Уже давно активно дискутируется проблема — почему одни системы дают чистый и красивый звук, в то время как другие звучат гораздо хуже, дают сильные искажения и иногда даже раздражают слушателя. Часто простые со схемотехнической точки зрения приборы звучат приятнее, чем сложные, запутанные многокаскадные системы.
Причину этого не всегда легко обнаружить, особенно в тех случаях, когда при использовании стандартных измерительных устройств обе системы оказываются одинаково хорошими. Я сознательно пишу “система”, а не “усилитель”, так как совершенно недостаточно заниматься только усилителями, а среди них — только усилителями мощности. Усилители необходимо рассматривать вместе со звуковыми колонками; взаимовлияние усилителя и громкоговорителей оказывает существенное воздействие на передаточную характеристику.
Необходимо помнить о выходном импедансе усилителя, который “вмешивается” в ход частотной характеристики и в демпфирование переходных процессов. Очень часто слабым звеном является не сам усилитель звука, а электромеханический преобразователь (динамик, звукосниматель, микрофон). Качество звучания зависит также и от того, каковы размеры и форма помещения, в котором звучит музыка, каковы его звукопоглощающие или отражающие свойства.
Основная цель, которой мы стремимся достичь — чтобы воспроизводимый звук был как можно ближе к исходному, естественному звучанию. При прослушивании музыки мы будем тем больше забывать о том, что звучит “механизм”, чем меньше будут мешать этому различные технические причины. Воспроизводящее устройство должно ничего не добавлять (насколько это возможно) к исходному звучанию, а также ничего из него не убирать.
Для усилителя это означает, что выходной сигнал должен буквально повторять входной. Такое повторение означает, что прибор, например, проигрыватель CD или усилитель звука, не имеет “собственного” характерною звучания, не имеет “индивидуальности”, как ее имеет, например, скрипка старого мастера (мы пока не говорим о звуковых колонках).
Жизнь показывает, что среди звукотехников очень распространены многие антинаучные теории — причем как среди технически необразованных любителей Hi-Fi, так и среди специалистов. В наши дни очень широкое распространение получили современные суеверия, которые, к сожалению, поддерживаются средствами массовой информации и которым очень верят.
В подтверждение своих теорий любители Hi-Fi очень часто ссылаются не на измерения, а на пробные прослушивания собственными ушами. Однако при субъективной оценке результатов прослушивания мы попадаем на не очень “твердую” почву. Одним людям кажется одно, другим — другое. Индивидуальные вкусы значительно различаются. Даже в случае одного и того же человека нет гарантии того, что одна и та же мелодия будет казаться звучащей всегда одинаково.
На вынесение суждения о качестве звучания существенное влияние оказывает состояние в момент прослушивания, настроение и т.д. По моему мнению, при прослушивании двух или более устройств выше некоторого определенного уровня качества, право на существование имеет только т.н. и слепой тест”. Полученные этим способом результаты могут быть приняты и считаться достаточно объективными.
При “слепом тесте” участники опыта не знают и даже не догадываются, какая из размещенных за занавесом установок звучит в данный момент. Поскольку “созерцание” установок не влияет на сопоставление, можно исключить предвзятость. Если в ходе опыта меняются колонки, это также должно осуществляться за занавесом. Естественно, занавес должен быть тонким, “прозрачным” для звука.
Участники должны один и тот же номер или его часть прослушивать неоднократно, раз за разом. Если сравниваются две установки, то рекомендуется четырехкратное прослушивание — дважды на одной установке и дважды на второй. Очередность прослушивания должен определить случай. Может случиться, что участникам придется слушать дважды подряд одно и то же. Для того чтобы они не начали, руководствуясь длиной паузы, строить догадки, произошла ли какая-либо замена или же снова будет звучать та же установка, длины пауз должны быть одинаковыми.
Необходимо строго следить за тем, чтобы громкость всегда была одинаковом; ее следует предварительно точно измерить (с помощью измерительного микрофона) и отметить положение регулятора громкости. Многие люди склонны считать лучшим то устройство, которое звучит громче. После прослушивания участники по очереди должны вынести решение — имеются ли какие-либо различия в звучании и в чем они заключаются.
Они должны не стесняться откровенно сказать, если кто-то таких различий не заметил. Возможно, что в обоих случаях устройства оказались одинаково хорошими или одинаково не понравились. В последнем случае причиной может быть и “несовершенство” мелодии. Окончательная оценка должна производиться с помощью законов статистики. Если какой-либо из участников дал противоречивые оценки, оценивая выше один раз одно устройство, а другой раз — второе, необходимо считать, что он не обнаруживает различий в этих устройствах. Его оценка — чистый плод воображения.
Для уменьшения ошибки желательно использовать для прослушивания побольше участников. Увеличивает надежность оценки и проведение многократных прослушиваний с изменением очередности. При повторении эксперимента слушатели должны изменять свое положение друг относительно друга так, чтобы один и тот же человек не находился все время в одной и той же точке акустического пространства. И, наконец, полученные результаты необходимо усреднить, после чего выяснится, имеется ли какая-либо однозначная тенденция в оценке, превосходящая ошибки измерения.
Существует мнение, что материал жил звукочастотного кабеля динамика, их серебрение, материал изоляции, якобы, сильно сказываются на качестве звучания. Это основательно мистифицирует проблемы, связанные с этим кабелем. Ну кто, сколько-нибудь сведущий в электронике и технике передачи сигналов, поверит, что на чистоту звучания может оказывать влияние материал сетевого кабеля усилителя, его длина, скрученность и т.п.? А между тем, я сам читал об этом в попавшейся мне в руки газете “любителей Hi-Fi”. Тем, кто утверждает такое, я порекомендовал бы провести “слепой тест” в контролируемых условиях; думаю, это многим помогло бы покончить со всевозможными фантазиями и плодами воображения.
В чем суть проблемы с кабелем динамика? Сопротивление кабеля (общее сопротивление обеих жил) должно быть гораздо меньше импеданса колонок (в основном, во избежание потерь мощности). Если кабель имеет общее сопротивление 0,1 Ом. его можно считать достаточно хорошим для колонки 4 Ом; кабель с сопротивлением 0,2 Ом — для колонки 8 Ом. Получено ли такое значение серебрением жил или утолщением медных жил, по моему мнению, абсолютно безразлично. Конечно, серебро имеет меньшее удельное сопротивление, чем красная медь (0,0163 и 0,0178 Ом • мм²/м).
Материал изоляции входит здесь в “игру” только в связи с тем обстоятельством. что емкость кабеля должна быть такой малой, чтобы импедансом нагрузки 4 Ом или 8 Ом можно было пренебречь по сравнению с емкостным импедансом кабеля. В качестве примера возьмем очень плохой кабель с емкостью 1000 пФ; тогда его емкостной импеданс даже на частотах вблизи 20 кГц будет все еще около 8000 Ом. что в тысячу раз больше импеданса колонки, и им конечно можно пренебречь.
Но обычно емкость звукочастатного кабеля среднего качества значительно меньше. А поэтому сформулированное выше условие нетрудно выполнить и без использования каких-либо особых изолирующих материалов. Согласно измерениям, обычный дешевый плоский кабель с парой медных жип 2×0,75 мм² в белой пластмассовой изоляции имеет емкость 50 пФ на единицу длины. Следовательно, емкость такого кабеля со средней длиной в 3 м равна всего лишь 150 пФ, а его сопротивление — 0,14 Ом. Если используется колонка 4 Ом, или же нужен более длинный кабель, необходимо выбрать кабель с более толстыми жилами (2×1 или 2×1,5 мм²).
У кабелей, которые используются для передачи сигналов, очень полезно скручивать обе жилы друг с другом. У витого кабеля магнитные поля двух жил взаимно компенсируются; такой кабель менее чувствителен к внешним электромагнитным полям, и, в свою очередь, сам он создает меньше помех. Естественно, и звукочастотному кабелю не повредит, если обе его жилы будут скручены вместе. Тогда тем более непонятно, почему иногда возникают помехи такой величины, что они становятся слышимыми. Чаще всего оказывается, что помехи обусловлены воздействием на провода, которые не скручены или не экранированы.
Однако, вследствие высоких уровней сигналов и низкой величины импеданса, звуковой кабель сам по себе редко таит какую-либо опасность. Необходимо обратить внимание и еще на одну действительно существенную деталь — на качество подключения кабеля, т.е. на проходное сопротивление разъемов. Это особенно важно потому, что здесь очень часто протекают большие токи. Для получения низкого значения сопротивления в этих местах, должна быть достаточная площадь соприкосновения контактирующих элементов и соответствующая величина прижимного давления.
Естественно, обращать внимание нужно на оба конца кабеля — на конец, подключаемый к усилителю, и конец, подключаемый к громкоговорителю. Теперь о проблеме с сетевым питанием. Чувствительные слаботочные устройства, в первую очередь радиоприемники, но и некоторые маломощные звукочастотные устройства (магнитофоны, проигрыватели, предусилители, микрофонные усилители) чувствительны к сетевым помехам. Поэтому оказывается полезным использование заградительных сетевых фильтров.
Помогает снизить сетевые помехи и экран между первичной и вторичной обмотками сетевого трансформатора (сделанного профессионально!). Защита от этих помех становится еще надежнее, если одновременно используются и заградительные фильтры, и экранирование. Естественно, очень важное значение имеют и конструкция самого прибора, его внутренняя структура, внутренние экраны и т.п. Усилители мощности, поскольку они обычно имеют дело с высокими уровнями сигнала, менее чувствительны к сетевым помехам. Естественно, и здесь не повредят заградительные фильтры, однако чаще всего их использование не оправдано.
Как правило, оконечные каскады работают от нестабилизированного блока питания. Потребление тока оконечными каскадами, работающими в классе В или АВ. сильно колеблется в зависимости от величины выходного сигнала. Хорошо, если блок питания имеет малое внутреннее сопротивление, поскольку в таком случае при пиковых значениях сигнала напряжение питания уменьшается не слишком сильно. По этой же причине очень благоприятно действует буферный конденсатор большой емкости, который работает как аккумулятор энергии, помогая блоку питания отдавать в течение коротких промежутков времени пиковые токи (помимо того, что он еще осуществляет сглаживание пульсаций).
Таким образом, напряжение питания оконечного каскада колеблется в больших или меньших пределах в зависимости от величины выходного сигнала, снижаясь при пиковых его значениях. Создает ли это какие-либо иные проблемы, помимо того что будет снижаться пиковая выходная мощность усилителя? Например, мы сможем получить не 100 Вт, а 70…80 Вт. Однако если не достигать таких пиковых мощностей, то до тех пор пока усилитель не перегружается, единственным следствием изменения уровня выходного сигнала будет колебание напряжения питания, что не создает никаких искажений. Т.е., если усилитель не перегружается, изменений напряжения питания можно не замечать, поскольку усилители хорошо “переносят” такие изменения (это одна из характеристик качества усилителя).
Как правило, усилители не любят “рева” на максимальной мощности. Естественно, напряжение питания предварительных каскадов, которые управляют оконечным, должно быть отделено от напряжения питания оконечного каскада, стабилизировано, и иметь собственные фильтры. На него не должны влиять колебания напряжения питания оконечного каскада. В худшем случае такое влияние может привести к низкочастотному плаванию звука или к “иканьям” в пиках громкости.
Любители Hi-Fi зачастую намеренно не устанавливают системы токоограничения и защиты от короткого замыкания в своих усилителях, считая, что они вызывают искажения. Однако, если схема токоограничения хорошо спроектирована, она вступает в действие только вблизи максимума управляющего сигнала, где начинает обрезать пики сигнала, действительно приводя к искажениям. Но ведь для этой работы она и предназначена! Любой усилитель, который перегружается, искажает звук. До тех пор пока входной сигнал остается ниже уровня ограничения, пиковые величины выходного тока не достигают максимально допустимого значения, и хорошая схема защиты ведет себя так, как если бы ее вообще не было, и, естественно, не приводит ни к каким искажениям.
Как известно, отрицательная обратная связь — это не совсем то “чудесное” средство, с помощью которого можно по желанию как угодно уменьшать все искажения. Можно убедиться на опыте, что когда коэффициент обратной связи (петлевое усиление) превышает определенный предел, субъективно качество звучания уже больше не улучшается, а, скорее, даже ухудшается. Однако, в принципе, отрицательная обратная связь оказывает положительное влияние. Согласно теории, чем глубже обратная связь, тем больше поведение усилителя определяется цепью обратной связи и тем меньшее значение имеют характеристики самого исходного усилителя. Чаще всего в качестве цепи обратной связи используется резисторный делитель, а резисторы обычно не вызывают заметных искажений (за исключением случаев, когда их сопротивление нестабильно, зависит от напряжения или от температуры).
Имеется много причин тому, что на практике обратная связь работает не совсем так, как требует теория. При теоретическом рассмотрении отрицательной обратной связи предполагается, что сигнал обратной связи находится точно в противофазе входному сигналу, т.е. что фазовый сдвиг точно равен 180°, и, кроме того, что усилитель бесконечно быстрый, так что никаких запаздываний не возникает. На практике же эти условия выполняются только приблизительно. Из-за возникающих фазовых сдвигов (главным образом, вблизи границ полосы пропускания) сигнал обратной связи оказывается не точно в противофазе входному, так что обратная связь оказывается не совсем отрицательной. Кроме того, процессы в усилителе не протекают бесконечно быстро; сигнал обратной связи несколько запаздывает, что приводит к переходным и интермодуляционным искажениям.
Учитывая все эти факты, “закоренелые Hi-Fi-сты” впадают в другую крайность. Они конструируют усилители, из которых полностью “изгнана” обратная связь — под тем предлогом, что она вредная. Однако необходимо все же не забывать, что для любого усилителя, пригодного для “чего-либо” с точки зрения качества звучания, существует оптимальное значение величины обратной связи. Хороший со схемотехнической точки зрения усилитель с сильной отрицательной обратной связью, не приводящей к вредным побочным эффектам, будет в конечном счете давать меньше различных искажений, чем усилитель без обратной связи.
