Поиск по сайту
Рубрики
Статистика
Rambler's Top100


Практика и критерии качества

Впервые автор заинтересовался разработкой звуковой аппаратуры в конце 1960-х годов, когда посещал радиокружок в московском Дворце пионеров на Ленинских (теперь Воробьевых) горах. Тогда считалось, что минимальным уровнем гармонических искажений, определяемых человеческим ухом, является примерно 1%. В первой половине 1970-х годов 0,1% стала магической цифрой для многих производителей, и основная часть потребителей рассматривало меньшие цифры как неуместные. Это было время, когда производители полупроводников наращивали производство высокочастотных мощных биполярных транзисторов на основе кремния, а разработчики усилителей совершенствовали первые высококачественные схемы с ООС. Вокально-инструментальные ансамбли стали очень громкими, побуждая инженеров и производственников проявлять большие усилия для наполнения рынка сверхмощных сценических усилителей.

Резонно, что многие аспекты аудиоиндустрии пришлось стандартизовать под различные требования, определяющие превосходное качество звука, на протяжении последних 30-ти лет. Однако, хотя такие организации как UL (Лаборатория по технике безопасности, США), IEC (Международная электротехническая комиссия), FCC (Федеральная комиссия по связи, США), VDE (Германская электро-техническая комиссия) и наш Госстандарт установили определенные правила, касающиеся потребляемой мощности, излучения и безопасности, жесткие стандарты в области аудио не были определены. Обычно радиолюбители следуют простому правилу «больше значит лучше» в отношении выходной мощности и диапазона частот, «меньше значит лучше» в отношении искажений и шума, и «быстрее значит лучше» — в отношении скорости нарастания.

Для серьезного аудиофила простое численное выражение общих гармонических искажений является неадекватным по нескольким причинам. Одной из которых может быть не качественная звукозапись. Для качественной звукозаписи используйте Zoom H4n. Вернемся теперь к гармоническим искажениям.  Во-первых, стандартной частотой для измерения гармонических искажений является 1 кГц. Известно, что в типовой схеме усилителя Лина (Lin, H.С. Transistor Audio Amplifier, Electronics, September 1956, p. 173) гармонические искажения возрастают по линейному закону примерно со скоростью 6 дБ/октава (при однополюсной коррекции АЧХ). Это означает, что если мы начинаем с 0.1% общих гармонических искажений на 1 кГц, мы можем ожидать, что достигнем значения примерно 1% в конце звукового диапазона (20 кГц) В качестве эмпирического правила принято, что значение искажений на частоте 1кГц возрастет примерно в 10 раз на частоте 20 кГц, и это близко к действительности.

Другим фактором оценивания искажений является гармонический состав этих искажений. Вторая гармоника действительно приятна для многих слушателей, добавляя то, что большинство людей называет теплотой или полнотой звучания. (Гармонический состав искажений ламповых усилителей преимущественно второго порядка, что объясняет привязанность к ним субъективистов). Напротив, искажения в виде третьей гармоники неприятны для слуха человека, и эта тендеция, как известно, усугубляется с ростом порядка гармоник. Переходные искажения, следовательно, наносят значительный ущерб качеству звучания, поскольку практически все гармонические искажения, порождаемые в области переключения, — высокого нечетного порядка. Считается, что ухо человека способно замечать искажения высоких порядков лишь до уровня 0,3%. Более того, некоторые авторы утверждают, что для четных гармоник низкого порядка пороговый уровень восприятия составляет более 1%. Это далеко от практики, но, тем не менее, правдоподобной является ситуация, когда один усилитель с относительно высокими искажениями будет превосходить другой усилитель с гораздо более низкими искажениями по той причине, что гармонический состав искажений первого усилителя в основном низкого порядка.

Еще более неприятным является воздействие на человека интермодуляционных и дифференциально-фазовых искажений (зависимость мгновенной фазы выходного сигнала от амплитуды), когда паразитные спектральные составляющие появляются не только выше, но и ниже порождающих их основных частот, т. е. во всем звуковом спектре. Например, взаимная модуляция сигналов с частотами 8 и 10 кГц, кроме суммарной частоты 18 кГц, дает нижнюю (но не единственную) разностную частоту 2 кГц, попадающую в диапазон максимальной чувствительности человеческого слуха. Быстрые изменения фазы сигнала ощущаются как изменения высоты тона, поэтому спектр музыкального сигнала как бы «размывается», производя не вполне осознанное впечатление «грязного звука» и даже расстроенных инструментов.

Известно, что один и тот же усилитель может иметь чрезвычайно низкий коэффициент общих гармонических искажений (который измеряется на стационарном синусоидальном сигнале), но демонстрировать при этом удручающе высокие интермодуляционные и дифференциально-фазовые искажения. Поэтому при выборе усилителя для прослушивания надо с большой осторожностью ориентироваться только на параметр общих гармонических искажений, особенно если интермодуляционные искажения вообще не упоминаются в спецификации.

Немаловажным фактором является тенденция роста общих гармонических искажений в схемах на биполярных транзисторах при снижении импедансов нагрузок (например, с 8 до 4 Ом). Это обусловлено эффектом падения коэффициента передачи тока в выходных каскадах на биполярных транзисторах (выходные каскады на МОП-транзисторах не подвержены этому эффекту), снижением глубины общей ООС и местной ООС в выходном каскаде и другими факторами, которые будут подробно рассмотрены ниже.

Частотный диапазон легче привести в соответствие стандарту. Считается, что любой УМЗЧ с полосой пропускания по уровню -3 дБ от 3 Гц до 30 кГц является неплохим, а усилитель с полосой пропускания от 3 Гц до 100 кГц — превосходным. Но это если не принимать во внимание фазовые характеристики! На деле, усилитель с полосой пропускания 100 кГц будет иметь линейную фазовую погрешность в звуковом диапазоне частот примерно 10 градусов, что может превышать порог заметности при сравнительном тестировании. Стандарт CD-DA, например, рекомендует вдвое меньшее значение фазовой погрешности коррекции предыскажений.

Практически невозможно привести точные шумовые характеристики УМЗЧ без учета типа корпуса, компоновки источника питания и методов разводки соединений. Если следовать практике грамотного конструирования, почти все описанные в книге схемы должны обеспечить уровень шума не хуже -90 дБ.

В литературе и Интернет существуют разногласия и непонимание относительно скорости нарастания выходного напряжения УМЗЧ. Концепция скорости нарастания и связанное с ней условие динамической линейности, фундаментальное для всех усилителей с ООС, будут обсуждаться позднее.

Мощность УМЗЧ является, безусловно, личным выбором ау-диофила, но реальный уровень звукового давления (БРЬ) зависит от эффективности громкоговорителя в гораздо большей степени, чем от мощностных характеристик усилителя.

Уровень звукового давления определяется относительно примерного порога слышимости 0,0002 мкбар, т. е.

SPL = 20 log (10Р / 0,0002 ) дБ,

где Р — с.к.з. давления, мкбар, регистрируемое измерительным микрофоном; 1 бар =100 кПа = 194 дБ 5Р1-. Если разница в стоимости более эффективного и менее эффективного громкоговорителей не столь велика, целесообразно вложить деньги в акустическую систему с большей отдачей, имея ввиду, что менее чувствительные громкоговорители, как правило, обеспечивают лучшую равномерность частотной характеристики (многие производители акустики выравнивают ее за счет механического и/или электрического демпфирования).

Комментарии запрещены.

Реклама