3.3. Усилители и корректоры сигналов низкой частоты
К преобразователям аналоговых сигналов относятся усилители сигналов звуковой частоты, эквалайзеры, цифровые сигнальные процессоры и анализаторы спектра. Последние могут быть оформлены в виде отдельных блоков, но чаще всего они входят в состав усилителя и оформляется вместе с ним в одном корпусе.
Усилители сигналов низкой (звуковой) частоты
Усилители выполняются на активных приборах, предназначенных для усиления напряжения, тока и мощности. К ним относятся радиолампы, транзисторы и микросхемы.
Аппаратура на радиолампах имеет ряд недостатков, и важнейшими из них являются громоздкость, низкая надежность, невысокий КПД. Это послужило причиной полного вытеснения радиоламп полупроводниковыми приборами. Однако, добиться такой же чистоты и прозрачности звука, какой был свойственен аппаратуре на радиолампах, до сих пор не удалось. Поэтому в продаже вновь появились усилители мощности на радиолампах: дорогие, громоздкие, неэкономичные, но зато с высоким качеством усиления. Они пользуются спросом у меломанов и любителей Hi-END звука.
Массовые усилители, в том числе достаточно высококачественные, конструируются на более дешевых и распространенных транзисторах и специализированных интегральных микросхемах. Транзисторные усилители являются более эффективными, поскольку они более экономичны, обладают большей мощностью и более высокой надежностью. Кроме того, усилители на транзисторах имеют множество дополнительных сервисных устройств.
Параметры усилителей
Потребительская ценность усилителей определяется их способностью обеспечивать необходимую мощность электрических сигналов, максимальный рабочий диапазон частот с минимальным уровнем нелинейных искажений, возможностью усиливать стереофонические и квадрафонические сигналы и корректировать их амплитудно-частотную характеристику.
К основным параметрам усилителя, характеризующим эти свойства, относятся: коэффициент усиления, номинальная выходная мощность, динамический диапазон, частотный диапазон, чувствительность, коэффициент нелинейных искажений, переходное затухание между каналами, а также соотношение сигнал/шум.
Коэффициент усиления представляет собой отношение выходного напряжения усилителя к его входному напряжению. Обычно коэффициент усиления выражают в децибелах.
Номинальная выходная мощность усилителя обычно определяется как наибольшая мощность сигнала с частотой 1 кГц, при которой коэффициент гармоник достигает значения не более 1%.
Максимальная мощность усилителя определяется при возрастании коэффициента нелинейных искажений до 5 или 10 %. Эта мощность характеризует предельную энергетику усилителя, на которую должна быть ориентирована и максимальная мощность колонок. Если мощность колонок будет заметно ниже, то при случайной перегрузке усилителя колонки могут выйти из строя. Значение такой мощности дополняется аббревиатурой RMS.
Динамический диапазон усилителя характеризуется отношением крайних значений напряжения (максимального и минимального) уровней сигналов, внутри которых усилитель работает без перегрузки. Различают динамический диапазон по входным сигналам и динамический диапазон по выходным сигналам. Первый - это отношение максимального входного сигнала, при котором усилитель работает без искажений, к минимальному уровню сигнала на входе усилителя. Второй определяется аналогично по выходным сигналам. Отношение первого ко второму называется коэффициентом сжатия.
Частотный рабочий диапазон усилителя определяется частотными границами АЧХ при заданной в дБ неравномерности. Полоса частот от 20 до 20.000 Гц с неравномерностью в пределах ± 3 дБ является для большинства аудиофилов идеальной.
Чувствительность усилителя определяется минимальным значением входного напряжения, при котором на выходе усилителя получается номинальная неискаженная выходная мощность.
Коэффициент нелинейных искажений усилителя (коэффициент гармоник). Нелинейные искажения проявляются в том, что на выходе усилителя появляются новые частоты (гармоники), которых не было во входном сигнале. Отношение суммы выходных напряжений всех высших гармоник, возникающих в результате нелинейных искажений, к выходному напряжению основной частоты называется коэффициентом нелинейных искажений. Нелинейные искажения измеряют в процентах от амплитуды исходного сигнала. Существует следующая градация: 1% - плохо; 0,1 - норма; 0,01 - чисто, класс Hi-Fi; 001 - чисто, прозрачно, класс Hi-End
Переходное затухание - это степень ослабления сигнала, проникающего из одного канала в другой, поэтому, чем больше эта величина, тем выше качество усилителя.
Соотношение сигнал/шум (динамический диапазон усилителя) – это отношение напряжения (в дБ) на выходе (Uн) при его номинальной мощности к напряжению всех шумов (Uш):
D = 20 log (U н / U ш)
Считается, что если динамический диапазон находится на уровне 90-120 дБ, то это высококачественный усилитель, если 70-80 дБ, то это усилитель умеренного качества.
Усилители могут иметь различные эксплуатационные удобства:
плавную и ступенчатую регулировку усиления;
индикаторы уровня выходного сигнала и перегрузки. Индикаторы могут быть выполнены в виде стрелочного прибора или в виде люминесцентного дисплея;
возможность подключения головных телефонов;
сенсорное управление;
дистанционное управление;
регуляторы тембра или эквалайзер;
регулятор стереобаланса, позволяющий перераспределять выходную мощность между колонками;
систему преобразования стереофонического звучания в псевдоквадрафоническую, например: Dolby Pro Logic Surround (система пространственного звучания, разработанная японской фирмой Долби).
Система Dolby Pro Logic Surround является одной из систем, позволяющих передавать многоканальную информацию по двум стереофоническим каналам.
В основу системы положено:
кодирование исходной многоканальной информации и создание на её основе двух каналов;
декодирование двухканальной информации и получение из неё, кроме основных стереофонических, дополнительно ещё трех новых каналов: центрального и двух задних боковых.
Многоканальная система позволяет отчетливо прослушивать звуки от источников, находящихся в любом направлении от зрителя и слушателя, в том числе и сзади. Для реализации такой системы необходимы усилитель со специальным процессором Logic Surround и пять АС. Система Dolby Pro Logic Surround находит применение для акустического оформления домашнего кинотеатра.
Классификация
и ассортимент усилителей
По ГОСТ 24388-88 усилители подразделяют:
1. По конструктивным признакам на предварительные усилители, усилители мощности и полные или интегральные усилители.
2. По характеру звучания на монофонические, стереофонические и квадрафонические.
Предварительные усилители применяются в комплекте с усилителями мощности и относятся к классу элитных. Основное назначение предварительных усилителей - обеспечить стандартное напряжение на входе усилителя мощности, примерно, на уровне 0,5-1 В, независимо от того, какие источники звуковых сигналов будут подключены к его входам. У разных источников низкочастотных сигналов уровень напряжения колеблется от 0,1 мВ до 300 мВ:
Предусилитель имеет входы для подключения одновременно магнитофона, СD-плеера, тюнера, звукоснимателя, 1-2 универсальных входа, могут быть и оптические разъемы как на входе, так и на выходе. У предусилителя есть гнезда для подключения эквалайзера, а также цифрового сигнального процессора DSP. В отдельных моделях усилителей они встроены в его корпус. В предусилителе имеются ручки для регулировки громкости, тембра и стереобаланса.
Усилители мощности. Усилители мощности предназначены для доведения мощности, поданной с предусилителя, до необходимого уровня. Объединение предварительного усилителя и усилителя мощности в одном корпусе в высококачественной аппаратуре нецелесообразно, так как они создают друг для друга электрические помехи.
Усилители мощности могут быть выполнены в виде моноблоков отдельно для каждого канала, в виде стереофонических, а также многоканальных усилителей.
Моноблоки обычно используются для многоканальных систем звуковоспроизведения, например, для домашних кинотеатров или для аудиосалонов. Каждый моноблок рассчитан на один канал усиления. Для обеспечения стереофонического звучания необходимы два моноблока, для системы Dolby Pro Logic Surround необходимы 5 моноблоков.
Моноблок высокого класса может обеспечить усиление мощности сигнала до уровня 150 и более Вт. АС такой мощности в состоянии озвучить помещение площадью до 1500 м2. Рабочая полоса частот может простираться от 10 Гц до 100 кГц, т.е. от инфразвуковых до ультразвуковых частот. Неравномерность АЧХ составляет в аппаратуре уровня Hi-Fi всего 2-3 дБ. Коэффициент нелинейных искажений обычно составляет – 0,05 %, а отношение сигнал/шум - 116 дБ (шумы ослабляются более, чем 100000 раз). Масса таких усилителей обычно – 5 - 6 кг.
Стереофонические усилители мощности намного дешевле двух моноблоков, поэтому распространены гораздо шире.
Многоканальные усилители мощности используются любителями для создания звукового сопровождения для недорогих домашних кинотеатров, а также широко используются в эстрадных ансамблях, где ко входу каждого канала подключается отдельный музыкальный инструмент.
Пример 3.3.
Полный усилитель PMA-1055RG. Фирма Denon
Р
егуляторы
тона В.Ч. /Н.Ч. Есть
Тонкомпенсация Есть
Аудиовход 6
Аудиовыход 3
Подключение двух пар АС Есть
Прямой тракт Есть
Цвет Шампань
Частотный диапазон 5 Гц - 100 КГц
Соотношение сигнал/шум(CD) 107 дБ
Общие гармонические искажения 0.01 %
Габаритные размеры (В*Ш*Г) 14*43*35 см
Номинальная мощность(4 Ом) 65 Вт
ДУ Есть
Моторизованное управление громкостью Есть
Максимальная потребляемая мощность 185 Вт
Вес 10 кг
Полные усилители. Полные или интегрированные усилители объединяют в одном корпусе предварительный усилитель сигналов с усилителем мощности и блоком питания. От других типов усилителей отличаются своей компактностью и завершенностью. Примером может быть недорогой и довольно популярный усилитель Rotel RA 921 (ценовая категория - до $250). Его номинальная выходная мощность составляет 25х2 Вт. Коэффициент нелинейных искажений - 0,03%. Полоса звуковых частот от 2 до 20000 Гц. Отношение сигнал/шум - 78 дБ. Полный усилитель для рядового слушателя является наиболее приемлемым
В наиболее качественных усилителях наряду с аналоговыми имеются и цифровые оптические разъемы для подсоединения к выходу проигрывателей компакт-дисков или к цифровому магнитофону. Цифровые сигналы, поступающие в усилитель по световолоконному кабелю, преобразуются в аналоговые сигналы, подвергаются усилению и затем уже воспроизводятся АС. Использование оптического кабеля полностью исключает электромагнитные помехи на отрезке пути от источника цифровых сигналов к усилителю.