Супертрансформатор

Печать

Большинство современных производителей аудиотехники в серийно выпускаемых изделиях стремятся ограничиться применением типовых, часто низкобюджетных компонентов, находящихся в свободном доступе на рынке промэлектроники. Главная причина такого унифицированного подхода кроется в противоборстве затрат на изготовление и необходимости сбыта продукции в условиях жесткой конкуренции. Причем, обычно во главу угла ставится не достижение выдающегося уровня качества, а стремление занять правильную (эффектную) позицию в глазах потребителя. Таким образом, сложившаяся рыночная ситуация провоцирует на использование преимущественно массовых комплектующих, имеющих низкую стоимость, широкое распространение и (добавим уже от себя) как следствие - высокий разброс параметров, значительную нестабильность характеристик, посредственные эксплуатационные показатели. В то же время, значительный объем средств выделяется производителем на рекламные кампании и иные способы продвижения товара. К сожалению, подобной производственной политике следуют даже те, чья продукция позиционируется  как претендующая на высокую верность воспроизведения. Но не секрет, что для обеспечения стабильной работы и достижения приемлемых характеристик применение стандартных электронных компонентов требует изощренно-немузыкальных технических решений. В итоге из изделия уходят осмысленность, лаконичность, оригинальность, простота. Их место занимают громоздкость и однообразие. Типовые, безликие схемы на микроэлементах, многократно охваченные петлями обратных связей, во вредоносности которых нет сомнений, оказываются способными воодушевить разве что настройщика, пустившего по жилам прибора тестовый сигнал. В свете сказанного уместно признать описанные выше тенденции маркетинга ущербными, способными привести лишь к несоответствию заявленного и фактического. Действительно, стандартные технические характеристики могут показаться привлекательными… А музыкальные? Синтетическое звучание, лишенное жизни – вот типичный образ современной Hi-Fi техники!

Ярким примером удачного конструкторского решения, по наследству доставшегося разработчикам новой аппаратуры от исследователей прошлого, является трансформатор. Бесспорно, идея применения в аудиосхемах пассивного устройства, способного видоизменять энергию, заслуживает внимания и одобрения. Среди его достоинств  выделяются главные три. Первое: преобразование напряжений, токов и, как следствие, сопротивлений, что позволяет значительно сократить путь сигнала и обойтись без микросхем. Второе: межкаскадная гальваническая развязка – передача энергии по электрическим цепям без непосредственного контакта между ними. Благодаря этому свойству, например, может быть осуществлено разделение полезного переменного сигнала от постоянного напряжения питания. Третье: трансформатор – идеальный фазоинвертор, служащий для создания абсолютно симметричного зеркального балансного интерфейса, являющегося основой большинства двухтактных схем. Все это способствует как оптимальной внутренней организации отдельного компонента аудио тракта, так и корректному согласованию между различными компонентами системы.

Реализация подобного решения на практике сопряжена с целым рядом сложностей, связанных, прежде всего, с невозможностью обеспечить заданные критериями современности высокие качественные показатели, опираясь на устаревшие технологии и привычные стандартные материалы. Например, громоздкие обмотки обычного трансформатора традиционно содержат тысячи витков, что способствует возникновению огромных потерь, ограничивающих частотный диапазон. Магнитопровод на обычном «железе» подвержен сильным гистерезисным явлениям, в значительной степени осложняющим достижение удовлетворительного результата, лишенного искажений (особенно при повышенных амплитудах сигнала в низкочастотной области). Кроме того, следует отметить, что известные способы обеспечения приемлемых характеристик трансформатора нетехнологичны и ведут к значительным производственным затратам, сказывающимся на его стоимости и ложащимся в итоге на плечи потребителя.

Таким образом, отступление современной схемотехники от, казалось бы, очевидно верного пути продиктовано стремлением подавляющего большинства производителей пренебречь исследовательской деятельностью в угоду ускоренному обороту средств. Поскольку такая деятельность требует значительных финансовых и интеллектуальных затрат, по-видимому, считается целесообразным (хоть это и абсурдно)  не прибегать к ее помощи, а следовать привычным курсом. В итоге, одно из полезнейших изобретений мировой науки в области аудиотехники, нуждающееся лишь в современном переосмыслении, оказалось невостребованным. А его законное место занято стандартизованными каскадами на микросхемах. Трансформаторные же каскады присутствуют теперь преимущественно в виде некоего анахронизма в ностальгической ламповой аппаратуре, сделанной по старинке.

Тем не менее, вопреки всеобщей тенденции, исследовательским гением конструкторов компании WagnerAudioLab был создан идеальный аудиотрансформатор, соответствующий высочайшему качественному уровню звукопередачи. Его необычный внешний вид и оригинальная технология производства свидетельствуют о принципиально ином подходе к вопросу оптимизации схемных решений в электротехнике. В соответствии со своей исключительностью, изобретение получило название: супертрансформатор (SuperT).

SuperT сконструирован так, что его сердечник обеспечивает замыкание магнитных линий по кратчайшему пути, соответствуя броневому принципу. Обмотки размещены внутри набора из 4-х широких колец магнитопровода, рассредоточенных с предельной компактностью по всему пути витка, так что его эффективная длина - суммарный размер участков, находящих внутри колец, - максимальна.

Трансформаторы WALab

В качестве токопроводящего проводника, как и везде у WALab, используется симметрированный литцендрат. Взаимное расположение первичной и вторичной обмоток представляет собой сложную чередующуюся структуру, при которой обеспечивается абсолютная минимизация таких паразитных параметров, как индуктивность рассеяния и межвитковая ёмкость. Здесь они ничтожны и не в состоянии оказать даже малозаметного влияния на неравномерность частотной характеристики в заданной техусловиями области. В то время как наилучшие образцы традиционных межкаскадных аудиотрансформаторов от мировых производителей с трудом дотягивают до 20кГц, у SuperT плоский участок АЧХ в сторону высоких частот достигает до 1МГц. Благодаря такому расширению диапазона, получаемые переходные характеристики оказываются выше всяких похвал. И это не предел. В компании готовится образец, способный преодолевать мегагерцовый барьер.

Материалом сердечника у супертрансформатора WALab служит новейший материал из нанокристаллической группы. Это прецизионный сплав на основе железа. Он обладает бесспорными преимуществами над всеми прочими магнитомягкими материалами, повсеместно применяемыми в качестве магнитопроводов. Приведенная ниже сравнительная таблица позволяет в этом убедиться.

Свойства \ Материал Эл.тех. сталь Пермаллой Феррит Mn-Zn Нанокристаллический
50 Ni 80 Ni   На осн. Fe
Амплитуда магн. индукции, Вm (T) 2,0 1,55 0,74 0,5 1,16
Коэрцитивная сила, Нс (Э) 0,5 0,15 0,03 0,1 0,01
Начальная проницаемость, µi 1500 6000 40 000 3000 70 000
Максимальная проницаемость, µm 20 000 60 000 200 000 6000 600 000
Удельное сопротивление, p (µО/см) 50 30 60 1000 000 130
Температура Кюри, Тс (°C) 750 500 500 140 560
Температура кристаллизации, Тх (°C) - - - - 515
Предельная рабочая температура, Т (°C)       100 180
Оптим. область рабочих частот, f (кГц) 0...10 0...10 10... 0…100 000

Таб.1

Как видно, главным достоинством магнитопровода из нанокристаллического железа являются беспрецедентно высокие показатели магнитной проницаемости (µ), а также (судя по значению коэрцитивной силы) сверхузкая петля гистерезиса (даже по сравнению с пермаллоем), обещающая минимизацию искажений при перемагничивании. Благодаря высоким показателям µi, для достижения требуемой индуктивности, обеспечивающей нижнюю граничную частоту пропускания трансформатора, достаточно иметь обмотки с относительно небольшим количеством витков. Как уже было сказано, это, в свою очередь, благоприятно сказывается на ширине полосы пропускания в сторону высоких частот, поскольку при таких условиях упомянутые ранее паразитные параметры - индуктивность рассеяния и ёмкость -  принимают минимальные значения.

Для иллюстрации преимуществ трансформаторных решений над каскадами на операционных усилителях (ОУ) структурно сравним два варианта выходных каскадов, использующих принципиально различную элементную базу. Теоретически, каждый из них уместен в схемотехнике цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) на SR2R-матрицах, разработки WALab.

На рисунке 2 представлена стандартная для идеологии WALab структурная схема выходного каскада фазорасщипителя цифрового конвертора. После преобразования в SR2R-матрицах, сигнал, ставший аналоговым, но разделенный на две полуволны (положительного и отрицательного полупериода), сразу поступает на первичную обмотку супертрансформатора. В нем естественным образом происходит сращивание полуволн, возбуждающих в магнитопроводе переменный магнитный поток, который далее преобразуется в ЭДС индукции вторичной обмотки. В результате, согласно коэффициенту передачи (трансформации), без активного усиления (а значит - без микросхем и прочих лишних элементов  сомнительного качества) достигается увеличение уровня сигнала и симметрирование его по балансному принципу. После этого сигнал может быть подан на балансный вход усилителя мощности или даже прямиком на звукоизлучающую нагрузку, например, наушники. Таким образом, благодаря единственному элементу, находящемуся на стыке преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал, удается, не исказив и не растеряв драгоценной звуковой содержательности, транслировать исходный сигнал в его первозданном виде.

Рисунок 3 иллюстрирует решение задачи по организации выхода ЦАП с применением нескольких ОУ на микросхемах. Как видим, для того чтобы достичь выхода, исходному, разделенному на полуволны сигналу, необходимо сначала сложиться в единое целое, пройдя через сумматор. А затем уже при помощи как минимум двух ОУ он будет приведен к балансному виду. Следует отметить, что на рассматриваемой схеме, ОУ представлены упрощенно. На самом же деле собственная структура каждого из них сложна и запутана. Теперь, после того, как сигнал пройдет по лабиринтам множества внутренних связей и полупроводниковых переходов, о его первозданности уже не может быть и речи. Таким образом, вывод о бесспорном преимуществе трансформаторного решения для выходного каскада ЦАП становится еще более очевидным.

В соответствии с изложенными ранее оригинальными принципами конструирования, помимо межкаскадного трансформатора, специалистами компании WagnerAudioLab изобретен еще и слаботочный трансформатор, не требующий экранирования. Поскольку любая оболочка электронного компонента, особенно токопроводящая, способна оказать отрицательное влияние на характер проходящего через этот компонент сигнала и, как следствие, испортить звук, целесообразно стремиться избегать заключений в экран там, где возможно найти иной способ, препятствующий воздействию внешних помех. Особенно это негативное свойство экранирования заметно в цепях или устройствах, оперирующих слабыми уровнями сигналов, каковыми являются повышающие микрофонные трансформаторы и трансформаторы головок звукоснимателя с подвижной катушкой, т.е. МС типа. Для таких случаев предложен особый встречно-параллельный способ намотки, ведущийся на двух уровнях и обеспечивающий балансный принцип формирования сигнальной среды. В результате помехи, наводимые на проводниках трансформатора внешними электромагнитными полями, взаимоуничтожаются. Полезный же сигнал без потерь и привнесений транслируется дальше, на последующие каскады усиления.

Рассмотрев особенности нестандартного конструкторского подхода нашей лаборатории на примере такого важного компонента схемы, как трансформатор, можно сделать объективный вывод. Его суть такова: на пути к достижению сверхвысоких качественных показателей, в WALab, не скупясь, используют дорогостоящие технические решения, если они являются единственно верными; пускают в ход изобретательность и находчивость, не желая вставать на скользкий путь компромиссов, неизбежно ведущий к пренебрежению качеством. Такое, противоречащее общей практике, отношение к делу, безусловно, приносит свои плоды. Полная аудиосистема WALab, ЦАП и усилитель в которой согласованы при помощи супертрансформатора, неизменно получает высочайшую оценку меломанов и экспертных групп на различных демонстрациях и выставках. Многими из слушателей ее звучание признается не имеющим аналогов.

Возможность убедиться в беспрецедентном классе аппаратуры WagnerAudioLab, безусловно, есть у каждого.

Подведем итог сказанному о трансформаторах:

  1. Трансформатор идеален для преобразования уровня сигнала, создания балансного интерфейса и согласования компонентов.
  2. Трансформатор – лучшая альтернатива каскадам на микросхемах.
  3. Трансформатор в традиционном исполнении не обеспечивает необходимый качественный уровень из-за недостатков материалов и технологий.
  4. Применение нанокристаллического железа с высоким µ в качестве магнитопровода - прорыв в технологии.
  5. Симметрированный литцендрат – идеальная конструкция проводника для изготовления трансформаторных обмоток.
  6. В трансформаторе SuperT от WALab с успехом устранены основные недостатки типовых решений.
  7. Благодаря применению SuperT удается до минимума сократить путь прохождения сигнала, бережно сохраняя его от начала и до конца.

Микрофонные и МС трансформатры с оригинальным встречно-параллельном способом намотки обеспечивают высочайшее качество и невосприимчивы к внешнему электромагнитному воздействию.