Дамы и господа, аудиофилы и меломаны, здравствуйте. Добро пожаловать на Dzen канал магазина Demograf AE, посвященный аудиотехнике.
Сегодня у нас сборная очередная, интересная статья.
Напоминаем Вам, что ознакомиться с нашей аудиотехникой вы можете на сайте audio-tube.ru
Отдельно отмечаем, что мнение Demograf Audio может не совпадать с мнением автора статьи.
Источник: Аудио Магазин 3/1998. Вячеслав МЕДВЕДЕВ
Итак, поехали!
“Новое - это хорошо забытое старое.” - Пословица
Двадцать лет назад, как и многие радиолюбители, интересующиеся звуковой аппаратурой, я зачитывался журналом “Радио” и его младшим братом - сборником “В помощь радиолюбителю”. С друзьями я бурно обсуждал необходимое количество нулей после запятой в коэффициенте нелинейных искажений “идеального” усилителя и его устремляющуюся в космос скорость нарастания. Тогда ведь не столько слушали звучание, сколько восхищались техническими характеристиками. К сожалению, этой болезнью многие страдают и поныне.
Однажды, примерно в 1980 году, на тогда запрещенном радиорынке у магазина “Юный техник” в Автово, я увидел молодого человека, продающего наушники “Sennheiser”. На груди у него на скрепке висел листок бумаги с надписью: R = 600 Ом, ∆F = 40 Гц - 18 кГц. Об этой фирме я уже кое-что знал, хотя для Ленинграда она была большой редкостью. Удивили меня характеристики. Как же так? У всех наушников того времени диапазон частот меньше, чем 20 Гц - 20 кГц, не писали. Даже у гонконгских. На мой удивленный вопрос парень ответил: “А ты их послушай”. И дал совет: не верить глазам своим, а верить ушам.
Мы познакомились. Это был известный “ламповщик” Сергей Егоров. Он пригласил меня к себе домой, и я попал в комнату настоящего профессионала-фаната - в “звуковой” рай. На рабочем столе полукругом возвышался небоскреб из десятков классных измерительных приборов, вокруг громоздились коробки с лампами, конденсаторами, трансформаторами, лежали грудами корпуса для усилителей, “кинаповские” динамики и т. д. У стены была сложена фанера, деревянные бруски и стояло несколько пар полутораметровых рупорных акустических систем. Такого я никогда не видел.
Сергей показал мне несколько японских радиотехнических журналов, которые были заполнены ламповыми схемами. Недоумение мое возрастало: весь мир завален японской транзисторной техникой; для себя, значит, лампы, а для остальных стран - транзисторы? Почему?
Окончательно меня повергло в изумление натуральное и живое звучание лампового усилителя и то, что у него, как сказал Сергей, коэффициент нелинейных искажений аж 1%. В голове все смешалось.
С этого момента я вошел в мир ламповой аудиотехники и рупорной акустики. По японской схеме, но на наших лампах, собрал свой первый ламповый усилитель, затем корректор (кстати, без катодных повторителей, без SRPP и с пассивной коррекцией). Как-то мы с Егоровым попали на прослушивание, проходившее в одной известной коммунальной квартире в Басковом переулке. Было несколько экспертов, один из которых, когда испытывали мой корректор, язвительно-весело заметил: “А у вас фонит!” Это был уже тогда знаменитый А. Лихницкий. Другой, которому при прослушивании вообще ничего не нравилось, слушая усилитель Егорова, указал на “зализанность и волосатость” звучания и как итог на “ядовитость” звука. И добавил: “Похоже, это общая болезнь трансформаторов”. Как выяснилось, одна неосторожно брошенная фраза может надолго увести с правильного пути.
Шли годы. Мой интерес к звуковой технике и к звуку возрастал. Решив соединить профессию и хобби, я поступил на работу в Дом радио. Но там вопрос качества звучания и его улучшения стоял далеко не на первом месте. К примеру, звукорежиссеру не нравится звучание; техники прикатывают похожий на робота мультиизмерительный комплекс на колесиках, тестируют тракт и говорят, что параметры в норме и претензии не принимаются. Но энтузиасты-радийщики всегда предпочитали использовать в звуковом тракте трансформаторы, особенно на входе и выходе микшерных пультов, микрофонных усилителей и на выходе микрофонов. Старые звукорежиссеры с нескрываемой ностальгией вспоминали прозрачное динамичное звучание профессиональных ламповых усилителей с высокочувствительными акустическими системами на больших бумажных диффузорах. Да и уши за рабочую смену от них не уставали, - добавляли они.
К началу 1995 года последователи Егорова собрались вместе. Казалось, что теперь можно быстро решить все проблемы качества звучания. Мы плотно занялись исследованием влияния на звук отдельных радиокомпонентов (резисторов, конденсаторов, ламп, проводов и т. д.), начали определять закономерности изменения звучания при использовании различных схемотехнических решений, комбинаций элементов и способов монтажа. Стали упрощать сигнальные схемы, уменьшать количество используемых элементов, укорачивать путь прохождения сигнала. После каждого изменения звуковой тракт тщательно прослушивался. Отказавшись от “кругового пути” - ООС, мы стали отказываться и от всевозможных “параллельных путей”. Обнаружилось, что эти “круговые” и “параллельные” пути есть везде, и не так просто их выявить. Но если удается это сделать, то насколько улучшается звук! Например, устранение “параллельных путей” в блоке питания улучшает звучание на порядок больше, чем замена межблочного кабеля или кабеля к АС, пусть даже на очень дорогой. Хотя это вовсе не значит, что нужно забыть о влиянии конструкции и материала проводов на качество звука.
После того как в разработанных нами схемах с гальваническими межкаскадными связями остался один выходной (или разделительный) конденсатор, встал вопрос: а нельзя ли избавиться и от него? В свое время основатель фирмы “Audio Note” Хирояши Кондо сказал: “Если количество элементов в цепи уменьшить хотя бы на один, то будет устранен еще один источник механичного звучания” [1]. А уж насколько пагубно влияют конденсаторы на звук, я думаю, знают многие. Мы стали искать новое решение, которое на поверку оказалось очень старым. Как сообщает журнал “Sound Practices” [2], еще в 1912 году был создан первый звуковой усилитель “Audion”, вообще не имевший разделительных конденсаторов; все межкаскадные связи в нем были построены на трансформаторах (а вот первые резистивно-емкостные схемы, говорится в этом же журнале, появились лишь в 1916 году). Значит, применяя трансформаторы, можно полностью избавиться в звуковом тракте от разделительных конденсаторов, а с учетом современных разработок - и от резисторов. Останутся только лампы и трансформаторы! И все!
А какова ситуация в этой области сегодня? Два года назад фирма “Marantz” выпустила флагманский усилитель “Project T1” на прямонакальных лампах с трансформаторными связями. Уже много лет известный разработчик фирмы “Yoshiki Industrial Co., Ltd” Шишидо применяет в своих моделях трансформаторы по всему тракту, да и сам Кондо-сан в последнее время в своих разработках все больше использует межкаскадные трансформаторы. И наконец, из “Интернета” мы узнали, что в Японии есть знаменитый аудиофил Сакума, вот уже 20 лет разрабатывающий различные усилительные устройства на основе не менее знаменитых входных, межкаскадных и выходных трансформаторов фирмы “Tamura”.
Чем же так привлекательна (была и снова стала) трансформаторная связь? Из теории известно [3], что трансформаторный каскад (рис. 1, а) отличается от резистивно-емкостного (рис. 1, б) следующими чертами:
Трансформаторные каскады обладают следующими преимуществами:
- Значительно более высокий КПД.
- Способность создавать для лампы наивыгоднейший режим нагрузки, то есть режим, в котором она получает максимально возможное напряжение и мощность при минимальных искажениях.
- Возможность получения необходимого выходного сопротивления и оптимального согласования между каскадами.
- Возможность получения большого выходного напряжения сигнала.
- Простота получения симметричных выходных напряжений (для двухтактных каскадов и для работы на длинную линию).
Недостатки трансформаторных каскадов включают увеличенные массогабаритные параметры (что не так важно в ламповых конструкциях) и не очень хорошие амплитудно- и фазочастотные характеристики. Однако последние можно улучшить путем повышения качества трансформатора, что является сложной и дорогостоящей задачей.
Давайте проверим первое, наименее очевидное преимущество трансформаторного каскада перед резистивно-емкостным. Возьмем лампу 6С45П-Е с высоким коэффициентом усиления ± 50, низким внутренним сопротивлением в рабочей точке Ri = 1,25 кОм Ri=1,25 кОм и низким уровнем собственных шумов. Рабочая точка: напряжение анода Ua = 150 ВUa=150 В, ток покоя I0 = 35 мАIa=35 мА, мощность, рассеиваемая на аноде, составит Pa = UaIa= 5,25 ВтP=Ua⋅Ia=5,25 Вт. Для уменьшения нелинейных искажений возьмем нагрузочный коэффициент α = 3,76, тогда сопротивление анодной нагрузки по переменному току составит Ra = αRi 4,7 кОм.Ra=4,7 кОм Пусть переменное напряжение на выходе обоих каскадов составит Uн = 60 ВUвых=60 В, а нагрузкой служит резистор Rн = 47 кОм R=47 кОм(входное сопротивление следующего каскада). Возьмем трансформатор с КПД = 0,9 и сопротивлением первичной обмотки RT = 200 ОмR1=200 Ом. При этом коэффициент трансформации K = √(Rн/Rа) = √10.
- КПД анодной цепи для двух видов каскадов. Мощность на нагрузке:
Таким образом, КПД трансформаторного каскада почти в 9 раз больше КПД резистивно-емкостного каскада.
2. Необходимое напряжение источника питания для обеспечения режима по постоянному току:
Требуемое напряжение источника анодного питания для трансформаторного каскада будет в 2 раза меньше, чем для резистивно-емкостного.
3. Какая часть мощности сигнала достигает нагрузки:
Мощность на аноде лампы:
Мощность на нагрузке:
В трансформаторном каскаде 9/10 мощности сигнала достигает нагрузки, а в резистивно-емкостном лишь 1/11 часть (остальные 10/11 выделяются на анодном резисторе впустую).
Цифры цифрами, но как же самое главное — звучание? Мы уже знали, насколько по-разному могут звучать трансформаторы разных фирм, входные (МС) и выходные. Свои выходные трансформаторы мы рассчитывали и многократно дорабатывали, учитывая только параметры. Экспериментировать со звучанием выходных трансформаторов — чрезвычайно трудоемкая работа, и не очень это корректно, ведь перед трансформатором у нас было несколько нетрансформаторных каскадов. Надо было идти от простого к сложному. Решили отработать звучание только одного линейного трансформаторного каскада.
Нам попался под руку старый выходной двухтактный трансформатор от радиолы “Симфония”. Не трогая обмоток и собрав заново железо сердечника с зазором, мы сделали стандартный трансформаторный каскад.
При подключении трансформатора к источнику питания и измерении параметров были получены не самые впечатляющие характеристики, в частности АЧХ 90-11000 Гц (по уровню -3 дБ). Однако на слух звучание оказалось быстрым, энергичным, с большими динамическими контрастами. Несмотря на ограничения частотного диапазона, в нем было столько музыки, что мы были поражены. Традиционные резистивно-емкостные схемы такого эффекта не давали, как и гальванические схемы (частный случай резистивно-емкостных).
Мы вплотную занялись конструкцией выходного трансформатора для предусилителя с целью получения наиболее низкого выходного сопротивления, что позволяет снизить влияние паразитных параметров соединительного кабеля [4]. После многократных перенамоток обмоток удалось получить отличные технические характеристики: АЧХ 8-140000 Гц (-0,5 дБ), Кни 0,09% (50-12500 Гц, Uвых =1 В). Однако звучание нас не полностью удовлетворило. Что-то мешало…
На основе наработанного опыта был проведен тщательный анализ конструкции трансформатора, и был найден “камень преткновения”. Устранив его, мы смогли добиться желаемого звучания. Технические характеристики при этом ухудшились: АЧХ 22-24500 Гц (-0,5 дБ), Кни 0,12% (50-12500 Гц, Uвых =1 В). Это подтвердило, что связь технических параметров с качеством звучания не всегда однозначна.
Полученный трансформатор для выходного каскада линейного устройства оказался достаточно универсален: его можно успешно использовать в линейном предусилителе, усилителе для телефонов, выходном каскаде проигрывателя компакт-дисков, корректоре RIAA или цифро-аналоговом преобразователе. На данный момент разработаны и запущены в производство две версии трансформатора: “TL 45” для лампы 6С45П-Е и “Т. 4С” для ламп 2А3, 6B4G, 6C4С, включенных по схеме, которая показана на рис. 2. Эта схема является дальнейшим развитием “трансформаторной идеи” в выходных линейных каскадах.
Четвертое свойство трансформаторных каскадов делает их использование весьма привлекательным в предмощных (драйверных) схемах, работающих на мощные выходные триоды типа 300В, VV30B, 211, 845, ГМ70, SV572 и другие. Трансформатор позволяет получить огромную амплитуду выходного напряжения (100 В и выше) при низких нелинейных искажениях (0,2-0,4%), а также малое выходное сопротивление, что необходимо для работы оконечной лампы с токами сетки [5].
Работа в этом направлении привела к созданию драйверного межкаскадного трансформатора ТІ300В для ламп 300В, 2А3, 6В4G и других. Он используется в драйверном каскаде усилителя “SPb Sound T70SE” на лампе 6B4G для “раскачки” ГМ70. Этот каскад обеспечивает переменное напряжение 100 В на нагрузке 12 кОм при значениях Кни 0,3% (60 Гц), 0,22% (1 кГц), 0,45% (12,5 кГц); АЧХ: 17,5-22000 Гц (-0,5 дБ), 7-65000 Гц (-3 дБ); коэффициент усиления 4,5.
Использование пятого преимущества трансформаторного каскада оказалось труднее всего и потребовало много времени. Но как упростилась схема двухтактного усилителя! Количество ламп сократилось до трех за счет полного отсутствия резисторов и конденсаторов в сигнальной цепи. Полученный двухтактный межкаскадный трансформатор ТІ300РР имеет следующие параметры: асимметрия ±0,02 дБ (18-16000 Гц), при Uвых = 40 В и значениях Кни 0,65% (60 Гц), 0,55% (1 кГц), 0,46% (10 кГц); АЧХ: 26-16000 Гц (±0,5 дБ), 18-20000 Гц (±1 дБ).
Литература:
- “Sound Practices”, vol. 1: No 2 (Fall 1992), р. 5. Перевод мой.
- “Sound Practices”, issue 10, 1996, р. 16.
- Г. В. Войшвилло. Усилители низкой частоты. М., Связьиздат, 1939.
- Ю. Макаров. От “Неофита” до “Адепта”. - “Hi-Fi & Music”, 1997.
- Г. С. Цыкин. Трансформаторы низкой частоты. М., Связьиздат, 1950.