DUFRESNE 300B: parallel single ended power amplifier
"I tell you, those voices soared higher and farther than anybody in a grey place dares to dream. It was as if some beautiful bird had flapped into our drab little cage and made these walls dissolve away, and for the briefest of moments, every last man in Shawshank felt free." Ellis Boyd 'Red' Redding
Dufresne sound sample I (mp3; 1:14 min.): Patricia Barber "Norwegian Wood" from CD "Live, A Fortnight in France" (Blue Note).
Setup: amplifier - Dufresne 300B PSE (JJ Tesla); speakers - Tannoy HPD385; CDP -Tascam CD701; external volume control - Noble potentiometer; own DIY interconnects.
Recording gear: 1 Neumann stereo studio microphone positioned about 2 meters away from the setup and hooked up to the Marantz PMD 660 digital recorder. No filters or enhancements were used to produce the Dufresne sound sample.
 |
|
|
|
|
|---|
| Original version with JJ Tesla 300B tubes (described in this article) | All out (far out?) version with Western Electric 300B tubes (as of 9/9/2010) | Auditioning TJ 300B tubes | Audiophilia nervosa version to be released in the foreseeable future |
WE 300B in action. The rest of the setup (all DIY, incl. cabling, except the CDP): Tannoy HPD385 loudspeakers, Rossellini UARSS preamplifier and Tascam CD701 player. The camera and sound were recorded separately with the Zoom Q3 A/V recorder and then put together in A/V editing software. The sound in this clip was recorded about 2 meters in front of the stereo system, with no enhancements or filters of any kind used before, during or after the recording process so this is how our stereo system actually sounds in the reality of our living room (this after the Canceller finally learned how to upload YT movies without ruining their sound :)))). |
Update: 18 September, 2009
Usprkos sada već priličnoj popularnosti TJ 300B cijevi (mesh plate), priznat ćemo malu dozu skepse s kojom smo pristupili preslušavanju ove kineske inačice 300B. Ta SVI znaju da Kinezi NIŠTA ne znaju napraviti pošteno i kak' spada, ne?
Update: 14 September, 2009
Bilo je samo pitanje vremena kada ćemo, kao i većina vlasnika 300B pojačala, krenuti po odgovor na to dosadno pitanje iz zakutaka primozga "Bog zna kako bi to zvučalo s Western Electric!?" Naime, odavno znamo da su zvučne razlike među deklarirano "istim" cijevima različitih proizvođača katkada tolike da puka zamjena cijevi može korjenito promijeniti karakter pojačala. No, je li tako i s WE 300B? Iskreno rečeno, s obzirom na njihovu cijenu, željeli smo da nije. Osim toga, Dufresne s JJ Tesla 300B cijevima zvuči uistinu odlično tako da nismo vjerovali da ima mjesta za boznakakav pozitivan pomak. I tako smo, pomalo tendenciozno, naćulili ušesa i krenuli analizirati. Ono što kod WE 300B prvo upada u uši jest tamniji i čišći zvuk s naglašenim basom, što ostavlja dojam ukupno moćnijeg i impresivnijeg zvuka, ali i na trenutke tutnjavog kod hiperproduciranih snimki. Ovakav naglašeni bas može biti i prednost i nedostatak, ovisno o osobnom ukusu i ostatku sistema. Primjerice, kod SET pojačala manje snage od Dufresnea (s dvije 300B) i na nekim manjim zvučnicima od ovih Tannoya (recimo, nekim manjim full rangerima koji baš i nisu osobito obdareni basom), Western Electric cijevi zasigurno bi bile potpuno opravdana investicija, upravo zbog toga i takvoga basa i, posljedično tome, ukupnog dojma veće snage u odnosu na JJ. No, u kombinaciji Dufresnea i Tannoya, basa je na trenutke previše (barem za naš ukus). No, ono što je nedvojbena prednost WE 300B u odnosu na JJ jest bešumnost. WE 300B je posve tiha cijev, koja daje savršeno čist zvuk na tamnoj pozadini, za razliku od JJ-ki koje u usporedbi s WE zvuče zrnato, tj. prljavo. Istini za volju, taj veći šum JJ-ki dolazi do izražaja tek u izravnoj usporedbi s WE 300B pa mnogi vlasnici JJ-ki, u odsutnosti reference, vjerojatno niti ne percipiraju taj nedostatak. Ali, on je tu i nije zanemariv. Po nama, jedan od manjih nedostataka WE 300B povučenost je najviših visokih i nešto slabija dinamika u odnosu na JJ, što (zajedno s naglašenim basom) doprinosi ukupnom dojmu mekanijeg, sporijeg i toplijeg zvuka. WE 300B je nešto kao Barry White među cijevima, uključujući sve konotacije te usporedbe. ;) S druge strane, WE daju i vrlo čist, koherentan i prirodan srednjetonski spektar, što je njihova najjača strana i prednost u odnosu na JJ. Ujedno su, zbog svega navedenog, i nešto imunije na lošiju kvalitetu snimki od JJ-ki pa što god stavili svirati, bit će uhu ugodno (uz zajamčenu popularnost kod ženskog dijela publike). WE 300B ionako su namijenjene prvenstveno uživanju, a ne baš nekoj besprimjernoj vjernosti. Naravno, uživat ćete moći jedino uspijete li se othrvati (pod)svjesnom osjećaju krivnje zbog razuzdanog hedonizma koji proizlazi iz ovakvog dekadentnog užitka prženja 4 komada cijevi WE300B vrlo zanimljive tržišne cijene. U suprotnom, JJ-ke će vam biti sasvim dovoljne za trajnu sreću. Sve u svemu, WE 300B definitivno daju osebujan i moćan zvuk, koji je iznimno dopadljiv i zavodljiv. Možda su u Dufresnu izvjestan overkill (i zvučno i financijski), ali u manjim SET pojačalima zasigurno predstavljaju najbolje rješenje. Za kraj, posebna zahvala ide prijatelju Miroslavu Ivaneku (www.hornet.hr) na silnom trudu oko udovoljavanja našim audiofilskim željama i mušicama (nadamo se da te herc zbog nas ipak nebu ostavil :)). Možda o zvuku WE 300B ipak najrječitije govori činjenica da smo se, i pored ovih četiri komada koje imamo, kod Mireka stavili na listu čekanja za još.
7 October, 2008
Kada biste upitali bilo kojeg poznavatelja audio tehnike u svijetu da vam nabroji najpoznatije elektronske cijevi i/ili pojačala koja ih koriste, vjerojatno bi svi započeli nabrajanje s 300B. To je definitivno najrazvikanija i vrlo vjerojatno najcjenjenija elektronska cijev svih vremena. Dizajnirana kao odašiljačka cijev za AM odašiljače, glavna joj je odlika velika linearnost i poprilična snaga (anodna disipacija do oko 40W te izlazna snaga u audio pojačalu u SE modu od 5-10W). U vrijeme kada se dizajneri nisu mogli samo tako razbacivati pojačanjem, a negativna povratna veza tek je otkrivena (i to pukom zabunom!) pa i nije bilo načina kako ispraviti ili barem poboljšati nelinearnost pojedinih elemenata, svaki aktivni element dizajniran je s osnovnom premisom da bude što linearniji. Izrada takvih elemenata u to je vrijeme iziskivala iznimnu vještinu i znanje pa i ne čudi što su rezultati toga rada cijenjeni i danas, kada mnogi znalci bez puno premišljanja izdvajaju i po više od 1000€ za jednu originalnu, nekorištenu 300B iz tih vremena. Iako sam do sada imao prilike poslušati nekolicinu uistinu dobrih pojačala s 300B, iz dva-tri prozaična razloga sve donedavno nisam se ozbiljnije bavio mišlju o samogradnji: niti jedni zvučnici koje sam do sada koristio nisu imali dovoljno veliku osjetljivost dok je s druge strane cijena 300B cijevi malo previsoka za "nenamjenska" eksperimentiranja. Sada kada imam odgovarajuće zvučnike i raison d'être, ispunili su se uvjeti za početak projekta kojeg vam ovdje predstavljam. Usput sam, po običaju, dodao i neke svoje ideje već uobičajenim, tradicionalnim rješenjima kako sve ne bi bilo "samo još jedno pojačalo s 300B". Odluka je već na početku bila da će po topologiji to biti SE pojačalo. Preciznije, pojačalo u A klasi s jednim aktivnim elementom, bez negativne povratne veze. Takvo pojačalo baš nema snage na bacanje, svega 5-8W, što bi mogao biti mali problem u srazu s velikim Tannoyima. Zato sam se odlučio za PSE varijantu, gdje dvije cijevi rade paralelno u SE modu. Snaga ovakve kombinacije približno se udvostručava, dajući gotovo 20W snage, što je sasvim dovoljno i za glasnije slušanje. Druga dilema odnosila se na proizvođača cijevi. Prema recenzijama s Interneta, postoji određeno suglasje da su WE najbolje (i najskuplje), da su TJ i KR jako dobre te da JJ daju izvrstan odnos cijene i kvalitete. Budući da u ovom projektu trebam dva para cijevi, izbor je pao na JJ cijevi, koje su relativno lako dobavljive i cijenom pristupačne (oko 500$ za dva para). Ovo očigledno nije jeftin projekt tako da bez minimalno 1000$ u džepu i veze na carini nemojte ni pomišljati na ovako nešto. Sljedeći korak bio je izbor izlaznih transformatora. Budući da se ovaj PSE 300B ustroj ne koristi baš često, niti izbor prikladnih transformatora na tržištu nije osobito velik. S obzirom na to da sam u nekim ranijim projektima koristio transformatore koje izrađuje gosp. Milan Šebart (Slovenija) te sam s njima bio potpuno zadovoljan, i u ovom projektu odlučio sam se za njegove trafiće. Sve smo dogovorili u par mailova. O karakteristikama nešto malo kasnije. Dva kritična elementa su izabrana (cijevi i transformatori), a o ostalim dijelovima pojačala bit će jednostavnije govoriti uz shemu prikazanu na slici 1.
Slika1
Prvo što se uočava je da ovo pojačalo ima dva stupnja. U literaturi i na Internetu naći ćete puno shema i dvostupanjskih i trostupanjskih pojačala s 300B. Naime, najveći izazov za pobudnu cijev je taj da ona treba imati pojačanje od oko 40x te da treba uspješno pogoniti (u ovom slučaju) dvije cijevi 300B. To se čini jednostavnim zadatkom ako krenete od pretpostavke da se cijevi pobuđuju naponom, a ne strujom. No, stvari baš i nisu tako jednostavne.... Naime, kao opterećenje pojavljuju se i parazitni međuelektrodni ulazni kondenzatori izlaznih cijevi: kondenzator između rešetke i katode te Millerovim efektom povećan kondenzator između rešetke i anode. Mnogi se dizajneri zato odlučuju za izvedbu s tri stupnja jer je to sigurniji put do cilja. Ali ne i najkraći. Čak ćete ponekad čuti (pročitati) da nije moguće napraviti dobro dvostupanjsko pojačalo, tj. da kraći put zapravo niti nije moguć. To je donekle vjerojatno i istina ako na raspolaganju imate neadekvatne cijevi i nedovoljno znanja i inventivnosti. U stvarnosti, oba tipa pobudnih stupnjeva mogu jednako dobro raditi, a ja sam se ovdje odlučio za jednostupanjski pobudni stupanj sa Siemensovom C3g NOS cijevi, koju sam koristio i u Siemoxu, i međustupanjskim transformatorom (interstage transformer). Na raspolaganju sam imao i D3a i još neke opskurnije cijevi, ali zvuk C3g pokazao se najboljim (a i izgleda bolje kad joj se skine metalni oklop).
Mala digresija:
budem li ikada odlučio napraviti trostupanjsko pojačalo, tada će to sigurno biti nekakva varijanta sa sve tri triode, i to direktno grijane. Naravno, triode u pobudnom stupnju bit će NOS iz 30-ih godina prošlog stoljeća, tipa 71A i 45. A u izlazu WE300B. Nakon dužeg bavljenja cijevima, došao sam do zaključka da je potraga za beskompromisnim zvukom koristeći drugorazredne i trećerazredne cijevi koje se danas proizvode na bližem i daljem Istoku jednostavno bacanje vremena i novca. I ne samo da 300B cijevi različitih proizvođača daju različit zvuk, već je tako više-manje sa svim cijevima. No, otom-potom....
Pobudna cijev C3g, inače pentoda, spojena je u triodu i radna točka joj je postavljena na približno Ug=-2V, Ua=140V, Ia=12mA pomoću crvene LE diode u katodi. Napon na LE diodi konstantan je za široki opseg promjene struje kroz nju, tj. ona se ponaša kao zener dioda, ali pritom generira izrazito mali šum te ima mali dinamički otpor (nekoliko oma). Zato nije potrebno koristiti niti kondenzatore za premošćivanje (bypass) da bi se za izmjenične uvjete rada dobilo što veće pojačanje. Radna točka pobudne cijevi prikazana je na sljedećoj slici.
C3g
Pobudna cijev opterećena je međustupanjskim transformatorom (LL 1660/18mA) te otpornikom na sekundaru transformatora. U idealnim uvjetima to je opterećenje malo i radni pravac je približno horizontalan pa je i pojačanje cijevi približno 40x. U praksi je to pojačanje nešto manje, ali dovoljno da pobudi izlazne cijevi do maksimalne snage. Ovdje valja primijetiti da se na ovaj način dokida potreba za korištenjem veznih kondenzatora te slobodno mogu reći da u ovom pojačalu "nema kondenzatora u putu signala" (u užem smislu).
Međustupanjski transformator može se konfigurirati na nekoliko načina i za nekoliko prijenosnih omjera, ovisno o potrebi. Budući da se pojačanje pobudne cijevi pokazalo dovoljnim za pobudu izlaznih cijevi, transformator je postavljen u jedinični prijenosni omjer, iliti 1:1.
Audio signal sa sekundara transformatora dovodi se na rešetke izlaznih cijevi, s tim da mu se superponira istosmjerni negativni napon fiksnog biasa izlaznih cijevi. Ukratko, cijev se u aktivno, linearno područje može postaviti na dva osnovna načina: koristeći autobias ili koristeći fiksni bias. Kada se koristi autobias, mrežica je na nultom potencijalu, a relativni negativni prednapon u odnosu na katodu dobiva se na katodnom otporniku kroz koji teče anodna-katodna struja. Veličinom tog otpornika postavlja se cijev u željenu radnu točku. Prednost ovakvog pristupa je ta da se cijev sama postavlja u radnu točku te da promjene temperature ili napona napajanja ne mogu znatnije utjecati na radnu točku. Zato se i zove autobias. Mana je da se uglavnom mora koristiti katodni otpornik velike snage te da ga treba premošćivati kvalitetnim elektrolitskim kondenzatorom. U primjeru 300B cijevi, katodni otpornik treba imati vrijednost od oko 1kohma i snagu od preko 10W (Ug=-70V, Ia=70mA). Na njemu će se za vrijeme rada pojačala u toplinu pretvarati podosta snage, što će značajno povećavati i temperaturu pojačala. S druge pak strane, kada se koristi fiksni bias, katoda se nalazi na nultom potencijalu, dok se mrežica postavlja na potrebni negativni potencijal pomoću dodatnog negativnog izvora napona. Prednost ovog načina biasiranja je da se izbjegava korištenje katodnog otpornika i okolnih elemenata. U mane se mogu ubrojiti potreba za dodatnim negativnim izvorom napajanja te određena osjetljivost radne točke na promjene napona napajanja i temperature.
U svom slučaju koristim kombinaciju autobiasa i fiksnog biasa u približnom odnosu 1:8 da bih ostvario prednosti fiksnog biasa te da bih s malim katodnim otpornicima Rx1 i 2 u katodama mogao namjestiti jednake struje kroz dvije cijevi i potpuno ih upariti za jednak negativni prednapon. Elementi fiksnog biasa za cijev 1 su R12 i R13, s kojima se namješta anodna struja, te blokirajući kondenzatori C1 i C2. Elementi autobiasa su Rx1, R7 i blokirajući kondenzatori C3 do C6. Na točke H11 i H12 dovodi se istosmjerni napon grijanja. S otpornika R7 uzima se napon za mjernu točku M1.
U nekim izvedbama s paralelno spojenim cijevima, autori spajaju zajedno i anode i katode. Da bi to bilo moguće, cijevi trebaju biti potpuno identične po karakteristikama i po otporu grijača, što nije tako lako naći. Osim toga, cijevi trebaju imati i jednaku liniju starenja kako se tijekom eksploatacije ne bi stvorile veće razlike. Da bih se osigurao od toga rizika, odmah u početku dizajnirao sam sklop nešto kompleksnije, ali i sigurnije, s većom mogućnošću kontrole i usklađivanja, ako bude potrebno.
Svaka je cijev namještena na Ia=60-65mA, uz anodni napon od Ua=380V, što daje anodnu disipaciju od Pa=25W. Ta je vrijednost podosta ispod maksimalne disipacije cijevi Pamax=40W, pa se očekuje relativno dugi radni vijek cijevi.
300B
Anode cijevi spojene su zajedno na izlazni transformator koji može podnijeti istosmjernu struju magnetizacije do Imag=200mA, te s prijenosnim omjerom 1,8kohma:6ohma, koje je izradio gospodin Šebart. Transformator je izveden na dvostrukoj C jezgri i zaliven u epoxy u kromiranom kućištu. Napajanje pojačala izuzetno je kompleksno i prikazano je na sljedećoj slici.
Slika 2
Napajanje se sastoji od dva toroidna transformatora snage P=200VA, od kojih jedan daje napajanje grijača, dok drugi daje visoki napon za rad izlaznih i pobudnih cijevi. Uključivanje je izvedeno s dvije sklopke. S prvom se uključuju ispravljači grijanja te visoki napon za pobudne cijevi, kao i ispravljač za negativni prednapon izlaznih cijevi. Kada se cijevi zagriju, nakon 1-2 minute, ručno se uključuje visoki napon izlaznih cijevi. Prilikom isključivanja, redoslijed je obrnut.
Ispravljač za visoki napon je više-manje standardan, izveden s CLCLC mrežom da bi se dobio što bolje filtriran napon. Ispravljač za pobudne cijevi izveden je posebno zato što pobudne cijevi trebaju manji napon napajanja.
Napajanje grijača izlaznih cijevi izvedeno je posebno za svaku cijev i sastoji se od ispravljača sa Schottky diodama, velikog filtarskog kondenzatora te dva strujna izvora i jednog sklopa snažne zener diode za svaku cijev. Svaki od ovih ispravljača međusobno je galvanski izoliran. Strujni izvori namješteni su na struju od približno Ih=1,4A, koliko je potrebno za napajanje svake cijevi. Otpornici Rx3 i Rx4 služe za fino namještanje te struje, kada se i cijevi i regulacijski tranzistori zagriju na radnu temperaturu. Sklop oko Q3 je snažna zener dioda koja limitira izlazni napon na približno Uh=5,2V ako se sklop koristi za napajanje cijevi koje imaju manju potrošnju struje.
Dvije su osnovne zadaće strujnih izvora: limitiranje struje grijanja prilikom uključenja uređaja te izolacija grijača cijevi od sklopova napajanja i vanjskog svijeta. Inače je izvedba napajanja grijanja jedna od najkritičnijih stvari kod direktno grijanih cijevi i o njoj dobrim dijelom ovisi i krajnji zvuk pojačala i razina utjecaja eventualnih smetnji iz samog napajanja u pojačalo. Tranzistori u sklopu za napajanje cijevi disipiraju dosta snage (5-6W) pa su pomoću L profila termički pričvršćeni za kućište pojačala da bi se hladili.
Transformatore u ispravljaču izradila je firma Trafox iz Svete Nedjelje i potpuno su zadovoljili sve zahtjeve ovog inače izrazito neefikasnog pojačala. Pojačalo je po dobrom starom običaju smješteno u aluminijsku kutiju vlastite izrade 400x380x80, koja služi i kao efikasno hladilo.
Evo i nekoliko mjerenja:
 |
||||||
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
| Harmonic components vs. frequency @ 0.5W/8Ω | Harmonic components vs. frequency @ 1W/8Ω | THD@ 1W/1kHz/8Ω | THD@ 10W/1kHz/8Ω | Sine wave | Sine wave | Square wave |
Pojačalo je pokazalo izuzetno dobru frekvencijsku karakteristiku te THD koji približno linearno raste s povećanjem snage:
za P=0,5W, harmoničko izobličenje iznosi THD=0,25%,
za P=1W, THD=0,5%
za P=10W, THD=2,3% te
P=20W, THD=9,45%.
Treba također napomenuti da se odnosi harmoničkih komponenti zadržavaju promjenom snage i ukupnog THD-a.
Što reći o zvuku? Zvuk je zapravo ono zbog čega 300B zaslužuje titulu kraljice elektronskih cijevi. Od svih pojačala prikazanih na ovim stranicama, Dufresne na Tannoyima daje prostorno najveći zvuk te najotvorenije i detaljima najraskošnije srednjetonsko područje, čak i pri umjerenim glasnoćama. Informacije pojačalo prenosi s kirurškom preciznošću, koju ovdje ne treba miješati s onime što se često eufemistički naziva "analitičnošću". Ovdje upravo ta raskošna simfonija detalja čini cjelinu zvuka tako realističnom, zvonkom i muzikalnom istovremeno. Slušajući nakon toga neka manje detaljna pojačala, odjednom vam se čini da je barem pola orkestra otišlo na pauzu i osjećate se gotovo pokradenima i prevarenima... Soundstage je izvrstan, što zahvaljujući pojačalu, a što velikim Tannoyima. Dinamika je vrlo dobra, čak i u usporedbi s tranzistorskim pojačalima. Uvriježena je predrasuda da cijevna pojačala zvuče sporo, sirupasto, toplo, bla bla bla... Gluposti. To svakako nije ono zbog čega JA volim cijevi. Kvalitetno cijevno pojačalo, kao što je ovo, ostavit će vas bez daha ponajprije zbog iznimno uravnoteženog i koherentnog zvuka, prozračne čistoće velikog srednjetonskog područja krcatog mikro detaljima te iznimne prirodnosti timbra instrumenata i ljudskog glasa. Takvog se zvuka, vjerujte, jednostavno ne možete zasititi. I da, ima basa. I ne, pojačalo ne bruji. ;)
 |
 |
Visitors since 2 Sep. 2010
COPYRIGHT NOTICE
This material is not public domain. It is provided for your personal use only and may not be reproduced, re-distributed, re-transmitted, copied or otherwise used in any form without the express written permission of the author. You may not upload this material to any public server, on-line service, network or bulletin board without the prior written permission of the author.
The use or copying of the contents of this page, in whole or in part, for any commercial purpose is expressly prohibited.