Ваш браузер устарел. Рекомендуем обновить его до последней версии.

Аудиоусилитель

Технологии усиления аудиосигнала

Аудио усилители отличаются друг от друга также как телевизоры. Например, светодиодный, жидкокристаллический и плазменный телевизор воспроизводят одно и то же изображение, но с разной степенью точности. Каждая технология имеет собственный характерный способ работы.

Один телевизор имеет больше общего света, доступного для работы. Другой может иметь больший размер экрана за те же деньги. Третий будет потреблять меньше энергии. Четвертый будет более устойчивым к изменениям в колебаниях напряжения переменного тока вашего дома. И так далее.

То же относится и к аудио усилителям. Усилители для домашних динамиков используют несколько различных технологий для выполнения своей работы, и, как с ТВ-технологиями, они все имеют свои плюсы и минусы.

Усилитель класса A
Эта технология усиления была одной из самых ранних, и практически закончила существование еще в 1970-х годах, когда транзисторы начали заменять лампы. Аудио "пуритане" остались с усилителями класса A, и сейчас можно найти ламповые усилители от таких компаний, как Conrad Johnson, VTL и Audio Research, а также твердотельные усилители класса high-end от таких компаний, как Pass Labs, Krell и Bedini.

Технология может быть лучше всего описана, говоря, что она анализирует и усиливает полные циклы в 360 градусов (с положительного на отрицательный) входящих аудио волн в абсолютном режиме реального времени. Чтобы иметь возможность делать это, усилитель работает на полную мощность все время. Независимо от того, слушаете вы музыку тихо или громко, усилитель использует доступную энергию 100% времени.

Плюсы:

  • Теоретически, возможность получения наиболее линейного (точного) звука.
  • При перегрузках на музыкальных пиках даже искажения остаются благозвучными.
  • Звуковая подпись без ошибок, часто называемое аналоговое звучание.
  • Удовлетворение от того, что владеете действительно изысканным аудио оборудованием.

Минусы:

  • Трудности с заменой ламп, ламповые усилители потребляют очень много электроэнергии.
  • Обычно низкая мощность, не практично для больших помещений и громкого звука.
  • Твердотельные усилители, как правило, большие и тяжелые; лампы часто хрупкие.
  • Как правило, дорогостоящие, хотя можно найти на удивление доступные небольшие ламповые усилители.

Усилитель класса B
Когда аудио инженеры и дизайнеры задумались о более эффективных способах создания звука, они разработали усилители класса B. Вместо того, чтобы постоянно работать с полным циклом аудио волны в 360 градусов (пики и падения), работа разделяется на 2 части: одна для положительной, а другая для отрицательной половины цикла сигнала. При такой конструкции инженеры выигрывали, но ценители аудио теряли. В усилителях класса B явно слышно искажение при переходе с положительного на отрицательный сигнал, и от такой конструкции быстро отказались. Однако, часть конструкции позаимствовали для создания наиболее популярной на сегодняшний день конструкции усилителей AB.

Усилитель класса АВ
В поисках баланса между великолепным звуком и доступностью инженеры разработали аудио усилитель класса AB. Это по большей части усилитель класса B, который имеет небольшое количество тока покоя, который все время течет через выходные транзисторы. Этот метод теоретически исключает искажение переключения усилителя класса B, потому что теперь всегда есть немного тока, сглаживающего переходы между положительным и отрицательным сигналом.

Усилители класса AB многие годы имели стандартный дизайн, и можно было выбрать подходящий, начиная от бюджетных вариантов от Onkyo, Sony и Harman Kardon, продолжая аудио-видео ресиверами от Denon, Yamaha и Pioneer, и заканчивая отдельно стоящими экземплярами от NAD, Bryston, Anthem, Mark Levinso и другими.

Плюсы:

  • Качество звука может быть превосходным; многие из лучших усилителей имеют класс усиления AB.
  • Эффективность; может быть использован очень широкий диапазон динамиков.
  • Экономичность; позволяет производителям размещать несколько каналов усиления в одной коробке.
  • Надежность; наименьшая вероятность отказа оборудования.

Минусы:

  • Качество звука значительно зависит от различных внешних факторов.
  • Усилитель может быть тяжелым и громоздким, вес некоторых экземпляров може достигать 35 кг.
  • Относительно небольшая разница в звуке между большинством моделей средней линии.
  • Устаревшая технология.

Усилитель класса D
Новейшей технологией являются усилители класса D. Часто ошибочно усилители класса D называют "цифровыми" (digital - цифровой). Не все усилители класса D являются полностью цифровыми, хотя, безусловно, с сигналом происходит много цифровой обработки.

Класс D - невероятно эффективный способ усиления звука. В сущности, эти усилители создают собственные волны (периодический сигнал прямоугольной формы), который разделяет часть частоты аудио спектра на звуки, которые можно услышать, и звуки, которые являются слишком высокими, чтобы их можно было услышать. Это по-прежнему положительно-отрицательный сигнал, однако отрицательная часть создается из неиспользуемых высокочастотных сигналов.

Таким образом, представляя половину формы волны как полную волну, усилитель позволяет получить чистый линейный звук и такую эффективность, которая дает возможность значительно уменьшить размеры и вес усилителя. Такие усилители практически не генерируют тепло, бич всей электроники.

Плюсы:

  • Супер эффективность, практически не производит тепло, нет потери энергии.
  • Возможность создавать компактные компоненты.
  • Экономичность.
  • Экологичность, очень низкое потребление энергии.

Минусы:

  • Пока что новая технология, существует множество вариаций.
  • Очень широкий диапазон производительности.
  • Меломаны замечают слабую динамику и поверхностный бас.
  • Развивающаяся технология, которая со временем должна стать лучше.

К основным характеристикам усилителя мощности звуковой частоты относятся:

  • Выходная мощность.
  • Частотный диапазон.
  • Коэффициент гармонических искажений.
  • Отношение сигнал / шум.
  • Демпинг-фактор (или коэффициент демпфирования).

Дополнительно могут указываться:

  • Коэффициент интермодуляционных искажений.
  • Скорость нарастания выходного напряжения.
  • Перекрестные помехи.

Разумеется, в паспорте присутствуют и немаловажные эксплуатационные характеристики:

  • Напряжение питания.
  • Максимальная потребляемая мощность.
  • Масса.
  • Габаритные размеры.

Выходная мощность

Данный параметр имеет множество разновидностей и методик измерения, и некоторые производители используют это в рекламных целях, намеренно не указывая условия, при которых выходная мощность была измерена. Именно поэтому покупатель недоумевает, сравнивая в магазине крохотный музыкальный центр с наклейкой 2х1000W и увесистый усилитель мощности внушительных размеров с характеристикой 30 Вт на канал.

Для отечественных усилителей в основном использовались такие характеристики, как номинальная и максимальная выходная мощность:

Номинальная мощность – выходная мощность усилителя при заданном коэффициенте нелинейных искажений. Такая методика измерения предоставляет определенную свободу выбора изготовителю, который волен указать значение номинальной мощности, соответствующее наиболее выгодному значению нелинейных искажений. А ведь широко известно, что в усилителях класса АВ при малых уровнях выходной мощности, например 1Вт, уровень искажений может достигать огромных значений. Существенно уменьшаться он может только при увеличении выходной мощности до номинальной. В паспортах отечественными производителями указывались рекордные номинальные характеристики, с крайне низким уровнем искажений при высокой номинальной мощности усилителя. Тогда как наивысшая статистическая плотность музыкального сигнала лежит в диапазоне амплитуд 5-15% от максимального значения. Вероятно, поэтому советские усилители заметно проигрывали на слух западным, у которых оптимум искажений мог быть на средних уровнях громкости. В СССР же шла гонка за минимумом гармонических и иногда интермодуляционных искажений любой ценой на одном, номинальном (почти максимальном) уровне мощности.

Максимальная мощность – выходная мощность усилителя при ненормированном коэффициенте нелинейных искажений. Данный параметр является еще менее информативным, чем номинальная мощность и характеризует только запас прочности усилителя – способность работать длительное время при перегрузках по входу.

Среди зарубежных чаще всего используются характеристики RMS, PMPO и DIN POWER:

RMS (Root Mean Squared) – среднеквадратичное значение мощности при нормированном коэффициенте нелинейных искажений. Как правило, измерение проводится на 1 кГц при достижении коэффициента нелинейных искажений 10%. Этот показатель был заимствован из электротехники и, строго говоря, для описания звуковых характеристик непригоден. В музыкальных сигналах громкие звуки человек слышит лучше, чем слабые, поскольку на органы слуха воздействуют амплитудные значения, а не среднеквадратичные. Таким образом, усредненное значение будет мало о чем говорить. Стандарт RMS был одной из неудачных попыток описать параметры звуковой аппаратуры и имеет весьма ограниченное применение - усилитель, который выдает 10% искажений не на максимальной мощности нужно еще поискать. До достижения максимальной мощности, искажения не превышают зачастую сотых долей процента, а потом резко возрастают.

PMPO (Peak Music Power Output) - максимально достижимое пиковое значение сигнала независимо от искажений за минимальный промежуток времени (обычно за 10 mS). Как следует из описания, параметр PMPO - виртуальный и бессмысленный в практическом применении. Тем не менее, он очень часто встречается в описаниях на усилители, вводя в заблуждение многочисленных покупателей. В связи с этим можно лишь посетовать на отсутствие единых обязательных стандартов измерения выходной мощности и на недобросовестность производителей. 100 Вт PMPO зачастую соответствуют лишь 3 Вт номинальной мощности при 1% КНИ.

DIN POWER - значение выдаваемой на реальной нагрузке мощности при нормированном коэффициенте нелинейных искажений. Измерения проводятся в течении 10 минут с помощью сигнала частотой 1 кГц при достижении 1 % КНИ.

Данный параметр наиболее адекватно характеризует выходную мощность усилителя. Иногда он встречается в паспорте усилителя под обозначением IEJA. Его разновидность IHF определяет выходную мощность при 0,1% КНИ.

Строго говоря, есть и многие другие виды измерений, например, DIN MUSIC POWER, описывающая мощность не синусоидального, а музыкального сигнала. В последнее время из-за отсутствия единого стандарта производители стараются указывать выходную мощность вкупе с другими характеристиками, при которых она измерена. Например,

650 W (8 Ω, 20 – 20000 Hz, 0,1% THD) 
750 W (8 Ω, 1000 Hz, 0,1% THD)

Учитывая тот факт, что музыкальный сигнал имеет большой частотный и динамический диапазон, правильнее проводить измерения с помощью музыкальных сигналов. И указывать не номинальную мощность, а график зависимости коэффициента нелинейных искажений от выходной мощности.

Можно добавить, что каждый усилитель рассчитан на определенное сопротивление нагрузки. Тем не менее, оно может варьироваться, и в технических паспортах указываются основные параметры для каждого допустимого сопротивления.

Частотный диапазон

Практически любой современный усилитель мощности звуковой частоты способен усиливать сигналы с частотой, выходящей далеко за рамки слышимого диапазона. Поэтому указывать в чистом виде частотный диапазон, например, от 5 Гц до 100 кГц – совершенно бессмысленно.

Назначение усилителя мощности звуковой частоты (если он не имеет специального назначения, как, например, гитарный усилитель) – формирование на выходе электрического сигнала, по форме в точности повторяющего входной сигнал, но имеющего большую мощность. Так как музыкальный сигнал, даже если он формируется одним музыкальным инструментом, далек от гармонического, то минимизации коэффициента нелинейных искажений в усилителях для качественного воспроизведения звука, недостаточно. Необходимо, чтобы в диапазоне слышимых частот от 16 до 20000 Гц амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики усилителя были абсолютно горизонтальными. На практике, этого добиться не удается, да и акустическая система имеет АЧХ с более существенными провалами и подъемами.

Частотный диапазон указывается при нормированной неравномерности амплитудно-частотной характеристике, выраженной в относительных величинах. Самые удачные модели усилителей имеют неравномерность АЧХ +/-0,1 дБ в диапазоне от 20 до 20000 Гц. Если при измерении принять стандартную неравномерность амплитудно-частотной характеристики 3 дБ, то частотный диапазон составит 10 – 100000 Гц.

Коэффициент гармонических искажений

Искажения сигнала вызваны нелинейностью входных и выходных характеристик усилительных элементов и присущи любым усилителям мощности. Если подать на вход усилителя синусоидальный сигнал, то в спектре выходного сигнала, кроме основной гармоники, обнаружатся дополнительные, частота которых кратна частоте полезного сигнала. Такие гармоники являются паразитными и их мощность, как правило, невелика. Однако их суммирование с полезным сигналом приводит к существенному искажению его формы, и как следствие, искаженному звучанию.

Коэффициент гармонических искажений (Total Harmonic Distortion) показывает слышимую составляющую гармонических искажений в выходном сигнале и определяется как отношение суммарной мощности паразитных сигналов к мощности полезного гармонического сигнала. Как правило, измерения проводятся на частоте 1 кГц.

При замерах обращается внимание на спектральное распределение и характер искажений. Слышимость паразитных гармоник зависит от относительного уровня по отношению к тестовому сигналу, от порядка гармоники, от типа (четная/нечетная), а так же от того, на какой громкости прослушивается тестовый фрагмент.

Типовое значение THD для Hi-Fi усилителя составляет 0,1%. Однако, уже не раз отмечалось: усилитель с THD 0,001% может оказаться хуже по звуку, чем другой, с THD 0,1%. Дело в том, что при таких малых значениях этого параметра, искажения сложно проследить в форме выходного сигнала или ощутить на слух. Поэтому, разницы между 0,1% и 0,001% слышно не будет.

Отношение сигнал / шум

Отношение сигнал / шум определяется как отношение мощности полезного гармонического сигнала к мощности собственных шумов усилителя мощности. Данный параметр для современной звукоусилительной техники превышает значение 100дБ. Это означает, что мощность собственных шумов усилителя в 10 миллиардов раз меньше мощности полезного музыкального сигнала. Можно с уверенностью сказать, что в настоящее время этот параметр – лишь предмет гордости производителя. Он не имеет для пользователя никакого значения. Кто сможет ощутить различия между ОСШ 95 и 100 дБ?!

Демпинг-фактор (коэффициент демпфирования)

Коэффициент демпфирования определяется как отношение номинального сопротивления нагрузки к выходному сопротивлению усилителя и характеризует способность подавлять паразитные напряжения, которые возникают в динамических головках при движении катушки в магнитном поле. Если демпфирование недостаточно, то диффузор будет совершать свои собственные "телодвижения", никак не связанные с музыкой, но зависящие от упругости подвески. Необходимо отметить, что в подавляющем большинстве моделей акустических систем эта проблема успешно решается. Можно считать достаточным, если значение коэффициента превышает 100.

Демпфирование зависит не только от выходного сопротивления усилителя и сопротивления акустической системы. Необходимо учитывать, что способность поглощать возвращаемую громкоговорителем энергию зависит от индуктивностей фильтров и от сопротивления разъемов и кабеля, которым подключены акустические системы.

Минимальным значением коэффициента демпфирования можно считать 20, хорошим — 150-400. Современные усилители высокого класса имеют значение этого параметра 150 и выше.

Коэффициент интермодуляционных искажений

Нелинейность характеристик усилительных элементов приводит к возникновению нелинейных искажений. Большинство производителей усилителей измеряют и указывают в паспорте только коэффициент гармонических искажений (THD). Измерения проводятся с помощью гармонического сигнала. При подобном тестировании на выходе усилительного тракта появляются высшие гармоники, частота которых кратна частоте основного тона. Однако, как уже упоминалось, музыкальный сигнал далек от гармонического. Более того, любой музыкальный инструмент воспроизводит не только основной тон, но «обертона», которые являются ярким примером гармонических искажений. Известно, что наличие в музыкальном сигнале «обертонов» вовсе не портят, а обогащают звук. Поэтому очень важно указывать не коэффициент гармонических искажений, а весь спектр выходного сигнала, из которого можно определить тип (четные или нечетные) паразитных гармоник и их уровень относительно полезного сигнала. С точки зрения психоакустики, например, наличие в выходном сигнале ощутимых по уровню четных гармоник воспринимается на слух лучше, чем наличие малых нечетных.

Наибольший вред музыкальному сигналу приносят интермодуляционные искажения (Inter Modulation Distortion), которые возникают при подаче на вход нелинейной системы мультитонового сигнала. При этом на выходе появляются паразитные сигналы с частотами, являющимися суммой или разностью частот входных сигналов, а также суммой или разностью частот сигналов, вызванных гармоническими искажениями и через обратную связь возвращенных на вход усилителя. Подобные искажения не соотносятся с основными тонами музыкального сигнала и привносят в него фоновый шум.

Необходимо отметить, что единых стандартов по измерению интермодуляционных искажений не существует, а результаты измерений существенно зависят от уровней входных сигналов и их частот. Чаще всего, IMD не указывается просто потому, что неизвестно как его измерять. Тем не менее, данный параметр является наиболее перспективным для оценки нелинейных свойств усилителя мощности.

Скорость нарастания выходного сигнала

Данный параметр характеризует уровень динамических искажений, которые возникают вследствие ограничения скорости нарастания выходного сигнала в усилителе, охваченного глубокой обратной связью. Введение ООС, как правило, приводит к нестабильности усилителя на высоких частотах. Это вынуждает применять частотную коррекцию. В свою очередь недостаточно высокая частота среза образуемого фильтра низких частот и вызывает динамические искажения.

В музыкальном сигнале всегда присутствуют резкие всплески по уровню, например, при работе ударных инструментов. Недостаточная скорость нарастания сигнала приводит к ухудшению звучания, которое выражается в потере энергичности.

Перекрестные помехи

Данный параметр определяет степень проникновения сигнала из одного канала в другой. Высокий уровень перекрестных помех приводит к незначительному ухудшению четкости восприятия стереобазы. Однако чуткий слушатель сразу ощутит, что звук не дает представления о взаимном расположении и размерах музыкальных инструментов, т.е. отсутствие или нечеткость звуковой 3D картинки.

Не в последнюю очередь при выборе усилителя обращается внимание на его внешний вид и удобство в эксплуатации. В силу субъективности эти показатели не поддаются никакому измерению и выражаются в виде звездочек в многочисленных рейтингах и наклеек типа «Gold Design» на корпусе устройства. Вне сомнений, это также является характеристикой усилителя мощности.

Не нашли что искали? Вы можете оставить заявку, в форме обратной связи.

Портал Gosstanart.info не осуществляет коммерческой деятельности, не сотрудничает с рекламодателями, производителями товаров и компаниями предоставляющими услуги. Просьба, не обращаться с коммерческими предложениями! Вся информация, представленная на портале, результат независимых исследований и является свободно распространяемой информацией.

Главная   Новости портала   Черный список   Архив