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. То есть динамики и габариты такой АС большие — и звучание большое. Законы физики не обманешь. Но и усилитель тоже влияет на размеры звука.

Мы задались целью сделать ламповый усилитель для большого звука. Перечислим те принципы, которые лежат в основе нашего проектирования. Основную часть их провозгласил еще А. М. Лихницкий (в дальнейшем АМЛ) [1]. Вот как они выглядят с нашими добавлениями.

Электрическая схема усилителя должна быть предельно простой.

Усилитель не должен содержать отрицательных обратных связей.

Все каскады усиления, по возможности, должны быть трансформаторными [2].

Все лампы, по возможности, должны быть прямонакальными триодами, работающими в классе А с фиксированным смещением.

Все электроэлементы, соединительные провода и припой должны быть тщательно отобраны с целью полной гармонизации системы.

Не должно быть параллельных соединений, в том числе ламп (даже триодов в одном баллоне).

Каждый потребитель электроэнергии в усилителе должен иметь свой источник питания.

Мощность лампового усилителя для больших акустических систем, по рекомендации их разработчиков, должна быть не менее 50 честных ватт (хотя бы до 3% нелинейных искажений). Для решения такой задачи наиболее подходят зарубежные 211-ый и 845-ый триоды, а также наш отечественный мощный модуляторный триод ГМ70, который, при тех же основных параметрах, что и два первых, обладает бoльшими эмиссионными возможностями. Его-то мы и выбрали.

Для получения большого звука подходит как однотактное, так и двухтактное включение ГМ70. И если однотактный усилитель больше подходит тем, кто слушает в основном классическую музыку, то двухтактный, на наш взгляд, более универсален. Может быть, его бo’льшая энергичность и напористость, что так необходимо, например, в тяжелом роке, исходит от пресловутого "push-pull" ("тяни-толкай"), то есть от некоторого искусственного подталкивания звукового сигнала в выходном каскаде,— кто знает...

Кажется, создается впечатление, что мы против однотактных усилителей. Нет. Однотактная схема — идеальная схема. Но чтобы принцип однотакт-ности показал себя с наилучшей стороны, его надо использовать, по нашему мнению, при мощности начиная с 25 Вт (то есть при использовании только вышеназванных триодов) и без использования параллельных ламп. Не могут два футболиста одновременно ударить по одному мячу! Наши эксперименты показали: любое параллельное включение ламп существенно уменьшает прозрачность и динамику звука. Слух — это главный критерий.

Только не подумайте, что мы выступаем против существования "Клуба любителей однотактных усилителей до 1 Вт" (или до 3 Вт...). Каждому свое. Мы сейчас говорим о большом звуке.

Так 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 [3]. Перечислим основные.

Фазоинвертор с анодным делителем (самобалансирующийся инверсный каскад с общим катодом). Основные недостатки: высокое выходное сопротивление, наличие обратных связей и то, что путь, проходимый сигналом до инверсии, может быть различен (если отрицательный выходной сигнал получается вследствие прохождения через одну лампу, то положительный — через две).

Фазоинвертор с разделенной нагрузкой. Недостаток — большая несимметрия выходных сопротивлений анодного и катодного плеч и присутствие ООС соответственно по току и напряжению.

Фазоинвертор с катодной связью. Недостатки: высокое выходное сопротивление и различие в выходных характеристиках (первый триод работает в режиме с общим катодом, в то время как второй — в режиме с заземленной сеткой).

Парафазный (самобалансирующийся) инвертор. Основные недостатки те же, что и в 1, к тому же сигнал для инверсии получается как разность анодных напряжений.

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 (не следует забывать, что напряжение раскачки для ГМ70 порядка 100 В).

При этом не происходит увеличения количества электроэлементов в цепи (как произошло бы при использовании любой инверсной схемы), ведь трансформатор одновременно является анодной нагрузкой драйверной (предмощной) лампы, работающей в классе А.

Все это и предопределило использование нами парафазного трансформатора в двухтактном усилителе для большого звука.

Рис. 1. Анодные характеристики

Приведем данные режима работы ламп ГМ70 в классе А в выходном каскаде. Режим стандартный [1, 4], поэтому дадим результаты расчетов на основе семейства статических анодных характеристик лампы (рис. 1). По справочным данным, предельно допустимая для ГМ70 мощность рассеивания на аноде Р_а.доп = 125 Вт, максимально допустимое напряжение на аноде U_а0макс = 1500 В. Из экспериментальных данных внутреннее сопротивление лампы R_i = 1630 Ом. Возьмем напряжение на аноде U_a0 = 950 В, что много ниже максимального. Тогда ток покоя I_a0 = 0,9 Р_а.доп/U_a0 ≈ 0,12 А.

Отметив положение точки покоя на семействе статических анодных характеристик (точка О на рис. 1), найдем, что она соответствует напряжению отрицательного смещения на сетке –100 В, следовательно, максимальная амплитуда напряжения сигнала также может быть взята равной 100 В. При этом мгновенное значе-ние напряжения на сетке будет из-меняться в пределах от 0 до –200 В. Сопротивление анодной нагрузки триода R_a~= 3R_i ≈ 4900 Ом. Через точку покоя проводим нагрузочную прямую, соответствующую 1/R_a~, и при пересечении с характеристикой находим максимальный ток для U_c = 0: I_макс = 0,24 А, и минимальный ток для U_c = –200 В: I_мин = 0,03 А. Отсюда отдаваемая мощность одной лампы Р_~ ≈ 0,125 R_a~ (I_макс – I_мин)² = 27 Вт. Приняв КПД выходного трансформатора h = 0,93, определим выходную мощность усилителя Р_вых = 2 h х Р_~ » 50 Вт.

Как мы говорили выше, такой мощный триод, как ГМ70, в отличие от своих мелких собратьев может длительное время работать с сеточными токами, возникающими при положительных мгновенных напряжениях управляющей сетки. Максимальное значение анодного тока уже не ограничивается характеристикой лампы для U_c = 0, и рабочая область начинает перемещаться влево от этой кривой. В этом случае лампа переходит из режима А в режим А₂. При этом практически в два раза возрастает выходная мощность усилителя и увеличивается его КПД. Наблюдаемое возрастание нелинейных искажений (происходящее из-за сеточных токов) можно свести до минимума путем применения низкоомного источника входного напряжения для выходного каскада — парафазный трансформатор идеально подходит для этого. В этих условиях во вторичной обмотке парафазного трансформатора мощность расходуется на сеточные токи, поэтому драйверный каскад необходимо рассматривать также как усилитель мощности.

Электрическая схема одного канала усилителя приведена на рис. 2. Она достаточно проста. Триоды ГМ70 нагружены на звуковой трансформатор "SPb S TO70PP". В качестве драйверной лампы мы выбрали знаменитую 300В производства "Svetlana", нагруженную на парафазный трансформатор "SPb S IT300PP". Первый каскад, для бoльшей универсальности (так как не все источники или предусилители имеют малое выходное сопротивление), сделан резистивно-емкостным на самой честной по звуку лампе 6Н8С. Причем отобранные по звучанию экземпляры этой лампы имели на цоколях 7 (семь!) штампов военной приемки качества. Умели же делать раньше...

Как видно из схемы, источник питания построен так, чтобы получить полную развязку всех каскадов, а также накальных цепей и цепей смещения, что чрезвычайно важно для получения высококачественного звука. Этим достигается минимум токов утечки в лампах, а кроме того убираются скрытые "параллельные пути" и паразитные ООС. Также это позволяет нам применять в схемах фильтрации неэлектролитические бумагомасляные конденсаторы не очень большой емкости, которые в отличие от электролитических являются симметричными для переменного сигнала. Это не относится к электролитическим конденсаторам "Black Gate" (здесь они стоят в ответственном месте), отличающимся по звучанию от обычных "электролитов". Правда, при соблюдении всех этих условий вес блока питания для каждого канала оказался около 30 кг и усилитель пришлось выполнить в виде двух моноблоков, весом по 50 кг каждый.

СПЗ — это блок системы плавного запуска (все-таки почти киловольт в аноде).

Сборка и монтаж усилителя являются одновременно и началом гармонизации по звучанию всего тракта. Здесь важно все: где должна быть "земляная" точка, какие выбираются проводники и какова их длина, какой припой и как им паять, и даже фазирование не только по постоянному, но и по переменному току. Отбираются по звуку все элементы монтажа, в том числе и трансформаторы, звучание которых определяется секретами их конструкции, пропиткой и качеством материала магнитопровода и обмоточных проводов.

Выполнив монтаж и запустив усилитель, мы получили лишь основу. Прослушав эту основу, АМЛ сказал: "Вот теперь, на такой основе, можно начать работать и непосредственно над звуком". Он достал из портфеля стеклянную баночку из-под кофе "Чибо", в которой лежал "секретный проводник"1. После включения его в определенное место в звуке возник аромат звучания ламповых приемников 30-х годов и какая-то особая магия. Хотелось слушать и слушать давно уже набившие оскомину рабочие тестовые диски, не говоря уже о чем-либо другом. При этом середина стала прозрачнее и детальнее, а бас глубже и в то же время четче. А ведь мы для монтажа применяли тоже не простую медь — и LC, и OFC, и 6N, и в тефлоне, и самых знаменитых фирм!

Часами мы ползали по полу вокруг моноблоков, перепаивая, переворачивая их тяжеленные корпуса. На звук влияло все! Некоторые факты кажутся нам необъяснимыми. Например, в перевернутом положении усилители звучали явно тише и с уменьшенной динамикой. При установке их в нормальное положение звук распахивался, становился громче, четче и динамичнее.

Тот, кто всерьез решился на изготовление такого усилителя, должен воспользоваться рекомендациями, приведенными в "АМ" № 4 (9) 96 и № 2 (13) 97, а также "ПТБ при работе на электроустановках напряжением до 1000 В".
Технические параметры полученного усилителя, назовем его "SPb S T70PP", следующие:
 

Сопротивление нагрузки	8 Ом
Выходная мощность в классе А2, ограниченная величиной нелинейных искажений 3%	90 Вт
Непрерывная средняя выходная мощность в классе А	50 Вт
Коэффициент общих гармонических искажений при непрерывной средней выходной мощности	1,8%
Входное сопротивление	100 кОм
Чувствительность при непрерывной средней выходной мощности	1,5 В
Габаритные размеры (ширина х глубина х высота)	400 х 550 х 300 мм

После объективных данных об усилителе перейдем к субъективным. На наш взгляд, звук получился не "ламповый", если иметь в виду отрицательное понимание этого определения, подразумевающее аморфность баса, малую динамику и мощность. Но и не "транзисторный", считающийся механистичным, холодным и формальным. Получился ЗВУК.

В прослушивании участвовали и высказали свое восхищение звучанием все известные патриархи аудио. Разве что осталось неизвестным мнение Германа Абендрота, Вильгельма Фуртвенглера и Артуро Тосканини.






Литература

А. Лихницкий. От "транзисторного" звучания усилителя "Прибой" к "ламповому".— "АудиоМагазин", 1996, № 1, с. 53.
В. Медведев. Трансформаторы в звуковом тракте.— "АудиоМагазин", 1998, № 3, с. 133.
Р. Лэнди, Д. Дэвис и А. Албрехт. Справочник радиоинженера. Л., Госэнергоиздат, 1961.
Г. С. Цыкин. Усилители электрических сигналов. М., "Энергия", 1969.