Audio Limiter Ses Seviye Sınırlayıcı Devresi

Ani ses yükselmeleri bazen sadece rahatsız edici olmakla kalmaz, aynı zamanda hoparlörler ve bağlı ses ekipmanları için de risk oluşturabilir. Audio Limiter, tam bu noktada devreye giren pratik bir analog ses sınırlayıcı çözümüdür. Bu devre, analog ses hattındaki sinyal seviyesini belirli bir eşik değerinin üzerine çıkmayacak şekilde sınırlandırmak için tasarlanmıştır.

Kullanım amacı oldukça nettir: müzik dinlerken, televizyon izlerken veya radyo kullanırken oluşabilen ani ses sıçramalarını azaltmak. Özellikle aktif hoparlör, power amfi, TV soundbar veya analog ses girişine sahip sistemlerde, belirlenen seviyenin üzerindeki ses artışlarının önüne geçilmesi hedeflenmiştir.

Cihazın Besleme gerilimi 12-24V DC aralığındadır. Maksimum akım tüketimi yaklaşık 50 mA seviyesinde. Giriş seviyesi en fazla 10 VSS (3.5 Vrms), çıkış seviyesi ise en fazla 8 VSS (2.8 Vrms) olarak belirtilmiş. Ayrıca kazanç ayarı -12 dB ile +6 dB arasında yapılabilmekte, limiter eşiği ise 0.3-2 Vrms aralığında ayarlanabilmektedir.

Limiter Ne İşe Yarar?

Limiter kelimesi zaten işlevini doğrudan anlatıyor: sınır koymak. Burada sınırlandırılan şey, ses sinyalinin genliğidir. Yani pratikte ses seviyesi belirli bir noktadan sonra daha fazla yükselmesin istenir. Bu eşik değerin altındaki sinyale müdahale edilmez. Ses seviyesi bu belirlenen sınırı geçtiğinde ise limiter devreye girer ve çıkışın daha fazla artmasını engeller.

Bu tür bir yapı günlük kullanımda oldukça işe yarayabilir. Örneğin hoparlör koruma amacıyla kullanılabilir. Limiter, ön yükselteç ile güç amplifikatörü arasına bağlandığında belirlenen ses seviyesi aşılmaz ve hoparlörlerin aşırı yüklenme ihtimali azalır.

Bir başka kullanım senaryosu da TV veya uydu alıcısında reklam sesleri ile ilgilidir. Bazı yayınlarda reklam aralarında ses seviyesinin normal programa göre daha yüksek hissedildiği bilinir. Bu tür durumlarda analog ses hattına eklenen bir limiter, ani yükselmeleri bastırarak daha dengeli bir dinleme sağlayabilir.

Ancak burada önemli bir nokta vardır: bu yöntem sadece analog ses bağlantısında uygulanabilir. HDMI gibi dijital bağlantılarda aynı şekilde araya girip müdahale etmek mümkün değildir.

Teknik Özellikler

• Besleme gerilimi: 12-24 VDC
• Akım tüketimi: maksimum 50 mA
• Maksimum giriş seviyesi: 10 VSS / 3.5 Vrms
• Maksimum çıkış seviyesi: 8 VSS / 2.8 Vrms
• Kazanç ayarı: -12 dB ile +6 dB
• Limiter aralığı: 0.3-2 Vrms
• Frekans cevabı: 15 Hz – 35 kHz (-3 dB)
• THD: maksimum %0.3
• Maksimum kablo uzunluğu: 5 metre
• Çalışma sıcaklığı: -10°C ile +55°C
• Depolama sıcaklığı: -40°C ile +85°C
• Boyutlar: 89 x 26 x 99 mm
• Ağırlık: 100 gram

NJM2761 Limiter Entegresinin Çalışma Mantığı

Bu devrenin merkezinde NJM2761 entegresi yer almaktadır. Devrenin çalışma mantığı, temelde otomatik kazanç kontrolü prensibine dayanır. Çıkıştan alınan sinyal doğrultularak bir DC kontrol gerilimi elde edilir. Bu kontrol gerilimi devrenin içindeki elektronik ayarlama yapısını etkiler ve girişteki kazanç buna göre düşürülür.

Devredeki Sense ucuna bağlanan direnç, limiterin hangi seviyede devreye gireceğini belirler. Yani limiter eşiği burada tanımlanır. INT ucuna bağlı kondansatör ise tepki karakterini belirler. Bu noktadaki kondansatör büyüdükçe devre daha yavaş toparlanır. Başka bir deyişle, ses seviyesi düştükten sonra limiterin gevşeme süresi uzar.

Burada önemli olan ayrım şudur: devrenin ses yükselmesine verdiği ilk tepki yani attack süresi zaten kısa tutulur. Çünkü ani ses yükselmeleri mümkün olduğunca hızlı bastırılmalıdır. Değişen esas davranış, release yani geri bırakma süresidir. Bu sayede sinyal çok sert ve yapay şekilde işlenmeden daha yumuşak bir kontrol sağlanabilir.

Karakteristik Eğri ve Eşik Noktası

Limiterin davranışı grafiksel olarak incelendiğinde çalışma mantığı daha net anlaşılır. Giriş seviyesi başlangıçta arttıkça çıkış da doğrusal olarak artar. Yani limiter henüz devrede değildir. Ancak giriş seviyesi ayarlanmış eşik noktasına ulaştığında, çıkış artık aynı şekilde yükselmeyi bırakır ve sabit kalmaya başlar.

Bu kırılma noktası limiterin aktif olduğu eşiği gösterir. Farklı eşik değerleri seçilerek sistemin hangi ses seviyesinde müdahale edeceği ayarlanabilir. Bu özellik, cihazın hem hoparlör koruma hem de rahatsız edici ani ses artışlarını azaltma gibi farklı senaryolara uyarlanabilmesini sağlar.

Devrenin Yapısı

Stereo giriş sinyalleri kuplaj kondansatörleri ve seri dirençler üzerinden NJM2761 girişlerine ulaştırılır. Giriş hattında bulunan Transil diyotlar ise aşırı gerilim darbelerine karşı koruma sağlar. Limiter eşiği bir trimpot yardımıyla ayarlanır. Ayrıca bir anahtar ile limiter fonksiyonu tamamen devre dışı bırakılabilir.

INT pininde oluşan kontrol gerilimi bir kondansatör ile filtrelenir. Bu noktada üretici uygulamasında 22 nF önerilmiş olsa da, devrede 47 nF kullanılarak daha yavaş ve daha yumuşak bir regülasyon karakteri elde edilmiş. Yani ses bastırma davranışının daha doğal olması hedeflenmiştir.

LED Göstergesi Ne İşe Yarar?

Devrede yer alan bir komparatör, INT hattındaki gerilimi izler. Bu kontrol gerilimi yaklaşık 0.3 V seviyesini geçtiğinde LED aktif olur. Böylece limiterin devreye girip girmediği görsel olarak anlaşılabilir.

Bu detay kullanımda oldukça faydalıdır. Özellikle TV reklam sesi sınırlama gibi uygulamalarda, limiterin normal ses seviyesinde de hafif aktif olması istenebilir. Kullanıcı trimpotu ayarlarken kırmızı LED üzerinden devrenin hangi noktada sınıra girdiğini kolayca görebilir.

Çıkış Katı ve OTA Yapısı

Limiter katından sonra devreye bir yükselteç bölümü eklenmiştir. Bu kısım, OTA yani transkonduktans amplifikatör yapısıyla hazırlanmıştır. Burada bahsedilen yapı, klasik opamplardan biraz farklıdır. OTA’lar gerilim kontrollü değil, daha çok akım kontrollü kazanç yapısı ile bilinir.

Bu yaklaşımın önemli avantajı, stereo iki kanalın kazanç ayarının tek bir trimpot ile birlikte yapılabilmesidir. Böylece doğrudan sinyal yoluna yerleştirilen mekanik potansiyometrelerden kaynaklanabilecek cızırtı, temas bozulması veya uzun vadeli parazit sorunları azaltılmış olur.

Kazanç ayarı R23 ile yapılır. Bu trimpot üzerinden sağlanan kontrol akımı OTA’ları sürer ve iki kanalın kazancı aynı anda değişir. Ayarlanabilir kazanç aralığı -12 dB ile +6 dB arasındadır. Çıkış sinyalleri de kuplaj kondansatörleri üzerinden çıkış soketlerine ve terminallere aktarılır.

OTA Nedir? LM13700 Neden Önemlidir?

Bu devrede geçen OTA kavramı, elektronik açısından ilginçtir. Operational Transconductance Amplifier yani transkonduktans yükselteç, girişteki gerilim farkını çıkış akımına dönüştüren bir yapıdır. Çıkışına uygun bir direnç bağlandığında bu akım tekrar gerilime dönüştürülebilir.

Bu tür yükselteçler ile akım kontrollü analog filtreler, gerilim kontrollü yükselteçler ve modülatör devreleri yapılabilir. Burada tipik örnek olarak LM13700 verilmektedir. LM13700 içinde ayrıca Darlington çıkış yapısı da bulunduğundan birçok analog ses uygulamasında kullanılabilmektedir. Özellikle VCA yani gerilim kontrollü amplifikatör uygulamalarında oldukça tanınan bir entegredir.

Besleme Bölümü ve Koruma Yapısı

Devre, 12-24V DC ile çalışmaktadır. Besleme hem DC jak üzerinden hem de klemens üzerinden verilebilmektedir. Güç girişinde birkaç önemli koruma ve düzenleme bölümü bulunmaktadır.

• PTC sigorta, aşırı yükte direnci artırarak koruma sağlar.
• T1 transistörü, ters polarite koruması için kullanılmıştır.
• IC4 regülatörü, devre için gerekli kararlı 10V beslemeyi üretir.
• IC2B, gerilim izleyici olarak bağlanmış ve OTA bölümü için gerekli 5V seviyesini oluşturmuştur.

Bu yapı, hem limiter entegresinin hem de çıkış katının daha kararlı çalışmasına yardımcı olur.

Montaj ve Kurulum Bilgileri

Devrenin kartı, SMD elemanlar önceden takılmış şekilde sağlanmaktadır. Bu da özellikle küçük SMD parçalarla uğraşmak istemeyenler için büyük kolaylık sağlar. Kullanıcı tarafında esas olarak delikli montaj elemanlarının yerleştirilmesi gerekir.

Montaj sırasında klasik kurallara dikkat edilmesi yeterlidir. Parçalar, yerleşim planına göre lehimlenir ve fazla bacak uçları kesilir. Gerilim regülatörü yatay yerleştirildiği için bacakları 90 derece bükülerek monte edilir ve vida ile sabitlenir.

LED’lerin toplam yüksekliğinin kart yüzeyinden uç kısmına kadar 18 mm olması gerektiği belirtilmiştir. Ayrıca LED polaritesine de dikkat edilmelidir. Uzun bacak anot yani artı uçtur. Son aşamada soketler, trimpotlar ve anahtar takılır. Kart kontrol edildikten sonra muhafaza içine yerleştirilir ve sabitlenir.

Kullanım Alanları

Bu limiter devresi birkaç farklı amaç için değerlendirilebilir:

• Hoparlör koruma için preamp ile power amfi arasına bağlanabilir.
• Mikser çıkışı sonrası maksimum seviyeyi sınırlamak için kullanılabilir.
• TV veya uydu alıcısı ile analog ses girişli cihaz arasına konularak reklam sesleri azaltılabilir.
• Aktif hoparlör veya soundbar girişinde ani ses sıçramalarını bastırmak için kullanılabilir.

Uydu alıcısı ile televizyon arasında kullanımda, limiterin normal ses seviyesinde de aktif olacak şekilde ayarlanması önerilmektedir. Bu durum kırmızı LED üzerinden izlenebilir. Level ayarı ile de genel seviye uyumu yapılabilir. Devrenin yavaş ve kontrollü regülasyon karakteri sayesinde sesin aşırı yapay veya bozulmuş duyulmasının önüne geçilmeye çalışılmıştır.

Kaynak: de.elv.com/p/schuetzt-ohren-und-equipment-audio-limiter-al100-P200722/