Двухтактный усилитель для наушников STAX. Версия на октальных лампах.

За последние пару лет ко мне часто обращаются с просьбой сделать усилитель, который бы “раскрыл” 🙂 все возможности электростатических наушников. Естественно, я часто задавал себе вопрос – а почему же “родные” усилители STAX, по мнению слушателей – не “раскрывают” возможности их же собственных наушников? На мой взгляд, помимо известных производственно – технических – финансовых трудностей компания STAX в определенном смысле стала жертвой своей же рекламы. Электростатические наушники всегда позиционировались ей как единственные, имеющие черезвычайно малый уровень искажений и самую высокую “верность” воспроизведения. Естественно, и усилители для них разрабатывались с соответствующими “модными” параметрами – минимальным уровнем гармоник, широким диапазоном частот и т.п.  По всей видимости, определенные ограничения инженерно- производственной базы и необходимость вписаться в заданный бюджет + приверженность к концепции “погони за цифрами” = не позволили компании STAX довести серию своих усилителей до адекватного аудиофильского уровня. На мой взгляд, самой интересной в звуковом смысле является серия SRM-006t. Но изделия даже этой серии, хоть и отличается весьма пластичным и тонально ровным звучанием – явно не обладают сколь-нибудь приличной динамикой и разрешающей способностью.  Поэтому тот, кто хотя бы один раз послушал DIY усилитель на лампах для электростатических наушников – к “фирменным” изделиям STAX уже никогда не вернется…

Этот усилитель разрабатывался и испытывался в двух вариантах — с тетродным включением ламп выходного каскада + общая ООС и с триодным включением ламп выходного каскада, без общей ООС. Подробности и впечатления о прослушивании этих двух вариантов я приведу чуть позже, в комментариях.

1. Схема усилителя.

Принципиальная схема усилителя  — STAX_PP_Octal_002 и его блока питания — STAX_PP_Octal_003   Для любопытствующих (….“Виктор, а как вы разрабатываете схемы?”…) –  я отсканировал лист из рабочей тетради с заметками, сделанными по ходу отладки — STAX_PP_Octal_005.

Каждый из двух каналов собран по двухтактной схеме, на двойных триодах (драйверный каскад), и на лучевых тетродах средней мощности в триодном или тетродном включении (выходной каскад).

Схема варианта усилителя с тетродным включением выходных ламп, режимы которого сформированы и стабилизированы посредством введения ООС — STAX_PP_Octal_004

Для наглядности на схемах показан только один канал.

Первый (входной и фазоинверторный) каскад –  комбинация фазоинвертора на специализированном трансформаторе Jensen JT-11P4 и двух усилительных каскадов на триодах по схеме с общим катодом и резистивной анодной нагрузкой. В качестве лампы первого каскада применен двойной триод 6SN7GT, особенностью которого является отличная линейность при широком диапазоне напряжений на аноде. Режим работы первого каскада – ток покоя каждого плеча = 5.5…6mA, напряжение на анодах = + 120…+125V.  Напряжение смещения = -2.8…-3.1V.  Лампы для первого каскада должны быть отобраны по идентичности “половинок”. Коэффициент передачи трансформаторного фазоинвертора = 0.7 (для каждого из “плеч”), коэффициент усиления первого каскада =~15. Для полной «раскачки» выходных ламп необходимо напряжение на их сетках примерно 14…15V rms, таким образом чувствительность усилителя составляет примерно 2.0V rms.

В “тетродном” варианте схемы каждое усилительное плечо охвачено общей ООС, глубина которой определяется выходным сопротивлением первого каскада и номиналом резисторов R15, R16**. Номинал этих резисторов подбирается по минимуму и “правильности” спектра искажений и по идентичности коэффициента усиления  каждого из плеч усилителя. Усилитель охвачен петлей общей ООС, уровень которой определяет его итоговую чувствительность и выходное сопротивление. При номиналах, указанных на схеме,  чувствительность усилителя составляет примерно 1.0V rms.

В “тетродном” варианте в качестве лампы первого каскада возможно применить двойной триод 6SL7GT, особенностью которого является хорошая линейность при довольно высоком коэффициенте усиления (u =70). Режим работы первого каскада в этом случае – ток покоя каждого плеча = 1.0…1.2 mA, напряжение на анодах = + 170…+190V.  Напряжение смещения = -1.8…-2.0V.  Номиналы резисторов в этом случае — R6,R7 = 180K, R8,R9 = 1.8K, R15,R16** = 470K, R11,R12 = 470K. Лампы для первого каскада должны быть отобраны по идентичности “половинок”. Коэффициент усиления этого варианта первого каскада =~35..40.

Второй (выходной) каскад усилителя собран по двухтактной схеме, с раздельным автоматическим смещением выходных ламп. Связь между каскадами – емкостная. Смещение задается резисторами R17, R18 в катодах выходных ламп. По переменному току эти резисторы зашунтированы конденсаторами С6, С7. Ток покоя в “триодном” варианте выходного каскада составляет 30…32 mA для каждой лампы, выходной каскад работает в классе “A”. Нагрузкой является выходной трансформатор, с симметричной вторичной обмоткой со средней точкой. В качестве выходных трансформаторов применены изделия от компании Lundahl модель LL1660S/PP, включенные по схеме PP/PP c  коэффициентом передачи  (2.25+2.25):(2+2). Режим работы выходных ламп выбран таким образом, чтобы на нагрузке обеспечивался максимально возможный размах выходного напряжения при минимуме нечетных гармоник. Так как четные гармоники в двухтактном каскаде в значительной степени компенсируются, то при подборе выходных ламп в близкие по параметрам пары это позволяет получить очень низкий общий уровень гармонических искажений усилителя и в большинстве случаев обойтись без введения общей ООС.

В тетродном варианте на вторые сетки выходных ламп подается стабилизированное напряжение = 250V, выходной каскад работает в классе AB. Для линеаризации выходного каскада необходимо применить ООС. Было принято решение не охватывать петлей ООС выходной трансформатор, а снимать ее сигнал с анодов выходных ламп. Глубина ООС регулируется резисторами R15,R16. При наладке усилителя этими резисторами первоначально устанавливается номинальная чувствительность усилителя, а затем  их номинал подбирается чуть более точно по уровню и спектру искажений на выходе усилителя.

В качестве ламп выходного каскада используются лучевые тетроды средней мощности 6V6G. Из-за  конструктивных особенностей электродной системы эти лампы имеют практически уникальные звуковые характеристики. Например  – 6V6_Output_01 (см уровень 3-й гармоники). Из более мощных ламп подобными характеристиками обладают лишь тетроды 807 и 829В и некоторые редкие немецкие тетроды:).

Блок питания усилителя особенностей не имеет. В качестве трансформатора питания и накала использован весьма качественный трансформатор Hаmmond серии 372. Накал питается напряжением переменного тока, для уменьшения уровня помех и наводок на накальные цепи, обмотка накала «поднята» над общим примерно на +30V при помощи делителя R25R26.

Анодное напряжение, необходимое для работы схемы, снимается со вторичной обмотки трансформатора питания и выпрямляется диодами. Выпрямленное напряжение (+365V) фильтруется с помощью стабилизатора- электронного фильтра на транзисторе VT1, он же обеспечивает плавное нарастание анодного напряжения при включении усилителя. Напряжение на выходе фильтра = +340V.  Напряжение BIAS (+580V), необходимое для работы наушников STAX, формируется с помощью выпрямителя- удвоителя напряжения на полупроводниковых диодах VD1VD2, простейшим стабилизатором на элементах R19ZD1…ZD3 и фильтром на элементах C9R19C10.

С предварительно подобранными по параметрам лампами 6V6G в выходном каскаде усилитель обеспечивает следующие характеристики –

  • Входное сопротивление = 10 кОм;
  • Выходное сопротивление, не более 2.2 кОм (триодный вариант без ООС) и не более 10 кОм (тетродный вариант с ООС);
  • Максимальное выходное напряжение (на каждом из балансных выходов) = 250V RMS (700V Peak-to-Peak) для “тетродного” варианта и 175V RMS (490V Peak-to-Peak) для “триодного” варианта;
  • Номинальное входное напряжение = 2V RMS;
  • Полоса воспроизводимых частот, при неравномерности +-1 dB и уровне выходного напряжения 100V RMS, на эквиваленте нагрузки сопротивлением 100 кОм, не хуже =  20Гц…22кГц;
  • Суммарный коэффициент гармоник на выходе усилителя, при уровне выходного напряжения 100VRMS = < 0.5% (Определяется точностью подбора по характеристикам ламп выходного каскада, при установке неподобранной пары ламп одного изготовителя и одной даты выпуска = < 2%);
  • Уровень шумов и помех на выходе усилителя, при минимальном положении регулятора громкости, измеренный на эквиваленте нагрузки сопротивлением 100 кОм = < -65dB;
  • Время выхода на «рабочий» режим после включения, <= 30 мин.

2. Звучание и Итог.

В тетродном варианте усилитель звучит боле динамично, экспрессивно. В триодном – более тонко, я бы сказал интеллигентно. Лично я предпочитаю триодный вариант – он прекрасно подходит для сосредоточенного, неторопливого прослушивания. С завершением этой конструкции “тему” электростатов для себя я считаю раскрытой полностью :).

И еще один вариант исполнения –

Октябрь  2013 года                                                                                     г. Владивосток

15 thoughts on “Двухтактный усилитель для наушников STAX. Версия на октальных лампах.

  1. Некоторые размышления, приходившие мне в голову по ходу отладки конструкции.

    Первоначально я поставил две основные задачи – получить максимальную амплитуду раскачки и попробовать тетродное включение выходного каскада. Для стабилизации режимов усилитель был охвачен ООС. В результате “раскачал 007 до максимума” и получил отличный усилитель со студийным звуком – мощно, динамично, чисто и…скучно 🙂
    Прослушка этого варианта длилась несколько дней, и все время я ловил себя на мысли – что что-то тут “не то”, при том, что все вроде как на месте – чего – то важного в звуке не хватает…
    И вот, как-то в субботу вечером, при размышлениях на эту тему с рюмкой хорошего коньяку за чаем с лимоном пришла мне в голову таки простая мысль – “А не пытаюсь ли я “выжать мед из пойманных пчел”, вместо того, чтобы открыть улей с сотами?” 🙂
    Собственно, чем кардинально отличаются электростаты от других типов наушников ? – особым типом, конструкцией излучателей и, как следствие – очень малыми искажениями в довольно широком диапазоне амплитуд. – Как следует слушать музыку в таких наушниках, чтобы по достоинству оценить все их преимущества? Ответ, естественно, очевиден – это должен быть неторопливый, осознанный процесс, некоторое “действо” – которое предполагает, во первых – определенный уровень слушателя — (до электростатов, вообще-то еще нужно “дорасти”), во вторых – спокойную, тихую обстановку вокруг. — Своеобразное подобие чайной церемонии…

    Нельзя подходить к электростатам с той же меркой, как к обычным наушникам.

    И тут вдруг все встало на свои места – до меня “дошло”, что “раскрыть” электростаты и “раскачать” их – это совершенно различные цели, весьма слабо связанные друг с другом. Для “чайной церемонии” не нужно никакой раскачки…

    Переделка усилителя заняла примерно час. Все как в первоначальной концепции – на входе – высоколинейные лампы с малым коэффициентом усиления, триодное включение на выходе, ООС – нет. Максимальная амплитуда сигнала – почти в полтора раза меньше по сравнению с тетродом, но – звук стал плотный, слитный, осязаемый, такой прозрачно-густой…как запах моря у скалистого берега 🙂 Вспомнилась, кстати, известная гравюра 神奈川沖浪裏 Кацусики Хокусая….

    В общем – с сачком за пчелами я больше не гоняюсь.:)

  2. Виктор, огромное спасибо за прекрасный усилитель!
    Пока впечатления формулировать рано, усилитель греется…. Но! Уже сейчас можно сказать, что поставленная задача реализована на все 100%! И я не ожидал от стаксов такой слитной и музыкальной подачи! При сохранении потрясающей прозрачности и чистоты звучания!

    • Константин, добрый день.

      Очень рад, что усилитель вам понравился. Он был задуман именно как раскрывающий все самые лучшие качества скрытного характера наушников STAX 🙂

  3. Виктор, давно слежу за всеми вашими проектами. Очень интересно. Не составит ли вам труда ответить на пару вопросов?

    >”Коэффициент передачи трансформаторного фазоинвертора = 0.7″
    Может логичней применить другой трансформатор на входе, повышающий, чтобы получить чувствительность хотя бы 1V rms?

    >”В “тетродном” варианте в качестве лампы первого каскада возможно применить двойной триод 6SL7GT”
    Почему в триодном включении нельзя применить 6SL7?

    И еще, интересно глянуть бы график THD по частоте. Хотя бы программой RMA или подобными. И не только график этого устройства, а на все, что вы делаете. Уровень звука, конечно, этим графиком не определишь, но уровень устройства – вполне.

    • Николай, добрый день.

      На входе усилителя применен повышающий трансформатор Jensen JT-11P4. Возможно применение и других подходящих трансформаторов от Sowter или, например Lundahl. В данном случае – это связано с поставленной технической задачей и моими личными предпочтениями.
      Если уровень сигнала источника недостаточен, то в качестве входной лампы вполне можно применить 6SL7. Естественно, это найдет свое отражение в звучании усилителя.
      Насчет графиков. Я не ставлю своей целью “внедрение в производство” своих изделий, поэтому к метрологии отношусь с вниманием, но без должной тщательности. Тем не менее, при разработке схем все режимы просчитываются, естественно учитывается опыт прошлых лет. При отладке каждой конструкции снимаются характеристики и делаются записи в рабочих тетрадях. Но – вид у них совершенно непрезентабельный, местами просто неприличный 🙂 – и для публикации они не годятся. Кроме того, как личностные, так и технологические факторы в повторении моих конструкций оказывают существенное влияние на конечный результат. Так, в частности – для этого усилителя четверка устроивших меня по характеристикам выходных ламп была отобрана из 30 штук. С другими лампами и другими критериями отбора результат будет другой – может лучше, а может и хуже 🙂

      С Уважением,

      Виктор

  4. Триод или Тетрод? Результаты тестирования очередного усилителя с наушниками STAX 007.

    После сборки и проверки работоспособности, выставления режимов усилителя два дня подряд перепаивал выходной каскад из тетрода в триод и наоборот…
    В тетродном включении линеаризация выходного каскада организована при помощи небольшой ООС. Триодное – без ООС.

    Первое впечатление от тетрода – WOW! Но – при более тщательном прослушивании у меня в очередной раз возникло ощущение какой-то недоговоренности, “недоигрывания”.
    С одной стороны, тетрод очень хорошо выделяет “передний план” – то есть солирующий голос или инструмент рисуется сочно, крупно.
    С другой стороны, это несколько сужает восприятие сложной, плотной музыки. Например – слушаю Metallica – голос на переднем плане, на заднем довольно динамично «взаимодействуют» ударные и бас гитара. Но – из-за того, что все внимание концентрируется на голосе, теряется его связь с «подпоркой» с общим смыслом композиции…. Инструментальный план довольно плотен, объемен, очень целен, при желании можно расслышать внутреннюю структуру звука, но — такого желания не возникает, поскольку все внимание уделяется солирующей партии. НЧ подаются плотно, но сухо.
    Слушаю Diana Kroll – «Girl in the next room» – опять –WOW! Включаю Vivaldi – WOW!!

    Слушаю Peter Gabriel – «So» – и… перепаиваю в триод.

    Включаю в триоде того же Peter Gabriel. “Red Rain”, затем «Don’t give up”… Да, это он- узнаю старого друга. Как красиво и гармонично голос поддержан бас-гитарой…. Сколько волнений и переживаний в «Don’t give up”….
    Включаю Metallica – плотный, но структурный звук. Солист – часть группы, голос взаимодействует с музыкой, инструментал цельный, вполне отчетливо можно различить несколько планов локализации инструментов. Бас – строг, но напорист и выразителен. Ощущается смысл, дух музыки….
    Включаю Vivaldi – и опять WOW! Музыка идет «фронтом», инструменты заполняют пространство. Музыка настолько наполнена образами, что хочется слушать и слушать…. В чем же дело? (WTF?)

    Перепаиваю в тетрод…. Снова wow, но уже строчными буквами. Хорошо, мощно, динамично но…- не то. Потеряна «образная» составляющая и… вообще, почему-то появляются ассоциации с хорошим транзисторником. Долго и тщательно слушаю. Нет, не «то». Хорошо, но не «то»….

    Вернулся к триодному включению, так и оставил….

  5. Виктор, огромное вам спасибо за усилитель!! Сейчас прогрев уже завершен, звучание стабилизировалось. Нет слов, насколько хорошо играет. Одинаково превосходно на любых жанрах.
    Просто не предполагал даже, что в наушниках может быть такой звук!

  6. На днях отправил заказчику очередной усилитель. Первые впечатления:

    ” ….Виктор, Доброго вечера!

    Посылку получил, все в порядке, упаковано действительно – лучше некуда!! По внешнему виду усилитель очень понравился, выглядит потрясающе, монументально, действительно Hi-End произведение искусства!! Даже не ожидал, честно!

    Все сделал как Вы написали: аккуратно распаковал, протер спиртом ножки ламп, аккуратно вставил. Лампы с номерами 1 вставил в панельки слева, соответственно с номерами 2 в панельки справа. Балансные входы хоть и не подписаны, ориентировался по расположенным под ними входам RCA (как обычно красный – правый канал). Подключил наушники, включил усилитель и уже по первым звукам понял что и усилитель и наушники останутся у меня надолго!!! Звук просто завораживает…”

  7. заинтересовала схема для ЭС наушников. для воплощения необходимы Jensen JT-11P4. на ebay в предложениях только Jensen JT-11P1, такие могут подойти?

  8. Виктор, добрый день!
    Подскажите номинал R21 в блоке питания -20K?

    С уважением,
    Дмитрий

    • Добрый день,

      Да, 20К. Но – вполне возможно, что при настройке блока питания по минимуму пульсаций номинал этого резистора придется подобрать.

      С Уважением,

      Виктор

  9. подскажите , к этому уселителю подходят только наушники stax?или можно любые?какой переходник тогда нужен для джека?

  10. Спасибо Виктору.
    Мастер – специалист даёт возможность не только приобрести Усилитель в авторском исполнении на деталях брендовых марок, но и благодаря выставленным схемам, умеющим хорошо паять меломанам, сообразить подобный вариант.
    Я воспользовался такой щедростью. Под чутким руководством АВТОРА, усилитель был сделан.
    что сразу порадовало, ус не шумит, не фонит. льётся только музыка.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *