Датагор усилитель для наушников

Усилитель для наушников Джона Л. Худа в классе А на базе клона китайского клона

Появление этого проекта связано с тем, что на смену вышедших из строя стереонаушников ТДС-5 я наконец-то приобрел новые, да не одни, а сразу пару: Sennheiser HD-595 и Beyerdynamic DT770 PRO 250 Ohm . Обе модели очень удобны для прослушивания, обладают великолепным сбалансированным звучанием, звук Sennheiser HD-595 чуть «поярче», чем у Beyerdynamic DT770 PRO.

Слушал усилитель для студийных головных наушников, разработанный Питером Смитом и опубликованный в английском журнале Everyday Practical Electronics №3 за 2008 год. [1]. Эта конструкция собрана на прекрасно зарекомендовавшем себя у любителей звука операционном усилителе OPA2134 фирмы Burr — Brown с умощнением на двухтактном комплементарном эмиттерном повторителе в классе АВ.

Естественно, возникло желание познакомиться с достойной конструкцией в классе А и сравнить звучание двух усилителей.

Содержание / Contents

↑ Преимущества наушников по сравнению с акустическими системами

Головные телефоны (наушники) применяются в бытовой аппаратуре как средство высококачественного воспроизведения звука. Наушники способны подменить высококачественные акустические системы при гораздо меньших материальных затратах.

Параметры некоторых наушников для домашнего прослушивания приведены в табл. 1. Следует заметить, что чувствительность (эффективность), заявленная у ряда моделей наушников, несколько завышена.

Я очень люблю слушать на наушники только что приобретенный альбом, получая удовольствие от действительно замечательной музыки или разочаровываясь от неудачных покупок.

По сравнению с акустическими системами наушники имеют лучший стереоэффект, эффективно воспроизводят звуковые сигналы, начиная с частоты 10…20 Гц. На первый взгляд незначительная разница в нижнем пределе воспроизводимых частот на «каких-то» 15…30 Гц коренным образом влияет на качество звучания.

Кроме того, частотные характеристики наушников в отличие от акустических систем не страдают механическим резонансом в области низких частот и имеют значительно более сглаженные характеристики. Вносимые наушниками нелинейные искажения в исходный звуковой сигнал существенно меньше, чем в акустических системах, что делает их звучание чистым и прозрачным.

Список достоинств наушников можно продолжать далее. Это возможность обеспечения звукового давления, соответствующего исходному звучанию фонограммы при небольшой подводимой мощности, лучшая переходная характеристика, отсутствие помех для окружающих людей и др.

Итак, головные телефоны не заменяют акустические системы, но позволяют создать комфортные условия прослушивания при неблагоприятной окружающей обстановке.

↑ Требования к усилителю

Следует отметить, что прямое подключение телефонов вместо акустических систем недопустимо, поскольку может легко привести к серьезной травме органов слуха, а также выходу из строя телефонов. Внимательно ознакомьтесь с публикацией [2].
Рисунок 1 приведен для того, чтобы подчеркнуть основной недостаток подключения головных телефонов к усилителю мощности через резистор сравнительно большого сопротивления, а именно: коэффициент демпфирования подвижной системы оказывается недостаточным, что отрицательно сказывается на амплитудно-частотной характеристике и качестве переходной характеристики звуковоспроизводящей системы. Напомню, что коэффициент демпфирования – это отношение импеданса телефонов к выходному импедансу усилителя.

Хотя стандарты DIN и указывают минимальное значение этого параметра, равное 1/3, на практике влияние выходного сопротивления усилителя перестает сказываться при коэффициенте демпфирования более 4…10.
С улучшением качества наушников возникла потребность в отдельном усилителе, позволяющем в полной мере реализовать возможности этих звуковоспроизводящих устройств.

В настоящее время на смену низкоомным телефонам (4, 8 или 16 Ом) пришли высокоомные головные телефоны (встречаются 32, 64, 100, 200, 400, 600 Ом и более), ранее выпускавшиеся исключительно для применения в профессиональной аппаратуре. Нетрудно подсчитать, что с учетом максимально допустимого для нашего слуха звукового давления 120 дБ требуется выходная мощность порядка сотни милливатт (напряжение 2…8 В на нагрузке 32…600 Ом соответственно).

Известно, что наибольший прогресс в звуке наблюдается при переходе к усилению в классе А, что в первую очередь обусловлено особенностями работы выходного каскада.

Существуют три основных разновидности искажений в выходном каскаде:
1) переходные искажения,
2) искажения переключения и
3) искажения на большом сигнале.

При максимальном уровне сигнала КПД выходного каскада в классе А приближается к 50%. Здесь возможен третий вид искажений на пиках музыкального сигнала.
Для обеспечения гарантированной отработки музыкальных пиков максимальный уровень сигнала должен быть уменьшен, что приводит к необходимости повышения рассеиваемой мощности выходного каскада.
В этом случае выходной каскад в классе А может, например, рассеивать 2,4 Вт для подачи 0,8 Вт на стереотелефоны. При этом номинальный уровень прослушивания не должен превосходить половину этой мощности, т.е. 0,4 Вт.
Для усилителей в классе А необходимо субъективное прослушивание, поскольку довольно часто случается, что возникающие искажения динамического диапазона более заметны на слух, чем обычные уровни переходных искажений усилителей классов В и АВ.

↑ Усилитель JLH на базе клона китайского клона «JLH Class A Headphone amplifier PRE AMP KIT DIY»

Просматривая форум датагорского портала, я наткнулся на обсуждение этого усилителя, скачал печатную плату и изготовил конструкцию, внеся в нее минимум изменений (в основном связанных с приобретенной элементной базой) [3, 4].

Схема, приведенная на рис. 2, повторяет известную схему Джона Линсли Худа (John Linsley Hood — JLH) образца 1969 года [5, 6]. Ее основой служит фазорасщепляющий каскад, работающий на выходной усилитель мощности в классе А (рис. 4).

Все транзисторы VT1 — VT3 функционируют в активном режиме и охвачены местной ООС в каскаде на VT1, возникающей из-за шунтирования перехода база – эмиттер VT3 резистором R1.
Выходной каскад даже в таком виде, без охвата общей ООС, обладает высокой линейностью, термостабильностью и коэффициентом гармоник менее 0,1%. Убедиться в этом на практике позволяет, например, конструкция нашего уважаемого согражданина Михаила Сапожникова [7]. Смотрите также форум датагорского портала [8].

↑ Исходная схема JLH

Отличий немного, большинство из них призвано улучшить потребительские свойства усилителя. Во – первых, в схеме набора увеличено входное сопротивление усилителя до 220 кОм против 47 кОм у оригинала.

Во – вторых, введена регулировка потенциала средней точки, для чего установлен стабилитрон VD1 и подстроечный резистор R2. Сопротивление резистора R4 уменьшено до 2,2 кОм по сравнению с 3,3 кОм у оригинала.

В – третьих, наряду с использованием оксидных конденсаторов с низким ESR, выполнено их шунтирование полипропиленовыми или поликарбонатными конденсаторами. Хорошие результаты дают металлизированные полипропиленовые конденсаторы серии CBB21, металлопленочные полиэтилентерефталатные конденсаторы серии CL21, или миниатюрные металлопленочные серии CL21X.

У меня были опасения, что входное сопротивление усилителя 220 кОм, определяемое резистором R1, сделает его восприимчивым к помехам, наводимым во входном кабеле и к внешним электромагнитным полям трансформатора блока питания. Но в силу низкого выходного сопротивления источника сигнала и экранированному входному кабелю этого не произошло.
Поскольку на входе усилителя установлен регулятор уровня, желательно, чтобы результирующее входное сопротивление оставалось на уровне 10 кОм. Поэтому сопротивление резистора R1 может лежать в диапазоне 100…220 кОм.

↑ Детали, монтаж и налаживание

Сначала я установил 11 перемычек из медного луженого провода диаметром 0,7 мм, затем постоянные резисторы и диоды, потом конденсаторы, транзисторы, и, наконец, разъемы, сдвоенный переменный резистор, транзисторы и микросхемы, размещаемые на радиаторах. «Прошел» по всем резисторам и убедился в соответствии их номиналов схеме.
Первое включение прошло не так гладко, как бы хотелось. Оказался бракованным стабилизатор отрицательного питания, который сильно грелся и выдавал -1,8 В вместо положенных -12 В. Замена микросхемы 7912 исправила положение.
Ноль на выходе устанавливается подстроечным резистором R2 (R2′) после 15…20 минутного прогрева и от включения к включению усилителя держится на уровне ±4…6 мВ, что нормально. Все налаживание собственно и сводится к установке нуля и проверке тока выходного каскада по падению напряжения на резисторе R12 (0,64 В).
«Погонял» усилитель от синусоидального генератора звуковой частоты на эквивалент нагрузки – резистор 33 Ом, 2 Вт. Никаких следов самовозбуждения и неустойчивой работы усилителя нет.
При подаче треугольного сигнала на вход усилителя и медленном увеличении входного напряжения ограничение выходного сигнала на экране осциллографа происходит симметрично.

↑ Материал для прослушивания

сформировался почти стихийно и состоял из 10 компакт – дисков:
1. Dire Straits. Communigue. Vertigo 800 052-2.
2. Pink Floyd. The final cut. CDP104.
3. Robert Plant – 1993. If I Were Carpenter (Fontana, 858 091-2, CD Single).
4. Roger Waters. The Pros And Cons Of Hitch Hiking. CK 39290.
5. Валерий Ободзинский. Эти глаза напротив. MEL CD 60 00351.
6. Владимир Кузьмин. Небесное притяжение. SZCD 0373-95.
7. Мусоргский М. Картинки с выставки. Дирижер Евгений Светланов. SUCD 10-00139.
8. Аудио Магазин. Тест – CD1. DL-024.
9. ABBEY ROAD NOW!
10. Faith No More — Introduce Yourself. Slash, Rhino, R2 79940, USA

Последние два диска из приведенного списка скачаны из Интернета в losless формате, в ознакомительных целях :yes: .

↑ Аппаратура

Проигрыватель компакт – дисков (ПКД) Marantz CD5003, внешний ЦАП (DAC) Cambridge Audio DacMagic100, датагорский внешний USB Hi-Fi Audio DAC Goldsmit на PCM2702 (Игорь «Datagor», спасибо!) и ноутбук Toshiba Satellite A200.

↑ Прослушивание и вердикт

Чувствительность усилителя избыточна для нынешней радиоаппаратуры.
Для современных аудиоисточников с уровнем выходного сигнала 0,775…2 В достаточен коэффициент усиления Ku=4…10 (R8=510 Ом…1,6 кОм).
При подключении к бытовой аудиоаппаратуре с выходным напряжением 0,25…0,775 В чувствительность можно повысить, установив коэффициент усиления Ku=10…32 (R8=150…510 Ом). При этом если сопротивление резистора R8 обратной связи окажется менее 470 Ом, целесообразно увеличить емкость конденсатора С8 до 330 мкФ.
Вначале подготовил усилитель для наушников Питера Смита к корректному сравнению. Поскольку единственное различие между классами усиления выходного каскада А, АВ или В заключается в значении тока покоя, увеличил его с 15 мА до 75 мА и перешел от класса АВ к классу А.
Прослушивание превратилось в занимательное занятие по перебору вариантов комплектации системы звуковоспроизведения:
• ПКД CD – дисков;
• ПКД CD – дисков + внешний ЦАП;
• ПКД DVD– дисков + внешний ЦАП;
• Компьютер + внешний ЦАП и др.
С ходу сделать выводы о явных отличиях рассматриваемых усилителей сделать не удалось. Каждый из вариантов системы звуковоспроизведения имел свои нюансы звучания, но полностью меня устраивал.
На вопрос, стоит ли собирать данный усилитель, ответ однозначен – собирать! Реализация качественного усилителя для наушников не требует больших затрат.

↑ Объект сравнения – усилитель для наушников от Питера Смита

Немного об усилителе для студийных головных наушников, разработанным Питером Смитом, рис. 6. Он предназначен для эксплуатации с 32-омной нагрузкой (200 мВт при коэффициенте гармоник 0,001% и динамическом диапазоне 120 дБ), но при необходимости может работать на любые телефоны сопротивлением от 8 до 600 Ом, обеспечивая выходную мощность 575 мВт на 8 Ом, 700 мВт на 32 Ом и 130 мВт на 600 Ом.

Основа усилителя – микросхема ОУ OPA2134 в неинвертирующем включении с умощнением на двухтактном комплементарном эмиттерном повторителе VT2, VT4.
Начальный ток коллектора умощняющего каскада выбран на уровне 15. 20 мА, для его стабилизации используются генераторы тока на транзисторах VT1, VT3 и светодиодах красного свечения, формирующих напряжение смещения на базах источников тока. Диоды VD1 — VD4 ограничивают токи коллектора транзисторов VT2 и VT4 на уровне 300 мА, выполняя функцию защиты от коротких замыканий в нагрузке.
Коэффициент усиления задается резисторами R1 и R2:
KU=1+R2/R1=2 (6 дБ).
Цепь Зобеля (10 Ом, 47 нФ) и элементы Буше (4,7 мкГн, 47 Ом) на выходе не допускают самовозбуждения при значительной реактивной составляющей сопротивления нагрузки.
Все детали усилителя размещены на печатной плате размером 134х103 мм.

↑ Файлы по усилителю JLH

Желающие могут взять печатную плату усилителя JLH в layout:
🎁part_1.zip 61.57 Kb ⇣ 248

↑ Заказываем клон JLH он-лайн!

↑ Список цитируемых источников

1. Smith P. Studio Series – Stereo Headphone Amplifier. A Top – Class Unit For Audio Enthusiast! // Everyday Practical Electronics, 2008, №3, p. 12 – 20.
2. Носов В. О «вредном звуке» // Радио, 2001, №11, с. 14, 15.
3. JHL Class A Headphone amplifier — Радиофорум у Датагора
4. Усилитель JLH класса А для наушников
5. Васильев В.А. Зарубежные радиолюбительские конструкции. – М.: Радио и связь, 1982. – 96 с. (с. 14 – 16).
6. Дайджест // Радиохобби, 2004, №3, с. 12, 13 (Памяти Джона Линсли Худа. Усилитель образца 1969 года).
7. Простой усилитель для наушников на КТ315Б. Датагорская статья.
8. Усилитель JLH низковольтный. Форум у Датагора.

↑ Дополнения

Фильтр защиты от электромагнитных помех — фабричный, например, типа EMI Filter 03 ME 3D, 110/220V, 3A, 50/60Hz. Снабберный конденсатор 0,033 мкФ на рабочее напряжение 250V типа MKP X2. Его можно заменить на 0,033/1kV К78-2 или 0,033/1,6kV К78-2.
Для монтажа входных цепей рекомендую экранированный аудио кабель 2х2×0,14 Shielded Flat Cable OFC.

Конструкцию желательно разместить в металлическом экранирующем корпусе из дюралюминия или стали.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.

Источник