Tri pojačala za slušalice 1. dio Uvod i pomoćna oprema

Poveznice: 1. dio 2. dio 3. dio 4. dio 1

Izrada 3 pojačala za slušalice

izloženost buci pri radu, u skladu s zakonskom regulativom za sigurnost i zdravlje, ne smije prijeći 85 dB (niske glasnoće) u trajanju od

maksimalno 8 sati. Povisi li se glasnoća 3 dB, dozvoljeno vrijeme izloženosti mora se prepoloviti.

Dakle, pri izloženosti buci od 88 dB dozvoljeno maksimalno vrijeme izloženosti je 4 sata, pri 91 dB 2 sata itd.

UVOD Promatramo li slušalice elektrotehnički, kao nadomjesnu impedanciju, one poput zvučnika, predstavljaju kompleksni teret pojačalu. Zbog toga primijenjeno pojačalo mora biti apsolutno stabilno. Ako je impedancija slušalica visoka, za optimalne zvučne rezultate, potreban im je mnogo viši napon pobude nego slušalicama niske impedancije. Za razliku od njih, slušalice niske impedancije traže vrlo velike struje pobude. To je razlog zbog kojeg se slušalice niske impedancije mnogo teže pobuđuju. Ako slušalice jednostavno priključimo u bilo koji izlaz za slušalice (na mobitelu, računalu, CD reproduktoru), a pri tome ne vodimo računa o električnim karakteristikama primijenjenih slušalica, vrlo je vjerojatno da ćemo dobiti nezadovoljavajući rezultat. Slušalice će u svakom slučaju funkcionirati ali zvuk koji se čuje bit će vrlo daleko od njihovih krajnjih mogućnosti. Najniža impedancija dinamičkih slušalica iznosi oko 30 Ω, a najviše impedancije su oko 600 Ω. To je odnos od 1:20, što se preslikava i na potrošnju snage. Međutim, tu nije kraj jer se slušalice proizvode u beskonačnom nizu različitih osjetljivosti. Uspoređujemo li osjetljivost zvučnika koristimo jedinicu razinu zvučnog tlaka (SPL) u dB pri snazi pobude od 1 W, mjereno na 1m udaljenosti. Sličan (ali ne i isti) parametar postoji za slušalice. Vrijednost je izražena u dB/mW, koji označava razinu zvučnog tlaka pri pobudi s 1 mW snage. Ako se snaga pobude podvostruči, razina zvučnog tlaka biti će viša točno 3 dB. Dakle, koristimo li slušalice čija je učinkovitost 3 dB viša, za istu glasnoću bit će potrebno samo polovina snage. Ista formula vrijedi i za zvučnike. Poznajemo li učinkovitost slušalica možemo izračunati snagu za zadanu razinu zvučnog tlaka. Uzmemo li u obzir sve učinkovitosti slušalica i sve impedancije, dobije se omjer snaga za točnu pobudu 1:500. Dakle, pri izboru pojačala snage moramo voditi računa o željenoj glasnoći koja se postiže bez izobličenja, o sprječavanju oštećenja slušalica velikim snagama ili impulsnim zvukovima pri manipuliranju pojačalom te konačno o zaštiti sluha korisnika. U tehničkim podacima proizvođača možemo doznati maksimalnu snagu koju uređa j razvija i pri kojoj impedanciji. Iz snage možemo izračunati napon na zadanoj impedanciji te razine zvučnog tlaka koje neće

Tri pojačala za slušalice 1. dio Uvod i pomoćna oprema

Poveznice: 1. dio 2. dio 3. dio 4. dio 2

oštetiti ljudski sluh. Te razine, propisane zakonima, bitno su različite u različitim dijelovima svijeta. Dok je u SAD dozvoljeno izlaganje buci od 100 dBA 1 sat dnevno u EU je dozvoljeno 100 dBA samo 15 minuta dnevno. Tablično možemo prikazati i napon potreban raznim slušalicama za 1 mW snage

Impedancija slušalica

32 Ω 60 Ω 120 Ω 300 Ω 600 Ω

V 179 mV 245 mV 347 mV 550 mV 775 mV

dBu (0dB = 775mV)

-12,7 -10 -7 -3 0

dBV (0dB = 1V)

-14,9 -12,2 -9,2 -5,2 -2,2

Učinkovitost različitih slušalica

Tip i model slušalica Impedancija Ω

efikasnost dB/1mW

Napon za 100dB razine zvučnog tlaka SPL

Snaga za 100dB razine zvučnog tlaka SPL

AKG

K240DF 600 88 3,1V 16mW

K501 120 94 694mV 4mW K1000 120 74 6,93V 400mW

Beyerdynamic

DT770, DT880, DT990

250 96 800mV 2,6mW

Sennheiser

HD500 32 97 253mV 2mW HD555 120 94 694mV 4mW

HD650 300 97 775mV 2mW

HD800 300 97 775mV 2mW

Uvidom u tablicu primjećujemo kako i unutar modela istog proizvođača nalaze vrlo velike razlike impedancije i učinkovitosti. Dakle, pri nabavi pojačala moramo nabaviti i slušalice kao usklađenu kombinaciju. Druga opcija je postojanje promjene pojačanja koje se koristi sa različitim slušalicama. Treća opcija je poznavanje izlazne impedancije slušalica kako bi postigli optimalne rezultate. Više o svemu tome vidi ovdje. Vrlo kratko ćemo ponoviti kako je izlazna impedancija pojačala za slušalice standardizirana na 120 Ω. Kako izlazna impedancija treba biti nekoliko puta manja od impedancije priključenih slušalica mnogi proizvođači teže napraviti pojačala sa što manjim izlaznim impedancijama kako bi se mogli koristiti svi tipovi slušalica. Poznata pojačala za slušalice Topologija pojačala za slušalice može se podijeliti na poluvodička, hibridna i cijevna. Ovdje ćemo se zadržati samo na poluvodičkim pojačalima, što nipošto ne znači da su hibridna ili cijevna manje kvalitetna. Ostavit ćemo to za drugu prigodu. Poluvodičko pojačala dalje se mogu podijeliti na ona temeljena na operacijskom pojačalu i potpuno poluvodička. Danas postoje operacijska pojačala vrlo visokih izlaznih struja pa je moguća konstrukcija vrlo jednostavnih pojačala zavidnih karakteristika i visoke subjektivne kvalitete zvuka.

Musical Fidelity A1

Tri pojačala za slušalice 1. dio Uvod i pomoćna oprema

Poveznice: 1. dio 2. dio 3. dio 4. dio 3

Od poluvodičkih pojačala za slušalice među samograditeljima najpopularnija su: B22, Beyer A1, Lovely Cube, Cavalli Kan Kumisa III, Dynahi, ZEN, Krell, Szekeres, Audio Technica, Musical Fidelity V-CAN2 i A1. Mogu se nabaviti putem internetskih trgovina u gotovom ili kit obliku.

Dynalo/Dynahi je projekt Kevina Gilmora objavljen 2000. na Headwize forumu. Postao je poznat kao Dynalo, a snažnija verzija evoluirala je u Dynahi, mase oko 22kg, dok danas postoji ekstremna Gilmoreova verzija od 800 W (!?) po kanalu za slušalice. Pojačalo je koncepcijski jednostavno ali vrlo glomazno sa skupim, zastarjelim i teško dostupnim izvornim komponentama. Neki ga drže referentnim iako su ga, u posljednjih 16 godina, mnoga druga pojačala zvučno nadmašila. Zbog toga se često

među stručnjacima drži da ga nema smisla raditi, jer mu samo hladnjaci prelaze vrijednost normalnog pojačala. Primat su danas preuzeli B22 i druga pojačala. Beta 22 se drži za jedno od najboljih diskretnih pojačala za slušalice koji ima najmanji šum u kombinaciji s napajanjem Sigma 22. Može se

konfigurirati u jednopolnu ili

potpuno simetričnu topologiju prema zahtjevima korisnika. U osnovnoj konfiguraciji (na donjim slikama) za prosječne korisnike ipak je glomazan i nepotrebno kompliciran iako ga mnogi obožavaju. Krell KSA 5 je starije pojačalo za slušalice koje je u osnovnoj konfiguraciji za prosječne korisnike vrlo glomazno i komplicirano. Pojačalo inspirirano Beyerdynamic A1 pojačalom za slušalice vrlo jednostavne izvedbe, male sličnosti s Lovely Cube. Izlazna impedancija 110 Ω. U izvornom obliku sa nepotrebnim impulsnim napajanjem i mikroprocesorom. Više o tome naknadno Audio Technica AT HA5000 pojačalo za slušalice u

osnovnoj konfiguraciji za

prosječne korisnike je vrlo glomazno i komplicirano s

viskom disipacijom ali se

može pojednostavniti uz zadržavanja dobrih karakteristika MOSFET-a.

Dynahi

Beta 22

Sigma 22

Krell KSA 5

Beta 22

Sigma 22

Dynahi full balanced

Sigma 22 napajanje

Krell KSA 5

Tri pojačala za slušalice 1. dio Uvod i pomoćna oprema

Poveznice: 1. dio 2. dio 3. dio 4. dio 4

Cavalli Kan Kumisa III predstavlja briljantni sklop autora Benny Jorgensona s naglaskom na jednostavnosti topologije i vrlo visoke kvalitete subjektivnog zvuka. Međutim, početna verzija je bila nestabilna. Nakon modifikacija postaje high end potpuno diskretno i potpuno komplementarno pojačalo s JFET ulaznim stupnjem i strujnim ogledalom te Sziklai komplementarnim parom u izlaznom stupnju bez negativne povratne reakcije.

ZEN je adaptacija Nelson Pass ZEN pojačala koji se u najjednostavnijem obliku sastoji od jednog aktivnog elementa na putu signala. Radi u klasi A i na izlazu ima teret spregnut preko kondenzatora kako bi se blokirala istosmjerna komponenta prema slušalicama. Pojačalo nema savršene specifikacije ali poput triodnih pojačala nalazi svoje obožavatelje.

Szekeres je projekt Grega Szekeresa na Headwize forumu, a u principu predstavlja strujni buffer bez naponskog pojačanja. Poznat je u velikom broju inačica čiji se detalji mogu naći na Headwize i HeadFi forumima. Corda Jazz Izgleda vrlo jednostavno i solidno, a primjenjuje dosta tehnoloških unapređenja koja nemaju druga pojačala u istom cjenovnom razredu. Spomenimo koncept aktivnog simetričnog uzemljenja u kojem svaki spojni kabel slušalica vodi dodatni signal na način pri kojemu je suma potencijala u kabelima jednaka nuli. Prema konstruktorima ovaj sustav minimizira energiju električnog polja kabela što eliminira zagađenje signala zemlje i poboljšava potiskivanje smetnji napajanja u izlaznom stupnju.

Cavalli Kan Kumisa III

Audio Technica AT HA5000

Nelson Pass ZEN

Audio Technica AT HA5000

Corda Jazz

Tri pojačala za slušalice 1. dio Uvod i pomoćna oprema

Poveznice: 1. dio 2. dio 3. dio 4. dio 5

Potenciometar uređaja je vrlo složen. Položaj potenciometra mjeri se primjenom AD pretvarača, a izlaz p retvarača koristi se pri postavljanju željene glasnoće primjenom elektroničkih prekidača koji upravljaju sa 32 razine vrlo malog koraka. Konstruktor naglašava kako primjena klasičnih potenciometara dodaje zvuku neželjenu nijansu. Pored toga ovo pojačala ima i vlastiti crossfeed filtar za realizaciju prostorne slike. Analizirat ćemo ove tvrdnje u nastavku. Burson Burson Audio HA-160 pojačalo za slušalice dostupno je kao gotov uređaj ili za samogradnju. Čitavo kućište je veliki hladnjak sklopa u čistoj A klasi s visokom strujom mirovanja. Diferencijalni ulazni stupanj direktno je spregnut, a protutaktni izlazni stupanj primjenjuje Toshibine tranzistore A1930/C5171 koji razvijaju do 2 W snage. Elektroliti napajanja su kvalitetni 63V/10.000uF. Odnos signal šum veći je od 98dB, a separacija kanala oko 70dB na 10kHz. Masa uređaja je nezanemarivih 6kg dok su dimenzije 280 x 110 x 44mm. Sjöström Audio - QRV03 Vrlo zanimljivo pojačalo za slušalice ekstremnih tehničkih karakteristika. Frekvencijsk i opseg mu je od 0 Hz do 20 MHz, a sa filtrom do 338 kHz, slew rate 60 V/us, a izlazna impedancija 3 mΩ. Dakle, bez problema sa 600 Ω slušalicama postiže teoretski damping faktor 200000. Uz navedene karakteristike, odziv na step je idealan.

Ulazni stupanj je operacijsko pojačalo, a drugi stupanj je transimpedancijsko pojačalo (current feedback) sa DC servo sustavom, Wilsonovim strujnim ogledalom i dijamantnim bufferom kojeg poboljšavaju kaskodni strujni izvori. Dijamantni buffer predstavlja inačicu emiterskog slijedila kojemu je naponsko pojačanje uvijek malo manje od 1, a frekvencijska širina pojasa ekstremno široka. Izlazna impedancija je niska i bez negativne povratne reakcije, a bude još manja ako se buffer postavi unutar petlje.

U ovisnosti o struju mirovanja kroz izlazne tranzistore pojačalo se može podesiti u klasu A ili klasu AB. Napajanje je riješeno čipovima LM317 i LM337 koji zvuče mnogo bolje nego što se mjere. Neki audiofili ovo pojačalo drže za najkvalitetnije pojačalo za slušalice iako ga poznavatelji često zanemaruju, a zbog cijene i složenosti izrade nije ni tako rašireno.

Tri pojačala za slušalice 1. dio Uvod i pomoćna oprema

Poveznice: 1. dio 2. dio 3. dio 4. dio 6

Emmeline XP-7 Emmeline XP-7 pojačalo za slušalice je tzv. dual mono s vrlo jednostavnim sklopovljem. Na putu signala nema ni jednog kondenzatora, a svi signalni vodovi na pločici su odijeljeni uzemljenim površinama. Sastoji se od dvije tiskane pločice: za pojačalo i za napajanje. Izrađene su po mil specifikacijama i ne koriste ni jedan žičani vod budući da su sve komponente, uključujući priključke i potenciometre direktno zalemljeni na pločicu. Intenzivno koriste polipropilen kondenzatore za glađenje istosmjernog napajanja. Zaključak Subjektivnim preslušavanjem iz navedenog možemo zaključiti: za audiofile nisu potrebni složeni sklopovi velikih snaga npr. poput novog Dynahi pojačala za slušalice od 800W, koje može pogoniti i zvučnike. Pored toga sva aktivna pojačala imaju izobličenja i nelinearnosti. Ako je slušalica spojena na dva pojačala, umjesto na jedno, izobličenja će se povećati, a linearnost smanjiti. Primjena trećeg pojačala za virtualno uzemljenje ne poboljšava ni preslušavanje među kanalima. Jer kada pojačala podijele virtualno uzemljenje na dva kanala, mjerenja pokazuju da se povećava preslušavanje, a to dokazuje i analiza. Nadalje, ne smanjuje se ni izlazna impedancija. Ona bi se smanjila kada bi virtualno uzemljenje imalo negativnu impedanciju. U stvarnosti virtualno uzemljenje povećava izlaznu impedanciju pojačala. Uzmemo li sve ovo u obzir i kad ostale tehničke zahtjeve nabrojenih pojačala za slušalice (snaga, servo, crossfeed, potenciometar, itd) dovedemo u, nazovimo tako, inženjersku normalu ostanu nam dva ili tri modela. Lovely Cube je audiofilska inačica pojačala za slušalice genijalnog konstruktora Norbert Lehmanna. Rašireno je preko HeadFi foruma, a ima vrlo neobične karakteristike. Ulazni stupanj nije direktno spregnut nego pomoću kondenzatora vrlo visoke kvalitete, te je frekvencijska širina pojasa ograničena ulaznim niskopropusnim filtrom. Za naponsko pojačanje izvorno je primijenjen OPA 2134, a izlazni stupanj je dijamantni buffer temeljen na klasičnim bipolarnim tranzistorima umjesto jakostrujnih MOSFET-a. Izlazni stupanj nema ni negativnu povratnu reakciju zbog čega može nastati istosmjerni ofset, a ne dolazi do redukcije izobličenja. Sustav je dvokanalan s pasivnim uzemljenjem umjesto trokanalni s aktivnim uzemljenjem. Ispravljač je integriran na pločici s elektronikom, a naponski regulatori su klasični LM317/LM337. Dakle, prilično tradicionalno s izuzetkom dijamantnog buffera.

Dynahi full balanced

Tri pojačala za slušalice 1. dio Uvod i pomoćna oprema

Poveznice: 1. dio 2. dio 3. dio 4. dio 7

Ukoliko se napravi simulacija pa usporedi navedena konfiguracija sa protutaktnom komplementarnom simetrijom dobivaju se vrlo slični rezultati te prividno izgleda da je protutaktna komplementarna simetrija mnogo bolje prilagođena za projekt pojačala za slušalice. Dakle, možemo se upitati zašto je u diskretnom projektu primijenjen dijamantni buffer umjesto potpuno komplementarne protutaktne konfiguracije? Analiziramo li audiofilske sklopove uočavamo kako simulacije i mjerenja imaju značajnu ulogu samo u početnoj aproksimaciji konačnog rješenja. Sva naknadna poboljšanja temeljena su isključivo na – slušnim usporedbama. Dakle, audiofilski sklop je ujedno znanost i umjetnost.

Dijamantni buffer ima prednost više ulazne impedancije, termički je prilično stabilan dok mu se ofset može namjestiti na manje od 1 mV. Klasa A, pri radnoj temperaturi od približno 70oC, omogućava optimalne karakteristike primijenjenih poluvodiča te u krajnjoj liniji, po mišljenju najvećeg broja korisnika, zvuči bolje. Jednostavnim konstrukcijskim rješenjem u pojačalu se kondenzatori zagrijavaju na optimalnu temperaturu. Jednostavna ali ne i prejednostavna rješenja uvijek se pokazuju optimalnima.

U shemi pojačala za slušalice AudioTechnica možemo prepoznati preciznu i klasičnu školu sa Zener regulatorima i Darlington tranzistorima. Na ulazu diskretni diferencijalni JFET ulazni stupanj sa strujnim ogledalom koji omogućava naponsko pojačanje te optimalni bipolarni tranzistor množitelj Vbe za pobudni stupanj. Tranzistori Q7, Q10 i Q11 omogućavaju temperaturnu zaštitu, a izlazni stupanj i slušalice zaštićeni su relejem od napona. Klasični projekt izlaznog stupnja i cijelog pojačala za slušalice je izuzetno dopadljiv te je konceptualno izuzetno stabilan.

S prikazanim strujama od 200 mA na 36 V disipacija je približno 7.2 W po kanalu, a u specifikacijama se navodi ukupna disipacija 31W. Dakle, potrošnja je malo pretjerana, ali projektanti su sigurno znali što rade i što je potrebno za dobar zvuk. Na prednjoj ploči je ebanovina za dobar izgled Za razliku od Lovely Cube koji je izveden bez povratne veze Musical Fidelity i Beyerdynamic imaju povratnu vezu te koriste iste izlazne tranzistore - komplementarni par BD 139 i BD 140.

Beta 22

Tri pojačala za slušalice 1. dio Uvod i pomoćna oprema

Poveznice: 1. dio 2. dio 3. dio 4. dio 8

Korišteni DAC Korišteni su DAC-ovi Musical Fidelity V-DAC II i Topping D30 DSD DAC. Unutar starijeg vrlo cijenjenog DAC-a Musical Fidelity ugrađeni su čipovi Burr-Brown DSD1796 DAC i asinkroni upsampler Burr-Brown SRC4392. U Toppingu D30 DSD DAC-u nalazi se Cirrus Logic CS4398 koji nativno dekodira DSD128 preko predodređenih ulaznih pinova. Čip USB sučelja je XMOS. Tablično prikazane karakteristike:

Decoding range: USB: 16-24 bit / 44.1 - 192KHz, DSD64, DSD128 Optical Fiber:16 – 24 bit / 32-192kHz Coaxial :16 – 24 bit / 32-192kHz Background noise (sampling 44.1kHz): USB: 3.9 uVrms Optical Fiber: 5.2 uVrms Coaxial : 5.1 uVrms Line Out output level: 2.1 Vrms 1kHz Typical distortion (1KHz, sampling 96KHz) USB: 0.00062% Optical Fiber: 0.00063% Coaxial : 0.00065% SNR (sampling 44.1kHz): USB: 115.7dB Optical Fiber:113.2dB Coaxial :113.4dB Channel separation (1kHz, sampling 44.1kHz) USB: -117.7dB Optical Fiber: -117.6dB Coaxial : -117.6db Frequency response: 10-20kHz -/+0.03dB General Size: 122 x 38 x 177 mm Weight: 427g

Jitter: <12 ps pk to pk THD (+ noise): <0.004% 20Hz - 20 kHz Frequency Response: +0, –0.1dB, 20Hz - 20 kHz Inputs 1x RCA coax SPDIF 32-192 kbps (16-24 bit stereo PCM) 1x TOSLINK optical 32-96 kbps (16-24 bit stereo PCM) 1x USB type ‘B’ computer/PDA - 16-24 bits, 32- 96 kbps Determined by source file/computer settings Outputs

1x line level RCA (phono) General Size: 170 x 95 x 40 mm Weight 350 g

kraj 1. dijela