ОДИН ДВУХТАКТНЫЙ КАСКАД ДЛЯ ОБОИХ СТЕРЕОКАНАЛОВ

grat · 2026-09-28T06:45:55Z

Автор: Норман Х. Кроухёрст

Простая симплексная схема для стерео исключает две выходные лампы и один выходной трансформатор.

Примечание редактора: Схема, обсуждаемая в этой статье, вызвала значительный интерес, когда она была представлена в докладе инженеров CBS перед Обществом аудиоинженеров (Audio Engineering Society). Здесь мы оцениваем эту систему и отвечаем на некоторые вопросы, которые были заданы о ней. Важность схемы заключается в том, что две выходные лампы и один полномощный выходной трансформатор способны обрабатывать оба стереоканала. Существуют некоторые ограничения на гибкость входных и выходных цепей, но с нашей точки зрения представляется, что схема найдет широкое применение. Перед отправкой номера в печать компания Heath Co., по лицензии CBS Laboratories, исследует недорогую стереосистему, использующую улучшенную и более сложную версию принципов, описанных здесь.

Если стереофоническую запись можно записать в одну канавку, почему её нельзя усилить одним усилителем? Как и в случае со многими вопросами, на этот есть два возможных ответа: «это невозможно сделать» и «люди, которые это делают!». В данном случае последними являются CBS Laboratories, как сообщается в докладе перед Обществом аудиоинженеров, совместно подготовленном Б. Б. Бауэром, В. С. Бачманом, Дж. Голливудом и Г. Меркле.

На вопрос «Как это работает?», на который призвана ответить эта статья, также можно отвечать с разных позиций: человек, который сказал, что это невозможно сделать, имеет возражения и не думает, что система может работать правильно; в то время как непредвзятый человек просто хочет знать, простыми словами, вовлеченные принципы, а также: «Делает ли она работу так же хорошо, как два отдельных усилителя той же или меньшей стоимости, или с той же суммарной выходной мощностью?»

В обычном двухтактном усилителе все лампы и другие компоненты двухтактной части дублируются и обрабатывают аудиосигнал абсолютно одинаково, за исключением того, что одна сторона «толкает» (pushes), когда другая «тянет» (pulls). Для хорошей двухтактной работы обе «половины» усилителя несут идентичные формы сигналов, за исключением того, что одна отклоняется вверх, когда другая отклоняется вниз. Обычно проявляется большая осторожность для обеспечения баланса двух половин, чтобы формы сигналов действительно были идентичными.

Но фактически двухтактный усилитель — это два отдельных усилителя, единственная связь между которыми находится на входе (или фазоинверторе) и на выходе (двухтактный трансформатор). Неспособность поддерживать идеальный баланс не вызовет никаких проблем до тех пор, пока они не будут рекомбинированы на выходе. Так что же мешает использовать каждую сторону «двухтактного» каскада для одного канала стерео, вместо того чтобы идти на все эти трудности ради получения точной идентичности для одного лишь выхода?

И когда вы посмотрите на это, принцип окажется довольно простым (хотя это всегда можно сказать, когда кто-то другой уже это сделал!). На самом деле это так же просто, как заставить каждую половину нести модуляцию от одной стороны канавки пластинки в формате 45-45 (Рис. 1).

К настоящему времени хорошо известно, что когда два канала работают вместе, как в случае с центрально расположенным звуком, канавка движется из стороны в сторону без какого-либо изменения глубины (Рис. 1C). Когда только один канал несет программу из-за звука, исходящего с одного крайнего края, модулируется только одна стенка канавки (Рис. 1A или 1B). И когда оба канала работают в противофазе, канавка движется прямо вверх и вниз (Рис. 1D).

Это последнее условие обычно не возникает на более низких частотах, потому что оно представляло бы звук «за сценой». Но это может происходить и происходит на более высоких частотах, поскольку разность времени в этом случае может составлять несколько длин волн.

Из Рис. 1 видно, что центрально расположенный звук дает нормальную двухтактную комбинацию форм сигналов, в то время как противофазное состояние дает «синфазно-параллельный» режим (push-push). Стереопрограмма была бы монофонической, если бы она содержала только двухтактную комбинацию сигналов, но, с другой стороны, очень малая ее часть достигает чисто параллельного состояния (push-push) простого движения вверх-вниз. Большая часть сигналов лежит где-то между этими крайностями.

(Большинство распространенных стереокартриджей сфазированы таким образом, что поперечное движение производит синфазные сигналы. Путем простого изменения подключений к одному из элементов звукоснимателя получаются условия фазы, показанные на рисунке. В случае 4-выводных картриджей это просто вопрос перестановки двух проводов; в случае 3-выводных картриджей производитель должен обеспечить требуемую фазировку. См. Вопрос 2. — Прим. ред.)

Если бы выход каждого звукоснимателя подавался на свою сторону так называемого двухтактного каскада, и каждая сторона имела отдельный выходной трансформатор, питающий собственный громкоговоритель, мы получили бы пару отдельных усилителей, работающих от общего источника питания, с качеством, обычно ожидаемым от использования однотактных выходных каскадов (Рис. 3).

Суть новой разработки заключается в выходной цепи двойного матрицирования (смешивания), которая обеспечивает экономию на требованиях к выходным трансформаторам и в то же время позволяет получить обычное преимущество двухтактного выхода.

Вместо использования одного выходного трансформатора для каждого канала (левого и правого), раздельные трансформаторы обрабатывают фактически «поперечные» (или двухтактные) и «вертикальные» (или синфазно-параллельные) компоненты (Рис. 2). Помните, что противофазное состояние в стереопрограмме обычно никогда не возникает на низких частотах и имеет лишь случайный шанс возникнуть на более высоких частотах.

Поэтому трансформатор, который переносит два анодных тока параллельно, не нуждается в хороших частотных характеристиках в области баса. Таким образом, обычное возражение против однотактного выхода — потеря баса — устраняется тем, что данный трансформатор работает как однотактный. В докладе CBS также утверждается преимущество ухудшения басового ответа для «вертикальной» составляющей, что дает встроенное подавление вертикального рокота (румбля), которое определенно часто может быть полезным.

Другой трансформатор действует строго как двухтактный и, таким образом, способен обладать всеми качествами высококачественного двухтактного выходного трансформатора. Теперь мы начинаем видеть, в чем заключается экономия. Требуется только один высококачественный двухтактный выходной трансформатор; другой может быть меньше и намного дешевле. И нам нужен только один двухтактный выходной каскад в отношении всех остальных компонентов, через который подается стереопрограмма.

Обратная связь снимается с результирующего выхода на звуковые катушки и подается обратно в катоды драйверного каскада (Рис. 4). Это позволяет снизить искажения в любом канале (левом или правом), скорректировать частотную характеристику и уменьшить любую ошибку в действии двойного матрицирования выходных трансформаторов.

Это в целом описывает историю, что касается принципа работы. Но новая идея, подобная этой, порождает (и фактически уже породила) некоторые вопросы с подтекстом: «Действительно ли это дает все заявленные преимущества?». Поэтому давайте рассмотрим некоторые из этих вопросов, чтобы изучить потенциальные возможности такого типа усилителя.

Вопросы и ответы

1. Вы сказали, что двухтактный трансформатор имеет все преимущества нормального двухтактного выходного трансформатора. Я вижу, что статические (или покоящиеся) анодные токи будут сбалансированы и, таким образом, сохранят его индуктивность и низкочастотную характеристику; но разве часть функции нормального выходного трансформатора не заключается в подавлении четных гармоник искажений усилителя? Как это может происходить, когда усилители обрабатывают разные каналы?

Это возражение было бы справедливым для раздельных однотактных выходных трансформаторов (Рис. 3). Но при данной конфигурации двухтактный трансформатор обрабатывает только ту часть композитного содержания программы, которая является строго двухтактной. «Однотактный» компонент обрабатывается меньшим трансформатором. В почти любом стереоматериале наблюдается доминирование высокоамплитудных составляющих более низких частот, находящихся почти в фазе.

Любое искажение этих компонентов в усилителе аннулируется двухтактным трансформатором точно так же, как и в обычном двухтактном выходе. Затем, в конечной схеме усилителя, общая обратная связь с индивидуальных подключений динамиков возвращается в усилитель для линеаризации каждого канала как отдельной сущности, независимо от его разделения на моно- и стерео- (или двухтактные и параллельные) компоненты.

Основная форма искажений, снижаемая нормальным двухтактным выходным трансформатором, — это низкочастотный компонент. Двухтактный трансформатор здесь делает это тоже, как в отношении гармонических, так и интермодуляционных (ИМ) составляющих. Искажения выше по частоте, которые в любом случае становятся более сложными, устраняются обратной связью, как и в любом обычном усилителе.

2. Не будут ли громкоговорители, подключенные как на Рис. 4, воспроизводить стереосигнал в противофазе?

Это вопрос фазировки как на входе, так и на выходе. Большинство трехвыводных звукоснимателей сфазированы так, что поперечное движение иглы дает два выхода, которые являются положительными в один и тот же момент времени (Рис. 5). В этой системе звукосниматель должен быть подключен так, чтобы для поперечного движения один выход был положительным в тот момент, когда другой является отрицательным.

В проигрывателях, использующих этот усилитель, звукосниматель сфазирован правильно для данной цели. Использование усилителя с другими звукоснимателями не является проблемой, если имеется четыре вывода, так что пользователь может сфазировать свой звукосниматель в соответствии с требованиями.

Если вы привыкли думать, что способ подключения большинства систем является стандартным, то эта система покажется вам нестандартной в данном отношении. Но это действительно зависит от того, что вы принимаете за стандарт изначально. С точки зрения резака (cutter) или звукоснимателя, базовая симметрия требовала бы, чтобы компонент вверх-вниз был синфазным (или параллельным) элементом, что согласуется с этой системой и делает более общепринятое подключение «нестандартным».

Что касается функционирования, важно лишь то, чтобы система была подключена правильным образом, что необходимо сделать только один раз при настройке системы. На стороне громкоговорителей, если используются идентичные устройства, противоположные концы звуковых катушек должны быть подключены к шине заземления в левой и правой системах. Но, опять же, как только система сфазирована, все работает правильно. Вещь сугубо относительная.

3. Одной из причин или преимуществ двухтактной работы является повышенная эффективность (КПД) выходного каскада. Это достигается за счет работы в режиме, близком к классу B. Ввиду того, что эта система использует параллельный (push-push) компонент, может ли она использовать это преимущество должным образом?

Класс B — это теоретическое условие, постулируемое на анодных характеристиках, которые совершают резкий или дискретный переход от прямых линий, представляющих постоянное внутреннее сопротивление переменному току, к условию отсечки, представляющему бесконечное сопротивление (Рис. 6A). Никакие лампы из когда-либо созданных не работают точно таким образом.

Но работа глубоко «за изгибом», как это может происходить с однотактной лампой, может привести к чрезмерной кривизне. И параллельный (вертикальный) компонент проходит через этот усилитель как «однотактная» операция. Давайте немного подумаем о том, что может произойти в однотактном усилителе этого типа с обратной связью.

Предположим, что смещение задано в точку глубоко на кривизне характеристики, и что поступает сигнал, который загоняет ее «за изгиб» — фактически далеко в область отсечки. Обратная связь пытается компенсировать форму волны внутри усилителя, искажая ее противоположным образом (Рис. 7). Но она может работать только на тех частях формы волны, которые проходят через каскад. Для той части, которая находится за пределами отсечки, обратная связь отсутствует.

Таким образом, внутренняя форма волны становится преувеличенно асимметричной в противоположную сторону. Как было доказано многократно, такой асимметричный компонент в форме волны эквивалентен изменению постоянного смещения; в данном случае он будет работать прогрессивно, подобно «насосу» (помпе), пока обратная связь не сможет «приступить к работе» над всей формой волны.

По сути, обратная связь будет использовать постоянную времени связи между драйверным и выходным каскадами, чтобы изменить смещение ровно настолько, чтобы позволить каскаду полностью обработать сигнал, дабы она могла работать над линеаризацией всего сигнала.

Но если бы это было единственным средством, и постоянная времени была сделана достаточно длинной для обеспечения хорошего басового ответа (который необходим для двухтактного режима), до того, как смещение перенастроится, могло бы возникнуть довольно сильное искажение. К счастью, однако, в схеме, показанной на Рис. 4, тем временем в силу вступает другой эффект.

Когда крупный сигнал впервые «ударяет», его первая положительная полуволна на сетке драйверного каскада (Рис. 7) не будет компенсирована соответствующей обратной связью на катоде, потому что выходные лампы уйдут глубоко в отсечку. Следовательно, с точки, где выходные лампы отсекаются, сеточное напряжение здесь резко возрастет в положительную сторону и из-за сеточного тока временно сместит этот каскад назад на соответствующую величину. При правильном выборе постоянных времени это передаст аналогичное временное смещение на выходной каскад — положительное, так что выходной каскад сможет немедленно обработать весь сигнал.

Таким образом, после первой четверти волны крупного вертикального компонента (если только он не загоняет выходные лампы в область положительных сеточных токов теперь, и в этом случае сигнал просто слишком велик в любом случае), выходные лампы находят правильное смещение для проходящего сигнала посредством действия обратной связи. С этого момента обратная связь поддерживает правильный баланс в регулировке смещения.

4. Разве обработка лампами «двойного» сигнала — параллельного так же, как и двухтактного — не ограничивает максимальную мощность усилителя по сравнению с нормальной двухтактной работой, несмотря на любое саморегулирующееся действие?

Чтобы разобраться с этим вопросом, я обратился к техническому справочнику Mullard «Technical Handbook of Receiving Valves», чтобы посмотреть, чего можно ожидать от пары ламп EL84.

В классе AB с автоматическим смещением в двухтактном режиме при напряжении на анодах 300 Вольт они выдают 17 Ватт. Значение для тех же условий работы в параллельном включении не приводится, но интуитивная догадка на основе данных для одной лампы при 250 Вольтах предполагает, что они выдадут около 13 Ватт в этом режиме.

При работе в этой схеме, если подается чистый сигнал, синфазный в обоих каналах, так чтобы задействовать лампы в двухтактном режиме, они выдадут свои номинальные 17 Ватт на номинальное сопротивление нагрузки. Мощность будет разделена между левым и правым каналами после соответствующих потерь в выходных трансформаторах.

Аналогично, если один канал инвертирован по фазе, что эквивалентно вертикальной дорожке, лампы должны отдать 13 Ватт в такую же нагрузку. Поэтому, когда кто-то спрашивает, ограничит ли этот режим работы мощность, хотят ли они получить 17 + 13 Ватт = 30 Ватт за те же деньги, за которые обычно получают 17 Ватт?

Фактически, в гипотетических условиях, представленных в таких тестах, усилитель всегда должен быть способен выдавать где-то между 13 и 17 Ватт, в зависимости от фазового угла между каналами.

Но реальная стереопрограмма не обладает одиночной частотой с известной или постоянной разностью фаз между каналами. Различные компоненты будут иметь разные фазовые углы при совершенно случайном распределении. Но в этом нет ничего нового. Такое же аннулирование паспортных значений мощности в ваттах происходит и в обычных усилителях.

Усилитель никогда не требуется в музыкальной программе для выдачи чистого синусоидального тона мощностью 17 Ватт на активное сопротивление нагрузки. От него требуется выдавать множество сложных тонов в громкоговоритель. Если бы нагрузка была чисто активным сопротивлением, максимальная пиковая мощность сложной волны была бы ровно в два раза больше средней мощности теоретического синусоидального выхода. Это примерно то, как мы можем соотнести измеренные результаты с практической производительностью.

С комбинированным стереоусилителем, если бы обе нагрузки были чисто активными сопротивлениями, максимальная пиковая мощность, отдаваемая в два канала вместе, составляла бы где-то между 26 Ватт минимум (2×13) и 34 Ватт максимум (2×17). Различные пропорции различных составляющих частот могут поступать в каждый канал, но это максимальная пиковая мощность композита, все еще предполагая эту гипотетическую активную нагрузку.

5. Что можно сказать о переходном затухании (перекрестных помехах) в таком комбинированном усилителе?

Первоначальное утверждение заключается в том, что разделение между каналами «в среднем лучше, чем 25 дБ». В вопросе перекрестных помех есть кое-что, требующее разъяснения. Какое разделение вам вообще требуется на самом деле?

Ответ на этот вопрос требует оговорки. Это зависит от того, какова природа перекрестной помехи. Если это чистая перекрестная помеха — левая программа проникает в правую или наоборот, то разделения от 10 до 12 дБ вполне достаточно. Но если это компоненты искажений левой программы, проявляющиеся в правой, то даже 30 или 40 дБ — это нехорошо. Итак, когда вы измеряете перекрестные помехи, имеете ли вы дело с простой перекрестной помехой или вместо этого вы имеете перекрестную интермодуляцию?

Звукосниматели, как и комбинированные усилители, потребуют более тщательного изучения с этой точки зрения. Нет причин, по которым комбинированный усилитель не должен иметь разделения лучше 25 дБ, обусловленного чистой перекрестной помехой из-за небольших дисбалансов и допусков на коэффициенты трансформации и т. д. На самом деле, сложная механическая структура с нелинейной гибкостью, управляющей ее движением, гораздо более склонна к созданию разновидности перекрестной интермодуляции, чем комбинированный усилитель, в котором передача представляет собой более или менее простое проникновение из одного канала, обрабатываемого усилителем, в другой.

Но теперь мы переходим к гораздо более масштабным вопросам, которые открывают пути для дальнейшей работы, прежде чем мы сможем сказать, что знаем всё об этих стереофонических проблемах. Между тем, одиночный стереоусилитель определенно работает и обеспечивает определенную экономию, которая делает его вполне стоящим. В ближайшее время можно ожидать анонсов коммерчески доступного оборудования, использующего эти принципы.

Radio-News-1959-01.pdf

Normann · 2026-09-28T07:10:48Z

На первый взгляд, неодинаковость выходных трансформаторов обесценивает идею изначально. Выходные тра6сформаторы - самая дорогая и значимая часть типового лампового усилителя. По самой усилительной части ничего необычного.

Или я что-то не понял?

CHEL_EV · 2026-09-28T07:35:07Z

Это ж чего надо выпить или покушать чтоб повторить такой проект. Два разных выходных трансаформатора. Один PP, другой SE. Не понятно как их согласовать и расчитать. И ради чего? Ради того чтобы съэкономить три лампы и горстку резисторов..

Но надо признать, что мысль человеческая могёт додуматься и до такого тоже.

Stan Marsh · 2026-09-28T07:47:11Z

Я как-то выкладывал схему стереоусилителя с двумя обмотками на одном сердечнике. Есть ещё такназ "фантомные схемы", много есть всего чудесного, но работающего.

Xрюн222 · 2026-09-28T08:22:43Z

Имеется в хозяйстве радиоприемник, кажется, ТФК конца 50х, пара 6ф3п на выходе, как раз "3 в 1", то есть общий чисто НЧ канал РР, базовый от предыдущей моно-модели, его плечи работают как SE на левый/правый каналы на СЧ-ВЧ. При исправности все работает отлично, разумеется. Два разных тр-ра работают оба в обоих плечах поровну, поэтому все симметрично. Применительно к винилу -все ещё лучше и проще, сейчас нет возм-ти искать, набираем в Гугле Stereoplex. Там, кстати, из двух одинаковых покупных выходников сооружено.

Сергей Б · 2026-09-28T08:44:13Z

Это было придумано в 40 - 50 годы, в то время бас барабан всегда стоял по центру, и был один бас гитарист. Сейчас есть составы где несколько ударных установок, две - три бас гитары в разных концах сцены, и синтезаторы, где звук плавает из канала в канал, включая самые низкие частоты. Если слушать пластинки 50-70 годов, то возможно кому то сгодится как эрзац, меня вообще не взяло этой сисьтемой. Мифы о том что бас не локализован, идут туда же, в 40 - 50 -е годы.

Rezvoy · 2026-09-28T08:59:27Z

Судя по публикациям и у нас появился свой ИИ по типу "Дивана" на Сундуке. :smile-71:

Stan Marsh · 2026-09-28T09:05:23Z

4 минуты назад, Rezvoy сказал:

Судя по публикациям и у нас появился свой ИИ по типу "Дивана" на Сундуке.

Не-не, grat - нормальный человек из плоти и крови.

Xрюн222 · 2026-09-28T10:34:58Z

1 час назад, Сергей Б сказал:

Это было придумано в 40 - 50 годы, в то время бас барабан всегда стоял по центру, и был один бас гитарист. Сейчас есть составы где несколько ударных установок, две - три бас гитары в разных концах сцены, и синтезаторы, где звук плавает из канала в канал, включая самые низкие частоты. Если слушать пластинки 50-70 годов, то возможно кому то сгодится как эрзац, меня вообще не взяло этой сисьтемой. Мифы о том что бас не локализован, идут туда же, в 40 - 50 -е годы.

Ну вроде и нынче вполне успешно существуют системы саб+2 канала, ведь так? Только сейчас как усложнение, тогда как упрощение.

CHEL_EV · 2026-09-28T10:36:13Z

2 часа назад, Xрюн222 сказал:

Имеется в хозяйстве радиоприемник, кажется, ТФК конца 50х, пара 6ф3п на выходе, как раз "3 в 1", то есть общий чисто НЧ канал РР, базовый от предыдущей моно-модели, его плечи работают как SE на левый/правый каналы на СЧ-ВЧ. При исправности все работает отлично, разумеется. Два разных тр-ра работают оба в обоих плечах поровну, поэтому все симметрично. Применительно к винилу -все ещё лучше и проще, сейчас нет возм-ти искать, набираем в Гугле Stereoplex. Там, кстати, из двух одинаковых покупных выходников сооружено.

Ага, нашёл, вот ссылка.

Действительно, два одинаковых PP трасформатора с Raa 5k

Только там написано что у них 10 ватт на канал получилось.. Это интересно как?

Напряжение, указанное на разъеме V1s на принципиальной схеме, будет близко к напряжению на разъеме V2, но не идентично ему.

Несмотря на компактность и простоту конструкции, Stereoplex может похвастаться эффективной выходной мощностью 10 Вт на каждый канал. При выходной мощности в 1 Вт частотная характеристика остается неизменной в пределах ±1 дБ в диапазоне от 30 до 20 000 Гц и снижается всего на 1,8 дБ на частоте 20 Гц. Использование отрицательной обратной связи приводит к тому, что коэффициент нелинейных искажений при полной выходной мощности составляет всего 1,5 %.

Разделение каналов составляет 25 дБ на частоте 1000 Гц, уровень гула и шума снижен на 70 дБ. Каждый канал оснащен собственным регулятором громкости, а для питания вспомогательного оборудования можно добавить розетку.

Чувствительность входа достаточно высока, поэтому большинство керамических или пьезокристаллических стереокартриджей можно подключать напрямую, что избавляет от необходимости использовать предусилитель. Такие стереокартриджи обычно имеют выходное напряжение от 0,25 до 0,5 вольта и стоят относительно недорого. Автор добился отличных результатов с картриджами Sonotone 8T, CBS-Hytron SC-2 и Ronnette BF-40.