Высококачественный усилитель для наушников на ОУ по разумной цене

Любые наушники являются непростой нагрузкой для источника звука. Особо справедливо это высказывание если наушники арматурные, гибридные, изо/орто-динамические или еще более экзотические. Подавляющее большинство источников звука не способно выдать достаточную мощность сигнала, как результат на высокоомных наушниках не хватает громкости, а для низкоомных не хватает тока. Как результат — искажения, звук становится унылым, плоским, непроработанным, нижний регистр вязнет в каше и тд и тп. Усилитель для наушников призван решить все обозначенные проблемы.

Сегодняшнее развитие электроники привело к появлению операционных усилителей (ОУ) с просто невероятными параметрами. Но стоимость многих из них не такая уж и маленькая, как впрочем и стоимость любых деталей высшего качества. Однако несомненным плюсом ОУ является их взаимозаменяемость. И абсолютно никто не мешает собрать усилитель для наушников на ОУ которые есть под рукой, а со временем прикупить более дорогие микросхемы.

Усилитель для наушников, построенный на любом ОУ, при достаточной величине питающего напряжения, может легко обеспечить требуемый уровень сигнала. Однако большинство усилителей не способно выдать в нагрузку требуемый ток. Помимо выходного тока, для обеспечения достойного качества звука, операционный усилитель должен обладать как минимальными искажениями, иметь широкую полосу пропускания по частоте и обладать большой скоростью нарастания сигнала.

С чего все началось

Бродя по бескрайним просторам всемирной помойки кладезю знаний — интернету, наткнулся на интересный ПДФ файл от компании Burr Brown. Название этого файла значится так: DOUBLE THE OUTPUT CURRENT TO A LOAD WITH THE DUAL OPA2604 AUDIO OP AMP , что дословно переводится на русский как: Удвоение выходного тока в нагрузку двумя аудио ОУ OPA2604. Файл состоит из двух страниц, где ценность представляла только первая. Но чем же он так интересен? — Это вариант усилителя для наушников на ОУ. Но не просто усилитель, а хитрый усилитель. Вот собственно и он:

Высококачественный усилитель для наушников на ОУ , схема усилителя для наушников

Фирма Burr-Brown конечно же рекомендует ставить в усилитель для наушников свои OPA2604. Выходной ток этих ОУ может достигать 35мА, а в пике 41мА. Чтобы не спалить выходы ОУ, для ограничения по току, установлены резисторы R3 и R4 сопротивлением по 51 Ом. Но эти резисторы не только защита по току, они соединяются на выходе и суммируют токи каждого ОУ. Как следствие, на выходе схемы ток получается удвоенный, т.е. 70мА. Другие два резистора на схеме определяют коэффициент усиления, но о них позже, а пока определимся с главным компонентом нашего высококачественного усилителя для наушников — Операционным Усилителем.

Детали из Китая

Это очевидно, но всёже стоит напомнить — покупайте только фирменные детали у проверенных продавцов.

Не рекомендую заказывать операционники с алиэкспресс и в прочих китайских магазах. Нету абсолютно никакой гарантии, что пришедшее вам в конверте будет тем самым, что вы заказывали. Стоимость той же LM833 там начинается чуть ли от 10 центов, при том что в среднем она стоит около бакса. И не стоит думать, что китайские мальчики стоят в очереди около станка и готовы бесплатно работать сутками на пролет…

Все гораздо проще — берется любая микросхема с аналогичным корпусом, но в разы дешевле, например TL062, но на корпус наносится надпись LM833 и, вуаля, вот вам ваша LM-ка.

Конечно и на алишке есть нормальные дяди и тети, которые присылают качественные радиодетали, другой вопрос, как их найти)

Выбор ОУ и их звук

Несомненно OPA2604, который рекомендуют Burr Brown, хороший операционник как по характеристикам, так и по звуку. По ним много положительных отзывов. Так же его можно заменить чуточку более дешевым собратом OPA2134. Оба операционника считаются весьма музыкальными и часто применяются в высококачественной аудио аппаратуре. Но все же их стоимость составляет около 3-5$.

Для этой стать хотелось найти что-то более доступное и сносно звучащее за свои деньги, дабы не заставлять вас выворачивать карманы. Понравится — прикупите операционников подороже, нет — так и выкинуть не жалко будет.

LM833

Поначалу в усилитель были воткнуты LM833. На полноразмерных Sennheiser HD380, звучало более менее сносно. Но вставив затычки KZ ES3, в которых установлено по 2 динамика (арматура+динамический излучатель), звук заметно испоганился. Ну вот и сказались ограничения операционника по выходному току.

Правда эти LM833 не вызывали особого доверия, ибо были куплены все с той же алишки, и производитель у них был очень неясный… Объездив все магазины радиодеталей в своем городе, выяснил что везде только такие. Никакими филипсами тут и не пахнет. На нормальной лм-ке должен красоваться логотип, например ST:

Высококачественный усилитель для наушников на ОУ , схема усилителя для наушников

Чтож, втыкаем микрухи дальше… Вторыми под руку подвернулись, уже ставшие народными, NE5532. После них LM-ки было уже даже не страшно кинуть в открытое окно.

NE5532

NE5532 выдали очень широкую стереобазу. Настолько широкую, что даже звуки находящиеся по центру были разнесены по сторонам. В целом микросхема весьма музыкальна, музыка теплая и приятная, немного смазанная. На тяжелых стилях NE5532 слегка не дотягивает по детальности.

НО! NE5532 старая и очень применяемая микросхема. На сегодняшний день ее производством промышляет очень много компаний. И у каждой компании микросхема звучит по своему хотя и внутрення схема у всех одинаковая. Видимо сказываются различия в используемых материалах, технологиях и методах контроля.

NJM4580

Это еще что такое?! — признаюсь честно, наткнулся я на нее совершенно случайно, ковыряясь по каталогу местного магазина радиодеталей. При том что это была единственная микросхема этой компании.

Огромным плюсом данного чипа является возможность работать при напряжении питания от ±2 В, в то время как все предыдущие, по документации, начинают работать от ±5В. В документации говорится так: микросхема разрабатывалась специально для высококачественных аудио цепей, с возможностью применения в портативной технике, при том с минимальными фазовыми и прочими искажениями.

До того как я ее вставил, сидел и читал даташит с легким недоверием. Стоимость этой микросхемы была около 0.3$, при этом приводимые характеристики были аналогичны более дорогому сегменту. Но вставив ее я понял, что вот оно.

Звук микросхемы кардинально отличается по подаче звука от NE5532, описанной выше. Звук тут такой какой он есть. Микросхема ничего не приукрашивает. Музыка весьма детализирована и частотный баланс очень правильный. Каждый инструмент четко локализован в звуковой сцене. При этом выходной ток одной NJM4580 может доходить до 100 мА. А значит она может справиться с любыми низкоомными наушниками.

Схема усилителя для наушников

С операционниками определились, пора вернуться к схеме усилителя для наушников. Ее исходный вариант выглядит так:

Высококачественный усилитель для наушников на ОУ , схема усилителя для наушников

Ничего не изменилось, я просто ее перерисовал без лишних надписей. Как уже было сказано, резисторы R3 и R4 номиналом по 51 Ому ограничивают выходной ток. Если ваш выбор пал на другой ОУ, который может обеспечить в нагрузку бОльший ток, то величины этих резисторов следует снизить. Не произойдет ничего страшного если поставить резисторы в 33 или 47 Ом. Можно оставить как есть.

Резисторы R1 и R2 задают коэффициент усиления, который определяется формулой

K= 1+ R2/R1

Коэффициент усиления я задал равным трем. Для этого в качестве резистора R2 было установлено 15кОм, а в качестве R1 два резистора по 15кОм в параллель. Желательно использовать резисторы точностью не хуже 1%. Если имеется необходимость изменить коэффициент усиления то для схем на ОУ обычно рекомендуется использовать резисторы в диапазоне 10-100 кОм.

Доводим схему до ума

Представленная в даташите схема несколько неполная и отражает лишь самое главное. Для нормально работы следует сделать привязку входа по постоянному напряжению к земле. Еще совсем не лишним будет добавить в цепь общей обратной связи конденсатор небольшой емкости (С2), для исключения самовозбуждения.

Высококачественный усилитель для наушников на ОУ , схема усилителя для наушников

Я не сторонник конденсаторов по входу. Однако не всегда известно каков будет источник сигнала, и насколько там возможно присутствие постоянного напряжения. Да и наверняка у вас возникнет желание установить по входу переменный резистор для регулировки уровня. В таком случае конденсаторы послужат развязкой. Лучше установить прославленные для звуковых цепей Wima, но можно обойтись и другими конденсаторами приличного качества. Емкость можно снизить до 2.2 мкФ.

Ну и напоследок, схема с изображенным переменным резистором по входу, а так же подписанными выводами операционных усилителей. Предполагается, что вы используете сдвоенные ОУ, на подобии названных выше, иначе нумерация выводов будет иной.

Высококачественный усилитель для наушников на ОУ , схема усилителя для наушников

Если вас смущают предложенные входные цепи, то вероятно вас успокоит мое признание, что я решил не изобретать велосипед и нагло позаимствовал их у усилителя для наушников FiiO Olympus E10. Переменный резистор у него кстати на 50 кОм.

Некоторые замечания

Очень важным моментом для любого ОУ являются вопросы качества и стабильности питания. Чтобы облегчить жизнь операционному усилителю следует непосредственно с ножек питания микросхемы кинуть на землю конденсаторы емкостью 47-100 мкФ. Лучше использовать танталовые или другие конденсаторы с низким ERS. Параллельно им следует установить емкости по 0.1 мкФ.

Такие рекомендации можно найти в большинстве даташитов по ОУ. Танталовые конденсаторы помогут ОУ на низких частотах, особенно в пиковые моменты, когда резко нужен большой ток. А конденсаторы 0.1 мкФ требуются для минимизации ВЧ помех приходящих по шинам питания.

Каждый канал усилителя лучше собирать на отдельном корпусе сдвоенного ОУ. В таком случае взаимовлияние каналов будет минимальным. Это поспособствует увеличению ширины и глубины стереобазы, которые у данного усилителя оказались очень приличными.

Вместо заключения

Вот так, на ваших глазах, родилась схема качественного и при этом достаточно бюджетного усилителя. Цена усилитель и правда получился весьма разумной и определяется в первую очередь стоимостью ОУ, а во вторую стоимостью конденсаторов по входу и по питанию. Собрать такой усилитель для наушников своими руками не составит особого труда.

Честно говоря, я не ожидал такого интересного звука от этих операционников. Даже если ставить Виму по входу и тантал по питанию это совсем не вызовет анарексии вашего кошелька. А что касается качества звука NJM4580, то лично для меня эта детальная и честная подача очень по душе и я предпочел оставить усилитель без замены микросхем.

Всем звука!

Статья была написана исключительно для сайта AudioGeek.ru

The following two tabs change content below.
Привет! В этом окошке авторы блогов любят мериться крутостью биографий. Мне же будет гораздо приятнее услышать критику статей и блога в комментариях. Обычный человек, который любит музыку, копание в железе, электронике и софте, особенно когда эти вещи пересекаются и составляют целое, отсюда и название - АудиоГик. Материалы этого сайта - личный опыт, который, надеюсь, пригодится и Вам. Приятно, что прочитали :-) 

Комментарии 8

  • Отличная статья! Просто и ёмко. Обязательно приведу в пример ее как только будет (а он будет) повод =)
    1) rail-to-rail приветствуется?
    2) не могли бы Вы показать рисунком, как завести однополярное питание? отвод от середины двух по 100k на + вход ОУ?
    Заранее спасибо за ответ =)

    • Здравствуйте, Руслан!
      Прошу прощения что так затянул с ответом на Ваш комментарий.
      1. Rail-to-rail очень приветствуется. Это особо актуально, если у Вас высокоомные наушники и не очень высокое напряжение питание.
      2. Я не сторонник однополярного питания в аудио цепях. На мой взгляд интереснее использовать Li-ion аккумулятор и сделать к нему инвертор напряжения на MAX660, получив тем самым полноценное двухполярное питание.

  • Здравствуйте! Благодарю за отличный сайт!)
    Хочу уточнить, т.к. мало разбираюсь в радиотехнике.)

    1. Схема представлена для одного канала?
    2. Вы писали про инвертор напряжения для отрицательного заряда, а можно его (- заряд) пустить с — полюса аккумулятора/батареек? Он же тогда и землей будет?
    3. У ОУ на схеме не хватает лапок, вы не стали рисовать на схеме переменный резистор?
    4. Если я правильно понял, то на один канал один двухканальный ОУ и сигнал проходит сначала через одну его половину, потом через другую?

    Хочу попробовать LM4562. Почему? Потому что видел этот ОУ в схеме усилителя Little Bear b1 и отзывы о нем вроде бы хорошие (если ошибаюсь, напишите). Этот усь я хотел собрать сам по схеме и с советской лампой (какая-то маленькая, с длинными лапками и низким анодным напряжением, встретил только один раз, но название не помню, если нужно — могу поискать и написать), а не с китайской.=) Но ОУ у меня никаких не было, а заказывать я не хотел, поэтому решил собрать ОУ сам на транзисторах. Звук получился резкий, неприятный, хоть и громкий. Это отбило дальнейшее желание собирать этот усь (вернее — на этих деталях). А Ваша схема заинтересовала.) Если соберу и звук понравится, то можно будет и лампу прикрутить.))

    • Здравствуйте, Sul Ponticello!
      Спасибо за Ваш комментарий и Ваши вопросы! А теперь по порядку :)

      1. Да, это схема одного канала. Второй канал делается аналогично.
      2. Для того, чтобы использовать чисто батарейное питание потребуется использовать две батарейки, например кроны (9В). При этом + первой батарейки необходимо соединяется с второй батарейки. Место соединения будет выступать в роли земли. тогда относительно земли вы получите двухполярное напряжение +/- 9В. В целом батарейное питание считается лучше обычного, т.к. в нем нету всяческого фона и лишнего мусора.
      3. Да, лапок у ОУ нарисовано меньше, чем есть на самом деле. Не хватает ног питания. Обычно их опускают, чтобы не загромождать схему т.к. логично, что без питания схема просто не будет работать. Насчет переменного резистора вы тоже правы. Спасибо за наводку, я просто забыл его нарисовать XD. Ближе к вечеру обновлю статью покажу как включается переменный резистор, питание и добавлю информации о некоторых отслушанных ОУ.
      4. И снова да) суть этой схемы именно в применении двух ОУ на канал. Насчет прохождения сигнала немного не точно. Сигнал одновременно проходит через оба ОУ, а на выходе складывается, это и позволяет увеличить вдвое выходную мощность.

      Сам я не знаю как звучит данный операционник но параметры у него отличные. Да и в документации так и говорится, что он предназначен для использования в профессиональных высококачественных аудиоцепях и аудио-устройствах. Еще, большой плюс заключается в том, что данный ОУ способен работать от +-2.5В. Что позволяет исполнить усилитель в портативном варианты, а для питания использовать Li-ion аккумуляторы. Они хороши тем, что при необходимости могут отдавать большИе токи, а это очень хорошо для басов.

      Насчет ламп не все так однозначно. По хорошему, для «правильного» лампового звука нужно использовать высокое анодное напряжение, обычно это >200-250В. Не раз слышал мнение, что низковольтные лампы нужны скорее для красоты или в маркетинговых целях и что «ламповой теплоты» в звуке от них не получишь. НО! это совсем не повод не попробовать! :-) мало ли кто и что там говорит, в конечном итоге главный судья звуку — ваши уши и удовлетворять следует их вкус.
      Желаю удачи!

  • Благодарю Вас за ответы! Очень рад!)

    У меня просьба, раз вы собрались обновлять схему, то пронумеруйте, пожалуйста лапки, если это не затруднит вас. Возможно, это пригодится не только мне.)

    Про лампы я пришел к тому же выводу, что в портативе они не раскроются в полной мере. Но собрать и послушать все же интересно.))

    А вообще, необходимость в усилителе для портатива у меня отпала, когда появились наушники лучше чем были до этого. Сейчас у меня Shure srh240a и плейер Dexp symphony. С линейного выхода громкости хватает и еще есть в запасе.) А до этого приходилось слушать через встроенный усь и ставить наполную. Звук в этих наушниках мне очень нравится, особенно с аналоговых источников.)
    Я с ними тоже экспериментировал. По рекомендации решил поставить провод мгтф (0,5) (т.к. благодаря фторопластовой изоляции наименьшая потеря сигнала). Звук стал… мощнее, но тяжелее, мониторность и легкость и объем пропали вовсе. Хорошо, что я это сделал только с одним динамиком, вернул обратно родной провод.))

    • Наконец дополз до компа и по Вашей просьбе дорисовал включение переменного резистора. А также обозначил лапки микросхемы и добавил ноги питания :-)

      Теперь насчет необходимости усилителя для портатива. Дело не столько в громкости, сколько в качестве. Например мой нынешний телефон Xiaomi Redmi 5 выдает громкости с большим запасом на наушники Koss Porta Pro. Однако это не делает звук качественным. Усилитель. описываемый в статье обитает у меня сейчас в плеере Hifiman HM601 и выдает звук на несколько порядков круче телефона. Хотя там АЦП и 16 бит. Ваш то плеер еще поинтереснее будет :-). Но правда к нему действительно врядли нужен усилитель. Начинка итак хороша.

  • Благодарю!) Сайт приятно обновился.)

    Усилитель мне просто интересно собрать. А Вы думали поставить в свой плейер другой/другие ОУ? Я сейчас посмотрел его на ДокторХэде, пишут, что он может больше (правда, там модель slim). Про свой я читал, что кто-то менял операционники и вроде как стало лучше. Мне предлагали поковыряться в моем плейере, но я предпочитаю оставить как есть, тем более, что это подарок.)
    Кстати, у Вас и линейный выход и для наушников или только один (не совсем понял по фото)?

    • На родной начинке плеер проработал у меня год или полтора. Но после смачного падения что-то в нем отвалилось плеер перестал выдавать звук… Было дико лень вникать в родную схему, поэтому вся аналоговая часть, вместе с ЦАП была полностью заменена.

      В качестве преобразователей ток-напряжение и ФНЧ стояли AD8066, на наушники работала AD8397, которая разогревалась AD823. Питалось все это дело двухполярным напряжением, в котором отрицательное напряжение создавалось на MAX660.

      В целом звучало неплохо. Затем я игрался со схемами усилителей и пришел к варианту описываемому в статье. Мне сразу понравилось его звучание даже на не самых хороших ОУ. Но потом поставив в него OPA2132 я нашел звук, который искал.

      Последние несколько недель потроха плеера неоднократно переделывались и в итоге были полностью заменены. Теперь плеер на OPA2132 и OPA2134. Так что в ближайшее время последует серия статей о всех моих проделках XD.

      ПС. насколько я помню, слим по начинке не отличается от просто HiFiMan HM601. И да в нем 2 выхода — на наушники и линейный, но последним я как-то не пользуюсь))

Добавить комментарий

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

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.