Spis treści
JL Audio XD600/1 to wzmacniacz monofoniczny, klasy D, przeznaczony do zasilania subwoofera samochodowego. Wzmacniacz dysponuje mocą 600W RMS przy obciążeniu 2 ohmów.Prezentowany egzemplarz gra w systemie SQ (Sound Quality) i wszystkie wprowadzone modyfikacje były wykonywane z myślą o uzyskaniu jak najwyższej jakości dźwięku. Praca nad tym wzmacniaczem w dużym stopniu poszerzyła moją wiedzę w dziedzinie przetwarzania najniższych częstotliwości i potwierdziła jak duży wpływ ma subwoofer na odbiór całego zakresu pasma akustycznego, mimo pracy w bardzo wąskim zakresie częstotliwości (filtr dolnoprzepustowy wzmacniacza ustawiony na 65Hz/24dB/okt). Uwarunkowania fizyczne w samochodzie sprawiają, że subwoofer przez swoje umiejscowienie (najczęściej w bagażniku) zawsze będzie wprowadzał pewne zniekształcenia, jednak nie spodziewałem się, że tak dużo z tych zakłóceń było emitowane przez sam wzmacniacz, który nie należy do najtańszych konstrukcji. JL Audio XD600/1 uważam za dobry wzmacniacz, wart swojej ceny, ale zmiany które wprowadziłem pokazały, że można z tej konstrukcji uzyskać znacznie więcej. Pokazały również, że mimo umiejscowienia subwoofera w bagażniku, nawet niewielkie zmiany we wzmacniaczu mogą znacznie poprawić odbiór całego systemu.
Fabryczny XD600/1 prezentuje brzmienie typowe dla konstrukcji JL Audio, bas jest zwarty, szybki i precyzyjny. Brakuje mu jednak zróżnicowania, muzykalności i naturalności. Zawsze podejrzewałem, że za te wady odpowiedzialne były głośniki, które współpracowały ze wzmacniaczem (Rainbown Vanadium 10′, Hertz HX 300D), jednak okazało się, że problem tkwił we wzmacniaczu, który po wprowadzonych zmianach zmienił znacząco swoje oblicze i prezentuje teraz zupełnie inną klasę brzmienia.
Subwoofer, to niezastąpiony element w systemach car audio, kontrowersyjny w systemach home audio. Są ludzie, którzy nie potrafią bez niego żyć i tacy, którzy nie potrafią znieść obecności pojedynczego głośnika basowego w systemie home audio. Ja należę do grona osób, które uważają, że pojedynczy głośnik basowy w systemie home audio wprowadza zbyt duży chaos na scenie i słyszę to nawet gdy subwoofer pracuje z częstotliwościami nieprzekraczającymi 100Hz. Osoby które decydują się na zastosowanie subwoofera powinny wiedzieć, że jest on integralną częścią systemu i nie można go tak po prostu włączać i wyłączać, ponieważ wyłączenie subwoofera ma wpływ na pozostałe zakresy pasma akustycznego. Zmiany słychać nawet w odbiorze najwyższych rejestrów, które stają się ostrzejsze i bardziej obecne. Zrozumienie zależności i powiązania ze sobą wszystkich zakresów pasma akustycznego, daje pogląd na to, jak wiele można zmienić w całym systemie, poprzez zmiany wprowadzone nawet dla niewielkiego zakresu pasma.
Budowa wzmacniacza
Na początku opiszę pokrótce budowę wzmacniacza, aby stosowana przeze mnie terminologia była lepiej zrozumiana. Nie zamierzam rozpisywać się na temat każdego bloku i jego budowy, a jedynie opisać za co odpowiada każda z płytek PCB wzmacniacza. Wzmacniacz składa się z 4 osobnych płytek PCB. Całą konstrukcję można podzielić na 2 podstawowe moduły.
Moduł wzmacniacza, zawierający elementy zasilające (przetwornica, stabilizatory) oraz sam wzmacniacz klasy D.
Moduł sygnałowy, odpowiadający za przetwarzanie sygnału audio, który następnie trafia do modułu wzmacniacza. Moduł sygnałowy odpowiada za przyjęcie sygnału ze źródła dźwięku, sumowanie sygnału (zamiana na sygnału stereo na mono), przejście sygnału przez filtr dolnoprzepustowy (LPF) i regulację poziomu sygnału GAIN.
Regulacja wzmocnienia oraz filtr LPF zostały umieszczone na osobnych płytkach drukowanych. Dodatkowo moduł sygnałowy zawiera elementy odpowiedzialne za obsługę wyjścia PreOut i sterowanie dodatkowym zewnętrznym potencjometrem do regulacji głośności.
Takie rozwiązanie pozwala na zachowanie kompaktowej budowy urządzenia, jednak łączenie płytek za pomocą miedzianych pinów może mieć negatywny wpływ na jakość przesyłu sygnału audio oraz zasilania elementów aktywnych. Całe szczęście producent był świadomy tej wady i znacząca większość ścieżek jest łączona za pośrednictwem co najmniej 2 pinów. Kompaktowa budowa sprawia również, że zakłócenia od przetwornicy (która nie jest ekranowana), mogą się nanosić na sygnał audio.
Wymiana kondensatorów zasilania
Wzmacniacz posiada dwie baterie kondensatorów zasilania. Pierwsza bateria znajdująca się na wejściu zasilania wzmacniacza i składa się z 8 kondensatorów o pojemności 820uF. Druga bateria znajduje się za przetwornicą i stanowi rezerwę prądową dla końcówki mocy, składa się z 9 kondensatorów o pojemności 220uF.
Zastosowanie dużej ilości kondensatorów jest w przypadku tej konstrukcji dobrym rozwiązaniem. Bateria połączonych równolegle kondensatorów posiada znacznie mniejszą rezystancję szeregową, co przy dużych mocach, ma spory wpływ na sprawność i efektywne działanie takiego bufora.
Przy doborze kondensatorów, które miały zastąpić fabryczne kondensatory firmy SAMXON, podstawowym kryterium było zachowanie takiej samej ilości kondensatorów, a następnie uzyskanie jak największej pojemności. Na wejście zasilania wzmacniacza trafiły kondensatory PANASONIC FC o pojemności 1000uF i napięciu 35V. Druga bateria znajdująca się za przetwornicą została zastąpiona kondensatorami NICHICON FW. Nidy wcześniej nie używałem kondensatorów NICHICON FW i zdecydowałem się na nie głównie ze względu na ich wymiary, które pozwolił na zastosowanie kondensatorów o pojemności 470uF, zamiast fabrycznych 220uF. Na początku byłem nastawiony trochę sceptycznie do serii FW, dlatego postanowiłem skorzystać z miernika laboratoryjnego RLC. Dzięki temu bylem w stanie sprawdzić czy wybrane przeze mnie kondensatory posiadają lepsze parametry niż kondensatory fabryczne.
Poniższa tabela przedstawia wyniki z pomiarów rezystancji szeregowej fabrycznych kondensatorów SAMXON, NICHICON FW oraz PANASONIC FC.
|
Rezystancja szeregowa |
Rezystancja szeregowa baterii |
Pojemność baterii |
|
|
SAMXON 220uF 100V |
0,076 ohma |
0,0084 ohma |
1980uF |
|
Nichicon FW 470uF 100V |
0,052 ohma |
0,0057 ohma |
4230uF |
|
SAMXON 820uF 35V |
0,036 ohma |
0,0045 ohma |
6560uF |
|
Panasonic FM 1000uF 35V |
0,022 ohma |
0,0028 ohma |
8000uF |
Jak widać w powyższej tabeli, wymiana kondensatorów przyniosła korzyści zarówno w kwestii rezystancji szeregowej jak i pojemności. Szczególnie wymiana kondensatorów na Nichicon FW spowodowała ponad dwukrotny wzrost pojemności.
Pomiary były wykonywane dla częstotliwości od 1kHz do 10kHz, dlatego mogą się różnić od danych katalogowych. Jednak głównym celem pomiarów było sprawdzenie różnic pomiędzy kondensatorami, a nie weryfikacja danych katalogowych.
Różnice wartości w tabeli są nie tylko mierzalne, ale i słyszalne, szczególnie przy mocach przekraczających wartość 200W. Wzmacniacz z fabrycznymi kondensatorami radził sobie dobrze, nawet z nominalną mocą 600W. Jednak wymiana kondensatorów pokazała, że szczególnie w zakresie wyższych mocy nastąpiły duże zmiany w kwestii dynamiki. Wzmacniacz radzi sobie teraz dużo lepiej i gra z większą swobodą.
Wymiary kondensatorów Nichicon FW i Panasonic FC, są większe od wymiarów fabrycznych kondensatorów, jednak sposób ich montażu nie koliduje i nie wpływa negatywnie na pozostałe elementy. Pozostałe kondensatory elektrolityczne na płytce wzmacniacza to Panasonic FM, które użyłem ze względu na ich ciepły charakter brzmienia. Na płytce znalazły się również kondensatory Nichicon FG, które dobrze zgrywają się z kondensatorami Panasonic FM.
Dodanie kondensatorów odsprzęgających
Dodanie kondensatorów odsprzęgających jest jednym z podstawowych zabiegów podczas moich modyfikacji. We współczesnych urządzeniach audio przykłada się do tej kwestii sporą wagę, ale powszechne rozwiązanie w postaci elementów powierzchniowych SMD sprawia, że na tym polu można jeszcze wiele zyskać. Kondensatory SMD posiadają znacznie gorsze zdolności filtrowania zakłóceń niż przewlekane kondensatory foliowe, jednak ich ogromną zaletą jest cena oraz możliwość zautomatyzowania produkcji, a co za tym idzie zmniejszenia kosztów. Kolejną zaletą kondensatorów SMD jest ich niewielki rozmiar. Pozwala to na doprowadzenie masy jak najbliżej ścieżki zasilania, a takie warunki fizyczne z kolei poprawiają skuteczność filtracji. To wszystko sprawia, że czasami nie warto jest zastępować kondensatora SMD kondensatorem foliowym. Najlepsze efekty uzyskuje się poprzez połączenie obu rozwiązań, czyli kondensatora SMD i foliowego.
Moduł wzmacniacza
We wzmacniaczu XD600/1 jest wiele punktów odprzęgania zasilania, co zasługuje na pochwałę. W niektórych z przewidzianych punktów odsprzęgania zrezygnowano z montażu kondensatorów i pozostawiono puste punkty. Może uznano, że w wersji produkcyjnej montaż kondensatorów w tych punktach nie wpływa znacząco na poprawę jakości. Czasami zbyt duża ilość kondensatorów odprzęgających potrafi za bardzo uspokoić dźwięk, więc więcej nie zawsze znaczy lepiej. Oczywiście postanowiłem wykorzystać dostępne miejsca i sprawdzić jak zareaguje na to wzmacniacz.
W roli kondensatorów odprzęgających po raz kolejny sprawdziły się kondensatory WIMA MKS2. W przypadku tej modyfikacji użyłem kondensatorów o pojemności 33nF. Zazwyczaj korzystam z kondensatorów o pojemności 100nF, ale uznałem że pojemność 33uF będzie w tym przypadku bezpieczniejsza i nie wpłynie negatywnie na dynamikę przekazu.
Na poniższym zdjęciu widać dolną część płytki PCB wzmacniacza, z dodanymi przeze mnie kondensatorami WIMA MKS2. Najbardziej istotne miejsca w przypadku tej płytki znajdują się w lewym dolnym rogu, gdzie zrezygnowano z kondensatora odsprzęgajacego na samym wejściu wzmacniacza, oraz w prawym górnym rogu, gdzie znajdują się kondensatory odsprzegające przy tranzystorach końcówki mocy. Dla końcówki mocy przewidziano miejsce na 4 kondensatory SMD. Dobór kontestatorów przy końcówce mocy jeszcze zrozumiem, ale brak kondensatora odsprzęgajacego na samym wejściu zasilania uważam za przesadną oszczędność.
Moduł przetwarzania sygnału
Moduł zawiera 10 wzmacniaczy operacyjnych NJM2068. Dla części opamp-ów nie przewidziano kondensatorów odsprzegajacych. Są to opamp-y umieszczone przy gnieździe zewnętrznej kontroli głośności, odpowiadające za obsługę wyjścia PreOut oraz za sumowanie sygnału wejściowego (tworzenie sygnału mono dla końcówki mocy). Udało mi się dodać kondensatory odsprzęgające dla tych wzmacniaczy operacyjnych poprzez dolutowanie czterech kondensatów, do ścieżek zasilania, od spodniej części płytki drukowanej. W miejscach gdzie przewidziano kondensatory odsprzegające, do kondensatorów SMD dodane zostały WIMY MKS2. Na poniższych zdjęciach znajdują się również kondensatory Panasonic FM dodane do zasilania płytek regulacji wzmocnienia GAIN i filtru LPF oraz kondensatory Nichicon MUSE ES. Dokładna informacja na ich temat znajduje się w następnych punktach modyfikacji.
Podsumowanie kondensatorów odsprzęgających
Byłem bardzo ciekawy co uzyskam po dodaniu kondensatorów odsprzegających w tym wzmacniaczu. Dla wzmacniaczy pracujących w pełnym zakresie akustycznym efekt najczęściej jest pozytywny, ale największe zmiany zachodzą w średnim i górnym zakresie pasma, natomiast w przypadku pracy w najniższym zakresie częstotliwości, mogły być nawet niezauważalne. Moje obawy rozwiały się już po chwili odsłuchów. Byłem zdumiony jak bardzo oczyścił się zakres dolnych częstotliwości. Zawsze podejrzewałem, że za problemy z jakością dolnego zakresu częstotliwości odpowiadają warunki fizyczne panujące w moim samochodzie, ale okazało się, że problem leżał też we wzmacniaczu. Dół pasma zyskał więcej przestrzeni i tak zwanego „czarnego tła”. XD600/1 to konstrukcja generująca sporo zakłóceń, których głównym źródłem jest przetwornica i zakłócenia EMI charakterystyczne dla wzmacniacza klasy D. Te wszystkie zakłócenia to częstotliwości rzędu dziesiątek kHz, jednak muszą mieć one znaczący wpływ na przetwarzanie sygnału audio przez wzmacniacz, nawet dla tak wąskiego zakresu pracy, skoro zmiany są wyraźnie słyszalne.
Dodanie kondensatorów elektrolitycznych w module przetwarzania sygnału audio
W systemach SQ (sound quality) moce rzędu dziesiątek wattów mogą stanowić już problem, który wymaga optymalizacji konstrukcji pod kątem przepływu prądu, aby uzyskać jak najmniejsze straty i jak największą sprawności urządzenia. Wzmacniacz XD600/1 posiada nominalną moc 600W RMS przy obciążeniu 2 ohm, co przy nominalnym wysterowaniu daje prąd o wartości 17A. Jest to prąd wytwarzany przez końcówkę mocy, a przetwornica, która odpowiada za dostarczenie tego prądu, obsługuje również wszystkie pozostałe podzespoły, jak stabilizatory napięcia zasilające elementy aktywne, w tym wzmacniacze operacyjne. Zacząłem się zastanawiać, jak duży wpływ ma tak duże obciążenie przetwornicy na stabilność zasilania wzmacniaczy operacyjnych. Z doświadczenia wiem, że układy stabilizujące napięcie, kiepsko radzą sobie z jego stabilizacją dla podzespołów audio (są po prostu za wolne), a w tym przypadku dochodzą jeszcze duże zmiany obciążenia przetwornicy przez końcówkę mocy, co przekłada się na jakość napięcia dostarczanego na wejście układu stabilizującego. Podejrzewałem, że przy pracy z dużymi mocami może dochodzić do negatywnego sprzężenia zwrotnego, polegającego na deformacji sygnału przetwarzanego przez wzmacniacze operacyjne, na skutek wahań zasilania dostarczanego przez przetwornice. Deformacja wzrasta wraz ze wzrostem obciążenia przetwornicy, czyli wzrostem mocy wzmacniacza i pogarsza jakość sygnału wyjściowego.
Zdecydowałem, że umieszczę kondensatory elektrolityczne przy pinach połączeniowych ścieżek zasilania. Do głównej płytki sygnałowej dodałem kondensatory Panasonic FC o pojemności 470uF. Płytki PCB filtru LPF oraz regulacji wzmocnienia GAIN również otrzymały dodatkowe kondensatory elektrolityczne Panasonic FM o wartości 100uF (widoczne na zdjęciach powyżej, w punkcie o kondensatorach osprzęgajacych).
Zmiany wprowadzone przez tą modyfikację okazały się bardzo pozytywne. Wzmacniacz zyskał trochę cieplejszego brzmienia, dzięki charakterystyce kondensatorów Panasonic FC/FM. Potwierdziły się również moje podejrzenia dotyczące zniekształceń dla większych mocy. Teraz wzmacniacz radzi sobie dużo lepiej. Wzrosła dynamika i precyzja, pojawiło się więcej powietrza i porządku w dolnym zakresie częstotliwości. Podsumowując, dodanie kondensatorów elektrolitycznych było bardzo dobrym pomysłem i pozytywnie wpłynęło na stabilność pracy wzmacniaczy operacyjnych, co w prostej linii przekłada się na lepszą jakość sygnału audio na wejściu końcówki mocy i wyraźny wzrost dynamiki dla większych mocy.
Wymiana kondensatorów w torze sygnału
W torze sygnału wzmacniacza znajduje się wiele kondensatorów sprzęgających elektrolitycznych. Producent postarał się, aby kolejne sekcje wzmacniacza były od siebie odseparowane. Osobiście jestem zwolennikiem jak najmniejszej ilości kondensatorów elektrolitycznych w torze sygnału, jednak w tym przypadku rozumiem intencje producenta i zdecydowałem, że nie będę redukował ich liczby.
Niestety nie jestem w stanie stwierdzić jakie kondensatory SMD (firma/model) zastosowano we wzmacniaczu, znam jedynie ich pojemność, która wynosi 10uF. Zdecydowałem, że wszystkie kondensatory zostaną zamienione na sprawdzone kondensatory Nichicon MUSE ES. Wiedziałem, że Nichicon ES wprowadzą pozytywne zmiany, nie wiedziałem jedynie jak duże będą to zmiany i jaki będzie ich charakter dla wzmacniacza pracującego w zakresie najniższych częstotliwości. Większość zamontowanych kondensatorów to konstrukcje SMD, jedynie 2 kondensatory o pojemności 100uF to elementy przewlekane. Z powodu większego rozmiaru kondensatora Nichicon ES 100uF, na płytce odpowiadającej za regulację wzmocnienia GAIN, musiałem przylutować kondensator od drugiej strony płytki. Kondensatory Nichicon MUSE ES po raz kolejny pokazały swoją klasę. Bas zyskał na otwartości, stał się głębszy i przyjemniejszy dla ucha.
Podsumowanie
Jestem bardzo zadowolony z uzyskanych efektów i wcale nie przesadzę pisząc, że wzmacniacz zyskał drugie życie. Głębia i przestrzeń basu zmieniły się znacznie. Dynamika wzrosła, kontury są bardziej wyraźne, a kick bas sprawia wrażenie jakby chciał urwać głowę. XD600/1 bardzo wydoroślał, dolne rejestry nadal są szybkie i zwarte, jednak zyskały na przejrzystości i czystości. Kolejnym pozytywnym skutkiem modyfikacji jest szerszy zakres regulacji poziomu subwoofera. W moim systemie zawsze miałem problem, gdy chciałem zwiększyć poziom subwoofera dla słabszych nagrań. Zwiększanie głośności subwoofera zawsze wiązało się ze zmniejszeniem dynamiki, efektem zlania i ograniczenia przestrzeni dołu pasma. Po modyfikacji to zjawisko zniknęło, niezależnie od poziomu subwoofera, bas jest szybki i przestrzenny. Nie spodziewam się zmian w tym aspekcie, ponieważ za wprowadzane deformacje przy zwiększaniu poziomu głośności subwoofera, zawsze podejrzewałem akustykę samochodu.
Znacząco zmienił się również odbiór całego systemu przy większych głośnościach. Nawet podczas pracy przy nominalnym wysterowaniu 600W, subwoofer nadal zachowuje wysoką jakość dźwięku i sprawia mnóstwo przyjemności. Po modyfikacji wzmacniacza bas zyskał zupełnie inny wymiar i jest tak hipnotyzujący, że czasami ciężko jest się opanować i nie korzystać z pełnej mocy wzmacniacza. Dopiero po ukończeniu modyfikacji uświadomiłem sobie jak wiele chaosu wprowadzał subwoofer w moim systemie i jak duży wpływ miał na to sam wzmacniacz. Teraz jest dużo lepiej i poprawiło się „zgranie” systemu. Gdy rozpoczynałem pracę z tym wzmacniaczem nie liczyłem na tak duże zmiany.
