Мощный ушник / маломощный интегальник - Musatoff HA-9

[Мусатов Константин]

Наконец вышел мощный транзисторный ушной усилитель, а, по совместительству, интегральный усилитель небольшой мощности Musatoff HA-9
https://musatoff.com/RU/Musatoff_HA-9.htm
До 12 Вт. Использует продвинутую схемотехнику с ПОС по току и ООС по напряжению

[Мусатов Константин]

[Владимир R-V-A]

Наконец вышел мощный транзисторный ушной усилитель, а, по совместительству, интегральный усилитель небольшой мощности Musatoff HA-9
https://musatoff.com/RU/Musatoff_HA-9.htm
До 12 Вт. Использует продвинутую схемотехнику с ПОС по току и ООС по напряжению

Не шуточный вопрос - чисто теоретический для Константина.

Предположим, что у нас есть два очень хороших, малошумящих УНЧ, мало искажающих - почти идеальных УНЧ. У одного максимальный уровень неискаженного сигнала 1 В, а у другого - 100 В. И вот мы с их выходов подаем сигналы в одном случае напрямую на наушники - 1 В максимуме, а вот с другого, мы на наушники подаем сигнал, например с делителя напряжения 1/100, например, с делителя 100 Ом/ 1 Ом того же уровня - в 1 В.

Вопрос.

В каких наушниках будет ниже соотношение сигнал/шум и насколько дБ?

[Мусатов Константин]

Если усилители имеют исходное соотношение с/ш одинаковое, что можно ожидать, если конструкция схожая, а разница в цепях ООС, то принципиальной разницы не будет. Делитель не внесет шума, поскольку эквивалентное сопротивление шумов усилителя выше озвученного делителя. А вот общий КПД будет очень отличаться

[Владимир R-V-A]

Если усилители имеют исходное соотношение с/ш одинаковое, что можно ожидать, если конструкция схожая, а разница в цепях ООС, то принципиальной разницы не будет. Делитель не внесет шума, поскольку эквивалентное сопротивление шумов усилителя выше озвученного делителя. А вот общий КПД будет очень отличаться

Будем смотреть графики почти для идеальных, почти не шумящих УНЧ. А на графиках, что мы увидим? С/ш будет ли отличаться на эти 20 дБ, в плане снижения уровня шумовой полки? Про наводки от сети и др. внешние помехи сейчас не говорим, понятно, что они тоже просто усилится на эти 20 дБ.
Получим ли мы реально измеренные параметры по С/Ш с разницей в 20 дБ на графиках измерительных программ (при использовании хороших зв. карт) и теоретически для ушей слушателя?
Я это спрашиваю, потому, что, наверняка вы и все остальные замечали, как снижается уровень шумовой полки в УНЧ при росте уровня сигнала, условно с - 120 до - 140 и даже -150 дБ. А с учетом делителя - высокоомной нагрузкой в сотню Ом для мощного УНЧ, почти не будет роста нелинейных и интермодуляционных искажений, а только их снижение относительно снижающегося уровня шумовой полки. Вот, в чем фишка моего вопроса.

[Мусатов Константин]

Во-первых, разница не на 20, а на 40 ДБ. Во-вторых не надо путать шумовую полку реального усилителя и измерительного стенда. Если у нас усилитель отдаёт 1 В, то, скорее всего, его шумовые параметры могут находиться на уровне шумовых параметров измериловки. А если у вас на конце тракта находится низкоомный делитель, то его уровень шумов будет ниже уровня шумов того же ацп. Но при этом реальное соотношение сигнал-шум что на выходе делителя что на выходе усилителя с малым усилением будет одинаковым. Есть ещё одна тонкость. При проектировании усилителя с общей обратной связью, многие забывают о шумовых параметрах делителя обратной связи. А он ровно также работает как и ваш выходной делитель.

[Владимир R-V-A]

Во-первых, разница не на 20, а на 40 ДБ. Во-вторых не надо путать шумовую полку реального усилителя и измерительного стенда. Если у нас усилитель отдаёт 1 В, то, скорее всего, его шумовые параметры могут находиться на уровне шумовых параметров измериловки. А если у вас на конце тракта находится низкоомный делитель, то его уровень шумов будет ниже уровня шумов того же ацп. Но при этом реальное соотношение сигнал-шум что на выходе делителя что на выходе усилителя с малым усилением будет одинаковым. Есть ещё одна тонкость. При проектировании усилителя с общей обратной связью, многие забывают о шумовых параметрах делителя обратной связи. А он ровно также работает как и ваш выходной делитель.

Да, опечатка для делителя 1/100, конечно 40 дБ. Сначала думал про разницу в усилении в 10, а потом решил изменить постановку вопроса, а в дБ не учел это.
Так мы же договорились, что УНЧ почти идеальные и Кус определяется не глубиной ООС собственно в усилителе, а уровнем входного сигнала для идеального УНЧ.
И общий вывод, как я понял, что в таких условиях мы намерим более высокие параметры в плане Д.Д. на резисторном делителе, чем без него на неидеальной звуковой карте. А на идеальной зв. карте С/Ш и ДД. будет тот же ?

[Мусатов Константин]

Если обсуждать идеальный случай, то потребуется много разговоров в постановке. А смысл? Живем мы в реальном мире. А в реалии больше будет влиять конкретика, а не масштаб

[Владимир R-V-A]

Если обсуждать идеальный случай, то потребуется много разговоров в постановке. А смысл? Живем мы в реальном мире. А в реалии больше будет влиять конкретика, а не масштаб

Уточняю вопрос - в тех. параметрах усилителя с высоковольтным уровнем можно указать типовые параметры по высокому Д.Д. (допустим, под 120-130 дБ) низкому уровню шумовой полки ( -140-150 дБ) на графиках, например (RMAA) искажений на 1 кГц и мульти сигнала 60, 7000 Гц, которые будут примерно на 20-30 дБ лучше, чем у конкурентов - грубо говоря в десять - тридцать раз.

Это дело любой потребитель, если он в теме, может в этом убедиться с помощью своей измерительной звуковой карты.

Я просто уже делал такой вариант для вывода сигнала с мощного УНЧ на наушники для мощного УНЧ. Эффект явно заметен. Собственно шума или фона от наводок УНЧ вообще не слышно - полная тишина, даже если ручка громкости на максимуме. И сам звук на много приятней, чем даже с тел. усилителя зв. карты.

Это обстоятельство можно использовать как важный аргумент при рекламе такой продукции на фоне других аналогов и конкурентов?

Прокатит такая маркетинговая фишка?

[Мусатов Константин]

Прокатит такая маркетинговая фишка?

Нет, не прокатит
Вот усилитель, о котором в теме идет речь, имеет очень низкий уровень шумов. Мало того, у него, в зависимости от требуемого усиления, используются разные цепи ООС, что оптимизирует уровень шумов. Так что с ним нет никаких шумов и на малых усилениях и на больших. Обычно в усилителях источником высокого уровня шума является высокоомный регулятор громкости. Вносимое им сопротивление чаще оказывается выше, чем эквивалентное шумовой сопротивление входного каскада, например ОУ. Живой пример, регулятор с номиналом 100 К имеет пик вносимого сопротивления 25 К. По известной формуле 4КТ получим весьма заметный уровень шума. Потому надо аккуратно выбирать архитектуру и номиналы регуляторов громкости.

[Владимир R-V-A]

Нет, не прокатит
Вот усилитель, о котором в теме идет речь, имеет очень низкий уровень шумов. Мало того, у него, в зависимости от требуемого усиления, используются разные цепи ООС, что оптимизирует уровень шумов. Так что с ним нет никаких шумов и на малых усилениях и на больших. Обычно в усилителях источником высокого уровня шума является высокоомный регулятор громкости. Вносимое им сопротивление чаще оказывается выше, чем эквивалентное шумовой сопротивление входного каскада, например ОУ. Живой пример, регулятор с номиналом 100 К имеет пик вносимого сопротивления 25 К. По известной формуле 4КТ получим весьма заметный уровень шума. Потому надо аккуратно выбирать архитектуру и номиналы регуляторов громкости.

Вот усилитель, о котором в теме идет речь, имеет очень низкий уровень шумов.
Графики можете показать?

Я понял, нужен сравнительный эксперимент - готовьтесь, подбирайте регуляторы громкости, а я займусь подбором делителя на выходе. Если будет эффект от моей затеи, на сопоставимых по шумам входных ОУ в двух вариантах УНЧ, то это уже будет тема для телепередачи на канале 600+.

Не боитесь конкуренции?

[Мусатов Константин]

Не боитесь конкуренции?

Совсем не боюсь. Я уже давно усвоил, что уровень нелинейных искажений ниже 0,02% не нужен, ни один слухач не может это выделить. А различия по субъективному восприятию находится гораздо глубже в параметрах усилителей. А покупатель вообще может выбрать усилитель за рюшечки на морде, а не за звук.

[Владимир R-V-A]

Совсем не боюсь. Я уже давно усвоил, что уровень нелинейных искажений ниже 0,02% не нужен, ни один слухач не может это выделить. А различия по субъективному восприятию находится гораздо глубже в параметрах усилителей. А покупатель вообще может выбрать усилитель за рюшечки на морде, а не за звук.

Это все понятно - маркетинг по законам 17-20 века.

А по теме искажений, каюсь, думал примерно также как вы еще год назад. Пока не сделал свой первый композит по схеме, как мне говорили, гуру в плане симуляторного синтеза УНЧ со сверхнизкими искажениями, вообще почти не работоспособный. Типа, он будет проигрывать их вариантам, чуть ли не на порядок в плане искажений, и особенно, в плане интермодуляционных искажений. Которые, как выяснилось и определяют уровень чистоты и реалистичности работы УНЧ.

А по факту оказалось все не так, как считают их симуляторы. Параметры по моим схемам очень близки к их вариантам, которые были сделаны и обмерены в железе.

Где-то есть ошибки.

Они либо в моделях ОУ, либо в самой программе симулятора.
Графики я уже показывал в своем посте про композитные усилители.

Это все реальные замеры - на разных, монтажных платах.

И ключевой параметр тут, это именно интермодуляционные искажения на ВЧ в сторону разностных частот вниз по частоте. Именно они и замутняют или засоряют звук своей смесью. И ВЧ получаются ненатуральными, с металлически - стеклянными призвуками, появляющимися синхронно с полезными гармониками на ВЧ, но уже на СЧ - в виде неестественных шипящих или цыкающих тарелок при высоком уровне искажений этого типа.

Я думаю, что именно тут кроется загадка в разном звуке УНЧ (а не столько в ИНИ, как вы думаете. ООС по идеи должна давить эти, относительно медленные во времени искажения, очень эффективно).

И тут, для подстраховки, еще нужно смотреть не просто интермоды на стационарных синусах, а на звукоподобных импульсных сигналах, типа пачек синусов или пачек меандров, естественно применяя совсем другие алгоритмы вычисления искажений, например на основе расчета СКО сигналов.

[Мусатов Константин]

Я думаю, что именно тут кроется загадка в разном звуке УНЧ

Нужно иметь очень посредственный усилитель, что бы услышать интермодуляцию вниз. Она громадная например в виниловом тракте. И ничего, многие виниловые системы вполне слушабельны.

[Владимир R-V-A]

Нужно иметь очень посредственный усилитель, что бы услышать интермодуляцию вниз. Она громадная например в виниловом тракте. И ничего, многие виниловые системы вполне слушабельны.

Я тоже так раньше считал, но послушав композитный усилитель с интермодой, например на 1 кГц (от 19 и 20 кГц) на уровне 0,0001-0,0003% понял, что разница есть и она хорошо заметна на слух. Даже собственные интермоды винилового источника звучат более реалистично. А вы соберите ради интереса композитный усилитель и сравните звук с обычными вариантами. С вашим опытом, это займет пару часов. Только включение и настройку нужно делать с БП, у которого есть регулировка тока срабатывания защиты Для начала можно выставить 0,3-0,5А.

Ниже графики искажений усилителя в моей версии по этой схеме на 4 Ом нагрузке ( R1 можно увеличивать до 47 к).





На 8 Ом нагрузке искажения уже почти не видно на фоне собственных искажений карты EMU-0202. В более простой версии мосфеты можно исключить, но для 4 Ом нагрузки нужно будет снизить напряжение питания 1875 до +-17-20В, чтобы в пиках не срабатывала защита в выходной микросхеме, нарушая стабильную работу ООС.
Увеличивая число пар выходных ПТ можно снижать искажения и дальше или нарастить мощность при мостовом включении усилителей. Ток покоя выходных пар может быть порядка 0,04-0,9А. Выше 0,1-0,2 А снижение искажений уже несущественно.

[Мусатов Константин]

Владимир, вы подменяете один характер искажений другим. В усилителях с глубокой ООС за характер искажений отвечают входной каскад. При этом глубина ООС не влияет, поскольку источник их выведен за цепь ООС. Потому эти все танцы с бубнами над композитными усилителями не имеют прикладного аспекта, а только теоритический или измерительный.
Замените в исходном усилителе ОУ на тот, что хотите поставить во внешнюю петлю в композит и получите похожий результат.

[Владимир R-V-A]

Владимир, вы подменяете один характер искажений другим. В усилителях с глубокой ООС за характер искажений отвечают входной каскад. При этом глубина ООС не влияет, поскольку источник их выведен за цепь ООС. Потому эти все танцы с бубнами над композитными усилителями не имеют прикладного аспекта, а только теоритический или измерительный.
Замените в исходном усилителе ОУ на тот, что хотите поставить во внешнюю петлю в композит и получите похожий результат.

Можно использовать и вариант инвертирующего включения первого ОУ, с петлей ООС, начиная со входа первого ОУ. Например как тут.


Глубина ООС напрямую влияет на уровень всех видов искажений для сигналов со спектрами, попадающими в полосу частот для петлевого усиления УНЧ. И в композитных УНЧ петлевое усиление на 20 кГц обычно на 20-60 дБ выше, чем для классических схем, где петлевое усиление (по существу уровень искажений), например на 20 кГц, обычно составляет порядка 40-60 дБ для широко распространённых, одиночных ОУ. В моих версиях по вышеприведенной схеме искажения на 20 к получались примерно на уровне -78-90 дБ, на нагрузке 4 Ом (на 8 Ом нагрузке искажения примерно на 6 дБ получались ниже при тех же уровнях выходного сигнала). А в более продвинутых вариантах композитных УНЧ, петлевое усиление на 20 к может достигать и -100 - 130 дБ.



Но, это уже как бы отдельная тема.

[Мусатов Константин]

Можно использовать и вариант инвертирующего включения первого ОУ, с петлей ООС, начиная со входа первого ОУ. Например как тут

Я знаю, что вы критически относитесь к ИНИ. Однако, ИНИ не сильно изменяются от схемы включения. Они, в любом случае, сильны у серийный ОУ и частично компенсируются у лучших моделей. Но, по мне, лучше дискретная схемотехника входного каскада с минимизацией ИНИ. Важный момент, ИНИ не снижаются с изменением глубины ООС

[Владимир R-V-A]

Важный момент, ИНИ не снижаются с изменением глубины ООС

Почему? Элементы, которые могут формировать ИНИ находятся внутри петлевого усиления, и их ООС будет давить, как и любые другие источники различных видов искажений?
Кстати, в моей схеме с мосфетами на выходе, в цепях смещения ПТ, стоят терморезисторы, которые также являются источником ИНИ, но их ООС давит без проблем. В подобных каскадах также ставят ограничительные стабилитроны прямо по входу мосфетов, которые также являются источниками дополнительных ИНИ и даже заметных дополнительных ШП шумов. И их влияние также компенсирует глубокая ООС.

[Мусатов Константин]

Почему? Они же внутри петлевого усиления и их ООС будет давить как и любые другие виды искажений?

Нет, они стоят вне цепи ООС. Они изменяют параметры дифкаскада, это и есть ошибка сравнения.

[Владимир R-V-A]

Нет, они стоят вне цепи ООС. Они изменяют параметры дифкаскада, это и есть ошибка сравнения.

В каком месте и как это происходит изменение, чтобы его не заметила ООС в инвертирующем варианте, с цифрами пожалуйста?

[Мусатов Константин]

В каком месте и как это происходит изменение, чтобы его не заметила ООС в инвертирующем варианте, с цифрами пожалуйста?

Цифры тут не особенно и нужны. Берем простейший дифкаскад. От сигнала теплорассеяние транзисторов в паре различается. Один кристалл нагревается, второй остывает. Вспоминаем, что смещение транзистора зависит от температуры перехода с коэффициентом 2,5 мВ на градус. Потому нагрев и остывание приводят к динамическому изменению напряжения смещения дифкаскада. Смещение - это ошибка вычитания. Вот оно и выходит за цепь ООС.