Мягкий фотонный звук
Designed by Freepik
При подключении источников звука к усилителям иногда возникают наводки, связанные с большой длиной проводов и петлями в системе заземления. В таких случаях естественный выход (кроме цифровой передачи сигналов) - гальваническая развязка источника сигнала и усилителя.
Трансформаторная развязка, с виду простой и изящный способ решения проблемы, часто не проходит по простой причине: хорошие трансформаторы с пермаллоевым сердечником дефицитны и дороги, а плохие - сужают частотный диапазон сигнала. Остаётся гальваническая развязка с помощью оптопары (оптрона), включающей светодиод и фотоприёмник того или иного вида: фоторезистор, фотодиод или фототранзистор.
Наиболее широкое применение оптопары нашли в импульсных блоках питания, где нужно передавать сигнал обратной связи из вторичной цепи в первичную. Но там обычно используются транзисторные оптроны, обладающие хорошей чувствительностью и плохой линейностью, а потому непригодные для передачи звука. Кстати, в компьютерных мышах вращение колеса прокрутки определяют транзисторные оптопары, да ещё и с открытым оптическим каналом.
Резисторные оптроны используются в сценической и студийной звуковой аппаратуре, где нужно микшировать сигналы, поступающие с многочисленных микрофонов, гитарных звукоснимателей, синтезаторов и генераторов звуковых эффектов. Такие оптроны обладают отличной линейностью, но не способны быстро переключаться. Следовательно, для нашей задачи они не пригодны.
Диодные оптопары способны работать быстро как в генерирующем режиме (прямое включение), так и в фотодиодном (обратное включение, когда на диод подаётся запирающее напряжение). Во втором случае оптрон обладает неплохой линейностью. Мы предлагаем воспользоваться именно этим режимом.
Для минимизации искажений при передаче аналогового звука обычно используют дифференциальные оптроны, внутри которых есть светодиод и два идентичных фотодиода. Один из них задействуется в цепи обратной связи усилителя (чтобы минимизировать искажения), а второй генерирует сигнал на приёмном конце линии. Среди зарубежных дифференциальных оптронов наиболее известна модель IL300. Её отечественный аналог - АОД176А. Эти приборы также дефицитны, но их можно заменить на сдвоенные диодные оптопары (например, на АОД167А) или на пары идентичных одиночных оптронов, соединив их светодиоды последовательно. Мы для иллюстрации статьи в каждом звуковом канале использовали пару приборов 3ОД101В из коллекции старого радиолюбителя.
Для формирования токового сигнала мы использовали малошумящий сдвоенный операционный усилитель К157УД2 и биполярный транзистор КТ3102 (можно использовать практически любой маломощный транзистор n-p-n) в режиме эмиттерного повторителя (см. схему на шаге 2). Для компенсации нелинейности передаточной характеристики оптрона мы поместили в цепи обратной связи операционного усилителя такую же цепочку из диода и резистора, которая используется для выделения сигнала на приёмном конце линии. Этот сигнал в нашем случае подаётся на двухканальную микросхему усилителя для наушников APA3541, которая питается напряжением 4-6 В и позволяет обойтись минимумом внешних элементов. Чтобы к выходу схемы можно было подключать не только усилитель, но и наушники, применили конденсатор C6 большой ёмкости.
Известно, что у оптрона IL300 наилучшая линейность достигается при среднем токе через светодиод в 5 мА, а в насыщение он входит при 20 мА. Мы экспериментально (на слух) выяснили, что 3ОД101В следует настраивать на ток 5-7 мА. Полосу пропускания и линейность амплитудно-частотной характеристики мы не измеряли, но по звучанию было очевидно, что гальванически развязанный оптронами 3ОД101В звуковой тракт смягчает звук и подчёркивает низкие частоты. При этом на нехватку средних и высоких частот жаловаться не приходилось. Звучание фонограмм, что удивительно, приобрело ностальгический «ламповый» характер - видимо, фотонные и электронные лучи имеют между собой что-то общее. С оптопарами других видов мы не экспериментировали за неимением нужного количества одинаковых элементов.
Стоит отметить недостаток передающей схемы: средний ток через оптроны в ней зависит от напряжения питания. Эту зависимость можно исключить, добавив стабилитрон, который будет задавать напряжение на делителе R1/R2.
Для проводного соединения между собой двух частей схемы, которые будут находиться в разных концах комнаты, удобно воспользоваться телефонным удлинителем - в нём как раз имеются четыре провода (по два на каждый звуковой канал). При расстоянии более пяти метров лучше взять компьютерный кабель Ethernet, пустив сигналы левого и правого звуковых каналов через разные витые проводные пары. В случае возбуждения усилителя увеличьте ёмкость C2.
Передающую и приёмную схемы удобно собрать в корпусах от старых ненужных ADSL-модемов, где уже есть разъёмы для подключения телефонного кабеля и источника питания. Если вам не захочется возиться с двумя корпусами, можно всю схему разместить в одном, но тогда через комнату вместо телефонного удлинителя или Ethernet-кабеля нужно будет протянуть аудиокабель от источника звука.
При работе будьте аккуратны, соблюдайте технику безопасности.
Далее следуйте инструкциям под фотографиями.
Читайте другие наши материалы
