Влияние сопротивления ООС на звучание УМЗЧ

[Димитрий К]

Влияние сопротивления ООС на звучание УМЗЧ

Тема создана потому, что ни в Интернете, ни в прочитанной литературе я не нашел ответа на два простых вопроса:
1) Как влияет на звучание УМЗЧ величина сопротивления цепи общей ООС;
2) Как влияет ... величина входного сопротивления УМЗЧ.

Если не вдаваться в детали, то эти два вопроса однозначно взаимосвязаны, т.к. изменение сопротивления цепи общей ООС должно сопровождаться изменением других элементов, что приведет к изменению входного сопротивления.



На рисунке представлена схема обычного входного дифкаскада, конкретные элементы и номиналы тоже вполне обычные. Слева вход, справа подходит общая ООС, сверху и снизу - цепи питания.
В контексте вопроса нас интересует номинал резистора R3 - это и есть цепь общей ООС. Если он изменяется, для сохранения баланса дифкаскада, общего КУ усилителя и АЧХ должны меняться соответствующим образом R2, R4, С1 и С4. Изменение R2 как раз и приведёт к изменению входного сопротивления.
Но как это повлияет на звучание, если АЧХ, коэффициент усиления и КНИ не изменились? Ответа я не нашел!
Предполагается, что звучание не должно меняться, ведь измеряемые параметры усилителя, влияющие на звучание, не изменились, или почти не изменились. Я так думал, и... я ошибался.

Под влиянием книги Дугласа Селфа "Audio Power Amplifier Design Handbook" (в переводе "Проектирование УМЗЧ") в своей самоделке я решил уменьшить R3 до 3 КОм... Селф предлагает 2,2 КОм, но у меня не нашлось двух резисторов на 2,2К
Для сохранения баланса дифкаскада, общего КУ усилителя и АЧХ были изменены: R2 = 3 КОм, R4 = 100 Ом, С1 = 4,7 мкФ и С4 = 1000 мкФ. Естественно, изменения делались только в одном канале, чтобы можно было сравнить с предыдущим набором.

Итог: в область НЧ пропала "мясистость" и "раскатистость" ударных, звук стал "суше"; в области ВЧ заметно снизилась "воздушность", в тарелках уменьшился металлический звон.

Я понимаю, что ни "мясистость" ни "раскатистость" ни "сухость звучания" ни "воздушность" никак нельзя измерить, и очень сложно сформулировать вербально - это чистый субъективизм. Тем не менее, звучание изменилось весьма значительно.
Проведя несколько экспериментов с разными наборами резисторов и емкостей, я пришел к однозначному выводу:
уменьшение сопротивления цепи ООС и входного сопротивления уменьшает "мясистость" НЧ и "воздушность" ВЧ, что бы ни подразумевалось под "мясистостью" и "воздушностью".

Если кого-то заинтересовал поднятый мной вопрос, предлагаю высказаться, поделиться опытом, а возможно провести эксперимент на своем усилителе - возможно Ваш результат будет отличаться от моего.

-----------------------------------------------------------

В качестве иллюстрации важности темы я провёл моделирование АЧХ всего УМЗЧ для различных наборов R2, R3, R4, С1 и С4 (R1 = 1 КОм, С2 = 1 нФ и С4 = 220 мкФ оставались неизменными).

1) R2 = 3 КОм, R3 = 3 КОм, R4 = 0,1 КОм, С1 = 4,7 мкФ;
2) R2 = 6,2 КОм, R3 = 6,2 КОм, R4 = 0,24 КОм, С1 = 2,2 мкФ;
3) R2 = 11 КОм, R3 = 11 КОм, R4 = 0,47 КОм, С1 = 1,1 мкФ;
4) R2 = 22 КОм, R3 = 22 КОм, R4 = 0,91 КОм, С1 = 0,68 мкФ;
5) R2 = 30 КОм, R3 = 30 КОм, R4 = 1,3 КОм, С1 = 0,47 мкФ;
6) R2 = 47 КОм, R3 = 47 КОм, R4 = 2 КОм, С1 = 0,33 мкФ.

Графики АЧХ свёл в одно изображение - для наглядности:



Номиналы брались из стандартного ряда и подбирались для максимальной близости результата. Ранее эти наборы мной прослушивались.
Как видим, АЧХ практически одинаковая, КУ практически одинаковый, несущественное различие в громкости (менее 0,5 dB) и спаде НЧ (около 20 Гц), готов поспорить, никто из людей (кроме Моцарта или Бетховена) в слепом тесте не услышит.
Но эти наборы таки значительно меняют звучание усилителя! Я наиболее это слышу на различных барабанах (выше 40 Гц) и на тарелках.

-----------------------------------------------------------

КМК, из обсуждения можно сделать вывод, что большинство из тех, кто уменьшал сопротивление ООС, сталкивались со слышимым "ухудшением" звука, наступающим когда сопротивление уменьшалось ниже некоторого "критического" значения.
Несколько человек обозначили "критическим" уровень "около 10 КОм" - ниже этого уровня звучание заметно "ухудшалось".

По моему опыту:
R2-R3 менее 10 КОм - изменение звучания уже сильно слышно;
в диапазоне от 12 КОм до 20 КОм - можно услышать, если прислушиваться;
в диапазоне от 22 Ком и до 47 КОм различий в звучании я не слышу.

Почему это происходит - консенсуса нет. Но в большинстве встречавшихся мне схем сопротивление в цепи ООС находилось в пределах 22 КОм - 47 КОм, и только в двух схемах оно было 1,8 КОм и 2,2 КОм.

------------------------------------------------------------

И что же с этим делать?
Допустим, у Вас в работе, или уже сделан УМЗЧ, в цепи ОООС которого стоит резистор менее 10 КОм. Увеличьте его (совместно с соответствующим изменением других элементов) на одном канале, подберите номинал начиная от 22 КОм. Велика вероятность, что всего восемью движениями паяльника вы добьётесь кардинального изменения звучания. А потом сами решите, как с этим дальше жить.

[misha88]

Очередные страсти разгорелись про невозможность идеальных усилителей, но неверна постановка вопроса, т.к. надо знать, что считать идеальным усилителем. Моё мнение про идеальность, это когда усилитель по звучанию удовлетворяет всех, кто его слушает, причём при любой музыке, а как это достигнуто, неважно. Например, я свой вариант (кстати по стандартным решениям, никаких патентов, но конечно хорошие детали) после многих копаний и повторений нашёл более 8 лет назад и с тех пор ни разу не захотелось его улучшить (а я привередлив в качестве звучания, тем более, что в юности с отличием окончил музыкальное училище), его уже повторили (я сам никому не делаю, только делюсь схемой) более трёх десятков человек в разных странах и никаких нареканий, не смотря на сравнительно скромные характеристики (от композитов и сложных коррекций я отказался, перепробывал их кучу, с ОУ и полностью на дискрете, в т.ч. известные всем схемы, и все имеют слышимые огрехи на той или другой музыке, т.е. слишком индивидуальны). Просто после многочисленных прослушиваний группой людей разных схем решили остановиться, составили список условий (практически все обсуждались на форуме), которые если их всех вместе реализовать, то результат по логике должен быть гарантирован (большинство условий пришлось делать с запасом, чтобы пропадала вкусовщина и мнения не делились) и наконец всё получилось. Конечно это не означает, что другие условия не позволяют создать прекрасный усилитель, но только наш список дал нужный результат в наших условиях.

[Димитрий К]

Хм ..... но ведь, по большому счёту - даже если и так, это тоже нормально .

Именно поэтому и создана тема.

только делюсь схемой

Поделитесь и здесь, будьте так любезны.

[audiomun]

Поделитесь и здесь, будьте так любезны.

Видимо, многим будет интересно, что это за схема такая - с идеальным звучанием ?

[Кирк]

Приятно что хоть кроме википедии что-то осядет, бескомпромисность, это главное в любой схеме...

[dekko]

только делюсь схемой

поделитесь, бум очень признательны

[fakel]

Там один канал УМЗЧ содержит 50 транзисторов

В ОУ их и побольше наберется, а все оперы довольно толерантны к обвеске.

---------- Сообщение добавлено 13:24 ---------- Предыдущее сообщение было 13:23 ----------

Offтопик:

это когда усилитель по звучанию удовлетворяет всех, кто его слушает,

и даже тех кто не хотя бы морально

[eksaedr]

из теории хаоса известно: Такая система может сколько угодно раз возвращаться к уже существовавшим состояниям, но каждый раз после этого будет вести себя по-другому.
Как так может быть? Ведь применение одного и того же уравнения к одним и тем же значениям (мы говорим, что система «вернулась» в прежнее состояние) должно давать одни и те же результаты? Дело в том, что система возвращается не строго в то же состояние, а в близкое к нему (настолько близкое, что мы не сможем измерить эту разницу). При этом уравнения устроены так, что малые различия со временем не затухают, а усиливаются (необходимым, но не достаточным условием для этого является нелинейная связь между переменными). Поэтому нам и кажется, что система ведет себя, не подчиняясь никаким законам.

[Александр Котов]

При питании +/- 50 вольт на резисторе ООС сопротивлением 10 кОм уже может рассеиваться 0,25 вт.

Превышение мощности и есть причина ухудшения звучания при снижении сопротивления ООС.

[Димитрий К]

Превышение мощности

Если на резисторе номинальной мощностью 0,5Вт будет рассеиваться 0,25Вт то... он будет дофига горячим. Очень сложно не заметить
Любые тепловые версии можете исключить, т.к. транзисторы немного теплые, а на резисторах потепление тактильно не фиксируется.

[audiomun]

При питании +/- 50 вольт на резисторе ООС сопротивлением 10 кОм уже может рассеиваться 0,25 вт.
Превышение мощности и есть причина ухудшения звучания при снижении сопротивления ООС.

Звук всё-же не DC, поэтому мощность рассеяния будет вдвое меньше - то есть 0,125 вт. А если и возникает такая проблема, то обычно просто ставится несколько резисторов последовательно, но меньшего номинала.

[fakel]

Не последовательно, а параллельно! Подумай, что случится с усем (и АС) если хотя бы один из них оборвется! Это же гирлянда!

[audiomun]

В ОУ их и побольше наберется, а все оперы довольно толерантны к обвеске.

Там чистый дискретник, на ОУ только интегратор .....

[fakel]

Там чистый дискретник, на ОУ только интегратор .....

Ты не понял. В банальном ОУ транзюков больше, чем в Форуме. Однако ОУ произвольных сопротивлений в цепи ООС не боятся...

[audiomun]

Не последовательно, а параллельно! Подумай, что случится с усем (и АС) если хотя бы один из них оборвется! Это же гирлянда!

Именно что последовательно, учитывай частотные характеристики резисторов, а если опасаешься обрыва, то дополнительный резистор на 1-2 МОм и вот уже его - параллельно.

[MAXIM_A]

Не последовательно, а параллельно! Подумай, что случится с усем (и АС) если хотя бы один из них оборвется! Это же гирлянда!

В реальных классных усилках ставятся по четыре штуки последовательно - параллельно одного номинала.

[audiomun]

Подумай, что случится с усем (и АС) если хотя бы один из них оборвется! Это же гирлянда!

Подумал - ровно тоже самое случится и в случае, если резистор ОООС будет всего один .....

Offтопик:
Бах, пфф.....

[hydr]

При питании +/- 50 вольт на резисторе ООС сопротивлением 10 кОм уже может рассеиваться 0,25 вт.

Превышение мощности и есть причина ухудшения звучания при снижении сопротивления ООС.

У меня в гибриде делитель ООС 8200/7450Ом, при этом на верхнем высаживается 0,87Вт(5Вт резистор). Увеличение номинала резисторов при сохранении отношения делителя приводит к увеличению Кг, ровно как и уменьшение номинала.

С уважением hydr.

[fakel]

Подумал - ровно тоже самое случится и в случае, если резистор ОООС будет всего один .....

Offтопик:
Бах, пфф.....

Вероятность бабаха тем выше чем больше резисторов в цепочке

[audiomun]

У меня в гибриде делитель ООС 8200/7450Ом, при этом на верхнем высаживается 0,87Вт(5Вт резистор)

Ничего не путаешь ? Это получается 84,5 вольта rms ..... ну, либо на нём такое же падение DC.

[fakel]

учитывай частотные характеристики резисторов,

Ну пикушка параллельно почти всегда стоит... Емкости колпачков резиков - та же пикушка