Magiczny świat potencjometrów, czyli wszystko o regulacji głośności w sprzęcie audio

Regulacja głośności jest jedną z najważniejszych funkcji każdego systemu audio. Prawidłowe działanie tego elementu naszego sprzętu ma ogromny wpływ na przyjemność płynącą z jego użytkowania. Kiedy potencjometr zaczyna tracić swoją funkcjonalność, nawet w niewielkim stopniu, jest to niezwykle kłopotliwe, a może też być niebezpieczne dla innych elementów zestawu, takich jak chociażby kolumny głośnikowe czy słuchawki. Z punktu widzenia audiofila o wiele ważniejsza niż potencjalne usterki jest jednak charakterystyka pracy regulatora głośności i jego wpływ na brzmienie, jednak coraz częściej istotnym czynnikiem jest również to, czy regulacji dokonujemy za pomocą pokrętła, przycisków, pilota zdalnego sterowania, czy może aplikacji zainstalowanej na naszym telefonie. Zagadnienie jest ważne, ale często bywa pomijane. Sami przyznajcie - czy kupując wzmacniacz, amplituner, streamer lub kolumny aktywne, przywiązujecie dużą wagę do tego, w jaki sposób konstruktorzy rozwiązali kwestię potencjometru, jak jest on zbudowany i jak się z niego korzysta? Zgaduję, że nie jest to sprawa priorytetowa. Mimo to dla wielu melomanów niezwykle istotne jest to, aby mogli precyzyjnie wyregulować poziom decybeli na przykład podczas wieczornego odsłuchu, a kiedy wybierzemy się na jedną z wystaw sprzętu hi-fi, pokrętła regulacji głośności są wypalcowane bardziej niż przyciski w windzie. No bo jak człowiek widzi taką piękną gałkę, to co? Proste - trzeba pokręcić, choćby nawet wzmacniacz był wyłączony.

Z technicznego punktu widzenia regulacja głośności jest jednym z elementów wpływających na wzmocnienie między zaciskami wejściowymi i wyjściowymi wzmacniacza. Omawiając wzmocnienie i regulację głośności, odnosimy się jednak do różnych obwodów wzmacniacza. Do regulacji głośności stosuje się różne komponenty układy elektroniczne, takie jak potencjometry czy drabinki rezystorowe. W większości przypadków są to dzielniki napięcia o zmiennej rezystancji. W dzisiejszych realiach regulatory głośności należałoby w pierwszej kolejności podzielić na analogowe i cyfrowe. Oba światy to temat na osobny artykuł, a nawet książkę, ale mimo wszystko postaram się przybliżyć ich najważniejsze cechy.

Po co nam potencjometr?

Głupie pytanie? No, dobrze, może trochę, ale chwilę się nad nim zastanówmy. Jako użytkownicy sprzętu hi-fi, chcemy mieć wpływ na to, jak głośno będzie grał. To oczywiste. Jednak tak naprawdę dlaczego wykonujemy to za pomocą takich, a nie innych elementów i dlaczego znajdują się one w tym, a nie innym miejscu? Dlaczego w różnych urządzeniach regulacja głośności zrealizowana jest w inny sposób i dlaczego jeden wzmacniacz na połowie skali - wszystko jedno czy akurat jest to potencjometr analogowy, czy cyfrowy - gra głośno, a inny zauważalnie ciszej? Czy chodzi o moc wyjściową? Hmm, nie do końca. Niestety, wiele osób jest źle poinformowanych o tym, jak działa regulacja głośności. W szczególności typowe jest błędne interpretowanie, w jaki sposób moc wyjściowa wzmacniacza i ustawienie regulacji głośności odnoszą się do siebie nawzajem. Niektórzy użytkownicy zakładają, że wzmacniacz będzie działał z połową swojej maksymalnej mocy, gdy pokrętło głośności jest ustawione na połowę skali (w większości urządzeń z klasycznym pokrętłem mówi się, że potencjometr "pokazuje godzinę dwunastą"). Tymczasem nie jest to prawda. Nie ma sztywnej reguły łączącej moc wyjściową wzmacniacza z ustawieniem regulacji głośności. Pozycja pokrętła i moc wzmacniacza wyrażana w watach to jedyne dwie zmienne, które wpływają na ilość sygnału pojawiającego się na wyjściu wzmacniacza.

W większości systemów audio potencjometr jest tylko tłumikiem sygnału i sam nie zapewnia wzmocnienia. Co zatem do niego trafia? Chociaż nie ma ogólnie przyjętego standardu dla poziomu wyjściowego domowego sprzętu audio, większość źródeł oferuje napięcie około 2-2,5 V na wyjściu niezbalansowanym (RCA) lub 4-5 V w przypadku wyjścia zbalansowanego (XLR). Warto pamiętać o tym, że już na tym etapie mogą występować różnice zarówno w poziomie wyjściowym odtwarzaczy, jak i czułości wejściowej wzmacniaczy. Jeśli korzystacie z kilku źródeł, na pewno zetknęliście się z sytuacją, w której różnią się one od siebie nie tylko brzmieniem, ale także poziomem głośności. Wynika to właśnie z poziomu sygnału na wyjściu oraz relacji między czułością wyjściową źródła i wejściową wzmacniacza. Dlatego w niektórych wzmacniaczach - w szczególności tych "cyfrowych" - mamy możliwość ustawienia tych parametrów osobno dla każdego wejścia. Czy te 2-2,5 V wystarczy, abyśmy mogli wzmocnić ten sygnał, uprzednio regulując jego głośność? Tak. Większość systemów stereo ma pewną zauważalną nadwyżkę napięcia ze źródła. Dlatego też, nawet gdy wzmacniacz ma pracować z maksymalną mocą, sygnał prawie zawsze musi być znacznie wyciszony za pomocą regulatora głośności, aby uniknąć przeciążenia wzmacniacza. Chcąc przekonać się, jak taki zestaw działa bez potencjometru, moglibyśmy podłączyć źródło bezpośrednio do końcówki mocy, ale nikogo nie będę zachęcał do takich eksperymentów. Raz czy dwa razy zdarzyło mi się to zrobić, oczywiście zupełnie przypadkowo, i tylko błyskawiczne wyłączenie wzmacniacza uratowało mnie przed wystrzeleniem membran głośników w kosmos.

Wolty, omy, waty i ampery a realny poziom głośności

Wróćmy zatem do naszych wątpliwości - dlaczego jeden wzmacniacz szybko się "rozpędza" i mimo że teoretycznie dysponuje mocą 50 W na kanał, gra głośno już z potencjometrem ustawionym na godzinę dziesiątą, a w innym, na papierze zdecydowanie mocniejszym, poziom głośności jest jeszcze całkiem znośny, gdy wyświetlacz pokazuje 60 w skali od 0 do 100? Ma to oczywiście związek z konstrukcją danego potencjometru, a w największym stopniu zależy od wybranej przez konstruktorów charakterystyki. Dla uproszczenia dalszego rozumowania przyjmijmy więc, że zawsze dysponujemy wzmacniaczem o takiej samej mocy wyjściowej. Co więcej, załóżmy, że nie odtwarzamy typowego sygnału muzycznego, gdzie poszczególne nagrania mogą mieć inną charakterystykę, a nawet w obrębie jednego utworu możemy obserwować ogromne różnice w poziomie głośności. Możemy nawet założyć, że przepuszczamy przez nasz tor jednostajny szum.

We wzmacniaczach audio do regulacji głośności najczęściej wykorzystywane są potencjometry logarytmiczne. Wynika to z faktu, że głośność musi odpowiadać temu, jak pracują nasze zmysły, a w tym przypadku - ludzki narząd słuchu. Jak sama nazwa wskazuje, potencjometr logarytmiczny został zaprojektowany tak, aby uzyskać dokładnie logarytmiczną zależność między położeniem pokrętła a sygnałem na wyjściu potencjometru. Ponieważ są one łatwiejsze w produkcji i tańsze, najczęściej stosowane potencjometry w sprzęcie audio mają charakterystykę nieznacznie odbiegającą od krzywej logarytmicznej. Takie odchylenie od krzywej teoretycznej nie przeszkadza w komfortowej pracy wzmacniaczy, co pokazało rzeczywiste doświadczenie. Skutkuje to liniową charakterystyką głośności lub stopniową zmianą głośności w odpowiedzi na położenie suwaka (potencjometr suwakowy) lub kąt obrotu potencjometru (potencjometr obrotowy). Jeśli wyobrazimy sobie klasyczne pokrętło z początkiem skali na godzinie ósmej i końcem na godzinie czwartej, podczas normalnych odsłuchów będziemy najczęściej operować w w granicach od dziewiątej do dwunastej, a gdy zechcemy zrobić naprawdę głośno, ustawimy gałkę gdzieś między dwunastą a drugą lub nawet trzecią (w większości wzmacniaczy na tym etapie i tak pojawią się już słyszalne zniekształcenia).

Zupełnie inaczej będzie to wyglądało w przypadku potencjometru o charakterystyce liniowej. Tam bardzo szybko zacznie się robić głośno, a dojście do godziny dwunastej będzie praktycznie niemożliwe. Teoretycznie jest to trochę nieoczywiste, ale jeśli zdamy sobie sprawę z tego, jak działa ludzki słuch i jak przyrost poziomu głośności wyrażany w decybelach przekłada się na to, co odbieramy, stanie się oczywiste, że potencjometry logarytmiczne są dla nas bardziej naturalne i bardziej "liniowe" niż, ehm, liniowe (tak, wiem, masło maślane). Czy krzywa naszego potencjometru załatwia temat? Jak można się domyślać, nie do końca. Nie należy bowiem zapominać o innych parametrach, takich jak impedancja czy czułość. Powszechnie uważa się, że posiadanie niskiej impedancji wyjściowej i stałej, stosunkowo wysokiej impedancji wejściowej jest korzystne dla wygody użytkowania z urządzeniami towarzyszącymi. Zazwyczaj konstruktorów obowiązują pewne wytyczne dotyczące impedancji, ale bardziej szczegółowe specyfikacje można określić dopiero po ustaleniu, które obwody lub urządzenia mogą współpracować z kontrolerem głośności, a których to nie dotyczy. Zanim przejdziemy dalej, warto nadmienić, że potencjometry różnych typów nie są wykorzystywane jedynie we wzmacniaczach, przedwzmacniaczach czy wzmacniaczach słuchawkowych. Można je zobaczyć również w kolumnach aktywnych, subwooferach, a nawet przedwzmacniaczach gramofonowych.

Gdyby podziały gdzieś się podziały...

Jeśli chodzi o ścieżkę analogową, istnieją dwa sposoby realizacji kontroli głośności - pasywna oraz aktywna. W pierwszym przypadku element sterujący - potencjometr - jest umieszczony w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego stopnia napięciowego, który w torze znajduje się przed wzmacniaczem mocy. Regulacja aktywna jest bardziej skomplikowana z punktu widzenia układu elektronicznego, ale teoretycznie nie ma wpływu na charakterystykę częstotliwościową i fazę sygnału. To jednak dopiero początek opowieści. Biorąc pod uwagę stosowane technologie, możemy wyodrębnić sterowanie analogowe, tradycyjne potencjometry przesuwne, obrotowe i zapadkowe, drabinki rezystorowe, mikroprzełączniki, układy scalone i cyfrową regulację głośności z dodatkowymi funkcjami. Dochodzą do tego jednak rozwiązania nietypowe i autorskie technologie niektórych firm, polegające na połączeniu precyzyjnej regulacji cyfrowej lub drabinki rezystorowej (od wewnątrz) ze sterowaniem za pomocą klasycznego pokrętła (od zewnątrz, dla wygody użytkownika).

Potencjometry analogowe - wady i zalety

Zdecydowanie najpopularniejszym rodzajem regulatora głośności w sprzęcie audio jest klasyczny potencjometr obrotowy. Mniej popularne, ale wykorzystujące z grubsza tę samą zasadę działania, są potencjometry suwakowe. W dużym uproszczeniu potencjometr tego typu ma ścieżkę rezystancji zbudowaną ze starannie dobranych materiałów, a suwak jest przesuwany wzdłuż tej ścieżki. Sygnał wejściowy jest przykładany do skrajnych styków potencjometru, a sygnał wyjściowy jest uzyskiwany z suwaka i jednego ze skrajnych połączeń potencjometru. W rezultacie tworzony jest dzielnik napięcia, a pozycja suwaka kontroluje, jaka część napięcia wejściowego jest wysyłana na wyjście. Potencjometry obrotowe i suwakowe oferują szereg istotnych korzyści. Ze względu na ich prostą konstrukcję, mogą być produkowane niskim kosztem przy użyciu tanich materiałów. Jak zapewne się domyślacie, mogą być również wykonane przy użyciu lepszych materiałów i z mniejszymi tolerancjami. Potencjometry z tradycyjną węglową ścieżką rezystancyjną są najtańsze, podczas gdy te hermetyczne z przewodzącymi ścieżkami z tworzywa sztucznego (ALPS, Noble) są bardziej złożone i kosztują więcej. Pod względem elektronicznym potencjometry obrotowe i suwakowe są łatwe w użyciu, oferują płynną regulację bez generowania pasożytniczych sygnałów związanych z przełączaniem, nie wymagają oddzielnego źródła zasilania i często zajmują niewiele miejsca wewnątrz urządzenia.

Klasyczne potencjometry mają jednak szereg wad. Przede wszystkim po upływie pewnego czasu może dojść do zużycia suwaka i prowadnicy. Stopień, w jakim potencjometry podlegają zanieczyszczeniu suwaka lub ścieżki rezystancyjnej, różni się w zależności od tego, jak dobrze zostały wyprodukowane. Trudno jest zagwarantować dokładną powtarzalność właściwości potencjometrów, nawet w przypadku drogich modeli. Z tego powodu potencjometry stereo zazwyczaj niedokładnie równoważą kanały, a największe rozbieżności występują przy niskim poziomie głośności. Jeżeli zauważyliście, że przy próbie ustawienia poziomu głośności na minimum dźwięk "ucieka" do jednego kanału, nie zgłaszajcie sprawy do serwisu, ponieważ w tego typu potencjometrach jest to całkowicie normalne i niestety trzeba to zaakceptować. Normą są także różnego rodzaju szmery i trzaski towarzyszące kręceniu gałką. Przyczyną tego zjawiska jest znów mechaniczne zużycie elementów stykowych, a najczęściej wynika to z gromadzenia się w takim potencjometrze zabrudzeń. W wielu przypadkach dobry serwisant będzie w stanie wyczyścić taki regulator, przywracając mu pierwotną sprawność, ale może się zdarzyć i tak, że konieczna będzie wymiana. Nie jest to żadna tragedia, bo potencjometr obrotowy wysokiej klasy, na przykład ALPS z serii "niebieskiej" lub "czarnej", będzie kosztował w granicach 120-250 zł.

Z technicznego punktu widzenia wadą klasycznych analogowych potencjometrów jest również to, że niezwykle trudno jest uzyskać w nich "prawdziwą" krzywą logarytmiczną. W rzeczywistości w wielu przypadkach realna krzywa jest bliska tej idealnej, ale w stu procentach się z nią nie pokrywa. Jest jednak mało prawdopodobne, aby ktokolwiek to zauważył i czuł się z tego powodu niekomfortowo. O wiele większym problemem praktycznym jest mało precyzyjna regulacja poziomu głośności za pomocą pilota. W urządzeniach ze zdalnym sterowaniem potencjometr jest wyposażony w mały silnik elektryczny, a cały układ działa w dość bezpośredni sposób - gdy naciskamy przycisk, pokrętło od razu "startuje". Wyregulowanie poziomu głośności podczas wieczornego odsłuchu bywa w takich warunkach kłopotliwe. Pozostaje albo zabawa w snajpera, albo ruszenie tyłka z kanapy.

Drabiną do nieba, czyli krótko o drabinkach rezystorowych

Innym typem regulatora głośności - wciąż czysto analogowego - jest drabinka rezystorowa. Elektronik powiedziałby, że jest to element dyskretny pełniący tę samą funkcję, co potencjometr obrotowy lub suwakowy, z tą różnicą, że obwód składa się z pojedynczych rezystorów o różnej wartości oporu, przełączanych skokowo. Można nawet powiedzieć, że zarówno klasyczne potencjometry, jak i drabinki rezystorowe są w gruncie rzeczy dzielnikami napięcia, jednak te drugie są bardziej zaawansowane i choć naśladują działanie konwencjonalnego przełącznika mechanicznego, pod względem możliwej do uzyskania jakości brzmienia wyprzedzają zwykłe tłumiki o kilka długości. Jeżeli nie macie pojęcia o elektronice, wyobraźcie sobie dworzec kolejowy, gdzie jeden tor rozdziela się na kilka czy kilkanaście, a zamiast peronów mamy rezystory o różnych wartościach. W danym momencie prąd płynie tylko przez jeden rezystor, dając efekt w postaci mniejszego lub większego tłumienia sygnału. Po przełączeniu zwrotnicy nasz pociąg zostanie skierowany na inny tor, wywołując skutek w postaci wzrostu lub spadku poziomu głośności.

Potencjometrom tego typu możemy przyglądać się z dwóch stron. Użytkownik na pewno w pierwszej kolejności zwróci uwagę na to, w jaki sposób odbywa się sama regulacja głośności - za pomocą przycisków, a może pokrętła, działającego płynnie lub skokowo? Elektronik weźmie natomiast pod uwagę wewnętrzną budowę takiego układu. Jedno jest pewne - na tym naszym wyimaginowanym dworcu jakoś trzeba zarządzać ruchem. Drabinki rezystorowe można zaimplementować przy użyciu stosunkowo niewielkiej gamy przełączników. W przypadku korzystania z przełączników mechanicznych, drabinki często wykorzystują jedną z trzech popularnych topologii. Pierwszą jest Tłumik szeregowy, składający się z szeregu rezystorów, które naśladują ścieżkę rezystancji potencjometru. Aby uzyskać właściwości logarytmiczne, należy odpowiednio dobrać wartości rezystorów. Drugi typ to zmienny bocznik i stały rezystor szeregowy. Dzielnik napięcia składa się tylko z dwóch rezystorów dla każdej pozycji. Niestety, impedancja takiego obwodu jest zmienna, ponieważ rezystor szeregowy pozostaje stały, ale liczba rezystorów potrzebnych do pracy takiego potencjometru jest minimalna. Trzecim typem drabinki jest tak zwany L-pad, a więc układ z innym rezystorem szeregowym i bocznikiem dla każdego punktu. Taka drabinka wymaga użycia większej liczby rezystorów, ale również ma swoje zalety.

Wiele powszechnie używanych drabinek dla określonego ustawienia regulacji głośności wykorzystuje tylko dwa rezystory, styki i przewody selektora, które tworzą cały obwód. Zastosowanie selektora z doskonałymi rezystorami i stykami zaowocuje stosunkowo prostym obwodem wykonanym w całości z wysokiej jakości części. Inaczej jest w przypadku drabinek rezystorowych, które łączą połączenia za pomocą elektrycznie sterowanych przekaźników. Różne topologie oferują różne kombinacje korzyści i wad. Różnice dotyczą tego, ile części jest potrzebnych, jak dużą dokładność muszą mieć rezystory, jak stała musi być impedancja wejściowa lub ile elementów jest wymaganych do złożenia wybranego dzielnika i przez ile elementów przechodzi sygnał. Warto dodać, że oprócz drabinek rezystorowych zbudowanych "na piechotę" istnieją także układy zintegrowane. Puryści nie przepadają za tym rozwiązaniem, ale z punktu widzenia producenta sprzętu taka drabinka rezystorowa w formie układu scalonego jest kuszącą opcją. Mimo to audiofile są generalnie zgodni co do tego, że doskonała drabinka rezystorowa jest lepsza niż najlepsze i najdroższe potencjometry. Tego typu układy są dokładniejsze, gwarantują dobrą zgodność z krzywą logarytmiczną i są odporne na problemy klasycznych regulatorów, takie jak chociażby nierówności między kanałami na początku skali. Jeśli chodzi o wrażenia użytkowe, drabinki rezystorowe są często obsługiwane przyciskami lub pokrętłami działającymi skokowo. Przełączeniu rezystorów towarzyszą ciche kliknięcia. Wadą drabinek rezystorowych jest także ograniczona liczba dostępnych pozycji. W przypadku typowego, klasycznego pokrętła, precyzja regulacji jest niemal nieograniczona (gałkę zawsze można delikatnie musnąć palcem, oczekując, że ustawimy poziom głośności idealnie), natomiast tutaj musimy podjąć decyzję i tylko od producenta zależy to, czy różnica między kolejnymi poziomami będzie wystarczająco mała. Trzeba się do tego przyzwyczaić, podobnie jak do charakterystyki pracy potencjometru obrotowego lub suwakowego.

Cyfrowa regulacja głośności - remedium na wszystkie problemy?

Wysokiej klasy systemy audio coraz częściej z powodzeniem wykorzystują cyfrową regulację głośności. Co istotne, mówimy tu nie tylko o wzmacniaczach. Zadanie, którym w klasycznych zestawach stereo zajmował się analogowy przedwzmacniacz, coraz częściej przekazywane jest komponentom źródłowym, na przykład odtwarzaczom strumieniowym i przetwornikom cyfrowo-analogowym. Naturalnie, w podobny sposób działa to również w przypadku wzmacniaczy i amplitunerów sieciowych, szeroko rozumianych systemów all-in-one, a także głośników bezprzewodowych, soundbarów i wszelkiej maści sprzętu, który zaliczylibyśmy do segmentu popularnego. W tym momencie należy zaznaczyć, że mówimy tu tylko i wyłącznie o "prawdziwej" cyfrowej regulacji głośności. Ze względu na podobieństwo interfejsu użytkownika, czasami urządzenia z procesorem obsługującym zintegrowaną drabinkę rezystorową mogą być błędnie określane jako te wyposażone w układ cyfrowej regulacji głośności. Co więcej, czasami takie informacje można znaleźć w materiałach samych producentów. Jest to jednak bardziej chwyt reklamowy niż rzeczywista charakterystyka układu elektronicznego. Dla porządku warto więc nauczyć się odróżniać od siebie te dwie rzeczy i doprecyzować, czy mówimy o całkowicie cyfrowej regulacji, czy może o zintegrowanej drabince rezystorowej z cyfrowym sterowaniem.

W teorii cyfrowa regulacja głośności zapewnia doskonały balans kanałów i precyzję ustawień. Jest ona także generalnie tańsza, ponieważ wykorzystuje procesor, który i tak jest istotną częścią danego urządzenia, najczęściej odtwarzacza. Cyfrowa kontrola głośności jest zatem bardziej opłacalna i działa znacznie lepiej niż analogowa kontrola głośności, ponieważ nie wymaga kosztownego przedwzmacniacza. Z punktu widzenia użytkownika oznacza to dodatkowe korzyści. Funkcja regulacji głośności może być przecież zawarta w aplikacji na urządzenia mobilne lub graficznym interfejsie użytkownika. Wielu audiofilów wciąż podchodzi do cyfrowej regulacji głośności jak pies do jeża, być może ze względu na to, że takie potencjometry były stosowane w niektórych odtwarzaczach CD, dając niestety średnie efekty ze względu mało ambitną konstrukcję. Odtwarzacze te często wykorzystywały cyfrową regulację z 16-bitowymi sygnałami wejściowymi i wyjściowymi, więc utrata jakości brzmienia była znaczna. Z czasem upowszechniły się przetworniki 24-bitowe, a obecnie w części obliczeniowej można natknąć się na jeszcze większe długości słowa - 32, a nawet 64 bity. W wielu współczesnych DAC-ach mamy zakres dynamiki przekraczający 120 dB. Cyfrowa regulacja głośności wydaje się być nie tylko najwygodniejszą, ale i najlepszą z technicznego punktu widzenia opcją.

Myliłby się jednak ten, kto pomyśli, że cyfrowe potencjometry nie mają wad. Chcąc zagłębić się w ten temat, wchodzimy w skomplikowany świat bitów, częstotliwości próbkowania, a nawet zniekształceń cyfrowych. Sygnał cyfrowy nie jest ani tłumiony, ani jego amplituda nie jest wzmacniana, w przeciwieństwie do domeny analogowej, w sensie zjawisk typowych dla technologii analogowej. Wykorzystywana jest raczej procedura arytmetyczna, która pociąga za sobą dokładne obliczenie kolejnych próbek głośności, które będą występować po dostosowaniu poziomu głośności. W dużym uproszczeniu proces cyfrowego wyciszania sygnalu polega wyłącznie na mnożeniu kolejnych próbek przez odpowiednią liczbę z przedziału od 0 do 1. Ze względu na ograniczoną precyzję obliczeń cyfrowych, zniekształcenia powodują utratę dynamiki sygnału, poziomu szumów i liniowości dla sygnałów o niskim poziomie. Próbki sygnału obliczane w celu wytworzenia nowych o zmienionych wartościach w celu dostosowania poziomu głośności mogą, niestety, nie być idealne. Niedokładności tych operacji matematycznych mogą na przykład pociągać za sobą modyfikację głośności sygnału, oczywiście w minimalnej skali i krótkim czasie. Nowe próbki, wytwarzane podczas regulacji głośności, zawierają więcej bitów niż w próbki wejściowe. Błędy kwantyzacji pojawiają się, gdy "zabraknie" bitów do wykonania precyzyjnych obliczeń. Mówiąc najprościej, najcichsze informacje sygnału audio zostaną utracone, powodując określone zniekształcenia. Zmniejszona precyzja obliczeń powoduje między innymi zmniejszenie dynamiki sygnału, pogorszenie stosunku sygnału do szumu i zmniejszenie liniowości sygnałów o niskim poziomie. Rozwiązaniem może być dithering, czyli dodatkowy szum nałożony na sygnał. Choć wydaje się to zaskakujące, poprzez dodanie szumu można do pewnego stopnia wyeliminować zniekształcenia spowodowane przez błędy kwantyzacji. Aby przenieść energię części szumu z zakresu, w którym ucho jest bardziej wrażliwe, do strefy wyższych częstotliwości, a więc tam, gdzie ucho ma już mniejszą czułość, niektóre cyfrowe systemy kontroli głośności wykorzystują specjalnie zaprojektowany szum jako dither.

Transformatory, lasery i inne regulatory nietypowe

W artykule o regulatorach głośności w sprzęcie audio nie moglibyśmy nie poruszyć tematu potencjometrów mniej popularnych i rozwiązań autorskich, stosowanych zazwyczaj tylko w urządzeniach jednej marki. Ciekawym, aczkolwiek niezwykle rzadko stosowanym rozwiązaniem jest transformatorowa regulacja głośności. Do tego celu stosuje się wyspecjalizowane transformatory sygnałowe z kilkoma odczepami uzwojenia wtórnego. Uzwojenie pierwotne odbiera sygnał wejściowy, a proces sterowania głośnością sprowadza się do przełączania odczepów uzwojenia wtórnego. Podobnie jak w przypadku drabinki rezystorowej, w tym celu można użyć grupy przekaźników lub wielopozycyjnego przełącznika obrotowego. Zaletą tego podejścia jest całkowita izolacja galwaniczna od źródła sygnału, która usuwa z niego składową stałą. Uciążliwością w tym przypadku jest jednak konieczność starannego doboru transformatora w oparciu o specyfikację źródła sygnału oraz wymóg zastosowania wysokiej jakości rdzenia w celu transmisji jak najszerszego pasma częstotliwości, nie wspominając już o konieczności niezwykle starannego ekranowania tego elementu konstrukcyjnego. Jak łatwo się domyślić, nie każdemu chce się w to bawić. Jedną z niewielu firm oferujących przedwzmacniacze transformatorowe jest The Bespoke Audio Company.

Japońscy producenci hi-endowej elektroniki audio wyspecjalizowali się w produkcji potencjometrów, które z zewnątrz wyglądają jak klasyczne tłumiki analogowe, ale tak naprawdę są zaawansowanymi potencjometrami działającymi na zupełnie innej zasadzie. Świetnym przykładem może być stosowany przez firmę Accuphase układ AAVA (Accuphase Analogue Vari-gain Amplifier). Sygnał napięciowy jest tutaj najpierw rozdzielany na regulatory prądowe, a następnie sumowany na wyjściu. W jednej z generacji tego układu moduł regulacji został podzielony na 16 lini, przy czym każda z nich to oddzielny konwerter napięciowo-prądowy. Każdy konwerter wytwarza proporcjonalny do napięcia prąd, a następnie procesor sterujący - otrzymujący z zewnątrz sygnał o położeniu gałki potencjometru - wybiera, które z linii będą potrzebne do uzyskania pożądanego poziomu dźwięku. Producent twierdzi, że ponieważ sygnał muzyczny nie musi przechodzić przez żadne rezystory zmienne, nie musimy się martwić o wahania impedancji. Oznacza to, że wyjątkowy stosunek sygnału do szumu i niskie zniekształcenia wzmacniacza nie ulegają w żaden sposób pogorszeniu, a tę samą jakość dźwięku można uzyskać przy każdym ustawieniu głośności.

Innym rodzajem zaawansowanego technicznie potencjometru jest opracowany przez Luxmana układ LECUA (Luxman Electronically Controlled Ultimate Attenuator). Jest to mechanizm perfekcyjnej kontroli głośności, umożliwiający sprawną i precyzyjną regulację poziomu głośności w 88 krokach, dzięki czemu minimalizowane jest pogorszenie sygnału. Co ciekawe, w moduł tłumika głośności wbudowana została także regulacja balansu. Japończycy nie mają jednak monopolu na audiofilskie potencjometry. Niezwykle nowoczesne układy wprowadza też słowacka firma Canor. Jeśli dobrze rozumiem, w tym przypadku faktyczną regulacją głośności zajmie się drabinka rezystorowa, ale informacja o poziomie wysterowania będzie przekazywana drogą cyfrową, a w pokrętło wbudowany zostanie optyczny czujnik położenia - działający na tej samej zasadzie, co te w komputerowych myszkach, z których wiele osób korzysta każdego dnia.

Podsumowanie

Regulacja głośności w sprzęcie audio to niezwykle istotne zagadnienie, o którym na co dzień nie myślimy zbyt często, a jeśli już, to dopiero wtedy, gdy coś jest nie tak - nie możemy ustawić pożądanego poziomu decybeli podczas wieczornego odsłuchu, analogowy potencjometr zaczyna trzeszczeć, sygnał trafia tylko do jednego kanału albo wiesza nam się aplikacja na telefonie, w związku z czym musimy podejść do naszego urządzenia i skorzystać z pokrętła lub przycisku. Warto jednak wziąć ten aspekt pod uwagę nie tylko podczas użytkowania, ale przede wszystkim przed zakupem wymarzonej elektroniki. Wszystkie rozwiązania techniczne mają swoje zalety, korzyści, które trudno przecenić, ale czasami mają też bardzo poważne wady lub ograniczenia. Abstrahując od budowy wewnętrznej i parametrów, z punktu widzenia użytkownika najważniejsze jest to, jak z danego potencjometru się korzysta i czy jest to dla nas wygodne. Tutaj do gry wchodzą nasze osobiste preferencje. Nawet jeśli przemawiają do nas plusy cyfrowej regulacji głośności, możliwe, że intuicyjnie wybierzemy wzmacniacz z tradycyjnym, analogowym potencjometrem, i to najlepiej takim wyposażonym w duże, ciężkie, metalowe, obracające się z przyjemnym oporem pokrętło. Na koniec warto również dodać, że rosnąca popularność odtwarzaczy sieciowych i systemów all-in-one sprawia, że być może za jakiś czas typowe "gałki" będą stanowiły tylko element ozdobny, przypominający nam o tym, jak to kiedyś ustawiało się głośność, podczas gdy cały proces będzie przebiegał w domenie cyfrowej. Możliwość ustawienia siły głosu nie we wzmacniaczu, ale jeszcze zanim sygnał trafi na wyjście naszego źródła, zasadniczo stawia pod znakiem zapytania sens stosowania klasycznych wzmacniaczy zintegrowanych. To jednak temat na zupełnie inny artykuł.

Artykuł powstał we współpracy z salonem Q21. Zdjęcia: materiały producentów, archiwum redakcyjne

• « poprz.
• nast. »