Uloga
pretojačivača je da prihvati, obradi i reguliše signal koji dolazi
na ulaz pojačivača snage. Najpre, od danas postojećih izvora zvuka
jedino gramofonske zvučnice zahtevaju specijalnu frekventnu karakteristiku.
Ostali izvori zvuka zahtevaju jedino pojačanje nivoa signala, i to
ne svi - CD plejeri, DVD uređaji, zvušne kartice računara, npr. Uopšteno
govoreći, osnovna verzija kompletnog pretpojačivača bi se sastojala
od pretpojačivača za gramofonsku zvučnicu, preklopnika za izbor izvora
signala, potenciometra i (opciono, mada preporučljivo), pretpojačivača
ravne frekventne karakteristike.
Pretpojačivači
za gramofonske zvučnice
Da bi
se isčitala informacija urezana na vinilu gramofonske ploče koristi
se princip elektromagnetne indukcije sa dva različita tehnička rešenja
(tri, da budem precizniji, no zvučnice sa indukovanim magnetom (IM)
su retke, a po svojim karakteristikama praktično spadaju u grupu zvučnica
sa pokretnim magnetom (MM).
Kod
zvučnica sa pokretnim magnetom (MM) igla je preko minijaturne poluge
povezana za magnet koji se nalazi između zavojnica; vibriranjem igle,
vibrira i magnet, a u zavonicama se idukuje elektromotorna sila. Osnovni
problem ovog tipa zvučnica je prevelika masa magneta za iglu mikroskopskih
dimenzija i sile koje je pokreću. Ovi problemi su otklonjeni kod zvučnica
sa pokretnim kalemom (MC). Tu je magnet zamenjen znatno lakšim zavojnicama
ali je i smanjena efikasnost.
Druga
osnovna razlika, koja ponajviše potiče od prethodno navedenih konstrukcionih,
je u izlaznom naponu ovih zvučnica. MM zvučnice imaju izlazni napon
od 2 mV ~ 5 mV, dok je kod MC zvučnica ovaj napon 10-ak puta manji.
Naravno, postoji i određeni broj modela MC zvučnica sa "visokim"
izlaznim naponom od oko 1 mV pa se one praktično mogu povezati na
MM ulaz pretpojačivača.
MC zvučnice
nisu previše osetljive na prirodu opterećenja, dakle kapacitivnost
na ulazu pretpojačivača. Sve što je ovde potrebno zadovoljiti jeste
preporučena omska otpornost, reda veličine do par stotina Oma. MM
zvučnice su zbog velike induktanse od nekoliko stotina mH daleko više
osetljive na prirodu opterećenja, pogotovu na kapacitivnost. Omska
otpornost standardno iznosi 47 kOma, a kapacitivnost se kreće od 100
pF do 500 pF, pa i više. Nemojte zaboraviti da se u obzir uzima i
kapacitivnost kabla koji signal vodi od zvučnice do pretpojačivača.
U svakom
slučaju, konsultujte proizvođača zvučnice o konkretnim vrednostima
opterećenja za vaš model. Na osnovu toga izvršite odgovarajuća podešavanja
ulaznog stepena pretpojačivača. I ne zaboravite na ulazni kabl. Evo
kako Ortofon daje podatke za jedan od njihovih modela - 540 MkII:
Slika 1 - MM zvučnica 540 MkII, proizvodnje Ortofon
| TECHNICAL
DATA |
540
MK II |
| Output
voltage at 1000 Hz, 5cm/sec. |
3
mV |
| Channel
balance at 1 kHz |
1,5
dB |
| Channel
separation at 1 kHz |
25
dB |
| Channel
separation at 15 kHz |
15
dB |
| Frequency
range at - 3dB |
20-27.000
Hz |
| Frequency
response 20-20.000 Hz |
±
1,5 dB |
| FIM
distortion at recommended tracking force, DIN 45.542 |
<
1% |
| Tracking
ability at 315Hz at recommended tracking force |
90
µm |
| Compliance,
dynamic, lateral |
25
µm/mN |
| Stylus
type |
Nude
FG 70 |
| Stylus
tip radius |
r/R
5/70 µm |
| Equivalent
stylus tip mass |
0,3
mg |
| Tracking
force range |
1,25-1,75
g (12,5-17,5 mN) |
| Tracking
force, recommended |
1,5
g (15 mN) |
| Tracking
angle |
20°
|
| Internal
impedance, DC resistance |
1
kOhm |
| Internal
inductance |
580
mH |
| Recommended
load resistance |
47
kOhm |
| Recommended
load capacitance |
200-400
pF |
| Cartridge
colour, body/stylus |
Black/Black |
| Cartridge
weight |
5
g |
| Replacement
stylus unit |
540
Mk II |
Da stvari
budu komplikovanije, sam princip zapisa na vinilu diktira da niske
frekvencije budu snimljene sa znatno nižim nivoima (što je frekvencija
niža i nivoi su niži) kako bi se dimenzije brazde održale u prihvatljivim
granicama, a samim tim i izobličenja i dostupno vreme snimanja. Sa
druge strane, visoke frekvencije su izdignute i to više, što je frekvencija
veća, kako bi se zadržao prihvatljiv odnos signal/šum. Ova čudna frekventna
kriva je standardizovana u potpunosti tokom 60-ih godina prošlog veka
(RIAA). Ova kriva za reprodukciju zapisa sa vinila je definisana sledećom
formulom:
pri
čemu je: N [dB] - nivo signala, f [Hz] posmatrana frekvencija, t1
do t3 [µs] - vremenske konstante, i to: t1 = 75 µs (visoki), t2 =
318 µs (srednji) i t3 = 3180 µs (basovi). 1976. godine kriva je donekle
modifikovana i to samo u području basova uvođenjem nove vremenske
konstante - t4 = 7950 µs. Kriva je nazvana RIAA/IEC:
Bez
obzira na ovo, originalna RIAA kriva i dalje dominira.
Tri
su osnovne koncepcije izvodjenja RIAA prenosne karakteristike - aktivna,
pasivna i kombinovana. Obe verzije, izuzev pasivne, podrazumevaju
postojanje negativne povratne sprege u koju su uključeni elementi
za kreiranje RIAA prenosne karakteristike. Sve tri koncepcije imaju
svojih prednosti i nedostataka, mada pasivno izvođenje frekventne
karakteristike ima nesto više sledbenika kod solid state uređaja.
Započnimo
najjednostavnijom varijantom - operacioni pojačivač i aktivno izvođenje
prenosne karakteristike.
Slika 1 - MM pretpojačivač
Operacioni
pojačivač je vezan kao neinvertujući pojačivač. Zvučnica je od operacionog
pojačivača odvojena sprežnim kondenzatorom C2, čiji kvalitet treba
da je što viši - low ESR, low leakage, audio grade (isto važi i za
C3 i C9). Ulazna impedansa je definisana otpornicima R1 i R2, kao
i kondenzatorom C1. Vrednost kondenzatora je data orijentaciono i
mora biti usklađena sa preporučenom kapacitivnošću za odgovarajuću
zvučnicu. Pogledajte napomene u prethodnom tekstu i ne zaboravite
kapacitivnost kabla koji signal od gramofona vodi do pretpojačivača.
Primer - preporučena kapacitivnost je 400 pF, kapacitivnost kabla
je 250 pF, vrednost kondenzatora, dakle, mora biti 150 pF. RIAA frekventna
karakteristika je u potpunosti određena elementima u povratnoj sprezi
(R4, R5, C6, C7, C8). R7 i C10 u kombinaciji sa R6 sužavaju gornji
deo ferkventnog opsega.
Izlazni
napon za 5 mV ulaznog signala iznosi oko 350 mV (1 kHz), a odstupanje
od idealne RIAA krive je manje od 0,25 dB u opsegu od 20 Hz do 20
kHz.
Ako
smatrate da kondenzatori nemaju šta da traže na putu signala evo i
jednog nešto malo komplikovanijeg rešenja.
Slika 2 - MM pretpojačivač
Konstrukcija
je veoma slična prethodno prikazanom pretpojačivaču, s tim što nema
kondenzatora na putu signala. Ovo je ostvareno operacionim pojačivačem
U2, vezanim kao integrator. Izlazni signal se filtrira R-C filterom
tako da na ulaz integratora dolazi praktično jednosmeran napon. Izlaz
integratora je povezan sa invertujućim ulazom prvog operacionog pojačivača
tako da dolazi do smanjenja (gotovo poništavanja) offset napona na
njegovom izlazu. Ovakav sklop je veoma efikasan tako da u zavisnosti
od upotrebljenog operacionog pojačivača za integrator i pripadajućih
mu elemenata, offset prvog operacionog pojačivača nije veći od par
milivolti. Nema, međutim, magičnih rešenja pa tako i ovo ima svojih
prednosti i nedostataka.
Ukupno
pojačanje pretpojačivača iznosi 40 dB na 1 kHz, a odstupanja od idealne
RIAA krive manja od 0,2 dB u opsegu od 20 Hz do 20 kHz.
I na
kraju evo primera pasivnog izvođenja RIAA frekventne karakteristike.
Slika 3 - MM pretpojačivač
Oba
operaciona pojačivača su vezana kao neinvertujuci sa ravnom frekventnom
karakteristikom. Između njih se nalazi R-C mreža koja kreira RIAA
frekventnu karakteristiku. Pojačanja operacionih pojačivača su tako
odabrana da nadoknade 20 dB gubitaka (na 1 kHz) na RIAA mrezi. S obzirom
na DC vezu operacionih pojačivača offset je na izlazu neminovan i
zato je prisustvo izlaznog kondenzatora obavezno.
Pojačanje
signala na frekvenciji od 1 kHz iznosi 35 dB, a odstupanje od RIAA
krive manje od 0,1 dB u opsegu od 20 Hz do 20 kHz. Ukupna harmonijska
izobličenja manja su od 0.009%, u opsegu 20 Hz ~ 20 kHz za opterećenje
RLOAD=100k i otpornost izvora signala od RSOURCE=100 R (±VCC = ±18
V, TA = 25 ° C).
Kao
što ste već primetili svi ovi pojačivači su namenjeni MM zvučnicama.
Kako povezati MC zvučnicu? Najjednostavnije je da korigujete vrednost
otpornika koji određuje pojačanje prvog stepena u pretpojačivaču (R3
na slici 1, R2 na slici 2 i R2 na slici 3), i da izmenite vrednost
otpornika koji određuje ulaznu impedansu (R1 i R2 na slici 1, R1 na
slici 2 i R1 na slici 3). Vrednost kondenzatora koji je vezan paralelno
ovom otporniku neka ne bude veća od 100 pF. Ovo je ono što većina
proizvođača uređaja ekonomske klase radi. Drugo, znatno skuplje rešenje
je napraviti poseban pretpojačivač čiji bi izlaz bio priključen na
ulaz MM pretpojačivača. Ovakav pretpojačivač mora imati ekstrmno visok
odnos signal/šum i veoma niska izobličenja. Jednom rečju, ne može
biti jeftin.
I još
nešto - svi do sada prikazani pretpojačivači izvedeni su sa integrisanim
operacionim pojačivačima. Sa druge strane, umesto operacionih pojačivača
mogu se koristiti operacioni pojačivači izvedeni u diskretnojh tehnici,
dakle sa tranzistorima. Svaka od ove dve tehnike ima svojih prednosti
i mana. Lično sam skloniji diskretnoj izvedbi, no prosečnom početniku
je svakako daleko jednostavnije da osnove stekne na jednostavniji
način, dakle koristeći integrisane operacione pojačivače. O elektronskim
cevima, zato, ovde neće biti ni govora.
Linijski
pretpojačivači
Linijski
pretpojačivači imaju ravnu frekventnu karakteristiku i pojačanje 1
ili više. Kada im je pojačanje 1, nazivaju se bufferi. Jedan od mogućih
pretpojačivača dat je na slici ispod. Ukoliko želite da ga koristite
kao buffer jednostavno izbacite otpornik R4, a otpornik R5 može da
se izostavi ili koriguje u zavisnosti da li želite minimalni offset
na izlazu operacionog pojačivača. R1 je logaritamski potenciometar
i služi za podešavanje jačine zvuka. Umesto priključka J1 vezuje se
preklopnik za izbor vrste izvora signala za slušanje. Napomena o integrisanom
i diskretnom izvođenju i ovde važi.
Slika 4 - Linijski pretpojačivač
