Концепция дизайна

Поиски не прекращаются никогда. Флагман компании Questyle Audio, усилитель для наушников CMA800R, созданный по технологии усиления по току, это результат активного поиска идеального звука.

CMA800R расширяет серию устройств Questyle Audio, созданных с применением уникальной технологии усиления по току Current Mode Amplification, обеспечивая сверхнизкий уровень искажений 0,00038%, ширину полосы пропускания 650 кГц и соотношение сигнал/шум 114 дБ. Эти параметры намного превосходят характеристики любого из существующих усилителей. Кроме того, CMA800R первый в мире усилитель для наушников, поддерживающий функцию Mono Full Balance, то есть это первый усилитель, который можно использовать для усиления звучания каждого канала (левого и правого). В этом режиме уровень его искажений составляет менее 0,00026%!

Усилитель для наушников с усилением по току обрабатывает сигналы в токовом режиме, что кардинально отличается от традиционного способа усиления. Такая реализация состоит из входного буфера, передатчика тока, трансимпедансного усилителя и выходного буфера. Все вместе они формируют транслинейную замкнутую схему. Технология усиления по току обычно применяется в сферах высокоскоростной связи и видеообработки. Компания Questyle творчески адаптировала ее к аудиотехнике и запатентовала.

При традиционном усилении по напряжению в схеме должен присутствовать усилитель напряжения с общим эмиттером, но сопротивление нагрузки транзистора слишком велико, что вызывает эффект Миллера и существенно ухудшает частотные характеристики в области высоких частот. Кроме того, когда усилитель напряжения обрабатывает быстро нарастающий фронт импульса и ВЧ сигнал большой амплитуды на выходе, то при ограничении мощности и заряда конденсаторов, это вызывает переходные интермодуляционные искажения (TIMD). TIMD привносят в музыку металлический оттенок и вызывают весьма неприятное для слуха искажение сигнала. Получается так называемый «транзисторный звук». Однако в усилителе тока конденсаторы, расположенные между транзисторами, которые влияют на скорость и ширину полосы пропускания, работают на низких сопротивлениях и показатель RC очень низок. Это позволяет значительно расширить полосу частот и избежать TIMD.

Принцип работы CMA800R

Начиная с 87-го форума AES в 1989 году, когда доктор Д.С. Уодсворт (Dr. D.C Wadsworth) впервые указал на то, что применение токовой схемы в аудиотехнике поможет значительно увеличить скорость и уменьшить искажения, компании начали усиленно работать над технологиями усиления по току. На сегодняшний день отдельными брендами были созданы технология CAST (Current Audio Signal Transmission передача аудио сигнала по току), модуль BPM7110 по технологии SATRI и т.д. Это были пионеры, начавшие развивать технологию усиления по току в сфере аудио. Но их оборудование в основном работает в режиме без обратной связи и направлено скорее на передачу по току, чем на усиление. Questyle пошла по другому пути, сосредоточившись именно на усилении, а не на передаче, поэтому CMA800R получил столь выдающиеся характеристики и качество звука.

Выше представлена принципиальная схема токового усилителя CMA800R. Она включает в себя источник тока, управляемый напряжением, A(i) модуль усилителя тока, преобразователь ток-напряжение, выходной трансформатор и секцию отрицательной обратной связи.

Электронная схема подразумевает наличие как напряжения, так и тока, отсутствие любого из этих компонентов невозможно. Для улучшения характеристик сигнал CMA800R контролируется током, тогда как входы и выходы регулируются напряжением. Это позволяет добиться лучшей совместимости с другими аудио устройствами.

Как видно на диаграмме, входной сигнал сначала поступает на источник тока, управляемый напряжением, где режим работы переключается с напряжения на ток. Затем сигнал подается на модуль Ai для усиления в токовом режиме, далее на преобразователь ток-напряжение, где снова происходит переключение в режим напряжения, после чего поступает на выходной трансформатор, чтобы обеспечить возможность подключения наушников.

Для улучшения функциональности мы использовали в этой замкнутой схеме отрицательную обратную связь. Сопротивление во всей цепи с отрицательной обратной связью не превышает нескольких сотен Ом, то есть усиление выполняется на высокой скорости. Таким образом, скорость работы схемы с отрицательной обратной связью в 100 раз выше, чем в режиме напряжения. Благодаря этому CMA800R не подвержен воздействию TIMD и прочих помех в отличие от устройств, использующих усиление по напряжению.

Ширина полосы частот на уровне полной мощности у CMA800R приближается к ширине полосы при замкнутой цепи обратной связи, а скорость преобразования линейно возрастает по мере увеличения амплитуды входящего сигнала. Такого не наблюдается в режиме напряжения, и эти особенности позволяют CMA800R достичь сверхнизкого уровня искажений и необычайно высокой эффективности.

Качество изготовления

Внутренняя транслинейная замкнутая схема усиления по току критична к выбору транзисторов. Канадская компания по производству полупроводников Microsystems International Limited пыталась построить интегральную схему усиления по току, но не имела успеха из-за недостаточного качества комплектующих.

В транслинейной замкнутой схеме из 6 транзисторов разница даже в 5uV Vbe создаст гармонические искажения 0,01%. Инженеры Questyle в течение 5 лет проводили исследования совместно с доктором Чарльзом из Калифорнийского университета, который известен своими исследованиями в области транзисторов. Проводился строгий отбор из множества изготовленных на заказ компонентов, и разрабатывались различные варианты компоновки схем, и, в конце концов, успех был достигнут.

1 кГц @ 300 , соотношение полного коэффициента гармоник и мощности

1 кГц @300 , Po=10 мВт, спектральный анализ по методу БПФ

Интермодуляционные искажения

Некоторые инженеры используют при тестировании характеристик усилителя синусоидальные волны, полагая, что пока коэффициент гармоник с учётом шума (THD+N) невысок, усилитель можно считать хорошим. Но в действительности любой аудио сигнал состоит из тысяч гармонических волн, которые создают взаимные помехи. Поэтому коэффициент интермодуляционных искажений более достоверен в плане оценки точности передачи сигнала, нежели THD+N. Интермодуляция означает, что два или более сигнала при контакте друг с другом создают взаимные помехи, образуя новый сигнал.

Интермодуляционные искажения определяют степень чистоты, плотности и детальности усилителя. Спектр интермодуляционных искажений CMA800R столь же идеален, как и у аудио анализатора AP2, не видно почти никаких смешений!

Po=10 мВт @ 300 , тест CCIF, несущая частота 19K, частота модуляции 500 Гц, тестирование интермодуляционных искажений

Низкий уровень искажений по всему диапазону частот

Необычайно широкая полоса пропускания обеспечивает великолепное звучание, однако для высоких частот также необходим низкий уровень искажений, иначе звук будет ужасным. График искажений CMA800R на всей полосе частот это прямая линия на очень низком значении.

Po=25 мВт @ 300

Высокоскоростное широкополосное усиление

Лишь усилитель с высокоскоростным широкополосным усилением может правильно воссоздавать короткий прямоугольный сигнал, аккуратно воспроизводя его с правильной скоростью и чистотой. Частотная характеристика CMA800R представляет собой прямую линию, лишь на 200 кГц наблюдается незначительный спад -0,3 дБ.

Po=20 мВт @ 300 , диапазон частот 20 Гц-200 кГц

Ниже представлена АЧХ прямоугольного сигнала CMA800R на частоте 20 кГц (красным цветом обозначен входной сигнал, пурпурным выходной сигнал, нагрузка 300 ).

Особый источник питания

Для аналогового усилителя источник питания играет очень большую роль. Мы работаем с ведущими разработчиками канадской компании Plitron Manufacture, которые по нашему заказу сконструировали множество вариантов трансформаторов, протестировали и выбрали из них наиболее подходящий для наших нужд. Помимо этого, в CMA800R используются выпрямители с барьером Шоттки для уменьшения помех и 22 конденсатора Nichicon FG (35V 1000uF) для обеспечения чистого питания.

Функция Mono Full Balance

CMA800R первый в мире усилитель для наушников с функцией Mono Full Balance полный баланс в моно-режиме. Если взять два усилителя CMA800R, то работая в режиме моно с включенной функцией Mono Full Balance, они могут по отдельности управлять левым и правым каналами. В такой конфигурации «двойное моно» каждый канал имеет свой независимый источник питания и усилитель, что обеспечивает первоклассную мощность, особенно при работе с наушниками, которые непросто раскачать.

В режиме Mono Full Balance уровень искажений CMA800R составляет не более 0,00026%.

1 кГц @ 300 , график соотношения полного коэффициента гармоник и мощности в режиме моно

Компоненты

Для обеспечения наилучшего качества звука в CMA800R используются лучшие компоненты класса hi-end. Под «лучшими» здесь понимаются «наиболее подходящие», например, операционный усилитель OPA627, резистор DALE для военной аппаратуры, произведенные на заказ конденсаторы WIMA, потенциометр громкости Alps, конденсаторы Nichicon FG и т.д.

Заказной конденсатор WIMA

Военный резистор DALE

Звуковые характеристики

Помимо отличных характеристик и компонентов, самым важным фактором, безусловно, является качество звука. Перед запуском в производство CMA800R был протестирован с различными моделями наушников, опытные образцы отправлялись многим звукоинженерам и музыкантам для оценки качества звучания. Когда все участники тестирования выразили удовлетворение качеством звука, технические спецификации CMA800R были окончательно утверждены, и продукт был запущен в производство.

Корпус

Как известно, механический резонанс влияет на работу любого устройства класса hi-end. Корпус CMA800R изготовлен из чистого алюминия толщиной 10 мм и состоит из двух половинок. Вес каждой половинки идентичен для максимального снижения резонанса. Ножки также выполнены из алюминия, можно выбрать вариант дизайна с 3 или 4 ножками (смотрите ниже).