Анонс

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ
Усилители низкой частоты в общем тракте  Hi-Fi техники являются, пожалуй, единственным звеном, все характеристи­ки которого сравнительно легко могут быть сделаны лучше, чем это предусматривается требованиями на весь тракт. Сегодня — это един­ственное звено, которое может иметь характеристики «экстра-класса». Объясняется это не тем, что УНЧ — самое простое звено в трак­те, а большими возможностями в варьировании схемными и конст­руктивными решениями, наличием широчайшего ассортимента усили­тельных элементов, высококачественных трансформаторных сталей и, главное, очень большим опытом конструирования усилителей. ... Далее...
МЕТОДЫ ОБЪЕКТИВНОЙ И СУБЪЕКТИВНОЙ ОЦЕНОК ПАРАМЕТРОВ Hi-Fi ТРАКТА В ЛАБОРАТОРНЫХ И ЛЮБИТЕЛЬСКИХ УСЛОВИЯХ
Hi-Fi - ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЗВУКОВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

Существуют два разных метода оценки качества звуковоспро­изводящей аппаратуры. Первый из них—объективный — заключает­ся в строгом численном определении всех отдельных параметров и характеристик аппарата. В отношении УНЧ, например, это означает снятие частотных и амплитудных характеристик, измерение чувстви­тельности, уровня фона и шумов, выходной мощности и т. д.

По этим строгим цифровым данным легко отнести усилитель к тому или иному классу, можно сравнивать его с другими усили­телями, но нельзя ответить на одно и то же время самый важный вопрос: как будет звучать звуковоспроизводящая установка с этим усилителем в данном помещении.

 

Дело здесь совсем не в том, что качество звучания зависит не только от усилителя, но и от громкоговорящего агрегата, и от поме­щения для прослушивания, и от целого ряда других факторов. Без­условно, каждый из этих факторов является в одинаковой степени определяющим качество звучания, и большинство этих факторов можно точно учесть, измерить, сравнить, т. е. оценить объективно.

И, тем не менее, даже два совершенно одинаковых по парамет­рам и характеристикам устройства всегда отличаются друг от друга характером звучания, не говоря уже о разных конструкциях устройств одного и того же класса.

Для звуковоспроизводящей Hi-Fi техники дело обстоит точно таким же образом, что и для музыкальных инструментов — в каждой из них всегда заключена своя неповторимая особенность, которую нельзя практически не только измерить или оценить, но даже в большинстве случаев невозможно точно опре­делить.

Именно поэтому при сравнении или определении класса каче­ства тех или иных систем звуковоспроизведения наряду с объектив­ной оценкой обязательно проводят также испытания систем непо­средственно на качество звучания, т. е. оценивают систему субъективно по тому впечатлению, которое система производит на слу­шателя.

На первый взгляд может показаться, что такая оценка всегда будет неточной, необъективной, поскольку каждый слушатель вос­принимает одно и то же звучание по-разному. И, тем не менее, су­ществуют математически строгие методы, например статистические, позволяющие сделать субъективную оценку строгой и однозначной. Мы подробнее рассмотрим эти методы несколько позже, но сначала вернемся к методам объективной оценки.

Для объективной оценки тракта необходимо расчленить его на отдельные звенья, каждое из которых подвергается точным измере­ниям с помощью соответствующей аппаратуры. Результаты измере­ний обязательно фиксируют в виде протоколов, таблиц и графиков, а затем сравнивают с величинами, предписанными стандартами, тех­ническими условиями или нормами.

Это позволяет либо определить, к какому классу можно отнести данный аппарат или узел, либо выяснить, какие из характеристик аппарата следует изменить и в какую сторону, чтобы после этого аппарат можно было отнести к некоторому конкретному классу.

Многим может показаться, что такая скрупулезность и формаль­ность ни к чему, когда речь идет о радиолюбительской аппаратуре: чего удалось достичь, то и хорошо. Однако такой подход совершен­но исключает разговор об аппаратуре высококачественного звуковос­произведения.  Hi-Fi технику нельзя получить только повторе­нием, даже самым безукоризненным, какого-нибудь описания. Пара­метры любого узла  Hi-Fi техники и всего тракта в целом обязатель­но должны быть индивидуально «доведены» до некоторых, твердо установленных значений, причем такое доведение должно быть жест­ким и неукоснительным, без каких-либо скидок на «радиолюбитель­ство». Только в этом кроется залог успешного создания Hi-Fi си­стемы.

Настоящий параграф посвящен только методам оценок парамет­ров тракта, поэтому здесь нет возможности остановиться на спосо­бах доведения тех или иных параметров тракта до требуемых зна­чений. По мере возможности эти вопросы будут рассмотрены в последующих главах.

Итак, метод объективной оценки. По существу это не что иное, как совокупность электрических и акустических измерений. Здесь нужно, прежде всего, выделить те звенья тракта, в которых совер­шенно необходимо произвести измерения. К таким звеньям относят­ся датчик-преобразователь сигнала на входе тракта, УНЧ со всеми входящими в него системами и звеньями тракта, и, наконец, акусти­ческий преобразователь на выходе тракта.

Датчик-преобразователь сигнала в радиолюбительской практике звуковоспроизведения может представлять собой либо микрофон, либо граммофонный звукосниматель, либо магнитофонную головку, а в более редких случаях — адаптер какого-нибудь музыкального инструмента.

Микрофон в радиолюбительской практике по существу почти никогда не используется для записей в системе Hi-Fi. Это объяс­няется тем, что для получения музыкальной записи совершенно не­обходимо, чтобы среда «А» представляла собой хорошо оборудован­ную студию. Редчайшее исключение составляет случай, когда нуж­но с высокой верностью записать и сохранить чей-нибудь голос или музыкальное исполнение на одиночном инструменте.

Во всех этих случаях необходимо применить радиовещательный микрофон, а единственным объективным фактором его качества яв­ляется заводской паспорт и частотная характеристика. Проверить соответствие фактических характеристик микрофона паспортным в любительских условиях нет никакой возможности, да и в лаборато­рии такая проверка требует сложной и громоздкой аппаратуры и специально оборудованного помещения.

Снять характеристики звукоснимателя в любительских условиях возможно, однако для этого совершенно необходимо иметь испыта­тельные пластинки, рассчитанные на соответствующую скорость вра­щения, по возможности новые.

Без испытательной пластинки измерения, к сожалению, невоз­можны. Техника измерений довольно проста. К выходу звукоснима­теля подключают милливольтметр с высокоомным входом без допол­нительных звеньев, кроме эквивалента нагрузки, соответствующего входному сопротивлению усилителя тракта.

Установив звукосниматель на виниловую пластинку, определяют и записы­вают выходные напряжения, соответствующие разным частотам. Позже по полученным значениям строят график частотной характе­ристики звукоснимателя.

Далее к звукоснимателю подключают измеритель нелинейных искажений и таким же образом определяют величины коэффициен­та нелинейных искажений звукоснимателя на разных частотах. Чув­ствительность звукоснимателя оценивается величиной выходного на­пряжения на частоте 1 000 Гц при заданной амплитуде записи

Магнитофонную воспроизводящую головку проверяют с по­мощью измерительных лент. Существуют ленты для измерения уси­ления и частотной характеристики воспроизводящего тракта магни­тофона, измерения сквозных характеристик магнитофона, проверки положения рабочих зазоров головок, измерения коэффициента не­равномерности движения ленты. Для каждого номинала скорости воспроизведения существуют свои измерительные ленты, причем точные, истинные характеристики головки можно получить лишь в том случае, если фактическая скорость протяжения измерительной ленты относительно испытуемой головки точно соответствует номи­налу скорости.

Техника измерения может быть такой же, как и в случае звуко­снимателя, однако лишь в тех случаях, когда минимальный выход­ной сигнал головки превышает 0,1 мВ. В противном случае для из­мерений потребуется специальный, согласованный по входу и по вы­ходу усилитель с горизонтальной частотной характеристикой в пре­делах рабочей полосы частот головки. Его можно собрать иа одном ламповом триоде или транзисторе. Перед измерением головки долж­на быть снята частотная характеристика этого усилителя. Характе­ристика головки будет разностью частотных характеристик головки вместе с усилителем и одного усилителя. Во всех случаях при изме­рениях с головкой необходимо обеспечить тщательное экранирование всех переходов.

Объективная оценка акустической системы сводится к измере­нию ее полного входного электрического сопротивления на частоте 1 000 Гц, определению частоты собственного механического резонан­са, наличия призвуков и дребезжаний во всем рабочем диапазоне частот, проверке синфазности всех громкоговорителей системы. Эти, хотя и неполные, измерения могут и должны быть произведены да­же в любительских условиях.

Остальные объективные измерения — снятие частотной характе­ристики и коэффициента нелинейных искажений по звуковому дав­лению, оценка к. п. д. системы и определение номинального звуково­го давления — могут быть произведены только в специально оборудованных лабораториях. Подробнее о технике измерений будет рас­сказано в гл. 4.

Объективные измерения УНЧ наиболее хорошо знакомы радио­любителям. Обязательными для Hi-Fi усилителей любого класса являются следующие измерения:

1) снятие частотных характеристик усилителя в целом при че­тырех разных положениях регуляторов тембра и громкости (широкая и низкая полосы при максимальном положении регулятора громкости и широкая и узкая полоса при минимально возможном положении регулятора громкости);

2) определение нестабильности усиления на частоте 1 000 Гц при вращении регуляторов тембра из одного крайнего положения в дру­гое и при переключении фиксированных регуляторов тембра;

3) определение комплексного выходного сопротивления усили­теля и фактора демпфирования для данной конкретной нагрузки;

4) измерение чувствительности на частоте 1 000 Гц для всех вхо­дов и режимов использования;

5) измерение коэффициента нелинейных искажений  при  номи­нальной и максимальной выходной мощностях на реальной нагруз­ке на частотах 40, 60, 80, 120, 200, 400, 1 000 Гц, 2, 4, 6 и  10 кГц;

6) измерение уровня собственных шумов и фона усилителя;

7) определение динамического диапазона усилителя;

8) определение глубины регулировки каждого из регуляторов тембра.

Для стереофонических усилителей производят ряд дополнитель­ных измерений, из которых важнейшими являются определение вели­чины переходного затухания между каналами, степени перекрестной модуляции, глубины регулировки стереобаланса, а также степени идентичности одноименных характеристик разных каналов.

Для субъективной оценки тракта звуковоспроизведения производят одиночные и коллективные прослушивания испы­туемой установки, при этом программа произведений для прослуши­вания подбирается особо с учетом их динамического диапазона, частотных границ, оркестрового состава и ряда других факторов.

Прослушивание промышленной аппаратуры обычно производят в помещении с определенными акустическими свойствами. В радио­любительских условиях правильнее производить прослушивание в том помещении, для которого аппаратура предназначается. В этом случае при субъективной оценке будут выявлены все акустические особенности помещения и то, как эти особенности были учтены при конструировании и налаживании системы.

Методик субъективной оценки звуковоспроизводящей аппарату­ры существует немало. Суть их сводится к тому, что несколько слу­шателей (чем больше, тем точнее оценка) в совершенно одинако­вых условиях слушают одну и ту же программу и оценивают качество звучания по какой-нибудь, например пятибалльной, цифровой системе.

При этом каждый слушатель должен оценить не просто общее впечатление от системы, а целый ряд конкретных параметров. К та­ким параметрам в первую очередь относятся наличие пространствен­ного впечатления (т. е. впечатления звуковой перспективы), прозрач­ности звучания (возможности различить звучание отдельных инст­рументов в общем ансамбле), музыкального равновесия (оценка соответствия громкости отдельных инструментов, групп инструмен­тов или голосов солистов и хора), правильного воспроизведения тембра отдельных инструментов и певческих голосов, наличие или отсутствие мешающих звуков (шума и фона аппаратуры, хрипов, треска и др.).

Для того чтобы такая оценка в то же время была достаточно объективной и единообразной, полезно каждому слушателю заполнить особую таблицу измерений.

Субьективная оценка не является самоцелью, а нужна для вы­явления наиболее «слабых» мест тракта. Если, например, при про­слушивании все или большинство слушателей отметили наличие «бубнения» на низких частотах, значит после субъективных измере­ний следует снова произвести необходимые объективные измерения, которые позволяют выявить причины названного дефекта.

В нашем примере такими дополнительными объективными изме­рениями должны быть точное определение резонансной частоты, ве­личины подъема частотной характеристики и ширины участка с подъемом в области собственного резонанса Hi-Fi акустической системы в целом, величина фактора демпфирования, проверка отсутствия пиков в электрической частотной характеристике УНЧ на частотах, соответствующих механическим резонансам   акустической   системы.

После выявления и устранения всех дефектов, отмеченных при субъективных испытаниях, полезно повторить прослушивание.

Субъективные испытания могут дать нужные результаты толь­ко в том случае, когда все слушатели достаточно хорошо разбира­ются в вопросах качества звучания, а музыкальная программа для прослушивания подобрана правильно. Это означает, что в програм­ме для прослушивания должны быть произведения разных жанров, содержащие самые разнообразные сочетания музыкальных инстру­ментов, а также сольные вокальные (мужские и женские) испол­нения.

Кроме того, необходимо, чтобы источник сигнала и датчик-пре­образователь на входе тракта были, по крайней мере, того же класса, что и испытуемый тракт.

В программе испытания стереофонических устройств должны быть дополнительные элементы, позволяющие выявить эти особен­ности испытуемого тракта (например, эффект перемещения источни­ка звука или определенность положения различных инструментов в пространстве). Нужно подчеркнуть, что поскольку здесь речь идет о  Hi-Fi технике, субъективные испытания тракта даже в любительских условиях нужно рассматривать как необходимое зве­но в комплексной оценке тракта.

В заключение этого раздела необходимо остановиться на изме­рительной аппаратуре, используемой для объективных испытаний. Дело в том, что привычная и широко распространенная среди радио­любителей промышленная и самодельная измерительная низкочастот­ная аппаратура в большинстве случаев непригодна для измерений в тракте даже «стандартного Hi-Fi класса», не говоря уже об аппа­ратах «экстра-класса».

Такие общеизвестные приборы, как милливольтметр ЛВ-9 (МВЛ-2) или звуковой генератор ЗГ-10, которыми оснащены боль­шинство радиоклубов, нельзя использовать при регулировке Hi-Fi усилителей, поскольку первый из них имеет полосу частот всего от 50 Гц до 10 кГц, а второй имеет коэффициент нелинейных искажений порядка 0,7%.

Ясно, что с такой аппаратурой нельзя регулировать УНЧ, рабо­чая полоса которого равна 20—20 000 Гц, а к.н.и. не превышает 1%. Поэтому надо всегда осторожно относиться к различным журналь­ным описаниям усилителей с полосой свыше 30 кГц и к. н. и. менее 1%, поскольку далеко не все авторы таких описаний располагают возможностью достоверно измерить эти величины.

Из этого вовсе не следует, что такие усилители нельзя создать. В последней главе этой книги приведены описания Hi-Fi усилителей, сконструированных автором и имеющих полосу частот от 5—10 Гц до 150—200 кГц и к.н.и. менее 0,5%. Эти результаты получены и про­верены многократным повторением отдельных конструкций и дейст­вительно достоверны.

Речь идет об аппаратуре, с помощью которой такие измерения следует производить. Наша отечественная промышленность выпуска­ет сейчас практически полный комплект измерительной аппаратуры, необходимой для низкочастотных измерений.

Обращаем внимание радиолюбителей на то, что далеко не все из них являются универсальными. Так, например, звуковые генера­торы типов ГЗ-47 и ГЗ-39 имеют нижнюю границу генерируемых частот 0,01 Гц, т. е. позволяют снимать нижнюю часть частотных ха­рактеристик любого звена Hi-Fi техники, даже экстра-класса, однако их верхняя граница составляет 20 и 11 кГц соответственно.

Генераторы ГЗ-44, ГЗ-35 и ГЗ-51, наоборот, имеют верхнюю гра­ницу порядка 100—200 кГц, однако нижняя граница составляет 10 Гц для первого из них и 20 Гц — для второго и третьего.

Но это еще не все. Если для снятия частотных или амплитуд­ных характеристик годится комплект из двух разных генераторов, то для измерения нелинейных искажений могут быть использованы только ГЗ-35 н ГЗ-51, у которых собственный к.н.и. не превышает 0,05% для первого и 0,3% для второго. Все остальные генераторы, включая перечисленные выше новейшие широкополосные, для этого вида измерений непригодны, так как имеют собственный к.н.и. по­рядка 2%.

Таким образом, прежде чем начинать любые измерения в Hi-Fi технике, нужно подобрать и найти всю необходимую измерительную аппаратуру. Мы рекомендуем радиолюбителям следующие приборы:

1) вольтметр типа ВЗ-6. Позволяет измерять переменные сину­соидальные напряжения в пределах от 0,15 мВ до 200 В. Частотный диапазон измеряемых напряжений от 0 Гц до 1,0 МГц;

2) анализаторы гармоник типов С5-3 и С5-ЗА. Предел измере­ний по частоте исследуемого сигнала от 10 Гц до 20 кГц;

3) измеритель нелинейных искажений типа С6-1А. Частотный диапазон измеряемых напряжений от 20 Гц до 20 кГц. Пределы изме­рения к.н.и. от 0,1 до 100%, к.н.и. собственного генератора НЧ не превышает 0,1%, а встроенный вольтметр имеет диапазон измеряе­мых напряжений от 1 мВ до 100 В, что позволяет использовать этот прибор как универсальный комплект (генератор НЧ, вольтметр и из­меритель коэффициента нелинейных искажений);

4) низкочастотный генератор качающейся  частоты типа XI-22 позволяет непосредственно видеть на экране частотную характери­стику измеряемого аппарата. Прибор совершенно незаменим  при снятии серий частотных характеристик,  как,   например,  семейства кривых тонкомпенсированного регулятора громкости,   регуляторов тембра, кланг-регистров и т. п. Частотный диапазон прибора от 20 Гц до 20 кГц;

5) звуковой генератор типа ГЗ-39. Частотный диапазон от 0,01 Гц до 11 кГц, к.н.и.=2%, выходное напряжение регулируется в преде­лах от 9 мВ до 10 В;

6)  звуковой  генератор   типа   ГЗ-47.  Частотный  диапазон  от 0,01 Гц до 20 кГц, к.н.и. -2%, выходная мощность 0,63 Вт на нагруз­ке 600 Ом;

7) звуковой генератор типа ГЗ-51 (в основном для измерения к.н.и. испытуемого усилителя).  Частотный  диапазон  от 20 Гц до 200 кГц, собственный к.н.и. 0,05—0,3% в зависимости от частоты;

8) звуковой генератор ГЗ-35 (так же для измерений к.н.н.). Ча­стотный диапазон от 20 Гц до 200 кГц, собственный к.н.и. в пределах 0,02—0,05%;

9) звуковой генератор типа ГЗ-44. Частотный диапазон от 10 Гц до 100 кГц с дискретной регулировкой через 1 Гц, к.н.и.=2%.