Навесной монтаж и печатные платы — битва продолжается
Этот спор вечен: Что лучше, point-to-point ручная работа или PCB платы в гитарных усилителях. Добро пожаловать на страницы нашего еженедельного (будем стараться) журнала о гитарном и не только звуке. Сегодня мы поговорим о плюсах и минусах в производстве гитарных усилителей тем или иным способом.
Надеюсь, что эта статья поможет вам более точно подойти к выбору и покупке своих усилителей. В этой статье будут затронуты такие важные моменты, как надёжность, уровень шума, лёгкость ремонта, а также 2 самых важных момента для любого гитариста — звук и цена.
Что такое PTP и что такое PCB?
Наверняка есть много людей, которые не слышали о PTP (point-to-point, навесной монтаж, ручная пайка) или PCB (printed circuit board, печатные платы). А может и слышали, но не придавали особого значения. Итак, приступим. PTP схемотехника — это именно то, что зашифровано в названии — точка к точке — соединение электронных компонентов между собой наиболее коротким возможным способом при помощи ручной пайки. Этого можно добиться несколькими способами.
В некоторых усилителях и эффектах компоненты спаяны между собой без помощи каких-либо плат, это так называемый “true” PTP монтаж, это довольно прочный способ, вывести из строя который довольно трудно. Другой способ PTP монтажа — при помощи специальных монтажных плат. По сути этот способ ничем не отличается от непосредственного соединения деталей между собой, просто в таком виде все более упорядоченно, к компонентам легче подобраться и при необходимости их заменить. В обоих случаях компоненты, которые монтируются на шасси усилителя: трансформаторы, разъёмы, ламповые панели соединяются с остальными компонентами гибкими проводами.
Печатную плату (PCB) впервые запатентовали в 1903 году, хотя широкое распространение она получила только после второй мировой войны. Основной идеей было заменить громоздкие схемы в радиоприёмниках более компактным решением. PCB служит не только для того, чтобы монтировать на неё электронные компоненты, но в самой плате также есть медные трассы — для соединения компонентов между собой. Через них передаётся электричество.
Преимущество печатной платы в том, что компоненты теперь не надо соединять последовательно один за другим в одну линию. PCB позволяет вам располагать компоненты в любом удобном вам порядке, система соединений для них уже будет продумана в самой плате. Само собой такой способ монтажа допускает более сложные схемы усилителей, чем в варианте с PTP. Первые печатные платы были однослойными (односторонними), это означает, что пайка проводилась только с одной стороны платы, куда собственно и подходила медная трасса.
Позже были придуманы многослойные платы. Соответственно, пайка с двух сторон платы и несколько различных трасс к 1 компоненту. Получается опять экономия места и более хитрые инженерные решения, к тому же такой способ позволяет компонентам более прочно прикрепляться к плате и делает усилитель в целом более стойким к механическим повреждениям и вибрации.
Итак, давайте взглянем на положительные стороны PTP монтажа. Такие схемы очень хорошо переносят невзгоды транспортировки, они прочные и надёжные. Прямое соединение компонентов между собой, либо при помощи монтажных плат, как правило, занимает довольно много места, особенно если речь о “true” PTP. Как только компоненты спаяны между собой, они образуют прочнейшее соединение, стойкое к вибрации. Опыт показывает, что такие усилители работают всю вашу жизнь. Возьмите любой старый Ampeg или Fender и взгляните внутрь. 90% соединений там могут работать 40 лет и больше без каких либо проблем!
PTP схема также позволяет соединять компоненты наиболее коротким способом из возможных. Если такая схема правильно спроектирована, и все компоненты и провода расположены правильно, между ними будет минимум перекрёстных помех и паразитных связей, что непосредственно скажется на звуке усилителя в лучшую сторону. Если же схема так себе — будет вам и шум и помехи и наводки по полной программе.
PTP монтаж предполагает кропотливую ручную работу, которую можно даже назвать искусством, компоненты с большой осторожностью и точностью соединяются между собой, соблюдаются правильные углы, параллели, при этом используется минимум проводов. И здесь дело не в гордости производителей, мол, смотрите как мы паримся над звуком (хотя, конечно, не без этого). Такой осторожности и дотошности есть причины.
Любые два электрических проводника, через которые идёт ток с разным напряжением, начинают взаимодействовать между собой, создавая сопротивление. Это та самая паразитная связь о которой упоминалось выше. Борьба с такими вещами и есть самое трудное в разработке и производстве такого рода усилителей, ведь важно сохранить чистое звучание.
Слишком сильные паразитные связи сказываются на звуке в худшую сторону, особенно это заметно в высокочастотном диапазоне. Вы можете заметить, что провода в PTP усилителях не просто висят как попало — это сделано именно для того чтобы избежать ненужных помех.
PTP усилитель легко чинить и модить. Компоненты легко выпаиваются с минимальными усилиями, монтажную плату при этом не надо демонтировать. Гитарные техники обожают такие усилители. Если схема хорошая, найти неисправность очень легко, устранить её — тоже. Также компоненты можно убирать и ставить обратно по нескольку раз, и это не скажется на схеме. Это очень важный момент для любого специалиста, который чинит или модифицирует ваш усилитель.
Но, конечно же, как и во всём, в PTP есть и минусы. Во-первых это цена. Хорошо сделанный PTP усилитель стоит не в 1 раз дороже, чем обычный. Их довольно долго собирают. Поэтому знайте, что дешевых и хороших PTP усилителей не бывает. Никто не станет париться над звуком за копейки, ведь это отнимает очень много времени.
Плохая схема PTP будет содержать полный набор косяков, от которых вашему звуку не поздоровится. Как вы уже догадались, большее время на сборку, работа руками а не конвейер, требуется очень квалифицированный специалист. Если спец неграмотный, все плюсы PTP улетучиваются. Деньги немалые, а толку ноль.
В итоге имеем стоимость крутого PTP усилителя, сделанного руками в 2-3 раза больше, чем его PCB версии. Ну и последний минус — вес таких усилителей. Как правило все они довольно тяжелые. Хотя, для кого-то это не проблема.
Итак, приступаем к печатным платам. Гитаристы не особенно их почитают, скорее мирятся с отсутствием денег на PTP. Есть разные теории типа стерильного звука печатных плат, больших помех и т.п. Взглянем же на плюсы и на минусы более пристально.
Самое важное преимущество PCB усилителей — их более низкая цена. Даже многие бутики идут на то, что выпускают несколько моделей своих усилителей или эффектов в вариантах с печатными платами (например, Cornford и Mad Professor), чтобы сделать свои продукты доступными большему числу людей. Такие усилители и эффекты можно выпускать большими тиражами, в сборке большей частью участвуют машины. Людской труд минимален. Меньше себестоимость, больше усилителей, цена ниже. Покупатель доволен.
PCB усилители звучат идентично, тогда как PTP варианты из-за того что сборка ручная, всё-таки слегка различаются между собой, так как невозможно идеально воспроизвести ручной труд. Не скажу, что это плохо, но, по крайней мере, вы предупреждены. Другой важный момент — это однородность контактов компонентов с платой. При массовом производстве используется т.н. пайка волной припоя — это когда все компоненты припаиваются в один и тот же момент времени. Соединения получаются одинаковые.
А теперь давайте представим что у нас две PCB платы — хорошая и плохая. Плохие писибишки — не такая уж редкость, как бы нам хотелось. Отчасти это именно их вина в том, что многие считают PCB не вариантом для себя. Тем не менее, хорошо продуманная плата при надлежащей сборке будет звучать так же хорошо, как и навесной монтаж, причем каждый последующий экземпляр будет полной копией предыдущего.
Хорошие платы PCB имеют сквозные отверстия для компонентов, они более толстые и трассы также более массивные. Хороший пример дорогого PCB усилителя — Soldano SLO. Такая конструкция надёжна, и крайне маловероятно она разболтается. Тощина плат имеет значение. Хорошая PCB плата как правило толщиной 1/8”, трассы массивные и в принципе способны выдержать большее напряжение, чем нужно для нормальной работы усилителя. И конечно же, никаких помех и паразитных наводок в хороших PCB усилителях нет.
ОК, теперь о минусах. Очень важный момент — многие производители пытаясь снизить свои издержки, перешли к монтажу всех деталей на платы, то есть разъемов для ламп, потенциометров, входов и т.п. Минимум проводов, максимум полуфабрикат. Это проблема. Разъёмы для ламп нагреваются, нагревают схему.
Со временем все эти перепады температур от включения и выключения усилителя ведут к появлению трещин в пайке, что вам может сильно аукнуться на важном концерте в чужом городе. Дешевые пластиковые разъёмы для джеков обычно монтируются напрямую на плату. В PTP вариантах как правило используются хорошие массивные металлические разъёмы.
Вход в усилителе — это наверное самое часто используемое место после кнопки power и stand by. Естественно, со временем это даст о себе знать. Пластиковые разъёмы бывает ломаются, причем настолько неудачно, что вместе с ними ломается часть платы.
Чтобы PCB звучал бесшумно и работал без проблем, нужна хорошо продуманная схема. Конечно же, само расположение компонентов здесь играет важную роль, но не менее важна трассировка на плате во избежание паразитных взаимодействий между компонентами. Это не так просто, как может показаться.
Здесь нужен инженер, хорошо разбирающийся в аналоговых схемах. При массовом производстве усилителей всё посчитает программа. К сожалению, большинство таких программ рассчитано на цифровые схемы, они не учитывают возможные проблемы при производстве аналоговых приборов. Если инженер ошибся при разработке, вся серия получится полным г.
И наконец, платы PCB, как правило, делают из стеклоэпоксидных материалов. Как уже упоминалось выше, желательно чтобы плата была толстой с массивными разводами для компонентов, однако у производителей бывает другое мнение на этот счет. Большинство бюджетных вариантов делается с платами толщиной 1/16”, плюс платы сами по себе довольно длинные.
Если при установке платы в усилитель конструкция не позволяет сделать это без перегибов, это чревато разломом платы, ну или на крайняк — трещинками в неожиданных местах. Особенно если вы усилитель таскаете с собой. Само собой, это не то, за что вы платите деньги. Если плата сломается — усилитель можно выбрасывать.
Конечно, есть техники-ремонтники, которые, в принципе, могут такие трещины залечить и вернуть ваш драгоценный усилитель к жизни, но никаких гарантий о том что это больше не случится вам никто не даст и скорее всего повторный ремонт уже будет невозможен.
В заключение хочется сказать, что есть хорошее и там и там. Классный PCB усилитель будет звучать просто замечательно, так что вы даже не задумаетесь о том, что у него внутри. Есть ли смысл гоняться за PTP? Если есть деньги, то почему нет. Такой усилитель прослужит вам всю жизнь, а не это ли идеальная покупка?
С другой стороны можно дрожать за свои винтажные комбики, а можно играть на том, что не жалко потерять. Каждый решает сам. Надежные PCB усилители есть и их немало. Одно лишь правило остается неизменным — не стоит экономить на своём звуке. Чудес не бывает.
Если вы собрались покупать дорогую вещь, обсудите это с коллегами, узнайте мнение профессионалов и технарей. Хорошая вещь прослужит вам долго и будет радовать вас своим звуком не один год. За это мы и любим классные усилители — на них хочется играть снова и снова. Удачи вам в поисках своего звучания!
Источник
Усилитель для наушников, чуть сложнее
Проапгрейдил недавно компьютер на LGA2011, на коробке от относительно недешевой платы красовалась надпись «супер пупер звук, 110Дб вся фигня». Отлично подумал я, хороший звук никогда не помешает. Следующие 2 дня я неистово гнал железо, и все было хорошо. А потом вернулся к обычной работе, и естественно, к рабочей музыке. Тихо. Нет. ТИХО! 100% громкости едва хватало для комфортной громкости с моими обычными 32-х омными наушниками (Sennheiser HD 448, отличающихся не самой высокой чувствительностью), а если запись была сделана с низким уровнем сигнала — то хоть волосы вырывай.
От безысходности начал было даже слушать через bluetooth A2DP адаптор, но само собой и качество и аккумуляторы (
6 часов) вгоняли в печаль…
Стало ясно что жить так больше нельзя.
Но отступим на 3 месяца назад: Покупал я детали для моего MP3-плеера в terraelectronica, который должен был наконец заменить мой iPod, и проходясь по списку микросхем для аудиотехники (сортировка по наличию и цене) увидел в начале списка MAX9724 по феноменальной цене в 7.78 рублей. Хоть это и был специализированный усилитель для наушников, мне он по тому проекту был не нужен — купленный аудиокодек уже выдавал сигнал нужного для наушников уровня. Ну, решил я, куплю про запас штучек 5, мало ли где пригодится, тем более с такой ценой…
Итак, наши Design goals для усилителя
1. Все должно собираться из того что есть, чтобы решить проблему «сегодня» (супердорогие операционные усилители отпадают)
2. Питание строго от USB, никаких нестандартных блоков питания и тем более батареек
3. Качество должно быть лучше того, что может услышать человек
4. Как следствие из пункта 3 — конденсаторы на пути аудио-сигнала — это проблема (хоть и решаемая). Пленочные конденсаторы дорогие и редкие, а с электролитами тут всегда непросто.
5. Отсутствие потенциометра регулятора громкости — они шумят (при вращении / просто от старости) и вообще ненадежны.
Существующие конструкции:
1. Вот например недавняя статья Усилитель для наушников просто и быстро — в статье тактично опущен вопрос с питанием 🙂 Также, после чтения соответствующих статей понятно, что на операционных усилителях строить нормальные усилители не просто — много нюансов (впроде самовозбуждения, смещения 0, входящего тока и ограничений на входное сопротивление). Ну и в целом — операционные усилители требуют двухполярного питания, из USB его делать — нужна еще одна микросхема и отладка.
2. USB-ЦАП также отпадают из-за доступности и в целом «железная» звуковая карта мне больше нравится.
3. Готовые портативные усилители — помимо ожидания, нужно верить, что там внутри ни на чем не сэкономили. Кстати чип внутри этого FiiO E3 — функциональный аналог того что у меня, разница в том, что MAX9724 может от 5В работать, а LM4917 — 3.3В максимум (что также ограничивает применимость для 300-омных наушников).
Решение
Очевидно, я достал свою MAX9724 — содержит внутри генератор двухполярного напряжения (делает -5В из 5В) и 2 операционных усилителя, заточенные под усиление звука. По качеству — искажения THD+N по типовой схеме включения в моих условиях порядка 0.04% (не каждый услышит искажения даже в 0.5%). Схема не требует наличия конденсаторов на выходе, т.к. сигнал усиливается сразу «относительно земли» — что резко снижает количество возможных мест потери качества.
Этот уровень искажений (0.04%) можно еще снизить — в типовой схеме 2 конденсатора генератора отрицательного напряжения с номиналом 1мкф, и по графику при повышении емкости до 2.2мкф существенное снижение искажений. Я поставил около 20мкф керамических конденсаторов во все 3 места (генератор напряжения + питание), и думаю могу рассчитывать на параметры лучше, чем в типовой схеме
Схема простая как валенок. Стоит обратить внимание только на резисторы, они задают коэффициент усиления, в данном случае 2 (20кОм/10кОм). Если у вас наушники на 150-300 ом, можно поставить 40ком вместо 20, тогда максимальный размах сигнала на выходе усилителя будет 8В, чего должно хватить с запасом. Также на схеме в даташите указаны конденсаторы на входе — их я убрал, т.к. из моей звуковой карты уже идет сигнал относительно нуля, и срезать лишние низы/вносить искажения конденсаторами мне ни к чему. Как результат — усилитель усиливает сигналы от 0Гц (но конечно звуковая карта имеет свои ограничения).
Односторонняя разводка тривиальна, стоит обратить внимание только на 2 перемычки, а также то, что разъемы USB и аудио на «обратной» стороне платы.
Собираем
Микросхема хоть и выглядит хардкорной, легко паяется с помощью магии поверхностного натяжения (все мажем жидким флюсом ЛТИ-120, и припой сам залезает только на ножки). Конденсаторы тут со сломанного компьютерного железа — в аудиотракт их конечно ставить нельзя, но для питания все ок. В каждое из трех мест — кучка больших (по 4.7-10мкФ), и 1 маленький (0.1мкФ) — чтобы их резонансные частоты не совпадали.
Схема получилась весьма компактная. Конденсатор в центре — подключен на питание 5В от USB. При подключении к порту компьютера 1000мкФ конечно перебор, стандарт разрешает только 10мкФ, но обычно все работает.
Высокотехнологичный корпус из изоленты. Изначально плату делал под термоусадочную трубку — но буквально миллиметра не хватило, не влезло. Ну, тем не менее, мне нравится.
Цена вопроса
30 рублей макс.)
Разъемы — 0 (если покупать,
20-30 рублей )
Изолента для хайтек корпуса — 1 рубль
Итого — это ровно 11.06 рубля для меня, и порядка 61.06 рублей если все покупать 🙂
Результаты
Конечно, я сразу наткнулся на известную проблему: при работе с аудио к одной земле нельзя подключаться в двух местах (земля USB и земля звукового разъема). В этом случае по земле пролазят помехи, которые отфильтровать невозможно, и никакой стабилизатор питания тут не поможет. (проблема в том, что у USB — свой уровень земли, у звука — свой, и у нашей платы свой. В зависимости от потребляемого тока земля приподнимается везде по разному и это дает неустранимую помеху).
Решить эту проблему можно или избавившись от звукового подключения (USB DAC) или от питания (аккумулятор или другой блок питания). Использование блока питания с USB выходом меня полностью устроило в связи с тем что они везде есть и стандартны.
Конечный результат — выше любых ожиданий. Никаких нареканий на качество, абсолютный 0 шума, комфортный уровень громкости — от 22 до 40%, и запас для «вытягивания» тихих записей. Звук смачнее (главное помнить, что басы тут от 0Гц) и все такое, да и вообще — аудиодевайсы сделанные своими руками всегда особенно хорошо звучат 🙂
От готовых китайских девайсов (вроде того-же FiiO E3) отличает более низкая цена (sic!), сборка с комплектующими «с запасом», отсутствие конденсаторов в аудио тракте, большая мощность при работе с высокоомными наушниками (300 Ом) за счет более высокого напряжения питания ну и качество звука в теории обещает быть выше (на практике я бы вероятно не услышал разницы).
PS. Как я выше упоминал — усилитель нужен не для того чтобы портить себе слух сверхвысокой громкостью (не говоря уже о порванных наушниках ), а для раскачки «тяжелых» наушников с низкой чувствительностью, если выход звуковой карты слишком дохлый. Ну и тихие записи / фильмы вытягивать без софта…
PS2. Отрыв плюсов от «добавлено в избранное» в 4 раза, рекорд 🙂
Источник