereo', wordt de kanaalscheiding tussen de kanalen kunstmatig verhoogd. In een bepaalde stand is de invloed van de schakeling te verwaarlozen.

Dank zij het vinyl wordt overspraak weer actueel
Bij een goede stereofonische opname is het de bedoeling dat de informatie die op het linker kanaal wordt geregistreerd door uw linker luidspreker wordt weergegeven. Hetzelfde geldt natuurlijk ook voor de geluidsinformatie die op het rechter kanaal staat. Die moet alleen door uw rechter luidspreker worden weergegeven. In principe zou dus de scheiding tussen de linker en rechter kanalen 100 % moeten zijn. In de praktijk is het echter zo dat bij het opnemen en weergeven van audio op vinyl nooit aan die eis voldaan wordt. Sommige technische principes die bij het maken van een audio-plaat worden toegepast verhinderen dat. Dit verschijnsel wordt 'overspraak' genoemd, een verschijnsel waarvan wij dachten dat het was begraven samen met de LP en alle overige attributen van de analoge audiotechniek. Echter, analoge audio op vinyl is bezig aan een herwaardering. En dus krijgt u weer te maken met problemen uit de oude doos, met oplossingen gegoten in een modern elektronisch jasje.

De weergave van audio op vinyl
De LP is dood en begraven, lang leve het vinyl! Steeds meer artiesten nemen hun nummers ook weer op vinyl op, de nieuwe benaming voor wat vroeger een LP of plaat werd genoemd. Bij een dergelijke opname worden de linker en rechter kanalen in één groef geregistreerd. Die groef wordt op uw draaitafel echter door een enkele naald afgetast. Deze naald wordt dus verplicht tijdens het aftasten van de plaat twee gelijktijdige bewegingen uit te voeren. Door de wetten der mechanica zal het zo zijn dat die twee bewegingen elkaar enigszins beïnvloeden. Met andere woorden, een gedeelte van het linker kanaal dringt door in het systeem van het rechter kanaal en omgekeerd. Het gevolg is dat de kanaalscheiding niet meer 100 % zal zijn.
In onderstaande figuur is getekend wat dit in de praktijk tot gevolg heeft. Links zijn twee volledig gescheiden signalen getekend, voorstellende de twee geluidsinformaties. Deze twee signalen worden door een opname- en weergavesysteem gestuurd. Rechts is overdreven weergegeven hoe die twee signalen uit dat systeem komen. De gestippelde curves geven de ideale situatie weer. Het linkerkanaal is volledig identiek aan het linker ingangssignaal. Hetzelfde geldt voor het rechter signaal. Met volle lijn is de invloed van de niet volledige kanaalscheiding getekend. Op het linker uitgangssignaal treft u een deel van het rechter signaal aan. Hetzelfde geldt voor het rechter uitgangssignaal.

Het verschijnsel overspraak op een grafische manier verduidelijkt.
(© 2018 Jos Verstraten)

Overspraak wordt in dB gemeten
Nu zal het duidelijk zijn dat men streeft naar een zo gering mogelijke onderlinge beïnvloeding van de beide kanalen. De mate waarin de twee kanalen elkaar beïnvloeden wordt aangegeven met het begrip overspraak. De overspraak wordt aangegeven in een aantal decibel (dB). Hoe meer decibel, hoe minder de overspraak en hoe kleiner het gedeelte van het ene kanaal dat u terugvindt in het andere kanaal.

Het begrip basisbreedte

De basisbreedte
Door het begrip 'basisbreedte' wordt het weergegeven geluidsbeeld gedefinieerd. Als, naar de persoonlijke smaak van de luisteraar, het ruimtelijke geluidsbeeld goed is, met andere woorden als hij de indruk heeft dat het ten gehore gebrachte geluid erg natuurlijk klinkt, dan is de basisbreedte goed. Als er een 'gat' tussen de twee weergevers wordt ervaren of als het geluid niet erg ruimtelijk klinkt, dan is de basisbreedte niet goed en moet er aan gesleuteld worden.

Het elimineren van het gat
Om een gat in het geluidsbeeld op te vullen moet u een deel van het linker signaal ook weergeven in de rechter speaker en uiteraard vice versa. In onderstaande figuur is de principiële schakeling getekend die u kunt gebruiken om kunstmatige overspraak tussen de beide kanalen van een geluidsweergave systeem te creëren. In dit blokschema ziet u links twee blokjes. Dat zijn de ingangsversterkers van het toe te passen systeem. Zij passen de ingangssignalen zo aan dat er u er van alles en nog wat mee kunt doen. Rechts ziet u twee mengtrappen. Het zal duidelijk zijn dat zo'n trap noodzakelijk is. Immers, u moet een deel van het rechter kanaal mengen met het linker kanaal en vice versa.
De uitgang van de rechter voorversterker gaat via een potentiometer R1b naar de tweede ingang van de linker menger. Door middel van deze potentiometer kunt u de grootte regelen van het rechter signaal dat u aan de ingang van linker menger aanbiedt. Als de potentiometer in de bovenste stand staat wordt het volledige rechter kanaal gemengd met het volledige linker kanaal. Op de uitgang van de menger ontstaat dan een signaal dat gelijk is aan de som van linker en rechter kanaal. Dat wil zeggen dat het volledige ruimtelijke effect van stereo verdwijnt. Met andere woorden: het stereo-signaal is omgezet in een mono-signaal. De kanaalscheiding is nu gelijk aan nul, de overspraak is maximaal.
Als de potentiometer in de onderste stand staat wordt er niet gemengd, de kanaalscheiding blijft wat ze is in de originele opname.
In de tussenstanden van de potentiometer wordt een kleiner of groter signaal van rechts gemengd met het volledige linker signaal. Met andere woorden, door het verdraaien van de potentiometer kunt u de overspraak regelen tussen 0 % en 100 %.
Hetzelfde geldt uiteraard voor het mengen van een deel van links bij rechts via potentiometer R1a.

Het opvullen van het 'gat' dat in het geluidsbeeld kan ontstaan. (© 2018 Jos Verstraten)

Het opheffen van overspraak
Als er te veel overspraak tussen de kanalen aanwezig is, waardoor de basisbreedte als het ware te smal is, dan moet u die overspraak uiteraard opheffen. Overspraak ontstaat doordat bij het linker kanaal een gedeelte van het rechter kanaal is opgeteld en vice versa. Om die situatie te verbeteren volstaat het dit gedeelte van het rechter kanaal uit het signaal van het linker kanaal te filteren.
Hoe dat kan wordt toegelicht aan de hand van onderstaande figuur. U ziet ook hier de reeds bekende ingangstrappen en mengtrappen, want ook nu zult u twee signalen moeten mengen. Het enige verschil met het vorige blokschema is dat nu de uitgang van de voorversterkers worden afgesloten met een nieuwe schakeling, een zogenaamde fasedraaier. De uitgang van die trappen sturen de reeds bekende potentiometers. Een fasedraaier is een schakeling die een ingangsspanning omkeert. Als de ingang op +1 V staat, dan zal er op de uitgang -1 V terug te vinden zijn.



Als u nu naar het blokschema van onderstaande figuur kijkt dan zal het duidelijk zijn dat u de potentiometers zo kunt instellen dat er op de lopers precies het omgekeerde van die spanning staat, die door de overspraak op het linker kanaal aanwezig is (en vice versa, uiteraard). Aan de linker menger worden dus drie signalen aangeboden. Op de eerste plaats het volledige linker signaal, op de tweede plaats een gedeelte van het rechter kanaal (te danken aan de overspraak van het systeem) en op de derde plaats precies het omgekeerde van dat deel van het rechter signaal (via de loper van de potentiometer). Aan de uitgang van de menger zal bijgevolg alleen maar het linker signaal verschijnen, omdat de twee rechter-fracties elkaar opgeheven hebben.
Kortom, dank zij deze eenvoudige methode hebt u de overspraak tussen uw linker en rechter kanaal verwijderd en is de basisbreedte van het geluidssignaal aanmerkelijk verbeterd.

Het opheffen van te veel overspraak. (© 2018 Jos Verstraten)

Super-stereo
Wat gebeurt er als u de potentiometers zo instelt dat er meer geïnverteerd signaal aan de mengers wordt aangeboden dan dat er via de overspraak wordt aangevoerd? Als u dan de som van de drie aan de mengers aangeboden signalen maakt dan zult u vaststellen dat er nu op de linker uitgang weer signaal van rechts aanwezig is, maar nu in tegenfase met het echte rechter signaal. Hetzelfde geldt uiteraard ook weer voor het rechter kanaal. In de praktijk komt dit er op neer dat u het geluidsbeeld ruimtelijker gaat ervaren dan in de ruimte, waar het geluid werd opgenomen. Met andere woorden, er ontstaat een soort 'super-stereo'.

En nu de combinatie van beide schakelingen
Als u de twee blokschema's bekijkt dan stelt u vast dat die veel gemeenschappelijk hebben. Het zal duidelijk zijn dat het zeer eenvoudig mogelijk is om beide schema's te combineren. Hoe dit kan is getekend in onderstaande figuur. Wij hebben hier voor de duidelijkheid alleen het linker kanaal getekend, het rechter is uiteraard volledig identiek. De rechter voorversterker stuurt nu zowel een aansluiting van de potentiometer als de fasedraaier. Deze laatste schakeling stuurt de tweede aansluiting van de potentiometer. De loper gaat, als vanouds, naar de tweede ingang van de menger. Door het verdraaien van de loper van de potentiometer van punt A naar punt B kunt u alle tot nu toe beschreven mogelijkheden genereren met één potentiometer-draai.

Het combineren van beide opties tot een bruikbare basisbreedte regeling. (© 2018 Jos Verstraten)

De praktische schakeling

De fasedraaier
In onderstaande figuur is het praktisch schema van de fasedraaier getekend. De trap bestaat uit een transistor en een handjevol weerstanden. De basis wordt door middel van een spanningsdeler ingesteld op een bepaalde werkbare spanning. Door de spanning op de basis zal er door de transistor een bepaalde stroom gaan lopen. Het gevolg is dat er over de weerstanden in collector en emitter spanningsvallen ontstaan. Dat is de rusttoestand van de schakeling, dus zonder signaal aan de ingang. Stel nu dat u een geluidssignaal aan de basis aanlegt. Stel verder dat dit signaal op een bepaald ogenblik positief is. Het gevolg is dat de spanning tussen basis en emitter groter zal worden, zodat er meer stroom door de transistor gaat lopen. Door deze grotere stroom zullen er over de weerstanden in emitter en collector grotere spanningen optreden. Dus: de spanning op de emitter gaat stijgen en de spanning op de collector gaat dalen.
Als u nu niet de momentane situatie bekijkt, maar het spanningsverloop in functie van de tijd als u een sinus op de ingang legt, dan ontstaan de grafieken die rechts in de figuur zijn voorgesteld. Duidelijk blijkt nu dat de spanning op de emitter hetzelfde verloop heeft als de spanning op de basis, maar dat de spanning op de collector tegengesteld verloopt. Met andere woorden: de spanning op de collector is in tegenfase met de spanning op de emitter.

Het schema en de werking van de fasedraaier. (© 2018 Jos Verstraten)

Het volledig schema
Het volledig schema van deze basisbreedte regeling is weergegeven in onderstaande figuur. Beide ingangssignalen gaan naar een eerste trap, opgebouwd rond de transistoren T1 en T3. Deze schakelingen, die volledig identiek van opbouw zijn, hebben twee uitgangen: de ene zit in de emitter, de andere in de collector. De spanning op de emitter is in fase met de ingangsspanning. Het signaal op de collector daarentegen is in tegenfase met de spanning op de ingang. Inderdaad, dit zijn dus de fasedraaiers.
Tussen de collector en de emitter zijn de reeds vaak genoemde potentiometers R6 en R17 geschakeld. Dat zijn de twee delen van een stereo potentiometer. Als u de loper van dit onderdeel verplaats, zal er op die loper een spanning ontstaan die ofwel in fase is met het ingangssignaal (als de loper aan de kant van de emitter staat), ofwel in tegenfase is met het ingangssignaal (als de loper aan de kant van de collector staat).
Nu zal het, zelfs zonder diepzinnige beschouwingen, duidelijk zijn dat er een stand van de loper is, waarbij er op die loper helemaal geen spanning staat. Aan beide zijden van de potentiometer staat immers een spanning, die exact het omgekeerde of inverse is van de spanning, die aan de andere kant van de potentiometer staat.
Als alleen maar die potentiometer tussen de emitter en de collector geschakeld was en als de spanning op de emitter exact even groot was aan de spanning op de collector, dan zou dat punt precies in het midden van de potentiometer liggen. Nu is aan geen van beide eisen voldaan. Op de eerste plaats zal de spanning op de emitter kleiner zijn dan de spanning op de collector, maar bovendien staat er in serie met de potentiometer nog een kleine weerstand. Beide feiten hebben als gevolg dat het punt, waar er geen spanning op de loper van de potentiometer staat, op ongeveer een derde van de volledige lengte ligt. Dat is uiteraard niet zonder reden gedaan. Het regelbereik tussen 'mono' en 'stereo' is dan het grootst, wat erg praktisch is. Het bereik van 'stereo' tot 'super-stereo' is toch niet zo belangrijk en vandaar dat we dat gedeelte een klein regelbereik hebben gegeven.
Het tweede gedeelte van de schakeling bestaat uit de mengers. Dat zijn gewone resistieve mixers, opgebouwd rond de transistoren T2 en T4. Via weerstand R8 wordt het volledige linker signaal aan de basis van T2 aangeboden. Behalve dit signaal moet er op de basis van deze halfgeleider ook nog een gedeelte van het rechter signaal terecht komen, al dan niet in fase met het signaal op de rechter ingang van de schakeling. Dat signaaltje wordt afgetakt van de loper van de potentiometer R17 en via de scheidingscondensator C9 en de weerstand R20 naar de basis van T2 gevoerd.
Hetzelfde verhaal kunt u verzinnen voor de schakeling rond transistor T4.

Het volledig schema van de basisbreedte regeling. (© 2018 Jos Verstraten)

Opmerking

In het bovenstaande schema staat een fout, C10 moet 470 nF zijn in plaats van 100 nF.

De bouw van de schakeling

De print en de componentenopstelling
In de onderstaande twee figuren zijn het printontwerp en de componentenopstelling van deze print weergegeven. De print is ontworpen voor het monteren van een schuifpotentiometer van het merk Radiohm.

De print voor de schakeling. (© 2018 Jos Verstraten)

De componentenopstelling van de print. (© 2018 Jos Verstraten)

Het bestukken van de print
De bouw zal geen problemen opleveren, het is allemaal recht-toe-recht-aan soldeerwerk. De schuifpotentiometer wordt door middel van 5 mm lange afstandsbusjes op de gebruikelijke manier op de print bevestigd. Dat wil zeggen dat u aan alle aansluitlipjes twee centimeter lange draadjes soldeert, het lichaam van de potentiometer op de print schroeft, tezelfdertijd de draadjes door de gaatjes in de print duwt en daarna deze laatste op de soldeereilandjes van de print vast soldeert.
Als transistoren adviseren wij de oeroude BC109. Deze halfgeleider staat bekend vanwege zijn goede ruiseigenschappen, een belangrijk punt als u transistoren in audio-schakelingen toepast.


Het afregelen
In de schakeling is een instelpotentiometer, namelijk R18, opgenomen. Dergelijke onderdelen hebben de nare eigenschap dat ze afgeregeld willen worden. Allereerst enige woorden over de noodzaak van de trimmer. Het is natuurlijk van levensbelang voor de schakeling dat het punt, waarbij op de lopers van de potentiometers geen signaal aanwezig is (100% stereo dus) voor beide potentiometers gelijk is. Nu hebben potentiometers tamelijk grote onderlinge afwijkingen. Deze worden ondervangen door in serie met een van de potentiometers een trimmer op te nemen.
Het afregelen gaat als volgt. U moet de afgebouwde basisbreedte regeling aansluiten op een voeding van 25 V. U sluit vervolgens de beide uitgangen aan op de ingangen van uw stereo eindversterker. De ingangen blijven open.
Raak nu met één vinger de linker ingang van de print aan. De balans-instelling van de versterker wordt zo geregeld, dat het linker kanaal volledig onderdrukt wordt. Als alles goed is, zal uit de rechter luidspreker een forse brom opstijgen. Dat is het gevolg van de 50 Hz wisselspanning die uw lichaam oppikt van het overal aanwezige lichtnet. U stelt de schuifpotentiometer in op minimale brom. Vervolgens raakt u met de vinger de rechter ingang van de print aan. De balanspotentiometer van de versterker verdraait u volledig, zodat het rechter kanaal nu stil is. De stand van de schuifpotentiometer op de print laat u ongemoeid. Met een schroevendraaier verdraait u de trimmer R18 op de print, tot ook nu de brom uit de linker luidspreker minimaal is. De schakeling is nu afgeregeld en klaar voor gebruik.


(Banggood sponsor advertentie)
CPS-3205, low-cost lab-voeding, 32 V - 5 A