Балансный усилитель для наушников

Балансными разъемами, как правило, оснащаются High End-аппараты. Соединение это обладает массой преимуществ, но стоит недешево. Современные микросхемы помогают найти компромиссное решение.

Принято считать, что балансные входы и выходы — атрибуты сугубо техники класса High End. Разъемы XLR можно увидеть в усилителях и CD-проигрывателях аудиофильских фирм Accuphase, Burmester, Krell, Mark Levinson, Luxman и др. Симметричные линии широко используются в профессиональной аудиотехнике, в схемах усиления малых сигналов и при необходимости передавать сигнал на большие расстояния. Как правило, организация балансных линий сопряжена с большими затратами, поскольку требует либо качественных трансформаторов, либо дифференциальных усилителей и хитрых инверторов, способных работать на реактивную нагрузку. А как самому сделать такое подключение?

Прежде чем мы попытаемся ответить на этот вопрос, вспомним, откуда взялись и зачем вообще нужны балансные линии. Главное их достоинство — способность подавлять синфазную помеху, т.е. любые наводки извне при очень большой длине кабеля. Это важно, но в домашних условиях, где расстояние между компонентами не превышает нескольких десятков сантиметров (если только вы не размещаете моноблоки рядом с колонками), больше привлекает другое преимущество симметричного соединения. Дело в том, что изначально стандарт на него разрабатывался для звуковых студий, где сопротивление линии составляет 600 Ом. Столь малая величина обуславливает некритичность к индуктивности и емкости кабеля, и вот это как раз то, что нам нужно. Большинство хай-эндных аппаратов допускают как балансное включение через гнезда XLR, так и обычное, посредством RCA. Так вот, многолетний опыт прослушивания показывает, что в первом случае улучшается детализация звуковой картины и пространственные характеристики, звучание становится более точным, организованным. Симметричные линии будут очень полезны и там, где сигнал балансный изначально, например в однобитовых ЦАПах (см. публикации Андрея Маркитанова в предыдущем и нынешнем номерах) или фоно-корректорах с дифференциальным входом. Здесь просто нет смысла переводить сигнал в однотактный, а затем, в усилителе, снова в двухтактный. Кстати, об усилителях. Любой, кто хоть раз пытался сделать ламповый двухтактник, знает, как трудно собрать хороший фазоинвертор — с малыми искажениями на больших сигналах, с одинаковой АЧХ и выходным сопротивлением по плечам, хорошей симметрией при любых уровнях…

В большинстве случаев для решения перечисленных проблем используются трансформаторы, и именно это обстоятельство долго сдерживало применение балансных линий в домашней технике, и вот почему. Трансформатор, являясь абсолютно простым по сути и понятным устройством, очень трудоемок и сложен в изготовлении. Нужно хорошее железо для сердечника, лучше с добавками никеля или марганца, секционированная намотка и тщательная укладка провода чуть толще человеческого волоса. В противном случае транс будет обрезать частоты на краях звукового диапазона и крутить фазу сигнала, как ему заблагорассудится. Добавьте сюда необходимость двойного, а то и тройного экранирования, полностью ручную работу, и станет ясно, что цена приличного изделия будет очень высока. Например, пара межкаскадников Tango NC-22 стоит по каталогу около $400! Попытка использовать миниатюрные трансики из микрофонов или вынутые из списанных микшерных пультов ни к чему не приведет — в лучшем случае вы получите полосу 80 Гц — 13 кГц плюс большие искажения на амплитудах больше 0,775 В. Можно ли найти выход?

sms-fig1

Рис. 1. Балансная линия с коэффициентом передачи К=1. Длина кабеля без ущерба для качества может достигать 150 м.

Можно, если вспомнить, что по сути своей трансформаторы — преобразователи импеданса, т.е. приборы, позволяющие оптимально согласовать источник сигнала с потребителем. При наличии двух идентичных обмоток они способны преобразовать однотактный сигнал в двухтактный. Такая необходимость, как уже говорилось, возникает довольно часто, поэтому многие производители полупроводников начали выпускать специализированные усилители — линейные драйверы и ресиверы. В спецификациях на такие микросхемы Burr-Brown и Analog Devices так и написано: «transformer like driver». Поскольку чипы этих фирм имеют практически идентичную схемотехнику и параметры, рассмотрим построение балансной линии на примере драйвера SSM2142 и ресивера SSM2143 от Analog Devices (рис.1). Почти точные аналоги от Burr-Brown — INA137 и DRV134. Основная их особенность — высокая точность «встроенных» сопротивлений, задающих коэффициент усиления. Она достигается лазерной подгонкой в процессе изготовления микросхем и составляет 0,005%, что абсолютно недостижимо при построении схемы на дискретных элементах. Благодаря этому подавление синфазной помехи в среднем составляет 100 дБ, а искажения в диапазоне частот 10 Гц — 100 кГц не превышают 0,0008%. Примечательно, что оба чипа обеспечивают все заявленные характеристики при амплитудах входного сигнала до 10 В.

sms-fig2

Рис. 2. Упрощенная схема драйвера SSM2142. Этот крошечный чип способен раскачать предоконечный каскад усилителя.

Драйвер SSM2142 (рис. 2) стоит около 200 р. в розницу. Он имеет коэффициент усиления 2 (6 дБ) и создает два абсолютно идентичных клона выходного сигнала амплитудой до 10 В при сопротивлении нагрузки 600 Ом. Эта микросхема нечувствительна к ее реактивной составляющей и способна «прокачать» линию длинной до 150 м при сохранении идеальной формы меандра. С ее помощью легко реализуются многие конструкторские задумки. Например, заменив ею обычный ОУ на выходе CD-проигрывателя, легко получить качественный балансный выход. Автор с успехом применил SSM2142 в фазоинверторе лампового усилителя, подав сигнал с ее выходов непосредственно на сетки триода-драйвера 6Н7С. Где вы еще найдете фазоинвертор с линейной АЧХ вплоть до 1 МГц, абсолютно симметричный и с выходным сопротивлением 50 Ом? Чип легко раскачивает лампу даже при возникновении сеточных токов и ему нипочем емкость Миллера. Правда, есть и ограничения. Нужно помнить, что в выходных цепях SSM2142 не должно быть никаких корректирующих цепочек или резистивных делителей, в противном случае симметрия может нарушиться. При использовании драйвера в усилителе мощности следует избегать его охвата общей петлей ООС, поскольку возможно возбуждение на СВЧ. Лучше всего SSM2142 проявляет себя в триодных схемах, где ОС не нужна вообще. Еще одно лично опробованное применение чипа — организация балансного выхода у генератора ГЗ-102 для снятия характеристик лампового преда с входами XLR. Здесь любая попытка схитрить, закоротив одну из линий на землю или обход входного трансформатора, приводила к недостоверным результатам измерений.

sms-fig3

Рис. 3. В ресивере SSM2143 сопротивления подогнаны с точностью до 0,005%.

Иногда возникает необходимость обратного преобразования, например для всевозможных регулировок и коррекции. В симметричном стереотракте для этого потребуются прецизионные счетверенные потенциометры и вдвое больше деталей, весьма недешевых. Поэтому часто балансный входной сигнал переводят в однотактный, корректируют, а на выходе возвращают ему исходный вид. Бывает, что нужно правильно включить ламповый однотактник в балансную линию. И в том, и другом случае может выручить ресивер SSM2143 (рис. 3), который, приняв симметричный сигнал, с минимальными искажениями и шумами преобразует его в обычный, причем коэффициент может быть 0,5 или 2, в зависимости от того, как скоммутированы ножки микросхемы. Есть у нее и еще одна полезная опция — возможность получения на выходе постоянного напряжения от −10 до +10 В. Таким образом, легко задать смещение на сетке лампы, подключив катод непосредственно к «земле». Для этого дополнительно потребуется малошумящий ОУ, например OP27 (рис. 4). SSM2143 легко справляется с емкостью нагрузки до 300 пФ и отдает в нее ток до 20 мА. Стоит один чип около 130 руб.

sms-fig4

Рис. 4. Так можно получить постоянное напряжение на выходе SSM2143 в диапазоне ±10 В.

Теперь общее замечание для всех типов подобных микросхем. Как показал опыт, их звучание очень зависит от правильного питания, и экономия здесь себе в убыток. Все характеристики драйверов и ресиверов заявлены при напряжении питания ±18 В, но имеет смысл собрать два комплементарных стабилизатора на 15 вольт, либо на LM317/337, либо на дискретных элементах. Наилучшие результаты получались при питании от параллельных двухтактных стабилизаторов (если интересно, схему опубликуем). Попробуйте германиевые диоды в выпрямителе и конденсаторы Black Gate в фильтре, не пожалеете. Каждую ножку чипа, на которую подается «+» или «-», обязательно нужно шунтировать керамикой 0,1 — 0,47 мкФ и танталовым конденсатором-капелькой.

Наверное, имеет смысл остановиться и на этических вопросах. Многие «ламповые» аудиофилы даже не допускают мысли о применении микросхем в High End-трактах. Согласен, трансформаторы намного музыкальнее, поскольку не плодят бесконечного «хвоста» гармоник высших порядков. Но в данном случае за чистоту идеи приходится платить слишком дорого. Безусловно, если у вас в кармане 300 — 400 лишних баксов, я совершенно искренне рекомендую их потратить на изделия Tango, Tamura или MagneQuest. При наличии некоторого опыта транс можно намотать самому. А если нет ни того, ни другого, то пара крошечных чипов в корпусе DIP8 может оказаться очень полезной. По крайней мере, в большинстве случаев они звучат очень прилично, и их включение даже в самый «вылизанный» тракт не вызывает сколь-либо заметной деградации. В придачу вы экономите на кабелях, что подтверждено экспериментом — замена дорогого симметричного кабеля XLO обычной студийной витой парой длиной 6 м абсолютно не ощущалась.

Практика AV #2/2001

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

×
Рекомендуем посмотреть