Как самостоятельно изготовить аудио аттенюатор (line to mic)

В одном из своих видео я рассказывал, что у меня возникла проблема с подключением беспроводной петлички к смартфону. Проблему я уже решил, мне даже не понадобилось собирать аттенюатор (делитель напряжения).

Однако, я успел поизучать эту тематику. Мне было довольно тяжело в это вникнуть, так как сложно было найти толковую информацию. В конце концов я нашёл информацию (на иностранном языке), но засел за изучением электроники: к сожалению, до этого не занимался радиолюбительством. Надеюсь, помогу кому-то с этим, на первый взгляд, гиблым делом.

Зачем нужен аттенюатор?

Зачем вам может быть нужен аттенюатор? Ну, например, вы хотите подключить в микрофонный вход сигнал, который предназначается для аудио колонок. Уровни аудио сигналов бывают разные, несмотря на то, что подключаться они могут одинаковыми штекерами. Понятно, что уровень может быть любым, но есть стандартные значения, которые вы можете встретить чаще всего. Измеряются они в специальных единицах — децибелах. Это относительные единицы. Честно сказать, у меня возник когнитивный диссонанс, когда я знакомился с этой темой. Как звук может измеряться в относительных единицах? Возьмём, к примеру, другие относительные единицы — проценты. Если с нулём все понятно, то что принимать за 100%? А если что-то и принять, то как обозначать звук громче ста процентов?

На самом деле ничего сложного нет. Есть какое-то абсолютное опорное значение, относительно которого будут производиться последующие измерения. Для процентов — это единица. А вот децибелы бывают разные. На википедии это хорошо расписано. В данном случае нас интересуют dBu и dBV. Это специальные обозначения децибелов, за условный ноль которых приняты 0,77 В и 1,0 В соответственно. На этой странице мы можем переводить наши величины из одних единиц в другие.

Стандартные уровни

Для студийной аппаратуры используется стандартный уровень +4 dBu, а для потребительской аудиотехники используется стандартный уровень -10 dBV. Я планировал создать аттенюатор для подключения сигнала с ресивера радио петличной системы к смартфону. Давайте на этом примере и рассмотрим как собрать аттенюатор.

Какой уровень сигнала ожидается на смартфоне я в его документации не нашел. Но на беннет форуме мне подсказали, что это примерно 1 мВ.

Нам нужно будет определить, какой уровень сигнала отдаёт наш ресивер, затем рассчитать номиналы компонентов аттенюатора, и собрать его, а потом подключить аудио линию через него.

Узнаём необходимое затухание

Для начала, определим уровень сигнала из ресивера. У него есть два выхода. Один мониторный — для наушников звукооператора, второй — output. Он то нас и интересует. Сигнал на нём ниже, чем на мониторном. Я буду передавать синусоидальный сигнал по радиоканалу, благо на трансмиттере есть возможность подключения line сигнала. В гнездо ресивера вставим кабель, и подключим мультиметр. Мультиметр я выставил на измерение переменного напряжения с пределом 200 мВ. У меня отобразилось 90 мВ. Это вполне сопоставимо с тем, что написано в документации: Audio output level: 120 mV

Но это не соответствует стандартным уровням. Хотя нам это не важно, главное правильно подобрать номиналы сопротивлений в аттенюаторе.

Я нашёл просто бесценный сайт (uneeda-audio.com), на котором очень много полезной информации, как раз то, что мне было нужно. Откроем документик, в котором сопоставлены значения dBu, dBv и вольтажей. [на главной странице поиск по Decibel Table].

Наше значение — 90 мВ, нужно получить 1мВ. То есть уменьшить значение напряжения в 90 раз. Если это перевести в децибелы, получится x=10 lg(90/1)=19,54 dB. Грубо говоря, нам нужно собрать аттенюатор на 20 децибел.

Определяемся с конфигурацией

Аттенюаторы бывают разных форм: Г, П, Т и так далее. Все они являются делителями напряжения. Выходное напряжение рассчитывается как частное входного напряжения и значения выражения 1+отношение номиналов резисторов (это не зависит от импедансов источника и нагрузки). Можно убедиться в справедливости этого уравнения самостоятельно, применив закон Ома, а затем сравнив этот результат с результатом, полученным при использовании номиналов резисторов.

Любую из форм аттенюаторов можно собрать как для балансного подключения, так и для небалансного. Для этого достаточно отразить их. Но, поскольку у меня будет использоваться небалансное подключение, меня такие формы не интересуют. Выбираем между формами Г, Т и Т с мостиком.

• Г-образная форма несимметрична. То есть вход и выход такого аттенюатора при подключении путать нельзя. Однако, такую форму проще всего собрать.
• Т-образная форма симметрична, соответственно такой аттенюатор можно включать в линию любой стороной. Это удобнее.
• Форма Т с мостиком — тоже симметрична. Её особенностью является то, что в ней R1 и R2 равны импедансу аттенюатора.

Рассмотрим сборку на примере L pad.

Инструкции по рассчётам я взял всё с того же сайта, что указывал выше. Нам нужно вычислить номиналы компонентов, зная нужное затухание.

1) Находим коэффициент K по формуле K = 10^(затухание db/20) или воспользовавшись таблицей. В нашем случае K=10.
2) Далее инструкция предлагает определить что нам важнее соблюдать: входной или выходной импеданс? По идее нам предпочтительнее соблюдать выходной импеданс, чтобы смартфон воспринимал подключенный ресивер как нагрузку. Значит переходим на пункт 4.
4) В пункте 4 предлагается выбрать значение шунтирующего резистора равным импедансу выхода. И из полученного равенства выразить R1.

Но на самом деле соблюдение импедансов важно только для реально древней техники. В современной технике передача основана на вольтаже, соблюдать импедансы уже не нужно. В этом плане нам легче. Можно просто выставить какой-нибудь подходящий R1, выразить R2, собрать схему и проверить звучание. Если хотите, можете вместо R1 и R2 подключить потенциометр (он выступает как два резистора). С помощью него вы сможете непрерывно изменять значения сопротивлений и зафиксировать его на наиболее качественном звуке.

Покупка компонентов и сборка

Когда вы определитесь с номиналами сопротивлений, вам нужно будет выбрать наиболее близкие по величине резисторы. Есть резисторы с погрешностью 1%, но меня вполне устроят и с 5% погрешностью. Стандартные значения распределены по логарифмической шкале с шагом погрешности. Чтобы это всё не изучать, вы можете воспользоваться утилитой stdval от автора того сайта. Wine этот экзэшник не запустит, так как утилита написана под dos. Запускать её нужно с помощью dosbox. Вы просто вводите рассчитанное значение и погрешность, а программа выдаст вам ближайший по номиналу резистор, какой вы можете купить в радио магазине.

Ещё я рекомендую припаять конденсатор в линию с той стороны аттенюатора, в которую заходит фантомное питание микрофона, чтобы снизить возможное жужжание.

Спаяйте компоненты и вставьте их в какой-нибудь корпус.
Аттенюатор готов, приятного аппетита!