Далее — только лучше. Встраивание конвертеров PCM в DSD в усилитель помогает избежать лишних аналогово-цифровых преобразований, что позволяет значительно повысить чистоту звука. Процесс цифрового сигнала проходит корректно через усилитель до конечного транзистора, который в устройствах класса Hi-end может работать на частотах в пределах десятков мегагерц.
Класс А
Класс А по праву считается одной из наиболее устаревших технологий в мире аудиоаппаратуры. В наши дни его можно встретить, в основном, только в домашней аудиотехнике, но и там всё реже. К основным преимуществам таких усилителей можно отнести минимизацию искажений на малых уровнях сигнала, что позволяет им точно воспроизводить даже самые тонкие детали звука. Однако на высоких уровнях сигнала ситуация кардинально меняется: качество звучания ухудшается. Кроме того, КПД таких усилителей, как правило, не превышает 30%, и значительная часть электроэнергии теряется в виде тепла, что может приводить к значительному перегреву оборудования. В автомобильной аудиосистеме таких усилителей можно насчитать единицы, в основном это устаревшие модели.
Другой вид усилителей обладает низким током покоя и, следовательно, более высоким коэффициентом полезного действия (КПД). Однако они чаще имеют более высокий коэффициент гармонических искажений при низкой громкости. Тем не менее, на высоких уровнях громкости такие искажения становятся менее заметными. Большинство недорогих, но мощных автомобильных усилителей функционирует именно в классе B, хотя на них зачастую указывают, что это класс AB.
Класс AB
Класс AB представляет собой компромисс между классами A и B. Усилители этого класса значительно эффективнее, чем модели класса A и имеют менее заметные искажения по сравнению с усилителями класса B. Инновационные схемы сделали возможным добиться высокой звуковой чистоты при относительно низкой стоимости таких устройств.
Существует распространённое мнение, что усилители класса D уступают в качестве звука традиционным усилителям класса AB. Так оно и было около десяти-пятнадцати лет назад. Однако на данный момент даже консервативные домашние Hi-End системы активно применяют усилители класса D. Это связано с тем, что современная элементная база позволяет поднимать несущие частоты (частоты следования импульсов) до 400 кГц и даже выше. Более того, класс D в настоящее время даже лучше подходит для систем, предполагающих использование аудиоформатов высокого разрешения (Hi-Res Audio).
Критерии качества и проблема компетенций потребителя
Существует несколько подходов к оценке качества аудиоустройств, но ни один из них не может гарантировать успешную покупку. Если оценка верности воспроизведения и мощности может быть субъективной, то вопросы надежности и стабильности параметров могут вызвать сложности. Бывали случаи, когда весьма качественные и дорогие усилители малораспространенных high-end производителей начинали работать как генераторы и издавали гул при самовозбуждении.
Чтобы объективно оценить качество устройства, необходимо иметь определённые знания в области схемотехники усилителей и физики процессов, на которых они основываются. Идеальным вариантом было бы наличие схемы конкретного устройства и знание характеристик использованных в нём компонентов. Таким образом, для полноценной оценки нужно быть инженером или хотя бы опытным радиолюбителем. К сожалению, большинство потребителей не обладают такими навыками, что открывает поле для множества маркетинговых манипуляций, начиная с внешнего вида устройства и заканчивая хитроумными подходами к измерению ключевых параметров.
Формальными критериями качества усилителя, которыми может руководствоваться потребитель, служат данные из руководств или технических справок. Однако такие данные отражают реальное положение дел лишь при условии, что замеры проводились в соответствии с установленными стандартами. В документации обязательно должны быть указаны мощность устройства, диапазон воспроизводимых частот, неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), коэффициент нелинейных искажений, соотношение сигнал/шум, а также перечислены аналоговые и цифровые интерфейсы. Реже в документации можно встретить информацию о коэффициенте демпфирования, переходном затухании между каналами и различиях усиления в каналах.
Мощность
Любые данные, представленные в технических паспортах, могут искажаться с целью манипуляции на рынке. Чаще всего это касается данных о мощностях, о чем уже было сказано выше. Вместо стабильных и четко определённых показателей, таких как RMS и DIN, могут использоваться термины вроде «программная мощность», которые не имеют точного значения, поскольку методика её расчёта известна только производителям. Здесь имеет смысл обратить внимание на значение потребляемой мощности: если оно находится приблизительно на том же уровне или даже ниже заявленной программной мощности, это указывает на явные искажения данных, и метод измерения не предоставляет реального представления о способностях устройства.
Для потребителя это означает, что нужно искать указание на RMS и избегать ориентироваться на программную мощность, поскольку это скорее маркетинговая уловка. Достоверные значения мощности составляют:
DIN — это величина мощности на реальной нагрузке (для усилителя), ограниченной появлением нелинейных искажений. Измерения проводятся при подаче сигнала с частотой 1 кГц на вход устройства в течение десяти минут. Мощность фиксируется при достижении 1% коэффициента нелинейных искажений (КНИ). Этот стандарт также соответствует японскому стандарту EIAJ, установленному Объединённой ассоциацией электронной индустрии Японии.
DIN Music Power указывает значение длительной нагрузки музыкальным сигналом без риска повреждения устройства. IEC Power соответствует DIN Music Power, но с точно определенной продолжительностью измерений в 100 часов.
RMS (Rated Maximum Sinusoidal) обозначает максимальную (предельную) синусоидальную мощность, при которой усилитель или колонка может функционировать в течение одного часа с реальным музыкальным сигналом без опасности физического повреждения. Обычно это значение на 20-25% превышает DIN. RMS практически аналогично параметру AES power, который определяется стандартом AES2-1984.
В советской и российской документации также может встретиться термин «номинальная мощность», которая определяется при среднем положении регулятора громкости усилителя, когда остальные параметры устройства соответствуют заявленным в техническом описании. Это манипулятивный показатель, поскольку может быть измерен при наиболее благоприятном уровне нелинейных искажений и подгоняться под существующие стандарты. Интересно, что при всей своей манипулятивности, «советский номинал» обычно ниже прочих значений; например, номинальная мощность 35 Вт приблизительно соответствует 110 Вт RMS (AES power) и 90 Вт — IEC Power (DIN Music Power). Такие значения, как программная мощность, часто превышают RMS в два раза (и более), следовательно, 35 Вт номинала могут соответствовать 220 Вт программной мощности.
Классы усилителей мощности
Класс усилителя — это характеристика, на которую большинство покупателей обращает внимание в первую очередь, она указывает на режим работы усилительного элемента. Класс усилителя обозначается латинской буквой.
Класс А
Класс А является простейшим из всех классов усилителей. В таких моделях используется один транзистор, который постоянно проводит ток, что практически исключает нелинейные искажения сигнала. Этот класс, как правило, редко применяется в выходных каскадах усилителей мощности, однако он отлично подходит для входных каскадов. Именно в классе A функционирует первый каскад усилителей других классов, поскольку любые искажения и помехи от первого каскада будут подвержены усугублению в последующих каскадах.
Существуют модели усилителей, где применяются несколько выходных транзисторов с противоположной полярностью, которые при низком уровне сигнала пропускают весь ток, необходимый для управления динамиками на полной номинальной мощности.
Недостатком работы усилителей класса A является большое количество выделяемого тепла на транзисторе, что требует наличия громоздких систем охлаждения и приводит к высокому потреблению энергии.
Несмотря на низкий КПД усилителей класса A, среди аудиофилов они по-прежнему считаются золотым стандартом качества, так как обеспечивают максимально точное и почти неизмененное звуковое воспроизведение. Однако низкая эффективность, значительные потери энергии, повышенное выделение тепла и высокий ток покоя (КПД 15-35%) делают их менее популярными среди большинства пользователей.
Преимущества:
- Минимальные искажения звукового сигнала и высокая точность воспроизведения.
- Низкая эффективность (КПД около 25%).
- Высокое потребление электроэнергии.
- Существенное выделение тепла.
- Ограниченная мощность.
Класс B
Усилители класса B являются двухтактными: каждый выходной транзистор пропускает только одну половину волны. Эффективность таких усилителей значительно выше, чем у класса A, однако они создают заметные искажения (кроссоверные искажения), что является серьёзным недостатком с точки зрения звука; по этой причине в чистом виде класс B фактически не применяют. Современные устройства полностью вытеснили усилители класса B, заменив их классом D.
Класс AB
Класс AB — это наиболее распространённый класс усилителей мощности, большинство AV-ресиверов для домашних кинотеатров и стереоусилителей относятся именно к нему. Как видно из названия, он является комбинацией классов A и B, при этом КПД таких усилителей значительно выше, чем у класса A, но искажения сигнала остаются ниже, чем у класса B. Это обеспечивает компромисс между качеством звука и тепловыделением устройства. Простая схемотехника и невысокие требования к качеству компонентов сделали этот класс усилителей самым распространенным в различных моделях.
Преимущества:
- КПД выше, чем в усилителях класса A.
- Искажения ниже, чем у усилителей класса B.
- Меньше тепловыделение по сравнению с усилителями класса A.
- Простая схемотехническая база.
Класс D
Класс D — это развивающийся и совершенствующийся тип усилителей, который быстро завоевывает популярность и часто используется в домашней аудиотехнике, профессиональном оборудовании и портативных устройствах. Это класс самых эффективных усилителей, КПД которых может достигать 90%.
Выводы
Подводя итог вышесказанному, можно констатировать, что независимо от класса, любой усилитель может как хорошо, так и плохо выполнять свои функции. Главным фактором является не класс, а конкретная схема, заложенная в устройство. КПД — важный параметр усилителя, и именно самый высокий показатель у устройств класса D.
При выборе усилителя стоит акцентировать внимание на двух важных аспектах: выданной мощности на определённое сопротивление нагрузки и ценовом диапазоне. На сегодня наиболее популярны усилители A/B класса, что объясняется их оптимальным соотношением между этими критериями: они обеспечивают неплохую работу при принятой умеренной цене. Аудиофилы все еще предпочитают класс A из-за чистоты звука, в то время как профессиональные звукорежиссёры обращают внимание на класс D, поскольку его КПД значительно выше, и большинство таких устройств предлагают дополнительные функции обработки звука — кроссовер, эквалайзер, лимитер, а также настройку задержки аудио-сигнала, что необходимо для крупных инсталляций, где акустические системы могут находиться на расстоянии порядка ста метров от источника звука. Нет предела совершенству, и поиск новых решений всё продолжает оставаться актуальным. Поэтому следует экспериментировать и искать наилучшие варианты для своих задач.
Виды усилителей
В мире аудиоэлектроники можно найти множество устройств, созданных для улучшения и усиления звука. Существует несколько основных типов усилителей, каждый из которых играет свою уникальную роль в формировании качественного звучания в аудиосистемах. Далее мы подробнее рассмотрим четыре ключевых вида усилителей: полные, интегральные, интегрированные и усилители мощности. Каждый из них имеет свои особенности и предназначение, создавая разнообразные возможности для аудиофилов и любителей музыки. Давайте более углубленно изучим мир усилителей, чтобы понять, какой из них может лучше всего соответствовать вашим потребностям в воспроизведении звука.
Полные усилители (Pre-amplifiers):
- Эти устройства предназначены для увеличения слабых аудиосигналов до уровней, достаточных для работы усилителя мощности.
- Часто используются в аудиосистемах для управления и подготовки входных сигналов перед передачей их на усилитель мощности.
Интегральные усилители (Integrated Amplifiers):
- Объединяют в одном корпусе функции предварительного усилителя и усилителя мощности.
- Предоставляют компактное решение для усиления аудиосигнала, удобные для применения в небольших системах.
Интегрированные усилители (Integrated Circuits):
- Содержат усилительный блок, встроенный на одной интегральной микросхеме.
- Широко применяются в электроники для усиления сигналов и могут быть использованы в аудиоусилителях для наушников.
Усилители мощности (Power Amplifiers):
- Специализируются на увеличении мощности аудиосигнала для передачи на динамики акустических систем.
- Применяются на завершающем этапе аудиосистемы, обеспечивая достаточную мощность для приведения в движение колеблющихся элементов динамиков.
Каждый из этих типов усилителей выполняет свою уникальную функцию в аудиосистеме, и выбор конкретного типа зависит от требований, предъявляемых пользователем.
Класс А
Схема оконечного каскада класса A — самая простая, так как для её работы требуется всего один усилительный элемент (это может быть как электронная лампа, так и полупроводниковый транзистор). Ток, проходящий через усилительный элемент, всегда присутствует, даже если сигнал отсутствует на входе, что и обуславливает низкую эффективность работы. Положительной стороной данного режима является то, что рабочая точка усилительного элемента всегда располагается на прямолинейном участке его вольтамперной характеристики, что минимизирует возможность появления нелинейных искажений, которые могут восприниматься как неприятные звуковые деформации. Этот режим идеально подходит для работы входных и промежуточных каскадов усиления, но нежелателен для мощных оконечных каскадов из-за своей неэффективности.
Тем не менее, истинные аудиофилы готовы мириться с недостатками данной схемы и её низким КПД (около 15-35%), так как она демонстрирует высокое качество звучания. Класс A считается золотым стандартом для производства высококачественной аудиотехники. Примеры таких усилителей включают двухтактные модели от компаний Krell, Sugden и других, использующих на выходе транзисторы различных полярностей. Для работы таких усилителей мощностью порядка 100 Вт в паре с акустикой на 8 Ом требуется напряжение питания не менее ±40 В, а ток покоя составляет примерно 2,5 А, при этом рассеиваемая тепловая мощность может превышать 200 Вт.
Класс G и H
Класс G и H представляют собой ещё одну пару конструкций, нацеленных на повышение эффективности работы усилителей. Эти термины официально не признаны как классы, однако описывают усилители, у которых напряжения питания выходного каскада изменяются в зависимости от уровня сигнала для повышения КПД по сравнению с классом AB. Это объясняется тем, что соотношение максимальной амплитуды к средней амплитуде музыкальных сигналов довольно велико — в среднем 3:1. Полное напряжение источника питания требуется не так часто. Если взять за пример выходной каскад мощностью 100 Вт, который обычно питается от ±20 В вместо теоретически необходимых ±40 В, то при воспроизведении музыки он будет работать намного более эффективно и с меньшим тепловыделением.
Терминология G и H может вызывать путаницы — в данном контексте класс G относится к усилителям, у которых имеется две (или более) пары шин питания для выходных транзисторов, которые могут переключаться жестко при заданном уровне сигнала или динамически меняться в зависимости от уровня выходного сигнала. Это позволяет поддерживать другое постоянное напряжение (около 5 В) на выходных транзисторах при высоких уровнях сигнала. В свою очередь, класс H использует только один источник питания для выходных каскадов, который можно изменять как дискретно, так и непрерывно. Это требует более сложной конструкции для прогнозирования и управления напряжением питания и находит применение в компактных мощных усилителях, используемых в профессиональных акустических системах.
Однако у такого подхода имеется и недостаток: стоимость. Оригинальные схемы переключения шин использовали биполярные транзисторы для управления выходными шинами, что увеличивало сложность и, следовательно, стоимость. В наше время это нередко упрощается за счёт применения высокомощных полевых МОП-транзисторов, что не только повышает эффективность и снижает тепловыделение, но и требует меньшего количества компонентов. При этом стоит отметить, что в некоторых усилителях класса G используется больше выходных устройств, чем в типичных конструкциях классов A/B. Одна пара устройств будет работать в обычном режиме A/B, используя низковольтные шины; в то время как другая пара остаётся в резерве в роли усилителя напряжения и включается исключительно по мере необходимости. Таким образом, в результате этих дополнительных затрат, усилители класса G и H обычно встречаются только в мощных моделях, так как их повышенная эффективность делает использование таких конструкций оправданным. Компактные устройства также могут использовать конструкции класса G/H вместо A/B, учитывая, что возможность переключения в режим низкого энергопотребления позволяет применять меньшие радиаторы.
Один усилитель на все случаи жизни?
При должном воплощении любая из вышеперечисленных схем (за исключением чистого класса B) может служить основой для создания высококачественного усилителя. Неудовлетворительно? Тогда давайте сравним относительные сильные и слабые стороны каждой схемы:
| Класс усилителя | Типичная эффективность | Плюсы | Минусы |
| A | ~ 15-35% | Нет кроссоверного искажения. | Неэффективность = нагрев. Несимметричные конструкции подвержены гудению и более высокому уровню искажений. |
| B | ~ 70% | Сравнительно высокий КПД. | Возможность значительного кроссоверного искажения и ухудшения качества воспроизведения. |
| AB | ~ 50-70% | Более эффективен, чем класс A. Относительно недорогой. Кроссоверные искажения — отдельный случай. |
КПД хороший, но не высокой. |
| G и H | ~ 50-70% | Повышенная эффективность по сравнению с классом A/B. | Дороже, чем класс A/B, но более высокие уровни мощности достижимы в меньшем форм-факторе. |
| D | > 90% | Наилучшая эффективность Легкий вес. |
Широтно-импульсные модуляторы, работающие на относительно низких частотах, могут ухудшить воспроизведение высокочастотного звука. Некоторые конструкции обеспечивают разное качество звука в зависимости от нагрузки на динамик. |
Помимо возможных проблем с производительностью, которые в первую очередь связаны с конкретными проектными решениями, а не с самим классом, выбор усилителя зачастую сводится к вопросу стоимости.
Сейчас на рынке преобладает класс A/B, и это не случайно: они обеспечивают отличные результаты, относительно доступны по цене, а их эффективность более чем достаточна для устройств с низким энергопотреблением (> 200 Вт). Очевидно, что производители усилителей стремятся достичь новых вершин мощности, используют конструкции классов G/H и D, чтобы их устройства не работали как обогреватели. С другой стороны, поклонники класса A продолжают высоко ценить чистоту звука, даже если это означает компромисс в виде низкой эффективности.
