ทฤษฎีและการออกแบบเครื่องขยายเสียงไฮไฟโดย บุญชัย บุญชู
1.บทนำเมื่อสมัยสิบกว่ามีปีก่อนผู้เขียนกำลังศึกษาอยู่ในสาขาวิชาอิเล็กทรอนิกส์ในสถานศึกษาแห่งหนึ่ง ขณะที่ผู้เขียนกำลังทำแล็บวิชาเครื่องขยายเสียง อาจารย์ให้วัดคุณสมบัติโดยคร่าวของเครื่องขยายเสียงที่ใช้หลอดสุญญากาศขนาด 30 วัตต์ ผู้เขียนมีความสงสัยเป็นอย่างมากว่าเจ้าหลอดแก้วกลมๆสวยงามมันขยายเสียงออกมาได้อย่างไร ภายในหลอดใสสร้างขึ้นมาจากอะไรและมันสามารถขยายสัญญาณได้อย่างไร เมื่อเสร็จจากการทำแล็บผู้เขียนก็ได้ถามอาจารย์ว่าข้างในมันเป็นอะไร สิ่งที่เรียกว่าไส้หลอดอยู่ตรงไหน เพลท(Plate) และแคโธด(Cathode) อยู่ส่วนใด อาจารย์ส่งหลอดสุญญากาศให้ผู้เขียนแล้วบอกว่า เอาไปทุบดูจะได้รู้ว่าอะไรอยู่ตรงไหนแล้วระวังด้วย อย่าให้เศษแก้วบาดมือแล้วครูจะบอกให้ว่ามันทำงานอย่างไร ผู้เขียนตอนนั้นรู้สึกประทับใจกับความเมตตาของอาจารย์และเกิดเป็นความรู้สึกสนใจในงานเครื่องเสียงมาตั้งแต่บัดนั้น
ต่อมาได้ทดลองต่อวงจรตามโครงงานสมัยนั้นวารสารชัยพฤกษ์วิทยาศาสตร์มีโครงงานเครื่องเสียงนำเสนออยู่บ่อยๆ วงจรที่ผู้เขียนให้ความสนใจมากก็เป็นวงจรเครื่องขยายเสียง 60 วัตต์ โอทีแอล (OTL) ใช้ทรานซิสเตอร์กำลัง(power transistor) ยอดนิยมเบอร์ 2N3055 กับ MJ2955 จำนวน 12 ตัวต่อข้างซึ่งมากที่สุดเท่าที่เคยเห็นมา ทำให้คิดว่าต้องเป็นวงจรที่ให้เสียงดีมากเป็นแน่แท้ ก็ลงมือทำแผ่นวงจรพิมพ์(PCB) แล้วประกอบวงจรปรากฏว่าเครื่องขยายเสียงขนาด 60 วัตต์ให้เสียงได้แค่เสียงแมวร้อง วงจรไม่ทำงาน สาเหตุเป็นเพราะวงจรและลายวงจรพิมพ์มีจุดผิดพลาดก็ทำอะไรไม่ได้เพราะไม่มีความรู้ นี่ก็เป็นแรงบันดาลใจอีกจุดหนึ่งที่ทำให้คิดว่าถ้าเราสามารถออกแบบวงจรได้คงจะดีมาก เวลามีปัญหาจะทำให้สามารถแก้ไข้ได้ด้วยตัวเอง
หลังจากนั้นผู้เขียนเริ่มสนใจในทฤษฎีมากขึ้น และ พยายามหาประสบการณ์ในการฟังเครื่องเสียงไฮไฟตามห้องโชว์ต่างๆ บางร้านพอเห็นผู้เขียนกับเพื่อนใส่ชุดนักศึกษาแบบนี้คงไม่มีเงินแน่ก็ไม่อยากจะต้อนรับบอกว่าเครื่องเสียบ้าง ฟิวส์ระบบไฟขาดบ้างแต่ก็มีบางร้านที่บริการดีอย่างเช่นที่ Magnet ซึ่งตอนนั้นห้องฟังอยู่ที่ซอยตระกูลสุข ผู้เขียนและเพื่อนๆมีโอกาสแวะเวียนไปขอลองฟังอยู่เสมอ ทางพนักงานเจ้าหน้าที่ทุกๆท่านก็บริการน่าประทับใจและเป็นประสบการณ์ครั้งแรกของผู้เขียนที่ได้รู้สึกถึงอรรถรสการฟังในแบบที่ไม่เคยฟังที่ไหนมาก่อน ชุดเครื่องเสียงขณะนั้นใช้ปรีแอมป์หลอดสุญญากาศรุ่น PV-01 กับเครื่องขยายเสียง MA500 ก็ได้พบกับประสบการณ์ที่ฟังแล้วเสียงดนตรีไม่ได้ออกมาจากตู้ลำโพง แต่เสมือนกับว่ามีนักร้องและวงดนตรีปรากฏอยู่ตรงหน้า ทดลองสลับปรี-เพาเวอร์เครื่องอื่นก็ไม่ได้มีปรากฏการณ์นี้อีกจึงเกิดความสงสัยว่าเป็นอย่างนั้นได้เพราะอะไร ถ้าอยากได้ชุดเครื่องเสียงที่ให้เสียงได้ลักษณะนี้ต้องใช้เงินมากอยู่ จะไปมองเครื่องระดับไฮเอ็นด์อย่าง Mark Levinson หรือ Krell คงเป็นไปไม่ได้เพราะผู้เขียนไม่มีเงินขนาดนั้น หลังจากประกอบชุดอุปกรณ์ที่มีขายอยู่ทั่วไปมาพอสมควรแล้วจึงเกิดความคิดขึ้นว่าลองออกแบบเองดูบ้างผลที่ได้จะดีหรือไม่ถือเป็นความรู้และประสบการณ์ เมื่อโอกาสเหมาะสมจึงได้เขียนเป็นบทความนี้ขึ้นเพื่อเป็นการแลกเปลี่ยนความรู้กับท่านผู้อ่านซึ่งบทความนี้เหมาะสำหรับผู้ที่มีพื้นฐานทางด้านวิศวกรรรมไฟฟ้าอยู่บ้าง อย่างไรก็ดีผู้เขียนจะพยายามเขียนให้เข้าใจง่ายและจะไม่อ้างอิงกับทฤษฎีมากจนกระทั่งไม่สนใจถึงการปฏิบัติจริงเพราะไม่อย่างนั้นก็จะเป็นได้เพียงการ กางตำราออกแบบ ซึ่งคงจะไม่สามารถสร้างผลงานที่ดีออกมาได้
2. รู้จักเครื่องไฮเอ็นด์เมื่อสนใจที่จะศึกษาค้นคว้าวิจัยเรื่องหนึ่งเรื่องใดเราจำเป็นจะต้องติดตามผลงานของผู้ที่ได้ทำมาแล้วว่าในปัจจุบันงานวิจัยสาขานั้นๆได้พัฒนาไปมากน้อยเพียงใดและแนวโน้มการพัฒนากำลังมุ่งไปสู่ทิศทางใด การออกแบบเครื่องขยายเสียงก็เช่นเดียวกัน เราจำเป็นต้องศึกษาและติดตามผลงานของบริษัทที่เป็นผู้นำในวงการเครื่องขยายเสียงเพราะสิ่งเหล่านี้จะเป็นข้อมูลในการออกแบบและพัฒนางานของเราเช่นเดียวกัน
รูปที่ 2.1 Audio Research Refference 300MKII Power Amplifier.
ในยุคสมัยที่โลกนี้ยังไม่รู้จักอุปกรณ์ขยายสัญญาณประเภทโซลิดเสตท(solid state) สมัยนั้นทุกคนใช้หลอดสุญญากาศเป็นอุปกรณ์ในการขยายสัญญาณ ต่อมาเบลล์แล็บ(Bell Laboratory) ได้ประดิษฐ์อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่สามารถใช้ขยายสัญญาณได้ซึ่งก็คือทรานซิสเตอร์ที่เรารู้จักกันเป็นอย่างดี ก็ได้มีผู้กล่าวเอาไว้ว่ายุคสมัยของหลอดสุญญากาศได้จบสิ้นลงแล้ว ทุกอย่างที่หลอดทำได้เจ้าทรานซิสเตอร์ตัวน้อยก็สามารถทำได้เช่นเดียวกันดังนั้นไม่มีความจำเป็นใดๆที่ต้องสิ้นเปลืองพลังงานและต้องเสี่ยงกับอันตรายจากไฟฟ้าแรงดันสูงของหลอดสุญญากาศอีกแล้ว วิศวกรออกแบบเครื่องขยายเสียงในสมัยนั้นต่างหันมาออกแบบเครื่องขยายเสียงที่ใช้อุปกรณ์โซลิดเสตทเป็นหลักและปล่อยให้หลอดสุญญากาศถูกเก็บอย่างสงบนิ่งไปนานแสนนาน ยกเว้นแต่ในงานเครื่องส่งวิทยุกำลังสูงเท่านั้นที่ยังคงใช้กันอยู่เพราะไม่มีอะไรมาแทนที่ได้ ในบรรดาบริษัทผู้ผลิตเครื่องเสียงไฮเอ็นด์ในขณะนั้นซึ่งส่วนใหญ่ต่างหันมาพัฒนาเครื่องเสียงที่ใช้โซลิตเสตทกันแทบทั้งหมดก็มีบริษัทเล็กๆอยู่บริษัทหนึ่งก็คือ Audio Research ซึ่งก่อตั้งขึ้นเมื่อปี 1970 ยังคงเชื่อมั่นและมีความสุขอยู่กับการพัฒนาเครื่องขยายเสียงที่ใช้หลอดสุญญากาศและสิ่งที่เป็นเรื่องน่าทึ่งก็คือผลิตออกไม่ทันกับความต้องการของตลาด ผู้ที่จับจองเป็นเจ้าของต่างก็เป็นนักฟังประเภทอนุรักษ์นิยมหูทองและมีประสบการณ์ในการเล่นเครื่องเสียงทั้งสิ้น จนถึงปัจจุบันบางท่านกล่าวไว้อย่างน่าฟังว่า Audio Research เป็นเครื่องเสียงที่อันตรายสำหรับนักฟังหูทรานซิสเตอร์ สำหรับผู้เขียนเองจากประสบการณ์ที่ได้ฟังมาบ้างก็มีความรู้สึกเห็นด้วยกับคำกล่าวนั้น ในตอนต่อไปเราจะได้กล่าวถึงเจ้าหลอดสุญญากาศมหัศจรรย์ว่าทำไมจึงให้เสียงได้น่าหลงไหลขนาดนั้น
เครื่องเสียงไฮเอ็นด์อีกแบรนด์หนึ่งที่ได้รับความนิยมมากก็คือ Balance Audio Technology หรือที่เรียกกันว่า BAT เปิดตัวครั้งแรกในปี 1995 โดยวิศวกรที่เป็นเจ้าของและเป็นผู้ออกแบบชื่อ Victor Khomenko และ Steve Bednaski รายนี้มีชื่อเสียงมาจากเครื่องหลอดสุญญากาศ ปัจจุบันผลิตทั้งเครื่องหลอดและโซลิตเสตท
รูปที่ 2.2 Balance Audio Technology VK-75.
เครื่องไฮเอ็นด์ที่เป็นที่กล่าวถึงของหลายคนคือ Mark Levinson ซึ่งนาย Mark ได้รวมตัวกับบรรดาเพื่อนฝูงทีมงานออกแบบเครื่องขยายเสียงและเปิดตัวด้วย Mark Levinson ML-2 มีกำลังขยายเพียง 25 วัตต์ทำงานในคลาสเอราคาประมาณ 8,000$ ซึ่งเป็นการสวนกระแสเครื่องขยายเสียงกำลังสูงในยุคสมัยนั้น ด้วยกำลังเอาต์พุตเพียงน้อยนิดเพียง 25 วัตต์ของ ML-2 แต่ให้เสียงเทียบเท่าเครื่องขยายเสียงขนาด 250 วัตต์ เรียกว่าสร้างความตื่นตะลึงให้กับวงการเครื่องกำลังสูงเป็นอย่างมาก ด้วยเหตุผลทางธุรกิจนาย Mark Levinson ขายกิจการให้กับบริษัท Madrigal Laboratory ซึ่งยังคงใช้เครื่องหมายการค้า Mark Levinson ในผลิตภัณฑ์เครื่องเสียงไฮเอ็นด์อยู่ตลอดมาส่วนนาย Mark Levinson เองไปสร้างเครื่องหมายการค้าใหม่ในชื่อ Cello
รูปที่ 2.3 Mark Levinson No. 33H Monaural Power Amplifier.
เมื่อกล่าวถึง Mark Levinson ก็ต้องเอ่ยถึง Krell เพราะทั้งคู่ต่างได้รับความนิยมและเป็นที่ใฝ่ฝันของนักเล่นนักฟังเครื่องเสียงโซลิดเสตทไฮเอ็นด์อยู่ตลอดมา ในสมัยที่ Mark Levinson ML-2 เป็นที่กล่าวขานทั้งคุณภาพเสียงและราคาอยู่นั้น ในปี 1980 Dan และ Rondi DAgostino ได้เปิดตัว Krell KSA-100 ขึ้นมาเป็นครั้งแรก ด้วยกำลังขนาด 100 วัตต์และวงจรขยายภาคเอาต์พุตทำงานในคลาสเอแต่ราคาถูกกว่าทำให้มีเรื่องเล่าต่อกันมาว่าที่ร้านเครื่องเสียงแห่งหนึ่งมีเครื่อง ML-2 กับ KSA-100 ไว้สำหรับทดลองฟัง ปรากฏว่าคุณภาพเสียงที่ได้ใกล้เคียงกัน และต่างก็มีจุดดีจุดด้อยเป็นของตัวเองจนไม่สามารถบอกได้ว่าเครื่องใดให้เสียงที่ดีกว่า นับแต่วันนั้นที่ใดมี Mark ก็ต้องไม่มี Krell เรียกว่าเสือสองตัวอยู่ถ้ำเดียวกันไม่ได้ สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับ Krell คือนาย Dan DAgostino เป็นวิศวกรออกแบบ เป็นเจ้าของและเป็นผู้บริหารบริษัทซึ่งหาได้ยากที่วิศวกรจะประสบความสำเร็จด้านธุรกิจและด้านบริหารได้ขนาดนี้ ด้วยความเป็นวิศวกร Dan DAgostino จึงนำความคิดสร้างสรรค์ใหม่ๆมาพัฒนาผลิตภัณฑ์ของตัวเองอยู่เสมอ เทคโนโลยีที่น่าสนใจของ Krell เป็นเทคนิคการออกแบบวงจรในลักษณะวงจรขยายเชิงกระแสแบบสมดุล(balance current-mode amplifier) ซึ่งเป็นเทคนิคการออกแบบที่ไม่เหมือนกับวงจรขยายที่ใช้กันอยู่ทั่วไป เข้าใจว่าคงจะมีเฉพาะ Krell เท่านั้นที่ใช้เทคนิคนี้ เมื่อโอกาสเหมาะสมเราคงได้พูดถึงการออกแบบวงจรขยายโดยใช้เทคโนโลยีเชิงกระแสแบบเดียวกับ Krell
3. เข้าสู่ทฤษฎี
4. ทฤษฏีพื้นฐานที่จำเป็น
...
อ่านทั้งหมด >>
http://www.ee.mut.ac.th/home/peerapol/boonchai_1.htmน่าจะปักหมุด หรือ ไว้ในรวมวงจร ให้ได้อ่านกันทั่วถึงคับ
