Зберегти і прочитати потім -

У стандартах на підсилювачі, як міжнародних, так і вітчизняних, присутній до сотні параметрів, що мусять, за задумом фахівців, характеризувати якість цього пристрою. Правда, нині стандарти - це якийсь орієнтир, оскільки вони обумовлюють більше методику вимірювання параметра, а не конкретне його значення, досягнення якого є незаперечним свідченням приналежності апарату до якоїсь категорії, наприклад Hi-Fi, настільки дорогий аудіолюбітелю зі стажем.

У майже річну історію звуковідтворення чисто механічна епоха закінчилася відносно швидко. Ера електроніки почалася з винаходу Лі де Форестом тріода в 1906 році. Вся історія еволюції техніки підсилювачів - це нескінченний вибір між якістю, яке в епоху хай-фай розглядалося як найкраще наближення до оригіналу, тобто живого виконання музики, і ефективністю. У ролі підсилюючих елементів використовуються лампи або транзистори (дискретні або у вигляді інтегральних мікросхем), причому можливі різні їх комбінації в одному пристрої. Але кількість аналогових режимів їх роботи або класів при цьому всього два: А і В. При роботі в класі А підсилювальний елемент в більшій чи меншій мірі відкритий і діє протягом всього періоду сигналу. У всіх каскадах попереднього посилення використовується тільки клас А. Якщо говорити про підсилювачі потужності, то цей клас фатально неефективний: корисна потужність, що віддається в навантаження (гучномовець), становить не більше однієї п'ятої. Тобто для харчування стереопідсилювача з вихідною потужністю 100 Вт буде потрібно близько 1 кВт. У класі В для посилення кожної напівхвилі використовується свій елемент. Позитивну півхвилю підсилює один, а інший, призначений для посилення негативної, в цей час закритий, а потім вони міняються місцями. Подібний варіант дозволяє підвищити ефективність теоретично до 78%.

Виробники дорогої техніки пропонують підсилювачі потужності з перемиканням режиму вихідного каскаду з класу А в клас В. Щоб знизити вплив специфічних для класу В спотворень, використовується комбінований клас АВ: для малих амплітуд сигналу підсилювач працює в класі А, а для великих - в класі В. але ефективність такого підсилювача, природно, падає, і потужність в класі А в рази менше, ніж в класі В. Існує ще імпульсний клас D, в якому на практиці використовуються тільки транзистори, хоча теоретично могли б бути і ламп . В підсилювачах цього класу вихідні транзистори функціонують як ключі, які або повністю відкриті, або повністю закриті. Внаслідок того що в такому режимі роботи практично відсутній виділення тепла, ефективність підсилювача наближається до 100%. Це відрізняє його від «частково проводять» пристроїв класів А чи В.

Оскільки безперервний музичний сигнал неможливо відтворити тільки включенням / виключенням каскаду, підсилювачі класу D представляють його, змінюючи часовий відрізок між перемиканнями електронного ключа. Такий процес називається широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ, або, по-англійськи, PWM). Американський автор статті, де описувався один з перших варіантів звукового підсилювача, що працює в класі D, наводив такий аргумент на його користь: при заміні кожного з мільйона підсилювачів потужності, які є у жителів Чикаго, зниження енергоспоживання дозволить зупинити електростанцію на Ніагарському водоспаді. Типів спотворень сигналу в підсилювачі кілька, але зазвичай технічно підготовлені покупці звертають увагу в першу чергу на нелінійні спотворення (використовуючи кальку з англійської, вони називаються також загальними гармонійними спотвореннями), хоча, на наш погляд, вони не є головними. Величина цих спотворень оцінюється коефіцієнтом нелінійних спотворень (КНС), який представляє собою виражене у відсотках відношення ефективної амплітуди вищих гармонік на виході пристрою до ефективної амплітуді сигналу основної частоти при впливі синусоїдального сигналу цієї частоти на вхід пристрою. Зазначений параметр дозволяє кількісно оцінити нелінійність передавальної характеристики, яка проявляється у виникненні в вихідному сигналі спектральних складових (гармонік), відсутніх у вхідному сигналі, тобто відбувається зміна спектра вхідного сигналу. Це об'єктивні гармонійні спотворення, фізично присутні в відтворюваному звуковому сигналі. Однак існує ще орган слуху людини, який є нелінійної системою. Нелінійність слуху проявляється в тому, що при впливі на барабанну перетинку синусоидального звуку з якоїсь частотою в слуховому апараті зароджуються гармоніки цього звуку з частотами в два, три і т. Д. Рази більше. Оскільки в первинному що впливає тоні немає цих гармонік, вони отримали назву суб'єктивних гармонік. При зростанні інтенсивності основного тону величина суб'єктивних гармонік різко збільшується і може навіть перевищити його. Ця обставина дає підставу для припущення про те, що з-за нелінійності слуху звуки з частотою менше 100 Гц відчуваються не самі по собі, а через створюваних ними суб'єктивних гармонік, що потрапляють в область частот понад 100 Гц. КНІ сучасних підсилювачів зазвичай розташовується в межах від 0,001 до 2%. Для підсилювачів рівня Hi-Fi міжнародні стандарти (МЕК 581-6 і ін.) Встановлюють норму на спотворення в 0,7%. Для суб'єктивної оцінки помітності спотворень при прослуховуванні своєї домашньої системи можна використовувати спеціальні записи з привнесеним, строго встановленим рівнем спотворень. Наприклад, на тестовому CD «MY DISC» (фірма Sheffield Lab) є дюжина доріжок із записами окремо синусоїдального і музичного сигналу з рівнями спотворень 0,03%, 0,1% і так далі з поступовим збільшенням до 10%. Уважне і критичне їх прослуховування може дати незамінний досвід оцінки звучання.

Стандарти передбачають вимір ще й інтермодуляционних спотворень, коефіцієнт яких показує, як впливають низькочастотні сигнали великої амплітуди на посилення слабких високочастотних сигналів. Це більш важливий параметр для підсилювача, призначеного для звукопідсилення, оскільки в музичному сигналі присутній практично весь чутний спектр, а не тільки якась одна частота, для якої вимірюються КНІ. Один англійський фахівець пропонував в журналі «Wireless World» вимірювати спотворення при впливі трехчастотние сигналу. Результати його експерименту показували, що підсилювачі (він тестував відомі і популярні моделі), що мають однакові коефіцієнти нелінійних і інтермодуляціонних спотворень, при вимірюванні за його методикою дають істотно відрізняються результати. Однак чиновники МЕК не прийняли цю пропозицію як стандарт - можливо, під тиском великих виробників апаратури. Для нормальної роботи електронних ламп вихідних каскадів підсилювачів потужності (в межах допустимих напруг і струмів) потрібно досить високий опір навантаження, тоді як опір пасивних акустичних систем мало: номінальне варіюється від 4 до 16 Ом, а на окремих частотах може падати і нижче 1 Ом.

Як узгоджувального елемента, що дозволяє отримати великий струм в навантаженні, застосовується вихідний трансформатор з високоомній первинної і низкоомной вторинною обмоткою. Такий трансформатор - справжній витвір інженерного мистецтва, оскільки на відміну від силового трансформатора в блоці живлення він повинен забезпечувати передачу сигналу у всьому звуковому діапазоні частот і лажі вище. Можна виключити цей дорогий в силу своєї складності і критичний елемент схеми, використовуючи безтрансформаторний вихід (англомовне позначення - OTL), при якому в вихідному каскаді кілька ламп працюють паралельно на загальне навантаження, забезпечуючи необхідний струм. Характерним прикладом тут є стереопідсилювач потужності італійської фірми GRAAF GM 200: щоб дати потужність по 200 Вт на канал при навантаженні 8 Ом, на виході працюють тридцять дві лампи PL504 - по вісім у кожному плечі вихідного каскаду. Зауважимо, що для потужних транзисторів проблеми вихідного трансформатора не існує: вони в змозі забезпечити необхідний струм в навантаженні. А скільки потрібно ват на виході підсилювача, щоб отримати достатню гучність звучання при відтворенні в житловому приміщенні? Це залежить в першу чергу від чутливості акустики, а також від розміру приміщення і його акустичних характеристик.

Необхідно враховувати, що ціна підсилювача залежить від вихідної потужності (практика показує, що розумна вартість стереопідсилювача - приблизно два долари за ват вихідної потужності) і що в той же час «велика потужність» і «хороше звучання» не завжди є синонімами. З одного боку, максимальна пропозиція по числу моделей на ринку лежить в діапазоні від 100 до 150 Вт на канал, але реальна потреба може виявитися менше, ніж видається на перший погляд. При фоновому відтворенні тихої музики в кімнаті площею 30 м2 рівень звукового тиску становить приблизно 60 дБ, що забезпечується двома акустичними системами середньої чутливості і стереопідсилювачем з вихідною потужністю всього лише 3 мВт на канал. Звукорежисери при зведенні майстри зазвичай проводять контрольне прослуховування при рівні гучності 80 дБ або трохи вище. Для домашнього відтворення з такою гучністю потужність підсилювача повинна бути збільшена до 2 х 0,3 Вт, а гучна музика (90 дБ) вимагає потужності 2x3 Вт. Зауважимо, що великий симфонічний оркестр в концертному залі не створює звуковий тиск більше 95 дБ, для чого в нашому прикладі буде потрібно підсилювач з потужністю 10 Вт на канал.

А навіщо ж тоді потрібна солідна потужність? Для правильного відтворення коротких піків, що перевищують середній рівень на 10 дБ і більше. На практиці необхідна вихідна потужність підсилювача залежить від необхідного рівня звукового тиску і ефективності гучномовців. Тут, як не крути, акустика - найважливіша ланка. Наведені вище дані еассчітани для систем з чутливістю 86-87 дБ. Ця характеристика вимірюється в спеціальній безлунній камері при подачі на акустику тестового сигналу мощнотью 1 Вт. У звичайній кімнаті така система забезпечить скільки менше звуковий тиск (85 дБ). Тут місцево привести кілька загальних відомостей про ефективність акустики різних конструкцій. Акустичні системи з закритим корпусом (acoustic-suspension) зазвичай мають чутливість 83 ... 87 дБ. У акустики з фазоінвертором (vented, bass-reflex) чутливість може перебувати в межах 88-93 дБ, а у рупорних моделей вона ще вище. Правило розрахунку потужності дуже просто. При кожному збільшенні звукового тиску на 3 дБ потужність підсилювача повинна подвоюватися, а на 5 дБ - потроюватися (зауважимо, що різниця в 1-2 дБ практично непомітна при роботі з хорошим 30-40-ватним підсилювачем). При цьому необхідно враховувати можливості акустики: більшість АС категорії Hi-Fi нездатні відтворювати звук з рівнем більше 100 дБ без зростання спотворень. Так що якщо ваша акустика має чутливість 90 дБ, то для отримання рівня 100 дБ досить підсилювача з половинною потужністю 2 х 15 Вт замість 2 х 30 Вт. А підсилювач з виходом 2 х 60 Вт на такий акустиці забезпечить вам рівень вже в цілих 106 дБ! Я думаю, тепер ясно, чому ламповий підсилювач, що працює в класі А з потужністю 2 х 15 Вт, при відповідному підборі акустики задовольнить власника в переважній більшості випадків домашнього відтворення. Що ж стосується приміщення, то дати точну оцінку вельми скрутно. Зрозуміло, що для озвучування більшого приміщення потрібно і велика потужність. Орієнтовно можна прийняти, що в житлових кімнатах це відповідає різниці звукового тиску близько 5 дБ (нагадаємо: розкид по потужності в три рази!).

Підготовлено за матеріалами журналу "АудіоМагазін", №4 2012 р www.audiomagazine.ru