Учет и движение сотрудников по отделу кадров ТЭАКТ

2 Специальная часть

 

 

2.1 Характеристики усилителей

 

К основным характеристикам  усилителя мощности звуковой частоты  относятся:

1. Выходная мощность;

2. Частотный диапазон;

3. Коэффициент гармонических искажений;

4. Отношение сигнал / шум;

5. Демпинг-фактор (или коэффициент демпфирования).

 

Дополнительно могут  указываться:

1. Коэффициент интермодуляционных  искажений;

2. Скорость нарастания выходного  напряжения;

3. Перекрестные помехи.

 

Разумеется, в паспорте присутствуют и немаловажные эксплуатационные характеристики:

1. Напряжение питания;

2. Максимальная потребляемая мощность;

3. Масса;

4. Габаритные размеры.

 

 

2.1.1 Основные характеристики усилителя мощности звуковой частоты

 

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 (рисунок 2.1).

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.

 

Рисунок 2.1 - График зависимости коэффициента нелинейных искажений от выходной мощности для усилителя, работающего в  классе АВ

 

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.

В настоящее время  выпускаются усилители номинальной  мощностью от единиц до нескольких тысяч ватт. Достойными представителями  мощных усилителей являются модели Inter-M V-3000, Q-3300 (2х1650 Вт при нагрузке 2 Ом на канала) и V-4000, Q-4300 (2х2100 Вт при нагрузке 2 Ом на канал). Несмотря на высокую выходную мощность, их габариты соответствуют стандартному 19” оборудованию, высота составляет лишь 88 мм, а масса менее 12 кг.

 

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(рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Пример графика зависимости  нормированного коэффициента усиления от частоты сигнала.

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. Такими великолепными техническими показателями обладают, например, усилители Live серии компании Inter-M, - L-800, L-1400, L-1800, L-2400 и L-3000. 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(рисунок 2.3).

 

Рисунок 2.3 - Нелинейные искажения гармонического сигнала. КНИ=0,3%.

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 — 200-400. Современные усилители высокого класса имеют значение этого параметра 200 и выше.

 

 

2.1.2 Дополнительный характеристики

 

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.