СТЕРЕОУСИЛИТЕЛЬ С ПОЗИЦИИ ЗНАТОКА

Вы любите музыку, но далеко не всегда располагаете временем и возможностью сходить в оперу или посетить концерт. Однако современная высококачественная аппаратура звуковоспроизведения дает возможность «побывать» на концерте любимого исполнителя и не выходя из собственного дома. Но прежде чем приобрести такую аппаратуру, нужно знать, какие требования к ней предъявляются.

Центральное звено стереофонического комплекса — стерео-усилитель (см. «М-К» № 4 за 1975 год). С него мы и начнем наш рассказ.

Каким должен быть высококачественный УНЧ? Как это ни парадоксально, ответить на этот вопрос сразу невозможно. Действительно, возрастающие требования к аппаратуре высококачественного воспроизведения заставляют постоянно улучшать характеристики усилителей: совершенствовать прежние схемы, осваивать новые элементы. Твердо сейчас можно говорить лишь о минимальных требованиях, позволяющих отнести УНЧ к классу высококачественных. Эти требования подтверждаются многими специалистами.

ПОЛОСА ВОСПРОИЗВОДИМЫХ ЧАСТОТ

Не будет лишним напомнить, что профессиональный музыкант слышит звуки с частотами приблизительно от 25 Гц до 16 кГц. Что же заставляет конструкторов аппаратуры расширять этот диапазон до пределов 10 Гц — 100 кГц? Ведь существуют сейчас усилители даже с полосой частот от 5 Гц до 250 кГц! Дело в том, что в реальном сигнале всегда присутствуют обертоны, которые являются следствием сложения или вычитания основного сигнала и его гармоник. Для воспроизведения этих обертонов, придающих звуку естественность, и расширяют диапазон воспроизводимых частот. Такой усилитель можно охватить петлей глубокой отрицательной обратной связи, которая, в свою очередь, является одним из самых радикальных средств снижения нелинейных искажений.

Однако надо предостеречь радиолюбителей от стремления чрезмерно расширить полосу воспроизводимых частот усилителя. Конструкторы западных фирм, производящих высококачественную аппаратуру, признают, что расширение полосы ниже 20 Гц и свыше 25—30 кГц не имеет особого смысла и практически не сказывается на субъективной оценке качества работы УНЧ. Только из соображений рекламы неоправданно завышают ряд характеристик. К тому же расширение диапазона воспроизводимых частот за пределы указанных величин — мероприятие технически сложное и очень дорогостоящее. При самостоятельной разработке УНЧ это всегда надо учитывать.

ИСКАЖЕНИЯ

На первый взгляд параметр этот не требует особых пояснений: чем меньше искажения, тем лучше. И действительно это так.

Конструктору важно знать, какие искажения допустимы для высококачественного УНЧ и с какими затратами ему придется столкнуться, чтобы их снизить.

Пожалуй, самые «важные» — нелинейные искажения. Музыкант, например, способен на чистом тоне заметить нелинейные искажения, превышающие 1 %. Подчеркиваем: на чистом тоне, а реальный сигнал всегда «украшен» обертонами. В таком виде даже хорошо тренированный слух специалиста с трудом регистрирует искажения менее 2—2,5%.

С другой стороны, достигнуть уровня нелинейных искажений менее 1 % не так просто, как может показаться с первого взгляда. Особенно это касается усилителей на транзисторах. Объявленные некоторыми зарубежными фирмами цифры 0,05% или даже 0,01% для особо высококачественных УНЧ являются больше данью рекламе. Да и схемное решение таких усилителей экономически не оправдано.

Еще один вид искажений — интермодуляционные, или, как их иначе называют, перекрестные. Эти искажения возникают в оконечных каскадах, имеющих реактивные элементы, например выходной трансформатор, в результате сложения или вычитания различных частот. В транзисторных УНЧ интермодуляционных искажений практически нет.

Частотные искажения связаны с неравномерным усилением различных частот. Чаще всего это завал (реже — подъем) граничных частот.

Неравномерность усиления не должна превышать определенных, заранее заданных пределов. У подавляющего большинства стереофонических УНЧ она составляет ±1,5—2 дБ (по напряжению).

ВЫХОДНАЯ МОЩНОСТЬ

Для бытовой высококачественной аппаратуры специалисты называют мощности от 5 до 500 Вт. А практически выбирать усилитель следует, исходя из условия: какая минимальная мощность может обеспечить высококачественное воспроизведение в конкретном помещении.

Но прежде несколько слов о том, как замеряют выходную мощность усилителей. Это можно сделать тремя способами.

Первым определяют синусоидальную мощность при неизменном напряжении источника питания и коэффициенте нелинейных искажений не более 1%. В этом режиме усилитель должен проработать не менее 10 мин (отсюда и название: метод определения длительной мощности).

Второй способ, предложенный институтом IHF (США), заключается в замере максимально возможной неискаженной мощности при подаче на вход усилителя единичного не синусоидального сигнала длительностью 1—2 мс. (Напряжение источника питания не должно меняться.) Эта мощность носит название «музыкальной».

По мнению специалистов, предложивших этот способ, он позволяет оценить возможность усилителя воспроизводить без искажений короткие музыкальные пассажи, превышающие по величине собственную синусоидальную мощность.

Однако положение это сомнительно. Так, длительность музыкальных пассажей произведений для органа (например, токкаты и фуги Баха), и особенно для электромузыкальных инструментов, часто доходит до нескольких секунд. Естественно, если эти пассажи имеют величину, близкую или равную музыкальной мощности усилителя, то воспроизводятся они с большими искажениями.

Третьим способом определяют максимальную мощность, при которой коэффициент нелинейных искажений не превосходит заданный, а напряжение источника питания может отличаться от номинального. Такая мощность называется пиковой. Считают, что она может превышать синусоидальную на 50—100%. Результаты, полученные последним способом, не дают достаточного представления о качестве усилителя.

Таким образом, наиболее объективно оценить усилитель по параметру выходной мощности позволяет первый способ.

Нельзя говорить о мощности воспроизведения, не зная КПД акустической системы.

Обычно величины выходных мощностей названы для громкоговорителей с КПД 3-5%.

Бытует мнение, что усилитель с выходной мощностью в 100 Вт звучит в 10 раз громче, чем десятиваттный усилитель. В действительности это не так. Чувствительность человеческого уха к мощности звука нелинейна. Так, например, человек с трудом улавливает разницу между источниками звука мощностью в 50 Вт и 25 Вт.

И тем не менее различие в качестве работы усилителей в 50 и 25 Вт есть. В первом случае оно воспринимается как повышенная естественность, «приятность» звучания. Причины? Меньше нелинейных искажений на низких частотах, больший динамический диапазон.

Необходимая мощность усилителя зависит также от объема и акустических свойств помещения, в котором установлены громкоговорители. Например, для жилой комнаты объемом 70—80 м3 она колеблется от 20—25 Вт до 80—100 Вт в зависимости от акустического оформления комнаты.

Различают три вида помещений. С «живой акустикой» — помещение, в котором нет мягкой мебели, нет занавесок, ковров, на полу твердое покрытие. Для таких комнат объемом 60 м3 достаточно усилителя мощностью 15—20 Вт.

В помещениях со «средней акустикой» немного мягкой мебели, легкие занавески. Для озвучивания потребуется мощность 30—40 Вт.

Помещения с «мертвой акустикой» имеют много мягкой мебели, плотные занавески, ковры на полу и стенах. В этом случае необходима мощность 50—60 Вт.

Если объем помещения удваивается, соответственно увеличивается и выходная мощность усилителя.

В заключение еще раз подчеркиваем; большие мощности УНЧ нужны не для того, чтобы оглушить слушателя, а для естественного воспроизведения программы на небольшом уровне громкости.

ШУМЫ. ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН

Согласитесь — неприятно, когда в паузе между музыкальными произведениями, великолепно воспроизведенными аппаратурой, из громкоговорителей слышен шипящий звук: рваный, навязчивый, надоедливый. Это «шумит» усилитель.

Шумы усилителя определяются в основном активными элементами (электронными лампами, транзисторами) входных каскадов. Если сравнивать по шумам УНЧ на лампах и на транзисторах, то при равных условиях первые пока превосходят большинство транзисторных. И только путем схемных усложнений, применением новых активных элементов, например полевых транзисторов, добиваются высоких результатов. Совершенно естественно, что стоимость таких усилителей велика.

Уровень собственных шумов УНЧ влияет на его динамический диапазон (измеряется в децибелах). По этому показателю судят, можно ли данный усилитель использовать в системе высококачественного звукоусиления.

Динамический диапазон оценивают как отношение величин максимальной мощности полезного сигнала при заданных нелинейных искажениях и мощности собственных шумов усилителя.

ФАКТОР ДЕМПФИРОВАНИЯ

Часто можно слышать «Хорошая система, но на «низких» звучит, как «бочка», или «бубнит», В чем тут дело?

Диффузор громкоговорителя (излучатель) вместе с подвеской и звуковой катушкой представляет собой колебательную систему с определенным временем затухания. Если после того как со звуковой катушки снят возбуждающий импульс, диффузор долго не «успокаивается», громкоговоритель начинает звучать наподобие «бочки».

Чтобы сократить время затухания колебаний диффузора, громкоговоритель демпфируют. В частности, его звуковую катушку шунтируют выходным сопротивлением УНЧ. Естественно, чем оно ниже, тем лучше демпфирование. Его величина оценивается коэффициентом, или фактором демпфирования. У лучших образцов ламповых усилителей он достигает 20— 30, у транзисторных — 100 и более.

ТОНКОМПЕНСИРОВАННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ГРОМКОСТИ

Казалось бы, слуховой аппарат человека достаточно совершенен, и нет необходимости помогать ему. А выходит — не совсем так. Чувствительность человеческого уха зависит от частоты, особенно на малых уровнях громкости. Чем меньше громкость звука, тем хуже оно воспринимает низшие и высшие частоты. И если регулятор громкости УНЧ не имеет искусственной компенсации по низшим и высшим частотам, создается ложное впечатление завала этих частот при снижении уровня громкости.

Поэтому в регуляторах с тон-компенсацией одновременно с изменением громкости меняется и их частотная характеристика в соответствии с так называемыми кривыми равной громкости (они приведены в справочной литературе). Если фактические характеристики регулятора отличаются от идеальных на 7—10%, то принято считать, что такой регулятор спроектирован правильно.

РЕГУЛИРОВКА ТЕМБРА

Как часто, слушая музыку, мы говорим: «Хорошо бы «высоких побольше», — или: «Прибавьте «низких»…» Тем самым мы просим изменить тембр звучания аппаратуры: сделать его для нас приятным или более естественным. И действительно, простым поворотом ручек мы изменяем в определенных пределах звучание системы.

Но иногда все же таким образом не удается достичь хорошего, на наш взгляд, звучания, Чтобы разобраться в этом вопросе, надо представлять, как действуют регуляторы тембра. Прежде всего сколько их должно быть? Сейчас общепризнано — не менее двух: по низким и по высоким частотам.

Ссылаясь на различные акустические показатели громкоговорителей и помещений, ряд зарубежных фирм считает, что бытовая аппаратура высокой верности воспроизведения может иметь 3, 4, 5 и больше регуляторов тембра. По-видимому, их точка зрения правильна. Но наличие нескольких регуляторов усложняет разработку, изготовление и эксплуатацию усилителя. Только человек с хорошим слухом или специальной подготовкой в состоянии объективно воспользоваться подобными регуляторами.

Ясно теперь стремление многих конструкторов проектировать УНЧ, у которых частотная характеристика изменяется принудительно в зависимости от характера программы. Например, «Речь», «Джаз», «Соло», «Оркестр» и др.

На вопрос, какова должна быть глубина регулировки тембра, однозначно тоже ответить трудно. Большинство промышленных УНЧ, отечественных и зарубежных, имеют пределы регулирования ±12—15 дБ. Тогда как радиолюбители часто снабжают свои конструкции регуляторами тембра с глубиной ±20 и даже 25 дБ! Почему так происходит? Что же, показатели промышленных высококачественных УНЧ ниже любительских? Все дело в том, что первые предназначены для работы с акустическими колонками также промышленного изготовления, имеющими вполне определенные и к тому же высокие характеристики. В этом случае речь идет только о компенсации частотных потерь, возникающих в помещении. Регулировки, превышающие по глубине ±15 дБ, здесь и не нужны. К тому же при большой глубине тембра появляются дополнительные искажения на частоте раздела. Вспомните: регуляторы тембра, осуществляя подъем одного участка частотного диапазона, «заваливают» другой. Следовательно, компенсация потерянного усиления влечет за собой и дополнительные искажения.

Вот основные характеристики высококачественных стереоусилителей:

Полоса воспроизводимых частот, Гц……………………………………………20—20000

Неравномерность частотной характеристики по напряжению, дБ….±1,5—2

Коэффициент нелинейных искажений, %……………………………………..1

Выходная мощность, Вт……………………………………………………………….20—25

Динамический диапазон, дБ…………………………………………………………60—65

Уровень шумов, дБ………………………………………………………………………70

Коэффициент демпфирования……………………………………………………..20

Глубина регулировки тембра, дБ: на частоте 50 Гц……………………….±15

на частоте 15 кГц………………………………………………………………………..±15

Отклонение фактических характеристик

компенсированного регулятора громкости от идеальных, %…………..7—10

Ю. КРАСОВ, инженер