带输入选择器和VFD显示屏的立体声音量控制器

说来也巧，尽管我写过很多评测，却几乎从未评测过与音频设备有关的产品。当然，我评测过一款功率放大器电源，但在我看来，这和音频设备的关系实在有些间接。于是我决定关注一下放大器、DAC和其他音频设备，先从音量控制器开始。
选择这款音量控制器，更多是出于外观方面的考虑，因为它的功能非常简单，所以今天的评测不会太长。


从前言中你们已经知道，我打算搭建一个类似放大器的东西，很可能会带DAC，不过在这里这并不是特别重要。以前我做过很多这类设备，但这么多年过去，有些东西已经忘了，也有不少新东西取而代之。因此，我一方面会回忆旧知识，另一方面也会自学，难免会有错误和疏漏，还请大家提前见谅。

我曾在这篇评测中间接谈到音频设备，当时展示的是一款功率放大器电源。之后这款电源很可能还会继续出镜，大概会作为实验对象，用来了解开关电源和普通电源之间的差异。不过那是以后评测的内容，现在先回到今天的主题——音量控制器。

显然，现在调节音量不一定非要改动电路，也可以直接在信号源上通过软件调节。但我个人不太喜欢这种做法，还是更倾向于采用“经典”的模拟音量控制器。

首先要说的是，音量控制器有线性和对数型，也有带响度补偿的。我觉得没必要细讲这些，因为这更多是个人喜好，不过还是简单说明一下：

1. 线性型或对数型。
线性型的分压比会随着控制轴的转角成正比变化。
对数型（更准确地说是反对数型）更符合人耳的听觉特性：调节刚开始时变化非常平缓，接近末端时则会变得更明显。人耳更容易分辨较小声音的音量差异，所以调节初段比较平缓；音量较大时，差异就不那么明显，调节可以更粗一些。

主要有三种特性：
A型（进口产品中标为B）——线性型，电阻值随转角线性变化。这类电阻例如适合用于电源的电压调节电路。
Б型（进口产品中标为C）——对数型，电阻值开始时变化较快，接近中间位置后变化更平缓。
В型（进口产品中标为A）——反对数型，电阻值开始时变化平缓，接近中间位置后变化较快。这类电阻通常用于音量控制器。
还有一种W型，只在进口产品中生产。它的调节曲线呈S形，是对数型和反对数型的混合。说实话，我不知道这种电阻用在哪里。
感兴趣的话，可以在这里查看更多介绍。
顺便说一下，我也见过一些进口电位器，其调节特性的字母标记和国产产品相同。例如这款现代进口电位器就是线性特性，标记字母为A。


2. 响度补偿。
音量较小时，人耳对中频的听觉更灵敏，对低频和高频则不那么敏感，因此有些音量控制器会在调节初段强制修正频率响应。响度补偿通常可以关闭，因为并不是所有人都喜欢它，关闭后就能听到原始声音。最简单的响度补偿是在电阻的输入信号端和滑动触点之间接入一个小容量电容。更“高级”的电阻会带有一个或多个抽头，可以更精确地调整补偿效果。


为了更好地理解这一点，人们绘制了人耳灵敏度曲线族，也就是不同频率的可听声波对应的平均灵敏度曲线。

下图展示的就是这些曲线，它们被称为等响曲线，并被采纳为国际标准。


使用普通电位器实现响度补偿的接法。


以及专用电位器的接法。


就我这个情况而言，大多数时候直接用普通电位器就行。下面的照片展示了几种简单的电位器，左边的贵一些，右边的便宜一些，但本质上都是电位器。Alps生产的电位器质量不错，不过价格相当不便宜。


不过，质量更好的方案是采用由一组可切换电阻组成的阶梯式音量控制器。 实际上，这是一种多级衰减器，它的优点是可以设定任意的调节特性，但更重要的是，能更精确地匹配各声道的一致性。
还有带棘轮的普通可变电阻，别把它们搞混了，那完全是另一回事，本质上只是“模拟”而已。

阶梯式调节器最常见于高端设备中，比如我第一次见到它，就是在很受欢迎的Odyssey 010功放里。顺便说一句，只要愿意花点时间和耐心，也可以用多档位开关和经过筛选的电阻自己制作类似的调节器。


或者甚至可以做成这样，本质上就是一个带一大堆电阻的开关。


如果把开关换成继电器，就能做出更漂亮的方案，而且还可以远程控制。为了简化设计，这种情况下电阻由二进制码控制。调整电阻的阻值，还可以设定对数特性。
通过固定电阻切换分压比，可以用相对简单的方式实现很大的调节范围：1个继电器对应2档，2个继电器对应4档，3个继电器对应8档。
下面的照片展示的是一款有256级调节的调节器。它由专用芯片ADC0804控制，该芯片会把可变电阻产生的模拟信号转换成二进制码。可变电阻在这里仅用于改变直流电压，并没有接入信号通路。
这里必须使用专用的信号继电器，而不是功率继电器，因为在电压和电流都很低的情况下，功率继电器无法保证良好的触点接触。
此外，这种调节器还有一个优点：只要再并联增加一块继电器板，就能轻松扩展为多声道。


从电路板底面可以看到，每个继电器旁边都有一对电阻。其实我一开始就打算买这种调节器，但后来改变了主意，原因稍后再说。


著名的尼基京调节器大致也是按这种电路搭建的。它的优点是输入和输出阻抗始终保持恒定，这有利于提升工作质量，也能减少对其他电路参数的影响。


如上所述，阶梯式调节器可以实现远程控制。不过，如果愿意，也可以买普通的“电动调节器”，由专用控制器驱动。实际上就是这样：可变电阻的轴既可以手动旋转，也可以通过遥控器控制；这时由一个带减速机构的小电机来转动，调节旋钮也会跟着转。如果再加个LED指示位置，效果会相当不错。


总之，我琢磨了半天该用哪种调节器，后来偶然发现了一个相当有意思的方案。最吸引我的是它的显示屏类型，不过这个稍后再说。
套装包括：
1. 调节器电路板
2. 带显示屏的控制板
3. 红外遥控器
4. 滤光片
5. 电源和输出连接线
6. 连接两块电路板的排线，长度280mm
7. 调节旋钮。

还可以单独加购：
1. 12 V、5 W电源变压器——$2.22
2. 负载控制板——$3.7
3. 加钱换镀金RCA接口——$1.47

我买的是“基础”套装，因为我有变压器，继电器板也可以自己做；至于花一块半美元买“镀金”接口，我实在不太相信。一路上我还担心显示屏会被摔坏，不过最后有惊无险。


附带的一些小配件没什么特别的：一片蓝色滤光片、一只廉价旋钮和两根小线。
我暂时不撕滤光片上的保护纸，因为之后还要把它装进机箱里，不想把表面刮花。


遥控器看起来像是某款AOC电视的，手感还算顺手，不过外壳是亮面的。外观不错，虽然按键其实可以少一些，因为大部分都用不上。
输入源既可以用Input 1-2-3-4按键切换，也可以按Bright键向任意方向切换。


主板，上面装有继电器、调节器以及整套设备的电源部分。



我不知道所谓“镀金”接口具体指什么，毕竟要为它单独加钱，但我收到的就是照片里这样的接口。 这块板可以切换四路信号源，所有输入都引到了一个大型接线端子排上。


有些地方的焊接只能算一般，不过整体做工我还是挺满意的，整洁，还带有安装孔和标识。


这块板使用12 V交流电供电，不过我用9 V供电也能正常工作。部分电容上印有Elna的标识，但在我看来，这里并不重要；更何况中国厂商有时也挺会折腾，这类标识并不总是可信。
此外，板上似乎还有一个倍压电路，因为显示屏所需电压明显高于12–15 V。不过倍压电路没什么不好，要是设计者装了开关电源转换器，反而更糟。


板上还装有四个稳压器，其中两个（78L05和79L05）为调节器供电，一个7805为继电器供电，另一个则负责控制板。


这就是调节器和四通道切换器。


信号电平由Cirrus logic生产的专用芯片CS3310调节。评测开头没有列出调节器的参数，不过实际上这些参数取决于这颗芯片，因此按芯片参数来介绍更合适。当然，所谓“准确”也是相对的，因为这些参数对应的是原装芯片，而我无法确定这里装的究竟是哪一颗。


我前面提到阶梯式信号调节器并不是没有原因的，这款调节器同样采用阶梯式调节。框图中红色标出的是衰减器，也就是分压器；绿色部分则是可调增益放大器。
与普通电位器不同，这款调节器有两种工作模式：衰减（-95.5 dB至0）和增益（0至31.5 dB）。衰减由衰减器负责，增益则由增益可调放大器负责。


调节器的外围电路非常简单，因此这套设备的性能基本由芯片参数决定，不过如果布线不当，某些参数还是可能受到影响。
这颗调节器芯片原本是双通道的，但从数据手册来看，它支持级联，也可以用于多通道系统，只需再加一颗或几颗同样的芯片即可。


板上有一个用于连接控制面板的接口，还有一颗我不认识、且标识已被磨掉的芯片。


如前所述，这块板可以控制额外负载的接通。为此，板上设有继电器连接端子。调节器进入工作状态时，这些端子上会输出5 V，采用负极切换。
这个输出可以用来控制功率放大器的供电。


1. CS3310调节器芯片
2. 用于控制继电器的ULN2003晶体管阵列，它也负责控制额外输出。
3. 5 V信号继电器TX2。我家里应该也有同款继电器，只不过是正品，之后也许会拿来对比。
4. 一颗我不认识的芯片，为什么要把标识磨掉，真是个谜。


电路板背面没有元件，大部分铺铜都用作屏蔽，以抵御干扰。


由于调节器芯片采用数字控制，套件中还配有控制和显示板。


控制方式既可以用编码器，也可以用遥控器。为此，板上装有红外接收器，显然，面板上的滤光片也必须覆盖到它。


这就是我选择这款调节器的部分原因：VFD显示屏，也就是我们常说的VLI（真空荧光显示器）。
正因为有它，这块板也可以称得上“温暖又有胆味”，毕竟VLI本身就是货真价实的电子管，只不过和声音毫无关系。 显示屏确实很普通，计算器等只需要显示9位数字的设备上常用的就是这种。


说实话，我确实很喜欢这类东西，也很想要这种显示屏的版本，用来替代常见的1602、2004等显示屏。不过它们通常非常贵，但确实很好看。



控制器和其他元件都布置在电路板背面，电路板本身的设计也和调节器电路板相同。不过有一点要说，电路板不太平整，稍微朝远离前面板的方向弯曲。


调节器控制器和显示屏驱动芯片。


电路板上有用于连接外接键盘的触点，还有跳线位置。
1. 绿色——键盘：静音、选择输入、调节音量。与编码器不同，这里有静音功能，但没有关机按钮。
2. 红色——完整工作模式（衰减器+放大器）或仅使用衰减器。
3. 黄色——关闭设置记忆功能。


1. 控制微控制器——12C5A60S2
2. 显示屏驱动芯片——PT6312BLQ
3. EEPROM，推测用于存储设置。
4. 光接收器的焊点。一开始我还以为焊得很糟，后来才发现只有底面看起来是这样，顶面的焊接很漂亮。



为了测试调节器，我接上了9 V电源变压器，用排线连接好电路板……好了，可以开机了。


开着闪光灯，又没有滤光片，根本看不清显示屏上的内容，虽然我已经在Photoshop里调整过图片了。


关掉闪光灯，或者加上滤光片，效果就好得多了。显示屏本身相当亮。


商品页面上有这个调节器的应用示例，更准确地说，是搭配它的前面板设计。不过有些方案显然用了另一种滤光片，而且明显长得多。


我暂时先用家里找到的一小块绿色滤光片凑合，下面说说它的工作模式。
1. 关闭状态，显示屏上只有最右侧数位的小数点亮着。
2. 短按编码器后，调节器进入正常工作模式，显示屏会显示Hello，随后消失。前面我提到过，电路板有一个用于开启额外负载的输出端，按下编码器后该端立即上电。电路板上电时，继电器会短暂地咔哒一声；待机模式下所有继电器都断开。要让电路板进入待机模式，需要按住编码器约两秒。
3. 显示屏显示当前启用的通道编号，以及信号的衰减/增益值。
4. 短接Mute触点一会儿，音量栏会显示横线；再次短接触点即可恢复声音。
5、6. 最低为-96 dB，最高为+31.5 dB。数据手册中标注的范围是-95.5至+31.5 dB。

最后展示的这一项里藏着个小麻烦：整个调节范围有256级，而编码器每转一圈只有20个位置，所以从最低调到最高几乎要转13圈。我当然喜欢平滑调节，但凡事总得有个限度……在我看来，30级就够了；如果想要更平滑，60～65级也行，可256级……


关闭内置放大器可以稍微改善这个问题，有两个好处：
1. 放大器对信号造成的失真会更小（推测）。
2. 调节级数从256级变成“只有”192级，也就是编码器转9.5圈。

还可以把编码器换成每圈24个位置的型号，操作起来会更方便，这样只需转8圈。

拆掉跳线P5后，内置放大器就会关闭，显示屏上的最大值也会变成00.0，而不是31.5。照片中还展示了不同的输入选择状态：1和4。短按编码器即可切换输入。
它有模式记忆功能，但完全断电后，调节器会恢复到正确关机前的模式；每个输入没有独立的记忆，所有输入共用一个音量设置。 如果焊接上存储锁定跳线，那么每次开机都会启用第一个输入，信号电平为-46.0 dB。


由于显示屏始终开启，因此不同工作状态下的功耗几乎没有变化：待机时为187 mA，工作时为236 mA。这里给出的是交流侧电流，功率分别约为1.7和2.2。


当然，我也做了一些简单测试，不过大部分时候还是受限于手头测量仪器的能力，尤其是示波器。对于音量控制器来说，通常最关键的是调节线性度、引入的失真和声道分离度，但我还真不知道怎么只用一台信号发生器和一台简易示波器来检查这些指标。输入电压为2.65 V、电平为-70 dB时，万用表测得输出约为1 mV。

测试使用了一台全模拟信号发生器，频率范围为10 Hz–100 kHz，以及一台DS203示波器。
先看看10 Hz时的波形。
1. 输入信号
2. 输出信号，电平为0 dB。
3. 输出信号，电平为+8.5 dB
4. 电平达到+9.0 dB时开始削顶，不过这取决于输入信号的幅度。
5. 电平为-45 dB
6. 电平为-30 dB


频率为20 kHz。
1. 输入信号
2. 输出信号，电平为0 dB。
3. 输出信号，电平为+12 dB
4. 由于这里的输入信号幅度较小，因此电平达到+12.5 dB时才开始削顶；继续提高增益后，信号会逐渐变成方波。
5. 电平为-45 dB
6. 电平为-30 dB


我的信号发生器最高只能输出100 kHz，所以我也决定在这个频率下测试一下。
1. 输入信号
2. 输出信号，电平为0 dB。
3. 输出信号，电平为+11.5 dB
4. 输出信号，电平为12.5 dB。电平为12.0 dB时，削顶几乎看不出来，所以我选了12.5 dB，效果更明显。


功率放大器还没准备好，DAC也还没到货，所以我先用这台放大器简单试了试。它工作正常，至少唯一一个完好的声道是正常的 :)
说起来，我准备改造的正是这台放大器。我知道它显然比不上Odyssey，不过手头有什么就先用什么吧。话虽如此，考虑到最后基本只会留下机箱，也许还会留下变压器和散热器，我觉得这倒也不重要。不过，同样是Odyssey，外观和结构都要扎实得多。


评测视频版


目前简单来说，一切都能正常工作，这方面我没有什么不满。音量可以调节，遥控器能用，显示屏也能显示所有必要信息，没有发现声音失真。值得一提的是，显示屏的供电没有使用开关转换器；虽然显示内容仍然是动态刷新的，但这是显示屏本身的限制。
不过也有一个缺点：信号调节过于平缓，所以我很可能会更换编码器，并断开内置放大器。
此外，我还希望每个输入都能单独调节音量，不过这大概只能算是“愿望清单”里的功能，因为通常用不上。

整体做工不错，没有发现明显的问题。可惜我没法确认音量控制芯片是不是原装。


暂时就写到这里，照例欢迎提问、建议和反馈，希望这篇评测对你有所帮助。