Wzmacniacz słuchawkowy Black Pearl to unikalna konstrukcja wykorzystująca układy dedykowane do zastosowań telekomunikacyjnych. Wybór tej technologii nie jest przypadkowy. Doświadczeni audiofile wiedzą, iż najlepsze lampy elektronowe jakie można użyć w różnych stopniach wzmacniaczy lampowych to właśnie lampy telekomunikacyjne NOS. Przykładem mogą być tutaj CCa Siemensa. Wyjaśnieniem tego są ostrzejsze wymogi, jakie muszą spełniać układy telekomunikacyjne względem elektroakustycznych. Wymagane jest przede wszystkim szersze pasmo przenoszenia, mniejsze szumy i większa odporność na niekorzystne czynniki zewnętrzne – drgania, zakłócenia elektromagnetyczne i konieczność przesyłu sygnału długimi liniami kablowymi. Obecnie przesył danych odbywa się z dużymi przepustowościami, w związku z tym układy sterujące do linii przesyłowych posiadają bardzo szerokie pasmo, sięgające setek megaherców. Takie układy wymagają sporej dyscypliny od projektanta i znajomości zagadnień EMC, gdyż o wzbudzenia i sprzężenia w takim układzie bardzo łatwo, zwłaszcza że mogą one powstać drogą radiową, poprzez kable wchodzące i wychodzące z urządzenia. Jednak po poradzeniu sobie z tego typu problemami dochodzimy do zalet układów telekomunikacyjnych, jakimi są duże maksymalne prędkości zmian sygnału i niski poziom zniekształceń THD do 100kHz lub wyżej. Układy dedykowane do audio trzymają niski poziom THD do pojedynczych kiloherców najwyżej. Zniekształcenia wyraźnie i coraz szybciej rosną wraz z częstotliwością. Ograniczenia pasma wpływają niekorzystnie na prędkość sprzężeń zwrotnych, a ta im mniejsza, tym większe zniekształcenia intermodulacyjne wywołuje. Można to sobie prosto wyobrazić: sygnał wejściowy jest poddawany wstępnie dużemu wzmocnieniu, które przez ujemne sprzężenie zwrotne musi zostać obniżone do konkretnej wartości. Jeśli informacja zwrotna się spóźnia, dostajemy „piki” na sygnale, a ponadto spada maksymalna prędkość zmian sygnału, jaką można uzyskać w danym układzie. Przykładowo – sygnał prostokątny będzie wyglądał jak trapezowy, ze szpilkami na końcu zboczy. Można więc powiedzieć, że zbyt wolne sprzężenie zwrotne przekłamuje transjenty, przejścia dynamiczne sygnału. Nie dziwi więc, że w układach dyskretnych i lampowych rezygnuje się gdzie można z długich pętli sprzężenia zwrotnego, a czasem nawet całkowicie. Wynika to też z tego, że zniekształcenia intermodulacyjne są przez człowieka zauważane na poziomach wielkości o rząd mniejszych niż zniekształcenia harmoniczne. Gdybyśmy słuchali samych sinusów, albo (nie daj Bóg) napięcia stałego, praktycznie każde sprzężenie zwrotne byłoby zadowalające. Niestety, do sygnałów szybkozmiennych potrzeba szybkiego sprzężenia zwrotnego. Takie właśnie dostajemy we współczesnych sterownikach telekomunikacyjnych, jeśli tylko zaaplikujemy pozostałe komponenty właściwie. W takiej sytuacji możemy się skupić na zaletach sprzężenia zwrotnego, a są nimi: znaczne obniżenie THD, czyli wzrost liniowości wzmacniacza i obniżenie impedancji wyjściowej pozwalające na lepszą kontrolę przetwornika elektroakustycznego. Jeżeli do tego dołączymy możliwość zrealizowania wszystkiego na jednym stopniu wzmocnienia, to układ staje się wysoce przeźroczysty dla wzmacnianego sygnału.
Wzmacniacz słuchawkowy Black Pearl to połączenie maksymalizmu z minimalizmem. Maksymalizm polega tu na starannym doborze komponentów, zwłaszcza kondensatorów łączonych w bloki i w różnych technologiach wykonania. Ma to na celu skompensowanie niekorzystnych cech np. kondensatorów elektrolitycznych przy zachowaniu dobrego odtwarzania dołu pasma akustycznego. Minimalizm sprowadza się do wyeliminowania zbędnych bloków funkcjonalnych i komponentów „na wszelki wypadek” wtrąconych w tor sygnałowy. Wiadomo, że najlepszy rezystor to żaden rezystor, itd. Można by więc wymienić, czego we wzmacniaczu nie ma:
- elementów ograniczających pasmo od góry typu kondensatory w sprzężeniu zwrotnym
- rezystorów w całej bezpośredniej ścieżce sygnału
- kondensatorów w wejściowym torze sygnałowym
- DC serwa
- symetrycznego napięcia zasilania; jest pojedyncze
Są to założenia projektowe wynikające z podejścia czysto technicznego i zweryfikowane odsłuchami.
Moje eksperymenty z różnymi architekturami wzmacniaczy słuchawkowych trwały prawie cztery lata i miały na celu wykonanie czegoś prostego, taniego i dobrze grającego. Po kilku miesiącach prób i doboru komponentów powstał Moonlight – wzmacniacz początkowo wyłącznie kieszonkowy, napędzany akumulatorem 9V. Co kilka miesięcy pojawiała się nowa wersja, z nowymi pomysłami wynikającymi z odsłuchów wskazujących drogę zmian, aż pojawił się v.4, który stanowił pierwszy duży skok jakościowy, co zmotywowało mnie do opracowania także wersji stacjonarnej wzmacniacza. Zasilanie bateryjne po części tłumaczy obecność pojedynczego napięcia zasilania, ale bierze się ono też z innych względów, np. możliwości łatwego doboru zasilacza, albo faktu, iż wzmacniacz posiada wirtualną masę, aktywną bądź pasywną zależnie od wersji. Obecna konfiguracja układowa Moonlighta pojawiła się na początku 2010 roku i jest to optymalna dla tego układu architektura. Na jej bazie przez kilka tygodni powstawał prototyp czegoś o większej mocy. Niektóre tricki dozwolone w Moonlighcie nie funkcjonowały w prototypie Black Pearl, jak np. sprzężenie bezpośrednie na wyjściu przy zachowaniu pływającej masy, będącej wyłącznie masą sygnałową. Musiałem więc spolaryzować masę napięciem stałym i zastosować kondensatory wyjściowe, i tu przeprowadziłem szereg prób z różnymi typami, aby uzyskać maksymalne podobieństwo brzmieniowe do połączenia galwanicznego poprzez użycie pary równoległej z dwóch różnych typów kondensatorów. W ten sposób także konstrukcji wzmacniacza Black Pearl udało mi się uniknąć stosowania dodatkowego DC serwa, które według moich uszu wpływa na brzmienie, ponadto nie eliminuje całkowicie prądu stałego ze słuchawek tak jak kondensator lub transformator.
Jeszcze jedną ciekawostką wzmacniacza Black Pearl jest brak rezystorów w głównej ścieżce sygnału, są tylko w sprzężeniu zwrotnym. Byłem zdziwiony jak poprawia się dźwięk, gdy tego elementu nie ma na wejściu układu wzmacniającego. Jest tylko potencjometr, ceniony przeze mnie Alps RK09, przystosowany do ciężkich warunków panujących w pojazdach i o nominalnym przebiegu 30 000 obrotów. Gdybym przykładowo zastosował RK27, brzmienie uległoby pogorszeniu, co sprawdziłem eksperymentalnie. Rozważam jeszcze użycie w przyszłości regulatora skokowego na rezystorach SMD.
Dane techniczne wzmacniacza Black Pearl:
- napięcie zasilania: 12~24V DC
- jałowy pobór mocy: 1,2W
- impedancja wejściowa: 10kΩ
- impedancja wyjściowa dla 1kHz: 0,1Ω
- zwarciowy prąd wyjściowy na kanał: 800mA
- moc wyjściowa na kanał przy zasilaniu 24V: 1800mW dla 32Ω, 100mW dla 600Ω
Dane techniczne wzmacniacza Moonlight:
napięcie zasilania: 5~12V DC
jałowy pobór mocy: 0,5W
impedancja wejściowa: 10 lub 20kΩ
impedancja wyjściowa dla 1kHz: 0,1Ω
zwarciowy prąd wyjściowy na kanał: 500mA
moc wyjściowa na kanał przy zasilaniu 12V: 350mW dla 32Ω, 50mW dla 300Ω
Obydwa wzmacniacze mogą być montowane w obudowach Hammond 1455K1201BK lub większych, a zasilacz jest osobnym urządzeniem.
