Дорогие друзья, сегодня я расскажу о том, как подобрать усилитель для своей акустической системы. Вы узнаете о том, что такое усилитель, что означает на самом деле мощность, какие бывают классы усиления и затронем тему «лампового звука».

Что такое усилитель и что он делает?

УМЗЧ — или усилитель мощности звуковой частоты — устройство для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот (обычно от 16 до 20 000 Гц, в специальных случаях — до 200 кГц). Может быть выполнен в виде самостоятельного устройства, или использоваться в составе более сложных устройств — например активных мониторов или сабвуферов. Далее будем этот компонент системы называть просто «усилитель».

Как уже ранее мы смотрели, в любом источнике сигнала (даже в проигрывателе винила или магнитофоне) считываемый сигнал имеет очень малую мощность. Для передачи его другим компонентам системы необходимо его усилить до определенного уровня. Для этого служит предусилительный выходной каскад. Так в стандарте hi-fi при передаче по небалансному/несимметричному подключению среднеквадратичное (или т.н. эффективное) напряжение должно составлять 1.5В. Мощность при этом составляет несколько миливатт. Естественно, что этого не достаточно для работы акустической системы. Для увеличения мощности и служит усилитель.

Существует огромное многообразие усилителей. Среди них по назначению выделяются следующие

• интегральные усилители
• усилители мощности
• предусилители

Интегральный усилитель = предусилитель + усилитель мощности. Иными словами : предусилитель — это регулятор уровня маломощного сигнала (низкоуровнего), а усилитель мощности — усиливает входящий сигнал на некоторую максимальную фиксированную величину.

Кстати, говоря, ресивер — это тоже интегральный усилитель, но многоканальный и с цифровым обработчиком звука и видео (DSP).

Возникает вопрос : зачем разделять предусилитель от усилителя мощности? Я знаю только лишь две уважительные причины : большие габариты, например ламповые моноблочные усилители мощности, и эксперименты с гибридным усилением, например ламповый предусилитель и транзисторный «мощник». В остальных случаях это лишь маркетинговый ход, который зачастую несет только ухудшение звука из-за удлинения пути звукового тракта.

Как вы уже догадались, существует 3 типа усилителей:

1. Ламповые
2. Транзисторные
3. Гибридные

Существует огромное разнообразие ламповых усилителей, но как правило им присущи характерные особенности:

• относительно малая мощность — подходит только для высокочувствительных АС
• тональное окрашивание звука — не всегда, но бывает
• «мягкость звука», которая является следствием обогащения 2-й гармоникой
• жанровость — за счёт предыдущего пункта, хорошо удается камерная музыка, но проваливается на забойном метале

О транзисторных в общем-то ничего особо не расскажешь:

• как правило имеют нейтральный тональный баланс без прикрас
• «музыкальность» очень сильно варьируется, как правило зависит от класса усиления
• относительно высокая выходная мощность

Гибридные усилители — любопытные устройства. Таким примером может служить Vincent 236. Ламповый предусилитель и транзисторный «мощник» в одном корпусе. Если рассмотреть конкретно такую схему, то получим следующую солянку свойств от каждого типа:

• небольшое «размягчение» звука
• легкий окрас на ВЧ
• высокая выходная мощность

Каждый тип усилителей имеет своих поклонников. Лично я склоняюсь к наиболее честному звуку — а значит к чистому транзисторному.

Рассмотрим теперь подробнее характеристику мощности усилителей. Для этого нам придется познакомиться с классами усиления.

Классы усиления

Класс усиления — это принцип работы усиления в электроцепи усилителя. Существует около десятка разных классов усиления,  заострю внимание только на следующих, поскольку они наиболее распространены:

• Класс A
• Класс AB
• Класс B

Эта классификация зародилась еще в ламповую эпоху и в силу разных типов транзисторов, дабы не путаться, я разберу её именно на примере лампы. Но сперва напомню о том, что такое вакуумная лампа и с чем ее едят.

Типичная применяемая в усилителях электронная лампа (tube, valve) состоит из стеклянной колбы с откачанным воздухом в которую помещены два электрода (катод — cathode и анод — anode) и разделяющая их сетка, за катодом находится также специальный подогревающий элемент.

Поскольку между катодом и анодом вакуум и существенное по меркам микромира расстояние, то ток при относительно небольшом напряжении между ними возникнуть не может. Подогревая катод, мы повышаем скорость движения в нем электронов. В этом случае анод уже в принципе способен притянуть к себе электроны с катода. В двухэлектродных лампах (диодах — элементах с односторонней проводимостью) так и происходит. В триоде, однако расстояние между катодом и анодом больше чем в диоде, и ток просто так не возникнет. Для этого приходит на помощь сетка. Если подать на нее некоторое напряжение (много меньшее, чем напряжение между катодом и анодом), то она, будучи расположенной ближе к катоду, чем анод, начнет срывать с него электроны. 

Размеры сетки превышают размер электрона больше, чем оконная решетка размеры пылинки, и почти все электроны влетают в ячейки сетки, но притянуться собственно к ней не успевают. Между анодом (к которому соответственно они приблизились) и сеткой существует напряжение (чуть меньше, чем между анодом и катодом, но почти такое же) и анод тянет эти электроны к себе — то есть возникает ток между анодом и катодом.

Соотвественно, если напряжение, на сетке будет переменным, то ток через лампу будет меняться параллельно с ним. Сформулируем это с практической точки зрения — слабый переменный сигнал подаваемый в цепь катод-сетка, порождает в лампе свою усиленную копию. Конечно, собственно лампа, как есть — это еще не усилитель, хотя бы потому, что ток через нее может идти только в одном направлении, и от переменного сигнала будет усиливаться только половина полупериодов.

Самое простое решение этой проблемы — подача на триод, так называемого смещения — напряжения на сетке (точнее — разность потенциалов между сеткой и катодом). Результатом станет то, что у входной сигнал весь окажется в «правильной зоне».

Усилитель в котором реализуется такой принцип называют усилителем класса А. Недостатки усилителя класса А — пониженный КПД (только 50% от питающего напряжения), повышенный расход энергии и как следствие — большое тепловыделение.

Этих недостатков лишены двухтактные схемы, основанные на двух одинаковых триодах, включенных параллельно. В таких решениях сигнал перед подачей на усиливающий контур «разрезается» на две половины. Каждый триод усиливает свои полупериоды, а выходные сигналы затем «сшиваются» в полноценный сигнал, при этом энергия потребляется исключительно в необходимых пропорциях. Такие усилители называются усилителями класса В. У них правда свои недостатки. Они плохо работают в области близкой к нулевому значению входного сигнала, то есть некачественно усиливают тихие звуки.

Выходом из этой ситуации является подача небольшого смещения на каждый триод. Получается компромиссный вариант, именуемый усилителем класса АВ, к которому относится большинство популярных Hi-Fi усилителей. Отметим, что схемы усилителей класса B и АВ не в пример сложнее, чем у усилителей класса А, поскольку «разрезание» и «склеивание» сигнала требует определенных ухищрений.

Итак, мы поняли, что класс А — хорошо, но мощности мало, а АВ —  хоть и хорошо, но не всегда идеально.

Пора понять, сколько реально нам надо мощности. Но когда начинаешь искать ответ, глядя на паспортные характеристики АС или спрашивая продавца, закрадываются сомнения. Думаю все сталкивались с «китайскими» ваттами. Пора внести ясность.

Какой тип указываемой мощности нам нужен?

Теперь вы уже немного понимаете, что такое усилитель и с чем его едят Пора рассказать о том, что же означает мощность, значения которой так часто красуются на наклейках на музыкальных центрах, колонках или скромно пишутся в паспортных данных.

Можно встретить 5 (!) различных характеристик мощности:

1. Максимальная кратковременная мощность (МКМ) — электрическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую АС выдерживает без необратимых механических повреждений в течение 1 секунды (испытания повторяют 60 раз с интервалом в 1 минуту)
2. Максимальная долговременная мощность (МДМ) — электрическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую АС выдерживает без необратимых механических повреждений в течение 1 минуты (испытания повторяют 10 раз с интервалом в 2 минуты)
3. Максимальная синусоидальная мощность (МСМ) — электрическая мощность непрерывного синусоидального сигнала в заданном диапазоне частот, которую АС длительновыдерживает без тепловых и механических повреждений
4. Максимальная шумовая мощность (МШМ) — электрическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую АС длительно выдерживает без тепловых и механических повреждений
5. Номинальная мощность (НМ) — это заданная электрическая мощность, при которой нелинейные искажения АС не должны превышать требуемые

Эмпирически найдены следующие соотношения между этими величинами:

• МСМ ~ МКМ/4
• МШМ ~ МКМ/16
• НМ << МШМ

Как могли уже некоторые догадаться, максимальная шумовая мощность (МШМ) является той величиной, которая отражает реальную мощность акустической системы, поскольку шум и музыка со спектральной точки зрения имеют много общего.

К сожалению, большинство производителей указывают именно МКМ. Её значения гордо красуются в надписях типа «500W PMPO» или просто «300W». Если в паспорте на АС нет точной расшифровки, какая именно это мощность, а просто указана цифра, можете быть уверены, что это МКМ. Если подать на «300-ваттные» АС сигнал мощностью 300 ватт, то через секунду-две они выйдут из строя.

Чтобы оценить предельную реальную мощность АС вспомним о соотношениях выше. То есть для АС Monitor Audio RX6 с 125вт МКМ предельной мощностью на спектрально плотной музыке (например блэк-метал) будет всего лишь 7,8вт! Для более простой, спектрально разряженной, допустимо соотношение 1/10, т.е.12,5вт.

Я хочу напомнить, что сейчас речь идёт именно об «электрических» ваттах, т.е. тех, что подаются от усилителя к АС. Для перехода к звуковой громкости мы должны познакомиться с понятием звуковое давление (SPL).

На расстоянии 1м от пары АС звуковое давление имеет следующую величину:

SPL = [чувствительность АС] + [10 х log(МШМ)] + 3

и измеряется в децибеллах — дБ.

Возьмём к примеру АС с чувствительностью 87дБ. Такая чувствительность широко распространена среди современных акустических систем. Тогда в 1м от стереопары звуковое давление может быть развито не более чем до 100дБ. 100дБ — это концертная громкость. Казалось бы всё здорово! Однако вспоминаем о том, что это расстояние 1м и никто так близко не сидит к АС. Кроме того, комната для прослушивания имеет свойство приглушать звук. Плюс к этому дифракция звуковых волн способствует существенному рассеиванию мощности в разные направления (исключение только для рупорных). В итоге максимальное звуковое давление едва ли превысит 90дБ в реальных условиях на расстоянии 2-3 метров. Это позволяет нам с уверенностью сказать, что данная АС не сможет полноценно озвучить помещение большого размера.

Если же рассмотреть менее чувствительные АС, то результаты будут еще более удручающими.

Выводы

Если вы встречали ранее мнение, что для низкочувствительных АС «всего лишь» нужен более мощный усилитель, то теперь вы понимаете , что каким бы мощным усилитель не был — большинству модных современных АС это как мертвому припарка.

Я не стал разбирать вопросы согласования сопротивлений — это в принципе вообще не проблема для хорошо спроектированных усилителей и акустических систем, хотя возможно в будущем посвящу этому статью для ликбеза.

Возвращаясь к нашей повестке дня, выводы напрашиваются сами собой:

• выбирать приходится между винтажной (20-го века) акустикой и самодельной/авторской, желательно с чувствительностью более 90дБ
• подбирать транзисторный усилитель в классе А, в случае необходимости потом уже рассматривать АВ (коими почти все и являются на рынке)

Что касается соотношения выходной мощности усилителя и МШМ, то необходимо всегда иметь большее значение выходной мощности усилителя. Это нужно не для того , чтобы слушать очень громко, а чтобы усилитель мог адекватно передавать пики нагрузки на нормальной громкости. При чём , чем чувствительность ниже, тем соотношение мощностей усилителя/АС должно быть больше.

Я знаю, что некоторые со мной не согласятся по выводам, но достаточно провести прямое сравнение , чтобы убедиться в вышесказанном. Да, подходящие под описанные требования компоненты могут дорого обойтись, но знание  того, куда стремиться, дает возможность выбора между хорошей и плохой системой, а не между плохой и совершенно убогой.

Лично мои поиски идеального звука пока остановились на АС TKB-10D и усилителе Musatoff PA-6.