|
Moderne audio-versterkers hebben vaak geen knoppen voor het instellen van de lage en hoge tonen weergave. Een snel te bedienen toonregelingsprintje met ouderwetse draaipotentiometers, dat u tussen uw audiobron en uw versterker schakelt, is dus een handig hebbeding. |
De Baxandall toonregeling
De standaard uit de analoge elektronica
Iedereen die zich bezig houdt met muzikale toepassingen van de elektronica kent uiteraard het begrip 'Baxandall'. De Baxandall-regeling was dé standaard op het gebied van toonregeling in het analoge tijdperk. Met deze vrij eenvoudige schakeling kunt u, met behulp van twee potentiometers, de lage en de hoge tonen weergave van een geluidsversterker zeer symmetrisch over ongeveer ±20 dB regelen. Deze schakeling werd ontworpen door de Engelse audio-ingenieur Peter Baxandall (1921 - 1995) en werd voor het eerst beschreven in Wireless World in 1952.
De standaard weergavekarakteristiek van een Baxandall-regeling is geschetst in onderstaande figuur. Als beide potentiometers in de middenstand staan, heeft het netwerk een volstrekt vlakke weergavekarakteristiek tussen 20 Hz en 20 kHz. Als u een van de potentiometers verdraait, dan zal de weergave van of de lage of de hoge tonen veranderen. De versterking of verzwakking verloopt zeer gelijkmatig vanaf ongeveer 1 kHz tot de grenzen van het regelbereik. Hoewel er tegenwoordig ontelbare andere systemen beschikbaar zijn voor het regelen van de weergavekarakteristieken van een laagfrequent systeem, zweren echte audiofielen nog steeds bij het oude, vertrouwde Baxandall-systeem.
 |
| De bekende weergavekarakteristiek van de Baxandall-schakeling. (© 2018 Jos Verstraten) |
In feite kan iedereen die zich bezig houdt met het versterken van audio een universele Baxandall-schakeling gebruiken. Zo'n print kunt u bijvoorbeeld gebruiken bij zelfgebouwde mengsystemen of als voorversterker bij kwalitatief hoogstaande hoofdtelefoon eindversterkers. Bovendien hebben moderne digitale audioversterkers vaak geen toonregeling die snel door middel van twee potentiometers op het frontpaneel bediend kan worden. Een logisch gevolg van het feit dat bij digitale audioverwerking de frequentiekarakteristiek niet eenvoudig met het verdraaien van een potentiometer aangepast kan worden. Als compromis bieden dergelijke versterkers allerlei 'geluidsschema's' met fantasienamen als 'concerthal', 'stadion', 'bioscoop' of 'huiskamer'. Even snel de lage tonen 15 dB ophalen voor dat ene favoriete nummertje dat zo lekker de ingewanden laat trillen hoort echter niet tot de mogelijkheden.
De in dit artikel beschreven schakeling is universeel van opzet. Overal waar het nodig is de weergavekarakteristiek van een LF-systeem te beïnvloeden kunt u deze print inzetten.
Het blokschema
Het blokschema van de schakeling is getekend in onderstaande figuur. De twee ingangen van de schakeling worden afgesloten met bufferversterkers, die tot taak hebben het geheel een constante ingangsimpedantie te geven en de Baxandall-schakeling onafhankelijk te maken van de uitgangsimpedantie van de voorgaande schakelingen. Na deze buffers volgt de eigenlijke Baxandall-regeling, samengesteld uit een inverterende versterker met het typische Baxandall-netwerk in de terugkoppeling.
Na deze twee trappen volgt een gemeenschappelijke trap, waarin het volume en de balans worden geregeld.
 |
| Het blokschema van de schakeling. (© 2018 Jos Verstraten) |
Het volledig schema
Met vertrouwde ruisarme transistoren
Het volledig schema van de schakeling is getekend in onderstaande figuur. U kunt zich de vraag stellen waarom de schakeling is opgebouwd rond oeroude transistoren van het type BC109. Moderne ontwerpers zouden onmiddellijk operationele versterkers uit hun voorraad halen! Het antwoord is simpel. In deze schakeling hebben operationele versterkers geen enkel voordeel. De ruis van dergelijke schakelingen is zelfs veel hoger dan deze van BC109's, tenzij u speciale moeilijk te verkrijgen 'low-noise' op-amp's zou inzetten. Het gebruik van transistoren kost weliswaar wat extra onderdelen, maar dat nadeel weegt niet op tegen het voor laagfrequent weergave zo belangrijke argument van minimale ruis.
 |
| Het volledig schema van de toonregeling. (© 2018 Jos Verstraten) |
De transistoren T1 en T3 vormen de buffers. Dat zijn normale emittervolgers, waarbij de basis zo wordt ingesteld dat de emitters in rust op de helft van de voedingsspanning staan. De ingangssignalen moeten uiteraard capacitief worden doorgekoppeld naar de basis. De weerstanden R1 en R18, is serie opgenomen met de scheidingscondensatoren C1 en C10, stabiliseren de schakeling tegen hoogfrequente oscillaties.
De Baxandall-schakeling
De gebufferde signalen worden, via de scheidingscondensatoren C2 en C11, aangeboden aan de ingangen van de twee Baxandall-netwerken. Dit netwerk is klassiek van opbouw. Wel is driftig geëxperimenteerd met de waarden van de onderdelen om een zo glad en symmetrisch mogelijk verlopende weergavekarakteristiek te verkrijgen. De transistoren T3 en T4 zijn geschakeld als inverterende versterkers en verzorgen op deze manier de noodzakelijke 180° fasedraaiing tussen de in- en de uitgang van het Baxandall-netwerk.
De versterking van deze trappen wordt gestabiliseerd door een zeer extreme tegenkoppeling in de emitters. De emitterweerstanden zijn voor wisselspanning volledig ontkoppeld naar de massa via de condensatoren C8 en C17.
De hoge tonen regeling wordt uitgevoerd via de stereo potentiometer R5. Voor de lage tonen regeling staat de stereo potentiometer R9 ter beschikking. Beide potentiometers zijn opgenomen in de terugkoppeling van de versterker. De twee terugkoppelingen worden gemengd via de weerstanden R7/R6 en R22/R23.
De volume- en balansregeling
Het signaal wordt afgenomen van de collectoren van de transistoren T2 en T4. Na deze trappen volgt een volledig passief uitgevoerde volume- en balans-instelling. De stereo potentiometer R15 is de volume-insteller. Het zal duidelijk zijn dat minder signaal wordt doorgekoppeld als de loper van deze potentiometer meer naar de massakant wordt verplaatst. De lopers van beide helften van deze potentiometer gaan naar de balansinsteller R16. De twee helften van deze potentiometer zijn tegengesteld geschakeld. Als de loper van de bovenste helft van R16 aan de loper van R15 hangt, dan zal de loper van de onderste helft van R16 aan de weerstand R30 hangen. In die situatie wordt het rechter signaal maximaal doorgekoppeld naar de uitgang, terwijl het linker signaal maximaal verzwakt wordt. Zet u de lopers van R16 in de andere uiterste stand, dan wordt de situatie omgekeerd. Het rechter signaal wordt maximaal verzwakt, het linker signaal wordt maximaal doorgekoppeld.
Deze passieve volume- en balansregeling is nog steeds de best denkbare regeling. Het nadeel van deze schakeling is wel dat het signaal verzwakt wordt.
De voeding van de schakeling
De voeding van de schakeling wordt verzorgd door de weerstand R31 en de zenerdiode D1. Dit netwerkje stabiliseert de voedingsspanning op +15 V. De schakeling moet dus gevoed worden uit een spanning die minstens 18 V bedraagt. Als u de schakeling als zelfstandige eenheid wilt gebruiken, kunt u gebruik maken van twee in serie geschakelde 9 V blokbatterijen.
De werking van het Baxandall-netwerk
Het zou te ver voeren om, in het kader van deze bouwbeschrijving, de werking van de Baxandall-toonregeling uitvoerig te verklaren. In het kort komt het er op neer dat de werking berust op een al dan niet symmetrische verdeling in de resistieve en capacitieve delen van de terugkoppeling. Als beide potentiometers in de middenstand staan, dan zal de terugkoppeling van de versterker volledig symmetrisch zijn. Als voorbeeld wordt de hoge tonen terugkoppeling behandeld. Als potentiometer R5 in de middenstand staat, dan wordt het signaal van de buffer via C3 en de helft van R5 aangeboden aan de basis van transistor T2. Via de collector van deze halfgeleider wordt het uitgangssignaal teruggekoppeld via condensator C4 en de helft van potentiometer R5.
Beide netwerken bevatten even veel resistieve en capacitieve componenten. Het gevolg is dat de terugkoppeling voor alle frequenties in evenwicht is. De schakeling versterkt alle signalen in gelijke mate.
Als u echter de loper van R5 naar links verplaatst, dan wordt het signaal van de buffer alleen via de condensator C3 aan de basis van de transistor T2 aangeboden. In de terugkoppeling van collector naar basis staat nu condensator C4 en de volledige waarde van de potentiometer R5. Het gevolg is dat de hoge tonen minder worden teruggekoppeld dan de lage tonen en de versterkertrap zal deze signalen meer versterken.
Als u echter de loper van de potentiometer R5 volledig naar rechts verplaatst, dan zullen de signalen via C3 en de volledige waarde van R5 aan de basis van de transistor T2 worden aangeboden. De terugkoppeling van collector naar basis bestaat nu alleen uit de condensator C4. Het gevolg is dat signalen met hoge frequenties meer worden verzwakt dan signalen met lage frequenties.
Voor de lage tonen regeling kan een identieke verklaring worden gegeven.
De volledig symmetrische regeling van de Baxandall-schakeling is een gevolg van de symmetrische opbouw van beide terugkoppelingsnetwerken.
De bouw van de schakeling
Het printontwerp
De volledige schakeling kan ondergebracht worden op de print, waarvan de layout in onderstaande figuur is getekend. Aan de linkerzijde van de print is de gestabiliseerde voeding beschikbaar voor het voeden van een eventuele voorversterkerprint.
 |
| Het printontwerp van de toonregeling. (© 2018 Jos Verstraten) |
 |
| De componentenopstelling van de print. (© 2018 Jos Verstraten) |
De bestukking van de print
Alle elco's kunnen onder de vorm van rechtop staande printuitvoeringen worden aangeschaft. U moet er bij de bouw echter wel op letten dat de elco C8 plat op de print wordt gemonteerd. Dit vanwege het feit dat de potentiometers ook op de print worden gesoldeerd en dat deze elco, rechtop staand, in de weg zou staan van de volume potentiometer R15.
Nadat alle kleine onderdelen zijn gesoldeerd komen de potentiometers aan de beurt. Er bestaan speciale printuitvoeringen van dergelijke onderdelen, die onder andere door Piher op de markt worden gebracht. Maar ook als u deze uitvoeringen niet kunt vinden is er niets aan de hand. U soldeert eerst zes stevige draadjes aan de aansluitlipjes van de potentiometers en duwt de onderdelen nadien met deze draadjes door de printgaatjes. Nadien soldeert u de draadjes op de koperzijde vast en staan de potentiometers muurvast op de print.
Op Amp Applications Handbook
