Музыкальная история компании Yamaha: звуковые Hi-Fi технологии и схемотехника усилительной аппаратуры 1980/1990-годов

Журнал РАДИОЛОЦМАН, февраль 2020

Юрий Петропавловский

Компания Yamaha в 1980-х и 1990-х годах выпустила значительное число моделей интегральных и предварительных усилителей, усилителей мощности, AV-ресиверов и AV-усилителей класса Hi-Fi, получивших признание любителей высококачественного звуковоспроизведения. На это указывает большое количество предложений о покупке и продаже подобных аппаратов Yamaha на различных ресурсах Интернета, причем цены некоторых моделей, фигурирующих в предложениях 2019 года, достаточно близки к их исходным ценам 20-30-летней давности.

Несколько новых схемотехнических и технологических решений компания реализовала в юбилейной серии Hi-Fi аппаратуры 10000 Monumental Products [1]. В приложении к усилителям мощности одним из таких решений стала технология HCA (Yamaha HCA class A), примененная в усилителе мощности Yamaha MX-10000 (1987 г.) и ряде аппаратов 1990-х годов. HCA (Hyperbolic Conversion Amplification) – «усиление с гиперболическим преобразованием» является технологией специального управления выходными транзисторами двухтактных УМЗЧ токами гиперболической формы (Рисунок 1). Предполагается, что при суммировании двух противофазных гиперболических сигналов переходная характеристика усилителя становится весьма близка к линейной с очень малыми гармоническими искажениями. Одной из основных целей внедрения НСА является снижение тока покоя (Idling Current) выходных транзисторов УМЗЧ и вывод аппаратов из режима «нагревательного прибора», характерного для усилителей с традиционным классом А. К примеру, усилитель Yamaha CA-1000 в классе А потребляет до 300 Вт при выходной мощности 2×15 Вт, а с применением HCA при соизмеримых уровнях гармонических искажений энергопотребление усилителей в режиме молчания значительно меньше, а достижимая выходная мощность больше.

Рисунок 1.	Токи гиперболической формы.

В линейке усилителей мощности Yamaha MX-600, MX-800, MX-1000 (Рисунок 2), выпущенных в конце 1980-х годов, кроме HCA применена технология APS (Advanced Power Supply) для обеспечения эффективной работы усилителей во всем диапазоне выходных мощностей. Принцип работы усилителей с APS основан на регулировании напряжения питания выходных каскадов УМЗЧ в зависимости от уровня выходного сигнала. Подобные режимы работы обычно называют режимами классов G, H или специальными терминами различных производителей, подобными APS. Напряжение питания в схемах APS при достижении определенного уровня выходного сигнала увеличивается, что обеспечивает передачу пиковых значений сигналов без искажений; в то же время средняя потребляемая от источника питания мощность не увеличивается.

Рисунок 2.	Усилитель мощности Yamaha MX-1000.

Основные особенности и характеристики усилителей MX-600/800/1000:

• Выходная мощность 2×135/170/260 Вт на нагрузке 8 Ом при THD = 0.003% в полосе частот 20 Гц – 20 кГц (2×190/ 230/ 330 Вт на нагрузке 4 Ом при THD = 0.02%);
• Максимальная потребляемая мощность 650/ 1150/ 1700 Вт;
• Спад плоской вершины импульсов на пиках сигнала (Dynamic Headroom) 2.01-3.51 дБ, в зависимости от модели и сопротивления нагрузки;
• Полоса пропускания на большом сигнале (Power Band Width) 10 Гц – 60 кГц, при этом неравномерность АЧХ в полосе частот 20 Гц – 20 кГц не более ±0.2 дБ;
• Отношение сигнал/шум 119-124 дБ, уровень выходного шума (Residual Noise) порядка 16-21 мкВ;
• Габариты 435 × 170 × 425 мм, вес 13/ 14.5/ 20.6 кг.

В тот же период времени кроме рассмотренных выше усилителей мощности компания выпустила интегральные усилители (УМ с предусилителем) серии AX и AV-ресиверы серии RX. В моделях интегральных усилителей Yamaha AX-700/AX-900 (внешний вид и вид изнутри АХ-900 показаны на Рисунке 3) УМЗЧ аппаратов выполнены по схемам, названным компанией схемами «абсолютно линейного усиления»(ALA, Absolute Line Amplification). Схемы УМЗЧ с ALA выполнены полностью на дискретных полупроводниковых приборах. В модели AX-900 в каждом канале используется более двух десятков транзисторов, выходные каскады УМЗЧ выполнены на комплементарных парах транзисторов 2SA1301 (P-N-P), 2SC3280 (N-P-N) фирмы Toshiba, по два параллельно включенных прибора в каждом плече. Напряжение питания ±62 В для УМЗЧ обеспечивает мостовой выпрямитель D5FB20 (5 А/ 200 В) с двумя конденсаторами фильтра 22000 мкФ × 71 В. Использование схем ALA конечно не дает абсолютно линейного усиления, однако уровень гармонических искажений усилителей находится на уровне моделей более высокого класса.

Рисунок 3.	Интегральный усилитель Yamaha AX-900.

Основные характеристики усилителей AX-700/AX-900:

• Выходная мощность 2×110/130 Вт на нагрузке 8 Ом при THD = 0.005% в полосе часть 20 Гц – 20 кГц;
• Полоса пропускания на большом сигнале 10  Гц – 50 кГц;
• Интермодуляционные искажения не более 0.002%;
• Отношение сигнал/шум по входу звукоснимателя МС (с подвижной катушкой) не менее 75 дБ, ММ (с подвижным магнитом) – не менее 92 дБ, по входу CD – не менее 100 дБ.

Начало 1990-х годов в России ассоциируется с массовым распространением зарубежной аудио и видеотехники, в этот же время в стране стали появляются и специализированные магазины (салоны) по продвижению высококачественной звуковой техники, а в середине 1990-х годов начали выходить специализированные отечественные периодические издания по этой теме. Одним из первых стал журнал Stereo & Video, первый пилотный номер которого выше в сентябре 1995 года. В обзорах номера фигурировали и продукты Yamaha средней ценовой категории, в частности, AV-ресиверы Yamaha RX770/570/360/460.

Из продуктов компании классов Hi-Fi/Hi-End начала 1990-х годов можно отметить интегральный AV-усилитель Yamaha АX-2000A и усилители мощности Yamaha MX-1, МХ-2. Модель AX-2000A (1990 г., Рисунок 4) является модификацией базовой модели AX-2000 и отличается от нее наличием встроенного звукового ЦАП высокого разрешения и коммутируемых видеовходов для подключения источников видеосигналов (видеомагнитофонов, спутниковых тюнеров, проигрывателей видеодисков). Применение встроенного ЦАП было направлено на исключение из домашних Hi-Fi систем популярных в то время внешних ЦАП («конверторов») для CD-проигрывателей высокого класса (CD «транспортов»).

Рисунок 4.	AV-усилитель Yamaha АX-2000A.

Усилители мощности AX-2000A выполнены по технологии «гиперболического класса А» (HCA); в выходных каскадах применены комплементарные пары транзисторов 2SA1491 (P-N-P)/2SC3855 (N-P-N), по три параллельно включенных прибора в каждом плече усилителей лавового и правого каналов (всего 12 мощных транзисторов).

Основные характеристики усилителей AX-2000/2000A:

• Выходная мощность – 2×130 Вт/ 8 Ом, 2×150 Вт/ 6 Ом при THD = 0.003% в полосе часто 20 Гц – 20 кГц;
• Отношение сигнал/шум по входам RIAA/MC/MM не менее 85/88 дБ, уровень выходного шума 30 мкВ;
• Параметры встроенного ЦАП модели AX-2000A (2 микросхемы PCM56P фирмы Burr-Brown): THD = 0.002%, динамический диапазон 100 дБ, отношение сигнал/шум 118 дБ;
• Габариты 473 × 170 × 475 мм, вес 28 кг.

Усилители мощности Yamaha MX-1 (Рисунок 5), МХ-2 (1993 г.) выполнены в соответствии с «бескомпромиссной» концепцией построения компонентных домашних систем звуковоспроизведения. Аппараты не имеют каких либо регуляторов, на передней панели есть только кнопки включения питания и выбора подключаемых акустических систем. Для полноценной работы звуковых систем совместно с усилителями мощности необходимо использовать предварительные усилители Yamaha CX-1/CX-2 (можно и любые другие предусилители). Левые и правые каналы усилителей МХ-1/МХ-2 совершенно независимы, включая источники питания с двумя мощными трансформаторами и конденсаторами фильтра большой емкости. Такому построению, по мнению многих экспертов, усилители обязаны своим удивительно чистым воспроизведением звука и отличной пространственной локализацией источников.

Рисунок 5.	Усилитель мощности Yamaha MX-1.

В выходных каскадах УМЗЧ рассматриваемых усилителей используются комплементарные пары транзисторов 2SA1492 (P-N-P), 2SC3856 (N-P-N), по три параллельно включенных прибора в каждом плече. Напряжения питания схемы ±75 В и ±32 В; в выпрямителях использованы диодные мосты D5SB20 и последовательно соединенные конденсаторы фильтра 33000 мкФ × 50 В и 36000 мкФ × 40 В (всего 4 конденсатора).

Основные характеристики усилителей MX-1/MX-2:

• Выходная мощность 2 × 200/150 Вт /8 Ом при THD = 0.008%, динамическая мощность по методу измерения плоской вершины импульсов 2×630/ 410 Вт/ 2 Ом;
• Отношение сигнал/шум 125/123 дБ, уровень выходного шума около 20 мкВ;
• Коэффициент демпфирования 250, полоса пропускания на большом сигнале 10 Гц – 60 кГц;
• Потребляемая мощность до 550/360 Вт, габариты 435 × 116 × 486 мм, вес 24/19 кг.

В начале 1990-х годов в области звуковоспроизведения стало быстро развиваться направление многоканальных звуковых систем для домашних кинотеатров. В основном это был вызвано появлением доступных записей на видеокассетах VHS Hi-Fi (стерео и 4-канальных Dolby Pro Logic) и сравнительно недорогих видеомагнитофонов с Hi-Fi звуком. Для этого направления компания Yamaha выпустила целый ряд многоканальных AV-ресиверов и интегральных усилителей.

Новый импульс развитию систем объемного звуковоспроизведения придало появление на мировых рыках в 1996/1997-х годах DVD дисков с многоканальным звуковым сопровождением. Компания Yamaha не осталась в стороне от этого направления и выпустила ряд моделей соответствующих многоканальных AV-ресиверов и усилителей в различных ценовых категориях. По данных упомянутого выше отечественного журнала Stereo & Video за октябрь 1999 года, в России были представлены 5-канальные AV-ресиверы средней ценовой категории (350-600 долларов) Yamaha RX-V692/V592 (1998 г.), RX-V595/V393/V493 (1999 г.), 7-канальные AV-усилители высшего класса (1100-2700 долларов) Yamaha DSP-A1092 (1997 г.), DSP-A3090 (1996 г.), Yamaha DSP-A1 (1999 г.) и некоторые другие модели. Внешний вид перечисленных аппаратов показан на Рисунке 6.

Yamaha DSP-A1 Yamaha DSP-A1092 Yamaha DSP-A3090 Yamaha DSP-A590 Yamaha RX-V595 Yamaha RX-V692
Рисунок 6.	Аппаратура Yamaha, представленная в России в 1999 г.

AV-ресиверы Yamaha RX-V692/V592 (имеются исполнения с декодерами сигналов RDS) для 5-канальных систем домашних кинотеатров (ДК) обеспечивают декодирование сигналов системы объемного звука Dolby Pro Logic. В аппаратах также реализована комбинированная технология ДК на основе системы Dolby Pro Logic и собственной системы Yamaha DSP Technology (CINEMA DSP) с двумя тыловыми каналами (в системе Dolby Pro Logic один тыловой канал). Выходная мощность AV ресиверов RX-V692/V592 составляет 2×75/70 Вт/ 8 Ом (фронт) при THD = 0.04% + 75/70 Вт/ 8 Ом (центр) при THD = 0.07% + 2×40/ 35 Вт/ 8 Ом (тыл) при THD = 0.3% в полосе частот 20 Гц – 20 кГц. Отношение сигнал/шум по входу звукоснимателя (ММ) 86 дБ, в режиме приема ЧМ стереосигналов (87.5-108 МГц) – 75 дБ при THD = 0.2%. Ресиверы обеспечивают коммутацию композитных (разъемы RCA) и компонентных (S-Video) видеосигналов; габариты аппаратов 436 × 151 × 379 мм, вес 12.5 кг (RX-V692).

В цифровых и аналоговых трактах аппаратов используются микросхемы различных производителей (Hitachi, Sanyo, Sanken и других), а также собственная микросхема YSS223 – декодер сигналов объемного звука Dolby Pro Logic с автоматическим балансом входов.

В аналоговых трактах аппаратов используются только дискретные полупроводниковые приборы. В выходных каскадах УМЗЧ фронтальных и центрального каналов применены каскодно включенные комплементарные пары транзисторов 2SC3421/2SC5242 (N-P-N), 2SA12358/2SA1962 (P-N-P); напряжение питания на их коллекторах ±50 В. В УМЗЧ тыловых каналов применены транзисторы 2SC4488/2SC4466 и 2SA1708/2SA1693 при напряжении питания ±38 В.

AV-ресивер Yamaha RX-V595/V595A по функциональным возможностям и электрическим характеристикам весьма близок к рассмотренным моделям RX-V592/V692, однако по элементной базе, схемотехнике и конструкциям аппараты существенно отличаются. В рассматриваемые AV-ресиверы интегрированы цифровой процессор звукового поля (Digital Sound Field Processor), декодеры сигналов систем объемного звука Dolby Digital, DTS, Dolby Pro Logic, цифровой сигнальный процессор CINIMA DSP. Имеется возможность комбинированной обработки сигналов с использование технологий Dolby Digital и Yamaha DSP. Предусмотрена балансировка звучания всех акустических систем в автоматическом режиме. Выходная мощность УМЗЧ ресиверов одинакова для всех пяти каналов и составляет 65/70 Вт/8 Ом (RX-V595/V595A) при THD = 0.04% в полосе частот 20 Гц – 20 кГц, отношение сигнал/шум с входа звукоснимателя ММ 86 дБ. В цифровых трактах аппаратов используется цифровой сигнальный процессор (DSP) собственного производства YSS918D-F, обеспечивающий декодирование сигналов АС-3, DTS, Dolby Pro Logic и ряд цифровых регулировок. Преобразование цифровых сигналов в аналоговые обеспечивают микросхемы AK4320 – одноразрядный ЦАП и AK4526A-VQ – 20-разрядный 6-канальный ЦАП фирмы Asahi Kasei Microdevices (AKM).

Во всех выходных каскадах УМЗЧ AV-ресиверов применены комплементарные пары транзисторов. Типы выходных транзисторов 2SA1695 (P-N-P)/2SC4468 (N-P-N) или 2SA1492/2SC3856, напряжение питания УМЗЧ ±43.5 В.

Yamaha DSP-A1092 – AV-усилитель под логотипом Natural Sound для ДК с возможностью подключения 5, 6 и 7 акустических систем, сабвуфера и практически любых источников аудио (аналоговых и цифровых) и видеосигналов (композитных и S-Video). В аппарате высококачественные аналоговые звуковые тракты на дискретных компонентах сочетаются с цифровыми схемами обработки сигналов на основе микросхем собственного производства:

• YSS245 (64 вывода) – декодер сигналов объемного звука Dolby Pro Logic и цифровой сигнальный процессор (DSP) для обработки звуковых сигналов;
• YSS243B (128 выводов) – декодер цифровых сигналов Dolby Digital 5.1;
• YM3436 – интерфейс (приемник) сигналов цифровых форматов звука.

Аналоговый звуковой тракт AV-усилителя содержит 7 каналов, реально независимых из которых может быть 5 для сигналов Dolby Digital 5.1 и 4 для Dolby Pro Logic. Сигналы для двух дополнительных фронтальных каналов эффектов формируются искусственно из имеющиеся, в том числе из стереосигналов. УМЗЧ основных пяти каналов аппаратов выполнены по каскодным схемам. В оконечных каскадах применены только N-P-N транзисторы 2SC5200, а в предоконечных – комплементарные пары 2SA1837 (P-N-P)/2SC4793 (N-P-N); напряжение питания ±54 В.

Основные характеристики AV-усилителя:

• Выходная мощность 5×80 Вт/ 8 Ом при THD = 0.02% в полосе частот 20 Гц – 20 кГц + 2×25 Вт/ 8 Ом при THD = 0.05% на частоте 1 кГц;
• Общий коэффициент гармоник зависит от конфигурации входов/выходов и находится в пределах 0.008-0.03% при Р_ВЫХ =40 Вт/8 Ом в полосе частот 20 Гц – 20 кГц;
• Отношение сигнал/шум по входу звукоснимателя ММ не менее 86 дБ, по другим входам не менее 96 дБ, уровень выходного шума порядка 170 мкВ;
• Габариты 435 × 171 × 470 мм, вес 19.5 кг.

Yamaha DSP-A3090 – AV-усилитель с цифровым процессором звукового поля с пятью цифровыми оптическими и одним коаксиальным входами для эффективной работы с сигналами Dolby Digital 5.1 от DVD-проигрывателей и других источников. Другой важной особенностью аппарата является возможность цифровой обработки многоканальных сигналов, называемой компанией цифровой обработкой звукового поля. Работа данной системы основана на моделировании и формирований пространственных «отражений» из стерео или многоканальной фонограмм и подмешивании их к основным сигналам во всех каналах аппарата.

В качестве цифрового интерфейса в аппарате используется упомянутая выше микросхема YM3436. Декодер сигналов Dolby Pro Logic выполнен на микросхеме собственного производства YSS213-K, декодер сигналов Dolby Digital – на микросхеме ZR38500 фирмы Zoran. Эта микросхема представляет собой 6-канальный процессор для декодирования сигналов всех шести каналов системы AC-3 (Dolby Digital 5.1), преобразования сигналов двух каналов АС-3 в 4 канала Dolby Pro Logic, двухканальных ИКМ (CD стерео) в 4 сигнала Dolby Pro Logic. В аппарате используются микросхемы в основном японских производителей (Hitachi, Sanyo, Toshiba, и других). В качестве канальных преобразователей цифровых сигналов в аналоговые применены упомянутые выше одноразрядные ЦАП AK4320 фирмы AKM.

УМЗЧ AV-усилителей выполнены по традиционной схеме на комплементарных парах транзисторов, по три в каждом плече. В качестве выходных используются транзисторы 2SC3281 (N-P-N) 2SA1837 (P-N-P); напряжение питания ±51 В. При такой же выходной мощности, как у описанного выше AV-усилителя DSP-A1092, рассматриваемый аппарат характеризуется несколько меньшим уровнем гармонических искажений (0.015%); другие характеристики качества звука, а также габариты и вес примерно такие же.

В заключение коротко рассмотрим особенности упомянутого выше AV-усилителя класса Hi-Fi Yamaha DSP-A1. Этот аппарат обеспечивает декодирование сигналов систем объемного звука Dolby Digital, DTS, Dolby Pro Logic, а также обработку сигналов по технологиям CINEMA DSP/Yamaha DSP. В усилитель, кроме основных 5 каналов, также входят 2 дополнительных фронтальных канала эффектов. Выходная мощность аппарата 5×110 Вт/ 8 Ом при THD = 0.015% в полосе частот 20 Гц – 20 кГц + 2×35 Вт/ 8 Ом при THD = 0.05% на частоте 1 кГц (фронтальные каналы эффектов). Неравномерность АЧХ в полосе частот 20 Гц – 20 кГц и отклонения АЧХ от кривой RIAA не более ±0.5 дБ, общий коэффициент гармоник в главных фронтальных каналах при Р_ВЫХ = 55 Вт не более 0.005%, отношение сигнал/шум по входу звукоснимателя ММ не менее 86 дБ, по другим входам не – менее 96 дБ. Габариты AV-усилителя в титановом корпусе с «золоченной» передней панелью 473 × 191 × 473 мм, вес 25 кг.

Основные микросхемы аппарата:

• HD64F3337YF16 – 8-разрядный микроконтроллер системы управления фирмы Hitachi;
• YSS214 – цифровой сигнальный процессор (CDSP) собственного производства;
• YSS249 – декодер сигналов Dolby Digital (AC-3) собственного производства;
• PM4007A – демодулятор входных (RF/ВЧ) цифровых сигналов АС-3 фирмы Pioneer;
• YM3436DK – интерфейс сигналов цифровых звуковых форматов (DIR) собственного производства.

В выходных каскадах УМЗЧ основных 5 каналов используются комплементарные пары транзисторов 2SC5200/2SA1943 при напряжении питания ±47.7 В, в выпрямителях применены конденсаторы фильтра 27000 мкФ × 71 В.

Ссылки