Усилитель звука

Чем отличаются усилители D-класса от усилителей АВ-класса

Чем отличаются усилители D-класса от усилителей АВ-класса?

Все наверняка слышали о том, что усилители могут работать в классах А, АВ или, скажем, в классе D. Но, как показывает практика, далеко не все знают о том, что кроется под этими обозначениями. Сейчас мы вам расскажем, что это такое, и постараемся сделать выводы – какой усилитель и в каких случаях подойдёт вашей аудиосистеме лучше всего.

Как работают усилители?

Для начала нужно понимать, как вообще работает любой усилитель. Возможно, вы удивитесь, но на самом деле он… ничего не усиливает. Принцип его работы больше похож на работу обычного водопроводного крана – вы крутите ручку, и вода льётся то сильнее, то слабее, то не льётся совсем.

В усилителях всё происходит точно так же – ток от мощного блока питания пропускается через подключенный к усилителю динамик. Роль «крана» выполняют выходные транзисторы, а управляет их открытием и закрытием сигнал, который поступает на усилитель с головного устройства. И вот то, каким образом работает этот «кран» (выходные транзисторы), как раз и определяет класс усилителя.

Как работают усилители АВ-класса?

Очевидно, что хороший усилитель должен работать без искажений. Иными словами, выходной сигнал своей формой должен в точности повторять входной. Но ничего идеального, к сожалению, не бывает, в том числе и электронных компонентов.

Например, транзисторы имеют свойство – они открываются и закрываются не совсем пропорционально входному сигналу. Иными словами, их работа нелинейна. Это как если вы будете поворачивать ручку крана, вода сначала будет течь слабо, а потом в какой-то момент напор вдруг резко усилится.

По причине такой нелинейности транзисторы в усилителях АВ-класса обычно приходится держать приоткрытыми даже когда сигнала нет. Это нужно, чтобы при появлении даже малейшего сигнала они вступали в работу сразу же, а не ждали, когда сигнал достигнет какого-то уровня. Так усилитель будет работать с минимальными искажениями, и это, казалось бы, решает проблему.

На деле же это означает, что какая-то часть полезной энергии будет тратиться усилителем впустую. Просто представьте, что вы приоткроете все краны у себя в доме, и через каждый них постоянно будет течь струйка воды.

Но и полностью открытыми транзисторы тоже никогда не бывают. Если это происходит, то это означает, что выходной сигнал достиг своего максимума, и дальше усилитель начнёт его просто ограничивать (клиппировать).

В итоге получается, что потери полезной энергии в усилителях АВ-класса будут всегда, а КПД – далёк от идеальных 100%. На практике их эффективность обычно лежит в пределах от 40% до 70%. Невысокий КПД – это и есть главный недостаток усилителей АВ-класса.

Как работают усилители D-класса

Основной принцип работы D-класса абсолютно тот же, что и у АВ-класса – у таких усилителей тоже есть выходные транзисторы, которые умеют открываться или закрываться, регулируя ток через подключенные к ним динамики. Только управляет их открытием сигнал, который своей формой очень далёк от входного.

Сигнал, который пришёл на усилитель от головного устройства, непрерывен, но его амплитуда постоянно меняется. На входе усилителя D-класса он преобразуется в импульсный – амплитуда постоянная, но зато сигнал прерывается. Длительности импульсов и пауз между ними меняются пропорционально входному сигналу. Например, выше амплитуда входного сигнала – импульсы длиннее, ниже амплитуда – импульсы короче.

Именно такой сигнал и подаётся на выходные транзисторы. И очевидно, что в этом случае они будут работать совершенно по-другому – либо полностью открываться, либо полностью закрываться, без промежуточных вариантов. Это означает, что потери на ненужный нагрев будут минимальными, а значит, КПД усилителя D-класса может вплотную приближаться к идеалу в 100%.

Разумеется, подавать такой прерывающийся сигнал сразу же на акустические системы ещё рано, перед этим его нужно «вернуть» в обычную форму. Это делается с помощью специальных элементов – выходного дросселя (катушки индуктивности) и конденсатора. После них на выходе и получается усиленный сигнал, своей формой повторяющий входной. Вот он и идёт на динамики.

Главное достоинство усилителей D-класса – высокий КПД, а значит, и более экономное расходование энергии блока питания. При прочих равных усилители D-класса мощнее и компактнее, чем традиционные усилители.

Какой усилитель лучше – D-класса или АВ-класса?

Долгое время считалось, что для подключения акустических систем нужно выбирать усилители АВ-класса, потому что им не нужны большие мощности, и у них меньше искажений. Это было связано с тем, что в усилителях D-класса входной сигнал обычно преобразовывался в импульсный с невысокой частотой, и в итоге они хорошо работали лишь в сабвуферном диапазоне.

Сегодня технологии шагнули далеко вперёд, появились мощные быстродействующие транзисторы, которые умеют переключаться (открываться и закрываться) практически мгновенно. На рынке появилось немало широкополосных усилителей D-класса. Широкополосные – это такие усилители D-класса, которые рассчитаны на использование не только с сабвуферами, но и с акустическими системами. Для тех случаев, когда большая мощность не нужна, такие усилители можно сделать чрезвычайно компактными.

Как выбрать усилитель?

Если позволяет место, для подключения акустических систем вы можете смело выбрать усилитель АВ-класса. Схемотехника таких усилителей за долгие годы хорошо отработана, они имеют высокое качество звучания и, в случае неисправности, их можно легко отремонтировать в ближайшей мастерской.

Когда место для инсталляции усилителя сильно ограничено, обратите внимание на широкополосные модели D-класса. При той же мощности, что и у моделей АВ-класса они намного компактнее, в большинстве своём меньше греются, и их можно установить даже скрытно, с минимальными вмешательствами в штатные элементы автомобиля.

Усилитель Звука! Увеличение Громкости И Звука 3.0.47

Усилитель Звука Увеличенное Усиление Громкости 2019 — это простое, маленькое бесплатное приложение для увеличения громкости звука в динамике. Может быть полезным в качестве дополнительного усилителя громкости для более тихих файлов с фильмом, усиление звука игр, а также в качестве усилителя звука и музыки для голосовых вызовов. Работает так же хорошо, как максимальный усилитель громкости для наушников.

Не слышен бас на любимой песни?

Желаете услышать крошечные детали музыкального звука, но динамик просто не может достаточно громко усилится?

Хотите получить полный контроль над наушниками и довести их до крайности?

С усилителем динамика вы можете увеличить громкость динамика и наушников, а также громкость музыки на вашем мобильном телефоне. Это простой усилитель звука и усилитель музыкального плеера, который делает ваш телефон еще громче. Вы также можете использовать его во время голосового вызова, чтобы повысить уровень звука, чтобы лучше слышать. Считайте это супер дополнением к эквалайзеру вашего музыкального проигрывателя для усиления звука

Загрузите Усилитель Звука Увеличенное Усиление Громкости 2019 СЕЙЧАС и получите увеличение громкости и максимальный контроль над громкоговорителями, наушниками или колонкой

***ИСПОЛЬЗУЙТЕ НА СВОЙ РИСК. Воспроизведение сверхгромкого звука при высокой громкости, особенно в течение продолжительного времени, может привести к повреждению динамиков и / или повреждению слуха. Некоторые пользователи сообщили о разрушенных динамиках и наушниках после использования программы для усиления звука. Если вы слышите искажение звука, снизьте громкость (но может быть уже слишком поздно) ***

*** Устанавливая это приложение, вы соглашаетесь с тем, что не будете считать его разработчика ответственным за какое-либо повреждение оборудования или слуха, и вы используете его на свой страх и риск. Считайте, что это ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ программное обеспечение для увеличение громкости***

Усилитель Звука! Увеличение Громкости И Звука:

  • Лучший усилитель музыки и музыкальный бустер.
  • Повысьте объем музыки одним нажатием.
  • Повышайте громкость музыки через наушники или пульт.
  • Увеличить звук голосового вызова.
  • Рут не требуется.
  • Максимально просто увеличить громкость музыки и уровень усиления звука.
  • Почувствуй бас по настоящему!
  • Получите полный контроль над эквалайзером музыкального проигрывателя.
  • Превратите ваш телефон в супер массивный сабвуфер.
  • Поднимите громкость динамика до максимума.

Ваш мобильный телефон, наушники и эквалайзер громкоговорителя не созданы для того, чтобы звук устройства звучал максимально. Это правда, что слишком много низких частот в течение длительного периода времени может повредить ваше устройство, но в определенные моменты времени вам просто нужно, чтобы он был очень громким, не так ли?

Усилитель Звука Увеличенное Усиление Громкости 2019 — это самый надежный усилитель громкости и музыки для Android.

Обработка сигналов. Усиление сигнала для корректной передачи

УСИЛЕНИЕ СИГНАЛА

ОТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ЗНАНИЕМ И СИЛОЙ

Проблема общения испокон веков стоит перед человеком. Взаимопонимание – результат как точности в выражении мысли, так и точности в передаче сообщения до собеседника. Погрешности в общении могут приводить к самым разным результатам – от рождения бытовых анекдотов до начала мировых войн.

Электрические сигналы предназначены именно для передачи информации – например, звуковой или видео. Тем важнее возможно правильнее и бережней усилить сигнал, передать его в неискаженном виде получателю (слушателю и зрителю).

Усиление сигнала – важнейший этап его обработки и передачи

Усиление сигнала – важнейший этап его обработки и передачи. Слабые токи и напряжения, выдаваемые различными источниками, нужно привести к виду, приемлемому для передачи по кабелям или через эфир, распределить для многих получателей, в конце концов усилить мощность сигнала так, чтобы его могли, например, воспроизвести мощные громкоговорители.

Для любых аналоговых сигналов важнейшими характеристиками любого усилителя является (кроме собственно коэффициента усиления):

  • линейность (точность усиления сигнала),
  • динамический диапазон (разница между самым сильным и самым слабым сигналом, который еще не потонет в собственных шумах усилителя),
  • нагрузочная способность (какой сигнал усилитель может выдать в нагрузку в рабочем режиме),
  • амплитудно-частотная характеристика (диапазон рабочих частот) и ее неравномерность.

Характеристики по-разному ценны для разных усилителей, в зависимости от области их применения:

  • Для аналоговых видеосигналов: диапазон рабочих частот (до 6-500 МГц) и линейность (доли процента)
  • Для аналоговых аудиосигналов: линейность (сотые-тысячные доли процента), динамический диапазон (60-120 дБ), линейность АЧХ в диапазоне 16 Гц – 20-30 кГц
  • Для усилителей-распределителей: дополнительно – коэффициент разветвления (на сколько нагрузок могут работать) или нагрузочная способность
  • Для усилителей малых сигналов (например, микрофонных): уровень собственных шумов (определяет динамический диапазон усилителя) и способность подавлять помехи и наводки

Свою специфику имеют и усилители, использующиеся с сигналами управления, а также устройства для работы с цифровыми сигналами, но это предмет отдельного исследования.

ТЕОРИЯ: КАК РАБОТАЮТ УСИЛИТЕЛИ

Схемотехника усиления

Инженеры строят усилители электрических сигналов на основе т.н. активных приборов. Основные типы таких приборов1:

  • Электронно-вакуумные лампы
  • Биполярные и полевые транзисторы
  • Интегральные микросхемы

Электронные лампы (самые старые приборы) в настоящее время практически вышли из употребления, их используют, в основном, только в некоторых звуковых усилителях. У ламп много хороших электрических свойств, но они велики по размеру, имеют низкий КПД, хрупки, ненадежны, дороги и при этом недолго служат.

Интегральные микросхемы также содержат в себе транзисторы, просто очень маленькие и плотно упакованные

Появление транзисторов в начале 50-х годов произвело подлинную революцию в технике усиления. В настоящее время различные типы транзисторов используются в подавляющем большинстве усилителей. Интегральные микросхемы также содержат в себе транзисторы, просто очень маленькие и плотно упакованные. Поэтому принцип усиления в них совершенно такой же, что и в усилителях на отдельных транзисторах, а микросхемы позволяют легко строить очень сложные схемы при очень маленьких габаритах, и при этом они очень удобны в производстве. Усилители на микросхемах обычно получаются дешевле, а зачастую и качественнее, чем на отдельных (дискретных) транзисторах2.


А. Биполярный транзистор; усилитель с общим эмиттером

Б. Биполярный транзистор; эмиттерный повторитель

В. Полевой транзистор

Г. Биполярные транзисторы; Двухтактный выходной каскад

Рис. 1. Усилительные каскады на транзисторах


Рис. 2. Условное обозначение усилителя на схеме

Биполярный транзистор «умеет» усиливать слабый ток, который течет от его базы (Б) через эмиттер (Э). Малые изменения этого тока (скажем, от входного сигнала) приводят к большим изменениям тока, текущего от коллектора (К) к эмиттеру. Применяя разные схемы включения, можно получить усиление напряжения и/или тока (рис. 1 А, Б). Аналогично и полевой транзистор способен усиливать слабое напряжение, приложенное между затвором (З) и подложкой (П).

Схемы А, Б, В применяются для относительно слабых токов и напряжений (например, для аудиосигналов микрофонного или линейного уровня, для стандартных видеосигналов). Если надо получить значительные мощности или напряжения, используются двухтактные схемы, подобные Г. Они имеют куда больший КПД и максимальное выходное напряжение. Сложные усилители имеют много ступеней усиления (т.н. «каскадов»), в которых используются самые разные схемы включения транзисторов.

Небалансные и балансные усилители

Схемы балансных усилителей заметно сложнее обычных

Балансные (симметричные) линии передачи сигнала имеют существенные преимущества перед небалансными (подробнее см. брошюру «Передача сигнала по кабелю витой пары»). Для их работы необходимы выходные балансные усилители и дифференциальные приемники, а также кабели с большим числом проводников. Схемы балансных усилителей заметно сложнее обычных (показанных выше).


Рис. 3. Пример схем для организации балансной линии связи
(Нажмите на фото для увеличения)


Рис. 4. Условные обозначения балансных цепей на схеме
(Нажмите на фото для увеличения)

Частотная коррекция

Во многих случаях требуется не только равномерно усилить сигнал, но и подчеркнуть в нем определенные частоты или подавить другие частоты.

  • Для видеосигнала: поднять высокие частоты для компенсации потерь в длинном кабеле
  • Для слабого аудиосигнала: создать специальную АЧХ, требуемую для данного источника сигнала (магнитная головка магнитофона, магнитный звукосниматель, микрофон и т.д.)
  • Для аудиосигнала линейного и высокого уровня: скорректировать тембр звучания, скомпенсировать неидеальность громкоговорителей и акустики помещения

Частотная коррекция осуществляется специальными фильтрами, в т.ч. регулируемыми. Такие фильтры зачастую включаются в состав усилителей. Простейшие цепи частотной коррекции показаны ниже.


Фильтр нижних частот (подавляет верхние)
Фильтр верхних частот (подавляет нижние)

Рис. 5. Простейшие фильтры на RC-цепочках

Во многих случаях и простых аналоговых схем достаточно для решения практических задач

Специфика усиления аудиосигналов состоит в том, что человеческое ухо очень хорошо различает любую «ложь» в передаче звука

В сложных схемах применяются всевозможные сочетания корректирующих цепочек, сложные фильтры больших порядков. В современных устройствах все большее применение находит цифровая обработка сигнала, основанная на совершенно иных принципах и дающая гораздо большие возможности и гибкость, но это предмет отдельного разговора. Во многих случаях и простых аналоговых схем достаточно для решения практических задач.

УСИЛЕНИЕ АУДИО

Специфика усиления аудиосигналов состоит в том, что человеческое ухо очень хорошо различает любую «ложь» в передаче звука3. В результате, если нужно получить действительно качественное звучание, приходится строить весьма сложные и дорогостоящие схемы усиления. Единственное, что облегчает жизнь инженерам (по сравнению с проблемой усиления видеосигналов) – это относительно узкая полоса пропускания, нужная аудиоусилителям. Считается, что человеческое ухо воспринимает частоты в диапазоне от 16 Гц до 20 кГц, однако некоторые разработчики поднимают верхнюю границу этого диапазона до 30-100 кГц, что, по некоторым экспертным оценкам, субъективно улучшает качество передачи звука.

Впрочем, качество аудиоусилителей, их схемотехника и важность достижения ими тех или иных предельных параметров – предмет ожесточенных споров профессионалов и любителей высококачественного звука, на сути которых мы не имеем возможности здесь останавливаться.

Усиление микрофонных сигналов

Микрофоны – первая ступень в цепочке передачи реального звука конечному слушателю. Если потерять качество на этом этапе, дальнейшие усилия могут оказаться напрасными.

Основные типы микрофонов и их выходные сигналы представлены ниже.

Тип микрофона Уровень
сигнала
Линия связи между
микрофоном и усилителем
Тип разъема
Конденсаторный 10-50 мВ Балансная с фантомным питанием XLR
Электретный 10-50 мВ Балансная (проф.) или небалансная (любительский) XLR или mini-Jack
Динамический 1-7 мВ Балансная (проф.) или небалансная (любительский) XLR или mini-Jack
Ленточный 0,5-2 мВ Балансная XLR

Кроме указанных линий связи, сигнал от микрофона может передаваться по радиоканалу или по ИК лучам, в этом случае сигнал сначала усиливается, а затем поступает на соответствующий передатчик.

Чем ниже уровень входного сигнала от микрофона, тем труднее усилить его до стандартного значения (обычно 0,7 В) без паразитных шумов и тем сложнее избавиться от помех в соединительной линии (между микрофоном и усилителем)

Чем ниже уровень входного сигнала от микрофона, тем труднее усилить его до стандартного значения (обычно 0,7 В) без паразитных шумов и тем сложнее избавиться от помех в соединительной линии (между микрофоном и усилителем).

Во многих современных микрофонах микрофонный усилитель уже встроен в корпус устройства, что позволяет минимизировать помехи (иногда там же расположен и радиопередатчик). Такие микрофоны называются активными. Неудобство состоит в том, что усилитель требует электропитания, и в ручку микрофона приходится встраивать батарейку либо транслировать питание по соединительному шнуру.

Чаще всего микрофонный усилитель входит в состав микшерного пульта (позволяющего смешивать и регулировать звук от нескольких источников) или выполняется в виде отдельного устройства. Основные особенности микрофонного усилителя:

  • низкий уровень собственных шумов, позволяющих усиливать сигнал в доли милливольта при сохранении отношения сигнал/шум более 50-60 дБ
  • большая перегрузочная способность, особенно при использовании вокальных динамических микрофонов
  • в профессиональной технике — балансный вход и способность отдавать в микрофон «фантомное питание» (слабое напряжение 48 или 12 вольт, нужное для конденсаторных микрофонов)
  • отключаемые фильтры низких или высоких частот (для коррекции АЧХ микрофона при работе в разных режимах), фильтр эффекта «присутствия» (presence), создающий подъем АЧХ в области 1,5-3 кГц для повышения разборчивости голоса
  • отключаемый компандер или лимитер, позволяющий исключить перегрузку последующих усилительных цепей

Рис. 6. Примеры микшерных пультов и микрофонных предусилителей

Иногда требуется усилить сигнал от микрофона сразу до уровня, нужного для работы громкоговорителя (например, в мегафонах), тогда микрофонный усилитель сразу совмещается с оконечным усилителем мощности в одном корпусе.

Рис. 7. Мегафон

Усиление других слабых сигналов

На практике имеются и другие источники слабых сигналов:

  • сигналы от магнитных головок магнитофонов (1-3 мВ), требуют специальной сложной частотной коррекци
  • сигналы от головок магнитных звукоснимателей (в проигрывателях грампластинок) (5-30 мВ) требуют специальной частотной коррекции и особого входного сопротивления
  • радиочастотные («антенные») сигналы для вещательных радиоприемников в принципе аналогичны таковым и для видеосигналов (см. ниже), но для них редко используются отдельные (не входящие в состав приемника) усилители.

Сигналы от первых двух источников сильно подвержены воздействию наводок от сети переменного тока, поэтому соответствующие усилители обычно располагают возможно ближе к источникам сигнала (головкам).

Усиление сигналов линейного уровня

Для сигналов линейного уровня обычно требуются, чтобы источник сигнала имел низкое выходное сопротивление (десятки-сотни Ом), а приемник сигнала – высокое входное сопротивление

Линейными аудиосигналами называют «промежуточные» сигналы уровнем 0,2-1 В (обычно за стандарт принимается значение 0,7 В). Такими сигналами связываются между собой компоненты аудиосистем – усилители, магнитофоны, тюнеры, проигрыватели, микшеры и т.д.

В бытовой технике используются обычно небалансные линии связи и разъемы RCA, mini-Jack, DIN, в профессиональной – балансные линии и разъемы XLR, mini-XLR или клеммы. Иногда в профессиональных студиях и в автомобильной электронике используют и промежуточные сигналы повышенного уровня (до 5-15 В), что позволяет снизить влияние помех (но усложняет усилители).

Для сигналов линейного уровня обычно требуются, чтобы источник сигнала имел низкое выходное сопротивление (десятки-сотни Ом), а приемник сигнала – высокое входное сопротивление (10 кОм и больше, для балансных линий передачи, используются приемники со входным сопротивлением 600 Ом). Тогда, при использовании экранированных аудиокабелей, при передаче сигнала обеспечивается минимальное влияние помех и наводок от сети питания.

Eсли один линейный сигнал надо «развести» на несколько приемников, особенно расположенных на значительном удалении, возникает задача распределения сигнала

Обычно линейные сигналы не требуют дополнительного усиления. Однако если один линейный сигнал надо «развести» на несколько приемников, особенно расположенных на значительном удалении, возникает задача распределения сигнала. Усилитель-распределитель имеет один вход и несколько выходов, каждый из которых имеет собственный буферный усилитель, так что выходы работают независимо, и выходные линии связи друг друга не «портят».

Рис. 8. Устройство усилителя-распределителя небалансного аудиосигнала

Усилители мощности

Обычно для усилителя оговаривается, на какую минимальную нагрузку он может работать, и важно не подключать к его выходу громкоговорители с меньшим сопротивлением, чтобы не вывести усилитель из строя

Звуковой сигнал в конечном счете должен быть представлен слушателю – и этим занимаются громкоговорители (или наушники – по сути те же громкоговорители, только маленькие). Чтобы получить достаточную громкость звучания, сигнал (обычно линейного уровня) необходимо значительно усилить. Нагрузка таких усилителей обычно низкоомная (катушки громкоговорителей имеют сопротивление 2-16 Ом, наушников – 8-300 Ом), поэтому обычно говорят не о выходном напряжении такого усилителя, а о его выходной мощности (при данной нагрузке). Обычно для усилителя оговаривается, на какую минимальную нагрузку он может работать, и важно не подключать к его выходу громкоговорители с меньшим сопротивлением, чтобы не вывести усилитель из строя4.

Прослушивание Требуемая выходная
мощность усилителя
Число каналов
усиления
Наушники 1-50 мВт 2
Карманный радиоприемник 50-300 мВт 1
Небольшая магнитола, телевизор 1-5 Вт 1-2
Большой телевизор 5-15 Вт 1-2
Музыкальный центр 10-100 Вт 2-7
Музыкальная система класса Hi-End 20-500 Вт 2-7
Озвучивание небольшого конференц-зала (речь) 5-30 Вт 1-2
Озвучивание большого зала (речь) 30-500 Вт 1-10
Озвучивание малого зала (рок-музыка) 500-3000 Вт 2-10
Озвучивание большого зала (рок-музыка) 2000-100000 Вт (и неограниченно) большое

Требуемая мощность усилителя зависит не только от желаемой громкости, но и от чувствительности («отдачи») громкоговорителей, которая у разных моделей может отличаться в 10 и более раз. Подбор оптимальной пары «усилитель-громкоговоритель» – вообще предмет отдельного разговора.

Усилители мощности выполняются как в виде отдельных блоков (зачастую оборудованных коммутатором входов, регуляторами тембра и громкости и др. дополнениями), так и входят в состав более сложных устройств (AV‑ресиверов, домашних кинотеатров, телевизоров и т.д.). В любом случае общий принцип построения таких усилителей одинаков, и почти все усилители строятся по двухтактной схеме (рис. 2, Г) с вариациями (вроде мостовой схемы включения). Транзисторные усилители мощности разделяются на следующие основные классы:

  • класс А: выходные транзисторы работают в линейном режиме, и через них течет большой постоянный ток. У таких усилителей низкий КПД (0% в тихих местах, не более 50% для самых громких; они сильно нагреваются и потребляют много «лишней» электроэнергии), зато у них очень высокая линейность и чистота звучания.
  • класс B: транзисторы «приоткрываются» ровно настолько, чтобы пропустить в нагрузку требуемый ток. При этом КПД усилителя много лучше, чем в классе А (до 78%), однако за счет нелинейности транзисторов возникают большие искажения, особенно заметные при малой громкости. Инженеры борются с ними, принимая специальные меры, но все равно такие усилители звучат «грязнее», чем в классе А.
  • класс AB: промежуточный между А и В; КПД усилителя много больше, чем в классе А, а искажений много меньше, чем в классе B. Самый распространенный класс усилителей.
  • класс D: использует принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ), когда на громкоговоритель поступают высокочастотные импульсы разной ширины. Меняя ширину такого импульса (согласно форме входного сигнала), усилитель заставляет меняться и средний ток, текущий через громкоговоритель – и последний излучает звук! Это уже почти «цифровой» усилитель, и для формирования нужных импульсов часто используют именно цифровые схемы. КПД таких усилителей может приближаться к 100%, поэтому они могут быть очень компактными (т.к. мало нагреваются при работе). Правда, качество звучания таких усилителей не самое высокое, хотя во многих случаях и достаточное.
  • класс T: один из новейших классов, работает аналогично классу D, но за счет «умной» цифровой начинки имеет гораздо меньшие искажения, чем обычный класс D.
  • иные классы (C, H и др.) имеют свои особенности, но встречаются реже.

Выбор модели усилителя определяется типом решаемой задачи (и, конечно, бюджетом), например:

  • Качественные, но неэкономичные усилители (в том числе и на электронных лампах) используются в системах класса Hi-Fi и Hi-End
  • Наиболее экономичные усилители (пусть при меньшем качестве) применяются в автомобильных аудиосистемах и переносной аппаратуре с батарейным питанием

Большая выходная мощность усилителя должна без потерь передаваться в громкоговоритель, поэтому важно снабдить систему толстыми и качественными «акустическими» кабелями

Большая выходная мощность усилителя должна без потерь передаваться в громкоговоритель, поэтому важно снабдить систему толстыми и качественными «акустическими» кабелями. Кроме того, мощный усилитель потребляет от сети много энергии (причем неравномерно, в зависимости от входного сигнала и громкости), поэтому важно также обеспечить для него подвод качественного электропитания (это особенно актуально для мощных концертных усилителей и систем класса Hi-End).

Цифровые аудиосигналы

Цифровые аудиосигналы сами по себе усиления не требуют, необходима только их буферизация для передачи по линиям связи (что делается в самих источниках таких сигналов, например, в CD или DVD-проигрывателях) и, при необходимости, распределение на несколько потребителей. Спектр таких сигналов не превышает нескольких мегагерц, поэтому сигналы формата S/PDIF (коаксиальный вариант), например, легко распределяются и устройствами, предназначенными для композитного видеосигнала. При передаче цифровых сигналов возникают и иные проблемы (например, джиттер, который приходится устранять с помощью перетактирования), которые выходят за рамки данной брошюры.

УСИЛЕНИЕ ВИДЕОСИГНАЛОВ

Видеосигналы можно условно разбить на 2 класса:

Любые усилители видеосигналов должны иметь значительно большую полосу пропускания (по сравнению с аудиоусилителями)

  • Радиочастотные («антенные») сигналы – сигналы с очень широким спектром (до нескольких гигагерц в случае спутникового телевидения), но небольшой амплитуды. Их обычно надо лишь доставить от антенны (или кабельного разветвителя в кабельных сетях) до входа телевизора, сет-топ-бокса или ТВ-тюнера, возможно, с небольшим усилением и для нескольких получателей.
  • Относительно «низкочастотные» (по сравнению с антенными) видеосигналы стандартных интерфейсов: композитное, s-Video, компонентное видео, компьютерное видео (VGA). Спектр таких сигналов может быть от 5 до 500 МГц, и задача усилителей, в основном, состоит в раздаче таких сигналов нескольким получателем (усилители-распределители) либо в доставке этих сигналов на значительные расстояния по линиям связи (линейные усилители).

Любые усилители видеосигналов должны иметь значительно большую полосу пропускания (по сравнению с аудиоусилителями), однако требования по уровню шумов (динамическому диапазону) и линейности для них относительно ниже, что связано с особенностями восприятия человеческого глаза.

Усиление радиочастотных сигналов

«Антенные» усилители обычно имеют полосу пропускания:

  • до 300-500 МГц (для сигналов метрового и дециметрового ТВ диапазонов)
  • до 8-12 ГГц (малошумящие усилители для антенн спутникового ТВ).

Такие усилители обычно работают с коаксиальными кабелями с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом. Сигнал усиливается по мощности, коэффициент усиления:

  • Для усилителей слабого сигнала: 6-30 дБ (4-1000 раз). Используются для улучшения качества приема ТВ сигнала
  • Для усилителей-распределителей: 0-6 дБ (т.е. от простого повторения сигнала до 4 раз). Используются для «раздачи» исходного сигнала нескольким потребителям

Рис. 9. Внешний вид малошумящего антенного усилителя
и усилителя-распределителя

Многие усилители оборудованы регуляторами коэффициента усиления для подстройки под конкретную систему. При построении сложных кабельных систем усилители-распределители можно каскадировать, раздавая сигнал многим потребителям в разных зданиях и помещениях.

Усиление стандартных аналоговых видеосигналов

Видеосигналы в стандартных интерфейсах сами по себе должны иметь стандартные уровни, и не требуют какого-то особенного усиления. Поэтому речь идет, в основном о:

При построении сложных кабельных систем усилители-распределители можно каскадировать

  • небольшом усилении сигнала и, отдельно, его высокочастотных составляющих для компенсации потерь в длинных соединительных кабелях (линейные усилители). Зачастую источник сигнала просто не предназначен для работы на длинную линию, и такой усилитель выполняет роль мощного буфера
  • усилении по мощности и разветвлении сигнала для нескольких потребителей (усилители-распределители).

Усилители для видеосигналов разделяются по типам сигналов:

Видеосигнал Кабель Разъемы Спектр частот Применение
Композитный
(CV)
Коаксиальный,
75 Ом
RCA, BNC 5,5 МГц Стандартное ТВ
s-Video (YC) 2 коаксиальных,
75 Ом
Mini-DIN (4-конт.) 5,5 МГц Стандартное ТВ,
повышенное качество
Компонентный
YUV (YCrCb)
3 коаксиальных,
75 Ом
RCA, BNC 5,5 МГц Стандартное ТВ,
макс. качество
Компонентный
RGBS
4 коаксиальных,
75 Ом
SCART 5,5 МГц Стандартное ТВ,
макс. качество
Компонентный
ТВЧ YUV (YCrCb,
YPbPr)
3 коаксиальных,
75 Ом
RCA, BNC до 70 МГц (1080i),
140 МГц (1080p)
ТВ высокой четкости
VGA (RGBHV) 3 коаксиальных,
75 Ом, 2 витых
пары
HD-15, BNC до 400-500 МГц Компьютерные
сигналы

Линейные усилители, от которых требуется компенсация длины кабеля, обычно имеют регулировки:

Рис. 10. Внешний вид линейных усилителей для сигналов CV и VGA (XGA)

Линейные усилители лучше включать перед длинными кабелями, а не после них

Рис. 11. Амплитудно-частотная характеристика усилителя для сигнала VGA
(с подъемом ВЧ и без)

Линейные усилители лучше включать перед длинными кабелями, а не после них.

Рис. 12. Включение линейного усилителя сигнала VGA

«Тянучки» и искаженная цветопередача «Тянучки» скомпенсированы,
цветопередача нормальная

Рис. 13. Сигнал VGA (1600×1200, 85 Гц), переданный на расстояние 60 м, без коррекции и с коррекцией в усилителе

Распределение стандартных аналоговых видеосигналов

Усилители-распределители позволяют один видеосигнал передать на несколько приемников сигнала. Иногда возникает вопрос: почему нельзя просто включить несколько приемников «впараллель», распаяв соответствующий кабель, и не применять дополнительные усилители? Вот ответ на данный вопрос:

  • Видеосигналы передаются по коаксиальным кабелям с волновым сопротивлением 75 Ом
  • Для нормальной работы таких кабелей надо, чтобы у приемника сигнала входное сопротивление было равно 75 Ом (см. рис. 15)
  • Рис. 14. Передача сигнала по 75-омному кабелю

  • Если несколько приемников просто соединить параллельно, их входные сопротивления также включатся параллельно, и общее сопротивление нагрузки пропорционально упадет
  • Рис. 15. Неправильное включение, «запараллеливание» приемников
    (нагрузка получилась 75 / 3 = 25 Ом)

  • При этом передатчик будет перегружен, сигнал на входе приемника будет сниженным, а в кабеле появятся переотражения сигнала, которые визуально будут проявляться в виде «звона», «тянучек», «контуров» на изображении, могут быть искажены цвета, а синхронизация может срываться

Правильный метод распределения сигнала следующий:

Для каждого приемника сигнала используется отдельный 75-омный коаксиальный кабель и отдельный выход источника сигнала

  • Для каждого приемника сигнала используется отдельный 75-омный коаксиальный кабель и отдельный выход источника сигнала (это — забота проектировщика системы)
  • На входе каждого приемника сигнала устанавливается согласующий 75-омный резистор («терминатор») (это — забота разработчика приемной аппаратуры)5
  • Если у приемника терминатора нет (это редкий случай), необходимо установить внешний терминатор, вроде показанного на рис. 17.
  • Рис. 16. Внешний терминатор, подключенный ко входу приемника видеосигнала

  • Для s-Video и компонентных видеосигналов (YUV, RGBS, VGA) отдельный терминатор должен присутствовать на каждой из линий для видеосигнала


Рис. 17. схема распределения видеосигнала
(Нажмите на фото для увеличения)

Разветвленные системы распределения видео

Иногда видеосигнал надо доводить до многих получателей, находящихся в разных местах. В этом случае можно комбинировать усилители-распределители и линейные усилители, получая разветвленные системы. Основные принципы построения таких систем:

  • Один выход всегда подключается на один вход с терминатором
  • Допустима работа на несколько входов (2-5), если терминатор включен только на последнем из них. Такие входы должны располагаться возможно ближе друг к другу
  • Все приборы (источники и приемники сигналов, усилители) должны получать питание от одной фазы сетевого питания и иметь общее заземление или зануление
  • Если предыдущее требование невыполнимо, следует между приборами, находящимися на разных контурах, включать в цепь прохождения сигнала гальванические развязки (или готовиться к проблемам)
  • Перед длинными линиями связи лучше устанавливать линейные усилители с коррекцией
  • Чем больше усилителей включено в цепь прохождения сигнала, тем больше деградирует сигнал. Каждый усилитель обязательно вносит свои шумы и искажения (пусть небольшие). При каскадном включении они складываются. Желательно избегать схем с каскадным включением более 2-3 усилителей.


Рис. 18. Разветвленная схема распределения с каскадированием
(Нажмите на фото для увеличения)

Другие способы распределения аналогового видео

Когда нужно передать видеосигнал на особенно большие расстояния, или когда имеются проблемы с помехами или заземлением, можно использовать альтернативные способы передачи, используя специальные усилители-преобразователи сигнала:

  • По кабелям витой пары (см. брошюру «Передача сигнала по кабелям витой пары»). Специальная пара «передатчик-приемник» обеспечивает транслыцию видеосигнала на большие расстояния по дешевому кабелю: композитного видео до 1-1,5 км, сигнала VGA – до 300 м
  • По оптическим кабелям (см. брошюру «Передача сигнала. Оптоволоконные линии связи»)
  • По радиоэфиру, с помощью инфракрасных лучей, через вычислительные сети Ethernet и Интернет

Эти и другие способы распределения выходят за рамки данной брошюры.

Цифровое видео

Методы усиления и рапределения цифровых видеосигналов имеют свою специфику и рассматриваются в отдельных брошюрах.

  • Сигналы SDI и HD SDI (см. брошюру «Интерфейсы. SDI и HD SDI»)
  • Сжатое видео по интерфейсу Firewire (см. брошюру «Интерфейсы. IEEE 1394 (Firewire)»)
  • Сигналы DVB/ASI по методам усиления/распределения в основном аналогичны сигналам SDI и HD SDI

1 Мы опускаем некоторые экзотические типы приборов, используемые, например, для радиочастотных устройств.
2 С этим утверждением могут оказаться несогласными многие инженеры, строящие выскокачественные мощные аудиоусилители.
3 В некоторых случаях требования к качеству могут быть и пониженными. Например, в телефонии, системах аварийного оповещения, диктофонной технике и т.д. вполне достаточно качество, при котором человеческий голос четко различим, а это много меньше, чем нужно, например, для прослушивания симфонической музыки. Соответственно упрощаются и удешевляются усилители.
4 Большинство современных усилителей имеют встроенную защиту от перегрузки и перегрева, поэтому они не «сгорят», а просто не будут работать.
5 Заметим, что некоторые дешевые модели бытовой аппаратуры (телевизоры, видеомагнитофоны) могут быть не оборудованы 75-омными терминаторами по входам. Видимо, производители считают, что при совсем коротких соединительных кабелях сигнал «не очень» испортится. Если надо подключить такую технику к длинному кабелю, приходится устанавливать внешние согласующие терминаторы.

Усилители мощности. Что это за устройства и какие они бывают?

Музыкальное оформление создает настроение и определяет стиль и концепцию любого помещения. Озвучивают не только концертные залы, рестораны и дискотеки, но и спортивные клубы, офисные здания, и, конечно же, торговые площади — магазины, бутики и развлекательные центры.

Что такое качественное звуковое оформление?.

Минимальный комплект оборудование для озвучивания включает в себя: акустическую систему, состоящую из нескольких громкоговорителей, устройство для воспроизведения звукового сигнала — CD/DVD/MP3 плеер, усилитель мощности или микшер — усилитель и акустический кабель.

О ключевых звеньях системы озвучивания — усилителе мощности и микшер-усилителе, мы поговорим более подробно. Что они из себя представляют, как устроены и для чего предназначены?

Усилители мощности звука есть в любом устройстве, воспроизводящем звуковые сигналы, так как изначально считываемый сигнал всегда имеет малую мощность, недостаточную для передачи его другим устройствам, поэтому их можно найти в каждом магнитофоне, мобильном телефоне, компьютере и даже в говорящих детских игрушках. Усилитель мощности — это прибор, предназначенный для усиления электрических сигналов до такого звукового диапазона, который способно воспринимать человеческое ухо (от 16 до 22 кГц), однако с возрастом верхняя граница чувствительности слуха снижается и большинство взрослых людей не слышит звук, частота которого выше 16 кГц.

Устройства, которые напоминают современные усилители мощности звуковой частоты (УМЗЧ), впервые появились только в XIX веке и заметно изменились лишь с момента появления электронных приборов. Родоначальниками этих приборов были ламповые усилители, а в конце 50-х годов XX века появились первые полупроводниковые — транзисторные устройства.

Звуковые усилители мощности могут быть как отдельными независимыми устройствами, со своей панелью управления, так и внутренними элементами прибора, запаянными в гибридную микросхему. Усилитель мощности последнее звено в современной цепочке системы звукоусиления, из-за этого в профессиональной среде за ним закрепилось прозвище — «оконечный усилитель мощности» или просто «оконечник».

По назначению и области применения усилители мощности бывают профессиональными и бытовыми. Профессиональные, в свою очередь делятся на концертные, студийные, трансляционные и другие, исходя из специфики их применения. Чем мощнее прибор, тем больше электрического тока он потребляет, тем соответственно, громче звук, который он сможет воспроизводить.

Бытовые усилители мощности знакомы нам по домашним музыкальным центрам, ресиверам и автомобильным магнитолам. Стоит сказать о том, что эволюция обоих типов устройств, шла разными путями. Если бытовые, домашние усилители мощности претерпели не только внутренние, но и большие внешние изменения: прошли долгий путь от ламповых приемников, проигрывателей необычного дизайна и размера до моноблочных и раздельных звукоусилительных систем, то профессиональные устройства практически не изменились внешне. После принятия в 80-х годах единого стандарта габаритов по метрической системе (в дюймах), концертные, студийные и другие профессиональные акустические усилители имеют одинаковые размеры передней панели: длина 18 дюймов, высота кратна 1,75 дюйма (44,5 мм), также её называют 1U или 1 РЭК. Такое решение было обосновано необходимостью встраивать их в специальные шкафы или стойки для звукового оборудования. В последствии их также стали называть рэковыми. Единый стандарт значительно упростил транспортировку оборудования, а также сделал возможным замену усилителя на другую модель в случае его поломки.

В зависимости от принципа деятельности и режима работы выходных элементов, выделяют несколько классов усилителей. Причем еще только два десятка лет назад существовали только два типа усилителей: класса «АB» и класса «А». Сегодня можно найти устройства, класса «А», «АВ», «В», «G», «H», «Т» и других, не имеющих названия классов. Такое разнообразие обусловлено новейшими технологиями в области производства полупроводников, которые позволили повысить качество воспроизведения звука, уменьшить размеры и значительно снизить цену на усилители мощности. К классу «А» относятся в основном ламповые оконечники. Для них характерен низкий уровень КПД — около 25%, но при этом небольшая степень искажения звука.

Усилители класса «В» — менее популярны. В этом классе работают в основном транзисторные оконечники. Их КПД приблизительно равен 70%, но они рассеивают в виде тепла довольно много энергии. Усилители В-класса отличает низкий уровень шумов в отсутствие сигнала и сухостью звучания.

Идеальный вариант — взять всё лучшее от каждого класса устройств, именно так и образовался третий класс — «АВ». Устройства, относящиеся к этому классу, в режиме максимальной нагрузки ведут себя как класс «В», а в режиме тихих сигналов — как усилители класса «А», их КПД приближается к 60%. Этот класс пользуются наибольшей популярностью в сфере звукотехники в силу своей универсальности.

Усилители «D»-класса появились сравнительно недавно, от собратьев они отличаются малым весом и довольно высоким КПД — порядка 85%! Однако ошибочно принимать усилители класса «D» за цифровые. Действительно, входящий сигнал становится бинарным, т.е. цифровым аудиосигналом, но никакими другими преимуществами, свойственными цифровым усилителям мощности, «D»-усилители не обладают.

Класс «G» — представляет собой усовершенствованную версию устройств «AB», в котором используется источник питания с разными напряжениями и за счет этого снижается рассеиваемая мощность усилителя.

Класс «H» чем-то напоминает класс «G», однако он не подходит для воспроизведения музыкальных сигналов с широким динамическим диапазоном. В данном случае значительно возрастают потери энергии при переключении мощности, поэтому «Н»-усилители не подходят для музыкальных сигналов широкого динамического диапазона. Отличительной особенностью усилителей классов «D» и «T» является потребление энергии даже в отсутствие сигнала. Это происходит из-за постоянного присутствия в них мощных высокочастотных импульсов.

На рынке представлены различные модели усилителей как отечественных, так и зарубежных производителей. Наиболее широкое применение в сфере современного звукового оформления получили стерео-усилители, трансформаторные (трансляционные) усилители и комбинированные устройства — микшер-усилители. Все они отличаются не только конструктивными особенностями, но и качественными характеристикам воспроизведения звуковых волн.

Стерео-усилители — это двухканальные устройства, для прослушивания музыки в высоком качестве с минимальными искажениями даже при большом усилении звукового сигнала. КПД стерео-усилителей колеблется в диапазоне 25-75%. Кроме этого, современные модели двухканальных усилителей звука комплектуются специальными устройствами для улучшения качества воспроизведения звукового сигнала — это различные виды DSP (Digital Signal Processing-цифровая обработка сигнала) и эквалайзеров — темброболоков или так называемых «выравнивателей», избирательно корректирующих амплитуду звуковой частоты. Стерео-усилители — это своеобразный связующий элемент между слушателем и акустической системой, который позволяет насладиться всеми гранями воспроизводимых музыкальных композиций, придает им дополнительную эмоциональную окраску.

В отличие от стерео-усилителей, трансляционные усилители помимо прочего, предназначены и для передачи информационных сообщений. Очень часто этот тип усилителей применяется в системах пожарного оповещения, ведь они способны функционировать даже при наличии резервных 24 В.

Обычно «трансформаторными» называют усилители, которые имеют трансформатор на выходе, таким образом, он служит для согласования прибора с акустической системой (громкоговорителями), которая также имеет трансформатор на входе. Благодаря этому расстояние от микшера-усилителя до громкоговорителей может составлять до 1км. Трансформаторные усилители работают в режиме 70-100 В.

Современные трансформаторные микшер-усилители — это, как правило, одноканальные устройства, которые позволяют быстро переключаться с подачи фоновой музыки на речевой канал и работают в 100-вольтовом режиме. Также возможно организовать зонированную подачу сообщений в каждое отдельное помещение, если речь идет о нескольких залах (например в ресторане, офисном здании, фитнес-клубе и т.д.)

При организации торжественных мероприятий или небольших концертов большой пользуются популярностью пользуются комбинированные низкоомные микшер-усилители. Они выполняют все функции не только усилителя мощности звука, но и профессионального микшерного пульта. Преимущества использования этих устройств, сочетающих в себе сразу несколько элементов звуковой системы, очевидны: компактность, мобильность, простота и легкость в установке. Микшер-усилитель — как правило, двухканальное стереофоническое устройство, но также бывают модели, которые представляют собой интегрированный многополосный микшерный пульт, на котором смешиваются (микшируются) сразу несколько инструментальных и микрофонных каналов. Для небольших помещений стандартной мощности в 150-500 Вт бывает вполне достаточно, чтобы усилить звуковой сигнал до нужной громкости.

Итак, мы рассмотрели основные типы и виды представленных на рынке усилителей мощности. Прежде всего, стоит заметить, что выбирать усилитель мощности нужно либо после, либо вместе с акустическими системами — громкоговорителями. Мощность акустической системы должна быть несколько выше, чем мощность усилителя, необходимо иметь некоторый запас, который позволит гарантировать сохранность безопасность работы громкоговорителей. При этом мощность усилителя не должна быть и слишком низкой, так как маломощный прибор, не сможет долго работать на пределе своих возможностей. Еще совсем недавно все, что требовалось от усилителя мощности — это качественное усиление звука, но теперь функциональность этих устройств значительно расширилась. С помощью современных моделей усилителей возможно осуществлять не только компьютерное управление, но и программирование воспроизведения музыкального контента.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *