DIY: тёплый ламповый усилитель-фонокорректор RIAA MM
Привет, Хабр! Многие считают, что самая правильная запись звука — механическая, то есть на долгоиграющие виниловые грампластинки. А самые лучшие проигрыватели для винила построены на термоионных приборах, они же — электронные лампы.
На самом деле лампы просто позволяют минимальными схемотехническими средствами (хотя и с немалыми затратами времени, места и финансов) достичь хороших результатов.
Речь идёт не о точном воспроизведении фонограммы, а о специфических искажениях, благодаря которым в звуке преобладают приятные слуху чётные гармоники. То есть колебания с частотой, превышающей исходную в чётное число раз.
Ещё лампы напоминают о временах, когда жизнь была лучше. Теперь нам так кажется, потому что тогда мы были моложе, здоровее, всё было в новинку, оттого желанным и интересным. А самое главное — тогда взрослые обязанности, трудности и невзгоды лежали не на нас, а на взрослых, которые о нас заботились.
Благодаря заботе предприимчивых китайцев, на площадке Алиэкспресс мы можем купить себе много разных конструкторов, в том числе ламповых, чтобы немного побыть детьми.
Там я и заказала набор для сборки фонокорректора, DIY-комплект стабилизированного блока питания с двумя раздельными выходами анодного напряжения для правого и левого каналов усилителя, сетевой трансформатор для этого блока и двойные триоды ECC83, они же 12AX7. Это самая распространённая лампа в мире аудиотехники, и особенно гитарного усилительного оборудования.
Что удивительно, эта лампа не имеет полного советского аналога. Есть 6Н2П с очень близкими параметрами, но шестивольтовым питанием накала. Однако в советские времена ECC83 производились странами социалистического лагеря, потому в СССР их было много. Во всяком случае, мне они встречались часто.
▍ Рассматриваем набор
Площадки для пайки покрыты веществом, похожим на золото. Знакомство с процессом заказа печатных плат на китайских заводах даёт мне все основания полагать, что это действительно настоящее иммерсионное золото (ENIG), нанесённое при помощи химического осаждения на никелевый подслой. Такая забота о качестве продукта оставляет приятное впечатление.
Для аудиофилов и музыкантов ощущение качества компонентов аппаратуры бывает особенно важно. Оно дополняет ощущения при игре на инструментах и прослушивании фонограмм.
Электронные компоненты в комплекте впечатления также не испортили. Всеми любимые плёночные полиэтилентерефталатные конденсаторы WIMA, хорошие резисторы. Дешёвые, но качественные керамические ламповые панельки.
▍ Что такое фонокорректор
25 лет назад я переделала запасной усилитель воспроизведения для советского полупроводникового магнитофона Маяк 232 в эффект овердрайв, то есть перегруз для электрогитары.
Модуль требовал двухполярного питания, но это мне не помешало, так как имелся импульсный блок питания от неизвестного компонента (скорее всего, алфавитно-цифрового терминала) — устаревшей вычислительной машины, приобретённый на радиорынке. Терморезистора на входе у этого блока не было, потому в момент включения в электросеть прибор потреблял значительный пусковой ток, который заряжал накопительные конденсаторы. Говоря проще, при включении шайтан-машины моргал свет.
Магнитофоны Маяк имели интересную конструкцию. Отдельные блоки располагались перпендикулярно главной плате, как привычные нам платы расширения перпендикулярно материнской плате в персональном компьютере. Как и в системном блоке, модули магнитофона вставлялись в разъёмы без пайки.
Такая конструкция в мире магнитофонов не уникальна. Вот, например, фотография внутренностей немецкого аппарата Revox А77 производства 75-го года минувшего столетия.
Тогда этот звук мне понравился. И я захотела снова воспользоваться магнитофонным усилителем воспроизведения как основой для гитарного эффекта. В этот раз построить его на лампах, чтобы звучание было ещё красивее.
Этот мой опыт не уникален. История электрогитары знает ряд известных примеров, когда ламповый магнитофон успешно применялся для гитарного усиления. Неплохо звучит даже транзисторный.
Например, Ричи Блэкмор, гитарист групп Deep Purple, Rainbow и Blackmore’s Night долгое время применял магнитофон AIWA TP1011 в качестве не только эффекта эха-задержки (delay), но и предусилителя, бустера. Также магнитофонами пользовались как преампами Джимми Пейдж (Led Zeppelin) и Дэвид Гилмор (Pink Floyd). Их творчество вдохновило на создание гитарных педалей, имитирующих звучание магнитофонов.
Усилитель, который буду собирать и испытывать, не магнитофонный, а электрофонный. Но магнитные и механические способы записи звука имеют общие черты.
Чтобы ограничить размах колебаний записывающего резца, предотвратить потерю контакта с канавкой, а также чтобы не уменьшать плотность записи, низшие частоты ослабляются. А чтобы преодолеть инерцию резца и снизить уровень шумов, высокие частоты усиливаются.
Чтобы воспроизвести исходное звучание, то есть получить в результате линейную амплитудно-частотную характеристику, АЧХ канала воспроизведения грамзаписи, естественно, должна иметь обратный вид.
Движение иглы вдоль борозды на пластинке или движение магнитных частиц на плёнке мимо катушки звукоснимателя создаёт колебания. Чем выше частота колебаний, тем они быстрее. То есть тем выше скорость изменения мгновенного уровня отклонения иглы или индукции магнитного поля. Она же их первая производная.
Природа электромагнитных и магнитоэлектрических звукоснимателей такова, что именно эта первая производная, то есть быстрота изменения мгновенного уровня, создаёт выходной сигнал в виде напряжения. Поэтому более быстрое изменение, то есть более высокая частота, формирует более сильный сигнал.
В электрогитаре это уравновешено тем, что высокочастотные струны тоньше басовых. Поэтому их колебания слабее влияют на индукцию магнитного поля в катушке звукоснимателя. А в магнитофонах и проигрывателях грампластинок применяют электронную частотную коррекцию. То есть строят системы фильтров, обладающие определёнными частотными характеристиками.
Как видим из графиков, эталонные амплитудно-частотные характеристики проигрывателей магнитофонной ленты и грампластинок в значительной мере схожи. Поэтому будет интересно послушать, как звучит электрогитара, если включить её вместо звукоснимателя для винила.
Схема нашего предусилителя-фонокорректора соответствует стандарту RIAA MM, то есть для звукоснимателя с подвижным магнитом, moving magnet. Проще говоря, электромагнитного звукоснимателя. Игла в таком звукоснимателе механически соединена с магнитом, который колеблется внутри катушки индуктивности.
Если бы подвижной была катушка (MC, moving coil), а неподвижным магнит, как в динамических головках громкоговорителей, прибор назывался бы магнитоэлектрическим, а не электромагнитным.
Аудиофилы любят звукоснимающие головки с подвижным магнитом по причине возможности замены иглы. В случае подвижной катушки замене подлежит весь картридж, что гораздо дороже. Зато катушка имеет меньшую массу, следовательно, и инерцию.
Для громкоговорителей это особенно актуально, потому электромагнитные громкоговорители сегодня почти не используются. Если не считать противно пищащих зуммеров в источниках бесперебойного питания и пронзительных сигналов, применяемых на автомобилях и мотоциклах.
Что касается привычных нам с детства пьезоэлектрических головок звукоснимателей, применявшихся в советских электрофонах, в современной высококачественной аудиотехнике они не используются. Хотя и встречаются в дешёвых китайских сувенирных проигрывателях для тех, кто хочет у себя дома или на даче винил, и не хочет много платить.
Керамические пьезоэлементы из титаната бария появились в звукоснимателях электрофонов не сразу. Им предшествовали кристаллы сегнетовой соли, которые боялись нагрева выше 56 градусов Цельсия, а также влажности. Несмотря на недостатки, свои функции в старинных радиограммофонах они выполняли прекрасно.
Отдельные энтузиасты до сих пор выращивают кристаллы рошельской соли и создают на их базе звукосниматели, но это далеко не мейнстрим. Скорее, очень редкое хобби.
▍ Изучаем схему
На схеме фонокорректора видим три каскада. Два первых каскада построены по схеме с общим катодом. Подобно транзисторной схеме с общим эмиттером, они усиливают переменное напряжение.
Точнее, изменение потенциала сетки ведёт к изменению анодного тока. Которое, согласно закону Ома, приводит до изменения падения напряжения на резисторе анодной нагрузки. И, соответственно, напряжения на выходе каскада.
Конденсаторы между каскадами не пропускают постоянный ток и пропускают переменный, потому называются разделительными по постоянному току.
Третий каскад — это катодный повторитель, подобный эмиттерному повторителю на транзисторе. Он не усиливает уровень сигнала, зато имеет низкое исходное сопротивление. Это повышает выходной ток и избавляет от влияния ёмкости проводов и входного сопротивления следующих каскадов.
Между выходом третьего каскада и входом второго видим отрицательную обратную связь. Такой тип оборотной связи называется шунтово-последовательным. Мы уже рассматривали его в статье про самодельный гитарный фуз на кремниевых транзисторах. Эта обратная связь является частотнозависимой. Именно она создаёт амплитудно-частотную характеристику, которая требуется фонокорректору.
Прежде чем продолжать, следует напомнить, что эта схема питается смертельно опасным напряжением 250 вольт. Нужно быть осторожными.
Касательно анодного питания, на схеме видим три последовательных фильтра. Плюс питания выходного каскада соединён с общим проводом по переменному току конденсатором С3.
Второй каскад имеет очередной фильтр с резистором R11 и конденсатором C2. Далее следует фильтр R5 C1 для первого, входного каскада. Чем слабее сигнал, тем сильнее качество питания влияет на работу усилительного каскада. Поэтому предусмотрен такой трёхступенчатый фильтр.
На плате видим, что земля каждого из каналов соединена в одной точке. Это правильное разведение дорожек платы.
▍ Испытания
Левый и правый каналы фонокорректора я соединила последовательно. Переменный резистор является аттенюатором уровня сигнала, попадающего с выхода левого канала на вход правого. То есть это регулятор перегрузки или драйва.
В качестве усилителя мощности я воспользовалась маленькой китайской платой на микросхеме Philips TDA2030. Напряжение питания модуля 9 вольт.
Размах исходного сигнала перегруженного лампового усилителя достигает 160 вольт. Поэтому я предусмотрела последовательный резистор 1 мегаом на выходе.
Входное сопротивление усилителя мощности 10 кОм. Последовательный резистор 1 МОм ослабляет сигнал в 100 раз. Получается линейный уровень аудиосигнала, подходящий для подачи на вход интегрального усилителя мощности.
Если просто подключить гитару до входа такого усилителя, то он захлёбывается от басов. Выходит плохой фуз. Но если включить между электрогитарой и входом усилителя конденсатор ёмкостью 1 нанофарада, частотная структура перегруза, а с ней и звучание, улучшается.
▍ Выводы
Итак, мы услышали настоящий ламповый перегруз. Никаких полупроводниковых составляющих в сигнальном тракте, только лампы. Получился не лучший звук (хотя его можно применить для реализации определённых творческих замыслов), но это и не гитарный усилитель.
Чтобы получить настоящий гитарный усилитель, следует добавить к схеме хотя бы пассивный темброблок (tonestack), подчёркивающий специфические гитарные частоты. Это может стать темой следующего исследования.
Telegram-канал с полезностями и уютный чат
