Korektor graficzny

Korektor graficzny – tak pamiętam w danych książkach traktujących o audio określano (tłumaczono) equalizer. Korektor – prawda, ale dlaczego graficzny? Być może dlatego, że podbicie/tłumienie poszczególnych filtrów regulowane było za pomocą potencjometrów suwakowych. Gdy korektor miał wiele sekcji, z daleka wyglądałoby to jakby ktoś namalował charakterystykę przenoszenia korektora. W podstawówce popełniłem swój pierwszy (i jak dotąd jedyny) korektor graficzny. Składał się z filtru dolno- i górnoprzepustowego. Składał się kilku z potencjometrów i kondensatorów. Pasywny. Nie działał oczywiście, gdyż włączyłem go pomiędzy głośnik a wyjście wzmacniacza. Przypuszczałem, że coś będzie nie tak. Nie mniej jednak nie o to chodziło. Działał. Dźwięk był ledwie słyszalny, ale faktycznie dało się regulować barwę.

Chciałbym moją przygodę z lampami zacząć od czegoś stosunkowo prostego. Korektor graficzny jest trochę bardziej skomplikowany w sensie konstrukcji, ale nie wiąże sobą drogich komponentów jak lampy mocy, czy transformatory głośnikowe. Jedyne co trzeba zapewnić to transformator na napięcie anodowe. Większość lamp „małosygnałowych” można zasilić z napięcia około 300V, czyli do konstrukcji wystarczy zwykły transformator separacyjny 230V/230V. Do kupienia za 100 PLN. Czy coś więcej?

Tak. Korektor graficzny jest stosunkowo prosty. Można go podzielić na kilka stopni. Pierwszym stopniem jest wzmacniacz wejściowy, którego zadaniem jest „odebranie” sygnału od źródła dźwięku. Czysto teoretycznie można by ten stopień pominąć. Ale wypadałoby się odseparować od nieznanej impedancji źródła i nie obciążać go bez wyraźnej potrzeby. Typowo impedancja wejść audio to 47 kΩ. Drugi stopień to sekcja równolegle połączonych filtrów pasmowo-przepustowych o różnych częstotliwościach środkowych. Szerokość pasma litrów zależy od ilości sekcji. Trzeci stopień to wzmacniacz sumujący sygnał z filtrów i „wypuszczający” go na zewnątrz.

Pierwszy i ostatni stopień jest wręcz trywialny. Najwięcej kłopotu sprawia sekcja filtrów środkowo-przepustowych. Dlaczego? Filtr możemy zbudować na dwa sposoby. Może być on pasywny, może być aktywny. Pasywny filtr (elementy RLC) nastręcza sporo problemów. Przy manipulacji niskimi częstotliwościami wartości elementów LC są duże. O ile przy kondensatorze nie ma problemu… 20000uF – nie ma problemu, tak nawinięcie cewki o wartości 20H (słownie dwadzieścia Henrów)  nie jest trywialne. Takich elementów z półki się nie kupuje (tak łatwo). Oczywiście, gdy się poszpera, to można na rynku znaleźć equalizery, które są zbudowane na elementach pasywnych. Można – można. Pytanie po co.

Teoria obwodów przychodzi z pomocą. Istnieje coś takiego jak „żyrator”, czyli obwód, który zamienia kondensator w cewkę i odwrotnie. W elektronice zwykle wykorzystuje się kondensator udający cewkę. Dzięki temu „nawinięcie” cewki 20-50H nie stanowi większego problemu. Niestety obok kondensatora pojawia się tutaj wzmacniacz (operacyjny, tranzystor, lampa). Bez tego żyrator nie działa. I powoli dochodzimy do tego, że filtr pasywny staje się filtrem aktywnym. Filtry aktywne są prostsze w konstrukcji, gdyż nie stosując cewek można konstruować filtry o różnych „wydumanych” parametrach, ostrych charakterystykach i łatwo można regulować wzmocnienie sekcji od + (podbicie częstotliwości) do – (tłumienie częstotliwości).

Szukając rozwiązań „tubowych” dla wzmacniaczy – mnogość schematów – choć de facto wiele z nich to po prostu mniejsze lub większe rozwinięcia dwóch, trzech topologii. W przypadku rozwiązań dla korektorów graficznych nie ma ich zbyt wiele. Te, które mnie zaciekawiły to dwa. Oto jeden z nich.

Wrzuciłem ten schemat do LTSpice\’a. Na tych samych lampach i elementach. Działać, jakoś działa. Niestety nie działa tak dobrze, jakbym się spodziewał. Dlaczego? Jest to lampowa wersja tego wzmacniacza.

Jest to bardzo ciekawy wzmacniacz. Nawet policzyłem go ręcznie, żeby zobaczyć jak działa. Generalnie z równań wynika, że wzmocnienie zależy głównie od stopnia podziału potencjometru. Gdy potencjometr jest ustawiony na 50%, wtedy wzmocnienie wynosi 0dB. Idąc potencjometrem w jedną stronę albo wzmacniamy albo tłumimy daną częstotliwość. Wszystko na symulacji wygląda ładnie, do momentu, gdy nie przejdzie się na lampy. Żeby układ pracował fajnie i wzory były prawdziwe, należy założyć, że wzmacniacz operacyjny jest idealny (nieskończone wzmocnienie dla sygnału różnicowego)… Nawet najbardziej podły tranzystorowy wzmacniacz operacyjny ma potworne wzmocnienie różnicowe… 80-100 dB – spokojnie można się podziewać. W przypadku lamp nie jest to już takie oczywiste. Wzmocnienia układów lampowych nie są zbyt duże, dlatego wzmacniacz operacyjny na lampach (a tak naprawdę wzmacniacz różnicowy) nie działa zbyt rewelacyjnie. Gdyby użyć koszernego rozwiązania różnicowego (patrz czytelniku schemat wzmacniacza K2-W), to wtedy miałoby to szansę działać. Ogólnie układ by się nadał do realizacji. Gdyby robić to na tranzystorach – miodzio, ale postanowiłem poszukać czegoś innego. Znalazłem coś takiego…

Korektor składa się 8-miu sekcji. Sporo lamp (ale przynajmniej będzie się pięknie żarzył)… Ale jakiś taki bardziej intuicyjny. Każdy wzmacniacz to filtr środkowy, którego częstotliwości graniczne ustala się za pomocą dwóch kondensatorów. Wzmocnienie toru dla danej częstotliwości ustala się za pomocą potencjometru na wyjściu. Oczywiście wzmocnienie wzmacniacza trzeba dobrać tak, aby potencjometr ustalony na 50% dawał wzmocnienie 0dB na wyjściu. Charakterystyka wygląda tak.

Układ wymaga tuningu, aby maksimum i minimum miały to samo wzmocnienie, tylko z przeciwnym znakiem. W tej konstrukcji tak nie jest jeszcze.

Skłaniam się ku lampie 6N1P. Stosunkowo popularna lampa. Do pierwszych eksperymentów w zupełności wystarczająca. Duotrioda o maksymalnym napięciu anody 250V. Można ją kupić już od 3-5 PLN za sztukę. Charakterystyki bardzo ładne i proste – zatem można liczyć na niskie THD. Z resztą to i tak mało istotne, bo z tego co zauważyłem w symulacjach większość zniekształceń powstaje w stopniu mocy. Żarząca się 6N1P wygląda tak.

Wyobraźcie sobie 20 sztuk tak świecących… W samo żarzenie będzie szło 75W. Taka strata jest w obecnych czasach nie do pomyślenia. Nie mniej jednak gdy sobie przypomnieć czasy, gdy w naszych domach królowały żarówki, to włączenie żyrandola pięcioramiennego „wciągało” zwykle 300-500W. Zatem nie jest to szczególnie wiele.

Idealnie by było, gdyby wszystkie 20 lamp było perfekcyjnie sparowanych, ale nie popadajmy w skrajności. Parować trzeba lampy w stopniu mocy oraz w parze różnicowej. Poza tym działa sprzężenie zwrotne, dzięki któremu parametry obwodu zależą od elementów RC, które są stosunkowo proste w doborze.