Сравнительный тест Операционных Усилителей для Аудио

Сравнение Операционных Усилителей для АудиоВсё получилось как бы само собой: отлаживал я стенд для частотного анализа своих изделий, добивался минимального уровня искажений. Ведь очень хочется, чтобы за шумами и искажениями стенда можно было разглядеть то, что привносит тестируемый аппарат. В процессе отладки не смог удержаться и протестировал все более или менее качественные Операционные Усилители (ОУ), имевшиеся под рукой на тот момент.

Лабораторная установка

В качестве АЦП была взята плата XMOS “XK-USB-AUDIO-U8-2C” (на ней АЦП CS5340). Есть на ней и ЦАП, но сравнив уровень помех от этой платы, и то, что выдавала купленная на eBay платочка ЦАП на AD1955 (всего было проверено 9 различных ЦАП’ов и звуковых карт), всё неумолимо разрешилось в пользу менее претенциозного, и одновременно ощутимо менее шумного брата родом из Поднебесной (увы, оба моих FluidDAC уже не у меня трудятся). Максимально достижимым режимом для данной комбинации ЦАП-АЦП оказался режим 24 бита 96 КГц. Цифровое аудио с компьютера завёл на ЦАП через USB→I2S/SPDIF преобразователь на CM6631A.

Подопытные кролики

Характеристики операционных усилителей не всегда позволяют предсказать поведение данного экземпляра в конкретной схеме. Правды ради надо отметить, что в нескольких весьма дотошных документах на так называемые "аудио ОУ", приводится даже картинка гармонических искажений, вносимых тем усилителем (с грустным преобладанием высших нечётных г.) Чаще же там находится одинокая цифра Кг / THD.

На плате ЦАП присутствуют три сдвоенных Операционных Усилителя (ОУ). Вот схема одного канала из документации AD:

Схема аналогового выхода ЦАП. - на операционных усилителях

В полном соответствии с рекомендациями производителя, два ОУ работают преобразователями ток-напряжения (I-V converter) для ЦАП с токовым выходом, третий ОУ сводит дифференциальный сигнал в однофазный. Требования к ним различаются: ОУ в I-V преобразователе должен быть скоростным и с хорошей нагрузочной способностью, тогда как выходной ОУ (дифференциальный операционный усилитель) более щепетилен на предмет искажений по входу и выходу.

Китайцы ставят неплохие ОУ (с разборки! но это отдельный разговор), и они явно не особо вдаются в детали, так что изначально все три ОУ на плате ЦАП были одинаковыми, и результат был далёк от идеала.

После примерно двух сотен замеров сложилась картинка, которая радовала своей сообразностью тому, что в прошлом я наслушал, сравнивая различные ОУ в макете JAST-Amp усилителя. Тогда лучшим из отслушанных вышел OPA2132, чуть меньше понравились OPA2134 и OPA2604, они шли примерно на равных. Тогда же помню меня удивило вполне приличное звучание TL072. А вот OPA2111 играли совсем неубедительно. ОУ с биполярами на входе в JAST-Amp я тогда не опробовал.

Результаты измерений

Результаты измерений представлены в табличке. Не все сочетания были обмерены, соответственно остались незаполненные клеточки.


На всякий случай: ссылка на таблицу в google docs.

В таблице приведены моментальные значения коэффициента гармоник (Кг / THD) в %, частота основного тона 1КГц, в квадратных скобках - тоже величина THD, но измеренная на частоте 1100Гц. В реальности значение Кг, которое программа рассчитывает, постоянно меняется в пределах нескольких знаков младшего разряда. Лучшие операционные усилители, а точнее результаты замеров для лучших комбинаций I/V и дифференциального, выделены в таблице зелёным цветом. Совсем негодные - красным.

Самое же интересное видно на спектрограммах: какие гармоники порождает каждый ОУ, а также их различные сочетания. Цель данного обмера была - заполучить минимальный уровень всех гармоник для измерительного стенда. Однако для ЦАП, который будут слушать, вполне можно допустить преобладание второй гармоники - это будет незаметно для уха, или добавит немного мягкости звучания. А вот преобладание третьей гармоники (и высших нечётных) - сразу настораживает, стоит ли такой ОУ вообще ставить в звуковой тракт…

По каждому измерению доступны снимки экрана спектрометра. Приглашаю на ОУ-медитацию 🙂 альбом в гугл-фото.

При просмотре альбома обязательно откройте панель информации, для этого, в режиме просмотра отдельных фото, надо "кликнуть" на значок "i" в правом верхнем углу - появится информация о том, какие конкретно ОУ произвели тот спектр, что на экране.

 

Дифференциальный усилитель

Первенство взяли OP627, AD797A (его рекомендуют производители чипа ЦАП), и LME49720NA.
За ними с минимальным отставанием идут OPA2132, Philips NE5532N и OPA249G.
Далее кучно: OPA2134, OPA2604 и OPA2277.
Чуть после: NJM5532DD, AD827JN.
И уже с изрядным отставанием: TI-TL072CP, OPA2111, и ещё чуть хуже ST-TL072CN, THS4032I.
LM1458 лишь условно можно приписать возможность усиливать аудио сигнал.

I-V преобразователь

Победитель: AD827JN.
Совсем рядом AD797A, OPA627, OPA249G - “универсальные солдаты”, хорошо показавшие себя в обоих применениях.
Philips NE5532N, LME49720 и NJM5532DD в этой позиции работают вполне сносно.
Остальным делать там просто нечего.

Аутсайдеры

Из любопытства просвистел несколько ОУ, которые на аудио даже не претендуют.
L2722 (мощный. осторожно, другая цоколёвка)
LM358P
LME49720HA c на-eBay-я - этот оказался перебитым LM358H: сходство картинки гармоник с нормальным LM358P разительное, как-будто отпечатки пальцев совпали!

Маленькие полезности

Несколько небольших хитростей, выявленных в процессе экспериментов:

  1. Генератор в горячо любимой программуле SpectraPlus (СП) версии 5.0.27.5 оказался с закидонами: высокий уровень гармоник (на фоне применённых ЦАП и АЦП), а также периодические сбивки в сигнале, что на спектрограмме проявляется как подскоки шумового пола. Вместо встроенного генератора СП с задачей прекрасно справляется бесплатная Audacity: выдаёт чистейший сигнал, пищит ровно и беспрерывно столько, сколько нагенерируешь трэк.
  2. ЦАП при максимальном размахе цифрового сигнала выдавал неприятные искажения в широком диапазоне. Сгенерировав тестовый сигнал уровнем 0.95 (-0.5дБ) и откалибровав аналоговую часть, а также СП, удалось заполучить уровень искажений практически не различимый за шумовым полом АЦП, плюс гармоники испытуемых ОУ.
  3. Оптические приёмники TOSLINK, которые китайцы ставят на свои поделки, не тянут HiRes Audio: при беглом прослушивании тестового “бляммм” при настройке драйверов ничего незаметно, а вот на спектре вылезают всплески шума невнятного происхождения. Подключив SPDIF проводочком (на плате USB развязывающий трансик в наличии) - удалось избавиться ото всяких чудачеств при воспроизведении.

И это только начало...

Надеюсь, что данный тест-сравнение операционных усилителей для аудио, а так получилось, что он нацелен на цифро-аналоговые преобразователи с токовым выходом, поможет тебе, дорогой коллега, немного сэкономить время и усилия на отслушивании различных ОУ в разных позициях. Увы, пока не могу претендовать на точность и всеобъемлемость измерений, достойных научной публикации. Надо так же отметить, что каким-то образом ОУ в I-V преобразователе и дифференциальный усилитель влияют на результат взаимно, т.е. прослеживаются некоторые “привязанности” одной модели в дифф. усилителе к определённым моделям в I-V.

Тем не менее в итоге стенд получился с хорошей повторяемостью результатов. Так что буде понадобится протестировать ОУ, не вошедший в данный тест - всегда можно добавить интересный экземплярчик в коллекцию. Подписывайся на обновления! 😉
Буду искренне рад обратной связи: у кого какой опыт с какими ОУ, кому что оказалось полезно, или даже просто познавательно?

Комментарии ВКонтакте

9 thoughts on “Сравнительный тест Операционных Усилителей для Аудио

  1. Добавил OPA627BP уже после того, как опубликовал статью.
    Наблюдение: когда гармоники ниже -110дБ и их почти не видно за шумами АЦП, насчитанные программой цифры THD, похоже, начинают зависеть от фазы луны и настроения любимой 🙂 Впрочем, электроника — это наука о контактах. И даже если контакты золочёные в тех кроватках, пыль и прочую грязь никто не отменял.

  2. ОРА 627-й классный опер, кто бы спорил. Но вот макетил как-то на нём схемку одну, корпус SOIC-8, и такое впечатление. что какой-то он….нервный что ли, на грани возбуда. дергается всё время.
    И совсем другое дело- красавец ОРА 2134, цена просто смешная за его прекрасные качества. и в плане звука ему нет равных. Хоть и читаю плевки в его адрес, что, мол, отбраковка это от ОРА2132, но отношение цена-качество у него непревзойдённое, много раз применял его в корректорах, даках, -результат роскошный.
    А хвалёные AD не впечатляют ни раза. Видимо, звук- не их стихия.

    • В защиту AD, хотя до сих пор у меня с ними аналогичный был опыт: вроде играют, но как-то без души… Так вот, поставил я в тот тестовый ЦАП чемпионов, что только что выбрал по искажениям (AD827 в I/V, LME49720 в диф.), подключил звук… и не смог оторваться пока диск весь не доиграл — так хорошо запел он!
      Так что у меня новая (шутошная!) гипотеза: если сам проводил измерения — они не врут, и звук будет хорош 😉

  3. NE5532 — проверенный боевой товарищ, хотя и биполяр. По свойствам и звучанию похожа на TL082, хотя последняя всё же приятнее звучит.
    Экономя на операционничках, первым ставлю ОРА 2134, за ним NE5532 и все счастливы. Макечу на доступном и в нужном количестве припасённом TL082 , на удивление нешумная, удобная, некапризная и звучная микросхемка, на ней запускаю собранную схему и если она работает- в сокету ставлю уже дорогую ОРА 2134.

    • Как же я позабыл про TL082! Исправлюсь в ближайшее время 🙂
      Одного никак не могу взять в толк: каким образом такая сложная деталь как ОУ может стоить 9 центов штучка?

      • Горовиц-Хилл в своем учебнике хвалят LF411 , нет ли у вас опыта её применения?

  4. Здравствуйте. А как вы думаете на счёт ЦАП Texas Instruments PCM1792 ?

    • Андрей, приветствую на MyElectrons!
      Моё скромное мнение таково: топовые ЦАПы от серьёзных производителей все могут звучать хорошо. Вопрос лишь в том, справится ли производитель конечного устройства их «приготовить» как следует (джиттер, шумы, питание, аналоговые каскады…)
      Сам я решил сконцентрироваться на ЦАПах с выходом по напряжению — они интересней вписываются в аналоговые решения, наработанные у меня. ЦАПы с токовым выходом ничуть не хуже, просто они другие: с ними что-то сложнее (I/V преобразователь), а что-то проще (менее требовательны к питанию).

      • Знаете, Сергей, много раз применял в звуке два опера 544УД1 и 544УД2, и каждый раз отдавал предпочтение небыстрому но малошумному УД1, хотя по всем приметам победить был обязан его более шустрый собрат. Так и среди дорогущих и прецизных микросхем не все могут именно звучать. А что причиной тому- одному богу известно.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *