На главную Прислать статью Форум Ссылки Обратная связь
 



Трансформаторы в звуковом тракте
Новое — это хорошо забытое старое.
Пословица

Двадцать лет назад я, как и многие радиолюбители, интересующиеся звуковой аппаратурой, зачитывался журналом "Радио" и его младшим братом — сборником "В помощь радиолюбителю". Со своими друзьями я бурно обсуждал необходимое количество нулей после запятой в коэффициенте нелинейных искажений "идеального" усилителя и его устремляющуюся в космос скорость нарастания. Тогда ведь не столько слушали звучание, сколько восхищались техническими характеристиками. К сожалению, этой болезнью многие страдают и поныне.

Однажды, примерно в 1980 году, на запрещенном тогда радиорынке у магазина "Юный техник" в Автово я увидел молодого человека, продающего наушники "Sennheiser". На груди у него на скрепке висел листок бумаги с надписью: R = 600 Ом, DF = 40 Гц — 18 кГц. Об этой фирме я уже кое-что знал, хотя для Ленинграда она была большой редкостью. Удивили меня характеристики. Как же так? У всех наушников того времени диапазон частот меньше чем 20 Гц — 20 кГц не писали. Даже у гонконгских. На мой удивленный вопрос парень ответил: "А ты их послушай". И дал совет: не верить глазам своим, а верить ушам.

Мы познакомились. Это был известный "ламповщик" Сергей Егоров. Он пригласил меня к себе домой, и я попал в комнату настоящего профессионала-фаната — в "звуковой" рай. На рабочем столе полукругом возвышался небоскреб из десятков классных измерительных приборов, вокруг громоздились коробки с лампами, конденсаторами, трансформаторами, лежали грудами корпуса для усилителей, "кинаповские" динамики и т. д. У стены была сложена фанера, деревянные бруски и стояло несколько пар полутораметровых рупорных акустических систем. Такого я никогда не видел.

Сергей показал мне несколько японских радиотехнических журналов, которые были заполнены ламповыми схемами. Недоумение мое возрастало: весь мир завален японской транзисторной техникой; для себя, значит, лампы, а для остальных стран — транзисторы? Почему?

Окончательно меня повергло в изумление натуральное и живое звучание лампового усилителя и то, что у него, как сказал Сергей, коэффициент нелинейных искажений аж 1%. В голове все смешалось.

С этого момента я вошел в мир ламповой аудиотехники и рупорной акустики. По японской схеме, но на наших лампах собрал свой первый ламповый усилитель, затем корректор (кстати, без катодных повторителей, без SRPP и с пассивной коррекцией). Как-то мы с Егоровым попали на прослушивание, проходившее в одной известной коммунальной квартире в Басковом переулке. Было несколько экспертов, один из которых, когда испытывали мой корректор, язвительно-весело заметил: "А у вас фонит!" Это был уже тогда знаменитый А. Лихницкий. Другой, которому при прослушивании вообще ничего не нравилось, слушая усилитель Егорова, указал на "зализанность и волосатость" звучания и как итог — на "ядовитость" звука. И добавил: "Похоже, это общая болезнь трансформаторов". Как выяснилось, одна неосторожно брошенная фраза может надолго увести с правильного пути.

Шли годы. Мой интерес к звуковой технике и к звуку возрастал. Решив соединить профессию и хобби, я поступил на работу в Дом радио. Но там вопрос качества звучания и его улучшения стоял далеко не на первом месте. К примеру, звукорежиссеру не нравится звучание; техники прикатывают похожий на робота мультиизмерительный комплекс на колесиках, тестируют тракт и говорят, что параметры в норме и претензии не принимаются. Но энтузиасты-радийщики всегда предпочитали использовать в звуковом тракте трансформаторы, особенно на входе и выходе микшерных пультов, микрофонных усилителей и на выходе микрофонов. Старые звукорежиссеры с нескрываемой ностальгией вспоминали прозрачное динамичное звучание профессиональных ламповых усилителей с высокочувствительными акустическими системами на больших бумажных диффузорах. Да и уши за рабочую смену от них не уставали,— добавляли они.

К началу 1995 года последователи Егорова собрались вместе. Казалось, теперь можно быстро решить все проблемы качества звучания. Мы плотно занялись исследованием влияния на звук отдельных радиокомпонентов (резисторов, конденсаторов, ламп, проводов и т. д.); начали определять закономерности изменения звучания при использовании различных схемотехнических решений, комбинаций элементов и способов монтажа; стали упрощать сигнальные схемы, уменьшать количество используемых элементов, укорачивать путь прохождения сигнала. После каждого изменения звуковой тракт тщательно прослушивался. Отказавшись от "кругового пути"— ООС, мы стали отказываться и от всевозможных "параллельных путей". Причем обнаружилось, что эти "круговые" и "параллельные" пути есть везде и не так просто их выявить. Зато, если удается это сделать, насколько улучшается звук! Например, устранение "параллельных путей" в блоке питания улучшает звучание на порядок больше, чем замена межблочного кабеля или кабеля к АС, пусть даже на очень дорогой. Хотя это вовсе не значит, что нужно забыть о влиянии конструкции и материала проводов на качество звука.

После того как в разработанных нами схемах с гальваническими межкаскадными связями остался один выходной (или разделительный) конденсатор, встал вопрос: а нельзя ли избавиться и от него? В свое время основатель фирмы "Audio Note" Хирояши Кондо сказал: "Если количество элементов в цепи уменьшить хотя бы на один, то будет устранен еще один источник механичного звучания" [1]. А уж насколько пагубно влияют конденсаторы на звук, я думаю, знают многие.

Мы стали искать новое решение, которое на поверку оказалось очень старым. Как сообщает журнал "Sound Practices" [2], еще в 1912 году был создан первый звуковой усилитель "Audion", вообще не имевший разделительных конденсаторов; все межкаскадные связи в нем были построены на трансформаторах (а вот первые резистивно-емкостные схемы, говорится в этом же журнале, появились лишь в 1916 году). Значит, применяя трансформаторы, можно полностью избавиться в звуковом тракте от разделительных конденсаторов, а с учетом современных разработок — и от резисторов. Останутся только лампы и трансформаторы! И все!

А какова ситуация в этой области сегодня? Два года назад фирма "Marantz" выпустила флагманский усилитель "Project T1" на прямонакальных лампах с трансформаторными связями. Уже много лет известный разработчик фирмы "Yoshiki Industrial Co., Ltd" Шишидо применяет в своих моделях трансформаторы по всему тракту, да и сам Кондо-сан в последнее время в своих разработках все больше использует межкаскадные трансформаторы. И наконец, из "Интернета" мы узнали, что в Японии есть знаменитый аудиофил Сакума, вот уже 20 лет разрабатывающий различные усилительные устройства на основе не менее знаменитых входных, межкаскадных и выходных трансформаторов фирмы "Tamura".

Чем же так привлекательна (была и снова стала) трансформаторная связь? Из теории известно [3], что трансформаторный каскад (рис. 1, а) отличается от резистивно-емкостного (рис. 1, б) следующими чертами:


    обладает значительно более высоким КПД;

    способен создавать для лампы наивыгоднейший режим нагрузки (то есть режим, в котором она получает максимально возможное напряжение и мощность при минимальных искажениях);

    позволяет получать необходимое выходное сопротивление и добиваться оптимального согласования между каскадами;

    дает возможность получать большое выходное напряжение сигнала;

    позволяет наиболее просто получать симметричные выходные напряжения (для двухтактных каскадов и для работы на длинную линию).


Недостатками трансформаторных каскадов являются увеличенные массогабаритные параметры (что не так важно в ламповых конструкциях) и не очень хорошие амплитудно- и фазочастотные характеристики. Впрочем, последние можно улучшить путем повышения качества трансформатора, что, однако, непросто и недешево.

Проверим (для тех, кто любит все считать) первое, наименее очевидное преимущество трансформаторного каскада перед резистивно-емкостным. Возьмем, к примеру, лампу 6С45П-Е, которая имеет высокий коэффици- ент усиления μ≈50, низкое внутреннее сопротивление в рабочей точке Ri = 1,25 кОм и низкий уровень собственных шумов. Выберем рабочую точку: напряжение анода Ua = 150 В, ток покоя I0 = 35 мА, при этом мощность, рассеиваемая на аноде, составит Pa = UaIa = 5,25 Вт. С целью уменьшения нелинейных искажений возьмем нагрузочный коэффициент α = 3,76, тогда сопротивление анодной нагруз- ки по переменному току составит Ra = αRi = 4,7 кОм. Пусть переменное напряжение на выходе обоих каскадов составит Uн = 60 В, а нагрузкой служит резистор Rн = 47 кОм (входное сопротивление следующего каскада). Возьмем трансформатор с КПД ηтр = 0,9 (что реально) и сопротивлением первичной обмотки Rт = 200 Ом. При этом коэффициент трансформации Кт = √(Rн/Ra) = √10.



    Подсчитаем КПД анодной цепи для двух видов каскадов. Мощность на нагрузке:

    Рн = Uн2/Rн = (Uн2Кт2)/Rн = 0,689 Вт; Рн = Ua2/Rн = 0,0766 Вт.

    КПД анодной цепи:

    ηа = Рн*100%/Ра = 13,13%; hа = Рн*100%/Ра = 1,46%.

    Рис. 1 Выходной каскад усилителя:

    слева — трансформаторный; справа — резистивно-емкостной




    Итак, КПД трансформаторного каскада почти в 9 раз больше КПД резистивно-емкостного каскада.

    Пойдем дальше. Посмотрим, какое напряжение источника питания требуется для обеспечения необходимого режима по постоянному току:

    Еа = Ua+I0Rт = 157 В;

    Еа = Ua+I0Ra = 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.

    Проверим, какая часть мощности сигнала достигает нагрузки. Мощность сигнала, выделяемая на аноде лампы:

    Рас = Uн2/Ra = 0,766 Вт;

    Рас = Ua2/Rэ = 0,843 Вт

    (здесь Rэ = RаRн/(Rа+Rн) — эквивалентное сопротивление нагрузки лампы).

    Мощность сигнала, выделяемая на нагрузке

    Рн = ηтрас = 0,689 Вт;

    Рн = Uн2Rн = 0,0766 Вт.



Отсюда следует важный вывод: в трансформаторном каскаде 9/10 мощности сигнала достигает нагрузки, 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? Мы уже знали, насколько по-разному могут звучать трансформаторы разных фирм — входные (МС) и выходные. Свои выходные трансформаторы мы рассчитывали и многократно дорабатывали, учитывая только параметры. Как заразен вирус технократизма! Правда, экспериментировать со звучанием выходных трансформаторов чрезвычайно трудоемкая работа, и не очень это корректно, ведь перед трансформатором у нас было несколько нетрансформаторных каскадов. Надо было идти от простого к сложному. Решили 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 сделали стандартный трансформаторный каскад. При подключении его к источнику питания и измерении параметров были получены неважные характеристики, в частности АЧХ 90–11000 Гц (по уровню -3 дБ). А как это воспринималось на слух? Несмотря на явно слышимые ограничения частотного диапазона, звучание оказалось быстрым, энергичным, с большими динамическими контрастами. При этом в нем было столько музыки, что мы просто поразились. Традиционные резистивно-емкостные схемы такого эффекта не давали. Не помогали и гальванические схемы (частный случай резистивно-емкостных).

Мы вплотную занялись конструкцией выходного трансформатора для предусилителя — с целью получения наиболее низкого выходного сопротивления (которое позволяет снизить влияние паразитных параметров соединительного кабеля [4]), много раз перематывали обмотки, и наконец нам удалось получить отличные технические характеристики: АЧХ 8–140000 Гц (-0,5 дБ), Кни = 0,09% (50–12500 Гц, Uвых= 1 В). Но звучание нас не совсем удовлетворило. Что-то мешало...

На основе наработанного нетехнократического опыта был сделан тщательный анализ конструкции трансформатора и найден камень преткновения. Убрав этот "камень", мы смогли добиться желаемого звучания. Технические характеристики же при этом явно ухудшились: АЧХ 22–24500 Гц (-0,5 дБ), Кни = 0,12% (50–12500 Гц, Uвых= 1 В). Лишний раз мы убедились, что связь технических параметров, имеющихся в нашем распоряжении, с качеством звучания далеко не однозначна.

Полученный трансформатор для выходного каскада линейного устройства оказался достаточно универсален: его с успехом можно использовать в линейном предусилителе, усилителе для телефонов, выходном каскаде проигрывателя компакт-дисков, корректора RIAA или цифро-аналогового преобразователя. На данный момент разработаны и запущены в производство две версии трансформатора: "TL 45" для лампы 6С45П-Е и "TL 4C" для ламп 2А3, 6В4G, 6С4С, включенных по схеме, которая показана на рис. 2. Эта схема является дальнейшим развитием "трансформаторной идеи" в выходных линейных каскадах.

Четвертое свойство трансформаторных каскадов (см. выше) делает весьма привлекательным их использование в предмощных (драйверных) схемах, работающих на мощные выходные триоды типа 300В, VV30B, 211, 845, ГМ70, SV572 и др. В этом случае трансформатор позволяет получить огромную амплитуду выходного напряжения (100 В и выше) при низких нелинейных искажениях (0,2–0,4%), а также малое выходное сопротивление, что необходимо для работы оконечной лампы с токами сетки [5].

Работа в этом направлении привела к созданию драйверного межкаскадного трансформатора TI300B для ламп 300B, 2A3, 6B4G и др. Он используется в драйверном каскаде усилителя "SPb Sound T70SE" на лампе 6B4G для "раскачки" ГМ70 (рис. 3). Данный каскад обеспечивает переменное напряжение 100 В на нагрузке 12 кОм при значениях Кни 0,3% (60 Гц), 0,22% (1 кГц), 0,45% (12,5 кГц); АЧХ: 17,5–22000 Гц (-0,5 дБ), 7–65000 Гц (-3 дБ); коэффициент усиления 4,5.

Рис. 2

 


Подобное схемотехническое решение применяется также в однотактных усилителях "CAD 805" фирмы "Cary", "Ankoru" (фирмы "Audio Note") и некоторых других.

Рис. 3

 


Использовать пятое преимущество трансформаторного каскада оказалось труднее всего, и это потребовало очень много времени. Зато как упростилась схема двухтактного усилите ля (рис. 4)! Количество ламп сократилось до трех за счет полного отсутствия резисторов и конденсаторов в сигнальной цепи. Полученный двухтактный межкаскадный трансформатор TI300PP имеет следующие параметры: асимметрия ±0,02 дБ (18–16000 Гц), при Uвых = 40 В и значениях Кни 0,65% (60 Гц), 0,55% (1 кГц), 0,46% (10 кГц); АЧХ: 26–16000 Гц (±0,5 дБ), 18–20000 Гц (±1 дБ).

Рис. 4

 


На проходившей недавно в Москве выставке "Hi-Fi Show’98" главному разработчику "Audio Note UK" Питеру Квортрупу был задан вопрос о целесообразности применения трансформаторной связи в ламповых усилителях. Ответ был однозначным: трансформаторные каскады на самом деле существенно улучшают звучание, но выгодно это для производства усилителей только высоких ценовых категорий, так как хороший трансформатор стоит очень дорого.

Литература
    "Sound Practices", vol. 1: № 2 (Fall 1992), р. 5. Перевод мой.
    "Sound Practices", issue 10, 1996, р. 16.
    Г. В. Войшвилло. Усилители низкой частоты. М., Связьиздат, 1939.
    Ю. Макаров. От "Неофита" до "Адепта".— "Hi-Fi & Music", 1997.
    Г. С. Цыкин. Трансформаторы низкой частоты. М., Связьиздат, 1950.

В. Медведев. АудиоМагазин №3(20) 1998



Комментарии к статье:

  Добавил:  Сакума-Сан
あなた愚か者と吸盤
  Дата: 2016-12-04
  Добавил:  Валерий
И не так они страшны эти трансформаторы,для начала мотайте межкаскадники в навал ,только проводом пэлшо ,и слушайте. Выходные используйте тан и тпп и слушайте. Набравшись опыта , будете секционировать, мотать серебряным проводом И так далее .А сейчас меньше слушайте шаманов лампового звука, делайте ламповые усилители,мотйте ,паяйте и слушайте.
  Дата: 2016-01-24
  Добавил:  Alien
А я повторил схему на 6С33С с трансами ШТС(800:800) в обоих каскадах.Щас шлюхаю и наслаждаюсь:))
  Дата: 2015-06-29
  Добавил:  Сергей.
Слышу опять "спор о вкусе ананасов с теми кто их не ел". Вот мое личное мнение - ООС зло номер1. конденсаторы зло номер 2. Трансы - решение.
А стаж хоть 100 лет ни о чем не говорит... "инженер" тоже. У меня к стати, такой справки нет, но значит ли это, что я меньше понимаю схемотехнику?. Можно всю жизнь подключать контакторы или чинить акаи и сони, рассуждая о КГ, но так и упуская главное. "О сколько нам открытий чудных....". Подумайте! Как Вы можете объяснить природу образования гармоник? Как вы можете объяснить пугающую реалистичность звука при 5% кг и полный "шлак" при 0.03? Вы вообще сравнивали когда нибудь, то о чем здесь написано? Или " мы и так все заем нефиг проверять, читали..." . А вдруг Вас увели с верного пути еще в ВУЗе? Или этого не может быть?. Измеряя не то и не там, можно наделать мног глупых выводов. Кстати Лихницкий писал, что странно улучшается звук при подключении акустики через резистор 4 ом. но естественно падает мощность, а вот почему так и не объяснил. были там какие то версии...но... еще у В.Ульянова есть фраза " то ли по ошибке то ли по проведению я взял сигнал не с выхода усилителя а с операционника и услышал звук такой наполненности... что сразу полез искать причину" Вот это инженер, следопыт... только он физик. К стати у нег есть 300В и есть ярчайшее доказательство этой статьи. см. "Наш ответ Лофтин Уайту". Там все на трансах, а второе название статьи - "транзисторный который звучнее лампового". видимо дело то не в лампах и транзисторах, а в схемотехнике и понимании свойств активных и пассивных компонентов. Всем успехов. Не верьте приборам-верьте своим ушам , это важнее.
  Дата: 2015-06-16
  Добавил:  Геннадий
Друзья, транс - это две катушки зажигания. Я 30 лет слушаю классику через прекраснейший ламповый унч от магнитофона "Днипро-14". Единственный УНЧ без ООС.Сравнивал с японскими уселками, - не надо! Наслаждаюсь прозрачным звуком чего и Вам всем желаю.
  Дата: 2015-02-26
  Добавил:  сергей7
Полностью трансформаторный тракт (доведеный ума) это вышак в звуке!
  Дата: 2014-05-04
  Добавил:  Олесь
единажды услышав звук с межкаскадным трансформатором к конденсаторам больше не вернусь.
  Дата: 2013-11-06
  Добавил:  Alex1999
У кого много свободного времени, пусть парится
  Дата: 2013-06-02
  Добавил:  Sergey
Все это красиво, конечно, но только любой трансформатор- это не две красиво нарисованных обмотки, что мы видим на схеме. Это такой же сплав резистивных, индуктивных и емкостных компонентов "в одном флаконе". Поэтому полное отсутствие конденсаторов и резисторов- совсем еще не означает "самый лучший звук"... В моем понимании, как радиоинженера с более, чем 30-ти лет. стажем.
  Дата: 2012-08-29
  Добавил:  Сергей
Статья написана хорошо.Только проблемы сейчас в следующем.Не все, что продается дорого, действительно того стоит.При существующих ценах это благодатное поле для разного рода мазуриков. Люди подделывают 5000 тысячные купюры. А сбацать трансформатор похожий на "фирменный" вполне несложно.Второе - сейчас возможностей изготовить хорошо работающие трансформаторы на порядок меньше чем это было в 80-е годы.Промышленность развалилась, КБ и лаборатории по большей части, сгинули. Намоточные станки посдавали на металлолом. Намотать хороший трансформатор "на коленке" шансов столько, как переплыть Неву только - только научившись плавать.И последнее - хороший музыкальный слух имеют мало людей, да развивать его надо развивать с детства.Не у всех была такая возможность.Большинство люде просто не отличит канденсаторная у Вас связь или трансформаторная. Молодеж, многие из них, просто оглохли постоянно держа в ушах наушники.Таких людей о которых рассказывает автор уже тогда были единицы. Я начал заниматься электроникой лет на двадцать раньше автора, видел как знающие люди уходили один за другим.Многие уехали.
  Дата: 2012-07-26
  Добавил:  владимирн
Спасбо за математику.ГМ70 и 6С33С в такх каскадах хорошо но лучш высоклинейные с нормироваными кг в семе с обшей сеткой Два триода два транса на пермалое и резултат25 герц сто восемдесят килогерц, 0.1 гармоник без ОС Тр.-свои.
  Дата: 2011-12-19
  Добавил:  Дмитрий
Максимум удовольствия,при минимуме затрат (имея ввиду элегантность схемотехники)
  Дата: 2010-01-18
  Добавил:  Александр
Я впал в ступор. Полную схему усилителя с указанием всех номиналов в студию!
  Дата: 2009-10-31

Добавить комментарий:

Ваше имя:
Комментарий:
Защита от
автозаполнения: 
 


 

При перепечатке материалов ссылка на первоисточник обязательна

© 2006-2017 www.radiolamp.ru

Счётчик тИЦ PR Яндекс.Метрика