Усилитель-корректор RIAA
В предыдущей статье я рассказал про проигрыватель Вега-ЭП-110-стерео. Мы рассмотрели его схемотехнику и начал рассказывать про его восстановление. В этой статье расскажу про создание нового блока усилителя-корректора с характеристикой RIAA.
Как всегда, я начну с небольшой экскурсии по теме.
RIAA и фонокорректоры.
Что такое фонокорректо и для чего он нужен? Что такое RIAA? Виниловые пластинки записывают не с равномерной АЧХ, а с довольно своеобразной. Она имеет сильный завал по низким частотам и достаточно сильно выходит в +db на высоких. Это из-за компромиссов между качеством записи и механическими возможностями записывающих систем. Например, низкие частоты требуют бОльший габарит канавки, из-за чего для нормального считывания габариты иглы должны быть больше, но тогда она начнёт хуже считывать более тонкие неровности — высокочастотные. И наоборот. Но золотая середина не даёт равномерной АЧХ. Что бы все пластинки были универсальны и проигрыватели тоже, был принят стандарт. Этот стандарт имеет название по аббревиатуре Recording Industry Association of America (Американская ассоциация звукозаписывающих компаний) RIAA. До RIAA были и другие стандарты, но они как-то отпали, а общепризнанным стал RIAA. Более подробно о истории можно почитать на википедии или разных тематических ресурсах про винил. Есть довольно интересные и курьёзные случаи с историей винила.
Ну и не могу обойти мимо то, что и в союзе были ГОСТы, есть на виниловую звукозапись и диски.
https://records.su/pubs/6672864918404634.pdf https://files.stroyinf.ru/Data2/0/4294799/4294799008.pdf
ГОСТы есть на всё!
Главное, что говорит нам стандарт RIAA: АЧХ записи имеет три перегиба, которые описываются формулами, либо в зависимости от времени 3180, 318 и 75 мкс, либо от частоты 50,05, 500,5 и 2122,1 Гц.
Первый перегиб = 3180 мкс, задаёт частоту подъёма низких частот = 50,05 Гц чтобы уменьшить низкочастотный шум.
Второй перегиб = 318 мкс, задаёт частоту раздела низкочастотной и среднечастотной областей = 500,5 Гц.
Третий перегиб = 75 мкс, задаёт частоту раздела среднечастотной и высокочастотной областей = 2122,1 Гц.
Вот картинка из интернета, какой АЧХ обладают пластинки и какой должен обладать усилитель, восстанавливающий её:
Так вот. Мы взяли пластинку и звукоснимающей иглой получаем с неё музыку, но она очень непохожа на знакомого исполнителя. Для восстановления АЧХ, приведения её к нормальной, ровной, нам необходимо сделать корректор-усилитель имеющий АЧХ обратную записывающей. То есть отразить её по вертикали. Кажется, задачка не сложная. Тем более формулы для этого всего есть.
Создание фонокорректора.
В предыдущей статье было рассказано про восстановление аппарата. Мне там сразу не понравились типы конденсаторов, а отличие некоторых номиналов от схемы намекнули на не очень добросовестный подход к сборке того времени. Так как всё равно мне предстояло менять некоторые подгнившие (в прямом смысле этого слова) электронные компоненты, будучи человеком не сильно далёким от электроники, решил всё сделать заново. И даже немного лучше.
Вообще говоря, в одном из изданий моего любимого art of electronics есть как раз разбор такого усилителя с вот такой характеристикой:
The Art of Electronics 2rd Edition
Для начала сформировал у себя в голове что конкретно хочется улучшить и что хочется иметь на выходе. Потом определился какие блоки Веги пока останутся не тронутыми. И после такого мысленного составления ТЗ приступил к работе.
Блок питания.
Трансформатор было решено оставить имеющийся, а вот стабилизатор напряжения изменить. Было принято решение немного лучше по-фильтровать напряжение и немного увеличить нагрузочную способность. Так как делается в единичном экземпляре для себя любимого, то можно на цену не сильно смотреть и не оптимизировать для серийного производства. Нарисовал схему стабилизированного блока питания. И даже на вырост, не со стабилитронами, как был до этого, а с линейными стабилизаторами. Мало ли какой я в будущем каскад туда захочу поставить. Может резисторов перед стабилитронами то уже и не хватит…
После была образмерена старая плата питания и в её габариты, на её посадочное место, разработал новую.
Для тех, кто не разрабатывает платы или остался далеко в прошлом, напомню, что сейчас двусторонняя плата стоит столько же сколько и односторонняя.
А заказывая их в Китае ещё и не надо платить за подготовку производства.
А вот и плата уже стоит на своём месте. Увы, но фото только такое осталось.
Усилитель — корректор.
Схема, кажется, максимально классическая. Первый каскад — сам корректор-усилитель. А вот второй уже далеко не часто встретишь в таких проигрывателях. Многие ограничиваются одним каскадом и экономят один ОУ. Когда делается один электронный блок, без видов на серию, могу позволить себе потратится на 2 корпуса DIP8 вместо одного. Тут мне захотелось иметь запас по усилению. Вот в чём дело. Выбранный, достаточно популярный для аудио схем ОУ, имеет полосу частот при единичном усилении до 10 МГц. Казалось бы, крути усиление до безумия, но вспоминаем, что с усилением то полоса будет падать.
Максимум могу закрутить на 800, не выходя из звуковой полосы с ровной характеристикой. Уровень с иглы звукоснимателя в лучшем случае 3.5 мВ. То есть 2.78В я получу на выходе. А запас по фазе? А если захочу на выходе уровень больше или нагрузка будет с некой ёмкостью, ну провода там всякие, или мало ли чего… Генератор не хочу получить взамен усилителя. В итоге считаю, что второй каскад не просто блажь, а вполне себе обоснованное решение. Далее докидываю на схему всякие компоненты: R1, R2 (кстати это универсальное место, куда и конденсатор поставить удобно), С33, С34, R15, R16, что бы была возможность поиграться в процессе отладки с разными вариантами.
В итоге получилась вполне универсальная схема.
Номиналы корректирующей цепи взяты из классики от Хоровица и Хилла, их немного изменил в процессе настройки.
Далее родная плата была образмерена. И по её контуру отрисована новая.
Тоже ничего особенного. Два слоя и выводные элементы. Почему выводные? Не знаю. Дома всё это есть и это всё достаточно хорошего качества. Одни только конденсаторы Wima чего стоят.
Вот и картинки в 3D подъехали.
А вот такую плату мне прислали из поднебесной.
Настройка.
Вообще процесс настройки мне показался самым увлекательным из всего этого интертеймента.
Как проверить, что я точно восстанавливаю характеристику? Тут есть несколько путей.
Не обязательно иметь измеритель АЧХ для того, чтобы измерить АЧХ. Вы можете составить план испытаний. Подключить к входу усилителя генератор. Выставить на обычном перестраиваемом генераторе нужное значение амплитуды выходного сигнала. И менять частоту сигнала на нём по шагам. Смотреть на выходе исследуемого прибора амплитуду выходного сигнала и каждый шаг отмечать в Excel. После этого просто построить там график. Для визуального соответствия масштаб стоит сделать логарифмическим. А ещё лучше по функции кривой RIAA построить референс и на него наложить измеренное.
А есть такие приборы как измеритель АЧХ. Он упрощает данную работу и сокращает время. Особенно радует, когда подбираешь какие-то компоненты и тебе не нужно пробегаться по всем точкам генератором для измерения новых результатов.
Наша цивилизация развивается по экспоненциальной (кажется) функции. И то, о чём в радиокружке я мог только мечтать, крутя ручки генератора, теперь у меня есть в приставке к ноутбуку (там и генератор, и осциллограф, и АЧХ, и спектроанализатор, и ещё что-то, всё в одном). А работа с маркерами совсем упрощает работу.
В итоге блок приобрёл следующую конфигурацию:
R11, R12, C33, C34 не установлены.
С21, С22 стали 1нФ, а С31, С32 стали 3,9нФ.
А вот настроенная плата стоит на своём рабочем месте.
Сам блок усилителя размещается внутри металлического экрана внутри корпуса.
Далее осталось ещё немного работы по внешнему виду и, если появится время переделать всё-таки блок управления скоростью. Не очень мне он нравится. А сейчас уже можно наслаждаться музыкой.
