В поисках своего звука

Как мы выбираем, какой усилитель собрать? Нам советуют, мы читаем на форумах, у нас уже есть свои предпочтения (собрали усилитель в детстве и он нам понравился) и их мы придерживаемся. Ищем схему, которая, по нашему мнению, будет хорошо звучать и о которой хорошо отзываются, находим, кто её разведет или покупаем готовые печатки (ПП), – и вперед! Разумеется, после сборки у нас эйфория, мы всем рассказываем, что это и правда круто (не так ли вы сами выбрали этот вариант?). Но вскоре вас перестает устраивать сначала одно, затем другое, но говорить об этом уже как-то не хочется, вдруг не поймут, да и «пятками назад»… не комильфо, о радостном вещать приятнее. И далее по кругу.

Время не стоит на месте, меняется элементная база, схемотехнические решения, наш слух также совершенствуется. Немаловажно и то, какими стали ваши источник сигнала (ИС) и акустическая система (АС). А между тем, если Сидорову понравился звук, то он оценил это не вашими ушами, не на ваших АС и не в вашей комнате. Кроме того, «что русскому хорошо, французу смерть»: он любитель Хеви, а вы – джаза.

Давайте прикинем с точки зрения схемотехники, что представляет из себя усилитель. Как правило, усилители мощности (УМ) собираются по архитектуре Лина:

1. входная часть (ВЧ):

а. дифкаскад (ДК) однотактный, двухтактный

б. «бриллиант»

в. ломаный каскод

г. однотранзисторная

д. с токовым входом

е. еще много того, о чем я не вспомнил или не знаю вовсе

1. усилитель напряжения (УН):

а. однотакт

б. двухтакт

(наверно, это самая скудная часть в архитектуре)

1. оконечный каскад (ОК) или усилитель тока

а. Дарлингтон

б. Шиклай

в. Брайстон

г. «бриллиант»

д. всё перечисленное но с Хауксфордом

е. однотакт, он же режим «А»

ж. тут можно много перечислять и комбинировать

Затем – две большие категории: осник (ОООС) и безосник.

Осники в свою очередь можно разделить на:

1. глубокоосник
2. не глубокая ООС
3. композитная ООС
4. многопетлевая ООС
5. компенсационная ООС
6. ООС + ООС Матюшкина (впрочем, его авторство для меня под сомнением, но по-другому описать ее не могу)
7. токовая. Чаще всего это относится к ОК (ЭМОС), но ничего не мешает применить её и к ВЧ.

Безосники — это отдельная история со своими извращениями, которые даже трудно классифицировать. Отмечу лишь  особо перспективное (для меня) направление – гибриды. Дело в том, что один каскад на лампе сможет сразу выдать амплитуду, достаточную для раскачки ОК, тем самым, мы получим не трех, а двухкомпонентную схему, то есть не Линовскую и, разумеется, безосную.

Servo – без него невозможно создать безосник. Но от Servo (схемы и его включения) зависит то, испортит ли он звук. Не стоит полагать, что схема Servo проста. Во-первых, их немало, во-вторых – огромное множество вариантов его подключения. Как итог – различный результат.

И если читатель думает, что схемы из вышеперечисленных комбинаций это всё – он глубоко ошибается! Детальки на составленной схеме  нужно как-то соединить. Обычно это делается  с помощью печатной платы ПП. О подводных камнях  ПП я писал в одной из своих немногочисленный статей на этом сайте. Здесь же я просто отмечу: проводники – это такие же детальки, как и все прочие. Но самое печальное в том, что принципиальная схема не показывает, в какой последовательности соединять ножки деталек. То есть, 2 человека, имеющие одинаковые схемы и комплекты деталек, после разводки ПП и пайки в итоге получат разные устройства. Как, по-вашему, чья ПП будет лучше?

После сборки идеально составленной схемы, на отлично разведенной ПП, с самыми фирменными деталями далеко не факт, что результат нас порадует. Чтобы получить хороший звук, необходимо установить оптимальный режим (рабочую точку (РТ)) для каждого каскада, каждого усилительного элемента. Поясню. В даташитах (например) транзисторов изображают графики: входная характеристика, семейство выходных характеристик, область безопасной работы (SOA), шум, зависящий от тока, частоты, импедансы и многое другое. Всё это нужно привести в соответствие.

Например, чтоб дифкаскад ДК заработал (к сведению, ДК абсолютный чемпион по линейности), необходимо его настроить (читаем Селфа), а настройка эта достаточно острая, и правильно «снять» с него выходной сигнал далеко не просто. Тип транзисторов (бип или JFET) в ДК также важен и зависит от того, каков источник сигнала и какова нагрузка ДК, то есть, что стоит перед ДК и что после него.

 И последнее, самое простое для понимания — детали. Корпуса транзисторов (пластик, керамика, металл) влияют на звук, вероятно, дело в термоударах. Конденсаторы (Китай / фирма) – аналогично. Трансформатор и провода, а также их трассировка.

 Теперь можно выдохнуть. Первое, что пришло на ум по данной теме – написал.

___________________________________________________________________________________

Я – один из разработчиков аудиоаппаратуры в небольшом коллективе. С 17-го года активно работаю в этой области. По специальности метролог-электроник.

Кратко опишу эволюцию наших конструкций.

 Поначалу было так:

Конструкция УМЗЧ  представляет собой как минимум 3 блока:

-ВЧ

-ОК

-блок питания (БП)+ защита акустических систем (АС).

Последний компонент самый не изменяемый. В него входит диодный мост, банки, блок плавких предохранителей и релейная защита. Всё это собирается на отдельной ПП и через разъемы  подключается к УМЗЧ и к самому УМЗЧ никак не относится и здесь не рассматривается. Он самый что ни на есть универсальный, вечный и неизменный блок.

 Для простоты и универсальности трансформатор с одной обмоткой и отводом от середины, один мост мощный, второй — м-мощный, две банки больших для ОК, две поменьше для ВЧ+УН, 4 предохранительных колодки и 16 выходов:

2 сильноточных «+»,2 сильноточных «-», 2 слаботочных «+», 2 слаботочных «-», 2 на вход реле защиты и 2 на выход. И 3 — от трансформатора. 16 выход — это «мекка».

Предвижу возражение: «нужно двойное моно». Можно, но каждый ли решится на такие трудности? Прибавка в качестве, безусловно, будет, но сложности возрастут кратно. Для перфекциониста описываемая  конструкция всё равно будет неприемлема, но вспомним, для чего всё это? Мы ищем звук! Как найдем – тогда пожалуйста, «двойное моно», тройное, биампинг, 7+1 и всё что угодно.

Сам УМЗЧ  представляет собой ПП, на которой располагается весь усилитель, то есть все 3 компонента (ВЧ-УН-ОК). Если мы хотим изменить любой из этих компонентов, приходится переделать всю ПП. Но если нас устраивает, скажем, ОК, зачем его менять?

Поначалу были попытки кроить на ПП другую схему и проводами переподключать детали в соответствии с новой схемой (по сути это гибрид ПП и навесного монтажа), затем отслушать итог. Но вы помните, что дорожки – это тоже детальки, поэтому этот способ был отвергнут.

Так пришла идея разделить схему на несколько ПП, имеющих меж собой универсальное подключение.

Сейчас конструкция такая:

Выше я написал, что УН самый простой элемент архитектуры. По сути – это всего лишь одна из двух схем из нескольких деталей:

 1.двухтакт (например, Миллениум)

2.однотакт (например, усилитель типа  Селфа)

Обычно их рабочий ток в пределах 1-11мА, то есть 6мА – в стационарном режиме.

поэтому безболезненно можно включить УН в блок ВЧ, он простой. Итак, на одной ПП ОК. Соединение ОК с платой ВЧ + УН   коротким шлейфом из 4-х проводов посредством 4-х контактного разъема.

здесь смотрим на соединение ПП ВЧ и ОК 4-х контактным разъемом (по центру)

С платой БП ОК соединяется тремя силовыми проводами с разъемами типа «лопата»: 2 — +\- питание, 1- выход (Зобель — на плате БП)

Плата ОК крепится двумя болтами к радиатору (здесь я использую силовую шину), силовые транзисторы через прокладки – тоже. Для экономии транзисторы выходят за пределы ПП. На ПП предусмотрен  джампер для переключения ООС до/после ОК и дополнительно высоковольтное питание для раскачки предоконечных транзисторов. Не всегда, но иногда это крайне желательно.

это плата ОК

На другой ПП располагаются ВЧ+УН. ПП имеет свою шину питания, то есть также соединяется с БП 2-я проводами с разъемами «лопата» и имеет 2 двухконтактных слаботочных разъема (белые внизу): вход с экраном и две земли: силовая и сигнальная.

это плата ВЧ+УН

Читая всё это многие, возможно, утомились, стали зевать и скажут себе: «не были мы ни на какой Гаити, нас и здесь неплохо кормят»!

Перечислю, что мне удалось собрать и отслушать.

ВЧ:

1. несколько модификаций «Миллениума»
2. безосник на «бриллианте», куча вариаций
3. ДК Холтона (несколько модификаций, оригинал — не в дуду)
4. ДК с компенсацией эффекта памяти
5. ДК с подавлением эффекта Эрли
6. ДК Каприо (к сожалению, ума не хватило довести его до ума, но я хотя бы попытался)
7. ДК на JFET \ MOSFET
8. Усилитель С «пентодным» звучанием От Жана Цихисели, транзисторы биполяр. (очень неустойчив по определению, зря время потратил)
9. усилитель с ООС а-ля Матюшкин

Сейчас работаю над компенсацией нелинейности транзисторов нелинейными элементами. 

съем сигнала с ДК:

1. обратный каскод
2. токовые зеркала
3. Дарлингтон
4. Шиклай в связке JFET + биполяр, а также биполяр + биполяр
5. каскоды в различных комбинациях в цепях УН

 ОК:

1. Шиклай
2. Дарлингтон
3. «бриллиант»
4. Хауксфорд на «бриллианте» (и такое бывает),  на Шиклае
5. двухтактный прецизионный повторитель напряжения (не требует настройки тока покоя, некритичен к типам мощных транзисторов, имеет ограничитель выходного тока (для биполяров), в рабочем режиме потери входного сигнала на выходе не превышают 10мВ).

россыпь всякого разного

БП также подвергался некоторым изменениям. В основном это касалось защиты, но на звук это не влияет, только на технологичность. Есть идея использовать реле в инверсном включении (в случае аварии, реле замыкает АС),  в таком включении сигнал в АС не будет проходить через  контакты. Естественно, за такую роскошь будет отдуваться усилитель, но эта проблема практически решена.

 Написанное здесь совсем не сложно в реализации как может показаться, но, как мы видим, весьма продуктивно. Разумеется, из перечисленных здесь комбинаций я не опробовал все возможные. У меня есть «любимчики» как из ВЧ, так и из ОК.

Я остановился на «ДК Холтона (модифицированный)» и «двухтактный прецизионный повторитель напряжения». Но модифицированный Миллениум (в нем, кажется, есть компенсация эффекта памяти) мне тоже симпатичен, он безосник. Особенно он хорош в связке с ОК в режиме «А» на однотактном прецизионном повторителе напряжения.

 А теперь подумайте сами, смог бы я подобрать эту парочку, сначала не потрудившись? А какие бы у меня были перспективы? Идей еще много!

Если кому-нибудь эта тема интересна – можем обсудить подробности в плане унификации, можете предложить свой формат, главное, чтоб для всех было одинаково. Без этого условия мало смысла, поскольку не будет возможности обмена платами, их совместимостью и совместной доработкой.

В качестве перспективы.

-Элементарно подключить плату стабилизаторов. Одного двуполярного стаба достаточно подключить его в разрыв проводов питания между БП и УМ, спасибо упрощенному БП. Стабов у меня тоже несколько вариантов.

платы стабов

По опыту отмечу, что требования к стабу точно такие же, как и к ОК, поэтому один, «лучший», выбрать не получится.

-Сетевой фильтр. Очевидная польза его в том, что он отсекает постоянное напряжение на первичке трансформатора.

А вот ВЧ фильтр, в смысле «бублик», на мой взгляд, не более чем фетиш. Как не вглядывался, помех выше 3.5кГц не увидел., хотя смотрел в розетке, куда подключен ПК.

-Электронный выключатель. Огромная польза в том, что он по совместительству ограничивает зарядный ток банок. Из минусов — требует электронное управление.

слева сетевой фильтр, справа — электронный выключатель с плавным пуском

Если описанная здесь конструкция интересна, пишите в комментариях. Совместно можем что-то придумать, приемлемое для всех.

Кстати, выхлоп ЦАПа AH-F7 также имеет универсальный формат. Благодаря чему я тоже собрал свое что-то (несколько вариантов).

этот выхлоп — слегка измененный авторский 

этот — безосник 

Только вот подключить не сумел, соединить малинку с ЦАПом на АК, купленном на Али не получилось, Clock, кажется, на малинке отсутствует. 

Это я к тому, что унификация — отличная штука, особенно когда работает коллектив)

Вобщем, всем успехов!