Анонс

ВЫХОДНЫЕ ЦЕПИ И РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ФИЛЬТРЫ
В обычных УНЧ среднего класса такого звена вообще нет. Гром­коговоритель (или громкоговорители) подключается непосредственно ко вторичной обмотке единственного выходного трансформатора без каких бы то ни было дополнительных деталей, не считая, разве, обычного штепсельного разъема. В усилителях Hi-Fi техники выходные цепи нередко представляют со­бой развернутую систему коммутации сигнала с переключателями, разъемами, длинными цепями (5—15 м), а иногда и с набором пере­ключаемых фильтров, корректирующих частотную характеристику электроакустического агрегата. ... Далее...
ХАРАКТЕРИСТИКИ И КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТРАКТА В ЦЕЛОМ И ЕГО ОТДЕЛЬНЫХ ЗВЕНЬЕВ
Hi-Fi - ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЗВУКОВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

Сквозные характеристики тракта складываются из характери­стик его отдельных звеньев. Характеристики некоторых из них (на­зовем их условно неуправляемыми звеньями) являются вполне опре­деленными, однозначными. Изменить их бывает очень трудно или даже невозможно. Характеристики других звеньев (управляемых), напротив, легко поддаются изменению и могут быть сделаны любы­ми по нашему желанию.

Примером первых могут служить акустические характеристики помещения, в котором происходит звуковоспроизведение (среды «Б»): коэффициенты отражения и поглощения звука и их частотный ход, время реверберации, наконец, площадь, форма, объем помеще­ния. Примером вторых являются частотные характеристики, коэф­фициент усиления, выходная мощность усилительного тракта.

 

Поскольку перед нами в конечном итоге всегда стоит задача получения некоторых оптимальных для данного случая характери­стик всего тракта в целом, то гибкость характеристик управляемых звеньев и их количественные пределы должны позволять в какой-то мере компенсировать недостатки характеристик неуправляемых звеньев.

Характеристики неуправляемых звеньев на практике оказыва­ются исключительно разнообразными и меняются от случая к слу­чаю в очень широких пределах. Поэтому и характеристики управ­ляемых звеньев должны быть также довольно гибкими.

Прежде чем переходить дальше к конкретному рассмотрению характеристик  Hi-Fi техники, представляется полезным высказать несколько общих соображений. Дело в том, что до сих пор тер­мин «High Fidelity» и схожие с ним по смыслу русские названия «аппаратура   высококачественного   звучания»,   «аппаратура   ВВВ» (высокой верности воспроизведения), «широкополосные НЧ уста­новки» не выражали каких-либо конкретных, четко ограниченных характеристик или параметров (тем более, связанных между собой определенным образом), а просто предполагали, что такая аппара­тура чем-то выгодно отличается от обычной радиовещательной аппа­ратуры, причем у этой последней также не имелись в виду какие-то конкретные параметры.

Отсутствие конкретности в определении терминов Hi-Fi, BBB виниловых пластинок и им подобных породило произвольность толкования понятия «вы­сокое качество звучания», в связи с чем представляется целесооб­разным внести ясность в этот вопрос.

Автор понимает, что такая «ясность» может явиться лишь ре­зультатом широкого обсуждения этого вопроса большим кругом специалистов. Тем не менее, он считает возможным предложить свою точку зрения как исходную для такого обсуждения.

Итак, если принять условно, что Hi-Fi техника в любых случаях должна быть лучше (во всяком случае не хуже) массовой серийной радиовещательной аппаратуры, в том числе и первого класса, по каждому из параметров, то. вероятно, нетрудно составить такую таблицу (табл. 1), которая определит минимальные требо­вания к Hi - Fi аппарату.

Таблица 1

Допустимая величина коэффициента нели­нейных искажений, включая громкоговори­тели, %, в области частот:

а) до 200 Гц

б) свыше 200 гц

 

3,0

2,0

Выходная мощность, Вт, при допустимых значениях к.н.и. на частотах:

а) до 5 кГц

б) выше 5 кГц

 

10,0

4,0

Неравномерность частотной характеристики коэффициента передачи тракта, дБ:

а)  по напряжению

б)  по звуковому давлению

 

±2,0

±10,0

Динамический диапазон, дБ:

а) сквозной

б) электрического тракта

 

50,0

66,0

Отклонение фактических кривых тонкомпенсации при регулировании громкости   от идеальных кривых равной громкости, %

±15

Количество независимых участков полной полосы пропускания, регулируемых от­дельными регуляторами тембра

2

Глубина регулировки тембра на частотах, соответствующих внешним границам регу­лируемого участка спектра, дБ

±16

Ширина полосы пропускания   всего  тракта, Гц

40-20000

Взаимное влияние регуляторов тембра   на граничной частоте, дБ

±2,0

Число полосных (частичных) трактов

2—4

Эта таблица является некоторой усредненной, составленной по данным действующих ГОСТ на отечественную радиовещательную аппаратуру, фактическим данным серийных радиоприемников, таб­личным (справочным) данным зарубежной  Hi-Fi техники широкого потребления, а также по ее фактическим характеристикам. Вполне понятно, что данные, приведенные в таблице, нуждаются в уточнении.

При рассмотрении таблицы сразу бросается в глаза наличие ря­да новых параметров, не оговариваемых для обычной НЧ аппара­туры. Это объясняется тем, что резкое повышение требований к ка­честву звучания заставляет обычные характеристики доводить до такого совершенства, что при этом уже становятся существенными и те характеристики, о которых для посредственных аппаратов не приходилось и говорить.

И в то же время цифры, приведенные в табл. 1, сейчас уже не являются предельными, обеспечивающими идеальное качество зву­чания. Напротив, как уже указывалось выше, это лишь тот нижний предел, который позволяет провести грань между обычной и высо­кокачественной НЧ аппаратурой.

Уже сейчас имеется ряд аппаратов, параметры которых значи­тельно превосходят указанные в табл. 1, причем диапазон многих параметров таков, что вполне уместным становится вопрос о разде­лении всего многообразия устройств Hi-Fi техники в свою очередь по край­ней мере на два класса, один из которых можно условно назвать «стандартный Hi-Fi класс», а второй — «экстра-класс».

Такое разделение будет тем более правомерно, что в ближай­шие годы Hi-Fi техника будет неуклонно совершенствоваться, и многие из сегодняшних «высококачественных» аппаратов в даль­нейшем окажутся обычными, стандартными.

Если согласиться с таким разделением (разумеется, что назва­ния для этих классов или групп совершенно условны и не принци­пиальны), то будет логично приведенные в табл. 1 параметры «стан­дартного Hi-Fi класса» определить численно и для «экстра-клас­са». Такие ориентировочные значения приведены в табл. 2.

Таблица 2

Полоса пропускания, Гц

а) электрического тракта

б) сквозная (по звуковому давлению)

 

10—50000

20—25 000

Неравномерность частотной характеристики коэффициента передачи тракта, дБ:

а) по напряжению

б) по звуковому давлению

 

±2,0

±6,0

Выходная мощность при допустимых значе­ниях к.н.и., Вт на частотах:

а) до 5 кГц

б) выше 5 кГц

 

25,0

10,0

Допускаемая величина коэффициента нели­нейных искажений, включая громкогово­рители, % в области частот:

а) до 200 Гц

б) выше 200 Гц

 

1,5

0,5

Динамический диапазон, дБ:

а) сквозной

б) электрического тракта

 

60

80

Отклонение фактических кривых тонкомпенсации при регулировании громкости от идеальных кривых равной громкости, %

7,0

Количество независимых участков полной полосы пропускания, регулируемых от­дельными регуляторами тембра

4

Глубина регулировки тембра иа частотах, соответствующих внешним границам всей полосы пропускания тракта, дБ

±20,0

Глубина регулировки остальных регулято­ров тембра, дБ

±15,0

Взаимное влияние регуляторов тембра на граничной частоте (частоте раздела), дБ

±1,0

Число полосных трактов:

а) для монофонических установок

б) для стереофонических установок

 

3

4

Ряд характеристик, приведенных в таблицах, такие как полоса пропускания, коэффициент нелинейных искажений, выходная мощ­ность, отличаются от аналогичных характеристик обычных систем только количественно, поэтому мы не будем на них останавливать­ся. Другие же характеристики полезно рассмотреть более подробно.

Динамический диапазон — один из важнейших пока­зателей, характеризующих вещательный сигнал и качество тракта. Различают динамический диапазон сигнала и дина­мический диапазон тракта.

Музыканты, говоря о динамике исполнения того или иного про­изведения, имеют в виду размах, широту громкостей звучания, от самого тихого звучания (пианиссимо) до самого громкого (фортис­симо). В соответствии с этим художественным понятием появился технический термин — динамический диапазон вещательного сигна­ла. Под ним понимают отношение максимальной мощности, разви­ваемой за время данного исполнения музыкальным ансамблем или одним исполнителем, к минимальной мощности. Принято выражать динамический диапазон в логарифмических единицах — децибелах:

В электрическом тракте отношение мощностей может быть за­менено квадратом отношения соответствующих напряжений:

Сигнал с большим динамическим диапазоном подвергается в усилительном тракте различным искажениям. При больших мощ­ностях возрастают нелинейные искажения. Слабые сигналы будут «замаскированы» шумами тракта. Поэтому вводят понятие динами­ческого диапазона тракта — отношение наибольшей выходной мощности тракта при заданных нелинейных искажениях к мощности шу­мов и фона (в той же точке тракта). Динамический диапазон трак­та также обычно выражают в децибелах.

Очевидно, что даже самые тихие звуковые сигналы не должны идти с той же громкостью, что и шумы, а должны значительно превосходить их. Поэтому динамический диапазон тракта на 10— 20 дБ должен быть больше динамического диапазона передаваемо­го по нему сигнала.

Поскольку тракты с большим динамическим диапазоном стоят дороже, в технике вещания принято ограничивать различными ис­кусственными путями естественный динамический диапазон испол­няемых произведений. Чаще всего для этого прибегают к ручной регулировке электрического сигнала, производимой особо подготов­ленным оператором — звукорежиссером. Очевидно, что при этом частично снижаются художественные достоинства передаваемого или записанного сигнала. В некоторых случаях удается улучшить качество воспроизводимого сигнала с помощью особых автоматиче­ских регуляторов — расширителей (экспандеров).

Тонкомпенсированиое регулирование громко­сти является обязательным для любых систем Hi-Fi. Чувстви­тельность человеческого слуха не зависит от частоты лишь при больших громкостях. По мере уменьшения громкости чувствитель­ность к звукам низших — высших частот падает, что субъективно приводит к потере низкочастотных и высокочастотных составляю­щих сигнала. Поэтому для равного ощущения громкости на различ­ных частотах при уменьшении ее абсолютной величины необходимо, чтобы частотная характеристика регулятора изменялась в зависимости от уровня сигнала по определенному закону, известному под названием «кривые равной громкости». Эти кривые довольно точно установлены и имеются в справочной литературе.

Создать регулятор громкости с плавной регулировкой, имеющий частотную характеристику, точно соответствующую кривым равной громкости, очень трудно, поэтому табл. 1 предусматривает отклоне­ние фактических характеристик регулятора от идеальных на ±15% для систем «стандартного Hi-Fi класса». Для систем «экстра-клас­са» табл. 2 предусматривает более жесткие нормы.

Количество регуляторов тембра для обычных НЧ трактов, как правило, не превышает двух. Мы сохранили это мини­мальное количество и для систем «стандартного Hi-Fi класса. Однако два регулятора тембра («высших» и «низших» частот) не могут обеспечить формирование всех нужных сквозных частотных характеристик тракта, т. е. делают систему недостаточно гибкой для компенсации всех искажений, возникающих в неуправляемых звеньях тракта.

Поэтому для систем «экстра-класса» приходится предусматри­вать не менее четырех плавных регуляторов тембра и, кроме того, ступенчатый регулятор, обеспечивающий получение нескольких ти­повых характеристик типа «Джаз», «Концерт», «Интим», «Речь» и др.

Фактор демпфирования определяется нами как отно­шение выходного сопротивления усилителя ко входному сопротивле­нию громкоговорителя, подключенного к усилителю. Эта величина, несущественная для посредственных систем, приобретает очень важ­ное значение для Hi-Fi техники. Физическая сущность демпфирова­ния заключается в том, что выходное сопротивление усилителя шун­тирует громкоговоритель и тем самым предотвращает или сводит к минимуму свободные колебания излучателя звука после окончания возбуждающего импульса.

Идеально демпфированный излучатель должен совершенно безынерционно возбуждаться любым электрическим НЧ сигналом в пределах рабочей полосы частот и полностью прекращать колеба­ния немедленно после снятия сигнала.

Разумеется, на практике никакая механическая система (в том числе и громкоговорители) не может быть безынерционной, поэтому после снятия сигнала колеблющаяся диафрагма (конус) громкого­ворителя еще некоторое время продолжает совершать колебания, но уже не с частотой сигнала, а иа частоте собственного механиче­ского резонанса, т. е. акустическая система помимо полезного сигна­ла создает дополнительный, собственный «призвук», который, безу­словно, искажает подлинность передачи.

Частота собственного механического резонанса у мощных низ­кочастотных громкоговорителей лежит обычно в диапазоне 30— 100 Гц, поэтому отсутствие демпфирования приводит к так называ­емому «бубнению».

Чтобы устранить свободные колебания системы, необходимо увеличить ее затухание. Одним из способов увеличения затухания является шунтирование колебательной системы малым активным сопротивлением. Таким шунтом для громкоговорителей служит выходное сопротивление усилителя. Для получения эффективного демпфирования нужно уменьшать выходное сопротивление усилите­ля, что, в частности, достигается увеличением его выходной мощно­сти, а также применять громкоговорители с большим электрическим сопротивлением или включать их последовательно.

Условия неискаженного усиления и воспроизведения низкочас­тотных и высокочастотных составляющих звукового спектра в зна­чительной степени противоречивы. Противоречивость этих условий возрастает с увеличением номинальной мощности усилителя и гром­коговорителя. Легче получить малые частотные и нелинейные искажения в том случае, если для передачи и воспроизведения сигнала с широким спектром разделить этот спектр на две и более полос, а усиление и воспроизведение вести с помощью нескольких усили­телей и громкоговорителей.

Число полос монофонического Hi-Fi тракта должно быть не меньше двух. Соответственно для стереофонического звуковос­произведения понадобится два двухполосных усилительных тракта и два акустических звуковоспроизводящих агрегата, также двухполосных.

Лишь простейшие стереофонические установки могут содержать два широкополосных тракта, однако и в этом случае электрический сигнал каждого тракта с помощью фильтров должен быть направ­лен к двум излучателям: низкочастотному и высокочастотному. В стереофонических системах «экстра-класса» каждый из стереотрактов должен быть разделен на два или три частичных тракта для от­дельных полос спектра.

Относительно частот разделения спектра пока что нет единого мнения. Так, при разделении спектра на два участка (наиболее рас­пространенный случай) ряд авторов рекомендует выбирать границу раздела в области 600—1 000 Гц, другие же рекомендуют в качестве граничной частоту в диапазоне 3 000—5 000 Гц.

Очевидно, этот вопрос будет разрешен со временем, когда нако­пится достаточный опыт эксплуатации многополосных систем. Пока же можно лишь утверждать, что частота раздела не должна ле­жать ниже 800 Гц или выше 4 кГц.

Рассмотренными параметрами, разумеется, не исчерпывается характеристика Hi-Fi тракта, но ограниченный объем книги не поз­воляет рассмотреть тракт более подробно. Однако приведенных данных достаточно для того, чтобы представить себе требования, которые, по нашему мнению, должны предъявляться к системам высококачественного звуковоспроизведения.