Усилитель для наушников Zen Monster как готовая конструкция появился 9 лет назад и пользуется устойчивым спросом 🙂 Но иногда у меня все-таки спрашивают, доступен ли к заказу “старый добрый” Zen V. Оказывается, что многие увлеченные любители “музыки в наушниках” его слышали и, что самое интересное – его звучание им запомнилось.

Напомню, что Zen V – однотактный транзисторный усилитель, при его макетировании и отладке я ставил цель получить так называемый “ламповый” звук от транзисторной конструкции. Во многом это получилось, но не без недостатков. В силу своей “однотактности” Zen V довольно чувствителен к архитектуре и качеству комплектующих блока питания и особенно силового трансформатора. Неразличимо малый уровень помех на выходе усилителя достижим только в случае применения силового трансформатора, выполненного с пониженной индукцией сердечника и межобмоточным экраном и стабилизированного источника питания. Собственно, усилитель мощности Zen от Nelson Pass, который был взят мной за основу, идеологически-конструктивно выполнен примерно так же. Второй недостаток Zen V – довольно небольшая выходная мощность (около 6W@16Ohm в базовой конфигурации) и очевидные габаритные ограничения для ее увеличения.

Zen Monster, который успешно заменил Zen V, во многом свободен от этих недостатков, но и “звучит” немного иначе. В терминах “транзисторной ламповости” 🙂 звучание Zev V можно стравнить с усилителем на триодах, а Zen Monster – с усилителем на пентодах.

В далеком 2013 году, в поисках решения в дополнение к Zen V, я в том числе отмакетировал и “легендарный” усилитель JLH 1969 года, но конечно на современных транзисторах. Это был мой второй подход к JLH (первый подход был примерно в 1985 году и да, выходные транзисторы тогда были KT803)

Усилитель JLH отмечен множеством аудиофилов как очень музыкальный, способный сформировать почти такую же трехмерную звуковую сцену, как и хороший усилитель на лампах. Собственно John Linsley-Hood при разработке и отладке своей конструкции за эталон звука взял знаменитый двухтактный ламповый усилитель Williamson.

В процессе макетирования я столкнулся с рядом неожиданных сложностей. Во-первых, мне совершенно не понравилось то, как усилитель уходит в ограничение выходного напряжения сигнала. Вместо нормального, чисто обрезанного синуса на осциллографе отчетливо появлялись “ступенька, кочка и борода” 🙂 При этом частотный состав “бороды” был довольно широк, вплоть до нескольких мегагерц. Эти артефакты вроде бы вылечились традиционной LR цепочкой на выходе и увеличением тока покоя выше расчетного значения, но звучание усилителя все равно как-то меня не “вдохновляло” – оно не представляло ничего особенного и было очень похоже на звучание множества других транзисторных усилителей. Так же в процессе проведения контрольных измерений и прослушивания конструкции я заметил, что иногда, при длинном (более 2м) сигнальном кабеле и (только) при определенном положении ручки регулятора громкости усилитель возбуждался на частоте нескольких мегагерц. Возникающее возбуждение было небольшое, всего несколько десятков милливольт напряжения почти чистой синусоидальной формы на выходе усилителя и чтобы его заметить, нужно было приложить особое внимание и сохранять эмоциональную стабильность и самоконтроль. 🙂

Очевидно, что в этой ситуации явно было что-то “не то” и для решения проблемы требуется более внимательное прочтение первоисточников. Подобные проблемы наверняка замечались ранее, и помимо известной статьи “Simple Class A Amplifier” – Wireless World, April 1969, должно быть множество и других интересных оригинальных публикаций. И да, они конечно есть, например вот здесь можно найти подробный теоретический и практический разбор этой конструкции в 6-ти томах частях.

После неторопливого и внимательного изучения первоисточников я таки решил модифицировать схему усилителя JLH 1969 для его применения в качестве универсального высококачественного усилителя для наушников. Внесенные мной небольшие изменения заключаются в пересчете номиналов и добавлении нескольких резисторов и одного конденсатора в схему усилителя и в применении более эффективной (на мой взгляд) схемы фильтра блока питания. Помимо этого я экспериментальным путем установил более четкие рекомендации по коэффициентам h_21э применяемых транзисторов. Доработка очень благотоворно сказывается на стабильности усилителя как в случае емкостного, так и индуктивного и даже комплексного резистивно+индуктивно+емкостного характера импеданса нагрузки, а так же при работе с длинными сигнальными кабелями. Звучание этого транзисторного усилителя получается “тем самым” – музыкально-певучим с объемной сценой и “шелковыми” высокими частотами. Полагаю, что звучание оригинальной конструкции 1969 года было именно таким 🙂

Схема усилителя:

Для более правильного понимания назначения элементов схемы нужно вспомнить, что биполярные транзисторы управляются током. В этой конструкции режимы работы каскадов выбраны так, что ток коллектора T1 фактически является током базы T2, а ток эмиттера Т2 является током базы Т3. Это значит, что к выбору транзисторов нужно подойти очень внимательно. Подбор транзисторов по h_21э – обязателен, без этого характеристики и устойчивость усилителя будут существенно хуже ожидаемых и “звучать” усилитель не будет. Итак, h_21эТ1 должен быть > 150, h_21э T2 должен быть > 50, h_21э T3 и T4 обязательно должны быть одинаковы и >= 130. Резисторы R13 и R14 необходимы для плавного ограничения тока базы транзисторов на пиках сигнала, что убирает артефакты формы сигнала “кочка и борода” при перегрузке. Резистор R17 и фильтр НЧ R3C1 обеспечивают стабильность конструкции при подключении на вход длинных сигнальных кабелей. Фильтр НЧ на входе этого усилителя – обязателен, без него усилитель в большинстве случаев будет работать неустойчиво. Номинал резисторов R7 и R15 выбран так, чтобы ток через них был существенно (~в 10 раз) меньше тока коллектора T1 и тока эмиттера T2, по факту эти резисторы только задают начальные потенциалы на коллекторе T1 и эмиттере Т2. Первый каскад – усилитель напряжения, второй каскад – усилитель напряжения и фазоинвертор, выходной каскад – двухтактный, транзистор T3 (нижний по схеме) усиливает напряжение и ток сигнала, а транзистор T4 (верхний) усиливает ток сигнала, одновременно являясь динамической нагрузкой для каскада на T3. Усилитель охвачен 100% ООС по постоянному току (R9) и неглубокой ООС по переменному напряжению R9R8C5. Переменным резистором R6 выставляется постоянное напряжение на выходе усилителя, переменным резистором R11 регулируется ток покоя выходного каскада. Электролитические конденсаторы должны быть максимально “музыкального” типа, я предпочитаю Nichicon Gold, Panasonic FH, FC или Elna Silmic. Кондесатор С2 – электролитический неполярный, Nichicon Muse BP ES это именно то, то нужно в этом месте.

Схема блока питания:

Основные технические характеристики:

• Входное сопротивление = 10 кОм
• Выходное сопротивление =< 1.5 Ом
• Номинальная нагрузка = от 16 (и выше) Ом
• Номинальное входное напряжение = 1V RMS
• Максимальное выходное напряжение на нагрузке 1 кОм = 10V RMS
• Максимальное выходное напряжение на нагрузке 16 Ом >= 8V RMS
• Коэффициент усиления = 10…15 (зависит от выбранной глубины ООС)
• Полоса воспроизводимых частот, на нагрузке = 16 Ом при выходном
  напряжении -6dB от максимального = 5 Гц…200 кГц
• Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц на нагрузке 16 Ом при выходном
  напряжении -6dB от максимального <= 0.1%, в основном 2-я и 3-я
  гармоники. Уровень третьей гармоники относительно уровня второй <= -20 dB

Несколько фото:

На фото – пара Zen Silver Monster (JLH) и один из популярных малогабаритных усилителей на лампах во время проведения испытаний и недавнего сравнительного прослушивания.

Вот отзывы от счастливых владельцев этой конструкции:

“… Доброго времени суток!!! Вчера получил посылку, очень порадовала логистика, спасибо за надёжную упаковку. Усилитель выглядит даже лучше чем на фото. Звук очень порадовал, слышно обсолютно все, а главное – шикарный басс… 🙂 Нисколько не жалею…Большое спасибо за отличный усь! Нужно,чтобы больше людей познакомились с этим прекрасным усилителем…” – Геннадий, Магнитогорск.

“Виктор, добрый день. Вчера получилось пару часов послушать ваш усилитель. Резюме – ожидания оправдались. Наушники раскрылись, рост по всем фронтам – микро и макродинамика, разрешение, края диапазона – все заметно преобразилось. Если раньше снорри СИ-5 для меня были просто неплохими закрытыми изодинамами, то теперь я понимаю, почему люди поднаторевшие в наушниковой теме считают их одними из лучших закрытых наушников…Вам большое спасибо за труд и очень достойный результат!  P.S. Внешне усилитель лаконичен и качественно собран – мне такой дизайн близок…” – Кирилл, Москва.

Ноябрь 2013…Ноябрь 2022 …Январь 2023 г. Владивосток

Очередная модификация, немного уменьшены габариты. Алюминиевый корпус, заказной силовой трансформатор. Набор комплектующих без особых изменений, ступенчатые регуляторы уровня, набор ламп современного производства. Технические характеристики усилителя в основном прежние, в этой версии выровнена чувствительность по XLR и RCA входам.

Несколько фото

Декабрь 2022 г.Владивосток

В этой конструкции получили дальнейшее развитие идеи, применные ранее в усилителе “Солнечный Удар” (2017 год).

“Солнечный Удар” (С.Ударъ) успешно работает до сих пор, но за 5 лет эксплуатации все-таки накопились некоторые замечания и пожелания 🙂 и схема была существенно доработана. Во-первых, число каскадов усиления было сокращено до двух, во-вторых выходной каскад выполнен на теродах (пентодах) в триодном включении, в-третьих согласование уровней сигнала между RCA (небалансным) и XLR (балансным) входами выполнено на специализированном сигнальном трансформаторе. Внесенные изменения принципиальны – во-первых чувствительность усилителя по балансному и по RCA входам теперь одинаковая, во-вторых спектр искажений на выходе усилителя стал более “музыкальным”. Из-за более верного выбора организации смещения ламп входного и выходного каскада и из-за триодного включения ламп выходного каскада уровень четных гармоник вплоть до начала ограничения сигнала находится в “правильном” соотношении к уровню нечетных. В-третьих – при такой конфигурации схемы и при правильном выборе выходного трансформатора стало возможным получить требуемое выходное сопротивление усилителя без применения общей ООС.

Схема усилителя и блока питания

Несколько фото

Основные технические характеристики:

• Входное сопротивление >= 5 кОм
• Выходное сопротивление =<1.8 Ом (выход для подключения акустики 8 Ом), <=2 кОм (выход для подключения электростатических наушников)
• Допустимое сопротивление нагрузки – 4, 8 Ом (раздельные выходы)
• Номинальный диапазон подключаемых нагрузок – 16 Ом….1 кОм (выход для
  подключения динамических и изодинамических наушников)
• Максимальное выходное напряжение на эквиваленте нагрузки 100 Ом >= 8V (RMS) (на канал, выход для подключения изодинамических и динамических наушников)
• Максимальная выходная мощность на эквиваленте нагрузки 4 Ом >= 8 Вт (RMS) (на канал, выходы для подключения акустики)
• Максимальное выходное напряжение на эквиваленте нагрузки 100 кОм  > = 360V RMS, 1015V peak-to-peak. (на канал, на выходе для подключения
  электростатических наушников)
• Напряжение BIAS = +580V (стабилизированное)
• Полоса пропускания в режиме “большого” сигнала (Сопротивление нагрузки
  = 4 Ом, уровень выходного напряжения = 0.707 от максимального) не уже
  – 19 Гц…..28 кГц при неравномерности не более 1 dB
• Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц, измеренный в режиме “большого”
  сигнала (см выше) =<1.5%
• Уровень шумов и помех на выходе усилителя, при закороченном входе и
  при подключении к питающей сети через регенератор с заземлением =<
  230uV

Отзыв счастливого владельца:

“…Виктор, привет! Запустил усь, очень доволен! На вход поставил телефункен 188 60х годов. На выход комплект 6п6с 55г года, которые ещё на Американском ленд лизовском оборудовании делались, играет шикарно, как я и хотел! А когда потключил к нему очень крутой сетевой кабель, как же он запел, как боженька 🙂 Протестировал на динамических ушках JVC, внутриканальных ha10000 и на Перунах электростатических, играет шикарно! Перуны конечно ни в каком компоненте JVC не переиграли, но тоже хороши, да и не переиграть эти JVC – лучшие ушки на рынке по звуку. Но мне нужны были наушники, чтобы часть времени не использовать внутриканалки, а юзать накладные, и с этим они отлично справляются. Респекты вам, за точное осуществление моих хотелок! …”

Октябрь 2022 г.Владивосток

Кажется очевидным то, что аудиофилы-самодельщики понимают, что без хороших акустических систем (АС) им не обойтись. Тем более удивительно, что до сих пор взгляды большинства из них на критерии качества АС  существенно различаются. И более того – до сих пор не ясно, какие методы проектирования АС приводят к гарантировано хорошим результатам.

“Теория относительности” АЧХ

Даже небольшого опыта прослушивания достаточно, чтобы заметить  разницу между воспроизведением одной и той же музыки разными АС. При этом, если верить данным производителей, основной параметр – амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) этих разных АС почти всегда близки к идеалу и очень похожи.

Поэтому многие самодельщики приходят к тому выводу, что проблема “ровной” АЧХ уже практически решена, а качество воспроизведения зависит только от конструкции и материалов динамиков, корпусов и разделительных фильтров.

Но действительно ли все в порядке с АЧХ? Независимые измерения не подтверждают оптимистических параметров, заявленных производителями. Каждая модель АС имеет реально свою “кривую” АЧХ, разительно отличающуюся от “аналогично- кривых” характеристик других АС и мой скромный опыт показывает, что это характерно для всех ценовых групп. Разница в звучании при воспроизведении одной и той же музыки разными АС – очевидна. Но при этом АЧХ от “производителей” всегда одинаково-ровные. 🙂

Удивительно, но эти “одинаково-ровные” АЧХ – в общем-то правдивы. Для рекламных проспектов измерения обычно производятся по методикам, обеспечивающим “правильный” вид характеристик. Например, можно провести измерения при повышенной скорости сканирования рабочего диапазона частот что усреднит и сгладит пики и провалы  АЧХ в процессе снятия характеристик.

Но гораздо интереснее другое – почему же одна “кривая” (по АЧХ) модель АС звучит хорошо, а другая вроде как более “ровная” – воспроизводит музыку гораздо хуже?

Получается, что даже независимые,”честные” 🙂 измерения хоть и позволяют представить реальную АЧХ акустики в реальной комнате, но не раскрывают ее связь с конкретными особенностями звучания.

Почему, обладая всем необходимым, разработчики не создают идеальных АС? Ведь по идее – “идеал”, эталон – только один! И вроде как очевидно, что все АС, близкие к эталону, должны звучать примерно одинаково (хорошо).

Некоторые проблемы метрологии и их влияние на конечный результат.

Я считаю, что основная проблема в том, что любой способ проведения измерений неизбежно дает целый комплекс разнообразных ошибок. Самые “вредные” ошибки – методические, то есть связанные с несовершенством самого метода измерений.

Существует ряд общепринятых методик измерения АЧХ. Одна из основных – настройка АС в заглушенной, безэховой камере.

При проведении таких измерений принципиально важны методические особенности. Например – где располагать микрофон относительно АС. Обычная рекомендация – на “акустической оси”, на расстоянии 1 метр от акустической системы. А где точно проходит эта “ось” в случае трехполосной АС? Вряд ли перед ВЧ динамиком. Тогда, видимо, правильнее разместить микрофон на “оси” СЧ динамика. А если сместить микрофон немного выше или ниже, то для одной и той же АС получим множество различных АЧХ. На какую из них ориентироваться? Почему-то в этом методе проведения измерений принято считать, что слушатель обязательно услышит “измеренную” АЧХ, то есть поместит ухо именно туда, где при измерении располагался микрофон 🙂

Но ведь – в обычном помещении на НЧ и “нижних” СЧ АС активно взаимодействуют с полом и потолком, влияние которых в безэховой камере отсутствует. Взаимодействие АС с помещением влияет на звучание принципиально – но его конкретные проявления настолько разнообразны, что даже не могут быть представлены посредством точной математической модели.

Более того, суммарная АЧХ стереопары существенно отличается от АЧХ одной АС, а общепринятые методики настройки АС не учитывают этого обстоятельства. Например – при стереовоспроизведении голоса вокалистов обычно локализуются в центре звуковой сцены, то есть воспроизводятся обеими АС стереопары. Я считаю очевидным и методически верным то, что даже для настройки уровня и тем более для получения разборчивой и “ровной” передачи голосового диапазона необходимо контролировать итоговую АЧХ обеих АС.

Есть и другие, вроде бы логичные и методически адекватные методы – например настройка АЧХ и ФЧХ по импульсным сигналам. Но и при этом – работая казалось бы по одинаковым алгоритмам, специалисты почему-то получают разные звуковые результаты. 

Даже учитывая только эти “нестыковки” можно сделать вполне уверенные выводы:

• Во-первых, методика проведения акустических измерений – “волюнтаристична” – то есть произвольно не точна. При упомянутых мной методических допусках даже  “индивидуально-тонально-ровные АС” в обычном акустически неподготовленном помещении всегда дадут неровную итоговую АЧХ.
• Во-вторых – получается совершенно очивидно, что результат работы зависит не только от метода измерений, но и от личного опыта конструктора АС. Мне известно множество превосходных АС, разработанных “традиционными” способами и во всех этих случаях общее было то, что разработчики этих АС были (и есть 🙂 ) выдающиеся профессионалы, любящие музыку и обладающие развитым музыкальным вкусом.

Примечание по поводу румкоррекции

Действительно высококачественное звуковоспроизведение в произвольном акустически неподготовленном помещении требует или подготовки помещения – то есть коррекции архитектурных особенностей и проведения акустической обработки соответствующими материалами и (или) обязательного наличия в составе звуковоспроизводящей аппаратуры некоторого модуля аппаратно-программной интерактивной румкоррекции. На всякий случай уточню – именно интерактивной румкоррекции.

Сейчас широко применяется адаптивная румкоррекция – то есть звуковоспроизводящая система оснащается небольшим измерительным комплексом, который обычно состоит из микрофона и сигнального процессора. На этапе калибровки системы микрофон размещается на месте слушателя и (иногда) поочередно в различных местах комнаты, сигнальный процессор генерирует некие сложные сигналы и фиксирует “отклик” от микрофона. Таким образом присходит создание матрицы данных для необходимой коррекции АЧХ и ФЧХ системы в заданных частотных и амплитудных диапазонах и воспроизведение происходит с учетом калибровочных данных. При изменении акустической обстановки в комнате необходимо проведение перекалибровки.

Интерактивная румкоррекция предполагает постоянную подстройку системы под имеющиеся акустические условия. В идеале – изменение акустических условий в помещении не должно быть заметно для слушателя. Проще говоря, если в процессе прослушивания музыки в комнату кто-то занес например шкаф или вынес из нее кресло – то слушатель может заметить изменение обстановки, но не должен заметить изменений в звучании системы 🙂

Октябрь 2022 г.Владивосток