Энергофонъ

Из-за различного рода сложностей новый аналоговый аудио проект – моноблок для воспроизведения LP, – затянулся на два года, за это время некоторые идеи успели устареть, на какие-то вещи пришлось закрыть глаза, наиболее сложные моменты пришлось неоднократно переделывать. Проект был завершён волевым решением ничего больше не трогать и не улучшать. На выходе материализовался гибрид Энергетического рупора и электрофона – родной брат Тестового Аудиотракта, получивший название “Энергофонъ”. Аминь.

Корпус

Изготовление корпуса и его особенности описаны в статье “Энергетический Рупор” (ЭР). Передняя панель несколько отличается от панели ЭР – она составлена из косослойных реек таким образом, чтобы при распространении звука в направлении “от источника к слушателю” возникало вращение результирующего Вектора панели по часовой стрелке (см. рис). Корпус тракта покрыт самодельным янтарным лаком.

НЧ громкоговоритель

Для проекта был отреставрирован громкоговоритель The British Thomson-Houston, сделанный в конце 1920-х. Диффузор не экспоненциальный, не литой, а просто свернутый кульком гофрированный лист бумаги. Диаметр головки 325 мм, диаметр бумажного конуса 250 мм. Звуковая катушка 12 Ом, 4 слоя по 5 мм, диаметр 0,18 мм, диаметр катушки 40 мм. Катушка подмагничивания – 4 кОм, 30000(!) витков провод диаметр 0,24 мм.

К сожалению у громкоговорителя оказались две детали, которые невозможно было сориентировать правильно: корзина и корпус магнитной системы. Корзину можно было сделать только по новой, а корпус можно было разобрать и перевернуть, но для этого был нужен большой пресс, токарные работы на серьезном станке и большая заготовка из хорошо звучащего старого железа. Ничего этого на данный момент не было и бескомпромиссный вариант переделки был отложен до лучших времен.

ВЧ громкоговоритель

Точно такая-же головка, как и в Энергетическом Рупоре. Корзина и центрирующая шайба у неё оказались направлены в обратную сторону, их пришлось заменить на самодельные. Также пришлось заменить гибкие выводы и контактную площадку, перемотка звуковой катушки не потребовалась.

Мотор

Работа с двигателем и механизмом привода диска заняла, наверно, раз в пять больше времени, чем планировалось. Сначала, скрепя сердце, пришлось отказаться от использования уникального двигателя, который был установлен в Тестовом Аудиотракте (ТА). После падения он серьезно пострадал, помимо этого он был коллекторным, контактные площадки на роторе были сильно потерты и несмотря на все усилия по проточке и полировке поверхности, щетки иногда начинали искрить и давать помехи на чувствительные каскады усиления. Помехи исчезали после установки фильтров в питании мотора, но детали фильтра ухудшали звучание старинного движка, приближая его к менее интересным по звуку моторам 1930-х. После нескольких сравнительных тестов и оценки степени сонаправленности деталей имеющихся в наличии двигателей было решено использовать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 1920-х от какого-то американского электрического граммофона.

Мотор периода начала депрессии США был собран далеко не идеально, ротор плохо сбалансирован, запрессован на ось неровно, грубо проточен на станке прямо поверху. Отверстия под подшипники в корпусе просверлены не соосно, из-за чего замена изношенных подшипников превратилась в еще ту проблему. Двигатель был полностью разобран за исключением ротора: вытащить длинные, деформированные медные заклепки, стягивающие пластины магнитопровода ротора было невозможно. Все остальные компоненты, включая пластины статора, по возможности были соединены сонаправленно - "снизу вверх" относительно будущего расположения мотора в тракте. Обмотки статора были перемотаны, собран самодельный привод регулировки скорости вращения с регулятором, расположенным снаружи корпуса тракта, сделана система смазки верхнего подшипника, необходимая для нормальной работы мотора в вертикальном положении. После сборки мотора выяснилось, что двигатель вращается в неправильную сторону, пришлось изобретать механизм для смены направления вращения с функцией редуктора скорости и натяжителя нити-пассика. После нескольких неудачных попыток проблема наконец была решена как по звуку, так и технически.

Нижнее основание 8 (см. рис слева и в центре) вставляется в отверстие в крышке двигателя и крепится снизу стопорным кольцом 9 так, чтобы узел в сборе проворачивался по кругу относительно крышки мотора с некоторым усилием. На нижнее основание 8 устанавливается верхнее основание 3, которое крепится с помощью узла 4 так, чтобы оно свободно вращалось вокруг оси узла 4 с минимальным зазором между ним и нижним основанием. С помощью спиральной пружины узел 4 прижимает шкив 6, закрепленный на верхнем основании к ведущему валу 1. Винт 2 служит для фиксации верхнего основания 8 в положении, когда шкив 6 отжат от ведущего вала 1, что исключает деформацию резинового покрытия шкива при выключенном моторе.

Однако проблемы на этом не закончились - вскоре выяснилось, что механический стабилизатор скорости недостаточно точно реагирует на изменения напряжения сети: слышимые детонации на звучании рояля (рояль - самый чувствительный к детонациям инструмент) появлялись при изменении напряжения сети всего на 1,5 вольта, а такие изменения в любой квартире происходят постоянно. По всему выходило, что нужен электронный стабилизатор, но транзисторный стабилизатор переменного напряжения свел бы на нет все преимущества в звучании этого мотора. Решение было найдено в виде архаичного параллельного стабилизатора с насыщенным дросселем, включенным шунтом где в качестве бареттера использована лампа накаливания. Точных формул расчета такого стабилизатора найти не удалось, в итоге параметры шунта находились методом тыка - для двигателя с напряжением питания 150 вольт и током 120 мА, оказалось необходимо железо сечением 20×15 мм и 1100 витков провода, диаметром 0,4 мм. В качестве гасящего резистора - бареттера подошла лампа накаливания 100 ватт. Коэффициент стабилизации такого узла оказался всего-лишь 3,2 (при изменении напряжения сети на 10%, выходное напряжение меняется на 3,2%), но этого хватило для того, чтобы снять проблемы детонации при колебаниях напряжения сети в квартире. Неприятной особенностью таких стабилизаторов является повышенный гул дросселя, работающего в режиме насыщения, чтобы погасить вибрации, дроссель пришлось установить на стопку из войлока толщиной 2 см.

Несмотря на все предпринятые усилия, проблемы с неравномерностью вращения двигателя полностью не исчезли, поскольку 1) - старые асинхронные двигатели с толстым валом, диаметром 8мм (имеющие неоправданно большое трение в подшипниках) и механическим регулятором-тормозом греются до 70 градусов. С прогревом увеличиваются зазоры и снижается вязкость смазки, соответственно, скорость вращения понемногу увеличивается примерно в течение часа. Частично это решается с помощью использования жидкого масла, но тогда приходится чаще смазывать подшипники. 2)- в процессе работы привода изредка возникают незначительные, но видимые на стробоскопе скачки скорости вращения, вероятная причина - между рабочей поверхностью тормоза и тормозным диском стабилизатора попадают какие-то микроскопические частицы или возникает неравномерный износ тормоза. В качестве тормоза были испробованы кожа и фетр разной плотности. Выяснилось, что все они работают без проблем только непродолжительное время - максимум несколько дней и что их необходимо пропитывать маслом, иначе они шумят, свистят и быстро изнашиваются. При этом как только поверхность тормоза начинает засаливаться, возникают вышеупомянутые скачки скорости. Эти скачки заметны только на стробоскопе диаметром 30 см, то есть они незначительны и практически незаметны на слух, но они есть и похоже никуда от них в таких старых моторах не деться. В общем, использование бескомпромиссных по звуку, но технически несовершенных двигателей однозначно не для слабонервных.

Как и в Тестовом Аудиотракте, пружины подвеса двигателя сделаны из стальных рояльных струн диаметром 1 мм, навитых виток к витку (см. правила намотки) на тонкостенную латунную трубку диаметром 10 мм, для удобства намотки трубка вставлена в сверлильный патрон (см. фото). Навивка производится над горящим газом, проволока на загибаемом участке должна быть раскалена до красна, в этом случае пружина получается ровной и с плотно прилегающими витками. Готовая пружина закаливается в холодной воде, опускать надо резко и держать пружину вертикально, начало пружины должно быть внизу. Затем с обеих сторон пружины удаляются 2-3 витка перекаленной проволоки, после этого концы проволоки можно гнуть без боязни того, что проволока сломается.

У двигателей с механической стабилизацией скорости необходимо тщательно балансировать узел стабилизатора. Для этого он вместе с ротором надо закрепить горизонтально на иголках, упирающихся в технологические, центровочные отверстия оси ротора (см. фото), балансировка производится специальными регулировочными винтами, вкрученными в овальные отверстия пластин-креплений грузиков.

Диск

Как основа, использован литой диск от граммофона 1910-х годов. Все детали узла в сборе соединены так, чтобы их осевая проекция векторов была направлена снизу вверх.

Тонарм и картридж

В системе использован доработанный тонарм на часовой пружине, в котором для дополнительного снижения векторных потерь несколько деталей были сделаны заново. С технической точки зрения была доработана пружина (рис. 1). Классическая часовая пружина имеет нелинейный участок сопротивления только в самом начале её скручивания, пока первый виток полностью не намотается на ведущий вал. При дальнейшем скручивании многовитковой пружины идет длинный участок практически линейного сопротивления, поэтому такая пружина и применяется в часах, где важна постоянная тяга во время работы. В тонарме используется только нелинейный участок, на котором сила прижима иглы будет различной для тонких и толстых пластинок, а также для покоробленных пластинок на впадинах и подъемах. Этот момент является техническим минусом любого пружинного тонарма в сравнении с уравновешенным вариантом. В пружинном тонарме желательно иметь участок примерно 5 мм вертикального перемещения с минимальным изменением силы прижима, ради большей линейности этого участка было решено сделать пружину с переменной шириной - в начале (у ведущего вала) пружина была сужена в более чем два раза, её родная толщина начиналась только через полтора витка так, что в итоге нелинейный участок сопротивления пружины растянулся с одного витка до двух с половиной витков, а доработка в целом снизила колебания силы прижима примерно в два раза.

В картридже использован самодельный кристалл. В отличие от предыдущей версии, где токопроводящими поверхностями служил графитово-шеллачный лак, в этой версии на кристалл наклеены полоски тонкой алюминиевой фольги, изъятой из старинного конденсатора. В качестве клея использован чесночный сок. Ёмкость этой версии получалась в полтора-два раза выше при прочих равных, что дало возможность использовать более толстые, механически более надежные пластины.

Переключатели и разъемы

Все переключатели и разъемы - самодельные, сделаны из металлов почтенного возраста с учетом их направленности. Переключатель на 4 положения (см. анимацию) позволяет последовательно включать напряжение сети, анодное напряжение, включение мотора привода, лампу стробоскопа. Остальные переключатели также собраны из нескольких экземпляров от приёмников 1920-х или собраны с нуля так, чтобы суммарный вектор каждой закреплённой на корпусе детали в сборе, максимально совпадал с направлением вектора корпуса в месте крепления детали.

Переменные резисторы

Переменные резисторы собраны из подходящих по направленности деталей от нескольких заводских экземпляров. Пример работы над деталями резисторов см. Вектор - фантом.

Трансформаторы

Силовой трансформатор - симметричный, на О-образном сердечнике (см.Симметричный трансформатор для двухтактных усилителей и двухполупериодных выпрямителей). Сечение железа сердечника 38×38 мм, сетевая обмотка 1140 В, обмотка анодного питания 1160 витков, четыре накальные обмотки расположены снаружи и не заизолированы чтобы была возможность получить различное напряжение накала, подпаиваясь напрямую к виткам. В ведомой катушке (которая не подключена к сети 220 В) количество витков во всех обмотках увеличено на 5%.

Все остальные трансформаторы и дроссели - однотактные, в них использованы обычные броневые магнитопроводы от старой радиоаппаратуры. Железо магнитопроводов уложено таким образом, чтобы суммарный вектор магнитопроводов был сонаправлен с шасси. Шасси, в свою очередь, сонаправлено участку корпуса, на котором оно установлено.

В качестве выводов трансформаторов используются сами провода, продетые по нескольку раз сквозь отверстия в щечках каркасов. Такие выводы звучат идеально ясно в случае, если направленность проводов и поперечная проекция вектора щечек в отверстиях совпадают. Например, если направленность щечки сверху вниз, то сверху в отверстие надо продевать конец провода. Таким образом, если нужно вывести наружу отвод обмотки трансформатора, то конец обмотки продевается в отверстие сверху, а начало следующей обмотки - снизу (см. фото), в итоге на краю щечки из провода формируется сонаправленная "катушка". Выход внешнего провода надо подпаивать к такому отводу снизу, вход, соответственно, сверху, тогда весь узел окажется сонаправленным и будет иметь практически нулевые векторные потери.

Проволочные конденсаторы и регулятор громкости

Переменный проволочный конденсатор используется для регулирования громкости при прослушивании пластинок пьезоэлектрическим звукоснимателем и/или как переменный конденсатор в цепи коррекции АЧХ предусилителя. Катушки намотаны проводом 0,1 мм внавал на общем деревянном каркасе диаметром 37 мм, начиная с малых емкостей. Рассчитать емкость конденсаторов, намотанных на одном каркасе практически невозможно, поскольку после намотки каждого, последующего конденсатора, емкость предыдущих конденсаторов увеличивается за счет соприкосновения с земляным проводником соседнего конденсатора и уменьшения зазора между проводами вследствие сдавливания внутренних слоев внешними. Экспериментальные данные сведены в таблицу.

На практике расположение регулятора относительно сетевого трансформатора оказалось неудачным, при минимальной громкости были слышны наводки 100 Гц от трансформатора. Фон удалось снизить до приемлемого уровня, установив снизу регулятора стальную пластину. Чтобы полностью исключить возможные наводки, такой регулятор, как и любой входной трансформатор, надо делать в стальном корпусе.

Схема

Во входном каскаде усилителя использованы две прямонакальные лампы с вольфрамовым накалом RE-11 1923 года выпуска, собственно, весь усилитель был создан ради применения в нем этих ламп. Лампы имеют необычно чистый, мелодичный голос, хотя их внутренности, как и у других ламп, с точки зрения направленности соединены хаотично и лампы желательно выбирать из нескольких. Основная проблема использования RE-11 - малое усиление и необходимость питать их накал стабилизированным постоянным напряжением - другие варианты дают неприемлемо высокий фон. Любой стабилизатор напряжения в коротком тракте - однозначно плохая идея, звук от его использования, особенно неумелого, много теряет, однако в сравнении с лампами косвенного накала с оксидированным катодом, вольфрамовые RE-11 выигрывают с большим запасом и если грамотно реализовать схему простейшего стабилизатора, то можно сохранить их потенциал на очень высоком уровне. Стабилизатор собран на двух транзисторах А406 и П701Б 1960-х годов выпуска, стабилитроне КС156, дросселе и двух электролитических конденсаторах. Все компоненты тщательно отбирались по максимуму ясности звучания, то есть соответствия направления их соединений и выводов Контурам.

Перед первым каскадом расположены цепи коррекции сигнала с пьезокартриджа - RC цепочка (R2, WC1) позволяет повышать уровень высоких частот и изменять точку перегиба АЧХ на ВЧ. R1 изменяет уровень ВЧ, R3 позволяет регулировать уровень низких частот. На входе первого каскада установлен переключатель входов "line in - LP". С анода первой лампы сделан выход для оцифровки пластинок. Регулятор громкости предельно упрощен, однако работает без нареканий, так как RE-11 на малых сигналах играет без искажении даже с 10 вольтами на аноде. Второй каскад аналогичен первому, но, поскольку сопротивление следующего каскада велико, на его выходе установлен проволочный конденсатор WC2. Выходной каскад включен по обычной схеме отрицательного смещения с помощью дросселя, который позволяет использовать конденсаторы меньшей емкости, чем в случае фиксированного или автоматического смещения. Выпрямитель питания усилителя стандартный.
В выпрямителе питания громкоговорителя использован кенотрон с холодным катодом RGN 1500. Из-за отсутсвия накала, при прочих равных он звучит яснее обычных кенотронов, но может давать наводки в виде треска (гармоники 50 Гц) так что входные цепи необходимо экранировать более тщательно.

Монтаж

Монтаж получился слишком тесным, и не совсем корректным с точки зрения максимального удаления цепей с малым сигналов от источников наводок и длины соединительных проводов, но с наводками в итоге все оказалось в порядке. На первом фото слева расположены дроссель и выходной трансформатор установленные на шасси, в центре два кенотрона, справа дроссель стабилизатора вращения двигателя и сам двигатель над ним. Справа внутри расположен сетевой трансформатор. Трансформатор питания, дроссель двигателя и нижняя часть двигателя установлены на фетровые подушки. Сонаправленные монтажные провода связаны в жгуты.
На втором фото показано шасси, слева дроссель стабилизатора, над ним радиатор транзистора А-406. Справа входная лампа RE-11 с которой снят экран, далее вторая RE-11 и выходная лампа CA. На третьем фото слева внизу - вход line-in, над ним переключатель входов, за ним четырехпозиционный переключатель сетевого напряжения, задержки подачи анодного и включения светодиода подсветки стробоскопа. Справа внизу регуляторы громкости и коррекции. Рядом установлен древний вольтметр начала ХХ века, который пылился у меня в кладовке уже лет пятнадцать, не знаю зачем я его туда установил, никакой смысловой нагрузки он не несет.

Звук

Если рассматривать систему, только как активную АС, то из-за "лишних" деталей проигрывателя LP она получилась несравнимо сложнее Энергетического Рупора. При этом самый влиятельный и основательный компонент системы НЧ громкоговоритель British Thomson-Huston, хоть и был по своему потенциалу однозначно предпочтительней оного у ЭР, обладал невероятной лёгкостью в мидбасу и теплотой 1920-х, но с направленностью компонентов даже после тщательной переборки у него оказалось не все так гладко, как хотелось - при установке в корпус в звуке у него возникали назойливые жесткие нотки. По этой и по другим причинам я долго не мог приблизиться к звуку ЭР по чистоте и прозрачности: переделывал и дорабатывал части механики, менял проводку и так далее и тому подобное. В конце концов звук тракта раскрылся в достаточной степени, чтобы наконец ощутить долгожданное удовлетворение - благодаря деталям 1920-х и максимально возможно точной Векторной ориентацией деталей, проект в сравнении с ЭР оказался хорошим шагом вперед.
Пьезокартридж был переделан с целью расширить его частотный диапазон, при этом в нем удалось сохранить изначальную ясность и тонкость звучания более узкой полосы частот. Большинство треков раскрылось и стало звучать выразительней, в некоторых случаях выигрыш был не так заметен, иногда, чаще всего после сжатия и копирования на сайт, разница оказывалась не принципиальной. Для демонстрации звучания тракта, с его помощью были заново записаны несколько пластинок: Chet Baker, Billie Holiday, Glenn Gould, Frank Sinatra, Nat King Cole, Самоцветы. Старые варианты ремастеринга не удалялись, так что можно услышать разницу между прошлогодней и сегодняшней версией тракта. Ниже приведены примеры новых оцифровок.