DIY ради настоящего Hi-Fi. Часть третья: «Империя наносит ответный удар»

В комментариях к прошлым статьям (первая и вторая) многие высказались по поводу превосходства усилителя в классе – «Д» над усилителями, рассмотренными мной. Были высказаны мнения, что при прочих равных, изготовление усилителя в классе – «Д» проще, дешевле и звук обладает сравнимым (а некоторые утверждали, что превосходит) качеством. Так как в моих статьях я стараюсь показать, как сделать усилитель с нуля, а не собрать их покупных плат, приступим к созданию усилителя в классе-«Д».

Посвятив этой теме некоторое время и сравнив различные варианты, я пришел к выводу, что сделать DIY-еру сразу что-то типа n-Core Hypex – нереально. Для этого нужно долго и кропотливо изучать принципы работы таких устройств, что не для всех является приемлемым, как по временным, так и интеллектуальным затратам. Вывод из этого – обратить взор на микросхемные решения, коих в большом разнообразии представлено сейчас на рынке.  Почитав на профильных форумах отзывы по качеству звука и соотношении его к мощности, выбор пал на микросхему TPA3255 от Texas Instruments. Данная микросхема имеет 4ре встроенных усилителя в классе-«Д» и может выдать (при искажениях 10% THD+N на 4 Ом.) до 315 Вт на канал в стерео варианте включения (BTL конфигурации). Или 260 Вт при искажениях, не превышающих 1%.  Ширина питающего напряжения от 18 до 53,5 вольт. По заявлению разработчика, микросхема выдает высококачественное звучание (пару раз в datasheet проскальзывает слово HI-END) и является при этом очень энергоэффективной. Изюминкой данной микросхемы является возможность ее включения с цепью обратной связи (что дополнительно снижает и без того небольшие искажения).

***

— Темная сторона сильнее?
— Нет. Легче, быстрее, соблазнительнее.

© мастер Йода

Прочитав datasheet на микросхему, с оптимизмом приступил к изучению остальных брошюр производителя (благо их несколько и там много нужной информации), связанных с микросхемой, для построения своей платы. Зачем нужна своя плата — обязательно спросит в комментарии въедливый читатель. Ну, во-первых, потому что мне нравится все делать самому. Во-вторых, платы, изученные мной, мне не понравились как по топологии, так и по примененным комплектующим (тем более, что они продавались в сборе). Ну и платы, где все было хорошо с предыдущих точек зрения, имели не очень адекватный ценник. 

 После около десятка итераций возник финальный вариант платы (а также схема), который можно увидеть на рисунке ниже.

 

Ссылка на Gerber (для производства платы) хотя они никому и не нужны (поэтому эта часть будет, вероятно, заключительной).

Гнев, страх, агрессия! Это Тёмная сторона Силы. Легко приходят, но тяжела цена за мощь, которую они дают.

© мастер Йода

Пока с виду все кажется довольно легко и просто. Какие же подводные камни нас ждут при изготовлении усилителя класса – «Д»?

Начнем с того, что нам нужен блок питания. Его можно сделать как трансформаторным (как в случае классических усилителей звука), так и импульсным. Допустим, мы отдельно купим (а не сделаем с нуля), например, импульсный блок питания. В идеале нам нужна еще плата с фильтром C-R-C или даже С-L-C, на котором будут емкости основного питания, а также вспомогательного. Данная микросхема имеет три входа питания 12в., а также двух полярное (-12 в. — 0 +12 в.) стабилизированное питание операционных усилителей, инвертирующих входной сигнал, делая его дифференциальным, что необходимо для задействования всех четырех внутренних усилителей микросхемы (иначе в режиме BTL половина микросхемы будет не задействована). В идеале, если делать все питания отдельными стабилизированными, сложность блока питания приближается к сложности аналогичного блока питания ЦАП (там, правда, еще и стараются питать от разных обмоток трансформатора все питания). Но по заверению многих, такая сложность не требуется (разница не слышна) и все входы микросхемы, требующие +12 в. можно запитать от одного стабилизатора, не потеряв сильно в качестве звучания. Можно пойти дальше и запитать микросхемы ОУ также однополярным питанием, объединив с предыдущими, платой будет обязательное использование в цепи сигнала разделительных электролитических конденсаторов. Но охватив последние обратной связью, мы снизим до минимального, их негативное влияние на звук.

Вторым подводным камнем стало необходимость использования недешевых комплектующих в выходном фильтре усилителя: индуктивностей и конденсаторов. Причем есть их модификации с совсем неприличной стоимостью. Место их применения и качество критично влияет на звук.  Можно поставить дешевые колечки с тонким проводом (какие обычно на Алиэкспресс и ЧиД), а можно из спец. сплава, да намотанные плоским проводником, что значительно дороже, но и настолько же лучше по звуку (искажениям). Остальные качественные комплектующие тоже не повредят – здесь все, как и в усилителях класса — «АБ», рассмотренных мною ранее.

Следующий камушек – необходимость иметь приличное оборудование для пайки микросхем. Паяльная паста, паяльный фен или, что еще лучше паяльная станция с термостабилизацией – здесь просто необходимость. Как, впрочем, и прямые руки: работа по пайке микросхем с близким расположением выводных контактов — практически равна ювелирной, в отличии от пайки транзисторов (даже SOT-32).  

Еще один, довольно существенный камень – необходимость специфической защиты, способной работать с усилителями в мостовом режиме. Обычно защита от постоянного напряжения на выходе, способного поджарить динамики АС, работает относительно «земли». Можно, конечно, отказаться от нее совсем, положившись на то, что такого не случится или если случится, то микросхема умрет совсем, а не выдав вместо сигнала постоянное напряжение… Можно просто поставить на все 4-ре выхода по электролиту большой емкости, но, как Вы понимаете, в случае качественных акустических систем высокого уровня как первое, так и второе – неприемлемо. Одно дело ставить такое в «бумбоксики», цена динамиков, которых пару долларов, другое — где динамики в сто-двести раз дороже. Впрочем, тут даже не столько страшны электролиты на пути сигнала, сколько их размер и емкость. Емкость должна быть большой, чтобы конденсатором, как фильтром не отрезались самые низкие частоты. А качественный конденсатор большой емкости опять же не дешев.

Долго думал заказать или не заказывать платы, все время что-то корректируя исходный файл, наконец, решился — заказать. К тому моменту, когда платы пришли на Почту, как это часто бывает, интерес к проекту угас и переметнулся на другой.

И все же желание дописать эту статью, расставив все точки над «i» со временем победило. Собрав волю в кулак, я довел проект до стадии, когда возможно все отслушать и сравнить с тем, что есть у меня на данный момент. Как раз и уже давно купленный и лежавший без дела корпус пригодился.

Я сказал тебе правду. Правду — если смотреть на неё с определённой точки зрения. Многие из тех истин, которым мы доверяем, являются таковыми лишь тогда, когда мы придерживаемся определённой точки зрения. 

©   Оби-Ван Кеноби

     Подключив его на свой страх и риск в основную систему (как видите, блока защиты там нет, полностью положился на защиту, встроенную в микросхему), с известной долей скепсиса запустил первую композицию: «Titanium feat. Sia  — David Guetta, Sia».

     Хм… А ведь очень даже неплохо! Довольно качественное «взрослое» звучание. В целом звук «светлый» и слегка ярковат. Очень четкий артикулированный верхний бас, что, впрочем, для устройств этого класса довольно распространенное явление. Но TPA3255 делает это не выпячивая его, как, например, tpa3116d2, а ровно, аккуратно, в меру. Также усилитель прекрасно воспроизводит нижний (sub) бас. С чем, например, микросхемы LM3886 и TDA7293 не справляются от слова «совсем». Да и верхний бас у них не настолько передает энергетику удара (особенно, если у Вас напольные акустические системы с басовым динамиком большого диаметра). Здесь звук ближе к усилителю классической схемотехники (Apex AX-14), в который установлено две пары выходных транзисторов. С одной парой в нем бас тоже немножечко «размыт».

     После включил трек «Rihanna – Rehab». Все довольно прекрасно, единственное, услышал некоторое подчеркивание «сибилянтов». Так как на пути сигнала стоит однослойная керамика типа НП0, а не обычная многослойная, склоняюсь, что дело все же в работе самой микросхемы (возможно далекие моды несущей частоты накладываются на основную). Но возможно замена НП0 на пленку типа Wima FKP2 и устранило бы эту небольшую проблемку. 

     Следующим треком был «Cher — Strong Enough». Здесь ждал следующий сюрприз. Контральто Шер немного потеряло в мощи и наполненности, голос стал не то чтобы выше, низкие ноты не кажутся выше, тембр стал более женственен, но и легковесен. Аналогичная ситуация ждала меня с «Lana Del Rey — Doin Time», «Sade — Smooth Operator».

    Так как усилитель сравнивался с усилителем класса АБ достаточно высокого уровня (в магазинах ценники на такие начинаются от двухсот тыс. рублей), то, как итог всему, можно смело сказать, что усилитель получился достаточно хорошего уровня и подавляющее большинство меломанов он бы устроил полностью. Но и изготовление его не настолько простое, как усилителей, описанных в предыдущих двух статьях. Изготовив полностью самостоятельно такой усилитель, можно смело двигаться на следующий уровень и браться за цифроаналоговый преобразователь (DAC). Нечто вроде такого: