Почему усилители могут звучать по-разному — физические основы явления

Сразу прошу заметить, что я не говорю: «звучат». Я говорю: «могут звучать». Абсолютно все усилители звуковой частоты делаются исключительно с одной и той же целью, равно как и имеют исключительно одно предназначение. А потому и создаются все они по более-менее одной и той же технологии, и уж во всяком случае, с применением одной и той же расчетно-теоретической научной базы.

В идеале все усилители в одних и тех же условиях должны звучать совершенно неотличимо — ни один вменяемый производитель даже в мыслях не имеет намеренного «искривления» звучания своего усилителя каким-то понравившимся ему образом. Такое искривление всегда и везде считается браком и некомпетентностью создателя.

Но поскольку мы живем в реальном, а не идеальном мире, то некоторые отклонения от идеальности все-таки имеют место быть. Отклонения эти, как правило, невелики, зачастую исчезающе малы, но иногда оказываются заметны. Ключевое слово — иногда. О причинах этого мы и поговорим ниже. Никаких откровений не будет — просто вспомним хорошо известные, но давно забытые вещи.

Основная причина появления возможных нюансов (а это именно нюансы, ибо ничего радикального при отсутствии брака или неисправностей в звучании не возникает никогда) в звучании одного и того же усилителя с различными акустическими системами находится, как ни странно, не в усилителе. Она находится в АС и назывется «импеданс».

Усилители мощности (УМ) рассчитываются исходя из идеальности нагрузки, т.е. на основе принятия в качестве нагрузочного элемента резистора с сопротивлением, постоянным во всем звуковом диапазоне частот (например, 8 или 4 Ом), которым как бы заменяют реальную колонку. Если нагрузить УМ на такой резистор и измерить напряжение на его зажимах, то получится АЧХ УМ, которая в идеале должна иметь вид практически прямой горизонтальной линии с неоднородностью порядка долей децибела (например ±0,2 дБ) во всей слышимой полосе частот, т.е. от 20 до 20000 Гц.

Но вот беда — реальные колонки даже близко не являются постоянными резисторами. Сопротивление АС на разных частотах весьма различно и носит, как уже говорилось, название импеданса. Подробнее об импедансе можно прочесть здесь, в п. 19.

Тот же самый УМ, но нагруженный на реальную колонку, уже не даст такой прямой линии АЧХ на зажимах — неравномерность напряжения на зажимах будет существенно выше — фактически она будет в той или иной степени повторять импеданс АС. А определяться эта степень будет величиной выходного импеданса УМ — чем он меньше, тем меньше неоднородность. И, соответственно, чем выходной импеданс УМ выше, тем сильнее будут колебания напряжения на клеммах АС.

Фактически, данную ситуацию можно с полным правом рассматривать как принудительную, неотключаемую тембральную коррекцию.

С  увеличением как «размашистости» импеданса АС, так и с повышением выходного импеданса УМ ситуация изменяется весьма драматическим образом. Еще раз обращаю ваше внимание на то, что мы имеем дело с принудительной, неотключаемой тембральной коррекцией, возникающей помимо желания пользователя.

Именно эта причина — различное принудительное искажение тембрального баланса — является основной причиной, обуславливающей различное восприятие человеком звучания УМ с различными АС.

Здесь же стоит упомянуть и о пресловутой «мутности» и «ватности» звучания, часто приписываемой усилителям.

Позволю себе в этой связи небольшое лирическое отступление под названием «Миф от транзисторной жесткости» или «Не гонитесь за нулями искажений!».

В последнее время, при организации прослушивания акустических систем для клиентов, которые размышляли над приобретением тех или иных АС, мне посчастливилось стать участником ряда интересных экспериментов. Многие клиенты, выбирая себе АС, приносили с собой свои собственные усилители, к которым они просили подключать интересующие их АС — этим актом они стремились заверить себя в том, что дома никаких проблем с «совместимостью» у них не возникнет. В мои планы не входит перечисление конкретных моделей — скажу лишь, что усилители приносились сугубо современные, транзисторные, от таких брендов как Cambridge Audio, NAD, Rotel, Roksan и что-то еще (я не записывал). Сравнение звучания каждого такого современного усилителя производилось, в зависимости от пожеланий клиента, либо с тремя усилителями, которые включены в состав одной из моих собственных систем — интегральным Technics, интегральным Aurex, двухблочным Pioneer, соответственно 69-го, 84-го и 80-го годов выпуска — либо с тремя усилителями, которые составляли на тот момент мою вторую систему — двухблочный Technics, трехблочный Diatone и двухблочный Diatone — соответственно 77-го, 78-го и 76-го годов выпуска. Сравнение проводилось, разумеется, на нескольких парах АС, из которых выбирали клиенты.

Результаты опытов таковы: разница между различными усилителями была. Не такая, чтобы лично я взялся идентифицировать усилители в слепом тестировании, но, тем не менее, она имела место быть замеченной. Особенно клиентами, которые выслушивали каждый нюанс, каждую мелочь.

Все современные усилители (разумеется, речь только о тех, что перечислены выше) уступили по звучанию каждому из усилителей, использующихся в моих системах.

Наиболее частыми сравнительными характеристиками при переключении с моих усилителей на современные были такие:

  1. «звучание схлопнулось»
  2. «звук стал мутным»
  3. «пропало разрешение»
  4. «на звук словно вуаль накинули»
  5. «звучание стало как через вату».

Чаще всего наивысшую оценку получало звучание усилителя Technics 1969 года выпуска. Именно оно, по мнению слушавших, отличается наибольшей музыкальностью, ясностью, четкостью, воздухом, прозрачностью… одним словом, чрезвычайно высокой комфортностью.

И, наконец, абсолютно никакого увеличения жесткости звучания по мере перехода от самых наисовременнейших усилителей к все более и более древним (вплоть до 69 года выпуска) не наблюдалось. Более того, такое понятие, как «жесткость» вообще не употреблялось слушателями. «Мутность», «ватность» — да, но только не «жесткость».

Таким образом, становится ясно, что широко распространенный миф о какой-то невероятной жесткости звучания первых транзисторных усилителей лопается как мыльный пузырь. Ничего подобного на практике не наблюдается. Наоборот, первые транзисторные усилители оказываются самыми музыкальными, чисто и комфортно звучащими. И наоборот — лобовое «столкновение» в одной системе самых современных усилителей, изготовленных по самым, казалось бы, современным технологиям, с усилителями первого и второго поколения, вызывает у многих слушателей буквально слезы на глазах. Скорбь по утраченным деньгам — самая неподдельная.

Конец лирического отступления.

Замечено, что чем меньше нелинейных искажений имеет усилитель, тем более мутно и ватно он звучит. Именно этим объясняется тот факт, что несмотря на совершенно ровное, тонально неискаженное звучание, современные усилители с большим числом нулей после запятой в графе «Искажения» звучат чрезвычайно скучно и неинтересно.

Ситуация в какой-то мере та же самая, что и с АС — чем мертвее корпус АС, чем меньше у АС послезвучий, чем «чище» и «глаже» все ее характеристики, тем мертвее ее звучание. С усилителями та же история: полное отсутствие искажений — гарантия мертвечины.

Для справки:

Усилитель мощности, на котором я проводил измерения, показанные выше, оснащен вариабельным демпинг-фактором, т.е. иными словами, переменным (переключаемым) выходным импедансом. В паспорте к моему УМ написано (в 1977 году), что это сделано для того, чтобы обеспечить «гибкость работы с различными АС» — как хочешь, так и понимай. Я это понимаю как еще одну возможность искажать звучание (возможно даже приятным образом).

ДФ усилителя традиционно определяется как отношение номинальной нагрузки (обычно 8 Ом) к выходному сопротивлению УМ (т.е. значению импеданса на частоте 1кГц). Если выходное сопротивление УМ равно 100 мОм, то ДФ = 8/0,1 = 80.

Считается, что у хороших твердотельных усилителей ДФ > 200. У лучших — ДФ > 500. Многие производители не указывают ДФ вообще. Высокие значения выходного импеданса (несколько единиц Ом) характерны для ламповых усилителей. Для транзисторных усилителей характерны значения импеданса порядка 50-200 мОм.

Заявляемый смысл высокого ДФ — демпфировать динамическую головку, т.е. снижать (или исключать) последствия механического резонанса. Электрическое демпфирование хорошо заметно на примере головки без корпуса. Тукните пальцем по диафрагме НЧ-головки, и вы услышите долгий глухой звук. Затем закоротите выводы головки и тукните снова. Теперь звук явно короче и больше напоминает «тонг». А теперь закоротите динамик резистором (8/20 =) 0.4 Ома. Получите нечто среднее. Когда НЧ-динамик помещен в акустическое оформление, то он как бы уже частично задемпфирован. Может быть, в этом случае ДФ = 20 — более чем достаточно, а может быть и нет.

Считается, что чем ДФ усилителя выше, тем оно лучше (в идеале динамик реагирует только на полезный сигнал и никогда на свой естественный резонанс). Никто не знает, достаточен ли ДФ = 20, но все почему-то убеждены, что если ДФ = 500, то это однозначно лучше, чем 20.

В этой связи стоит сказать два слова и о некорректном трактовании понятия ДФ, даваемым некоторыми людьми. Определение ДФ как «сопротивление АС по постоянному току, деленное на выходное сопротивление усилителя» неверно. Потому что в нем отсутствует учет сопротивления акустических кабелей и элементов фильтров акустических систем, а ведь все это находится непосредственно на пути сигнала. Или кто-то подключает АС беспроводным способом?

Когда речь заходит о ДФ, сравнивать необходимо не абстрактные ДФ (те, что иногда указывают в паспортах на УМ), а эффективные, т.е. с учетом сопротивления, по крайней мере, кабелей.

ДФ(эфф.) может быть определен как [Z нагрузки] / [Z вых. УМ + Z соед. кабелей].

Приведу два численных примера:

  • Z нагрузки = 8 Ом
  • Z вых. УМ = 0.08 Ом (читай: «паспортный» ДФ = 8/0.08 = 100)
  • Z кабелей = 0.033 (2 х [3м длины] х [сопротивление 1м кабеля]).

Тогда ДФ(эфф.) = 71.

Очевидно, что если для подключения АС вы используете трехметровые кабели с сечением жилы 3 квадрата (диаметр ~ 2 мм, R~0.033 Ом), то максимальный эффективный ДФ будет равен 242, даже если «паспортный» ДФ усилителя равен бесконечности (т.е. выходное сопротивление равно 0).

Пересчитаем теперь все то же самое для Z вых. УМ = 0.016 Ом (ДФ «паспортный» = 500) — теперь ДФ(эфф.) = 160.

Если вы сильно озабочены «проблемой ДФ», то даже с учетом сопротивления кабелей, иметь усилитель с большим ДФ в целом выгоднее. При этом выгоднее не означает «совершенно необходимо». Разумеется, если вам по какой-либо причине необходимо протянуть акустические кабели длиной в 30 метров, эффективный ДФ будет весьма и весьма низким — порядка 24(!) — независимо от малости выходного сопротивления усилителя (т.е. огромности его паспортного ДФ).

Таким образом, если при использовании усилителя с ДФ = 100 ваша акустика явно и недвусмысленно выигрывает в звучании, то вам нужно подумать о приобретении именного такого усилителя. Если же Ваши АС уже и без того хорошо задемпфированы, а ДФ = 20 уже и так более, чем достаточен, то разницы между усилителями с ДФ=100 и ДФ=20 не будет никакой.

Еще примеры. Возьмем одну и ту же, для простоты омическую, нагрузку в 8 Ом, и нагрузим на нее два УМ, которые отличаются только ДФ (скажем, 50 и 150). Подключение произведем одним и тем же кабелем — скажем, каким-нибудь 3-х метровым AWG10 (т.е. диаметром около 2,6 мм).

У первого ДФ(эфф.) будет 45 (не сильно отличается от 50, правда?), а у второго ДФ(эфф.) будет всего 110 (почти в полтора раза ниже паспортного).

При использовании еще более тонких акустических кабелей той же длины, скажем, AWG15 (т.е. около 1,5 мм в диаметре) ситуация еще более нивелируется. ДФ(эфф.) первого будет 36, а ДФ(эфф.) второго — 69.

Разговор о больших ДФ может быть «актуален» только в тех случаях, когда используются кабели в руку толщиной. ДФ=150, конечно, абстрактно «лучше», чем ДФ=50, но в той же степени значимости, что и КНИ=0,0005% «лучше» КНИ=0,005%.

Более того, практика показывает, что для большинства АС, подключенных разумным кабелем, ДФ(паспортн.) = 50 более, чем достаточно.

Даже если вы запутались в расчетах и проводах, запомните одну простую вещь: на практике все рекламные заявления о заоблачных ДФ разбиваются об элементы фильтра в АС (кроссовера), а точнее, о катушку индуктивности на НЧ звене с активным сопротивлением от 0.4 до 1 Ома!


Вместо резюме:

«Принудительная тональная коррекция» на клеммах АС имеет место абсолютно всегда. При чисто омической нагрузке (пусть это будет силовой резистор 8 Ом) неравномерность АЧХ типового транзисторного усилителя мощности составляет ±0,2 дБ в слышимой полосе частот. При нагрузке на реальную акустику она будет всегда заметно больше. Например, уже не ±0,2 дБ, а ±0,5 дБ или даже ±1 дБ. Безусловно, не всякая неравномерность заметна на слух, но если эта неравномерность превышает ±1 дБ, то шансы на ее заметность (в виде ощущений «приятности» или, наоборот, «неприятности») повышаются.

При сравнении между собой разных усилителей (на одной и той же акустике) чрезвычайно важно обеспечить строго одну и ту же громкость прослушивания. Задача эта несколько сложнее, чем кажется, поскольку на слух это не делается. А вторая «засада» заключается в том, что у двух разных усилителей могут быть совершенно разные зависимости импеданса от частоты, что опять же может давать более или менее заметную разницу даже на одних и тех же АС.

Да, искажения есть везде и всегда. Вопрос в другом: насколько они вообще слышны и заметны эти самые искажения Я, например, считаю, что пресловутые «ламповые искажения» (четные гармоники), которые якобы придают звучанию ламповых УМ некоторую «приятную мягкость» или «полноту» — это полная ерунда. Равно как и полная ерунда то, что нечетные гармоники (обычно имеют ввиду гармоники высоких порядков), свойственные транзисторным УМ, якобы придают звучанию какую-то «жесткость» и «шероховатость». В реальности ничего этого нет.

Raoul Sanchez

25 комментариев: Почему усилители могут звучать по-разному — физические основы явления

  1. Дмитрий пишет:

    Последний абзац сомнителен. Если переведено верно и в соответствии с оригиналом, то чет/нечет гармоники слышно и они различаются. Вторая гармоника – как раз “ламповость” дает и она присутствует и в транзисторных усилителях (особенно в тех в которых мало поработали над схемотехникой, качество деталей тут менее важно). А вот нечетных в ламповых усилителях практически нет (по сравнению со второй гармоникой), а вот в транзисторных они есть всегда.
    Про уровень искажений, формально, у нас еще в бородатые времена 50-60 годов говорили, что искажения обычный человек слышит начиная с уровня 0,7-1% независимо от их порядков.
    П.С. Часто супер современные и крутые усилители, на самых новейших транзисторах и т.п., схемотехнически делаются так, чтобы искажать звук намеренно. Более подробно все можно вычитать у Селфа Дугласа в проектировании УМЗЧ.

    • LDS пишет:

      Все написано как в оригинале.

    • Марков Николай пишет:

      Действительно, последний абзац спорный.
      Также спорным кажется тезис “чем мертвее корпус АС, чем меньше у АС послезвучий, чем «чище» и «глаже» все ее характеристики, тем мертвее ее звучание.”
      В целом хорошая статья, хотя временами ей не хватает глубины.

  2. Любитель пишет:

    Самое ужасное, когда [i]каналы[/i] усилителя имеют разный тембр. Вот это – порок так порок… Я до сих пор хз как это исправлять, хотя, по логике нужно, скорее всего, заменять конденсаторы. Они со временем изменяют свою емкость.

    • Дмитрий пишет:

      Есть еще подозрение, как ни странно, что неравномерный износ регулятора громкости тоже влияет. Либо для галетников – окисление контактов.

  3. Борис пишет:

    Правильная статья по развенчиванию аудиофильских мифов, согласно которым эти немного больные граждане рассуждают “со знанием дела” о ямаховском, пионеровском, маранцевском или ротелевском и т.д. звуке, имея в виду именно усилители. Одни годятся для классики или джаза, другие для вокала, третьи для рока, но даже по их мнению это касается и самих цифровых проигрывателей, что уже вообще полный бред. При этом эти знатоки слушают такую дребедень, какую и музыкой-то трудно назвать. Оно и понятно, ведь они слушают именно звук, а не музыку, на этом и повредились. Такие статьи особенно полезны для начинающих по воспитанию их трезвого мышления на основе научных данных, а не малограмотных мифов.

  4. Александр Ростов-на-Дону пишет:

    Звук лампового усилителя прекрасно коррелируется с его спектром и слышен с первых звуков. Скажу больше, по виду спектра уже можно многое сказать о характере звучания.
    И лучший звук дает усилитель с коротким быстро и логарифмически спадающим спектром. Тетрод в триодном включении обнаруживает высокий уровень 3й гармоники, а также наличие гармоник высокого порядка, нежели чисто триод , у которого основной тон, вторая- и третья тонет в шумах. С транзисторными усилителями на картинке вроде бы все красиво, но длинный мышиный хвост из гармоник высшего порядка однозначно скажется негатовно на звуке. А еще такая вещь, как мнимое низкое выходное сопротивление, продукт обратной связи, в реальных условиях при работе с индуктивной нагрузкой, вдувающей ток обратно в усилитель, обрушивает эту красоту на раз-два. Есть методика по выявлению слабых мест усилителя, она описана ещё в 70-е годы Иваном Тимофеевичем Акулиничевым, прекрасно работает и помогает в построении приличной схемы.
    А насчет мифов- так их тьма тьмущая и сколько ни рассказывай и не развенчивай – меньше их не становится. Любит народ тайны и сказки, никуда без них. Отнял сказку- и человек несчастен.

    Добавлю насчет звучания транзисторников. Довелось посравнивать на слух несколько недешевых усилителей, среди которых был легендарный Электрокомпаниет от Матти Отала. И как ни странно, какой-то Роксан прозвучал красиво , ненапряжно, слитно и без привычного наждачка на средине. А Электрокомпаниет выдал на удивление скучный серый и невыразительный звук. А самое забавное. что мой копеечный Д-шник с ламповым драйвером сыграл ничуть не хуже всей этой кучи дорогих усилителей. Чему я тихо порадовался.

  5. Виталий пишет:

    а какой это Д-шник с ламповым драйвером. я тоже приобрету, или что то аналогичное. что посоветуете?

    • Александр Ростов-на-Дону пишет:

      Фирма Саунд павер, дочка Бен-Олафсена, серия хаендовских Д-шников зовется ASX , мой модуль младший звался 50 ASX-2 SE , два по 50 ватт на 4 Ома, питание там же на плате, от 220в. Плата с ладошку. Звук предостойный. Есть 125-ваттный и 250-ваттный варианты этой серии. Есть 7-канальный по 50 ватт усилитель для домкино.
      Дилеры Саундпавера есть в Питере и Москве.Звать их ЭФО.
      В драйвере для Д-шника лучше всего звучала скромная лампочка 6С7б-в, с делителем на выходе, чтобы согласовать выходное сопротивление каскадика и его усиление с входной цепью модуля Д-шника.
      Делал тумблер, обходящий этот ламповый каскадик, для сравнения. И сравнение всегда было в пользу лампы. Хотя, на некоторой музыке Д-шник напрямую звучал интересно.
      На фото-125-ваттная версия модуля на фанерке, демонстрационный вариант .

  6. Инженер пишет:

    В транзисторных усилителях портят звук :
    – маленькие проходные конденсаторы (НЧ)
    – коррекция в цепях обратной связи — большие пикушки (ВЧ)
    – неправильная коррекция в микросхемах (ВЧ)
    – вольтодабавка в оконечном каскаде – по всем частотам коробит звук

    • Александр Ростов-на-Дону пишет:

      Не только. Дифкаскад или без него, вот уже два разных усилителя с принципиально разным звуком . Режим работы выходного каскада, сам выходной каскад, включение транзисторов, распределение частотной коррекции по каскадам, скорость нарастания, полоса полной мощности, да много чего, без учета этих тонкостей кроме усиления синусоидального сигнала усилитель может быть не способен на другое.

    • М.Васильев пишет:

      Ваш рецепт идеального усилителя?

      • Александр Ростов-на-Дону пишет:

        Если коротко и честно, то в данный момент сочинил самый удачный однотактный выходной каскад на латерале с драйвером на лампе, схема жуется здесь на форуме, звать её АБ1. А еще есть однотактник на 2а3 с драйвером на 6SN7, он чинится. Скоро оживет после доработки.
        И недавно смакетил Линси Худа но на полевиках латералах, параметры убойные, звук чудный. И мощность под 8 -10 Ватт.

        • Марков Николай пишет:

          Ему тоже не помешает лесенка из двух конденсаторов по выходу, как у АБ1

          • Александр Ростов-на-Дону пишет:

            Ему как раз лесенка до одного мета, у него выходное ноль. А у АБ оно приличное. И всё влияет на всё.

            • Марков Николай пишет:

              Если фона нет, то не нужно, конечно. А выходное сопротивление как бы к фону прямого отношения не имеет.

              • Александр Ростов-на-Дону пишет:

                Как бы не совсем так. Пульсации питания делятся между этажами сообразно внутреннему сопротивлению плеч, при настройке фон уходит в ноль даже при значительном выходном сопротивлении и асимметрии плеч. В схеме Линси Худа есть незначительная асимметрия этих плеч, заметно сниженная действием ООС. Поэтому можно не заботиться о настройке , а просто взять две одинаковые банки на этажах. Или заземлить нагрузку на минус питания.

      • Александр Ростов-на-Дону пишет:

        АБ1 , точнее, выходной каскад с усилением 2 , выходным сопротивлением примерно 1, 3 Ома, входным 50к, выходной мощностью 2, 5 ватта на 8 Омах в А классе, но без драйвера(он нарисован отдельно) выглядит так

  7. Коля пишет:

    В конце 80-х годов в характеристиках усилителей указывалась в качестве чть ли не важнейшей – скорость нарастания выходного напряжения. В современных усилителях эта характеристика не фигурирует. В то же время, в некоторых данных приводится величина диапазона воспроизводимых частот.
    Возникает вопрос?

    • Александр Ростов-на-Дону пишет:

      Этот параметр , один из многох, напрямую связан с естественностью звучания . А уделять внимание перестали видимо по причине появления полупроводников и микросхем, позволяющих увеличить эту скорость до 50-100в на мкс, а полосу частот до МегаГерц. Хотя, в ламповых схемах, отличающихся особым звучанием, выходной трансформатор заметно ограничивает этот параметр , не в ущерб качеству . Значит, скорость важна – и не особо важна, одновременно.)))) Да и не бывает одного важного параметра в отрыве от всех других.

      • Сергей Гудков пишет:

        АБ, Вы писали: “На рынке есть автомобильные сотовые пищалки Филипс, очень ровные по ачх и спокойные по звуку” Как называется модель не вспомните?

        • Александр Ростов-на-Дону пишет:

          Ой, там длинная собачая цифра, а полное имя Филипс Фолксваген Ауди мейд ин Украине.Чудная пищала за гроши.

        • Александр Ростов-на-Дону пишет:

          В клубе один форумчанин фото выложил этой замечательной пищалы. Но найти- я не уверен, что быстро получится.

        • Марков Николай пишет:

          http://saudio.zp.ua/dinamik-philips-vch-15-vt-4om/p167
          Наверное,он.
          Скорости нарастания, действительно, уделяли больше внимание во времена полупроводников с плохими частотными свойствами. Если её не хватит для повторения формы входного сигнала на выходе, то в УМ с глубокой ООС происходит взрывообразное нарастание искажений, связанных с вхождением каскадов в насыщение и последующим мучительным выходом оттуда. Практически в современных УМ с полосой полной мощности 40 кГц с ультразвуковым фильтром по входу требования к скорости нарастания выполнены по умолчанию, потому не пишут.

Добавить комментарий для Александр Ростов-на-Дону Отменить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *