Как снизить коммутационные искажения в усилителях мощности звуковой частоты. Какие методы наиболее эффективны для уменьшения переходов сигнала через ноль. Какое влияние оказывает коррекция АЧХ на качество звучания УМЗЧ.
Природа коммутационных искажений в транзисторных УМЗЧ
Коммутационные искажения являются одним из основных видов нелинейных искажений, присущих двухтактным транзисторным усилителям мощности звуковой частоты (УМЗЧ) классов B и AB. Они возникают в моменты перехода сигнала через ноль, когда происходит переключение между верхним и нижним плечом выходного каскада.
Основные характеристики коммутационных искажений:
- Возникают 2500-6000 раз в секунду при воспроизведении музыкального сигнала
- Приводят к скачкообразному изменению параметров усилителя (выходное сопротивление, глубина ООС, фаза и др.)
- Отсутствуют в однотактных усилителях
- Их влияние на звук сложно оценить количественно
- Проявляются в диапазоне максимальной чувствительности слуха
Влияние коммутационных искажений на качество звучания
Коммутационные искажения могут оказывать заметное влияние на субъективное восприятие звука, несмотря на то, что их сложно измерить традиционными методами. Они могут приводить к следующим эффектам:
.JPG.486418b75a43c80c39b77b5b23faaa63.JPG)
- Ухудшение детальности и прозрачности звучания
- Размытие стереопанорамы
- Снижение динамического диапазона
- Появление «транзисторного» окраса в звуке
- Ухудшение передачи атаки звуков
Поэтому снижение уровня коммутационных искажений является важной задачей при проектировании высококачественных УМЗЧ.
Методы снижения коммутационных искажений
Существует несколько основных подходов к уменьшению влияния коммутационных искажений в УМЗЧ:
1. Коррекция частотной характеристики
Одним из эффективных методов является введение плавного спада АЧХ в области высоких частот. Это позволяет снизить количество переходов сигнала через ноль.
Оптимальные параметры коррекции АЧХ:
- Нижняя граница начала спада: 50-70 Гц
- Крутизна спада: -6 дБ/октава
- Верхняя граница спада: 3-5 кГц
Такая коррекция позволяет снизить число переходов через ноль на 30-40% без заметного ухудшения других параметров.
2. Увеличение начального тока покоя выходного каскада
Перевод усилителя из класса B в глубокий класс AB позволяет сгладить переходную характеристику в области малых сигналов. Это уменьшает коммутационные искажения, но увеличивает энергопотребление в режиме покоя.
3. Применение комплементарных пар транзисторов
Использование специально подобранных комплементарных пар транзисторов в выходном каскаде позволяет добиться более симметричной работы плеч и снизить коммутационные искажения.
Экспериментальное исследование влияния коррекции АЧХ
Для оценки эффективности коррекции АЧХ было проведено компьютерное моделирование с использованием реальных музыкальных сигналов. Анализировалось количество переходов сигнала через ноль при различных вариантах коррекции.
Результаты моделирования для типичного музыкального фрагмента:
| Вариант АЧХ | Количество переходов через 0 | Снижение, % |
|---|---|---|
| Без коррекции | 4500 | — |
| Спад от 1 кГц | 3800 | 15.6 |
| Спад от 3 кГц | 3100 | 31.1 |
| Спад от 5 кГц | 2700 | 40.0 |
Как видно из результатов, наиболее эффективной является коррекция АЧХ со спадом от 3-5 кГц. Она позволяет снизить число переходов через ноль на 30-40% без заметного ухудшения звучания.
Практические рекомендации по снижению коммутационных искажений
На основе проведенных исследований можно дать следующие рекомендации по снижению коммутационных искажений в УМЗЧ:
- Вводить плавный спад АЧХ -6 дБ/октава в диапазоне 3-5 кГц до 20 кГц
- Увеличивать начальный ток покоя выходного каскада до перевода в глубокий класс AB
- Использовать тщательно подобранные комплементарные пары транзисторов
- Применять быстродействующие транзисторы в выходном каскаде
- Оптимизировать цепи ООС для улучшения переходной характеристики
Комплексное применение этих мер позволяет значительно снизить уровень коммутационных искажений и улучшить субъективное качество звучания УМЗЧ.
Заключение
Коммутационные искажения являются одним из основных недостатков транзисторных УМЗЧ классов B и AB. Их снижение позволяет улучшить качество звучания и приблизить его к однотактным ламповым усилителям. Наиболее эффективными методами борьбы с коммутационными искажениями являются коррекция АЧХ и оптимизация режимов работы выходного каскада.
Применение описанных в статье методов на практике позволяет создавать транзисторные УМЗЧ с высоким качеством звучания, лишенным характерного «транзисторного» окраса. При этом сохраняются все преимущества транзисторных усилителей — высокий КПД, надежность, доступная цена.
| ||||||||
| ||||||||
Возможно и с другими качество звука будет не хуже (например серии 2SC), но мы не пробовали.
Схемы УМЗЧ на транзисторах: Секреты надежности усилителей
Схемы УМЗЧ на транзисторах: секреты надежности усилителей, принципы самостоятельной сборки усилителей мощности, правильные расчеты схемы УМЗЧ на транзисторах.
В данной статье представлены общие рекомендации по самостоятельной сборке усилителей мощности звука. Все показанные расчеты несколько упрощены в сторону запаса не более, чем на 15%.
Выбор драйверного каскада для усилителя мощности.
Драйверным каскадом называют каскад который непосредственно работает на управление оконечного каскада, как правило это первый каскад после усилителя напряжения, обычно эмиттерный повторитель, но при использовании каскодных выходных каскадов может быть включен и по схеме с общим эмиттером.
Основная задача драйверного каскада заключается в разгрузке усилителя напряжения и позволяет развить необходимые токи управления базами мощных выходных транзисторов.
Рассмотрим что именно происходит в единичный момент времени в усилителе, для наглядности возьмем довольно популярный усилитель мощности ЛАНЗАР. Схема печатной платы усилителя Ланзар.
Для того, чтобы понять все процессы происходящие в усилителе переделаем его под усилитель постоянного напряжения и это позволит контролировать ВСЕ что происходит в усилителе на протяжении одной полу-волны синусоидального сигнала. В результате переделок получилась схема, показанная на рисунке 1.
Рисунок 1 Принципиальная схема усилителя постоянного напряжения на базе усилителя ЛАНЗАР.
В качестве нагрузки используется постоянное сопротивление величиной 6 Ом. По мере экспериментов оно будет меняться в ту или иную сторону. Питание усилителя возьмем ±60 В.
Итак, для начала установим необходимый ток покоя и проверим в каких точках какие напряжения.
Рисунок 2 Карта напряжений
Рисунок 3 Карта протекающих токов
Рисунок 4 Карта рассеиваемых мощностей
Как видно из рисунка на транзисторах последнего каскада усилителя напряжения Q5 и Q6 выделяется порядка 1 Вт, следовательно этим транзисторам уже необходим теплоотвод.
На предпоследнем каскаде (драйверах Q8 и Q9) даже в режиме молчания выделяется порядка 2 Вт, тут уже однозначно требуется радиатор.
Радиатор охлаждения
Ну а для оконечного каскада радиатор уже просто обязателен, хотя в режиме молчания или без нагрузки размеры корпуса транзистора позволяют рассеивать выделяемое тепло. Тут же следует отметить, что в качестве оконечного каскада используется две пары транзисторов, включенных параллельно для увеличения выходной мощности усилителя, поскольку одна пара не в состоянии справится, но об этом несколько позже.
[adsens]
Поскольку переменное напряжение представляет из себя меняющее полярность постоянное, то рассмотрим происходящие процессы на примере одной положительной полуволны с контрольными точками 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 В (величина входного сигнала, рисунок 5).
Рисунок 5 В качестве примера возьмем положительную полуволну входного сигнала с амплитудой 2,5 В
По мере роста входного сигнала к нагрузке прилагается все большее напряжение, следовательно увеличивается протекающий ток и через нагрузку и через оконечные транзисторы.
Поскольку мы используем биполярные транзисторы, то ток коллектора на прямую зависит от тока базы, следовательно чем больший ток требуется пропустить через оконечный транзистор, тем больший ток требуется приложить к его базе.
Этим собственно и занимается драйверный каскад усилителя. Как видно из рисунка 6 по мере роста амплитуды входного сигнала протекающий ток через оконечные транзисторы увеличивается, увеличивается и ток, протекающий через транзисторы предпоследнего каскада, а вот мгновенно рассеиваемая мощность сначала увеличивается, а потом уменьшается.
Тут, пожалуй, следует пояснить почему мощность увеличивается, а затем уменьшается, хотя казалось бы она должна не уклонно расти. Дело в том, что выделяемая на элементе мощность зависит от протекающего через элемент тока и падения напряжения на нем. Да, да это школьный курс физики, тот самый закон Ома.
Рисунок 6 Изменение токов и рассеиваемых мощностей в зависимости о величины входного сигнала
Схемы для наглядности
Для большей ясности рассмотрим простенькую схемку, состоящую из источника питания, сопротивления нагрузки и транзистора, через который собственно и подается напряжение на нагрузку.
Однако в данном случае транзистор будет выполнять роль переменного резистора в качестве движка которого можно подразумевать ток, протекающий через его базу. Для большей наглядности заменим транзистор резистором R1, сопротивление которого мы и будем менять (рис 7).
Рисунок 7 Принципиальная схема поясняющая рассеиваемые мощности
На рисунке 7 сопротивление регулируемого элемента (R1) равно 1000 кОм, ну что то типа утечки. В этом случае через нагрузку протекают микро токи и на регулирующем элементе рассеиваются микро ватты. Но стоит уменьшить сопротивление регулирующего элемента до такой степени, чтобы приложить к нагрузке 0,5 В как картина начинает меняться — рисунок 8. Поскольку к нагрузке прилагается 0,5 В, а напряжение питания составляет 10 В, то на регулирующем элементе падение будет составлять 9,5 В, что собственно и показывает подключенный к выводам регулирующего элемента вольтметр.
[adsens1]
Ток через нагрузку и регулирующий элемент будет составлять 50 мА, т.
е. 0,05 А. В этом случае, для вычисления выделяемой регулирующим элементом мощности, следует протекающий через него ток (0,05 А) умножить на приложенное к его выводам напряжение (9,5 В). В результате мы получаем, что выделяемая регулирующим элементом будет рассеиваться 0,475 Вт (475 мВт, как показывает симулятор).
Рисунок 8
Далее приложим к нагрузке 1 В. На регулирующем элементе остается 9 В, а протекающий ток составит 0,1 А (рис 9). Выделяемая мощность на регулирующем элементе составит 9 В х 0,1 А = 0,9 Вт (900мВт согласно симулятору). Пока все верно: увеличивается протекающий ток — увеличивается рассеиваемая мощность.
Рисунок 9
Далее приложим к нагрузке 2 В. Падение на регулирующем элементе 8 В, протекающий ток составляет 0,2 А, рассеиваемая мощность 8 В х 0,2 А = 1,6 Вт. (рис 10)
Рисунок 10
Казалось бы, что дальнейшие вычисления не имеют смысла — с увеличением протекающего тока увеличивается и рассеиваемая регулирующим элементом мощность.
Да, все верно, но лишь до тех пор, пока АКТИВНОЕ сопротивление регулирующего элемента не станет равным сопротивлению нагрузки. В этом случае к нагрузке будет приложено 5 В, протекающий ток составит 0,5 А, на регулирующем элементе и на нагрузке будет рассеиваться по 2,5 Вт (рис 11).
Рисунок 11
Теперь активное сопротивление регулирующего элемента меньше сопротивления нагрузки, приложенное к его выводам напряжение равно 4 В, протекающий ток равен 0,6 А, следовательно рассеиваемая мощность равна 4 В х 0,6 А = 2,4 Вт, т.е рассеиваемая мощность начинает уменьшаться, не смотря на то, что протекающий через регулирующий элемент ток продолжает увеличиваться (рис 12).
Рисунок 12
Для очистки совести откроем даташник на популярные в звукотехнике транзисторы 2SA1943 и 2SC5200 и посмотрим величину напряжения коллектор-эмиттер в открытом состоянии. Для 2SC5200 эта величина составляет 0,4 В, для 2SA1943 — 1,5 В. Поскольку последняя величина больше, то ее и попробуем — уменьшим величину активного сопротивления регулирующего элемента до получения падения на нем 1,5 В (рис 13).
Рисунок 13
Из всего выше сказанного следует, что рассеиваемая мощность на регулирующем элементе связана не только с протекающим через нее током, падением напряжения, но и с сопротивлением нагрузки и максимальное тепловыделение происходит в тот момент, когда активное сопротивление регулирующего элемента равно сопротивлению нагрузки.
Снова к усилителю
Ну теперь вернемся к усилителю постоянного напряжения, к рисунку 6. Как видно максимальный ток через транзисторы драйвера и оконечные транзисторы протекает как раз в момент когда входное напряжение составляет 2,5 В при нагрузке 3 Ома. Следовательно транзисторы драйвера должен быть рассчитан на ток не менее 310 мА, а транзисторы оконечного каскада на ток не менее 8,8 А.
[adsens]
Однако не стоит забывать, что реальный усилитель мощности работает на динамическую головку, которая к активному сопротивлению имеет отношение лишь до тех пор, пока диффузор не подвижен. Как только диффузор головки начинает двигаться динамическая головка перестает быть активной нагрузкой, поскольку начинают сказываться и индуктивность катушки и наводимый в этой катушке ток, когда диффузор по инерции продолжает движение.
Самый примитивный эквивалент динамической головки представлен на рисунке 14.
Рисунок 14 Эквивалент динамической головки.
Как видно в эквиваленте присутствуют и индуктивность и конденсатор, следовательно в моменты, когда диффузор головки разогнан до максимальной скорости происходит смена полярности выходного сигнала мгновенное значение активного сопротивления нагрузки может уменьшиться — в эквиваленте это будет емкость заряженного конденсатора и само индукция дросселя, причем ОЧЕНЬ сильно, и это только в случае когад акустическая система использует один широкополосный динамик, если же используется многополосная АС то активное сопротивление может уменьшится вплоть до 50% в определенные моменты времени.
Ну а поскольку активное сопротивление уменьшилось, то увеличиваются токи через оконечные транзисторы, естественно увеличивая токи своих баз. Поэтому в данном случае буде целесообразно использовать в качестве драйверов транзисторы с максимальным током коллектора уже не на 310 мА, а на 50% больше, т.
е. на 460-500 мА, ну а если уж обращаться к реальным транзисторам, то это будут транзисторы с током коллектора на 1А. Ток коллектора оконечного каскада приобретает величину уже в 13 А, ближайшая стандартная величина 15 А.
Почему не удваивается мощность? Да потому что токи имеют мгновенное значение, а рассеиваемая мощность гораздо более инерционная и получившихся 135 Вт будут вполне достаточно кристалл транзистора не успеет нагреться до критической температуры.
Когда уровень входного напряжения достиг величины 2,5 В (рис 15). В этом случае на выходе усилителя получается максимально возможное напряжение, поскольку Q5 уже вошел в режим насыщения и дальнейшее увеличение входного напряжения не приведет к росту выходного. Если бы это было в усилителе мощности звукового сигнала, то эта ситуация как раз и называется клиппингом.
Рисунок 15 Карта напряжений при входном напряжении 2,5 В.
На что здесь стоит обратить внимание?
Прежде всего на прилагаемые напряжения к транзисторам, отвечающим на усиление отрицательной полу волны.
Как видно из карты напряжений в момент, когда на выходе максимально возможное положительное напряжение к транзисторам отрицательной полу волны звукового сигнала прилагается отрицательная полярность источника питания и напряжение подаваемое с открытых транзисторов транзисторов положительной полу волны.
Следовательно транзисторы последнего каскада усилителя напряжения Q5, Q6, транзисторы драйверного каскада Q8, Q9 и транзисторы оконечного каскада Q10-Q13 должны быть рассчитаны на напряжение ни как не меньше 120 В и это только критический минимум, поскольку даже не большое увеличение сетевого напряжения и использовании не стабилизированного источника питания заставит транзисторы работать на технологическом запасе, что сводит схему к схемам пониженной надежности.
Поскольку электросети обещают напряжение в сети 220 В ±7%, а в реальности отклонения могут достигать и 10-15%, вот 15% и следует добавить с минимальному значению напряжения используемых транзисторов, т.е. используемые транзисторы должны быть рассчитаны на 138-140 В.
Открываем даташиты на транзисторы 2SA1943 и 2SC5200, которые используются в оконечном каскаде усилителя ЛАНЗАР и смотрим следующие величины:
- Максимальный ток коллектор-эмиттер . . . . . . . . . . .15 А
- Максимальное напряжение коллетор-эмиттер . . . 230 В
- Тепловая мощность коллектора . . . . . . . . . . . . . . . 150 Вт
Правда там оговорка имеется — тепловая мощность при температуре 25°С и рекомендуемая мощность всего 100 Вт с одного транзистора, но как показывает при хороших теплоотводах в качестве номинальных можно использовать максимальные значения, но об этом немного ниже. В данной же схеме эти транзисторы вполне уместны, имеют довольно приличный запас по току и напряжению, а учитывая довольно большой технологический запас ТОШИБОВСКИХ изделий, в этом усилителе их убить будет довольно сложно.
Открываем даташиты на используемые в качестве драйверного каскада 2SA1930 и 2SC5171
- Максимальный ток коллектор-эмиттер .
. . . . . . . . . . 2 А - Максимальное напряжение коллетор-эмиттер . . . 180 В
- Тепловая мощность коллектора . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Вт
. . . . . . . . . . 2 АОпять же по всем параметрам заложен довольно приличный запас, причем в качестве драйверного могут вполне справиться и более слабые транзисторы 2SA1837 и 2SC4793 током коллектора в 1А и максимальным напряжением 230 В. Так же подойдут транзисторы на 1,5 А 160 В 2SB649A и 2SD669A.
Более подробно о параметрах рекомендуемых для усилителя строения транзисторах можно узнать в справочном листке.
В качестве Q7 можно использовать практически любой транзистор, поскольку протекающий через него ток равен 16 мА, а прилагаемое напряжение не превышает 2-3 В во всех режимах работы. Используемые для этого в ЛАНЗАРЕ BD135 выбраны из за удобства крепления к радиатору и имеющие несколько большую зависимость тока коллектора от температуры, т.е. они гарантировано справятся с возлагаемыми на них функциями.
Выходные транзисторы
В качестве оконечных транзисторов используется 2 пары соединенных параллельно транзистора.
Это обстоятельство вносит дополнительные задачи при выборе элементной базы. Прежде всего транзисторы, которые соединены параллельно должны иметь довольно близкие параметры и только в этом случае нагрузка на них будет распределена равномерно и перегрузки одного из транзисторов не произойдет.
Если транзисторы покупаются в разных местах или в разное время, то тут без подбора транзисторов уже не обойтись, еси же покупаются в одном месте и все сразу, то следует обратить внимание на номер партии покупаемых транзисторов — у транзисторов одной структуры номер партии должен быть одинаковым. В этом случае завод-изготовитель гарантирует разброс параметров не более 2%, что вполне достаточно для использования в усилителях с параллельным включением транзисторов.
Номер партии пишется немного ниже и правей наименования транзистора. Так же следует обратить внимание на маркировку — маркировка краской ни фирменных транзисторах не делается уже достаточно давно — все надписи выполнены лазером.
Учитывая популярность своих изделий фирма ТОШИБА начала выпускать транзисторы и n-p-n и p-n-p структур одной партией, т.
е. даже в транзисторах разной структуры параметры будут максимально приближены. Вот правда в продаже такие пары встречаются пока не часто (рис 16).
Рисунок 16 Транзисторы расной структуры, но одной партии
Если же нет возможности купить транзисторы одной партии, то тут возникает довльно патовая ситуация с одной стороны нужны транзисторы с максимально похожими характеристиками, с другой — цифровой мультиметр с измерителем h31 для этих целей не подходит, поскольку его измерения производятся в режиме микротоков, а мощные транзисторы в этих режимах имеют коф усиления больше 1000…
Для подбора силовых транзисторов потребуется более серьезное оборудование или два мультиметра — рисунок 17
Рисунок 17 Стенд для отбраковки силовых транзисторов
Для произведения отбраковки следует взять любой транзистор из отбраковываемой партии и переменным резистором выставить ток коллектора равным 0,4…0,6 А для транзисторов предпоследнего каскада и 1…1,3 А для транзисторов оконечного каскада.
Ну а далее все просто — к клеммам подключаются транзисторы и по показаниям амперметра, включенного в коллектор выбираются транзисторы с одинаковыми показаниями, не забывая поглядывать на показания амперметра в базовой цепи — они тоже должны быть похожими.
Разброс в 5% вполне приемлем, для стрелочных индикаторов на шкале можно сделать метки «зеленого коридора» во время градуировки. Следует заметить, что подобные токи вызывают не плохой нагрев кристалла транзистора, а учитывая то, что он без теплоотвода длительность замеров не следует растягивать во времени — кнопку SB1 удерживать в нажатом состоянии более чем 1…1,5 сек не следует. Подобная отбраковка прежде всего позволит отобрать транзисторы с реально похожим коэффициент усиления.
Так же следует учитывать, что как бы вы не старались одинаковых транзисторов с теми, что у вас есть вы все равно не найдете, поэтому выбрав максимально похожие имеет смысл увеличить токовыравнивающие резисторы R24-R27 до 1 Ома. Разумеется вы потеряете в КПД, но выиграете по более равномерно распределенной мощности на каждый транзистор.
Резюмируя все выше сказанное можно сделать вывод:
Для данного усилителя мощности для предпоследнего каскада необходимы транзисторы с током коллектора не менее 1 А и напряжением коллектор-эмиттер не менее напряжения между плюсом и минусом двуполярного источника + 10-15% от этого значения. Для оконечного каскада требуется транзистор с током коллектора не менее 25 А или два включенных параллельно транзистора с током коллектора не менее 13 А.
Напряжение коллектор-эмиттер у транзисторов оконечного каскада должно быть такое же как и у транзисторов драйверного каскада. При соединении транзисторов параллельно необходимы транзисторы с идентичными параметрами, особенно по h31 (коф усиления), которое необходимо мереть при токах превышающих 0,1 А, либо использовать транзисторы одной партии. Мощность коллекторов соединенных параллельно транзисторов оконечного каскада должна быть не менее расчетной мощности усилителя при условии хорошего охлаждения кристалла транзистора, которое зависит от типа корпуса.
Последними строчками «О ТРАНЗИСТОРАХ» пожалуй стоит прописать, что с корпусов типа ТО-220 (IRF640-IRF9640) не рекомендуется «брать» более 60-70 Вт с одной пары, с корпусов типа ТО-247 (IRFP240-IRFP9240) не рекомендуется «брать» более 100-110 Вт с одной пары, с корпусов TO-3PBL (TO-264) (2SA1943-2SC5200) не рекомендуется брать более 140-150 Вт с одной пары, с корпусов ТО-204АА (MJ15022-MJ15023) не рекомендуется «брать» более 170-180 Вт с одной пары для широкополосных усилителей. Для сабвуферов приведенные значения могут быть увеличены примерно на 15-20%.
Источник: umz.htm
О снижении коммутационных искажений транзисторных УМЗЧ классов Б-АВ — Наушники
[ad_1]
Создано 20.09.2007 16:38.
Обновлено 16.09.
Автор: Алексеев Игорь.
Практика показывает, что поиск причин «транзисторного» звука только в области ООС и начальной АЧХ УМЗЧ дает результаты, не всегда сравнимые с усилиями, затрачиваемыми на реализацию сложной схемотехники УМЗЧ.
УМЗЧ и по подбору качественных комплектующих. Любой промышленный/самодельный усилитель имеет «свой тонкий звуковой почерк», который выражается в лучшем (через него) звучании фонограмм определенных жанров и музыкальных исполнителей.
В конечном итоге усилитель играет важную роль в формировании вкуса, предпочтений владельца (меломана), а также формировании его фонотеки.
Одним из видов искажений, присущих транзисторным двухтактным усилителям классов В-АВ, являются коммутационные (коммутационные) искажения транзисторов выходного каскада, когда изменяется активное усилительное плечо при изменении верхней/нижней полуволны реально воспроизводимого воспроизводится музыкальный сигнал.
В моменты изменения активных плеч выходного каскада УМЗЧ (подмножества п/элементов на физическом пути прохождения сигнала) такие параметры, как выходное сопротивление (коэффициент демпфирования нагрузки), глубина ООС/начальный коэффициент усиления , фаза и т.д. меняются скачкообразно.
Данный вид искажений как класс отсутствует в УМЗЧ с однотактным выходным каскадом.
Самое неприятное, что коммутационные искажения вызваны не чем иным, как усиленным сигналом и их механизм влияния на качество звуковоспроизведения «де-факто» еще не проанализирован с точки зрения количественных оценок.
Математический анализ цифровых музыкальных фонограмм, проведенный с использованием качественных аудио компакт-дисков, показал, что в большинстве случаев полярность сигнала на выходе УМЗЧ возникает от 2500 до 6000 раз в 1 секунду (зависимость от спектральной состав музыкальной фонограммы мал).
Ровно столько раз в УМЗЧ есть предпосылки влияния коммутационных искажений на его звук, причем неизвестно в какой степени. зависит от амплитудно-временного вектора изменения выходного напряжения (относительно скоростных характеристик выходного каскада) в моменты «смены полярности выходного сигнала».
Строго говоря, нельзя говорить об определенном диапазоне частот переключения плеч выходного каскада. частота этих моментов заранее не определена (зависит от фонограммы), но для наших рассуждений удобнее пользоваться такой терминологией: пусть она будет в пределах 2500…6000 с -1 (Гц).
Следует отметить, что этот частотный диапазон соответствует максимальной чувствительности слуха. Также отметим, что уровень выходного сигнала УМЗЧ (в рамках допустимой громкости звука комплекса) не сильно влияет на моменты смены полярности, либо не влияет совсем.
Все данные, которые я привожу в таблицах и в тексте, основаны на определенных расчетах с использованием персонального компьютера. Общий объем многократно запрограммированных аудиофайлов PCM (сэмплов) составил около 15 гигабайт. Для повышения точности расчетов на низких абсолютных уровнях (при манипуляциях с АЧХ) аудиоданные были преобразованы в 32-битную форму без изменения частоты дискретизации и/или оцифровки в 9Формат 6кГц/24бит (фактически 18).
Итак, всеми любимый «заменитель музыкального сигнала» — розовый шум имеет среднюю частоту смены полярности сигнала 8700 с -1 (на отрезке РСМ 44100/32 длительностью 300 секунд — 2609200 переходов через 0) . Таким образом, розовый шум постоянной амплитуды и не ограниченный снизу частотой спада в 1,5–3,5 раза жестче любого музыкального сигнала с точки зрения анализа коммутационных искажений в УМЗЧ.
Как можно уменьшить количество переходов сигнала через 0, а значит уменьшить количество коммутационных искажений в УМЗЧ? Вероятно — для уменьшения амплитуды высокочастотных составляющих усиливаемого сигнала. Для оценки этой предпосылки проведем исследование сигналов с уменьшением ВЧ составляющих по определенному закону.
Простейший способ — скорректировать АЧХ линейным RC (LR) контуром первого порядка с крутизной -6дБ/октава. Однако применение коррекции во всем диапазоне рабочих частот 20–20000 Гц нецелесообразно, т.к. приведет к существенной «потере» выходной мощности УМЗЧ и/или ухудшению отношения сигнал/шум.
Экспериментально установлено, что нижнюю границу начала спада АЧХ нет смысла выбирать ниже 50–70 Гц. Определенный интерес представляет зависимость результатов (количества переходов через 0) от верхней границы «наклонной» АЧХ, т.е. частоты перехода АЧХ из наклонной в горизонтальную.
Мною были проведены соответствующие опыты по подсчету количества переходов через 0 разных форм сигналов при разных значениях верхней частоты F в конце спада АЧХ на входе УМЗЧ.
Результаты снижения «в несколько раз» переходов сигнала через сигналограмму 0 до и после коррекции АЧХ представлены в табл. 1 и на графике рис.1.
| Fv, Гц | Розовый шум | Земфира | Космос | Диана Шур | Розовый шум + HPF 12×12 Гц + регулятор уровня | Диана Шур + 76 дБ 1,25 Гц q = 2000 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 300 | 2,54 | 1,85 | 1,52 | 1,68 | 1,74 | 1,97 |
| 600 | 4,73 | 3,2 | 2,15 | 2,53 | 2,87 | 3,16 |
| 2000 | 14,33 | 7,7 | 3,2 | 5,12 | 6,39 | 6,38 |
| 4000 | 24,45 | 9,79 | 3,38 | 6,19 | 7,93 | 7,95 |
| 6000 | 30,1 | 10,14 | 3,38 | 6,46 | 8,29 | 8,18 |
| 9000 | 32,53 | 10,27 | 3,32 | 6,44 | 8,18 | 8. 04 |
| 12000 | 31,83 | 9,86 | 3,16 | 6,17 | 7,78 | 7,5 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
Особый интерес представляют данные, приведенные в столбце 6 таблицы: « Розовый шум + ФВЧ 12×12 Гц + регулятор уровня ». Это исходный сигнал розового шума (столбец 2), усредненные частотно-уровневые характеристики которого приведены соответственно к усредненной частотной характеристике и гистограмме уровня сигнала записей Дианы Шур (столбец 5). Период изменения амплитуды розового шума (модуляции) был выбран равным 600 с или 0,0017 Гц.
И самое интересное — последний столбец таблицы, где изучался сигнал (столбец №5), в котором частота 1,25 Гц «тупо в лоб» поднята по уровню на +76 дБ (добротность схема параметрической коррекции Q = 2000). В полосе частот 15–20000 Гц сигналы № 5, № 6 и № 7 одинаковы по усредненной амплитуде и спектру.
Несколько слов о субъективной стороне анализа исследуемых музыкальных фрагментов. Записи Земфиры и Космоса на слух кажутся яркими, жесткими, напористыми. Единственная разница между ними заключается в способе написания DDD и AAD соответственно. Диана Шур типичная представительница джазового направления и звучание ее записей (DDD) открытое, свободное, размеренное. Однако при сравнительном прослушивании аудио компакт-диска с фонограммами, соответствующими столбцам таблиц № 5 и № 7, отмечено более динамичное звучание записи № 7, в которой более четко локализованы паузы между пассажами. Не является ли это «проявлением» ВПС (виртуальной постоянной составляющей), «частично восстановленной» в записи №7?
Следует отметить, что попытки восстановить УПЛ колебательным контуром (имеется в виду практическая реализация), настроенным на определенную инфранизкую частоту, это …
[ad_2]
🧖🏾 🖐🏾 👴🏽 Советский HI-FI и его создатели: Шушурин — Ламм
В одной из статей цикла «легендарные усилители» я упоминал Владимира (Шушурина) Ламму и его лампу УМЗЧ Ламм мл 2.
1, которая вызвала раздраженная реакция некоторых любителей «теплой легкости». Причиной возмущения поклонников инженера стала моя критика характеристик усилителя. Справедливости ради надо отметить, что Шушурин (ныне Ламм) известен не только благодаря этому устройству. Его вклад в развитие усилительного оборудования несоизмеримо больше, чем создание одной скандальной ламповой легенды. Для радиолюбителей Страны Советов его имя долгое время значило, пожалуй, даже больше, чем для «ламповых» аудиофилов сегодня.
Дело в том, что Владимир Шушурин был автором одной из первых советских стереофонических схем УВЧ, подходящих для стандарта HI-FI (опубликована в журнале «Радио» в 1978 году). У многих читателей этого журнала была возможность самостоятельно создать такой усилитель в годы тотального дефицита качественной аппаратуры в СССР. Многотысячная армия советских радиолюбителей воспроизвела эту схему, а также создала бесчисленное множество вариаций на тему УМЗЧ Шушурина.
В 1980-х, будучи руководителем Львовского специального конструкторского бюро бытовой техники, Владимир реализовал несколько серийных моделей усилителей HI-FI, которые выпускались под маркой «Амфитон».
Инженерный путь
Владимир Шушурин получил качественное по советским меркам инженерное образование во Львовском политехническом институте, который в то время считался одной из кадровых кузниц советской военной промышленности. Автор культовых усилителей закончил учебу на электрофизическом факультете в 1968 и получил специальность «Разработчик полупроводниковых приборов».
Интересно, что тема диссертации Шушурина была далека от усилительных устройств и в принципе от электроакустики, а касалась электролюминесценции. В одном из интервью Шушурин рассказал, что успел закончить диплом за 5 месяцев до защиты. О высоком уровне подготовки Шушурина свидетельствует тот факт, что преддипломную практику он проходил в Киевской академии наук, что было под силу далеко не каждому советскому студенту.
После окончания обучения Шушурин планировал остаться в Киеве и заниматься научной работой, писать кандидатскую, но неожиданно попал в ряды Советской Армии. Отдав долг родине, инженер обнаружил, что в Киеве удалось занять теплые места и вернулся во Львов, где начал свою трудовую деятельность на Львовском телевизионном заводе. Помимо телевизоров, эта компания активно работала в оборонной промышленности.
По словам инженера, на телевизионном заводе он участвовал в разработке оборудования для ЦУПа в Подлипках, а также авиатренажеров для обучения военных и гражданских пилотов. Владимир также рассказал, что за этот период удалось реализовать телевизионную систему с электронным масштабированием в 40 раз, что было своеобразным рекордом для телевизионной спецтехники в СССР того времени.
Восходящая звезда советского усиления
В конце 70-х Шушурин покидает Львовский телевизионный завод и является главным конструктором Львовского специального конструкторского бюро бытовой техники.
Примерно в это же время (1978 год) появилась его первая публикация в № 6 журнала «Радио», где он впервые описывает схему своего HI-FI усилителя.
Схема 1978 года не была лишена ряда недостатков, но была проста в реализации. Для усилителя использовались относительно доступные радиоэлементы.
В 1980 году редакция журнала «Радио» пришла к выводу, что усилитель Шушурина является одной из самых популярных конструкций в радиолюбительской среде. Об этом свидетельствует редакционная почта издания. По многочисленным просьбам Шушурин опубликовал еще один вариант схемы, адаптированный для более современных и сложных радиодеталей.
Характеристики аппарата для 1980-х были поистине уникальными. Практически ни один серийный усилитель в СССР в то время не позволял получить столь низкий уровень гармонических искажений.
Номинальная выходная мощность, при нагрузке 4 Ом: 2×70 Вт.
Номинальный диапазон частот: от 15 до 25 000 Гц.
Неравномерность АЧХ (на частоте 1000 Гц): ± 0,5 дБ.
Коэффициент гармоник:
20 Гц — 0,03%;
1000 — 0,015%;
20 000 — 0,045%;
Коэффициент интермодуляционных искажений, при соотношении амплитуд сигналов частотой 250 и 8000 Гц: не более 0,1 %
Относительный уровень помех: -78 дБ
Входное сопротивление: 16 кОм
Выходное сопротивление (при частоте 1000 Гц): 0,07 Ом
Коэффициент демпфирования при нагрузке 8 Ом: 58 дБ
Потребляемая мощность: 72 Вт
Не впечатлить такими характеристиками сегодня сложно.
Параллельно работая во Львовском СКБ БТ, Шушурин использует свои таланты для создания серийных усилителей, выпуск которых начинается во Львове-БПО.
Ленин. Под его руководством стереосистема АМФИТОН А1-01-2у 1982, стереосистема АМФИТОН-У-101-1 1982 г., стереосистема АМФИТОН-АИ-01-1 1982 г.
АМФИТОН-У-002 Hi-Fi стереосистема 1983 года по праву считается настоящим шедевром советской электроники. Отдельного упоминания заслуживают характеристики этого устройства:
Диапазон частот: 20 — 25000 Гц.
Неравномерность АЧХ в диапазоне 20-25000 Гц: ± 0,7 дБ.
Сопротивление подключенных динамиков: 4 Ом.
Выходная мощность на канал:
номинал: 25 Вт;
максимум: 100 Вт;
Наушники (номинал): 0,1 Вт/120 Ом;
Коэффициент гармоник в диапазоне 40-16000 Гц: 0,13%
Коэффициент гармоник на частоте 1000 Гц: 0,07%
Общее нелинейное искажение: 0,25%
Коэффициент демпфирования: 20 раз.
Переходное затухание между каналами на частоте:
250 Гц и 10 000 Гц: 38 дБ;
1000 Гц: 48 дБ;
Отношение сигнал/шум при номинальных входных условиях:
Линейная СЧ и ТЮНЕР: 83 дБ;
корректирующий ЭП: 72 дБ;
Разница в усилении каналов в диапазоне 250-630 Гц: 1,5 дБ.
Громкость при -40 дБ на частоте 63 Гц относительно 1000 Гц: +10 дБ.
Потребляемая мощность: 105 Вт.
Размер усилителя (ШхВхГ): 387х88х390 мм.
Вес усилителя: 9 кг.
Содержание драгоценных металлов:
золото
: 0,12 г;
серебро: 0,3 г
К техническим особенностям этих УМЗЧ относятся стабилизированные источники питания, отсутствие межкаскадных конденсаторов в трактах предварительного усиления, применение пленочных межкаскадных конденсаторов на входе (не везде), применение операционных усилителей со скоростями нарастания выходного напряжения 20 В/мкс.
Практически все усилители, созданные под руководством Шушурина, отличались низким уровнем нелинейных искажений. В связи с этим, а также благодаря сравнительной доступности и приемлемой цене эти усилители стали одними из самых популярных в Советском Союзе.
От Шушурина до Ламма
В начале 90-х неудачных для постсоветского пространства 1990-х Владимир Шушурин, как и многие талантливые инженеры, решил попытать счастья в США. При эмиграции в 1987 лет, он сменил фамилию. Интересно, что Ламм — это не выдуманное (присвоенное), а настоящее имя Владимир. Шушурина он был вынужден. Его мать испугалась проблем с еврейским происхождением, которые часто возникали в 40-е годы («дело врачей», антисемитские настроения среди политической элиты СССР) и сменила сыну фамилию.
В стране «победоносной» американской мечты он тоже решил направить свою энергию на создание усилителей.
В 19В 90 году Владимир начал сотрудничать с нью-йоркской компанией Madison Fielding. Из-за непонимания некоторых идей инженера, его бескомпромиссного подхода к реализации своих концепций, а также из-за высокомерного отношения партнеров как к «выскочке-эмигранту», Ламм прекратил сотрудничество в 1993 году. в серию не пошли, а остались лишь выставочными прототипами.
Владимир Ламм (Шушурин) — 2013
В том же 1993 году при поддержке внезапно разбогатевшего знакомого Ламм открыл собственную компанию Lamm Industries и занялся производством ламповых и гибридных усилителей. Практически все, что сегодня делает инженер, рассчитано на продвинутую аудиторию. Ряд автомобилей позиционируется как эталонные УМЗЧ. Такие усилители выполнены по оригинальной гибридной схеме (патенты США D368,261 и №5477095). Последние по формальным (в терминах Ламмы) характеристикам превосходят классическую «теплую лампу».
Ценообразование
основано на классической престижной ценовой стратегии и личных выводах создателя о соответствии устройства его субъективным представлениям о качестве воспроизведения.
Ламм субъективизм
В советское время Владимир Ламм много времени уделял психоакустическим экспериментам и вывел для себя субъективные критерии качества звуковоспроизводящих аппаратов. Несмотря на противоречивый характер его выводов, некоторые из его экспериментов заслуживают особого упоминания. Так, в одном из интервью он сказал следующее:
«У нас три усилителя: у одного искажения 1–2%, у другого искажения 0,1%, у третьего тысячные доли процента. Все это мы слушаем через акустическую систему, которая имеет искажения 5%. Теоретически мы не должны слышать разницу — только почерк динамика. Но мы прекрасно слышим, что усилители звучат по-разному. Парадокс, правда? Ответ на этот вопрос найти не так просто.
Мне потребовалось несколько лет, чтобы понять, как на него ответить.
Но окончательного ответа в интервью не было. Между тем такие явления, в том числе и при слепых тестах, отмечаются некоторым числом слушателей — это может свидетельствовать о том, что неоднозначные взгляды Ламмы на звук имеют под собой некоторые основания.
При этом разработчик твердо уверен, что по-настоящему качественный звук может быть только аналоговым, а цифровая обработка не лучшим образом сказывается на верности воспроизведения.
«Цифровой звук, состоящий из фрагментов-битов, на самом деле не настоящий. Каждый из нас подсознательно отвергает его, несмотря на распространенность и привычность «цифры». Настоящий звук способна передать только «лампа», которая не умеет делить его на фрагменты, а подает как есть.
Цитата Владимира Ламмы заимствована из материала mybiz.
ru «Именитый капитализм»
Также, по словам Владимира, только инженер, имеющий значительный опыт работы музыкантом или слушателем живых концертов, может создать действительно качественную аппаратуру. Такие заявления часто вызывают скептицизм и критику коллег-разработчиков, а также людей, которые подходят к понятию «верность воспроизведения» с традиционных позиций сухого параметрического объективизма.
Итого
Можно по-разному относиться к идеям Владимира Ламмы о качестве звука и его концепциям создания УМЗЧ. Тем более что его вклад в создание массовой советской Hi-Fi техники в 80-х годах прошлого века очевиден. Кроме того, нельзя не отдать должное организаторским и коммерческим талантам инженера. Не каждому под силу создать свою производственную компанию с нуля и найти свой рынок сбыта (будучи советским эмигрантом в США в 9-м0с).
Джинсы и звенья
В нашем каталоге представлен широкий ассортимент усилителей, ресиверов и другого звуковоспроизводящего оборудования.
