Проволочный ФНЧ

Оригинальная конструкция фильтра низких частот для цифро-аналоговых преобразователей и детекторов приемников, обеспечивающая высокую ясность звучания данных узлов аудиотракта. В статье даны рекомендации по доработке компакт-диск проигрывателя, УКВ тюнера, приведена схема и конструкция специальной, активной АС, сформулированы общие правила намотки для проволочных ФНЧ и катушек индуктивности, даны принципы расчета проволочного ФНЧ и описана конструкция экранированного аудиокабеля с экраном из навитой виток к витку проволоки.

Советую всем прочитать эту статью!
Анатолий Лихницкий

(ФНЧ для цифро-аналоговых преобразователей и детекторов приемников)

История создания Проволочного ФНЧ началась с того, что мне захотелось переделать никчемные с аудиофильской точки зрения аппараты — СД плейер Sony CDP-195 и стационарный тюнер Филипс начала 1980х так, чтобы на них можно было получать удовольствие от прослушивания музыки, в первую очередь — классической. Доработку было решено провести по следующему плану:

  1. Экстремальное упрощение конструктива и электрической схемы (идеология «короткого пути» А.М.Лихницкого).
  2. Замена, где это возможно, современных компонентов на старые аналоги.
  3. Замена ответственных компонентов на самодельные, изготовленные, по возможности, из натуральных материалов.
  4. Разводка сигнальных цепей и цепей питания в соответствии с контурами электрических цепей.
  5. Учет векторной направленности элементов механики аппаратов.

Доработка компакт-диск проигрывателя:

Из проигрывателя были изъяты следующие лишние детали: корпус, механизм фронтальной загрузки диска, вакуумный индикатор со всей обвязкой, включая стабилизатор напряжения 45 вольт, кнопка вкл., кнопки для программирования, усилитель для наушников, включая стабилизатор напряжеения 12 вольт, дополнительные микросхемы стабилизаторов 5 вольт для раздельного питания ЦАП, аналоговой и цифровой части (все микросхемы запитаны от одного стабилизатора), технологические перемычки, а так же подавляющее большинство блокировочных конденсаторов и электролитов (фото 1).
Трансформатор питания был заменен на самодельный, выпрямитель — на однополупериодный на диоде Д7А, так же заменены некоторые резисторы и конденсаторы на их аналоги более ранних годов выпуска.
Механика проигрыватиеля, платы и трансформатор питания установлены на деревянном основании. Механика и монтажные платы привинчены к основанию через деревянные втулки. Вращающаяся подставка под компакт диск заменена на выточенную из моржового клыка, прижим компакт диска — медный. Весь крепеж так-же заменен на старый или самодельный (фото 2). Разъемы RCA выточены вручную (фото 3).

Земляные цепи и цепи питания на монтажных платах проигрывателя продублированы старыми проводами с соблюдением их направленности в соответствии со схемой Электрических Контуров. Выводы питания каждой микросхемы соединены в одной точке (катод выпрямительного диода) отдельными проводниками, таким же образом, каждый земляной вывод микросхем соединен с земляным выводом вторичной обмотки сетевого трансформатора (фото 4). Аудиосигнал снимается непосредственно с выходной ножки ЦАП, землится так-же прямо на земляном выводе сетевого трансформатора.
При склейке деревянного основания, рейки были уложены таким образом, чтобы результирующий вектор направленности основания, являющийся векторной суммой направленности каждой рейки, был максимально выражен в вертикальном напаравлении (перпендикулярном плоскости основания). Деревянные ножки под механику, платы и под само основание так же ориентированы снизу вверх (комлевая сторона внизу, крона - вверху). Горизонтальные проекции их векторов совмещены с горизонтальной проекцией результирующего вектора деревянного основания конструкции. Результирующий вектор основания направлен от слушателя (горизонтальная составляющая) и снизу вверх (вертикальная составляющая).
Исследования диэлектрических векторных контуров компонентов аудиоаппаратуры до сих пор не закончены, поскольку их практическое соблюдение, особенно при апгрейде, крайне затруднительно. В данном случае, один из таких контуров частично замыкается благодаря установке выходных разъемов RCA на передней части аппарата и определенной ориентации, как самих разъемов, так и планки их крепления.
Как и в случае с электрическими контурами, где заметное улучшение дает каждый правильно установленый элемент, в диэлектрических векторных контурах так-же важна правильная ориентация каждого компонента, независимо от текущей ориентации его соседних компонентов. Наиболее интереснсо и перспективно исследование контуров диэлектрических материалов в области построения музыкальных инструментов.

Доработка тюнера:

С тюнером тоже пришлось изрядно повозиться: все лишнее из него было так же изъято (фото 5), а из родной монтажной платы вырезаны три участка со стабилизатором, ВЧ усилителем и детектором. Для тюнера был изготовлен деревянный корпус с учетом Векторной Направленности его компонентов (фото 6). Конденсатор переменной емкости был заменен на старый, 1920х годов (фото 7 и 8). Для работы в УКВ диапазоне у него была удалена одна секция пластин (500 пф) и уменьшена площадь оставшейся секции. Площадь пластин была опытным путем подобрана так, что бы перекрывались оба УКВ диапазона. В остальном все было сделано, как у CD плейера. НА фото 9 можно видеть дублирование дорожек питания, заземления и сигнальной цепи монтажной платы детектора старыми моножильными проводками в соответствии со схемой Электрических Контуров, а так же замену пассивных компонентов на старинные аналоги.

Активная АС:

Музыкальный потенциал CD плейера и тюнера оценивался с помощью Тестового Аудиотракта (аппараты подключались ко входу усилителя вместо пъезо-головки звукоснимателя). Как и ожидалось, цифровое звучание изменилось до неузнаваемости: музыка успокоилась, стала менее вульгарной и запела вполне прилично. Тем не менее, длительного прослушивания симфонической музыки тракт не выдержал: первое впечатление довольно быстро рассеялось и стало понятно, что до старого, аналогового звучания цифровой источник не дотягивает, а чрезмерная ясность звучания Тестового Аудиотракта вредит бедной красками цифровой музыке. В итоге, цифровые записи решено было слушать через активную АС с более приемлемыми техническими характеристиками, несмотря на хорошо прогнозируемую, неизбежную потерю части музыкальных нюансов такой АС в сравнении с Тестовым Аудиотрактом.

АС была собрана в корпусе от старого приемника (фото 10 и 11). Лицевая панель АС склеена из старых досок, на нее установлен громкоговоритель с диаметром диффузора 32 см., с алнико магнитом, судя позвучанию - немец, 1940е годы. Пищалка с диффузором 11 см, примерно тех же лет, тоже с алнико. Производители обоих громкоговорителей не известны. Усилитель - двухкаскадный. Драйвер на пентоде RENS-1284, выходная лампа - Siemens DA. Оба тансформатора и дроссель намотаны вручную. Все пассивные компоненты и провода - максимально старые или самодельные.

Принципиальная схема усилителя (рис. 1) и ее особенности:

  1. Питание +5 вольт и земля от источника питания CD плейера при монтаже должна подаваться именно в те две точки, какие указаны на схеме (в точки "перекрестка групп контуров", где соединяются и становятся затем частью друг-друга аналоговые и цифровые контуры тракта).
  2. Последовательность контуров цифровых микросхем, кроме ЦАПа не исследовалась, всвязи с этим, дублирующие земли и питание +5 вольт для всех микросхем, на всех трех монтажных платах проигрывателя и платке, расположенной на каретке лазера, разведены веером из точки вышеупомянутого "перекрестка" (см. фото 4) в соответствии с направлениями, указанными на схеме стрелками (рис.1).
  3. WLPF - Проволочный ФНЧ (Wire Low Pass Filter).
  4. WC - Проволочный Конденсатор (Wire Condencer).
  5. Пентод RENS1284 включен без катодного резистора смещения, поскольку удалось ввести лампу в нормальный режим с помощью подбора анодного и сеточных резисторов. При этом без резистора первой сетки пентод звучит предпочтительней, но неустойчиво держит рабочую точку и на долго из нее выходит после помехи при подключении или отключении соединительного кабеля. В старых триодах, которые прекрасно работают без сеточного резистора, проблема ухода рабочей точки при значительных помехах по входу решается с помощью кратковременного замыкания сетки на землю переключателем (своеобразный "reset"). Подобное решение использовано в ММ-корректоре моего знакомого, который его эксплуатирует с 2006 года без нареканий.
  6. В схеме использован классический способ регулирования громкости, к сожалению, не позволяющий правильно сориентировать переменный резистор в соответствии с Контурами. Изначально в схеме планировалось использовать переменный резистор прямо в анодной нагрузке пентода, однако хорошо звучащего и не шуршащего в присутствии постоянного тока, потенциометра с нужным номиналом найти не удалось и классический вариант с половиной хорошего, старого потенциометра, включенной "встречно" своему контуру, оказался, в итоге, наилучшим вариантом.
  7. Емкость RC фильтра сеточного смещения выходной лампы соединена с плюсом питания, а не с землей, как это принято. Таким образом, контур, сформированный RC цепочкой замыкается на обмотку трансформатора питания напрямую, а не через емкость 68 мФ, что добавляет ясности в звучание схемы. Важный момент - если стоит задача достигнуть максимальной ясности звучания схемы, то при монтаже, каждый контур необходимо замыкать по максимально короткому пути. Например, заземляющие шины и шины питания, где образуются общие участки различных контуров, звучат без нареканий только, если проводники соединяются с ними с учетом Векторной Направленности шин. Ошибка в направленности шин всегда слышна сильнее ошибки в отдельном, контурном монтажном проводе, судя по всему, эта ошибка умножается на количество контуров, замыкающихся через данную шину. То-же можно сказать и о шасси, если оно использовано в качестве земляной шины. Таким образом, если нет возможности заранее определить векторную направленность шины, то лучше ее вообще не использовать, а дотянуть все провода питания прямо до верхнего вывода трансформатора питания, а земли - к верхнему, земляному выводу дросселя (рис.1). С шасси земляной вывод дросселя должен соединяться в одной, экспериментально найденной во время прослушивания уже отлаженного усилителя точке. При таком соединении удается добавить в звучание системы положительные черты звучания старого шасси без больших потерь в ясности.

Проволочный ФНЧ и ФНЧ-конденсатор:

Необходимость в хорошо звучащем ФНЧ возникла уже по завершении всего проекта. Изначально ФНЧ вообще не был предусмотрен, но во время эксплуатации тракта выяснилось, что при снятии аудиосигнала, у КД проигрывателя - прямо с ножек микросхем ЦАП, а у тюнера - с ножки микросжемы детектора, неотфильтрованные ВЧ составляющие давали помеху на некоторые ТВ каналы (в качестве передающей антенны при этом работал соединительный кабель). ФНЧ первого порядка с частотой среза 20 кГц, установленный рядом с ЦАПом, наводку полностью убирал, однако все типы фильтров, котрые я пробовал, меня так или иначе не устраивали своим звучанием. В какой то момент я уже решил смирился с наводками, но тут взбунтовались мои домочадцы и наложили табу на подобные ТВ-издевательства. Сложившаяся ситуация послужила стимулом хорошенько подумать и, в итоге, родилась идея использовать в качестве фильтра распределенную емкость и индуктивность Проволочного Конденсатора.

Конструкция Проволочного ФНЧ отличаются от конструкции Проволочного Конденсатора только тем, что провода перед его намоткой "в два провода" уложены встречно. Внешне Проволочный Конденсатор и Проволочный ФНЧ выглядят идентично (фото 12). На фотографии видно, что один из Проволочных ФНЧ намотан в три провода: это экспериментальный образец "Проволочного ФНЧ-Конденсатора", где два провода уложены начало к началу, а третий - встречно к двум первым. Конструкция ФНЧ-Конденсатора осталась не отлаженной из-за сложного расчета взаимного влияния обмоток друг на друга. Я посчитал, что в цифре прирост качества звучания от применения ФНЧ-Кондесатора вместо отдельных ФНЧ и конденсатора будет слишком мал в сравнении с затраченным на отладку временем и отложил работу до лучших времен. Соответственно, для использования этого опытного образца в качестве Проволочного ФНЧ, у него задействованы только две обмотки, намотанные встречно.

Правила намотки:

В Проволочном ФНЧ, у обмотки, выполняющей фунцию обкладки конденсатора фильтра, используется только один вывод - начало провода, находящееся снаружи катушки. Аудиосигнал проходит через индуктивность, образованную второй обмоткой, направленность которой определяется по "правилу правой руки", устанавливающему зависимость продольной и радиальной направленности аудиокомпонентов в сигнальных цепях:

"Если взять правой рукой каркас катушки индуктивности так, чтобы выпрямленный большой палец указывал в сторону продольной направленности каркаса, то провод должен навиваться на каркас направлении, указанном обхватывающими каркас четырьмя пальцами. Начало провода должно быть расположено у мизинца, катушка мотается виток к витку в направлении от мизинца к указательному пальцу."

В многослойных катушках, в конце намотки каждого слоя, провод должен возвращаться к "началу" каркаса по прямой линий, так, чтобы все слои были намотаны согласно данному правилу. Так-же, во всех многослойных катушках и рулонах конденсаторов необходимо учитывать Тангенциальную Направленность, руководствуясь следующим правилом:

"В сигнальной обмотке начало проводника должно быть ближе к центру катушки, а конец должен находиться снаружи. В заземляющей обмотке - наоборот, от края к центру".

Таким образом, в ФНЧ учтены три составляющих (проекции) его Вектора Направленности: Радиальная, Продольная и Тангенциальная.

Частота среза ФНЧ:

Распределенная емкость и распределенная индуктивность в Проволочном ФНЧ ведет себя точно так-же, как и обычные емкость и индуктивность в г-фильтре, то есть, частоту среза Проволочного ФНЧ можно вычислить, измерив емкость и индуктивность обмоток мультиметром. Контрольные измерения можно производить прямо в время намотки ФНЧ, не обрезая провода со сматываемых катушек, для чего перед намоткой необходимо припаять провода к выводам каркаса Проволочного ФНЧ. Емкость, при этом, измеряется прямо на припаянных выводах, а для измерения индуктивности в качестве щупа используется остро оточеная, опасная бритва, которой осторожно продавливается лак на одном из наматываемых на каркас проводов. Чтобы не повредить или не перерезать бритвой тонкий провод, предварительно лучше потренироваться с таким измерением на ненужном отрезке провода.

Экранированный кабель:

Для соединения источников сигнала с активной АС использован экранированный шнур с самодельными RCA разъемами, детали которых изготовлены и собраны с учетом их Векторной Направленности (фото 3). Экран выполнен с помощью навивки земляного проводника по часовой стрелке, виток к витку вокруг центральной жилы согласно вышесформулированным правилам. Сверху одет хлопчатобумажный чулок, направленность которого совпадает с продольной направленностью экранирующей спирали.

***
Цифровой тракт работает в неизменном виде уже более полутора лет и, поскольку желания что-либо переделать в тракте до сих пор не возникает, можно считать, что эксперимент удался, а Проволочный ФНЧ - такая же удачная находка, как и Проволочный Конденсатор. После проведенного апгрейда, классическая музыка, записанная на компакт дисках, выглядит интересно и свежо и иногда производит впечатление даже на мое, въедливое восприятие. Цифровые записи, конечно, не сравнялись по своей музыкальности с аналоговыми: как и ожидалось, в наибольшей степени положительные моменты звучания цифрового тракта проявились на различных переизданиях и ремастерингах старых записей, где, так-же, как и ожидалось, наиболее привлекательными выглядят работы А.М.Лихницкого.

Звучание доработанного тюнера тоже оказалось выше всяких похвал, однако, в УКВ диапазоне в Питере нет ни одной (!) станции с классической музыкой, а в эстраде, роке и современном джазе различного рода музыкальные нюансы, которые я ценю превыше всего, не особо актуальны.

Дополнительные материалы

Запись звучания системы - mpeg видео файл, М. Полякин, В. Ямпольский, П.И.Чайковский - "Размышление", фрагмент. Компакт-диск АудиоМагазин CD006, ремастеринг с пластинок на 78 об. - А.Лихницкий, 2004 год.

Антон Степичев
Санкт-Петербург, 10 ноября 2012.

Рецензия на статью - АМЛ+

Антон как всегда из скромности не представил свою статью! Так вот хочу обратить всех внимание на то, что Антон взялся за самую, можно сказать, противоречивую задачу построения фильтра на выходе ЦАПа. С одной стороный «правильный» фильтр, то-есть, не пропускающий на вход усилителя мощности комбнационные продукты искажений, вызванные квантованием и дискретизацией сигнала очень сложен и поэтому в эзотерическом смысле убивает живую сущность передаваемой через него музыки. С другой стороны, отключение фильтра возвращает жизнь музыке, но забивает музыкальный сигнал на входе усилителя упомянутыми продуктами искажений. Антон решил задачу: сохранил при передаче через придуманный им фильтр музыку и существенно снизил уровень упомянутых комбинационных икажений. Советую всем прочитать эту статью!

Анатолий Лихницкий

Задать вопрос автору:

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *