KSV
1 ранг
- Регистрация
- 10 Июн 2020
- Сообщения
- 6,801
- Реакции
- 7,033
- Репутация
- 254
- Страна
- Россия
- Город
- Москва
- Имя
- Сергей
ГЕНЕРАТОР ГАРМОНИК H2
Все хорошо знают, что борьба за качество звука идёт около 100 лет, но Грааль так и не найден. Где-то в 1970-х достигнуты очень низкие искажения – и нелинейные, и частотные, транзисторы победили лампы, но идеальный массовый звук так и не был достигнут. Спустя годы начался регресс – заявлено что лампы и даже германиевые транзисторы - лучше.
Одни тычут в нос других достигнутыми цифрами, другие отвечают: вымойте свои уши и послушайте. Было много открытий – динамические искажения, транзисторные искажения, но их победили, а звук как горизонт.
Сейчас доминируют несколько сект, секта петлевого усиления, секта глубоких ооосников и прочие. Выплеснули грязную воду искажений, но похоже что выплеснули и ребёнка – Звук. Иначе зачем вошло в моду делать усилители с 0,000000% искажений, а потом нарочно ставить перед ним ламповый каскад, часто без глубокой обратной связи априори вносящий «чудовищные» искажения. Такую добавку даже стали называть «гармонизаторами». Безусловно, подавления искажений, да ещё измеряемых на синусоидальном сигнале, недостаточно. Погоня за минимумом нелинейных искажений – тупиковый путь, исчисляют уже миллионными долями, а счастья нет.
Но не все добавляемые на вход лампы «одинаково полезны», «полезные искажения» которые они добавляют, непредсказуемы, а сами лампы требуют особого питания и неудобны в применении.
Есть ли другое подобное, но ПРОСТОЕ решение? Ответ может быть в статье Нельсона Пасса, которую я по быстрому перевёл за один присест. Пасс, как всегда, находит простейшее решение на ОДНОМ полевом транзисторе и всем предлагает его попробовать. Несмотря на простоту, нужны некоторые знания и умения, при небольшой ошибке результаты будут плачевными, какие попало транзисторы ставить нельзя, включать узел надо в определённом месте звукового тракта и уметь настраивать. Статья для любителей средней квалификации.
Думаю, приставка будет особенно полезна тем, кто добился миллионных долей искажений, накачал чудовищное петлевое усиление, а затем ужал его почти до нуля. Искажений нет, но и Звука нет.
Итак, перевод. Претензии направляйте не ко мне, а на сайт с обсуждением конструкций Пасса.
Введение
Почему нас интересует именно вторая гармоника?
Исторически при усилении звука усилия были направлены на устранение всех видов искажений.
Раньше предполагалось, что низкий уровень искажений – ключ к качеству звука, и это было верно в те времена, когда усилители давали много искажений. Но за последние сорок лет искажения были сведены к очень малым значениям, и с практической точки зрения эта проблема была решена.
Однако, как давно заметил Маршал Маклюэн, многие аудиофилы хотят другого – субъективно хорошего звука.
Оглядываясь на славные дни лампового звука, некоторые предполагают, что именно второй гармонике однотактные ламповые усилители обязаны своим качеством.
Сегодня многие жалуются на то что современное воспроизведение записей даёт «стерильный» звук, ему не хватает «натуральности». В звукозаписывающей индустрии искажения второй гармоники регулярно добавляются для создания «натурального звука».
Это один из факторов популярности однотактных ламповых усилителей в аудиосистемах высокого класса.
Даже владельцы технически точных усилителей мощности звука иногда выбирают ламповые предварительные усилители, чтобы «разогреть» звук.
Некоторые пуристы утверждают, что это своего рода нарушение записи, что воспроизведение должно быть максимально точным. Это их мнение, я не собираюсь его здесь оспаривать.
Моё личное мнение заключается в том, что домашнее прослушивание - это развлечение, а не диализ, и клиент может использовать то, что ему нравится. В конце концов, он за это платит.
Продолжение
Если мы, аудиофилы-самоучки, хотим нарушить правила и поиграться со второй гармоникой, нам нужен дешёвый и практичный способ сделать это. Первый вариант — купить несколько ламповых триодов (например, низковольтные 6922) и другие компоненты, а также оборудование для сборки и калибровки однотактного усилительного каскада с нужным количеством второй гармоники. Это очень хороший подход, единственным недостатком которого являются время и деньги.
В качестве альтернативы, компания Korg, производящая музыкальные инструменты, совместно с Noritake разработала Nutube — миниатюрный двойной триод размером с компьютерную микросхему, работающий на крошечном мощном напряжении и выдающий вторую гармонику по запросу. Отличное решение, оно было темой моего выступления на фестивале Burning Amp в 2017 году, и мой обзор можно найти на сайте www.FirstWatt.com.
Но здесь мы собираемся исследовать этот эффект с помощью обычного недорогого JFET транзистора на маленькой печатной плате, питаемой от небольшого блока питания. Не думаю, что можно сделать проще или дешевле.
Ниже представлен график, представляющий характеристические кривые JFET-транзистора, типичного для того типа, который можно использовать для создания второй гармоники. Он показывает соотношение между током сток-исток (Ids), напряжением сток-исток (Vds) и напряжением затвор-исток (Vgs) для данного устройства:
Все эти величины взаимозависимы, а углы, расстояния и кривизна построенных линий говорят о параметрах конкретного транзистора. Расстояние между линиями показывает коэффициент усиления устройства в этой точке, углы наклона линий показывают, как Vds влияет на усиление, а кривизна и неравномерность расстояния между линиями показывают нелинейные искажения устройства в заданной области.
По мере увеличения Ids расстояние между кривыми увеличивается, отражая увеличение коэффициента усиления Jfet, и это вызывает нелинейность, которая даёт искажение второй гармоники с «положительной» фазой. По мере уменьшения Vds наклон линии показывает уменьшение усиления, что даёт вторую гармонику, но на этот раз с «отрицательной» фазой. Подробнее о фазе позже...
Существует «сладкая область», где эти два эффекта нейтрализуются, и вторая гармоника исчезает, оставляя следы третьей и других гармоник.
Эти кривые служат ориентиром для выбора рабочей области, где мы можем получить желаемые искажения второй гармоники. Мы можем установить рабочие напряжения и ток в определённой точке, и усиленный сигнал будет отражать баланс этих двух эффектов.
На графике выше я отметил интересующую нас область красным цветом. Для конкретного JFET -транзистора область внутри или около красной зоны даёт некоторое количество второй гармоники, и, когда JFET -транзистор работает в режиме с общим истоком при токе Idss, мы можем управлять гармониками, просто немного изменяя напряжение питания.
Выше показана базовая схема. Исток заземлён, вывод Затвора подключён к источнику сигнала. Вывод Сток питается через резистор, подключенный к напряжению питания, а выходной сигнал снимается со Стока через конденсатор, который блокирует постоянное напряжение от Стока, составляющее около 5 Вольт.
Этот режим даёт усиление как по напряжению, так и по току, а также инвертирует абсолютную фазу сигнала.
Имея опыт работы с однотактными усилителями, я изучил некоторые целевые характеристики, которые обеспечивают эффект обычно нравящийся слушателям. Это наличие отрицательной фазы второй гармоники, составляющей примерно 1% от амплитуды исходного сигнала.
Важность фазы
Некоторые технические специалисты не считают фазу в аудиосигнале важной. Я думаю, что она имеет значение, достаточно легко обеспечить неизменность фазы в нашем тракте, но нет гарантии, что исходный материал был записан с правильной абсолютной фазой, это уже другой вопрос.
У нас есть схема, которая инвертирует абсолютную фазу, но мы можем исправить это, добавив переворот до или после этой схемы. Существует разница в выборе «до» или «после», как мы увидим позже.
Вот снимок осциллограммы синусоиды (представляющей сигнал) красным цветом, а также форма сигнала, показывающая значительно увеличенное искажение второй гармоники синим цветом.
Сигнал 1 кГц, показан красным цветом, мы видим, что синяя волна колеблется с удвоенной частотой, но определённым образом относительно красной волны. Я называю это второй гармоникой с отрицательной фазой. Вторая гармоника с положительной фазой – это её противоположность:
При положительной фазе второй гармоники синий сигнал нарастает или спадает, когда и красный сигнал нарастает, или спадает.
Предлагаемая схема фактически генерирует положительную фазу второй гармоники, но после инвертирования выходного сигнала вы обнаружите, что теперь это отрицательная фаза второй гармоники. Я знаю, это может сбивать с толку – я иногда просыпался среди ночи и думал: «Этого не может быть», но это так.
Так почему же фаза важна? Чтож, это тонкий момент. Не думаю, что все это слышат, и мало кого это особенно волнует, но из прослушиваний мы узнаём, что существует тенденция интерпретировать отрицательную фазу второй гармоники как дающую более глубокую звуковую сцену и улучшенную локализацию, чем в противном случае. Положительная фаза, похоже, приближает инструменты и вокал, делает их чуть более навязчивыми и повышает детализацию.
Ваши ощущения могут отличаться от моих, но когда я исследовал этот феномен с усилителем SIT-1 в First Watt, у меня на передней панели усилителя была ручка, которая регулировала интенсивность и фазу второй гармоники. Слушателям было предложено выбрать положение этой ручки на слух, по качеству звука и получить их комментарии, они не знали, для чего она.
Слушатели, как правило, предпочитали дополнительные искажения около 1% отрицательной фазы второй гармоники, поэтому я выбрал эту фиксированную цифру для предлагаемого устройства.
Конечно, мы понимаем, что всё это иллюзия, как и большая часть остального аудиовосприятия — вы можете воспринимать мои замечания как развлечение.
Схема
Вот схема, которую я разработал для вас. Обратите внимание, что показан только один канал, но стабилизатор питания работает на оба канала.
Полевой транзистор J112 был выбран как достаточно недорогой вариант и тщательно подобран из группы с напряжением отсечки 2–2,5 В и начальным током стока около 30–40 мА. В схеме этот полевой транзистор имеет коэффициент усиления по напряжению около 14 дБ и может легко служить предусилителем с регулятором громкости и другими функциями. Здесь я решил использовать его в качестве линейного каскада с единичным усилением, поэтому использовал R1 и R3 в качестве делителя входного напряжения. Если поменять номиналы R1 и R3 местами, то коэффициент усиления будет большим, более 10 дБ, и ещё больше, если заменить резистор 10 кОм на 1 кОм.
R2 является нагрузкой для полевого транзистора, задавая усиление и режим работы, а также обеспечивая большую часть выходного сопротивления схемы, которое составляет около 400 Ом после 100-омного резистора R5. R4 нужен только для разрядки конденсатора и обеспечения нулевого постоянного напряжения на выходе при включении и выключении.
Схема создаёт щелчок при включении и выключении, поэтому её лучше подать на неё питание до включения усилителя мощности, и оставить во включенном состоянии после выключения усилителя.
Источник питания — стабилизированный сетевой блок питания на 24 В постоянного тока. Вы можете использовать 19 В постоянного тока, но тогда потребуется изменить номинал R6 на меньшее значение, скажем, 10 Ом. Питание 24 В предпочтительнее, на резисторе 68 Ом падает около 4 В и выполняется небольшая RC-фильтрация.
Да, стабилизатор — это «плохой» LM317. Немного шумит, но я устранил большую часть шума конденсатором 220 мкФ. Необходимо настроить выходное напряжение LM317 для подобранных JFET-транзисторов, чтобы получить желаемые кривые искажений. Если у вас есть анализатор искажений, можно настроить по нему, а если нет, каждый комплект поставляется с калиброванным значением напряжения для каждого JFET-транзистора.
Выше представлен спектр при выходном напряжении 0,5 В, где можно увидеть относительное количество 2-й, 3-й и 4-й гармоник. Обратите внимание, что 3-я гармоника ниже 2-й примерно на 18 дБ, а 4-я ещё ниже. Это приблизительное значение, которое немного варьируется в зависимости от установленных полевых транзисторов.
Вот зависимость искажений от выходного напряжения. Видно, что эта схема применима при напряжении до 2 вольт, но желательно, чтобы оно было в области ниже вольта или около того. Для УМЗЧ с усилением 26 дБ это соответствует пиковой мощности выходной мощности 100 Вт на нагрузке — для меня более чем достаточно!
Ниже зависимость искажений от частоты, для схемы без ООС:
Наконец, ниже частотная характеристика: спад на 3 дБ при частоте 200 кГц.
Дополнительные примечания
Я собрал небольшую партию этих генераторов H2 для распространения на фестивале Burning Amp 2018. Ниже пример печатной платы, заполненный и откалиброванный. Калибровка кривой искажений основана на регулируемом выходном напряжении LM317. Вы можете изменять это значение, вращая потенциометр, и вернуться к калиброванному значению, установив исходное напряжение.
Вот печатная плата с обозначенными дорожками и номерами компонентов.
Практический диапазон регулировки составляет около +/- 0,3 В от исходного значения. При повороте потенциометра по часовой стрелке регулируемое напряжение уменьшается, а искажения увеличиваются. При повороте против часовой стрелки регулируемое напряжение увеличивается, а искажения уменьшаются.
Как уже упоминалось, можно использовать стабилизированный источник питания на 19 В, но сопротивление R6 следует уменьшить примерно до 10 Ом.
Плата предназначена для размещения в экранированном корпусе для снижения уровня шума, но вы можете использовать её и без экрана, если будете осторожны и помните, что напряжение 24 В всё ещё считается довольно опасным. Ни в коем случае не берите её в ванну и т. д. Помните, что как самодельщик вы несёте ответственность за свои действия и должны руководствоваться здравым смыслом.
Кроме того, вы, вероятно, захотите повозиться со схемой и адаптировать её по своему вкусу. На выставке BAF у меня также будут несколько плат без начинки для самых смелых. Если вы решите собирать свою собственную, рекомендую вам взять с собой оборудование для настройки – поверьте, на слух это делать очень сложно и утомительно.
Вот фотография платы с начинкой, со всеми разъёмами и прочим.
Заключительные комментарии
С этой схемой интересно экспериментировать, некоторые люди отнесутся к ней серьёзно, особенно если им нравится то, что они услышат. Найдутся люди, которым эффект не понравится, и это совершенно нормально. Я просто дарю платы, так что прошу без нытья.
Несколько комментариев:
1. Не забудьте поменять фазу на подключениях динамиков к усилителю, хотя это и не обязательно.
2. Для этой схемы существует оптимальный уровень — при выходном напряжении около 1 вольта или меньше, иначе вносимые искажения станут чрезмерными. Вы услышите, когда это произойдет, но рассчитывайте на усилители с усилением более 20 дБ и нормальными уровнями прослушивания.
3. Эта схема разработана для обычных твердотельных усилителей мощности, которые есть у большинства людей. Лично я считаю, что трюк со второй гармоникой надо проделывать только один раз в звуковом тракте, поэтому, если у вас уже есть усилитель SET или другой компонент с большим количеством второй гармоники, не стоит включать данное устройство.
4 Звучание обычно наилучшее, когда звучит довольно простой аудиоматериал на уровнях громкости, при которых ваши соседи не жалуются. Большие оркестры и хоровые выступления на высоких уровнях могут звучать хуже из-за высокого уровня второй гармоники.
5 Имейте в виду, что схема издаёт щелчок при включении и выключении питания.
6 И вот что вы потеряете, если не приедете на BAF 2018:
(c) 2018 Nelson Pass
Перевод приблизительный и сделан только в ознакомительных целях.
Не собираюсь вступать в дебаты по качеству перевода.
Оригинал на сайте Нельсона Пасса.
