Недавно известный форумчанин SharapOFF принес мне на upgrade мой же “Комбайн” – Усилитель + ЦАП для телефонов Sennheiser HD800” – конструкция 2012 года. Напоминаю, что в то славное время специализированные усилители для наушников считались редкой причудой.

Что сделано в 2019 – схему усилителя немного модифицировал до “Light Voice – ЦАП и усилитель для наушников – Система выходного дня”, ЦАП заменил на современный USB DSD комплект XMOS+AK449Х с custom прошивкой, переделал блок питания, выбрал более интересный алюминиевый корпус меньших размеров. Регуляторы оставил те же, поскольку во-первых – они прекрасно работают и, во-вторых – это настоящие ALPS, приобретенные в digikey. И да – в 2012 году еще было возможно найти настоящие ALPS 🙂

Сентябрь 2019 г. Владивосток

Версия 2019 года. Немного модифицированная схема и новый корпус из алюминия. Добавлена возможность контролировать и балансировать ток покоя ламп выходного каскада 🙂

Июнь…август 2019 г. Владивосток

На этот раз я представляю две конструкции усилителей для электростатических наушников. Они имеют общий “источник” 🙂 – это мой же усилитель Auridux-V (Январь 2012 г.)

Общие рассуждения.

Все, кто когда-нибудь что-нибудь читал об устройстве электростатических наушников знают, что для работы излучателей необходимо так называемое “поляризующее” напряжение (BIAS). В частности, для современных излучателей наушников STAX напряжение BIAS = 580V, при этом предполагается, что постоянное напряжение на обкладках статоров = 0V. Что же произойдет, если напряжение BIAS увеличить, например до 2000V? Ничего особенного – скорее всего электрический разряд пробьет изоляцию между обкладками и наушники будут испорчены. То же самое произойдет, если напряжение BIAS оставить неизменным, но увеличивать напряжение на обкладках. Но что же будет, если в процессе работы амплитудное напряжение сигнала на обкладках статоров превысит напряжение BIAS? Увы, никакого “волшебства” не случится- сигнал будет ограничиваться, то есть резко возрастут искажения, а при увеличении амплитуды колебаний мембран излучателей – через некоторое время пленка мембран растянется и произойдет короткое замыкание либо между обкладками статоров либо между одной из обкладок и электродом BIAS. В итоге – в любом из вариантов наушники поедут в ремонт. Учитывая эту особенность, мне, например немного странно читать в характеристиках усилителя “Blue Hawaii” – такую строку: “Output Voltage: 1600V peak-to-peak”. Цифра, безусловно интересная , но звучит скорее как предупреждение 🙂

Идеи построения схемы. Цифры.

Предположим, что желаемый размах выходного напряжения усилителя должен быть где-то в пределах удвоенного напряжения BIAS, то есть +- 580V, округлим до 600+600, то есть 1200V peak-to-peak. Это ~=430V RMS, что означает 215V RMS на каждом из статоров, так как электростатические наушники предполагают балансный вариант подключения к выходному каскаду усилителя.

Так же предположим, что напряжение на входе = 1V RMS, что является вполне стандартным (и даже с некоторым “запасом”) для современных источников. Тогда, коэффициент усиления для каждого их “плеч” усилителя должен быть не менее 215. Совершенно очевидно, что в рамках более-менее стандартной схемотехники на более-менее доступных комплектующих однокаскадный вариант построения усилителя отпадает. Сложно, но вполне возможно реализовать двухкаскадную схему с таким усилением, а трехкаскадный вариант вполне реализуем.

Напряжения источника питания. В рамках более-менее стандартной схемотехники и более-менее доступных комплектующих 🙂 имеется известное конструктивное ограничение на рабочее напряжение конденсаторов фильтров питания. Высококачественные конденсаторы на рабочее напряжение 450…500V – вполне доступны, но есть определенные проблемы с конденсаторами на большие напряжения. Итак, конструктивно ограничим напряжение на выходе источника питания значением 400V, это позволит применить в схеме выпрямителя и фильтра конденсаторы на рабочее напряжение 450 и(или) 500V.

Нулевой потенциал на выходе усилителя. Совершенно очевидно, что при напряжении питания +400V получить напряжение на нагрузке = 215V RMS (600V Peak-To-Peak) возможно только в каскаде с трансформаторной или дроссельной нагрузкой и в случае с дроссельной нагрузкой необходимо применение выходного конденсатора. В случае резистивной нагрузки требуемый размах выходного напряжения при нулевом потенциале на выходе можно получить только при помощи дополнительного, так называемого “подземного” источника питания. При этом в состоянии покоя на резистивной нагрузке каскада будет рассеиваться довольно значительная тепловая мощность.

Таким образом, для выходного каскада с резистивной нагрузкой очевидны следующие особенности:

Для того, чтобы потенциал на выходе каскада был равен “0”, необходимо применить два источника питания – “положительной” и “отрицательной” полярности. При этом к источнику “положительной” полярности будет подключена анодная нагрузка каскада, а “минус” источника “отрицательной” полярности будет “общим” для выходного каскада. Это приводит к очевидному выводу, что если связь между входным и выходным каскадами будет емкостная, то межкаскадные конденсаторы должны быть рассчитаны на рабочее напряжение не менее, чем напряжение между “плюсом” и “минусом” источников питания выходного каскада. Второй вывод заключается в том, что на анодной нагрузке в состоянии покоя будет рассеиваться мощность, равная произведению напряжения источника питания “положительной” полярности на ток покоя выходного каскада. То есть конструктивно корпус усилителя должен быть снабжен хорошим теплоотводом.

Требуемые напряжения источников питания. Поскольку желаемый размах напряжения сигнала на выходе усилителя = +-600V, то требуемое напряжение “положительного” источника питания должно составить не менее +300V. Примем с некоторым запасом, что оно должно быть = +350V. С “отрицательным” напряжением источника питания все немного сложнее. Очевидно, что оно должно быть ниже -300V на величину, равную напряжению смещения выходных ламп (в случае автоматического смещения на катодном резисторе) плюс “остаточное” напряжение между анодом и катодом выходной лампы, когда она полностью открыта (напряжение смещения =0). Для испытаний выходных каскадов на различных лампах удобно сделать источник питания с “отрицательным” выходным напряжением регулируемым. Примем с некоторым запасом, что диапазон регулирования должен быть от -350 до -450V, при этом “положительный” источник питания должен быть рассчитан на ток нагрузки не менее, чем ток, потребляемый выходным и входным каскадами, а “отрицательный” источник питания должен быть рассчитан на ток нагрузки не менее тока потребления выходного каскада усилителя.

Примерная схема тестового блока питания.

Схема довольно типичная и каких-то особенностей не имеет. Стабилизаторы входного напряжения – обычные, параметрические. RC цепочки в затворах регулирующих транзисторов задают время нарастания выходного напряжения до номинального значения. Очевидно, что для ограничения колебания напряжения на нагрузке при включении усилителя напряжение “отрицательного” источника питания должно нарастать несколько быстрее, чем “положительного”, то есть “положительное” напряжение должно подаваться уже на прогретые лампы.

Накал ламп питается не стабилизированным переменным напряжением, потенциал накальных цепей “поднят” относительно каждого из “общих” источников питания на 50…70 Вольт.

Технологическая особенность – поскольку корпуса большинства электролитических конденсаторов слабо изолированы от их “минусового” вывода (сопротивление изоляции не превышает ~ 100 кОм), то при монтаже конденсаторов фильтра “отрицательного” источника питания их корпуса необходимо надежно изолировать от “шасси” усилителя.

Первый вариант схемы усилителя, два каскада, триоды, без ООС.

Первый каскад может быть выполнен на триодах с высоким усилением – например, вполне подойдут 6SL7, 6SF5. Как один из интересных вариантов можно применить двойной триод 6N7. Выходной каскад выполнен на двойном триоде 6BХ7 или на его “одиночном” эквиваленте 6AH4. На входе усилителя применен фазоинвертор на трансформаторе Jensen JT-11P4. Коэффициент усиления каждого из “плеч” первого каскада ~ 28. Нагрузкой выходного каскада является интегральный источник тока IXYS, Коэффициент усиления выходного каскада ~ 10, таким образом общий коэффициент усиления ~ 280, что даже несколько больше требуемых 215. Триод 6BХ7 обладает широким “раскрывом” характеристик, что минимизирует возможность перегрузки выходного каскада входным, а применение источника тока в качестве анодной нагрузки обеспечивает хорошую линейность каскада. Нагрузку можно подключить двумя способами – “традиционно” – к аноду выходной лампы, или к катоду интегрального источника тока, в этом случае выходной каскад представляет собой гибридный SRPP с низким выходным сопротивлением. Оба варианта подключения имеют свои достоинства и недостатки 🙂

Немного о выборе рабочей точки выходного каскада. (Справочно – выходной каскад на этой лампе я уже применял в моем самом первом “комбайне – усилителе” для STAX 303, 2011 год) Для того, чтобы получить размах выходного напряжения +-300V, напряжение между анодом и катодом 6BХ7 должно быть около 350V. Максимальная мощность, рассеиваемая на аноде каждой из “половинок” 6BХ7 не должна превышать 10W, что ограничивает ток покоя каскада пределом = 25mA. Поскольку ток покоя задается источником тока в анодной нагрузке и остается постоянным, то изменение напряжение смещения приводит к изменению напряжения между анодом и катодом лампы выходного каскада. Таким образом, подстраивая напряжение смещения можно установить “нулевой” потенциал (относительно “общего” “положительного” источника питания) на выходе усилителя. Из ВАХ видно, что при токе покоя (например) = 20mA “остаточное” напряжение между анодом и катодом при полностью открытой лампе составляет ~= 50V, а напряжение смещения в рабочей точке (350V, 20mA) = – 32V. Таким образом, требуемое напряжение “отрицательного” источника питания должно быть не менее = -(300+50+32 = 382)V. Для удобства работы и улучшения термостабильности выходного каскада я применил комбинированное смещение.

Для более безопасного “запуска” схемы номиналы резисторов автосмещения в катодах выходных ламп выбраны больше расчетных, а точная установка режима и “нуля” на выходах усилителя достигается подачей небольшого положительного напряжения смещения на сетки ламп выходного каскада. Помимо прочего, это позволило применить межкаскадные конденсаторы на рабочее напряжение 630V.

При токе покоя = 20mA и напряжении “положительного” источника питания = 350V, мощность, рассеиваемая в состоянии “покоя” на каждом из интегральных источников тока составит 20(mA)*350(V) = 7W. В схеме 4 источника тока – то есть потребуется очень надежный и качественный теплоотвод, способный постоянно отводить и рассеивать не менее 30W тепла.

Для этого варианта усилителя блок питания можно собрать по примерно такой схеме:

Несмотря на кажущуюся простоту схемы, сборка и наладка этого усилителя под силу только подготовленным DIYer’ам. В схеме присутствуют опасные напряжения и токи, а наладка конструкции без некоторых навыков и соответствующего набора измерительного оборудования – невозможна. Поэтому я не указал номиналы части элементов, а в схеме блока питания возможно есть небольшая ошибка. Желающие повторить конструкцию – пишите, я отвечу на возникшие вопросы. Или – рассчитайте номиналы самостоятельно, тем более что практически все требуемые “цифры” приведены в тексте 🙂

Второй вариант схемы. Три каскада, триоды с малым “u”, тетроды в триодном включении и неглубокая общая ООС.

Блок питания для этого варианта усилителя аналогичен тестовому. Схемотехническое решение аналогично тому, которое я применяю в двухтактных усилителях и в особых комментариях не нуждается. Необходимость применения такой конфигурации обусловлена тем, что конструкция должна была обеспечивать чувствительность ~ 0.5V RMS, при стабильности режимов по переменному напряжению (долговременная идентичность усиления в каналах при “приработке” ламп). Отсюда – логичное решение – три каскада усиления + общая ООС по переменному напряжению. Кстати, при необходимости ООС можно ввести и в первом варианте усилителя.

Несколько фото:

И еще несколько фото из рабочей тетради, наглядно иллюстрирующие “движение творческой мысли” 🙂

Отзыв счастливого владельца –

” Виктор, добрый день.

Впечатления от наушников STAX SR-X9000 с вашим усилителем. Честно,не ожидал такого роста. Все недостатки, за которые STAX ругали – устранились, нет их. Все, чего не хватало в STAX – добавилось и нечего добавить больше. 🙂 Бас – лучше, чем на акустике. Не в смысле количества, а качественно. Если можно так выразиться, то проявилось все лучшее от топ STAX и топ динамических наушников. С вашим усилителем прямо синергия создалась у них. Я в восторге. Уровень X9000 относительно усилителя от STAX – подпрыгнул, будто ему хорошего пинка дали. Даже не на одну голову. Вообщем – всем рекомендую, если что. Никогда раньше не хотелось наушники слушать больше, чем акустическую систему – а сейчас хочется 🙂

С Уважением, Евгений “

Январь…март 2019 г. Владивосток

На известном форуме, посвященном наушникам и усилителям меня довольно часто спрашивают – “… а можно ли сделать такой вот простой и недорогой усилитель на лампах, чтобы к нему подключались как обычные, так и электростатические наушники, причем одновременно?”. Когда я слышу такой вопрос, то обычно мне вспоминается довольно забавная книжка М.Веллера “Всеобщая теория всего” – и я отвечаю – ” Нет, просто и недорого – вряд ли получится, поскольку требования к усилению – совершенно разные, как минимум нужно изготавливать специализированный выходной трансформатор, как-то переключать и подстраивать источник питания и т.д. и т.п.”

Лето в этому году выдалось довольно жаркое и на очередной запрос об “универсальном недорогом усилителе для всего” – я вдруг, вероятно немного перегревшись на солнце – совершенно неожиданно ответил – “ДА. Такой усилитель сделать можно –  и, более того, помимо наушников, к нему еще можно будет подключить и АКУСТИКУ” 🙂  Сказал как отрезал (с) – значит нужно делать… Если недорого,то – советские лампы, тор в питании, простые, но хорошие выходные трансформаторы. Никакой эзотерики – только здравый смысл, техническая простота и эффективная оптимальность.

Вот результат – 

Основные технические характеристики  —

• Входное сопротивление >= 10 кОм
• Выходное сопротивление =< 1.2 Ом (выход для подключения акустики), <=
  2 кОм (выход для подключения электростатических наушников
• Минимально допустимое сопротивление нагрузки – 4 Ом (выход для
  подключения акустики)
• Номинальный диапазон подключаемых нагрузок – 8 Ом….1 кОм (выход для
  подключения динамических и изодинамических наушников)
• Максимальное выходное напряжение на эквиваленте нагрузки 100 Ом >= 10V (RMS) (на канал, выход для подключения изодинамических и динамических наушников)
• Максимальная выходная мощность на эквиваленте нагрузки 4 Ом >= 12 Вт (RMS) (на канал, выход для подключения акустики)
• Максимальное выходное напряжение на эквиваленте нагрузки 100 кОм  > = 400V RMS, 1120V 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) =<0.5%
• Уровень шумов и помех на выходе усилителя, при закороченном входе и
  при подключении к питающей сети через регенератор с заземлением =<
  200uV

Схема Усилителя:

Комментарии к схеме: Клеммы для подключения акустических систем присоединены на общий и на отводы от вторичной обмотки выходного трансформатора, помеченные “Х” (4 или 8 Ом, выбирается при сборке). Входной и Фазоинверторный каскады особенностей не имеют, режим работы и сопротивление нагрузки Raa выходного каскада выбраны таким образом, чтобы он гарантированно работал в классе “А”. Лампы выходного каскада обязательно должны быть тщательно подобраны в идентичные по параметрам пары, это очень важно для получения максимального размаха выходного напряжения, минимизации искажений и получения низкого уровня шумов и помех на выходе. Для стабилизации усиления и режимов работы усилитель охвачен неглубокой общей ООС. Я не привожу точную маркировку трансформаторов, конденсаторов, диодов, транзистора фильтра блока питания и стабилитронов – “продвинутому” DIYer’у не составит труда догадаться – тем более что такие же компоненты я многократно применял и в других своих конструкциях. 🙂

Июль-Август 2017 г.                                                                              г.Владивосток

Случилось так, что пару лет назад я изготовил ламповый усилитель для моего хорошего знакомого – Владимира, меломана с почти 50-летним стажем.   Усилитель был двухтактный, в качестве выходных ламп я применил KT88, выходные трансформаторы – Hammond, а в качестве силового был применен мощный специализированный тороидальный трансформатор Antek.  К моему глубокому сожалению, усилитель хоть и был своевременно отдан заказчику и вызвал много восторгов, но я не мог считать этот проект удачно завершенным. Во-первых, компания Antek “подвела” с декоративным стальным кожухом для трансформатора, из-за особенностей крепления которого трансформатор было невозможно надежно зафиксировать внутри. “…Что может быть тревожнее плохо закрепленного силового трансформатора…”. Во-вторых поставщик выходных ламп вдруг совершенно неожиданно меня подвел – прислал не подобранные в пары KT88 с каким-то  странным дефектом цоколей – очень хрупким центральным “ключом”. С “ключами” я ёщё как-то справился, а вот из-за не подобранных в пары ламп пришлось в выходном каскаде применить регулируемое смещение. Все было бы хорошо, но только вот силовой трансформатор я выбрал исходя из того, что выходной каскад будет работать с автоматическим смещением, то есть для варианта с фиксированным смещением напряжение источника питания было “немного” высоковато – примерно вольт на 60 больше требуемого. Поэтому желаемого режима работы выходного каскада в таком варианте конструкции мне добиться не удалось.

Тем не менее усилитель был отдан Владимиру, а я в свою очередь пообещал, что чуть позже подвезу другой кожух трансформатора, нормальные лампы и переделаю усилитель так, как было задумано.

Шли Годы… Усилитель прекрасно работал. И вот тут по случаю мне достается редкий набор NOS локтальных ламп – 7С5, 7N7, 7F7 выпуска 40-х..50-х годов. На этих замечательных лампах просто обязательно нужно было сделать что-нибудь интересное. Совпало так, что у меня случилась пара относительно свободных недель и я вспомнил о невыполненном до конца обещании, о Кармическом Долге.

Переговоры с Владимиром был продуктивны – было решено не только “проапгрейдить” (а по факту – полностью переделать) усилитель, но и изготовить дополнительный блок – коммутатор источников и предусилитель, который был бы еще и усилителем для высокоомных наушников. 🙂

Так и появился этот замечательный комплект – Предусилитель и Оконечный усилитель мощности на Локтальных Лампах.

Схема Предусилителя —  Справочные данные ламп — 7C5_ 7N7.  

В предусилителе два каскада, первый – усилитель напряжения, второй – усилитель тока (повторитель напряжения). Подстроечные резисторы последовательно с регулятором уровня служат для выравнивания усиления по каналам. Поскольку предполагается, что предусилитель и усилитель мощности будут соединены постоянно, а при прослушивании музыки через наушники усилитель мощности будет просто отключен от сети, то для уменьшения взаимного влияния устройств второй каскад “продублирован” – для выхода на высокомные наушники добавлен более мощный повторитель на лампе 7С5 в триодном включении. В качестве катодной нагрузки в мощном повторителе я применил интегрированный источник тока, по сравнению с резистором расчетного номинала это позволило уменьшить выходное сопротивление каскада до 120 Ом и увеличить размах напряжения на нагрузке. При сопротивлении нагрузки 300 Ом коэффициент “усиления” по напряжению этого каскада = ~ 0.5, максимальный размах выходного напряжения ~ 5V rms. Естественно, при более высокоомной нагрузке коэффициент усиления каскада приближается к 1, а максимальный размах выходного напряжения – к ~ 50V rms. Несколько слов о примененном мной регуляторе  (R2) – это довольно интересная конструкция ступенчатого регулятора на переключателе и дискретных резисторах, которая применялась в предусилителях Aleph от маэстро Nelson Pass. Конструкция немного странная, довольно объемная  – но, тем не менее в ней есть некий шарм, продуманность и надежность. Это помимо отличных звуковых качеств. Обычно критики ступенчатых регуляторов говорят – “слишком много контактов, резисторов и промежуточных паек”. Я почему-то больше доверяю Nеlson Pass – пайки и контакты безусловно имеют место быть, но звуковые свойства таки отличные.

Основные характеристики предусилителя:

• Входное сопротивление = 15 кОм.
• Количество входов = 3 (RCA), количество выходов = 2 (1 шт RCA, + 6.3mm Jack для наушников)
• Выходное сопротивление c выхода RCA =< 1 кОм. Выходное сопротивление с выхода для наушников = ~ 120 Ом
• Номинальная нагрузка = от 10 (и выше) кОм по выходу RCA и 200 (и выше) Ом по выходу для наушников.
• Номинальное входное напряжение ~ 0.33V RMS
• Номинальное выходное напряжение ~ 1V RMS
• Максимальное выходное напряжение на нагрузке 10 кОм> = 60V RMS (выход RCA)  Максимальное выходное напряжение на выходе для наушников при нагрузке 300 Ом => 5V RMS.
• Коэффициент усиления ~ 3, может быть раздельно по каналам плавно увеличен до ~ 9.
• Уровень собственного шума и помех на выходе при “закрытом” входе =<170uV (“взвешено” по кривой “A”)
• Полоса воспроизводимых частот на выходе RCA при номинальной нагрузке и номинальном выходном напряжении =  5Гц…200кГц с неравномерностью не более 0.5dB. 
• Коэффициент гармоник на выходе RCA на частоте 1 кГц при номинальной нагрузке и номинальном выходном напряжении <= 0.2%, в основном 2-я и 3-я гармоники. Уровень третьей гармоники относительно уровня второй <= -36 dB.

Схема усилителя мощности – 

Традиционная (для меня) конструкция, три каскада, выходной каскад на лампах 7С5 в ультралинейном включении. Для стабилизации усиления и некоторого уменьшения выходного сопротивления я применил небольшую общую ООС. Смещение выходных ламп автоматическое, настраиваемое индивидуально. Примерно по такой же схеме собран мой основной домашний усилитель. Конденсаторы С6 и С7  – емкостью 1800uF. Блок питания усилителя схемотехнически идентичен блоку питания предусилителя и особенностей не имеет, за исключением того, что применен силовой трансформатор с напряжениями вторичных обмоток 250+250V@400mA, 3.3+3.3V@8A.

Основные характеристики усилителя мощности: 

• Входное сопротивление = 91 кОм
• Выходное сопротивление =< 0.47 Ом 
• Номинальное входное напряжение = ~1V RMS
• Номинальная нагрузка = 4 и 8 Ом (Отдельные клеммы)
• Номинальное выходная мощность = 8.5W RMS
• Коэффициент усиления ~ 8
• Уровень собственного шума и помех на выходе при “закрытом” входе =<200uV (“взвешено” по кривой “A”)
• Полоса воспроизводимых частот при номинальной выходной мощности 27Гц…27кГц с неровномерностью не более 0.5dB. Измерено на эквиваленте нагрузки сопротивлением 8 Ом.
• Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц на нагрузке 8 Ом при номинальном выходной мощности <= 1%, в основном 2-я и 3-я гармоники. Уровень третьей гармоники относительно уровня второй <= -20 dB. Измерено на эквиваленте нагрузки сопротивлением 8 Ом.

Несколько фото – 

Май 2017 г.                                                                                                 г.Владивосток

Весной этого года я пообещал опубликовать  схему “самого лучшего” лампового усилителя для наушников Sennheiser HD800 (S). Время пришло – вот она 🙂

Схема предельно проста – всего один каскад на триоде 6J5, с трансформаторным балансным входом и выходом. Собственно, “особенной” ее делают примененные мной комплектующие – лампы Zenith 40-х годов, трансформаторы Jensen и Hashimoto, электролитические конденсаторы Illinois серии TMA450M (USA) и резисторы Panasonic MRG. В качестве регулятора применен ступенчатый регулятор на дискретных резисторах GoldPoint. Входной трансформатор в этой схеме необходим во первых для более эффективной организации смещения и, во вторых – для гальванической развязки и сопряжения с балансными источниками сигнала. Применение входного трансформатора не только позвляет избежать возможных “земляных петель”, но и ограничивает полосу сигнала частот в “суб” НЧ и “супер” ВЧ, что очень благотоворно сказывается на легкости, натуральности и музыкальности звучания – особенно при подключении цифровых источников. Музыка “льется”…Блок питания – традиционный для моих конструкций, со стабилизатором напряжения на полевом транзисторе. Напряжение на выходе стабилизатора регулируется установкой перемычки между выводами стабилитронов ZD1, ZD2. Напряжение смещения усилительного каскада задается батарейкой B1 – она составлена из двух элементов 3.3V или 3.6V. Схема усилителя самодостаточна и не предполагает модификаций или применения комлектующих других марок. В моем варианте Guru “работает” еще и как предусилитель и собран в одном корпусе с корректором и коммутатором входов, блок питания собран в отдельном корпусе. Несмотря на очевидную простоту, я бы рекомендовал эту схему для сборки только опытными DIYer’ами, так как помимо качества комплектующих получение не просто “хорошего”, а “выдающегося” результата возможно только при правильной компоновке и продуманном монтаже всей конструкции.

На мой слух – в комплекте с наушниками Sennheiser HD800 (S) – это, пожалуй, самый лучший сетап для вдумчивого индивидуального “погружения”, для познания сути и смысла музыки. Этот усилитель будет вашим учителем, вашим проводником, вашим  गुरू  🙂

Октябрь 2016г.                                                                 г.Владивосток

Примерно в конце позапрошлого года я закончил макетирование на мой взгляд таки довольно “забавного” усилителя для изодинамических наушников. По результатам слуховых испытаний макета было создано два серийных образца под общим названием “Victor’s Light Voice (vLv) – IZO”.

Дело в том, что  сотни страниц обсуждения на специализированных форумах посвящены так называемой “раскачке” изодинамических наушников “Топ” сегмента, выпускаемых компанией HiFi Man. Суть обсуждения сводится к тому, что “де факто” предполагается, что HiFiMan выпускают наушники с совершенно невероятными звуковыми характеристиками – но… вот только есть одна маленькая проблемка – наушники настолько низкочувствительны, что услышать “во всей полноте”  и оценить в полной мере их звучание можно исключительно на “специально – особом” усилителе, найти который – просто нереально сложно-сложно и очень, очень дорого 🙂  При этом конструкции на лампах зачастую исключают из обсуждения, мотивируя это тем, что они формально якобы не обеспечивают необходимой мощности и имеют слишком большие габариты.

Приведенные ниже “Замечания” в основном имеют отношение к транзисторным усилителям. Но, в некоторой степени, косвенным образом – ламп это тоже касается  – и чуть позже я расскажу почему более подробно.

Замечание №1. На мой взгляд, проблема так называемой “раскачки”- помимо низкой чувствительности обычно вызывается неравномерностью импеданса и недостаточно широкой полосой полной мощности усилителя.  Как правило,с импедансом у изодинамики особых проблем нет – зависимость сопротивления излучателей от частоты довольно ровная и мощность “забираемая” ими от усилителя не сильно меняется в зависимости от частоты и спектрального состава сигнала. А вот с полосой  полной мощности у большинства “традиционно спроектированных” усилителей проблема имеется. В рамках традиционной схемотехники для обеспечения широкой полосы полной мощности – необходим как минимум “энерговооруженный” блок питания. Разработка такого блока требует определенного опыта и знаний, то есть – экономически затратна, сама конструкция требует индивидуальной подстройки, интеллектуально сложна в практической реализации и не позволяет делать изделия легкими и гламурно-анорексично-миниатюрными.

Замечание №1.1. Как вроде бы совершенно логичные рассуждения приводят к фатально ошибочным (в смысле влияния на качество звучания) расчетам – можно посмотреть например здесь – Упрощенное обоснование выбора мощности БП.

Замечание №2. В серийном производстве для “продвижения” продукта выгоднее наращивать такие стратегически выигрышные “знаковые” характеристики, как  “выходная мощность” и “коэффициент нелинейных искажений” (как правило без расшифровки приводимых цифр и методики измерений). Получается, что проще и дешевле штамповать “изделия” формально соответствующие “знаковым” характеристикам , чем выпустить действительно хорошо звучащую конструкцию, требующую индивидуальной настройки. К сожалению, в последнее время такие тенденции прослеживаются и в мелкосерийном производстве и даже в DIY. Например, вот “знаковые” характеристики одной из популярных конфигураций усилителя, название которого начинается на “β” 🙂 — выходная мощность  2×36Вт@4Ом при 0.003% THD — и это в коробочке размерами 280х330х60мм и весом 6 кГ. При этом не уточняется, сколько именно минут  (или секунд?) эта коробочка сможет отдавать в нагрузку заявленные 72 Вт хотя бы на одночастотном тестовом синусоидальном сигнале. Совершенно очевидно, что с низкочувствительными наушниками такой усилитель не справится – даже если и не будет ограничения сигнала по амплитуде, то на пиках сигнала из-за узкой полосы полной мощности будет наблюдаться “плавание” спектрального состава сигнала. В звуке такой эффект проявляется как преобладание, выделение СЧ диапазона вплоть до проявлений “сибилятивности” на спектрально плотных записях, звучание можно охарактеризовать как громкое, но легковесное и “крикливо-истеричное” 🙂  Подбором кабеля, как многие советуют – исправить такое звучание невозможно.

Замечание №3. Дело в том, что цифры “мощности” и “коэффициента искажений”  имеют весьма отдаленную связь с объективными ощущениями того, звучит ли усилитель “уверенно, наполненно и мощно“, а так же “чисто и прозрачно”.

Два усилителя на лампах, представленные ниже – вполне уверенно это доказывают 🙂

Первая конструкция == “Light Voice IZO DHT” – с выходным каскадом на прямонакальных триодах.

Схема усилителя – Light Voice IZO DHT_001

Схема усилителя типична для моих конструкций – входной трансформатор-фазоинвертор, два каскада усиления. Особенность состоит в выборе рабочей точки выходного каскада, выбранный режим позволяет применить как прямонакальные триоды 2A3 (NOS или современные), так и замечательные триоды от Emission Labs – EML 45, известные своими уникальными звуковыми характеристиками. Для периодического контроля режимов ламп выходного каскада на верхней панели усилителя установлены специальные одиночные разъемы. Выходной трансформатор – Lundahl LL1623/PP в нестандартной коммутации, которая позволяет снимать с вторичной обмотки балансный сигнал.

Схема блока питания – Light Voice IZO DHT_PS_001

Блок питания – вполне традиционен, трансформатор питания Hammond 372JX, выпрямитель на полупроводниковых диодах, фильтр напряжения питания – на полевом транзисторе. Накал ламп выходного каскада питается от отдельных трансформаторов Hammond 266PA12 (2 шт), выпрямленным и стабилизированным напряжением постоянного тока. Стабилизаторы выполнены на микросхемах LT1083. Для облегчения теплового режима на верхнюю часть шасси блока питания установлены дополнительные теплоотводы. В случае выходных ламп 2A3 для питания накала каждой из них потребуется  2.5A, итого – 5A на канал, 10A на весь усилитель. Кабель и разъемы для соединения блока питания с блоком усилителя выбраны и выполнены с необходимым запасом то току.

Основные технические характеристики —

• Входное сопротивление >= 12 кОм
• Выходное сопротивление =< 1.5 Ом
• Минимально допустимое сопротивление нагрузки – 4 Ом
• Номинальный диапазон подключаемых нагрузок – 8 Ом….1 кОм
• Максимальное выходное напряжение на нагрузке 100 Ом >= 10 В (RMS)
• Максимальная выходная мощность на нагрузке 8 Ом >= 8 Вт (RMS) (на канал)
• Полоса пропускания в режиме “большого” сигнала (Сопротивление нагрузки = 8 Ом, уровень выходного напряжения = 0.707 от максимального) не уже – 16 Гц…..22 кГц при неравномерности не более 1 dB
• Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц, измеренный в режиме “большого”
  сигнала (см выше) =<0.5%
• Уровень шумов и помех на выходе усилителя, при закороченном входе и
  при подключении к питающей сети через регенератор с заземлением =<
  20uV

В 2021 году в конструкцию были внесены некоторые изменения:

Вторая конструкция == “Light Voice IZO” – с выходным каскадом на косвенонакальных лучевых тетродах в ультралинейном включении.

1 2 ►

Схема усилителя – Light Voice IZO_001

Схема усилителя типична для моих ранних конструкций – три каскада усиления, первый каскад – усилитель напряжения, второй каскад – фазоинвертор-драйвер. Длинный “хвост” фазоинвертора – драйвера выполнен на полупроводниковом регулируемом источнике тока, что позволило обеспечить хорошую симметрию выходного напряжения каскада и упростить его настройку при некотором разбросе параметров ламп.  Выходной каскад – на лучевых тетродах 6L6G в ультралинейном включении, с автоматическим смешением. Выходной трансформатор – Hashimoto с Raa ~ 8К @ 16Ом. Выдающееся качество выходных трансформаторов позволяет охватить усилитель неглубокой петлей ООС, которая снижает выходное сопротивление усилителя и стабилизирует коэффициент усиления, тем самым немного нивелируя возможный разброс ламп.

Схема блока питания – Light Voice IZO_PS_001

Блок питания – вполне традиционен, трансформатор питания Hammond 372JX, выпрямитель на полупроводниковых диодах, фильтр напряжения питания – на полевом транзисторе. Накал всех ламп питается от одной накальной обмотки трансформатора питания, для снижения уровня наводок и помех ее потенциал поднят над общим делителем напряжения.

Основные технические характеристики —

• Входное сопротивление >= 12 кОм
• Выходное сопротивление =< 2.5 Ом
• Минимально допустимое сопротивление нагрузки – 16 Ом
• Номинальный диапазон подключаемых нагрузок – 30 Ом….1 кОм
• Максимальное выходное напряжение на нагрузке 30 Ом >= 18 В (RMS)
• Максимальная выходная мощность на нагрузке 16 Ом >= 20 Вт (RMS) (на канал)
• Полоса пропускания в режиме “большого” сигнала (Сопротивление нагрузки = 30 Ом, уровень выходного напряжения = 0.707 от максимального) не уже – 15 Гц…..70 кГц при неравномерности не более 1 dB
• Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц, измеренный в режиме “большого”
  сигнала (см выше) =<0.2%

Декабрь 2014…Февраль 2016г.                                                         г.Владивосток

PS Большинство схем, которые я публикую – это вариант, предельно близкий к последнему 🙂 Не исключаю возможности и оставляю за собой право при сборке очередного экземпляра той или иной конструкции вносить в схему изменения, положительно влияющие на звучание. Оценка степени положительности влияния – исключительно моя, субъективная. Безусловно, аргументированное мнение заказчика всегда принимается с особым вниманием.

Довольно часто “подвинутые и дорогие” усилители для наушников имеют так называемый “балансный” выход. Можно ли его на самом деле считать “балансным” и какие преимущества он дает?

Проясним термины.

“Балансным” или “симметричным”  принято называть такой принцип передачи сигнала, при котором один сигнал передается сразу двумя “потоками”, где второй поток инвертирован относительно первого, то есть передается в противофазе. Те из аудиотехников, которые постоянно работают с профессиональной концертной аппаратурой прекрасно знают, что коммутация компонентов балансными кабелями позволяет эффективно бороться с помехами и наводками на кабели.

Итак, при балансном типе передачи  сигнал “раздваивают” и один из “раздвоенных” сигналов инвертируют. Передача ведется по двум проводникам, при этом предполагается, что внешние помехи в одинаковой степени наводятся на оба проводника . В приемнике один из сигналов инвертируют “обратно” и суммируют с не инвертированным. Полезный сигнал складывается и увеличивает свою амплитуду вдвое, а наведенные помехи компенсируются.

В чем преимущество?

Преимущество такой передачи сигнала очевидно – можно использовать кабели большой длины и при даже низком уровне сигнала на стороне “приемника” не будет наводиться значительных помех. В профессиональном сценическом звуковом оборудовании широко используются балансные кабели диной от 2 и до 50 метров. Поскольку при балансном соединении передача сигнала ведется по двум проводникам, то балансный кабель – это всегда как минимум три проводника для одного канала (при трех контактах  в разъеме один проводник или экран – это “общий”).

В условиях жилого помещения  уровень наводок и помех, по сравнению с сценической площадкой – незначителен и соединение по балансному стандарту не практично в плане излишнего усложнения схемотехники – так как из-за увеличения количества активных компонентов схемы разделения, двойного инвертирования и сложения могут внести больше искажений в исходный сигнал. То есть для “домашней” аппаратуры преимущества балансного подключения совершенно не очевидны.

Загадка “балансного” усилителя.

На мой взгляд, термин “балансный” усилитель возник в теме персонального аудио как часть маркетинговой стратегии продаж обычных усилителей с мостовым включением нагрузки. Загадочное название появилось для “отвязки” от ненужной ассоциации с концертным оборудованием, которое, в самом общем случае – совсем не “Hi-End” и даже не “Нi-Fi” 🙂

Схема  мостового включения нагрузки выглядит так:

Как известно, стратегия маркетинга начинается с “визуализации”. На рисунке выше – визуально видны разделение и симметрия сигнала. Отсюда – первоначальное, еще осторожно- красивое название такой конструкции как “симметричный усилитель”, а немного позднее из профессионального аудио был заимствован заманчивый и в чем-то загадочный термин  – “балансный”. Для тех, кто хотя бы более-менее “в теме” – верное название обозначенной конфигурации было и осталось прежним  – мостовое включение, то есть – такой способ коммутации нагрузки, когда два усилителя работают на одну нагрузку, удваивая напряжение на ней.

Где, когда и зачем необходимо мостовое включение нагрузки.

Потребность в мостовом включении уходит “корнями” в особенности характеристик транзисторов. Особенность работы усилительного каскада на транзисторе таковы, что амплитуду тока в нагрузке можно получить довольно большую, а вот диапазон напряжений, в котором транзистор работает более-менее линейно – весьма ограничен. Для большинства аудио усилителей допустимое напряжение источника питания не превышает 50В, таким образом, для обычной домашней акустики сопротивлением, например 8 Ом, очевидно вычисляется технологическое ограничение по подводимой мощности =  ~ 150 Вт (RMS).  – что в общем-то для домашних условий – более, чем достаточно.  А вот для концертной акустики требуется повышенная мощность, получить которую можно лишь увеличив напряжение – и именно для этого используется мостовое включение нагрузки. Забавно, что для низкочувствительных наушников проблема получения требуемой мощности чем-то похожа на проблему с концертной акустикой. 🙂

Зачем нужен режим повышенной мощности в усилителях для наушников?

Есть ряд моделей изодинамических наушников, которым требуется усилитель с высоким выходным напряжением, примерно таким, как у мощных усилителей для акустики. Но – обычные домашние усилители мощности далеко не всегда можно использовать для наушников – как правило фоновые шумы и помехи от блока питания, не слышные при прослушивании через акустические системы, хорошо слышны в наушниках. При этом, из-за сравнительно высокого сопротивления нагрузки требования к выходному току отбираемому нагрузкой от такого усилителя существенно (в разы) ниже, чем для усилителя для акустики.

Возможно ли улучшение качества звучания при мостовом подключении нагрузки?

Если взять два “средних” усилителя с низким уровнем искажений при низких амплитудах сигнала, то для одной и той же нагрузки – при мостовом подключении может показаться, что возможно сохранить качество звука при более высоком уровне громкости. Или – на той же громкости при мостовом подключении может показаться, что искажения могут быть ниже, чем при обычном. На самом деле – из-за технологического разброса компонентов создание полностью идентичных усилителей невозможно, и еще более нереально обеспечить полностью идентичную термостабильность их характеристик в пределах общего конструктива. Неидентичность характеристик неизбежно ведет к ошибке сложения сигнала на нагрузке и к росту уровня искажений. Близкая идентичность характеристик уменьшит ошибку сложения сигнала, но приведет к изменению спектрального состава искажений.

Таким образом, для “средних” усилителей для наушников применение мостового подключения нагрузки исключительно для увеличения громкости мне кажется бессмысленным – как с точки зрения качества, так и относительно стоимости конструкции.

Но – если применить индивидуальный подход – то есть решение с минимально технологически возможным набором компонентов максимального качества, продуманную и термостабильную схему с индивидуальной подстройкой режимов каждого экземпляра, грамотную архитектуру блока питания, то – при условии балансного источника сигнала мостовое подключение нагрузки действительно способно полностью решить проблему получения необходимого уровня мощности при отличных качественных показателях.

Итак, конкретизируем.

Термин “балансный усилитель” по отношению к усилителю для наушников – всего лишь маркетинговый термин, обозначающий усилитель с мостовым подключением нагрузки. Более того, не существует ни одной модели наушников, излучатели которых можно было бы подключить по реальной балансной схеме, с тремя сигнальными проводниками на канал. Соединение каждого из излучателей с усилителем каждого из каналов по двухпроводной схеме по сути – мостовое, его преимущество заключается только в возможности получить на нагрузке сигнал удвоенной амплитуды напряжения. Никакого преимущества в смысле уменьшения уровня искажений сигнала на нагрузке такое подключение не дает. Спектральный состав искажений при мостовом подключении нагрузки – отличается от спектра искажений при “обычном” подключении.

Апрель 2016г.                                                                    г. Владивосток

P.S. При покупке готового “фирменного” усилителя не стоит недооценивать маркетологов, которые умело играют на сформированном ими же мнении, что  “балансный усилитель – это вершина качества” и на самом деле выпускают на рынок весьма посредственные бюджетные модели.

P.S.S. Хотел бы отметить, что задача создания комплиментарной пары недорогих, мощных, высоковольтных и одновременно линейных транзисторов окончательно так и не была решена.

P.S.S.S. Проблема получения нужного напряжения для “раскачки” изодинамических наушников, которая так мучительно трудно решается в транзисторных усилителях – для усилителей на лампах вообще не проблема. Всех дел на пять минут –  нужно лишь выбрать подходящий выходной трансформатор – и никаких “мостов” 🙂

В январе прошлого года ко мне обратился один известный форумчанин с просьбой посмотреть и, может быть что-нибудь сделать с усилителем Woo Audio WA-22. Удивительно, но точно так же, как это уже было с усилителем WA-5 – звук этого “изделия” меня очень неприятно поразил – плоский, невыразительный, вялый и вообще – какой то серый…  Kак же это, что же нужно было сделать, что бы усилитель на лампах звучал ТАК ? Открываю корпус, внимательно смотрю —

На первый взгляд – выглядит все вполне прилично, конденсаторы конечно – самые простые но вполне в пределах допустимого. Некоторую озабоченность вызвали выходные трансформаторы – на мой взгляд, в наборе применено слишком уж толстое железо. В общем, нужно разбираться в схемотехнике. Срисовываю приблизительную схему —

И вот тут-то у меня и возникли вопросы. Во-первых, получается, что при подключении небалансного источника сигнала половина выходного каскада “отдыхает”, то есть фактически каскад работает в однотактном режиме, “нижняя” по схеме лампа выходного каскада выполняет роль управляемого источника тока, компенсирующего намагничивание выходного трансформатора. Во- вторых, нагрузка усилителя подключена по небалансной схеме.

Итак, WA-22 – помимо того, что не является балансным усилителем, в случае подключения небалансного источника сигнала – строго говоря, не является и двухтактным усилителем. При этом  известная дилемма между выбором оптимального режима лампы выходного каскада для однотактного и (или) двухтактного включения никак не решена, то есть просто проигнорирована.

Таким образом, в случае работы усилителя от небалансого источника выходной каскад работает в совершенно не оптимальном режиме, примерно с 6% гармоник на выходе при максимальном сигнале. Более того, режим работы входного каскада – так же как и в усилителе WA-05 – выбран не оптимально -анодная нагрузка слишком велика, а ток покоя слишком мал. Помимо этого, усиления первого каскада совершенно недостаточно для полной раскачки выходного каскада. Измерение характеристик выходных трансформаторов показало, что при более-менее приличной индуктивности первичной обмотки (~ 20H @ 50Hz) КПД ( по всей видимости, из-за черезмерно толстых пластин набора сердечника) на частоте 500 Гц не превышает 80%.

Вывод – даже при самых прекрасных комплектующих и лампах звучать “так, как можно было бы от него ожидать”  этот усилитель не будет никогда. В общем –  очередной красивый корпус и набор комплектующих от Woo.

Было принято кардинальное решение – полная переделка, с оптимизацией конструкции под высокоомные наушники. Конфигурация схемы такая – двухкаскадный усилитель с входным каскадом на высоколинейном триоде 6J5 и с выходным каскадом на высоколинейном прямонакальном триоде #45, в качестве выходных трансформаторов применить Hashimoto HL-10K-6, вторичные обмотки которых позволяют подключить нагрузку по балансной схеме.

Разбираю, рассверливаю, собираю, прослушиваю –

Схема нового варианта усилителя –

Первый каскад – традиционный каскад с резистивной нагрузкой, рабочая точка выбрана в линейной области – напряжение на аноде = 100…110V, ток покоя 4.5…5mA. Поскольку запаса усиления для “раскачки” выходной лампы – более, чем достаточно, то я принял решение не шунтировать резистор смещения в катоде лампы первого каскада.Второй каскад каких либо особенностей не имеет, режим так же выбран в линейной области – напряжение анод-катод = 200V, ток покоя = 30mA.  Накал ламп выходного каскада питается выпрямленным  и стабилизированным напряжением постоянного тока. Стабилизатор собран на интегральной микросхеме LT(LM) 1084. Нити накалов ламп первого каскада включены последовательно и питаются от обмотки силового трансформатора напряжением переменного тока 12.6V.

Схема блока питания –

Блок питания  собран по типовой для моих конструкций схеме и особенностей не имеет. Напряжение источника питания, номиналы некоторых резисторов, марки некоторых элементов, особенности коммутации входных и выходных трансформаторов на схеме не показаны или указаны не точно – во многом  специально. Маленький прямонакальный триод # 45 – лампа, имеющая множество неожиданных тонкостей в “аудиофильски – правильной” реализации и поэтому адекватное повторение этой схемы возможно только серьезно подготовленными DIYer’ами.

г. Владивосток                                                               январь – сентябрь 2015г.

P.S. К сожалению, судьба этого усилителя сложилась не очень удачно. Он радовал счастиливого владельца своим замечательным звуком несколько месяцев, пока не проявился последний “сюрприз производителя” – в первичной обмотке силового трансформатора произошло межвитковое замыкание. Еще один повод задуматься о качестве изделий Woo Audio.

P.S.S.В ходе реализации этой конструкции по ходу дела я отмакетировал – на мой взгляд – ультимативный усилитель “предельного уровня качества” для высокоомных (от 150 Ом) наушников. Это однокаскадный трансформаторный усилитель, балансный вход, балансный выход. Назвал его – Zen Guru.  Схему опубликую чуть позже.