Снижение шумности Doepfer A-138 с помощью OP470

При работе с модульной системой одним из неизбежно используемых элементов является микшер — им смешиваются сигналы с осцилляторов, смешиваются управляющие напряжения (линейными версиями), могут смешиваться Gate испульсы и т.д. Микшеры, равно как и VCA или фильтры, содержат усилители. В случае конкретно микшера или сумматора, мы имеем дело с операционным усилителем работающим с незначительным коэффициентом усиления, который равен числу каналов или немного его превышает.

К сожалению, сложные компоненты такие как ОУ довольно шумны. Более того, микшерам часто приходится работать с широким динамическим диапазоном, когда сигнал на пике граничит с напряжением питания ОУ. Всё это может привести к шумности всей системы в целом. Бывали ли у вас ситуации, когда вы сделали очень приятный звук своими заказными VCO, смягчили звук НЧ-фильтром, настроили какие-либо модуляции, но всё портит связка VCA-микшер? Вы пытаетесь увеличить громкость звука, но либо перегружается вход микшера, либо тепловой шум становится явно слышимым. Это одна из причин, почему модули должны соответствовать друг другу по уровню качества, а следовательно, ключевые электронные компоненты должны быть точными и дорогими.
Я провёл небольшое исследование касательно шумовых характеристик операционных усилителей и провёл серию экспериментов со своей модульной системой. Вот что я обнаружил.

Схема микшера Doepfer A-138 исключительно проста: 4 пассивных аттенюатора построенных вокруг счетверённого ОУ и дополнительный аттенюатор для общего уровня громкости. Вот и всё, но эта система может быть довольно легко перегружена и она оказывается довольно шумна. При одинаковом уровне громкости, система при которой источник звука выводится сразу после VCA, оказывается менее шумной, чем идентичная цепочка также пропущенная через один канал A-138.

Вот модели ОУ, которые обычно Doepfer использует в своих системах:
LM324, TL062, TL064, TL084.

Посмотрим на их характеристики взятые из даташитов ST и AD:


TL062/064 (Low-power version) 
Equivalent Input Noise Voltage:        42 nv/√Hz 
Channel Separation:                    120 dB 

LM324 (Old design) 
Equivalent Input Noise Voltage:        40 nv/√Hz 
Channel Separation:                    120 dB 

TL072/074/082/084 (Low-noise) 
Equivalent Input Noise Voltage:        15 nv/√Hz 
Channel Separation:                    120 dB

Как можно видеть, LM324 — далеко не лучший из существующих на свете ОУ для звука, хотя на самом деле эта модель куда лучше многих других, кои годятся разве что для использования в схемах фильтрации питания.


Теперь посмотрим на современную микросхему Analog Devices. OP470 — высококлассный операционный усилитель специально предназначенный для аудио. Он имеет одни из лучших характеристик и имеет вполне обычные для использования в модульном синтезе требования к питанию и входному току : питание до ±18В, Rail-to-rail вход, высокая линейность, и т.п. Кроме того, он по выводам совместим с LM324 (Не все высококачественные ОУ имеют ту же цоколёвку). Так что он отлично подходит в качестве прямой замены ОУ используемых в некоторых модулях.


AD OP470
Equivalent Input Noise Voltage:        5 nv/√Hz 
Channel Separation:                    125—155 dB

Я заказал в Китае пробную партию из 6 штук OP470AY по цене $5/шт., и заменил на них стандартные ОУ в A-138. О, чудо! Шум усилительной цепочки практически сошёл на нет, да и динамический диапазон увеличился (увеличилось напряжение насыщения ОУ)! Так что, появилась возможность поднять громкость как на входе, так и на выходе. Честно говоря, я даже не замерял разницу отношения сигнал/шум до и после замены, поскольку, как я уже говорил, она была явно слышима. Думаю, разница где-то в 40—60 дБ. Проверялся шум следующим сетапом: A-110 (синус) → A-106-6 LP (прикрытый, без резонанса) → A-130 → A-138.

A-138 стоит около 50€. Добавив лишь $51 за высококачественный ОУ можно получить куда лучший микшер.
Также я добился некоторого расширения динамического диапазона A-106-6, заменив выходной ОУ (ИС рядом с CEM3379). Я также пробовал другие модули, но ощутимых результатов не получил2. Однако я уверен, что OP470 будет хорошей заменой в большинстве простеньких микшероподобных модулей типа паннеров, кроссфейдеров, матричных микшеров, а может быть и в некоторых предусилителях или VCA. На модулях Doepfer Замена легко выполняется, т.к. все чипы устанавливаются на DIP-панели.
Можно также поэкспериментировать с типовым TL072, а также с другой продукцией AD или, скажем, THAT и т.д.

Было бы интересно услышать о других подобных удачных заменах.

1 В России можно купить OP470 в пластиковом корпусе примерно за 330р в Платане.
2 Cписок модулей, которые не удалось улучшить заменой ОУ на OP470: Dark Energy, A-116, A-130, A-119, A-120, A-121

Добавить комментарий