Ф. Кюне. "Аппаратура высококачественного звучания"

ПРЕДИСЛОВИЕ

За последние годы среди радиолюбителей наряду с увеличением коротковолновой связи получили широкое распространение конструирование и сборка аппаратуры, обеспечивающей высокое качество воспроизведения звука. Здесь открывается необъятное поле деятельности независимо от того, покупает ли любитель уже готовые блоки и узлы аппаратуры или же старается по возможности сделать их сам.

Так как возможности и вкусы радиолюбителей, а также их жилищные условия весьма разнообразны, а от этого зависит и выбор аппаратуры, необходимо сначала основательно познакомиться с этой интересной областью. Практик, имеющий солидный опыт по конструированию низкочастотных усилителей и знакомый со столярным делом, может сэкономить значительные средства, оформляя ящики для акустических систем или самостоятельно конструируя и собирая узлы усилителей.

Цель настоящей брошюры - дать необходимые отправные данные для этой категории радиолюбителей-конструкторов. Кое-что интересное могут найти для себя и техники по ремонту аппаратуры.

Автор будет считать свою задачу выполненной, если эта книжка поможет популяризации аппаратуры высококачественного звучания н привьет вкус к высококачественному воспроизведению музыки.

Ф. Кюне

ЧТО ТАКОЕ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОЕ ЗВУЧАНИЕ?

Под высококачественным звучанием понимают высокую. верность воспроизведения. У американцев для выражения этого понятия существует сокращение “Hi-Fi” (High fidelity), что в переводе примерно означает “высокое качество воспроизведения”. В дальнейшем изложении будет применяться термин “высококачественное звучание” или сокращенно ВКЗ.

За границей этот термин широко используется в проспектах и рекламах я самых разнообразных сочетаниях. Например, рекламируют громкоговорители ВКЗ, звукосниматели ВКЗ, а в одном из иностранных журналов можно было прочитать даже о средстве ВКЗ для чистки граммофонных пластинок. Следовательно, к этому модному слову .нужно относиться с осторожностью и остерегаться необдуманно его применять. В американской терминологии существует вполне приемлемое разграничение между “Hi-Fi” и нормальным качеством воспроизведения; последнее обозначается “commercial quality” (коммерческое качество), под которым понимают примерно качество звучания довоенного супергетеродинного приемника среднего класса. При этом имеют а виду приемник с полосой воспроизведения частот от 120 до 3 500 Гц с небольшим подъемом низших частот и коэффициентом нелинейных искажений порядка 5%.

Аппаратура ВКЗ значительно совершеннее. В последнее время полоса частот расширена и составляет от 20 до 20000 гц, искажения при максимальной громкости не превышают 1%, а при воспроизведении верхних звуковых частот коэффициент, нелинейных искажений составляет всего несколько сотых долей процента. Сейчас установлено, что наше ухо особенно чувствительно к искажениям на высших частотах. Искажения очень высоких звуковых частот, лежащих частично за порогом слышимости, “примешиваются” к другим тонам, в результате чего образуются комбинационные частоты около 3 000 гц, а наше ухо обладает максимальной чувствительностью именно в этом участке звукового диапазона. Поэтому вся звуковая картина воспринимается искаженной, если искажен один из интересующих тонов, что очень сильно мешает слуховому восприятию передачи.

Из изложенного видно, какие высокие требования предъявляются к элементам звукового тракта. Их можно сравнить с требованиями, предъявляемыми к студийной аппаратуре (электроакустическим установкам, усилителям, громкоговорителям), которая по своей стоимости не доступна частному лицу. Проводимая научно-исследовательская работа, в результате которой удалось создать сравнительно недорогую аппаратуру очень высокою качества, позволила промышленности организовать крупносерийное производство высоко качественных узлов и деталей. В качестве нарядного примера сошлемся на современные проигрыватели, характеризующиеся минимальной вибрацией.

Радиовещательные компании пользуются непомерно большими агрегатами, размерами с письменный стол средней величины. Эта громоздкая аппаратура, обладающая большой массой по сравнению с типовыми установками, надежно защищена от возникновения вибрации. В отличие от этого в конструкции пpoигpывaтелeй ВКЗ, рассчитанных на массового потребителя, особое внимание было обращено на правильную балансировку двигателя, способ его оптимальной подвески и другие конструктивные особенности. В итоге были созданы проигрыватели, по своему внешнему оформлению и стоимости мало отличающиеся от старых стандартных типов, но значительно превосходящие их но своим характеристикам.

Несмотря на это, комплект установки ВКЗ никогда не может быть дешевым. Любое изделие, входящее в комплект ВКЗ, например проигрыватель, усилитель, громкоговоритель, обойдется дороже. чем аналогичное изделие обычною качества.

АППАРАТУРА ВКЗ ДВАДЦАТЬ ЛЕТ НАЗАД

Аппаратура ВК3 не новинка; новы лишь сам термин и ...возможность ее приобретения. Около 20 лет назад aвтор впервые услышал на радиостудии передачу в высококачественном воспроизведении. В то время опыты демонстрировались только специалистам, и то, так сказать, “по секрету”. совершенно ясно, что тогда мало были заинтересованы в том, чтобы радиослушатели узнали, как сильно теряется качество передачи по пути к их приемникам. Ведь в то время еще не было УКВ вещания!

Передача, которая произвела тогда столь сильное впечатление своим исключительно высоким качеством, велась из соседней студии, в которой играл оркестр; в помещении для прослушивания была установлена громкоговорящая акустическая колонка размером с большой шкаф. Находчивый звукооператор, изменив конструкцию капсуля, "подстроил" обыкновенный конденсаторный микрофон на частоту 15000 Гц; мощный усилитель был рассчитан на 50 Вт, но фактически с него снимали не более 3-4 Вт, благодаря чему коэффициент нелинейных искажении был ничтожно мал. Трансформаторы также были выполнены по специальному заказу в опытном цехе и стоили больше, чем супергетеродинный приемник высшего класса того времени. И, наконец, в звуковую колонку были встроены специальные громкоговорители, о цене которых предпочитали скромно молчать. Кроме того, точно рассчитанный подъем высших и низших звуковых частот обеспечивал необходимую коррекцию частотной характеристики. В целом воспроизведение было таким, что и сегодня заслуживало бы похвалы.

К сожалению, в то время все эти достижения не могли быть реализованы, так как при передаче по эфиру "терялась" большая часть динамического и частотного диапазонов; о качестве же грампластинок тех лет вообще не приходится говорить. Таким образом, аппаратура ВКЗ в тот период оставалась забавной игрушкой в руках немногих специалистов и рекламным экспонатом, который должен был продемонстрировать, чего можно добиться, если бы...

По-настоящему аппаратура ВКЗ вошла в быт лишь с появлением УКВ вещания, современных грампластинок с их чрезвычайно широким частотным диапазоном и магнитофонов широкого пользования. Ныне ЧМ вещание, граммофонная и магнитная запись обеспечивают такой же динамический и частотный диапазоны, какие могли быть достигнуты двадцать лет назад лишь на линии длиной в несколько метров, соединявшей микрофон с усилителем для контрольного прослушивания. Этим объясняется то обстоятельство, что техника, известная уже в течение многих лет, лишь сейчас становится достоянием масс.

РАЗНООБРАЗИЕ АППАРАТУРЫ ВКЗ

Как мы увидим ниже, акустическая колонка для аппаратуры ВКЗ имеет столь внушительные размеры, что ее не так просто разместить в жилой комнате. Уже по этой причине не может идти речи о какой-либо унификации. Если один радиолюбитель имеет достаточно просторное помещение, чтобы установить в нем акустический агрегат, хорошо сочетающийся с остальной мебелью, то другой в целях экономии места предпочтет иметь звуковую колонку в форме угловой тумбочки или “замаскирует” свои громкоговорители под выступом подоконника. Такой “индивидуальный” подход к оформлению еще резче проявляется в электрической схеме установки.

В зависимости от вкуса и возможностей одного любителя вполне удовлетворяет воспроизведение грамзаписи и УКВ радиопередач и, следовательно, кроме комплекта усилителя, ему потребуется лишь УКВ тракт приемника и проигрыватель. Другой любитель, возможно, отдает предпочтение проигрывателю с автоматической сменой пластинок и магнитофону. Точно также для приема AM передач можно дополнительно встроить приемник прямого усиления без усилителя НЧ или при желании слушать AM и ЧМ программы заняться переделкой обычного радиоприемника. Иными словами, здесь возможны разнообразные варианты и поэтому установки ВКЗ собираются, как правило, по функционально-блочному методу. Решение вопроса о том, как скомпоновать установку в единое целое, чтобы она имела приятный внешний вид, предоставляется радиолюбителю. 

На рис. 1 изображена блок-схема установки ВКЗ с учетом различных вариантов. В качестве источников программ служат магнитофон, проигрыватель и два отдельных приемника для УКВ ЧМ и AM вещания. Для получения широкой полосы пропускания и лучшего воспроизведения высших звуковых частот в данном случае при приеме AM программ отказываются от супергетеродинной схемы. Поэтому для приема местных станций применяют приемник прямого усиления иди приводную радиотрансляцию. Конечно, супергетеродинный приемник оказался бы более чувствительным и избирательным, однако наличие по меньшей мере шести контуров сильно ухудшило бы воспроизведение высших звуковых частот, тогда как двухконтурный приемник в условиях местного приема надежно воспроизводит до 8 000 Гц и выше.

Источники программ соединены с предварительным усилителем низкой частоты, в котором осуществляется выравнивание уровней сигнала (т.е. получение примерно одинаковой громкости всех источников программ), регулировка громкости и коррекция высших и низших звуковых частот (компенсация частотных искажений).

На выходе этого усилителя напряжение звуковой частоты составляет около 1 В. Поэтому линия, ведущая к усилителю мощности, мало подвержена воздействию помех и ее длина может достигать нескольких метров. Это необходимо еще и потому, что усилитель мощности, как правило, размещается в ящике для громкоговорителей. Такое размещение выгодно не только с точки зрения экономии места (тем самым используется пустое пространство в акустическом агрегате), но иногда бывает необходимо и по другой причине.

Дело в том, что в усилителях мощности с сильной отрицательной обратной связью при увеличении емкостной нагрузки наблюдаются явления сдвига фазы, в результате чего вместо отрицательной возникает паразитная положительная обратная связь. В случае совместного размещения обоих усилителей нельзя было бы обойтись без подсоединяемого к выходу усилителя провода, идущего к громкоговорителю; этот провод при некоторых обстоятельствах как раз может оказаться такой емкостной нагрузкой. Таким образом, при совместном размещении громкоговорителей и усилителя мощности уменьшаются габариты устройства с коммутацией, четырьмя источниками программ и предварительным усилителем, а с другой стороны в блоке громкоговорителей исключается нежелательный сдвиг фаз в усилителе мощности.

От предварительного усилителя (в нем вместо входного переключателя может быть встроено микшерное устройство) отходит линия к гнезду записи магнитофона. Следовательно, все виды передач, проходящие через предварительный усилитель, могут одновременно записываться на магнитную ленту. При этом линия к магнитофону выводится перед регулятором громкости и регулятором тембра; это делается для того, чтобы положения регуляторов, выбранные для воспроизводящего устройства, не влияли на запись. Итак, в зависимости от условий и личного вкуса слушателя можно регулировать тембр и громкость передачи, причем эта регулировка не оказывается на магнитной записи.

Каждый источник программ соединяется с переключателем, конструктивно объединенным с регуляторам громкости предварительного усилителя. Источники программ, за исключением магнитофона, имеющего свой регулятор усиления, не имеют выключателей и регуляторов громкости. Это значительно упрощает управление, хотя и ставит иной раз 'в туляк любителя, который, изучая схемы усилителей мощности, тщетно пытается найти регулятор громкости.

ЧТО НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ ПРИ СБОРКЕ АППАРАТУРЫ ВКЗ

Желающий заняться сборкой усилителей ВКЗ, должен по меньшей мере отлично разбираться в основных принципах построения усилителей. Совершенно невозможно в каждой отдельной схеме повторять, какие провода критичны, как надлежит выполнять соединение на шасси и что необходимо учитывать в случае замены ламп. В большей степени, чем в какой-либо другой аппаратуре, в усилителе ВКЗ бессистемное соединение на шасси - это “смертный грех”, который может вызвать самовозбуждение всей установки.

Особую осторожность необходимо соблюдать при использовании экранированного провода. Совершенно неверно экранировать каждый провод, несущий звуковую частоту. В данном случае чрезмерная предусмотрительность приносит лишь вред, потому что экран и жила провода образуют емкостный шунт, который в высокоомных цепях неизбежно вызывает потери на высших звуковых частотах.

Проектируя шасси, надо стремиться к тому, чтобы обойтись минимумом экранированного провода. Для достижения этой цели необходимо максимально укоротить все провода, несущие звуковую частоту. Если позаботиться о том, чтобы провода, идущие на входы предварительных каскадов, не были бы слишком близко расположены друг к Другу, то экранировать в основном придется лишь цепь управляющей сетки первой лампы предварительного усилителя. В сомнительном случае лучше в 5-10 мм от “подозрительного” провода установить металлический экран, нежели применять экранированный провод, так как в этом случае паразитная емкость монтажа будет меньше. Вообще при конструировании шасси возникает много интересных задач, решение которых требует смекалки.

Автор обыкновенно делает модель в натуральную величину из миллиметровой бумаги и затем, передвигая по бумаге ламповые панели, пытается найти оптимальный вариант размещения деталей. Работа такого рода невольно заставляет досконально изучать схему, а затраченное на это время с лихвой окупается.

С какой тщательностью следует подходить к конструированию и какие последствия .может вызвать неправильное положение проводов и паразитные емкости, лучше всего пояснить на примере схемы регулятора тембра (рис. 2). Такая схема с незначительными изменениями типична для большинства усилителей ВКЗ. Данный вариант принят чуть ли не во всех странах мира. Шутки ради немецкие радиотехники не без юмора окрестили эту схему “коровьим хвостом”, ибо при повороте регуляторов тембра высших (R5) и низших (R2) частот концы частотной характеристики поднимаются и опускаются. Форма кривой на самом деле оправдывает это “зоологическое” сравнение (рис. 3).

Принцип действия схемы, изображенной на рис. 2, по-видимому, известен большинству читателей.

От левой (по схеме) лампы напряжение звуковой частоты поступает на соединенные параллельно цепочки R1R2R3C2C3 и C5R5C6. При среднем положении обоих регуляторов благодаря последовательному соединению R1C2 и R3C3 происходит деление напряжения в отношении 10:1. Следовательно, через сопротивление R4 подается около 10% напряжения, снимаемого с левой лампы.

Если теперь повернуть движок регулятора R2 в направлении к R1, то это отношение для низших частот изменится. Так как конденсатор С2 будет замкнут, а конденсатор С3 окажется зашунтированным сопротивлением R2, то характеристика устройства получит максимальный
подъем на низших звуковых частотах. В другом крайнем положении регулятора R2 накоротко замыкается конденсатор С3, а сопротивление R2 шунтирует конденсатор С2, что приведет к ослаблению низших частот. В промежуточных положениях регулятора частотная характеристика будет лежать в пределах заштрихованной на рис. 3 области.

Подобным образом регулируются высшие звуковые частоты. В крайнем левом положении движка регулятора R5 в точке Б происходит подъем высших частот (через конденсатор C5). При перемещении движка потенциометра в правое положение включается конденсатор С6, ослабляющий высшие звуковые частоты. Сопротивление R4 служит для развязки цепей высших и низших частот. Если бы этого сопротивления не было, то раздельное регулирование высших и низших частот стало бы невозможным.

Наиболее критичный участок схемы - часть провода близ точки Б, т. е. провод, соединяющий конденсатор C4 и сопротивления R4 и R5 с управляющей сеткой следующей лампы. Наличие сопротивления R4, равного 0,1 МОм, делает этот участок высокоомным, вследствие чего даже незначительные паразитные емкости вместе с емкостью анод - сетка следующей лампы могут вызвать значительные потери высших звуковых частот. Следовательно, необходимо до минимума сократить длину экранированного провода. Для этого все конденсаторы и сопротивления размещают непосредственно у регуляторов, как это показано на рис. 4. 

Чтобы исключить всякие “сюрпризы”, эту плату, имеющую форму уголка, прикрепляют под шасси так, чтобы точка А находилась рядом с панелью предшествующей лампы, а панель следующей лампы была расположена близ точки 5. В этом случае длина соединительных проводов измеряется миллиметрами и необходимость в их экранировании отпадает. Такая конструкция иногда требует удлинения осей регуляторов тембра для удобства управления ими.

В случае невозможности удлинения осей можно пойти по другому пути. Оба регулятора вместе с относящимися к ним элементам схемы прикрепляют на передней панели.

Тогда провод А не экранируется, так как его сопротивление невелико относительно внутреннего сопротивления предыдущей лампы (Ri триода примерно 10 кОм). Поэтому данный участок мало восприимчив к наводкам и, кроме того, входное напряжение составляет, как правило, 1 В и выше. Цепь Б (высокоомная вследствие наличия сопротивления R4 и по ней проходит лишь 10% входного напряжения) выполняется малоемкостным экранированным кабелем. Потери на высших частотах компенсируются конденсатором С4 (для более точного подбора его емкости целесообразно применять подстроечный конденсатор).

Для избежания грубых ошибок перед сборкой какой-либо другой схемы нужно хорошо уяснить себе принцип ее действия. Надо признать, что здесь умышленно рассмотрен самый “критичный” участок схемы и что радиолюбитель, имеющий некоторый опыт в сборке усилителей, не встретит каких-либо непреодолимых трудностей.

Любое изменение, например заменять одну лампу аналогичной другой, надо проверить с большой осторожностью. Такого рода “переделки” можно рекомендовать лишь весьма опытному радиолюбителю-конструктору. Приняв решение на сборку устройства, стоящего немало денег, было бы неправильно экономить средства на замене ламп.

СХЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ

УСИЛИТЕЛЬ ВКЗ С УЛЬТРАЛИНЕЙНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ

На рис. 5 приведена схема сравнительно простого усилителя ВКЗ.  

Это устройство конструктивно объединяет переключатель входов, предварительный усилитель для электромагнитного звукоснимателя с фильтром низших и высших звуковых частот, регуляторы тембра, а также оконечный каскад и блок питания. При наличии высококачественного выходного трансформатора воспроизводимая полоса частот (при установке регуляторов тембра в среднее положение) имеет линейную характеристику в диапазоне от 50 до 30 000 Гц.

На частоте 30 Гц выходная мощность несколько падает. Входные .гнезда 1, 2 и 3 предназначены для подключения источников программ, дающих сигнал

напряжением порядка 500 мВ, т.е. для подачи сигнала от магнитофона, от детектора приемника или от пьезоэлектрического звукоснимателя. Гнездо 4 предусмотрено для подключения высококачественного электромагнитного студийного звукоснимателя. Оно соединяется с двухкаскадным предварительным усилителем; собранным на лампе Л5. В зависимости от положения переключателя П2 усилитель может пропускать либо всю полосу частот, либо когда включен конденсатор C16, - только средние и высшие частоты. Низшие же частоты, на которых могут возникать вибрации электродвигателя, заметаю ухудшающие качество воспроизведения грамзаписи, срезаются.

Конденсатор С17 в цепи сетки правого (по схеме) триода лампы Л5 и сопротивление R29 служат для подъема низших звуковых частот. В положении 5 переключателя П1 конденсатор С14 включается параллельно конденсатору С17 и подъем низших частот несколько уменьшается. При трех первых положениях переключателя сетка правого (по схеме) триода лампы Л5 замыкается на землю, что позволяет при передаче радиопрограммы или магнитной записи подавлять помехи со входа звукоснимателя. В положении 4 конденсатор C18 несколько срезает высшие звуковые частоты, в положении 5 этот эффект усиливается. Секция П1б закорачивает входы, которые в данный момент не используются.

Следовательно, при повороте переключателя П1 в положения 1-3 поочередно включаются входы с тем же цифровым обозначением, в положениях 4 и 5 - четвертый вход (грамзапись).

Регуляторы тембра (R2R4), принципиальная схема которых рассматривалась ранее, помещены перед лампой Л1, а регулятор громкости R8 - за ней. Правый триод лампы Л2 выполняет функцию фазоинвертора, собранного по схеме с разделенной нагрузкой. Оконечный каскад на лампах Л3 и Л4 собран по ультралинейной схеме, создающей отрицательную обратную связь в цепи экранирующих сеток. Вторая цепь отрицательной обратной связи идет от вторичной обмотки выходного трансформатора через сопротивление R20 к катоду лампы Л2. Выходной трансформатор следует подбирать с учетом имеющегося громкоговорителя.

Потенциометр R35 в цепи накала ламп предназначен для ослабления уровня фона. Кроме этого, сопротивления R36 и R37 в цепи накала лампы Л1 понижают напряжение накала на 4,5в , тем самым уменьшая уровень шумов н фона. Эта несколько необычная схема в течение ряда лет с успехом применялась в цепи накала первой лампы различных усилителей — понижение напряжения накала не сказывалось на работе ламп.

Кюне Ф. Аппаратура высококачественного звучания 1965