W poszukiwaniach perfekcyjnego dźwięku

Wzmacniacz słuchawkowy klasy Hi-End

Z ostatniej chwili! Wzmacniacza będzie można posłuchać na Spotkaniu forum Head-Fi w Londynie 27 kwietnia 2013.

Tak jak już pisałem w ramach oderwania się od pracy zawodowej postanowiłem w ramach relaksu zrealizować zamiar, z którym nosiłem się już od dawna. Chodziło o zbudowanie dobrego wzmacniacza słuchawkowego, który umiliłby mi godziny pracy przy komputerze oraz pozwolił w pełni wykorzystać potencjał wyśmienitych słuchawek jakimi są HD-650 Sennheisera.

Jako że jestem zapalonym audiofilem, wymagania jakie postawiłem sobie podczas projektowania były bardzo wysokie. Wzmacniacz słuchawkowy miał służyć do podniesienia mocy sygnału produkowanego przez kartę dźwiękową PC-ta jednocześnie wprowadzając znikome zniekształcenia i szumy. Kartą o której mowa to Prodigi HiFi 7.1, całkiem imponująca parametrami koreańska produkcja, z czterema niezależnymi wyjsciami, opartymi na wzmacniaczach operacyjnych, które można wymieniać. Niestety jak w większości konstrukcji wyjście słuchawkowe kończy się na wzmacniaczu operacyjnym, który, co jest znanym faktem, nie jest w stanie zapewnić odpowiedniej mocy wyjściowej dla słuchawek, nawet nie tak bardzo wymagających jakimi są np. Sennheiser HD600 czy HD650.
Wzmacniacz, który tu widać zaprojektowałem i zbudowałem od zera w 8 tygodni. Jego zadaniem było zapewnić niewielkie wzmocnienie napięciowe (maximum 4x) oraz odseparować wyjście wzmacniacza operacyjnego od obciążenia. Początkowo nie wiedziałem jeszcze jaki dodatkowy parametr jest bardzo ważny w tego typu konstrukcji. Wręcz najważniejszy.
Ale o tym za chwile.

Parametry techniczne:
Moc wyjściowa:	2x8W
Moc wyjściowa (klasa A):	2x2,3W
Liczba wejść:	1 (CINCH)
Liczba wyjść:	2 (mini-Jack, Jack)
Maksymalne obciążenie wyjściowa (±10V i THD <0.1%):	25Ω
Obiążenie wejściowe:	10kΩ
Impedancja wyjściowa (30Ω-300Ω) 20Hz-20kHz:	0.097-0.096Ω (5%)
Zniekształcenia harmoniczne THD:	0.0004-0.0018% (*)
Zniekształcenia harmoniczne plus szum THD+N:	0.0015-0.0061% (**)
Zniekształcenia intermodulacyjne IMD:	<0.0033%
Obwody zabezpieczenia:	Opóźnienie załączenia słuchawek i przeciwzwarciowe
Pobór prądu:	9W

Konstrukcja

Zasilacz wzmacniacza oparty jest na wspólnym transformatorze toroidalnym oraz wstępnym układzie prostującym, po którym zasilanie i pozostała część wzmacniacza jest już całkowicie rozdzielona. Dalej zasilacz dla każdego kanału dysponuje osobnym filtrem dolnoprzepustowym drugiego stopnia, stabilizatorami opartymi na układach LM337 oraz LM317, których napięcie wyjściowe jest dodatkowo wygładzane za pomocą serii kondensatorów elektrolitycznych oraz kondensatorami MKP firmy WIMA.

Tor audio rozpoczyna się od potencjometru BLUE ALPS 10kΩ. Sygnał z wyjścia potencjometru trafia od razu do wzmacniacza operacyjnego AD797, który znany jest w środowisku konstruktorów sprzętu audio jako jeden z najlepszych wzmacniaczy dostępnych na rynku. Posiada rekordowo niski poziom szumów oraz bardzo niskie zniekształcenia harmoniczne. Wzmacniacz ten steruje pare komplementarnych tranzystorów pracujących w trybie push-pull. Są to SD669 oraz SB649 firmy HITACHI, obecnie bardzo trudne do dostania ale maja znakomite parametry: podobne wzmocnienie oraz bardzo wysoką częstotlowość graniczną (>100MHz).

Celowo zrezygnowałem z bufora wejściowego przed potencjometrem, jako że większość źródeł nie obawia się stałego obciążenia o wartości 10kΩ. Dzięki temu ograniczyłem ilość aktywnych stopni w torze audio a przez to ilość zniekształceń oraz szumów.
Wzmacniacz AD797 posiada również bardzo dobre parametry statyczne w tym napięcie stałe na wyjściu. W połączeniu z parą tranzystorów mocy wynosi ono poniżej 15mV dla obu kanałów. Eliminuje to potrzebę stosowania układu DC serwo czy jakichkolwiek kondensatorów w torze audio, które nigdy nie są obojętne na jakość dźwięku a w szczególności na pasmo przenoszenia.


Impedancja wyjściowa

Wzmacniacz wyposażony jest w kilka zabezpieczeń, które maja zminimalizować straty w podzespołach elektronicznych na wypadek uszkodzenia którychś z komponentów ale przede wszystkim mają chronić słuchawki przed zniszczeniem w wypadku pojawienia się napięcia stałego na wyjściu. W takich wypadkach wyjście wzmacniacza odłączane jest od słuchawek. Dodatkowy układ opóźnia załączenie włączania wyjścia aby wyeliminować ewentualne trzaski podczas włączania wzmacniacza. Dzięki temu układowi praktycznie nie słychać momentu załączenia wzmacniacza.

Początkowo dołączyłem na wyjściu szeregowy opornik o wartości 3,3Ω, który miałby chronić wzmacniacz na wypadek zwarcia wyjścia do masy. Początkowe sesje odsłuchowe jednak pozostawiały pewien niedosyt, dźwięk pozbawiony był głebi, szczegółów, które spodziewałbym się po tego typu konstrukcji. Najwyraźniej coś było nie tak. Nie od razu zorientowałem się w czym leży problem.

W końcu podejrzenie padło na parę tych oporników. Po ich usunięciu dźwiek, ku mojemu zadowoleniu ale i zdziwieniu, wreszcie uzyskał powietrze, przestrzeń oraz szczegółowość, której tak brakowało wcześniej. To dowodzi, że nawet w konstrukcjach o małej mocy (>2W w klasie A) przeznaczonych do napędzania niewielkich obciążeń jakimi są słuchawki, niski poziom impedancji jest wręcz krytyczny. Użycie wzmacniacza operacyjnego o dużym wzmocnieniu przy otwartej pętli sprzeżenia zwrotnego pozwoliło mi na uzyskanie bardzo niskich wartości (rzędu 50mΩ dla zakresu obciążeń od 47Ω do 300Ω). Odpowada to poziomowi 0,5mΩ dla wzmacniaczy o mocy 200W. To bardzo przyzwoity wynik.

Porównując, tak niski poziom impendancji wyjściowej działa jak dużej mocy siłownik, który trzyma w ryzach membranę słuchawki i nie daje jej swobody na drgania własne i rezonanse. Prostym sposobem na zademonstrowanie tego zjawiska jest zabawa silniczkiem elektrycznym (najlepiej większym o silnym magniesie). Próba obrócenia w palcach osi nie nastręcza żadnych problemów, ale wystarczy zewrzeć przewody doprowadzające prąd (zwarcie odpowiada impedancji wyjściowej na poziomie miliomów) a oś zacznie stawiać bardzo duże opory. Jeśli magnes będzie dostacznie silny obrócenie osi rękoma stanie się wręcz niemożliwe.


Sesja odsłuchowa

Wzmacniacz został gruntownie przetestowany w następującej konfiguracji:

• Burson Conductor (DAC / Headphone Amp / Preamp) jako DAC
• Wzmacniacz słuchawkowy OTL La Figaro 339 (mocno zmodyfikowany)
• Marantz SA-15S2 jako CD transport
• Mój wzmacniacz słuchawkowy
• Słuchawki Hifi Man HE500
• Słuchawki Sennheiser HD650

Jako źródło sygnału wysokiej rozdzielczości posłużył nam laptop Apple podłączony do Burson Conductor po USB.

Pierwszym wrażeniem jakie odnieśliśmy od razu było przyjemne, lampowe brzmienie mojego wzmacniacza, które było bardzo podobne do La Figaro 339 i nie od razu udało nam się powiedzieć na czym polegają różnice. Bas jest bardzo dobrze kontrolowany, kontury nie są przeostrzone i słuchanie sprawia dużą przyjemność na obu wzmacniaczach. Wzmacniacz słuchawkowy Burson Conductor, sprawiał wrażenie dość ostrego, strzegóły górowały nieco nad spójnością przekazu przez co większość porównań robiliśmy albo na La Figaro 339 albo na moim prototypowym wzmacniaczu. Moja produkcja nie miała żadnych problemów z wysterowaniem tak wymagających słuchawek jakimi są HiFiMan HE500. Brzmią fantastycznie w porównaniu ze sluchawkami HD650 Sennheisera... niestety (dlatego, że nie są w moim posiadaniu).

Jeśli chodzi o porównanie ze wzmacniaczem La Figaro, który to został wyniesiony na wyżyny jakości budowy przez dokonanie maksymalnego tuningu, to była to bardzo ciężka walka, jako że La Figaro brzmi teraz niemal bosko. Porównując można określić jego brzmienie jako nieco jaśniejsze od wzmacniacza mojej produkcji (muszę wreszcie go nazwać). Kształty dźwięków gitary akustycznej jak i innych instrumentów akustycznych są bardziej uchwytne i oczywiste. Moim zdaniem jest to charakterystyka konstrukcji single-ended, które nie są neutralne dla dźwięku, dodają drugą harmoniczną przez co powodują lekką kompresje dźwięku. Szczegóły stają się bardziej namacalne zaś silne sygnały – basy – ulegają lekkiemu osłabieniu, przez co w mniejszym stopniu maskują średnicę i wysokie tony.
Cały 'problem' w tym, że sprawia to bardzo przyjemne wrażenie i w wykonaniu tego chińskiego cudeńka nie ma mowy o tym, aby w którymkolwiek momencie swierdzić nienaturalność reprodukcji.

Jest jednak blisko charakterowi lampy przez fakt, że pracuje w czystej klasie A oraz dzięki szerokiemu pasmu przenoszenia. Nie występuje tu efekt dzwonienia (zbyt silne sprzężenie zwrotne i zbyt małe pasmo przenoszenia) i nie ma wrażenia przeostrzenia jaki niestety dało się słyszeć w konstrukcji Burson Conductor.

Konkludując, gra świetnie zarówno ze słuchawkami Sennhesier HD650 jak i słuchawkami o bardzo niskiej impedancji (38Ω), którymi są HifiMan HE500. Do poziomu boskości jeszcze jest pewien ale niewielki dystans do pokonania. Z drugiej strony dochodzę do wniosku, że nie da się sprawiedliwie porównywać wzmacniaczy solid state z lampowcami. To tak jakby porównywać okulary z soczewkami wykonanym z atomową precyzją z okularami które podbijają kolory (np. polaryzacyjne). Niektórzy będą za wiernością przekazu inni za przyjmnością płynącą ze słuchania muzyki. Nie zawsze te dwie rzeczy idą w parze. A nurtujące mnie teraz pytanie to jak brzmi w tym zestawieniu wzmacniacz idealny (nie wprowadzający żądnych zniekształceń i podkolorowań).

Radek Strugalski