Ламповый однотактный СЧ-ВЧ стерео усилитель с низкими искажениями
Представляю Вашему вниманию недавно построенный ламповый СЧ-ВЧ стерео усилитель "Триоль SE" с однотактным выходным каскадом, предназначенный для работы в составе аудио комплекса с раздельным усилением НЧ и СЧ-ВЧ.
Это альтернативный вариант усилителю "Триоль РР" представленному здесь https://forum.vegalab.ru/showthread....F0%E8%EE%EB%FC.
При разработке нового проекта ставилась задача построить усилитель с однотактным выходным каскадом который бы имел уровень 2-й гармоники не более 0,5% и минимальный уровень высших гармоник.
Электрическая схема канала усиления.
Схема усилителя состоит из двух ступеней. Обе ступени сделаны по оригинальным двух-этажным схемам с последовательным питанием каскадов. Первая ступень имеет в своем составе активный ФНЧ 2-го порядка (верхняя лампа), усилитель напряжения (нижняя лампа). Вторая ступень состоит из усилителя напряжения (нижняя лампа) и однотактного усилителя мощности на параллельно включенных лампах верхнего этажа.
Функциональная схема второй ступени.
Технические характеристики:
- Номинальная выходная мощность, 3 Вт;
- Нижняя частота среза АЧХ по уровню -3 дБ, 150+-5 Гц;
- Форма АЧХ в НЧ области, спад 12дБ/акт Баттерворта;
- Верхняя граничная частота по уровню -3 дБ при номинальной выходной мощности, не менее 100 кГц;
- Нелинейные искажения на номинальной выходной мощности, уровень второй гармоники не более 0,5%, суммарный уровень высших гармоник начиная с третьей, не более 0,05%;
- Максимальная выходная мощность, не менее 6 Вт;
- Выходное сопротивление, не более 0,5 Ом.
Спектр выходного сигнала.
В составе аудио комплекса усилитель работает на специально разработанные СЧ-ВЧ АС с чувствительностью 95 дБ/1 Вт. При номинальной выходной мощности 3 Вт обеспечивается пиковое звуковое давление в рабочей полосе частот не менее 100 дБ/1м.
Выходной трансформатор выполнен на тороидальном сердечнике АМАГ200 из нанокристалической аморфной ленты. Особенности построения схемы выходного каскада усилителя позволяют сердечнику АМАГ200 проявить свои лучшие качества.
В конце 2018г начале 2019г был проведен большой объем работ по поиску оптимальных схемных решений, выбору типов ламп и макетированию. В конце первого квартала 2019г был изготовлен макет канала усиления, который в течении месяца проходил испытания на звук и надежность.
Не рекомендуется повторять ЭТО в таком виде
Конструкция усилителя подобна усилителю "Триоль РР". Корпус до конца недоделан, поэтому фотка внешнего вида будет показана позже.
Звук, даваемый усилителем, по моим ощущениям, немного отличается от двухтактника "Триоль РР". "Триоль SE" звучит чуть "мягче". Но это заметно не на всех записях.
Мне звук понравился.
---------- Сообщение добавлено 23:17 ---------- Предыдущее сообщение было 23:05 ----------
В преддверии новогодних праздников решил написать, в стиле книги Айсберга "Радио это очень просто", художественно-технический очерк о концепции применения представленного усилителя.
Радио-инженер тов. И. Ю. Тихомиров
Москва СВАО
"Ламповые" и "транзисторные" Ватты.
"Цифровой" и "аналоговый" звук.
Или почему раньше было так, а теперь иначе?
Чтобы попытаться ответить на вопрос поставленный в заголовке данного материала давайте совершим виртуальную экскурсию в середину 70-х годов прошлого века. Поскольку не все застали это время, то я позволю себе предаться собственным воспоминаниям. Были у родителей моего товарища два шедевра советского радиопрома конца 50-х начала 60-х, а именно, приемник "Фестиваль" и магнитофон "Комета 201". Эта связка использовалась для озвучки домашних дискотек организованных по какому нибудь поводу. Меня всегда потрясал звук даваемый приемником "Фестиваль". Его можно охарактеризовать так, громко но качественно. Смотрим технические характеристики "Фестиваля". Номинальная выходная мощность 4 Вт. Четыре динамика: на передней 6ГД1 (низкочастотный) и 1ГД1 ("пищалка"), на боковых стенках два 4ГД1. Классическая, как тогда говорили, система объемного звука (естественно моно). Этой техники за глаза хватало для озвучки на повышенной громкости комнаты площадью больше 30 кв.м.
Радиоприемник "Фестиваль" СССР 1958г
Назван в честь всемирного фестиваля молодежи и студентов прошедшего в Москве в 1957г. После этого события, в СССР кроме приемника "Фестиваль", появились дети с не типичным для средней полосы России цветом кожи. Обратите внимание на пульт дистанционного управления стоящий на крыше корпуса. В нем продублированы ручки управления громкостью и настройкой, есть переключатель диапазонов, а также шкала с движущейся стрелкой. Все функции ПДУ реализованы на чистой электромеханике и проводах.
А теперь давайте по фантазируем. Перенесем тогдашнюю аудиотехнику в настоящее время, только сделаем одну замену. Используем в качестве источника сигнала вместо магнитофона "Комета 201" современный DVD плеер и соответственно, вместо магнитной ленты, возьмем DVD-AUDIO диск с современной hi-res записью. Естественно запись будет стерео, поэтому сделаем широкий жест (фантазировать так фантазировать), используем в качестве активных АС два "Фестиваля". Интересно, какой результат получится от комбинации техники прошлого и настоящего. А вот не факт, что мы будем в восторге от извлеченного из такой системы звука. Не исключено, что мы заметим искажения.
Сделаем замену источника сигнала. Подключим к "Фестивалям" Японскую "вертушку" выпуска начала 80-х годов прошлого века и поставим на нее виниловую пластинку средней степени запиленности с записью жанра похожего на тот, что был на DVD-AUDIO диске. Очень может быть, что тот восторг от звука "Фестиваля", который был у Вас в середине 70-х, вновь к Вам вернется.
Ну да...к, все ясно. Живой аналоговый звук победил мертвый цифровой. Но позвольте, по всем объективным характеристикам DVD-AUDIO диск, с большим отрывом, выигрывает у винила.
Давайте сделаем следующее. Приемники "Фестиваль" оставим подключенными к вертушке, а к DVD плееру подключим современную качественную аудио систему. Послушаем звук извлеченный из обеих аудио систем. Очень может быть, что Вы отдав должное старому звуку, все же предпочтете современный.
Попробуем с научно технической точки зрения разобраться, почему все так произошло. Ниже приведена некая диаграмма взятая из современной книги известного спеца по звукорежиссуре Б.Каца.
Что мы на этой диаграмме видим? На ней обозначен некий уровень громкости 0 дБ. На самом деле это вовсе не ноль, а 83 дБ. Почему именно 83 дБ. Ответ на этот вопрос мы находим в книге тов. Каца.
Цитирую:
"83 дБ устоявшийся киношный стандарт, который допускает записи с большим динамическим диапазоном. 83 дБ также является самой эффективной точкой кривых равной громкости Флетчера-Менсона, когда частотная характеристика воспринимаемого звука человеческим ухом наиболее линейна."
На представленной диаграмме от уровня 0 дБ (83 дБ) идет отсчет вниз и вверх.
Рассмотрим третий столбец диаграммы (жилая комната). В верх от 0 дБ (83 дБ) диаграмма доходит до уровня +15 дБ. Этот уровень обозначен как пиковый (наверно этот уровень ограничен появлением призвуков из-за дрожания предметов находящихся в комнате). Вниз от 0 дБ (83 дБ) диаграмма простирается до уровня -21 дБ (шумы комнаты). Получаем полный динамический диапазон, от пиковой громкости до шума комнаты, всего 36 дБ. При этом, пиковый уровень громкости может составлять 83+15=98 дБ, а самый тихий различимый звук 83-21=62 дБ. Мне кажется тов. Кац цифру динамического диапазона насколько занизил. Примем для простоты величину динамического диапазона для жилой комнаты равную 40 дБ, то есть уровень шумов пусть будет 60 дБ, а пиковый уровень 100 дБ. Вам цифра 40 дБ ни о чем не говорит? Кто в теме, тот знает, что цифра 40 дБ близка к величине технического динамического диапазона аналоговой звукозаписи на типовых носителях. Напомню, средне запиленная виниловая пластинка и магнитная запись на кассете со скоростью 4,76 см, это в среднем 45 дБ.
Ну и отлично. Очевидно, что звукорежиссеры времен аналоговой звукозаписи делали так, чтобы всю аудио информацию музыкального трека уместить в эти самые 40...45 дБ.
Теперь давайте посчитаем сколько Ватт нужно для воспроизведения типовой аналоговой фонограммы. Нет ничего проще. Допустим динамик имеет отдачу (чувствительность) 95 дБ/1 Вт на расстоянии метра (расстояние до точки прослушивания, для простоты расчета мы учитывать не будем). Я не нашел цифру чувствительности динамика 6ГД1 "Фестиваля", но скорее всего его чувствительность выше, чем 95 дБ. Для воспроизведения пикового уровня громкости 100 дБ нам нужно на 5 дБ больше, чем 1 Вт. В разах 5 дБ равно 3,15 (проверка 10lg3,15=5). Получается, что нужно всего 3,15 Вт. То есть, с задачей справится ни то, что два, а один "Фестиваль".
Чего же тогда не так в эксперименте с "Фестивалями" и DVD плеером? А вот чего.
Как Вы думаете, каков технический динамический диапазон цифровой аудио записи, даже не на DVD-AUDIO, а на CD диске. В CD применяется 16р формат записи. В теории динамический диапазон 16р формата ограничен шумом квантования, который имеет уровень -20lg216=-96 дБ. На самом деле динамический диапазон несколько меньше, порядка 90 дБ. Почему, мы сейчас выяснять не будем. Представляете, 45дБ в аналоге и 90 дБ в цифре. Интересно, куда эти 90 дБ девать? В жилой комнате, вроде, нужно всего 40 дБ. Естественно маркетологи совместно с звукорежиссерами нашли применение "лишним" 45 дБ. Они решили, а давайте на цифровой носитель писать расширенный динамический диапазон, такой как, для специально оборудованного помещения.
Рассмотрим первый столбец диаграммы (кинотеатр). В верх от 0 дБ (83 дБ) диаграмма доходит до уровня +24 дБ. Вниз диаграмма простирается до уровня -38 дБ. Получаем полный динамический диапазон уровней громкости равный 62 дБ. При этом, пиковый уровень громкости может составлять 83+24=107 дБ. Посчитаем сколько Ватт нужно для воспроизведения цифровой фонограммы с расширенным динамическим диапазоном. Условия те же, динамик имеет отдачу 95 дБ на 1 Вт. Для воспроизведения пикового уровня громкости 107 дБ нам нужно на 12 дБ больше, чем 1 Вт. В разах 12 дБ равно 16 (проверка 10lg16=12). Получается, что нужно 16 Вт. То есть, с задачей два "Фестиваля" не могут справится, ведь на пару они могут выдать, как бы, 8 Вт (на низких частотах, где сосредоточенны наибольшие пики, звук двух каналов складывается). Их усилители на пиках громкости будут входить в "ограничение", тем самым искажая звук. Ведь громкость, равная 83 дБ осталось той же. Если же уровень громкости сделать ниже 83 дБ, то аудио запись будет воспроизводится слишком тихо.
Кажись с "Ламповыми" и "транзисторными" Ваттами , а также с "Цифровым" и "аналоговым" звуком разобрались.
Осталось решить один попутный вопрос, а можно ли вообще использовать сравнительно маломощные ламповые УНЧ для воспроизведения современных аудио записей? Акустические системы (АС) на полный частотный диапазон с высокой чувствительностью сейчас надо еще поискать. Да и их размеры будут скорее всего неприемлемы. Ведь, если чувствительность АС не 95 дБ, а например 90 дБ, то потребуется мощность не 16 Вт, а в три с лишнем раза больше. Ламповый стерео усилитель с выходной мощностью несколько десятков Ватт на канал это "то еще устройство", напоминающее своим видом скорее электрокамин.
Ответ на поставленный выше вопрос нам также подсказывает в своей книге тов. Кац.
Цитирую:
"Так как наш слух менее чувствителен к "басовой" энергии, то низкочастотные составляющие требуют большей громкости, в диапазоне частот от 50 до 100 Гц на 3-5 дБ, ниже 50 Гц на 6-10 дБ.
(прим. чем громкость в области средних частот)."
То есть, для области частот выше 100 Гц достаточна пиковая громкость 100 дБ, а не 107 дБ как у нас получилось по расчетам для всего частотного диапазона. Для воспроизведения пикового уровня громкости 100 дБ выходную мощность усилителя мы уже считали. При чувствительности СЧ-ВЧ АС 95 дБ, нужно всего 3,15 Вт. Но тут, скорее всего, на каждый канал. Ведь СЧ-ВЧ составляющие в левом и правом канале стерео системы не обязательно представлены одинаково.
Теперь, с помощью тов. Каца, мы поняли, как при помощи ламповых усилителей с небольшой выходной мощностью можно воспроизводить современные цифровые аудио записи. Очевидно, что для этой цели надо использовать аудио тракт с частотным разделением полос усиления. Для выделения частотных полос можно использовать активные RC фильтры. Если в качестве источника сигнала использовать компьютер и многоканальный ЦАП, то можно воспользоваться цифровой фильтрацией. Воспроизведение частотного диапазона до, скажем 150 Гц, лучше поручить активной НЧ АС с полупроводниковым усилителем мощности. Для этой цели можно использовать одну общую АС, ведь стерео эффект в частотной области ниже 200 Гц практически не ощутим. СЧ-ВЧ акустические системы с нижней рабочей частотой 150 Гц и чувствительностью не ниже 95 дБ на 1 Вт не являются чем-то из ряда вон выходящим.
Вот и все, кажется, с помощью тов. Каца, мы во всем разобрались.
Литература: Б Катц. Мастеринг аудио. Искусство и наука
Всех участников форума с НОВЫМ ГОДОМ!!!
Ответить с цитированием
Сообщение от Игорь Тихомиров
Социальные закладки