|
ФИЛОСОФИЯ
SPB SOUND. До момента создания фирмы, каждый из нас прошел свой путь конструирования аудиоаппаратуры и работы со звуком. Одни действовали в домашних лабораториях, другие, совмещая профессию и хобби, работали в Доме радио. К началу 1995 года единомышленники собрались вместе. Была организована фирма SPb Sound. Казалось, теперь можно было быстро решить все проблемы качества звучания. Мы плотно занялись исследованием звуковых свойств отдельных радиокомпонентов (резисторов, конденсаторов, ламп, проводов и т.д.); стали определять закономерности изменения звучания при использовании различных схемотехнических решений, комбинаций элементов и способов монтажа; пошли по пути упрощения сигнальных схем, уменьшения количества используемых элементов, укорочения путей прохождения сигнала. При этом каждое изменение в звуковом тракте тщательно прослушивалось. Отказавшись от «кругового пути» – ООС, мы стали отказываться и от всевозможных «параллельных путей». Причем, как оказалось, эти «круговые и параллельные пути» есть везде и не так просто их выявить. Зато насколько улучшается при этом звук! Например, устранение «параллельных путей» в блоке питания улучшает звучание на порядок больше, чем замена акустического или межблочного кабеля пусть даже на очень дорогой. Это вовсе не значит, что нужно забыть о влиянии конструкции и материала проводов на качество звука. После того, как в разработанных нами многокаскадных гальванических схемах остался один выходной (или разделительный) конденсатор, встал вопрос: « А нельзя ли избавиться и от него?». Еще Hiroysu Kondo (Audio Note, Inc.) сказал [Sound Practices, Fall 1992]: «… если количество элементов в цепи может быть уменьшено хотя бы на один, тем самым будет устранен еще один источник механичного звучания». А уж как пагубно влияют конденсаторы на звук знают многие. Мы стали искать новое решение. После резистора и емкости оставался только один элемент – индуктивность и ее производная – трансформатор. Мы взялись за разработку «трансформаторной идеи». И только позднее мы узнали, насколько эта идея первична. По материалам журнала «Sound Practices» [Sound Practices, Issue 10] еще в 1912 году был построен первый звуковой усилитель Audion, в котором вообще не было разделительных конденсаторов, и все межкаскадные связи были построены на трансформаторах. А вот первые резистивно-емкостные схемы, как говорится в этом же журнале, появились лишь в 1916 году. Правда, по другим источникам эти события были тремя годами позднее. Но не это главное. Главное то, что, применяя трансформаторы, можно полностью избавиться в звуковом тракте не только от разделительных конденсаторов, но и от резисторов. Останутся только лампы и трансформаторы! И все! Из теории известно [Г.В.Войшвилло, Усилители низкой частоты, Связьиздат, 1939], что трансформаторный каскад (Рис. 1) по сравнению с резистивно-емкостным (Рис. 2) обладает:
Проверим (для тех, кто любит все считать) наименее очевидное; первое преимущество трансформаторного каскада (по рис.1 и рис.2). Несложный РАСЧЕТ показывает, что:
РАСЧЕТ Возьмем, к примеру, лампу 6С45П-Е, которая имеет высокий коэффициент усиления m @ 50, низкое внутреннее сопротивление в рабочей точке Ri =1,25 кОм и низкие собственные шумы. Выберем рабочую точку: напряжение анода Ua = 150 В, ток покоя Io = 35 мА, при этом мощность, рассеиваемая на аноде, составит Pa = Ua Ia = 5,25 вт. С целью уменьшения нелинейных искажений возьмем нагрузочный коэффициент a = 3,76, тогда сопротивление анодной нагрузки по переменному току составит Ra = a Ri = 4,7 кОм. Пусть переменное напряжение на выходе обоих каскадов составит Uн = 60 В, а нагрузкой служит резистор Rн=47кОм (входное сопротивление следующего каскада). Возьмем трансформатор с к.п.д. h тр.= 0,9 (что реально) и сопротивлением первичной обмотки Rт = 200 Ом, при этом коэффициент трансформации Кт = O (Rн/Ra) = O 10. Рис.1 Рис.2 1. Подсчитаем к.п.д. анодной цепи Мощность на нагрузке Рн = Uнн / Rн = Uн Кт Rн = 0,689 вт Рн = UaІ / Rн = 0,0766 К.п.д. анодной цепи h а = Рн 100% / Ра =13,13% h а = Рн 100% / Ра = 1,46% Итак, к.п.д. трансформаторного каскада почти в 9 раз больше к.п.д. резистивно-емкостного каскада. 2. Пойдем дальше. Посмотрим, какое требуется напряжение источника питания для обеспечения требуемого режима по постоянному току. Еа = Ua + Io Rт = 157 В Еа = Ua + Io Ra = 314,5 В Таким образом, требуемое напряжение (а, следовательно, и мощность) источника анодного питания для трансформаторного каскада будет в 2 раза меньше, чем для резистивно-емкостного. 3. Проверим, какая часть мощности сигнала достигает нагрузки. Мощность сигнала, выделяемая на аноде лампы. Рас = Uн с Ra = 0,766 вт Рас = UaІ/ Rэ = 0,843 вт, здесь Rэ = Ra Rн / (Ra +Rн) – эквивалентное сопротивление нагрузки лампы Мощность сигнала, выделяемая на нагрузке Рн = h тр Рас = 0,689 вт Рн = Uн = Rн = 0,0766 вт Отсюда следует важный вывод: в трансформаторном каскаде 9/10 мощности сигнала достигает нагрузки (пусть даже при 1/10 потерь в трансформаторе), а в резистивно-емкостном – лишь 1/11 часть (остальные 10/11 выделяются на анодном резисторе впустую)! Ну, хорошо, цифры цифрами, а как же самое главное – звучание. Как по-разному звучат входные (МС) и выходные трансформаторы разных фирм мы уже знали. Свои выходные трансформаторы мы рассчитывали и многократно дорабатывали до сего времени исходя только из улучшения параметров. Как заразен вирус технократизма! Правда, экспериментировать со звучанием выходных трансформаторов чрезвычайно трудоемко и не очень корректно, ведь перед трансформатором у нас пока было несколько нетрансформаторных каскадов. Надо было идти от простого к сложному. Решено было 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 собрали стандартный трансформаторный каскад. При подключении его к источнику питания и измерении параметров, были получены неважные характеристики, в частности, АЧХ (-3 дБ) 90 ? 11000 Гц. А как это на слух? Несмотря на явно слышимые ограничения частотного диапазона, звучание было быстрым, энергичным, с большими динамическими контрастами. При этом в нем было так много МУЗЫКИ, что мы были просто поражены. Традиционные резистивно-емкостные схемы такого эффекта не давали. Не помогли и гальванические схемы (хотя это и частный случай резистивно-емкостных). Вплотную занявшись конструкцией выходного трансформатора для предусилителя с целью получения наиболее низкого выходного сопротивления (для лучшего демпфирования соединительного кабеля [Ю.Макаров, От «Неофита» до «Адепта», Hi-Fi & Music, №11, 1997]), много раз перематывая обмотки, нам удалось получить отличные технические характеристики: АЧХ (-0,5 дБ) 8 ? 140000 Гц, Кни =0,09% (50 ? 12500 Гц, Uвых=1 В). Но звучание нас полностью не удовлетворило. Что-то мешало… На основе наработанного нетехнократического опыта был сделан тщательный анализ конструкции трансформатора и найден камень преткновения. Убрав «камень», нам удалось добиться желаемого звучания. Технические характеристики же при этом явно ухудшились: АЧХ (-0,5 дБ) 22 ? 24500 Гц, Кни=0,12% (50 ? 12500 Гц, Uвых=1 В). Лишний раз мы убедились, что разработанные пока человеком технические параметры и качество звучания имеют далеко не однозначную связь. Полученный трансформатор для выходного каскада линейного устройства оказался достаточно универсален: его с успехом можно использовать в линейном предусилителе, усилителе для телефонов, выходном каскаде CD-проигрывателя, RIAA-корректора или цифро-аналогового преобразователя. На данный момент разработаны и запущены в производство две версии трансформатора: SPb Sound TL 45 для ламп 6С45П-Е, 2А3, 6В4G, 6С4С и т.д. и SPb Sound TL 88 для ламп 6Н23П, ЕСС88 и т.д. по схеме Рис.3, которая является дальнейшим развитием «трансформаторной идеи» в выходных линейных каскадах.
Четвертое преимущество трансформаторного каскада (см. выше) оказалось весьма привлекательным для использования его в предмощных (драйверных) схемах, работающих на мощные выходные триоды типа 300В, VV30B, 211, 845, ГМ70, SV572 и т.д. В этом случае трансформатор позволяет получить огромную (100 В и выше) амплитуду выходного напряжения при низких нелинейных искажениях (0,2 ? 0,4%), а также малое выходное сопротивление, соизмеримое с внутренним сопротивлением драйверной лампы, что необходимо для работы оконечной лампы с токами сетки [Г.С. Цыкин, Трансформаторы низкой частоты, Связьиздат, 1950]. Работа в этом направлении привела к созданию драйверного межкаскадного трансформатора SPb Sound IT 300B для ламп 300B, 2A3, 6B4G(6С4С) и др. Этот трансформатор используется в драйверном каскаде усилителя SPb Sound T70SE на лампе 6B4G для «раскачки» ГМ70 (Рис. 4). Данный каскад обеспечивает 100 В переменного напряжения на нагрузке 12 кОм при Кни = 0,3% (60 Гц), 0,22% (1 кГц), 0,45% (12,5 кГц); АЧХ (-0,5 дБ) 17,5 ? 22000 Гц, АЧХ (-3 дБ) 7 ? 65000 Гц; К усиления = 4,5.
Выполнить пятое преимущество трансформаторного каскада оказалось труднее и дольше всего. Зато, как упростилась схема двухтактного усилителя (Рис.5); количество ламп сократилось до трех при полном отсутствии резисторов и конденсаторов в сигнальной цепи. Полученный 2-тактный межкаскадный трансформатор IT 300PP имеет следующие параметры: асимметрия ± 0,02 dB (18 ? 16000 Гц), при Uвых = 40 В, Кни = 0,65% (60 Гц), 0,55% (1 кГц), 0,46% (10 кГц), АЧХ: 26 ? 16000 Гц (± 0,5 dB), 18 ? 20000 Гц (± 1 dB).
В настоящий момент SPb Sound разработал и запустил в производство все основные типы звуковых трансформаторов для High End аппаратуры. Особенности их конструкций:
Вот их основной перечень. ЛИНЕЙНЫЕ: ВХОДНЫЕ: IT 1/1: 5 кОм / 5 кОм, 18 – 24000 Гц (± 0,5 дБ) , IT 1/10: 2 кОм / 200 кОм, 10-20000 Гц – повышающий 1/10, VLT 1/1 - трансформатор переменного уровня – регулятор громкости: 5 кОм / 5кОм (11 – 24 отвода), 10 – 20000 Гц, VLT 1/10 - повышающий 1/10 – регулятор громкости: 2 кОм / 200 кОм (11-24 отвода), 10-20000 Гц,
МС 0310: 3, 10 Ом / 5 кОм – МС-трансформатор, MC 1060: 10, 60 Ом / 5 кОм – то же ВЫХОДНЫЕ: TL45 (для лампы 6С 45П-Е): 22 – 50000 Гц (± 0,5 дБ), TL4C(для ламп 6С4С, 300В): 18 – 60000 Гц (± 0,5 дБ), TL88 (для ламп ЕСС88, 6Н23П): 20 – 50000 Гц (± 0,5 дБ)
МЕЖКАСКАДНЫЕ (для ламп 6С45П-Е, 6С4С, 300В…ГМ70): ОДНОТАКТНЫЕ: IT 300B: 24 – 24000 Гц (± 0,5 дБ) IT ГМ70 …! ДВУХТАКТНЫЕ: IT 300 PP: 24 – 20000 Гц (± 0,5 дБ), IT ГМ70 РР …! ВЫХОДНЫЕ ОДНОТАКТНЫЕ:
ТО 300В (для 6С4С, 300В, 2А3 и т.д. …) TO ГМ70 ! ДВУХТАКТНЫЕ: TO 300 PP (для 6С4С, 300В, 2А3 и т.д. …)
ТО ГМ70 РР ! В вышеназванный перечень не входят трансформаторы, которые мы используем для модификации CD-проигрывателей, в частности, для согласования дифференциальных выходов ЦАПа с аналоговым выходом (аналогично Audio Note DAC 5). VLT – это variable level transformer (трансформатор переменного уровня), проще говоря, трансформатор с отводами (его можно включать и автотрансформатором), заменяющий регулятор громкости. Таким трансформатором мы убиваем трех зайцев:
Таким образом, используя трансформаторы, мы не только убираем из звуковой части резисторы и конденсаторы, но и сокращаем число каскадов усиления до двух. Все последние модели усилителей SPb Sound - двухкаскадные! Как однотактные, так и двухтактные (причем первый каскад только однотактный). Они отличаются только применяемыми лампами (а значит мощностью и габаритами трансформаторов и блоков питания). И, наконец, межкаскадный трансформатор, применяемый в качестве парафазного в двухтактных усилителях, является идеальным элементом для переворота фазы, полной симметричности противофазных выходов и согласования каскадов. А как заманчиво соединить преимущества однотактной и двухтактной схем. Ведь в нашем случае, используя «трансформаторную идею», это возможно! Почему многие считают, что однотактный усилитель звучит лучше, чем двухтактный? С нашей точки зрения, в основном это связано с реализацией фазоинверсного каскада. Обычно используемые фазоинверторы – несимметричны [Р.Лэнди, Д.Дэвис и А.Албрехт, Справочник радиоинженера, Л., Госэнергоиздат, 1961]. Перечислим их основных представителей.
От всех этих недостатков свободен трансформатор, имеющий вторичную обмотку с отводом от середины (или две одинаковые вторичные обмотки). Кроме этого, такой парафазный трансформатор полностью обеспечивает согласование между каскадами по сопротивлениям и напряжениям. Сами лампы, работающие в согласованных трансформаторами каскадах, начинают звучать по-другому, чем в резистивно-емкостных схемах. Более ровно и тонально сбалансировано, при этом уменьшаются присущие каждой лампе индивидуальные недостатки. А сами усилители звучат быстро, конкретно и как-то не по «ламповому», если подразумевать под этим словом ленивость и аморфность звучания резистивно-емкостных ламповых схем. Но, конечно, и не так мертво, как транзисторные. В последнее время мы все больше стали тяготеть к большому звуку. Под «большим» будем подразумевать открытый звук реальных размеров с максимальным динамическим диапазоном. Конечно, в первую очередь такой звук определяется большими акустическими системами, в основном рупорными. Т.е. динамики и габариты такой акустики большие - и звучание большое. Законы физики не обманешь. Но и усилитель тоже влияет на размеры звука. И в первую очередь, по нашему мнению, это зависит от конструкции ламп. Чем больше и ламинарнее электронный поток, тем больше и фундаментальнее звук, при этом не теряются никакие нюансы. Всего становится больше. Инструменты достигают реальных размеров и становятся на свои места. Похожие процессы происходят и в акустике. Слушая маленькие, пусть даже очень хорошие колонки, кажется, что звук через них идет какой-то компрессированный и усложненный, а габариты его маленькие. На большой акустике (желательно тоже хорошей) все распахивается, кажущаяся сложность звука упрощается, и он становится нормальным. Поэтому, все наши последние модели усилителей построены на больших лампах. Мы считаем, что усилитель должен оправдывать свое название и его мощность должна быть ну никак не менее 10 ватт. Однотактные усилители мы делаем только на лампах ГМ70 (или 211 или 845), а до 20 Ватт наши усилители только двухтактные (на 6С4С, 300В и т.д.). Это потому, чтобы маленькие лампы не дискредитировали принцип однотактности. А музыку усилители должны играть любую – и классику, и джаз, и рок. «Трансформаторная идея» в этом только помогает. Перечислим те принципы, которые лежат в основе нашего проектировании. Основную часть их еще провозгласил А.М.Лихницкий-сан [А.Лихницкий, “От “транзисторного” звучания усилителя “Прибой” к “ламповому”, Аудио Магазин №1(6)/96, стр.53]. Вот как они выглядят с нашими добавлениями.
При гармонизации наших усилителей в целом по звуку нам очень помогает книга того же гуру А.М.Лихницкого [А.Лихницкий, Качество звучания. Новый подход к тестированию аудиоаппаратуры.- СПб, «ПиК», 1998], а также его компакт-диск „Тест-CD1“. |
