Hi-Fi в цифровой век. Часть 2

Предыдущая часть: «Hi-Fi в цифровой век. Часть 1», — была посвящена цифровым источникам звука и преобразованию (ЦАП, Цифро-Аналоговое Преобразование) цифрового потока в аналоговый аудиосигнал.



Далее этот сигнал нужно усилить прежде чем вывести на акустические системы. В этой статье речь пойдет о стереоусилителях.

0. Зачем это нужно?

Стереоусилители, устройства в которых происходит усиление аналогового аудиосигнала с источника до величины необходимой для работы акустических систем. В основном большинство усилителей является аналоговым прибором и не содержит ЦАП.

1. Виды стереоусилителей:

Есть три вида усилителей: интегральные, предварительные и усилители мощности.

1.1 Интегральный стереоусилитель

— устройство в одном корпусе которого находятся предварительный усилитель и усилитель мощности.

1.2 Предварительный усилитель

— устройство в котором происходит коммутация входов, регулировка громкости, баланса и в ряде случаев предварительное усиление сигнала. Предварительный усилитель не может функционировать самостоятельно, только в связке с усилителем мощности.

1.3 Усилитель мощности

— устройство для усиления сигнала звуковой частоты до уровня необходимого акустическим системам. Имеет только один вход и не имеет регулятора громкости и поэтому может работать только вместе с предварительным усилителем.

2. Как происходит усиление сигнала?

Усилитель представляет собой в общем случае последовательность каскадов усиления.

Условно, его структурную схему усилителя разделить на три части:

• Входной каскад
• Промежуточный каскад
• Выходной каскад

Все эти три части выполняют одну задачу – увеличить мощность выходного сигнала до такого уровня, чтобы можно было раскачать нагрузку с низким сопротивлением — акустическую систему или наушники. Как они это делают? Очень просто – берется постоянный ток питания и преобразуется в переменный, но так, что форма сигнала на выходе повторяет форму входного сигнала.

Все это физически бывает «обернуто» в:

• дискретный усилительный элемент для одного канала
• в большую микросхему (полностью готовый усилитель для обоих стерео каналов) которая содержит помимо всего прочего предусилительный блок, темброблок, регуляторы баланса и т.п. начинку

3. Что такое классы усилителей?

Различные способы построения оконечных каскадов, которые также называются классами (или режимами работы) усилителей. Слышали наверное – усилитель класса А, усилитель класса АВ, усилитель класса D – вот это они и есть.

3.1 Режим класса А

Класс «A» — линейный, усиление происходит на линейном участке ВАХ (вольт-амперная характеристика), отсуствие переходных искажений, но низкий кпд (10-20%), т.е. данный класс неэкономичный в смысле расходования энергии и нагрева. Режим класса А характеризуется наилучшей линейностью усиления, однако по энергетической эффективности он самый плохой. Чем же хорош класс А? Прежде всего отличной линейностью и отсутствием искажений – форма сигнала на выходе остается такой же, какой она была на входе. За это приходится платить убийственной потребляемой мощностью и чрезвычайно низким КПД усилителя. Выглядят они при этом просто устрашающе и греются как печка.

3.2 Режим класса АВ

Класс «AB» — некий компромисс между качеством сигнала и мощностными параметрами: за счёт начального смещения уменьшаются переходные искажения сигнала («стыковка» ближе к идеальной), но теряется экономичность и возникает опасность сквозного тока, потому, что транзистор (лампа) противоположного плеча полностью не закрывается. Но класс AB — компромиссное решение и всех устраивает по соотношению цена/качество.

3.3 Режим класса D

Класс «D» — это особый класс на основе ШИМ (широтно-импульсных модуляторов). Их главная особенность — использование вместо усиления широтно-импульсной модуляции (ШИМ, она же PWM — pulse width modulation). В отличие от аналоговых усилителей, где выходной сигнал представляет собой «увеличенную» копию входного, выходной сигнал усилителей класса D представляет собой импульсы прямоугольной формы. Их амплитуда постоянна, а длительность («ширина») изменяется в зависимости от амплитуды аналогового сигнала, поступающего на вход усилителя. После формирования импульсы усиливаются оконечными транзисторами, работающими в ключевом режиме. Преобразование импульсного сигнала в аналоговый происходит в фильтре низких частот на выходе усилителя или непосредственно в нагрузке (в акустических системах).

Достоинства — очень высокая экономичность, недостатки — ВЧ импульсные помехи, которые необходимо подавлять. В зависимости от сопротивления нагрузки, КПД усилителей этого типа может достигать 90%-95%. Разумеется, при такой эффективности нагрев выходных транзисторов практически отсутствует, что позволяет создавать чертовски маленькие и экономичные усилители. Но (имхо) с музыкой и музыкальностью они к сожалению не особо дружат.

4. Как выглядят интегральные стереоусилители?

Хоть и предусилитель и усилитель мощности объединены в интегральном стереоусилителе, но обычно внутри корпуса они располагаются на отдельных платах и иногда и в отдельных отсеках корпуса.



Предварительный усилитель — содержит все органы управления и коммутации источников: входы для подключения СД, тюнера, и прочих; селектор входов, позволяющий выбрать источник с которого будет идти сигнал; регулятор громкости; темброблок.

Усилитель мощности — содержит каскады усиления либо на дискретных элементах, либо микросхемы. В отличие от предусилителя — полностью соответствует своему названию — усиливает мощность.

Большое значение уделяется «чистоте» тока от блока питания, с мощным тороидальным трансформатором и фильтрующими конденсаторами гигантских емкостей.

Довольно редко интегральный стереоусилитель имеет встроенный ЦАП для «приема» цифровых потоков с входа SPDIF (коаксиального RCA или оптического Toslink).

5. Подходят ли AV-ресиверы для прослушивания стерео музыки?

Я считаю что нет, ибо в 99.99% случаев это усилители класса D (слабо себе представляю размеры ресивера в котором будут встроены 5+1 или 9+2 усилителей класса А или даже AB, вот ведь «печка» будет размером со шкаф). А так же в большинстве своем это дешевые и бюджетные ЦАП.

Вот пример: AV-ресивер Cambridge Audio Azur 650R стоимостью 50-60 т.р., содержит однокристальный многостаночник Cirrus Logic CS49700 (поставляется серийно по оптовой цене 7,50 долларов за штуку), читаем даташит и узнаем, что в этот кристалл встроен бюджетный стерео ЦАП Cirrus Logic — CS4344, который по классификации производителя ниже классом чем CS4392 который используется в самом дешевом внешнем ЦАП Creative Professional E-MU 0202 USB. Не говоря уже о том, что там компактные компромиссные усилители класса D.

ИМХО AV-ресиверы это для кино и не требовательных слушателей.

6. Что выбрать из «интегральников» в бюджетном классе Hi-Fi?

В данный момент времени (конец 2010 года) лучшими в бюджетном классе («Царь бюджетного сектора») считается связка CD-проигрыватель Marantz CD6003 и интегральный стереоусилитель Marantz PM6003.



Обзор «What Hi-Fi?» 5 из 5 баллов — ссылка

«слаженность на всем частотном диапазоне, полнокровные и плавные СЧ и многослойная звуковая сцена»
«невозможно устоять: звучание потрясающе детальное, невероятно масштабное и убедительное, а динамическому размаху сопутствует полный контроль»
«Включите «source direct» – режим обхода контуров темброблока, тонкомпенсации и баланса, – и вы получите аппарат редкой продуманности, которому «по зубам» все что угодно: от свежего, не перегруженного обработками одноименного альбома Wilco до сумасшедшего Relapse Эминема.»

А так же звание «Лучший стерео усилитель 2009 года» от британской премии «What Hi-Fi Sound and Vision» AWARDS 2009 журнала «Hi-Fi World».

Стоимость PM6003 в России 21 т.р.- ссылка

Вот и все пожалуй, статьи 3 и 4 будут про акустику, помещение для прослушивания и использование ПК в качестве hi-fi источника.