Искажения усилителей – на что обращать внимание

Искажения делятся на две группы:

• линейные искажения (диапазон воспроизводимых частот)
• нелинейные и интермодуляционные искажения

Да, искажения (отклонения от прямой) частотной характеристики – это линейные искажения. Хотя на бытовом уровне мы привыкли называть искажениями только слышимый хрип и треск.

Мощность усилителя – тема отдельного разговора. Прочие параметры (коэффициент демпфирования, скорость нарастания выходного напряжения) в своё время были хорошо раскручены маркетологами, но полезной информации в них немного – зато они надёжно сбивают с толку неопытного покупателя.

Диапазон воспроизводимых частот

Диапазон воспроизводимых частот (frequency responсe) определяет граничные частоты, на которых коэффициент усиления снижается на заданную величину (в зависимости от выбранной методики измерения на 1-3 дБ). Не может быть уже 20 Гц-20 кГц, и выполняется во всех современных усилителях (кроме сабвуферных моноблоков – там диапазон может быть ограничен сверху величиной 0,5-1 кГц уже на входе усилителя).

Откуда взялись эти 3 дБ? Из радиотехники, там полоса пропускания определяется по уровню половинной мощности сигнала – то есть те самые -3 дБ. Это удобно для радиоприёмных трактов, а для звука, согласитесь, как-то не очень. Поэтому обявленные на заре Hi-Fi «святым Граалем» 20 Гц-20 кГц в реальности ничего толком не описывали – внутри этого диапазона уровень сигнала мог спадать уже ниже 100 Гц и выше 8 кГц.

Впрочем, это было справедливо лишь для ламповых усилителей с трансформаторами и первых транзисторных усилителей. По мере развития технологии полоса пропускания усилителей расширилась практически от постоянного тока до многих десятков и даже сотен килогерц – если измерять по классической методике. Чем, кстати, вовсю пользовались маркетологи 70-х годов, приводя всё более и более высокие показатели. На деле это означало лишь то, что «завал» АЧХ на частотах 20 Гц и 20 кГц не более 0,5 дБ.

Любой современный усилитель обеспечивает диапазон воспроизводимых частот 20 Гц-20 кГц с минимальной неравномерностью АЧХ, и чтобы не выполнить это условие – нужно сильно постараться, выбирая древние комплектующие и устаревшие схемотехнические решения. Поэтому обращать на этот параметр пристальное внимание не стоит – в характеристиках усилителя его указывают скорее по традиции.

Нелинейные искажения

Нелинейные искажения, или коэффициент гармоник измеряются на синусоидальном сигнале. Результат зависит от его уровня и частоты, часто имеет привлекательный минимум – который и приводится в документации.

К сожалению, производители крайне редко приводят зависимость уровня и спектра гармоник от частоты и мощности – эту информацию можно найти в тестах профильных журналов. Вот пример зависимости искажений от частоты:

Уровень гармоник при малой мощности довольно высокий – косвенное свидетельство работы выходного каскада в классе B или близком к нему. В то же время вклад «неприятной» третьей гармоники невелик

Зависимость искажений от мощности позволяет «поставить диагноз» гораздо точнее:

Это усилитель с правильно выбранным режимом работы выходного каскада – искажения низкие и на малой мощности практически не растут

А здесь практически режим B, искажения довольно высокие, а на малой мощности заметно растут

Но на самом деле важно не количество гармоник, а их «национальный состав». Почему звук ламповых усилителей с искажениями в несколько процентов на слух приятнее, чем транзисторных с искажениями в тысячи раз меньше? Здесь нет тайны: искажения ламповых усилителей ограничиваются второй и третьей гармониками, а четвёртую и пятую нужно искать с микроскопом. В транзисторном усилителе при неудачной конструкции можно обнаружить гармоники вплоть до тридцатой(!). И, хотя все они имеют очень малый уровень, но их так много, что они с удовольствием взаимодействуют и между собой, порождая дополнительные – уже негармонические составляющие. Это и есть интермодуляционные искажения. О них чуть позже, а пока – примеры «хороших» и «нехороших» искажений.

Здесь искажения представнлены в основном второй и третьей гармониками, уровни четвёртой, пятой и последующих ничтожны – поэтому звучани «тёплое», близкое к ламповому

А здесь мы видим только нечётные гармоники – третью, пятую, седьмую, ещё тринадцатую и семнадцатую с хорошо заметным уровнем. Звук «холодный» и «жёсткий», хотя по уровню искажений «в попугаях» оба усилителя примерно одинаковы

Интермодуляционные искажения

Интермодуляционные искажения – результат нелинейных искажений сложных сигналов, взаимное влияние разных частотных составляющих. Обычно значительно выше нелинейных. В «доисторическую эпоху» использовали косвенный метод измерения – на вход усилителя подавались частоты 250 Гц и 8 кГц, потом высокую частоту выделяли узкополосным фильтром и смотрели, насколько она модулирована по амплитуде. Спектральный состав продуктов искажений оставался неизвестным.

Прямые измерения на основе спектрального анализа позволяют сразу увидеть продукты взаимодействия двух сигналов – сигналы суммарных и разностных частот, а также их гармоник.

Пример усилителя с низкими интермодуляционными искажениями – менее 0,1%

О классах аналоговых линейных усилителей и механизме возникновения искажений тут
О гибридных усилителях тут
Об импульсных усилителях класса D тут

С вами был УРАЛ и ЧЕстный Звук.О том, как УРАЛ дважды выиграл патентный спор у правообладателя JBL, читайте в статье
О продукции УРАЛ можно узнать здесь
О новом АК - подробно - тут

Внимание! Продукция УРАЛ теперь не только в DNS, но и на OZON)Наши соцсети:
🔊 VK - https://vk.com/ural_auto
🔊YouTube - https://www.youtube.com/channel/UCLzzLfBqwvyz9WTfUWITRAg
🔊OK - https://ok.ru/group/57850130727085
🔊TELEGRAM - https://t.me/chezvuk
🔊RUTUBE - https://rutube.ru/channel/23872366/playlists/Понравилась статья? Ставьте лайк, делайте репост)
Подписывайтесь на канал! Все самое интересное - впереди.
Всем добра)

#усилители #искажения