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

18 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.

      • Сергей, мне как-то довелось послушать макет USB ЦАПа РСМ 2702 кажется, от ВВ . Выход по напряжению, на нём +2.5 в и вч- мазня мегагерцовая, убирается нч фильтром активным 3го порядка.
        Насчёт звучания -сказал бы, что звук в традициях среднего потребителя, лакированно- слащаво-пластиковый.
        Народ хвалит TDA1543 , несмотря на копеечную цену, есть в ней нечто особенное. Она как раз с выходом по напряжению.

  5. Доброго времени! Что думаете насчет OPA604, очень интересен результат измерений.

    • Здравствуйте! Не довелось его измерить по причине наличия отсутствия, да и результаты собственно измерений вряд ли будут кому-то интересны. Важнее само звучание, которое у разных операционников заметно отличается, несмотря на похожие показатели. В даташите нас интересуют полоса, скорость, сдвиг, нагрузочная способность, тип входных транзисторов. Остальное- на слух.

  6. Добрый день! Воодушевился вашей статьей и набрал китайских ОУ с али и на основе их решил сделать АП на денон дмд-2000ал! поменять операционники на ора627 и преобразователь на ад827!Можно мне чайнику подсказать куда следует ставить ора627 и ад827

    • Михаил, весьма рискованное мероприятие Вы затеяли!
      1) Одностороннюю печать на гетинаксе очень сложно перепаять не оторвав контактные площадки.
      2) Операционники из Китая могут оказаться совсем не тем, что на них написано. Я по этим граблям хаживал, тема достойная серьёзной дискуссии.
      3) Новые ОУ, особенно скоростные, могут повести себя неадекватно в аппарате, разработанном более 20 лет тому назад.
      4) Опираться только на результаты прослушивания, никак не подтверждённые измерениями — затратно по времени, и весьма ненадёжно. Наша психика играет с нами злые шутки: раз столько сил и денег вложил в это дело — должно играть лучше… и мы воспринимаем объективно худший результат как улучшение.
      5) Да и вообще, ежели нет полной уверенности в том, что делаешь… не чини то, что не сломано 😉 Тоже надо бы мне собраться опубликовать: не так давно попытался я заулучшать один ЦАП товарищу, причём основываясь на результатах измерений… ан они напахали какой-то чуши в цифровой части, и все мои потуги вытянуть аналоговый тракт не привели ровным счётом ни к чему. Зато у него теперь золочёные цанговые кроватки впаяны и он может переставлять ОУ до бесконечности.

      У Вашего проигрывателя есть цифровой выход. Может лучшим апгрейдом будет подарить ему внешний ЦАП?

      Впрочем, если постараться задвинуть мой скептицизм и посмотреть на всё через очки великого Гудвина, то PCM1702 — весьма интересный ЦАП.
      В любом случае, если найдёте Service Manual от этого аппарата — с радостью поковыряемся вместе в их схемотехнике 😉
      Судя по картинке можно только гадать, как разработчики распорядились IC405 (uPC4570c, скорее всего половина его играет роль I/V преобразователя, ибо он ближе к чипу ЦАП) и IC407 (BA15218F) и по каким критериям они выбирали данные ОУ.

  7. Serge , золотые слова ваши! Много раз убеждался в том, что любой аппарат самодостаточен в пределах конструкции и задачи и улучшить что-то в разы или хотя бы заметно не получится.
    Насчёт ОРА 627 я бы поостерегся, этот опер скорректирован до К ус=5 , а мы не знаем, в какой узел он попадёт, может и свистнуть.
    В свой Филипс АК640 впаял сокету и попробовал на слух что-то «улучшить» перетыком разных микросхем. Ничего нового не услышал, оставил родную микросхемку.

  8. Возился одно время с выходным каскадом для цапа на ТДА1541, получил забавный эффект: сама микросхема с резистором ом 30 дает божественной красоты звук, но попытка разогнать сигнал до приличного уровня разными схемами заметно губит звучание, исключением стал разве что ламповый каскад с выходным понижающим трансформатором или повышающий послецаповый трансформатор. Схемы на операх звучат едко, жестко или серо — безжизненно.

  9. Добрый день. Обращаюсь к serge. Если не трудно ответьте на опыте. Купил для экспериментов партию 2134 в Москве в уважаемом магазине. Показалось играют как то не так померял сопротивление между питаловом 4 и 8 нога оказалось у всех порядка 12ком.
    Это нормально? С уважением, Юрий г.Саратов

    • Юрий, приветствую на сайте!
      Честно говоря, измерение сопротивления между выводами питания ОУ мало о чём может сказать. Но ради спортивного интереса откопал OPA2134 и померил, получил 14КОм. Имейте в виду, что подобное измерение ещё и сильно зависит от измерительного прибора — какие ток/напряжение он создаёт на измеряемом «резисторе».
      Сегодня аппаратура для создания весьма качественного спектроанализатора в аудио диапазоне частот в наличии практически у каждого цивилизованного человека: звуковая карта в компьютере. Конечно, чтобы разобраться с софтом, да всё подключить — придётся потратить некоторое время. Но зато результаты измерений уже можно будет обсуждать на полном серьёзе.

Добавить комментарий

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

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.