Дамы и господа, аудиофилы и меломаны, здравствуйте.
Добро пожаловать на Dzen-канал Аудиосалона "Русский Звук", посвященный аудиотехнике.
Наш Шоурум откроется 26-27 октября 2024 года по адресу г. Москва, пр. Вернадского, 29. ПРИГЛАШАЕМ ВСЕХ НА ОТКРЫТИЕ!
Также мы принимаем участие в выставке Hi-Fi & Hi-End Show в Бородино и приглашаем Вас заглянуть в нашу комнату 1004, где будет представлена экспозиция Аудиосалона "Русский Звук" - бесплатный вход по промокоду ниже!!!
Напоминаем Вам, что ознакомиться с нашей аудиотехникой вы можете на сайте https://www.avito.ru/brands/russianaudio (сайт шоурума пока находится в разработке).
Сегодня у нас очередная статья с просторов интернета, для ознакомления нашей Дорогой публики.
Авторы (источники) - electroclub.инфо
Отдельно отмечаем, что мнение Аудиосалона "Русский Звук" может не совпадать с мнением авторов статьи.
Итак, поехали!
Биампинг в усилителе
Биампинг (англ. bi-amping — «двойное усиление») — использование двух усилителей, усиливающих сигнал каждый для своего динамика в колонке. Существует две разновидности биампинга, причем каких-то специальных названий у них нет, поэтому я дам им свои названия.
1. «Полный», или «правильный» биампинг в усилителе и колонке:
Каждый из усилителей усиливает только свой диапазон сигнала — ВЧ или НЧ (т.е. только часть сигнала). Разделение полос происходит в активном кроссовере (фильтре) в предварительном усилителе. Динамики подключаются непосредственно к выходам своих усилителей.
2. «Неполный», или «неправильный» биампинг в усилителях:
Каждый из усилителей усиливает весь частотный диапазон (т.е. весь сигнал). Этот весь усиленный сигнал подается на колонку, а в ней уже встроенный фильтр-кроссовер пропускает на динамики только нужные частоты. Ненужные частоты «отбрасываются», выходит зря их усиливали.
Раз уж пошла такая пьянка — есть еще такая заморочка под названием «биваринг».
Биваринг (байваринг)
Биваринг (англ. bi-wiring — «двойные провода») — полключение каждого из динамиков колонки отдельным кабелем к одному и тому же усилителю.
Смысл использовать два провода там, где отлично хватает одного, появляется, если длинна кабеля превышает 50 метров, а провод большого сечения при этом неудобен. Или используется такой дерьмовый кабель, который не в состоянии передать в колонку весь сигнал целиком. Я не сторонник ни того, ни другого. (Ну еще можно похвастаться перед соседом — мол вот какая крутая у меня аппаратура. Если же сосед спросит зачем два провода там, где хватит и одного… Ответы нужно заранее поискать в глянцевых аудиожурналах, а если сосед соображает в технике и эти ответы его не убедят — значит он жлоб из глубокой провинции, ничего в аудиофильстве не понимающий)
Итак…
Настраиваю я активный кроссовер, который собираюсь установить в свой доработанный ресивер (см. «Доработка расиверов Пионер«) и получить в его фронтальных каналах «настоящий» биампинг. При всех своих преимуществах, биампинг имеет лишь один недостаток — требует дополнительных усилителей мощности. Их есть у меня — ресивер 7.1 канальный, а я использую из них только 5.1. Значит два канала свободны и их можно использовать.
Активный кроссовер для биампинга я сделал давно. Сам по себе он работает великолепно, но вот АЧХ колонок, подключенных к нему, мне не нравится. Есть маленький шанс, что я неудачно выбрал частоту раздела, но скорее всего, это что-то не то с самими акустическими измерениями или что-то еще недонастроил. Что имеем:
С выхода звуковой карты сигнал подается на кроссовер, а с него — на вход усилителя для качественной компьютерной акустики на микросхеме TDA7293. К каждому из каналов усилителя подключено по динамику колонки. Правый канал воспроизводит частоты мидвуфера (ниже 3 кГц), а левый — высокочастотника (выше 3 кГц).
Кроме того, в низкочастотной части кроссовера предусмотрен сабсоник (фильтр инфранизких частот) 1-го порядка, ослабляющий сигналы ниже 40…50 Гц. Это сделано для того, чтобы не перегружать НЧ/СЧ динамики колонок — все равно ниже 80 Гц работает сабвуфер.
Достоинства биампинга
Кроме измерения АЧХ колонок с помощью микрофона Panasonic WM-60 и измерительного микрофонного усилителя, я еще и отслушивал колонки на слух. У меня одна из колонок имеет внутри обычный пассивный кроссовер (я ими сейчас пользуюсь без всякого биампинга), а у другой колонки ее пассивный кроссовер находится снаружи, и подключен к динамикам через разъем Speakon. Так что я просто отсоединяю эту колонку от ее фильтра и использую прямое подключение к динамикам для экспериментов. Целью отслушивания было сравнить равномерность АЧХ пассивного и активного кроссоверов. И тут получилось все по науке:
1. У активного кроссовера неравномерность АЧХ ниже. Причем это заметно даже на слух (не так, чтобы очень сильно, но заметно), несмотря на то, что я еще не удовлетворен результатами настройки. Ну тут все ясно — нет проблем с согласованием фильтров с нагрузкой, нет переменной нелинейной индуктивности динамиков, нет сопротивления проводов. АЧХ электронных фильтров получаются куда более ровными — ведь согласование с нагрузкой у них идеально (у фильтров в колонках их согласование с динамиками зависит даже от уровня громкости!).
2. Звук при биампинге в колонке заметно чище! Опять же, не бросается в глаза (да я и прислушивался больше к частотному дисбалансу), но все же лучше. Отсюда попобробнее. У любого усилителя всегда есть две проблемы: большая амплитуда сигнала, и его (сигнала) высокая частота. При большой амплитуде выходное напряжение близко к своему пределу — напряжению питания. При этом перегиб амплитудной характеристики уже рядом (см. «клиппинг в усилителе«) и нелинейность большая. Значит и искажения заметно растут. На высоких частотах другое дело: обычно частота первого полюса усилителей лежит где-то в диапазоне 10…1000 Гц (у TDA7294 она приблизительно равна 200 Гц), на более высоких частотах усиление падает, значит глубина ООС уменьшается и искажения опять-таки растут. Широкополосному усилителю, который воспроизводит весь диапазон от 20 Гц до 20 кГц, приходится тяжело — ведь ему надо бороться с этими двумя бедами одновременно! Потому что вместе с низкими частотами большой амплитуды, в сигнале содержатся и высокие частоты. И амплитуды всех их суммируются.
Усилитель изо всех сил пытается поддерживать высокое качество, но куда ему одному с ними двумя справиться! А в биампинге каждому усилителю достается только по одному противнику. Один усилетель сражается только лишь с большой амплитудой, ведь при частоте среза 3 кГц и фильтре 3-го порядка высоких частот ему не достается. А с относительно низкими он справляется легче. Другому усилителю достались только лишь высокие частоты, зато амплитуда сигнала там раз в 10 меньше. Поэтому искажения каждого из усилителей и становятся меньше.
Кроме того, в одиночном широкополосном усилителе появляются многочисленные комбинационные частоты (из-за интермодуляционных искажений), причем в том числе и между самыми высокими и самыми низкими частотами сигнала. В результате спектр комбинационных искажений получается практически сплошной, как шум, и очень неприятный на слух. Если же усилители разделить, то в каждом из каналов присутствует не только меньшее количество частот сигнала, создающих взаимные комбинации, но и они «только свои» — только НЧ или только ВЧ. Самые высокие частоты с самыми низкими при этом никак не взаимодействуют, ведь они разделены по разным усилителям! Поэтому всяческих сочетаний интермодуляций гораздо меньше (и амплитуда их меньше из-за возросшей линейности!) и звук чище.
3. На самомо деле тут еще несколько факторов, улучшающих звучание. Например, тот факт, что усилителю приходится работать на более «легкую» нагрузку. Если разделительные фильтры находятся в колонке, ее сопротивление приобретает более сложный реактивный характер из-за катушек и конденсаторов, составляющих фильтр (а еще в фильтре резонансы бывают!). И усилителю труднее работать на такую нагрузку. «Чистые» динамики тоже не сахар, но все же намного лучше.
4. Выходная мощность получается немного больше — ведь мы теперь для колонки используем два усилителя. Объясню «на пальцах». Допустим максимальная мощность усилителя 10 Вт. Значит при «моноампинге» на колонке эти самые 10 Вт максимум и получаем (на самом деле чуть меньше из-за потерь в пассивном кроссовере). В биампинге два усилителя, а частота раздела кроссовера 3 кГц. При такой частоте раздела на НЧ/СЧ составляющие приходится примерно 85% мощности сигнала (Программа для расчета соотношения мощностей динамиков, включенных через фильтры). При «моноампинге» мощность усилителя делилась так: 8,5 Вт на НЧ и 1,5 Вт на ВЧ динамики. В биампинге НЧ усилитель отдает в НЧ динамик все свои 10 Вт. Теперь эти 10 Вт составляют 85% всего сигнала, а остальные 15% сигнала = 2 Вт в ВЧ динамик отдает другой усилитель. Таким образом, суммарная мощность двух усилителей теперь стала 12 ватт! И это при снижении искажений.
Есть ли в биампинге недостатки? Есть. Но эти недостатки либо можно обратить в достоинства, либо легко преодолеть. И лишь часть из них (хотя тоже в принципе преодолима) будет мешать жить.
Недостатки биампинга
1. Нужно в два раза больше усилителей. Это преодолевается легко. Конечно, схема становится сложнее и дороже, но далеко не в 2 раза. Ведь часть цены и сложности составляют корпус, блок питания, предусилитель, всяческая индикация и автоматика. Корпус становится лишь ненамного больше и чуть-чуть дороже. Тоже самое происходит и с блоком питания. Чуть мощнее, чуть дороже. Ненамного. Предварительный усилитель почти не изменится (активный кроссовер в предусилителе дешевле чем пассивный в колонках!). Таким образом, цена и сложность возрастут на 20…30%. И кроме того, качество требует затрат. Для контраста посмотрите каталог Hi-End аппаратуры с ценами за сто тысяч долларов. И вам сразу станет ясно, что ваш усилитель совсем даже и не дорогой!
2. К выходу биампингового усилителя (в отличие от «широкополосного») невозможно подключить наушники (обычно их подключают к выходу усилителя мощности через резистор). На самом деле это не недостаток, а достоинство. Такое подключение наушников используют для упрощения жизни. Качество при этом получается не самое высокое. Если же усилитель двухполосный, то придется делать (и встраивать в аппарат) специальный усилитель для наушников, имеющий намного более высокое качество! Так что и наушники у вас звучать будут лучше.
3. Самая больная проблема: к биампингу не готовы колонки. То, что выпускает промышленность не совсем «настоящий» биампинг — хоть и возможно использовать два усилителя, каждый из них усиливает весь частотный диапазон целиком. А потом фильтр в колонке «возьмет» только часть сигнала, а другая часть пропадет зазря (и зачем было ее усиливать бестолку?). Такой биампинг практически не имеет преимуществ перед «моноампингом» (на самом деле имеет, но гораздо меньшие, чем «настоящий» биампинг). Так вот проблема в том, что в колонки фильтры уже встроены и никуда от них не денешься! Для полноценного биампинга и колонки и усилитель нужно разрабатывать, изготавливать и продавать вместе. При этом теряется универсальнось… Но на мой взгляд это не так уж и плохо. Почитайте аудиожурналы и интернет-форумы! Сколько вопросов на одну и ту же тему: «Будет ли усилитель ХХХ звучать с колонками ZZZ?» Или: «Какие купить колонки к моему усилителю, чтобы подходили?» А если эти компоненты друг к другу не подходят, то система звучит хуже, чем могла бы. А тут — никаких проблем: колонки и усилитель изначально подходят друг к другу. И это правильно. Ведь во многих областях техники поступают именно так. Ведь никто не страдает: «Какой двигатель поставить на мой Форд — от Тойоты, от BMW или от Запорожца?» Так почему до сих пор ту пару компонентов, которые наиболее тесно связаны и зависят друг от друга — колонки и усилители — выпускают поотдельности и совершенно независимо друг от друга? И не всегда подходящие?
Это большей частью делается для удобства производителей, а не покупателей. Но радиолюбители в этом отношении находятся в гораздо более благоприятный условиях — они могут сделать все в комплексе, согласовав наилучшим образом. Или переделать уже существующую технику, чем я сейчас и занимаюсь.
Клиппинг (cliping) в усилителе
Ограничение сигнала усилителем (клиппинг) – это такая ситуация, когда от усилителя пытаются получить напряжение на нагрузке больше, чем тот может обеспечить.
В нормальном рабочем диапазоне входных напряжений, зависимость выходного напряжения от входного практически линейная (на самом деле не совсем, и эта небольшая нелинейность порождает искажения, которые призван оценить коэффициент гармоник Кг, или THD по-иноземному, и это отклонение от прямой составляет 0,001…0,1%), и форма выходного сигнала совпадает с формой входного – усилитель сигнал просто усиливает не искажая, то есть работает правильно.
Если же входное напряжение все повышать и повышать, то выходное напряжение уже не будет по форме повторять входное: оно дойдет до какого-то предела, определяемого источником питания и схемотехникой усилителя, а потом перестанет изменяться. Форма сигнала при этом начинает отличаться от исходной, причем тем сильнее, чем сильнее клиппинг. В спектре сигнала появляется много таких составляющих, которых там сроду не было, причем спектр этих помех меняется динамически вместе с сигналом. Звук кардинально ухудшается. Нелинейность амплитудной характеристики при этом колоссальная и искажений соответственно намного больше.
На рисунке вверху: пунктиром — то, что мы пытаемся получить, сплошной линией — то, что реально получаем.
Кроме того, в спектре сигнала появляется много высокочастотных составляющих, которые могут перегрузить ВЧ динамик колонки (ВЧ динамики на самом деле рассчитаны на гораздо меньшую мощность, нежели на них написано, см. например, программа для расчета соотношения мощностей динамиков ) и даже сжечь его!
Клиппинг (по-нашему он называется ограничением сигнала) — очень вредная для аналоговых усилителей вещь. В этой ситуации элементы усилителя не работают нормально. Их режимы могут быть неправильными (иногда транзистор просто неуправляем, и какое на нем будет напряжение/ток предсказать вообще невозможно). Обратная связь при этом тоже не работает, поэтому она не в состоянии скомпенсировать это безобразие.
Почему же бытует мнение (поддерживаемое аудиожурналами), что клиппинг – это совсем не страшно, даже совсем и не плохо, и в нем очень даже можно работать, особенно ламповой технике? Тут нужно окунуться в историю.
Лет 30-40 назад, когда почти вся техника была ламповой, выходная мощность аппаратуры была на уровне 0,5-1,5 Вт. 5 Вт – это было очень громко, а 20 Вт – уже для дискотеки.
Потом появились транзисторы, для которых не то, что 20, а 50-100 Вт не мощность, также как и широкий (20-20000) диапазон частот. Внимание конструкторов переключилось на динамики. Были созданы динамики с гораздо более гладкой АЧХ, большей линейностью, более широким частотным диапазоном. Но за все нужно платить – за лучшее качество расплатились КПД, который стал меньше в 10-20 раз. Сегодняшние динамики при подводимой громкости 10-20 Вт звучат также громко, как и старые при 1 ватте. Но большАя мощность не проблема, не так ли?
А потом появились аудиофилы с их однотактными в классе А ламповыми усилителями. И опять в обиход вошли маленькие мощности: Hi — End усилитель фирмы ХХХ имеет выходную мощность 4,5 Вт при цене 50 000$; а фирмы ZZZ имеет 9 Вт при цене 120 000$. Если к такому усилку подключить современные колонки, нужно будет хорошо прислушиваться, чтобы что-то услышать. А старых динамиков нет и выпускать их никто не собирается. Как быть?
Причем это еще не все. Ведь у музыки пик-фактор равен числу «пи» (до недавнего времени считалось, что «пи»/2, и даже советские стандарты на это ориентировались). Поэтому, чтобы пики сигнала оставались в линейной области амплитудной характеристики, общий уровень напряжения приходится уменьшать в 3 раза, а значит выходную мощность почти в 10 раз! Что там осталось от громкости? 0,45…0,9 Вт? Круто!
При таких ценах и таких мощностях проблема привлечения клиентов стоИт очень остро. Мощность увеличивать трудно технически, а применить другую схемотехнику нельзя – уже везде рекламой раструбили, что однотактник в классе А – это рулез, а все остальное – полный отстой. Отсюда и цены такие ломят. И тут кому-то пришла в голову светлая мысль: если увеличить громкость в 1,4 раза, то выходная мощность увеличится вдвое. Правда при этом кратковременные пики сигнала попадут в область насыщения, и их форма уже будет искажена.
А вот это оказалось и не так страшно – излом амплитудной характеристики ламповика гораздо более пологий, чем транзистора (особенно, если ламповик или совсем без общей ООС, либо с очень слабой). И эти искажения не порождают такой жуткий спектр гармоник и комбинационных частот, как у транзисторников. На самом деле, это уже халтура – искажения, хоть и сравнительно небольшие, уже появляются, напрочь убивая тем самым все преимущества сверхлинейного лампового усиления. Но фокус в том, что услышать это могут немногие люди. А подобные усилители покупают люди не столько с соответствующим слухом, сколько с соответствующим кошельком.
Поэтому идея оказалась очень кстати, только нужно было как-то ее легализовать. Ну и пошла гулять по «аудиомурзилкам» деза о том, что клиппинг – это и не страшно вовсе. Когда к этому попривыкли, пошли дальше – убедили население, что в клиппинге вообще можно работать. Общественное мнение сформировали, и после этого «подняли» уровень воспроизведения ламповиков до максимума. То, что в таком режиме он играет хуже, чем хороший транзисторный усилитель – про это все молчат (кто знает), а сравнить – ну кто же будет сравнивать суперэлитный ламповик с каким-то «каменным дерьмом»!
Зато громкость сразу получилась намного выше, и теперь, обрабатывая клиента купить усилитель вдвое дороже его «Мерседеса», можно не бояться упрека в том, что он тихо играет. А что касается качества… А качество – его и по ценнику хорошо видно, а те, кто сомневается – жлобы из глубокой провинции, ничего в аудиофильстве не понимающие!
Вот наглядная демонстрация такого подхода. Сразу оговорюсь — это цифровые сигналы. В них происходит самый страшный на свете клиппинг. Потому что в них действует только математика — четкое сравнение амплитуд: если больше нормы, то сигнал режется. В транзисторных усилителях ограничение несколько более мягкое, а в ламповых еще мягче. Но не настолько, чтобы этот пример потерял актуальность, потому что принцип — он есть везде.
Итак, исходный сигнал. Амплитуда максимальна. Хорошо видны всплески амплитуды. Масштаб по оси времени: 1 деление = 1 секунда, поэтому видно, что всплески редкие.
Кстати, психоакустика учит нас, что если эти редкие всплески обрезать, то сознание этого не заметит, то есть мы не будем слышать явных искажений. Но с субьективной стороны при прослушивании мы будем ощущать, что «что-то не то» — отсутствует легкость, воздушность, естественность и прочие «эзотерические» явления. Именно для того, чтобы показать способность усилителя воспроизвести эти редкие короткие всплески, придумали мощность РМРО — кратковременную мгновенную, которая должна быть раз в 10 больше номинальной. И именно ее взяли за основу «китайской» мощности — уж очень цифры внушительные получаются!
Далее, увеличиваем сигнал на 3 дБ (в 1,4142… раз). Хорошо видно, что весь сигнал стал «громче». Но максимальная амплитуда не изменилась — ведь больше максимума не бывает! Поэтому отностиельная высота пиков уменьшилась.
А теперь внимание, правильный вопрос! Как можно говорить о нюансах правильности и волшебной чистоты лампового звука при таких огромнейших, заметных даже на глаз искажениях? Вы этим словам верите? Я — нет.
Если исходный сигнал увеличить в 2 раза, то мне не хватает печатных слов, чтобы прокомментировать результат. Поищите-ка здесь знакомые импульсы-пики! И нас пытаются убедить в том, что такое можно слушать?! Можно. Только я лично вместо такого варианта лучше выберу этот противный транзисторный усилитель, только чтобы в нем был сигнал, как на первом рисунке.
PS. На самом деле это довольно сложная проблема – сделать соответствующие подходящие колонки с очень высокой отдачей, чтобы обеспечить громкое звучание без клиппинга усилителя. Но на самом деле, в мире довольно мало людей, которые отличат звучание хорошего лампового усилителя от хорошего транзисторного (я имею в виду, что усилитель считается хорошим не потому, что так написано на его этикетке, или в модном журнале; я имею в виду по-настоящему хороший усилитель, без всяких подтасовок). Причем здесь важен весь комплект аппаратуры, носитель и сама запись, помещение для прослушивания, и даже психологическое состояние слушателя.
Поэтому, если у вас немного не хватает денег на покупку лампового усилка за 50 000$, то не расстраивайтесь – купите хороший транзисторный и не пожалеете! Только берите его с нормальным запасом по мощности, чтобы никакого клиппинга и близко не было, и да пребудет с вами сила!