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...
ВИДЫ ИСКАЖЕНИЯ В HI-FI ТРАКТЕ
Hi-Fi - ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЗВУКОВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

Искажения в Hi-Fi.

Смысл высокой верности воспроизведения по своей сути состоит в передаче сигнала от источника информации к его потребителю по возможности, без каких бы то ни было искажений. Иными словами, слушатель в своей комнате в идеальном случае должен восприни­мать звучание оркестра таким же, каким он воспринимал бы его непосредственно в концертном зале.

И вот именно в самой постановке этой задачи и кроется ответ на вопрос о сущности искажений. Дело в том, что если бы мы да­же и сумели идеально воспроизвести акустический сигнал в сре­де «Б», слушатель сразу бы отличил этот сигнал от подлинного, потому что акустические свойства среды «Б» всегда будут иными, нежели свойства среды «А».

 

А это означает, что если мы все же хотим, чтобы субъективное восприятие слушателя в среде «Б» было таким же, как и в сре­де «А», необходимо, чтобы среда «Б» не вносила никаких изменений в воспроизводимый сигнал. Это возможно в двух случаях: либо среда «Б» является ничем не ограниченной, т. е. открытым простран­ством, либо преграды, ограничивающие среду «Б», идеально погло­щают звук, т. е. не дают отражений. Для обеспечения высокой вер­ности воспроизведения в реальных условиях совершенно необходи­мо сознательно и определенным образом изменять частотные харак­теристики звеньев тракта или, другими словами, сознательно вносить в тракт искажения.

Простейшим примером подтвердим сказанное. Пусть одно из звеньев тракта имеет частотную характеристику со спадом на выс­ших частотах. Если в каком-либо другом звене ввести частотные искажения противоположного характера, то таким путем можно исправить сквозную частотную характеристику тракта.

Таким образом, далеко не всякие искажения следует считать искажениями в буквальном смысле слова. Поэтому, когда речь идет о  Hi-Fi технике, полезно договориться о том, что считать искажениями. Мы, в частности, предлагаем следующие определения:

1) вредные изменения параметров электрического и акустиче­ского сигналов, приводящие к нарушениям подлинности звучания в конце тракта, называются искажениями;

2) полезные, искусственно создаваемые или получающиеся не­произвольно отклонения параметров сигнала внутри тракта от ис­ходных, приводящие к получению субъективно идеального звучания у слушателя в конце тракта, называются корректисами  (т. е. корректирующими искажениями).

Разумеется, как предложенные названия, так и сама идея раз­деления искажений на «вредные» и «полезные» являются своего ро­да вольностью автора, поэтому их надо рассматривать лишь как условно принятые исключительно в пределах данной книги и не претендующие на общее употребление. Если читателю не понравит­ся слово «корректисы», он может заменить его на «полезные иска­жения» или любое другое по своему усмотрению, хотя, по мнению автора, выражение «полезные искажения» содержит в себе смысло­вое противоречие.

Таким образом, нелинейные искажения в тракте, приводящие к появлению в воспроизводимом сигнале гармоник и комбинацион­ных частот, мы будем считать искажениями, а изменения частотной характеристики тракта схемой тонкомпенсации при регулировании громкости, приводящие к сохранению субъективно равной громко­сти звука на всех частотах, будем считать корректисами, а не иска­жениями.

Кроме того, предлагается ввести еще одно новое понятие, ко­торое условно можно назвать значимость искажений. Де­ло в том, что далеко не вес виды искажений одинаково существен­ны для достоверного воспроизведения звука, и, кроме того, одни и те же по абсолютной величине искажения оказывают на слух совсем не одинаковые воздействия в зависимости от содержания информации, ее спектра, абсолютного уровня сигнала, условий слу­шания и т.п.

Поэтому мы и предлагаем те или иные искажения оценивать не только по абсолютной величине, но и по их «значимости» в дан­ных конкретных условиях.

После принятия всех этих условий и оговорок попробуем рас­смотреть подробнее вопрос об искажениях в Hi-Fi технике. Наибо­лее существенны нелинейные искажения и искажения сигнала па­разитными компонентами, отсутствующими в исходном сигнале (фон, наводки, микрофонный эффект, шумы ламп н транзисторов, самовозбуждение усилителя на инфразвуковых и ультразвуковых частотах и т. п.), частотные искажения, искажения динамического диапазона.

Частотные искажения неизбежны практически в любом звене тракта. Наиболее типичны три типа частотных искажений:

1) спад высших частотных составляющих спектра ввиду шун­тирующего действия паразитной емкости монтажа, распределенной межвитковой   емкости   трансформаторов, емкостей   сетка-катод   и анод-катод ламп, и спад составляющих низких частот ввиду увели­чения   реактивного   сопротивления   переходных   конденсаторов   и уменьшения индуктивного сопротивления обмоток трансформаторов на низших частотах;

2) спады и подъемы частотной характеристики коэффициента передачи на высших и низших частотах ввиду отрицательной и по­ложительной паразитных обратных связей по монтажу и цепям пи­тания, я также подъемы и спады частотной характеристики в узких частотных областях из-за резонансных явлений;

3) резкое увеличение неравномерности сквозной частотной ха­рактеристики тракта из-за большого числа пиков и провалов на час­тотной характеристике громкоговорителей.

Искажения первого рода наиболее легко устранимы с помощью корректис, создаваемых реактивными частотно-зависимыми делите­лями RC (реже LC), поскольку эти искажения монотонно возрас­тают от середины звукового диапазона к обоим его краям.

Правда, такое «исправление» характеристики всегда достигает­ся ценой потери усиления на величину, равную приблизительно удвоенному (в дБ) значению спада характеристики в наихудшей точке. На рис. 4 приведены типичные схемы ячеек и звеньев для формирования корректис такого рода и соответствующие частотные характеристики.

Hi Fi техника - Простейшие корректирующие цепочки

Рис. 4.

Простейшие корректирующие цепочки

а — для подъема коэффициента передачи на высших частотах; б — для подъ­ема коэффициента передачи на низших частотах; в— для одновременного подъема коэффициента передачи на высших и низших частотах; г — для избирательного подъема частотной характеристики коэффициента передачи.

Искажения второго рода легче предотвратить, чем устранить. Для этого, прежде всего требуются продуманная конструкция уси­лителя и коммутирующих устройств, рациональный монтаж, тщательное экранирование узлов и деталей, между которыми возможны индуктивные и емкостные связи, устройство хороших фильтров в цепях питания.

Кроме того, не следует злоупотреблять в усилителе цепями об­ратной связи, особенно если при этом какой-либо каскад оказывает­ся охвачен двумя или более самостоятельными цепями обратной связи.

Наконец, пики и провалы резонансного типа устраняются либо путем шунтирования резонансных систем, либо сдвигом частоты ре­зонанса в ту или другую сторону. В последнем случае резонансные пики на характеристике используются как корректисы для компенса­ции провалов характеристики в другом месте путем соответствую­щей перестройки резонансной системы.

Возникновение в усилителе положительной обратной связи при­водит в отдельных случаях к самовозбуждению усилителя на инфразвуковых, звуковых или ультразвуковых частотах.

Неравномерность сквозной частотной характеристики тракта, вызываемую «многопиковым» характером излучения громкоговори­телей, к сожалению, нельзя устранить полностью никакими способа­ми, в том числе и корректисами, однако общая неравномерность ха­рактеристики акустической системы уменьшается с увеличением ко­личества громкоговорителей в системе.

Частотные искажения наиболее заметны при прослушивании звучаний с широким спектром (симфонические и большие эстрадные оркестры, джазовые ансамбли), меньше — при речевых передачах, сольном мужском пении под гитару, при воспроизведении электро­музыки,   не  имитирующей   какие-либо  музыкальные  инструменты.

Нелинейные искажения при проигрывании виниловых пластинок практически всегда ухудшают качество звучания, и к тому же музыкально тренированное ухо в состоянии фиксировать нелинейные искажения при к. н. и. порядка 2—3%, а на чистом тоне — и того меньше. Поэтому даже для Hi-Fi техники стандартного  класса к.н.и. должен быть ограничен величиной порядка 2%.

Нелинейные искажения возникают в основном в следующих звеньях тракта (в порядке убывания их значимости): громкоговори­тели, мощные оконечные каскады УНЧ, фазоинверторы и предоконечные или предмощные каскады (драйверы).

Каскады предварительного усиления и трансформаторы (в том числе и выходные) при грамотном конструировании и тщательном выполнении создают незначительные нелинейные искажения.

Возникшие нелинейные искажения практически уже неустрани­мы, поэтому ни в коем случае не следует допускать их возникнове­ния. Для снижения нелинейных искажений применяют неполное использование оконечного каскада по мощности и отрицательную обратную связь, однако мы рекомендуем радиолюбителям во всех случаях, независимо от других способов и параллельно с ними, ме­тод окончательной электрической регулировки тракта в целом по ми­нимуму нелинейных искажений на его выходе.

Сущность метода состоит в том, что полностью собранный и от­регулированный по всем параметрам тракт включают на воспроиз­ведение чистого тона от звукового генератора, имеющего коэффи­циент нелинейных искажений на один порядок ниже предусмотрен­ного для данного тракта, устанавливают уровень сигнала, при котором выходная мощность несколько больше номинальной, на­пример 1,2 Рном, и измеряют коэффициент нелинейных искажений на выходе тракта. Далее, не выключая усилителя, заменяют пооче­редно резисторы автоматического смещения, анодных и коллектор­ных нагрузок, питания экранирующих сеток, базовых делителей ре­гулировочными переменными резисторами и, изменяя их сопротив­ление на ±5...15% от первоначального, наблюдают за показаниями измерителя нелинейных искажений, поддерживая неизменной выход­ную мощность.

Если изменение сопротивления регулировочного переменного ре­зистора приводит к уменьшению искажений, нужно найти положение его движка, которое соответствует минимальным искажениям. После этого надо измерить получившееся сопротивление и заменить переменный резистор постоянным. Заменяя поочередно перечислен­ные резисторы переменными и подбирая их оптимальные сопротив­ления, в динамическом режиме добиваются минимально возможных нелинейных искажений тракта в целом.

Если при указанной выходной мощности нелинейные искажения окажутся в начале или в конце регулировки исчезающе малыми, нужно увеличить выходную мощность (т. е. увеличить напряжение сигнала на входе усилителя) до полученных заметных по прибору искажений. Более подробно этот вопрос будет рассмотрен в гл. 3.

Нелинейные искажения громкоговорителей нельзя снизить ника­кой регулировкой, поэтому для  Hi-Fi техники громкоговорители необходимо подбирать индивидуально и не использовать их на пол­ную мощность. Как это делается, мы расскажем в разделе «Акустические системы».

Искажения динамического диапазона существуют во всех систе­мах передачи звука (исключение составляют системы звукоусиле­ния крупных залов, например зала Дворца съездов в Москве, зала «Октябрьский» в Ленинграде).

По ряду причин (прежде всего экономических) естественный динамический диапазон, достигающий 60—70 дБ, при радиовещании или звукозаписи сужают до 35—40 дБ (отношение напряжений 56— 100 раз).

Искажения этого рода таковы, что если в системе полностью отсутствуют иные искажения, то слушатель затрудняется ответить, чем воспроизводимый звук отличается от естественного, хотя всегда обнаружит такое отличие. Чаще всего говорят, что воспроизводимый звук представляет собой «типичный радиозвук».

Наряду с рассмотренным искажением передачи громкости зву­кового сигнала, характеризуемым как сжатие динамического диапа­зона, существует иное искажение. В силу недостаточной звукоизо­ляции наших квартир мы в домашних условиях не можем воспро­изводить музыкальные записи с громкостью, соответствующей есте­ственной громкости их исполнения в студии, концертном зале или зале оперного театра. В домашних условиях мы воспроизводим му­зыкальные записи с заниженной против естественной громкостью. Происходит так называемое смещение уровней вниз. Вследствие особенностей нашего слуха это приводит к относительной по­тере «низов» и «верхов», т. е. к частотным искажениям. Поэтому при воспроизведении с пониженной громкостью необходимо поднимать частотную характеристику коэффициента передачи тракта на низ­ших и высших частотах и тем больше, чем тише воспроизводит­ся звук.

В начале книги было оговорено, что название Hi-Fi предпола­гает высокую верность воспроизведения звука, т. е., иными словами, звук, воспроизводимый в среде «Б», в идеальном случае ничем не должен отличаться для слушателя от звука в среде «А» (в студии, концертном зале).

Для этого, прежде всего, необходимо, чтобы в тракте отсутство­вали искажения динамического диапазона. Если отбросить передаю­щую сторону тракта (а именно так мы договорились в самом на­чале книги), то оказывается, что уже сейчас возможно создавать звуковоспроизводящие системы с динамическим диапазоном поряд­ка 60—70 дБ, что позволяет точно воспроизводить соотношения громкостей тех музыкальных программ, естественный динамический диапазон которых не превосходит соответственно 50—60 дБ.

К сожалению, на сегодня подавляющее большинство самих источников сигнала, которыми может воспользоваться радиолюби­тель, имеет ограниченный динамический диапазон (порядка 40— 50 дБ), поэтому для воссоздания естественного звучания приходит­ся прибегать к расширению динамического диапазона.

Введение в тракт таких корректис хотя и искажает информа­цию, заложенную в. источнике сигнала, но зато приближает воспро­изводимый звук к естественному, т. е. учитывает и компенсирует те искажения динамического диапазона, которые возникли в про­цессе записи натурального сигнала на носитель в силу несовершен­ства записывающей аппаратуры.

Значимость искажений динамического диапазона в воспроизво­дящем тракте тем выше, чем больше динамический диапазон звуча­ния подлинного источника — оркестра, хора и т. п.

Расширение динамического диапазона требует уменьшения уровня фона и шумов усилителя и создания значительного запаса по мощности.

В этом свете становится понятным стремление ведущих зару­бежных фирм выпускать бытовую Hi-Fi технику с УНЧ, имеющими выходную мощность 2х30, 2х60 и даже 2х120 Вт. По этой же причине в Hi-Fi усилителях (и особенно в экстра-уси­лителях) приходится идти на значительные усложнения схемы, что­бы снизить уровень фона и собственных шумов усилителя до вели­чины— 70—80 дБ (по отношению к максимальному уровню сигнала).