для чего нужен усилитель мощности
Усилители
Усилитель – крайне важный компонент стереосистемы, отвечающий за усиление сигналов поступающих от источников подключённых к усилителю, коммутацию подключённых источников, регулировку громкости и передачу усиленного сигнала на акустические системы для его воспроизведения. В зависимости от уровня и конструкции все усилители можно разделить на одноблочные (интегральные), двухблочные (комбинация предусилитель и усилитель мощности), трёхблочный (комбинация из предварительного и двух моноблочных усилителей).
В зависимости от применяемых усилительных элементов выделяют транзисторные, ламповые и гибридные усилители, в состав которых входят как транзисторы, так и лампы. Усилители бывают со встроенным блоком питания и с выносным, разделяются на классы «А», «В», «АВ», «D», могут быть аналоговыми и цифровыми. Разновидностей усилительной техники очень много и каждое техническое решение имеет свои достоинства и недостатки, но не стоит отчаиваться, специалисты салона HIFI PROFI помогут подобрать для Вас наилучший вариант, который позволит Вам долгие годы наслаждаться любимой музыкой.
Интегральный усилитель – это усилитель, все функциональные блоки которого размещены в одном корпусе, включая все органы управления, предусилительную часть и усилитель мощности.
В зависимости от применяемых усилительных элементов выделяют транзисторные, ламповые и гибридные интегральные усилители, в состав которых входят как транзисторы так и лампы. Интегральные усилители бывают со встроенным блоком питания и с выносным, разделяются на классы «А» «В» «АВ» «D», могут быть аналоговыми и цифровыми. Интегральные усилители наиболее доступны по цене и удобны в подключении.
Предварительный усилитель – это часть полного усилителя, выполненная в отдельном корпусе и отвечающая за начальное усиление слабых сигналов поступающих от источников, их коммутацию и регулировку громкости. Каскады усиления в предварительном усилителе поднимают уровень сигнала (усиливают) до такого его значения, чтобы усилитель мощности смог воспринять его.
Предусилитель используется в комплекте с усилителем мощности или моноблочными усилителями мощности, а также с активными акустическими системами, имеющими собственный встроенный усилитель. В зависимости от применяемых усилительных элементом предусилители бывают транзисторными и ламповыми.
Усилитель мощности – это часть полного усилителя, выполненная в отдельном корпусе и отвечающая за усиление сигнала, поступающего от предварительного усилителя и его дальнейшую передачу на акустические системы.
Моноблочный усилитель (моноблок) – это усилитель мощности, рассчитанный на усиление только одного канала звука (только левого или только правого, таким образом для стереосистемы требуется два моноблочных усилителя). Моноблоки подключаются к предварительному усилителю, от которого получают сигнал для усиления. Моноблоки бывают как транзисторными, так и ламповыми.
Система из предусилителя и двух моноблочных усилителей мощности при прочих равных характеристиках облает гораздо более качественным звучанием, чем интегральный усилитель и даже комбинация предварительного усилителя с усилителем мощности. По сути данная система является, в некотором смысле, эталонной. Основным достоинством моноблочных усилителей является потрясающе чёткая и правильная стереокартина, практически недостижимая всем прочим видам усилителей.
Ламповый усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на применении радиоламп в качестве усилительных элементов. Как правило, ламповые усилители менее мощные чем транзисторные. Схемы ламповых усилителей, по сравнению с аналогичными транзисторными, являются более простыми и задействуют меньшее количество деталей. Характер искажений, вносимых ламповыми схемами в сигнал, существенно менее заметен для человеческого слуха.
Ламповые усилители характеризуются более «тёплым» и «мягким» звучанием с натуральным воспроизведением средних и высоких частот. Недостатком является немного легковесные, затянутые и расплывчатые басы, особенно при неудачном подборе акустики. Ламповый усилитель будет хорошим выбором для любителей джаза, вокала, классики, вообщем той музыки, в которой динамичные, глубокие и мощные басы не используются. Скажем так, цифровые басы клубной музыки являются слабой стороной лампового усилителя.
Транзисторный усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на применении транзисторов в качестве усилительных элементов. Как правило, транзисторные усилители мощнее, чем ламповые и создают меньше трудностей при подборе акустики.
Транзисторные аппараты обладают мощными, глубокими басами и детальным воспроизведением средних и высоких частот, но при неудачном исполнении транзисторных схем, детальность может обернуться «звоном» и «зернистостью» высоких частот, что, в свою очередь, может утомлять слушателя. Транзисторный усилитель будет хорошом выбором для любителей клубной и электронной музыки, современного рока и прочих жанров, где часто используется глубокий и мощный бас.
Гибридный усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на одновременном применении радиоламп и транзисторов в качестве усилительных элементов. Целью проектировщиков гибридных усилителей является сочетание в одном аппарате преимуществ как ламп, так и транзисторов (т.е. стремление взять лучшее от каждой технологии) и, за счёт этого, минимизировать их взаимные недостатки и, тем самым, сделать усилитель универсальным для воспроизведения любого стиля музыки.
Как правило, лампы применяются в предварительной части усилителя, а транзисторы в выходных каскадах, где они усиливают мощность сигнала перед передачей его на акустические системы. Хорошо сконструированные гибридные усилители являются весьма универсальными и не выделяют явных жанровых предпочтений.
Происходит это, потому что электромагнитное поле трансформатора и его вибрации оказывают негативное воздействие на внутренние схемы усилителя, создавая дополнительные помехи. Иногда выносной блок питания используется для модернизации усилителя, уже имеющего свой встроенный.
Аналоговый усилитель – это усилитель, работающий исключительно с сигналами в аналоговой форме и являющийся самым распространённым видом усилителей. К аналоговому усилителю можно подключить источник цифрового сигнала, например, CD-проигрыватель, но имеющий либо встроенный, либо внешний цифро-аналоговый преобразователь. На данный момент аналоговые усилители местами превосходят цифровые по качеству звучания, но зачастую уступают им в функциональности и возможностях.
Усилитель класса «D» (цифровой усилитель) – это усилитель, работающий только с сигналом в цифровой форме. Как правило, цифровые усилители получают сигнал напрямую с CD-транспорта или с цифровых выходов CD-проигрывателя. Сигнал проходит процесс усиления, постоянно находясь в цифровом виде, а перед подачей его на акустические системы, встроенный в усилитель цифро-аналоговый преобразователь раскодирует его в аналоговую форму.
Некоторые цифровые усилители способны получать от источника сигнал в аналоговой форме и после этого сами преобразуют его в цифровой, но это не лучший вариант его использования, так как многократное превращение сигнала из аналога в цифру и обратно крайне негативно сказывается на качестве звучания. Цифровые усилители более экономичны в энергопотреблении, чем аналоговые и обладают лучшими показателями соотношения сигнал/шум. Особенный интерес представляют цифровые усилители со встроенными DSP-процессорами, позволяющими корректировать акустику помещения и обладающие множеством других полезных функций.
Единственным существенным недостатком является тот факт, что и цифровых усилителей, обладающих по настоящему аудиофильским качеством звучания, в настоящее время чрезвычайно мало, да и по качеству звука они ещё пока уступают лучшим образцам аналоговых аппаратов.
Усилители класса «А» в силу специфики своей конструкции имеют меньший КПД по энергопотреблению и достаточно сильно греются даже в отсутствие сигнала. Вдобавок ко всему, усилители класса «А» в два раза менее мощные по сравнению с аналогичными усилителями класса «АВ», что немного затрудняет их работу с акустическими системами, обладающими низкой чувствительностью. Хотя всё это мелочи по сравнению с волшебным звучанием, которое создает однотактный усилитель.
Усилители класса «АВ» более экономичны в энергопотреблении и обладают большим КПД по сравнению с усилителями класса «А», а также меньше греются во время работы. По сравнению с классом «А», класс «АВ», как правило, обладает вдвое большей мощностью и легче поддаётся подбору акустики. Неудачно сконструированный усилитель класса «АВ» может обладать искажением сигнала, называемым «центральная отсечка», возникающим из-за неточной состыковки работы усилительных элементов, отвечающих за разные полуволны.
Усилитель для наушников — зачем он нужен и как выбрать?
Содержание
Содержание
Если вы любите слушать музыку в наушниках, то наверняка хоть раз слышали о каких-то таких крутых моделях, которым обязательно нужны усилители. Что вообще такое усилитель для наушников, зачем он нужен и пора ли бежать за ним в магазин? Как понять, что вашим наушникам необходим (или нет) этот самый усилитель? Разбираемся.
Многие предпочитают слушать музыку через наушники. Кто-то любит чувство изолированности от окружающего мира, других привлекает глубокий звук. Они портативны, удобны, незаменимы в поездках и путешествиях. Однако при покупке качественных наушников многие сталкиваются с тем, что звук тихий, глухой, тусклый, басы вялые. Такое бывает из-за несоответствия характеристик наушников и выхода аудиоустройства. Проблемы возникают, когда «уши» с высоким сопротивлением и низкой чувствительностью подключены к смартфону, плееру или встроенной звуковой карте, хотя при очень требовательных к питанию моделях иногда сдаются и внешние аудиокарты.
Почему наушники звучат плохо?
Если коротко: высокоомные наушники любят высокое напряжение, но им не нужен большой ток. Аккумулятор смартфона или плеера чаще всего попросту не может обеспечить встроенный усилитель достаточным напряжением. Поэтому его рассчитывают под наушники с небольшим импедансом, которым важнее ток, чем напряжение.
Чтобы ответить подробнее, нужно сделать пару лирических отступлений. Для начала следует разобраться в импедансе.
Импеданс — это номинальное сопротивление на входе наушников, измеряется в Омах. По величине сопротивления все наушники можно условно разделить на три группы:
Зачем вообще наушникам высокое сопротивление? На самом деле, до недавнего времени со звучанием «ушей» особо не заморачивались. Самый качественный звук традиционно предлагали студийные модели, и они все были высокоомными, потому что студийная техника всегда обладала мощными выходами. Подключенные к ним низкоомные наушники звучали бы слишком громко вплоть до боли в ушах.
Второе преимущество, о котором задумались уже чуть позже — больший вольтаж дает большую детализацию и лучшую динамику, звучание становится как бы более насыщенным, ярким и глубоким. В итоге среди производителей хай-фая и хай-энда пошла мода выпускать дорогие высокоомные модели, и сегодня они занимают существенную часть рынка. Разумеется, это не значит, что любая высокоимпедансная модель звучит лучше наушников с низким сопротивлением.
Кроме импеданса еще одним важным значением является чувствительность наушников. Это сколько децибел они выдадут в расчете на милливольт. Есть схожий параметр — эффективность, измеряется в децибелах на милливатт, но обычно указывается именно чувствительность.
Теперь правила:
Например:
Однако даже если наушники нетребовательны к сигналу, это еще не означает, что встроенный усилитель смартфона или плеера не портит качество их звучания. Нередко копеечные усилители вносят искажения, особенно на высокой громкости, а также имеют раздражающие посторонние шумы и фоновое гудение. Они возникают из-за влияния различных радиоэлементов друг на друга при слишком плотной компоновке корпуса. Обойти ограничения встроенных усилителей помогают внешние усилители для наушников.
Усилители наушников
Как нетрудно догадаться, они усиливают аудиосигнал воспроизводящего устройства до нужных значений. Но современные модели умеют гораздо больше и бывают трех основных типов:
1. Портативные, чтобы воткнуть в него смартфон или плеер и слушать музыку в дороге. Они очень удобны:
Но, как водится, есть и минусы:
2. Стационарные, причем разных ценовых категорий:
Стационарные усилители для наушников выполняют ту же роль, что и обычные усилители у любителей большой акустики, но с дополнительными фичами. Как правило, в них встроен ЦАП, поэтому они сочетают в себе роль внешней аудиокарты и усилителя. Например, FOSTEX HP-A8MK2 — такие штуки удобны, если нужен бескомпромиссный прибор для извлечения максимально качественного звука из домашнего ПК прямо в уши.
3. Студийные усилители нужны, в основном, для живой записи группы музыкантов — хора, оркестра и т. п. Поэтому студийные приборы имеют по восемь выходов на наушники, чтобы каждый исполнитель мог себя слышать. Некоторые из них имеют вид внушительных рековых приборов и попросту не нужны в домашних условиях, хотя на студии без них никуда.
Студийный Behringer HA4700 Headphone Amp
Как правильно подобрать усилитель для наушников
Рассчитать, сколько питания потребуется приглянувшимся наушникам, можно онлайн. Энтузиасты сделали множество бесплатных калькуляторов, например, Headphone power calculator. С помощью него можно узнать, сколько Милливатт нужно для того, чтобы наушники звучали с желаемой громкостью.
Делается это следующим образом. К примеру, есть наушники Beyerdynamic DT 990, версия на 250 Ом, их чувствительность составляет 96 Дб. Если ввести эти данные в калькулятор, получится вот такая таблица:
Обычно смотрят на громкость в районе 110 Дб — это в 10 раз ниже болевого порога. В характеристиках наушников видно, что именно такую громкость берут по умолчанию, когда указывают мощность (если указывают):
Далее нужно открыть характеристики выбранного усилителя и посмотреть на его выходную мощность — та должна быть не меньше. Иногда производители указывают на сайтах, сколько милливатт может выдать усилитель при определенном значении сопротивления. Например, у FiiO Q1 II при 300 Ом — всего 11 мВт на канал, поэтому он наушники Beyerdynamic DT 990 не прокормит:
Он, конечно, и не должен, ведь максимальное сопротивление в характеристиках заявлено 150 Ом, однако тот факт, что производитель указал на сайте выходную мощность для 300 Ом, намекает, что наушники с таким импедансом и чувствительностью выше 106 Дб все-таки смогут с ним ужиться, хоть и на страх и риск покупателя. А вот Sony PHA-2A подойдет идеально — даже будет запас по мощности:
Запас по мощности — важный момент. Как правило, импеданс наушников не фиксированный, он меняется в зависимости от спектра частот. Например, наушники Sennheiser известны тем, что имеют на басовых частотах пиковые значения импеданса до 450–600 Ом! Графики импеданса можно найти не на всех сайтах производителей, поэтому ими часто занимаются энтузиасты, но из них всегда можно узнать много интересного. Например, что в сочетании с усилителем без запаса по мощности басовые частоты будут проседать на высокой громкости.
Импеданс Sennheiser HD650 имеет выраженный подъем в басовом и высокочастотном диапазонах.
Усилители для наушников действительно делают и громче, и лучше. Большинство портативных моделей обходят ограничения смартфона или плеера и обрабатывают сигнал по-своему. Многие стационарные модели сочетают в себе возможности внешней звуковой карты и усилителя, обладая при этом целым набором полезных функций.
Можно с уверенностью сказать, что усилитель необходим обладателям капризных к источнику звука высокоомных наушников с низкой чувствительностью — такие не выдадут и десятой части своего потенциала при подключении напрямую смартфону или планшету. Если в усилителе есть ЦАП и возможность слушать музыку в высоком разрешении (например, 24 бита \ 192 кГц), тогда он превратит любой смартфон в Hi-Res-плеер. Правда, расплатой за все это волшебство будет дополнительная коробочка в кармане.
Классы усилителей. Устройство и принципы работы
Содержание
Содержание
Усилители принято делить на классы в зависимости от режима работы активных элементов. будь то лампы или транзисторы. Считается, что от класса усилителя зависит качество звука, и в большинстве случаев покупатели ориентрируются больше на этот показатель чем на реальные технические характеристики. Эта заметка немного прольет света на значимость класса при выборе усилителя.
Усилители класса А
Считаются эталоном качества звука, из-за того, что режим работы выбирается на линейном участке, это позволяет достичь высокого качества звучания минимальным схемотехническим решением.
Первый каскад усилителей других классов обязательно работают именно в этом классе, так как искажения и шум первого каскада усиливаются последующими каскадами. Но именно этот режим работы выделяет на транзисторе максимальное количество тепла. Как следствие появляются громоздкие системы охлаждения и большие сложности в создании мощного усилителя, не считая того, что усилителю надо время на прогрев и большого потребления электроэнергии.
Усилители класса B
Рабочая точка последнего каскада выбирается в основании вольтамперной характеристики транзистора, что позволяет снизить нагрев устройства. Недостатком является ступенька, в области тихих сигналов, из-за чего применялся в низкокачественных портативных устройствах и был полностью вытеснен классом D.
Усилители класса AB
Точка покоя выбирается чуть дальше от нуля, это позволяет достичь некоторого баланса между качеством звука и нагревом. Прочие классы (G или H) так или иначе развивают эту идею. Из-за относительно простой схемотехники, не особо требовательной к качеству компонентов, встречается повсеместно — от недорогих портативных устройств, до концертных усилителей и аудиофильских штучек.
Усилители класса С, H, G
Рабочая точка в усилителях класса C, по сравнению с классом B, еще больше смещена относительно центра линейного участка ВАХ-транзистора. В звуковых устройствах из-за слишком больших искажений не используются.
В усилителях H-G классов, по сути, представляющих из себя класс AB, используется дополнительный источник напряжения, подключаемый прямо на лету к выходному каскаду. Это позволяет немного повысить КПД.
Усилители класса D
В отличии от других классов, транзистор работает в ключевом режиме — 2 устойчивых состояниях либо открыт, либо закрыт. Иногда применяют положительную обратную связь для ускорения смены состояний — немыслимый трюк для других классов, приводящий к самовозбуждению.
Так как тепло в основном выделяется при переключении из одного состояния в другое, транзистор очень мало нагревается. Более высоким КПД обладают только режимы E и F, где переключение транзистора происходит в тот момент, когда через него не проходит ток (за счет работы в резонансе с нагрузкой). Но для звуковых усилителей такой режим не подходит из-за слишком больших искажений. Дурную славу эти усилители получили по самым первым дешевым представителям класса.
На самом деле качество усилителя класса D зависит от типа и частоты модуляции. А уже от этого зависит сложность схемотехники, необходимое качество компонентов и, соответственно, цена. Мощные транзисторы, способные работать на большой частоте в ключевом режиме, как и высококачественные аналогово-цифровые преобразователи (ADC) могут стоить весьма внушительно.
Простейшие представители класса D основаны на усилении широтно-импульсной модуляции с частотой ниже 50 кГц. По сути они являются аналоговыми устройствами.
Такая схема достаточно проста, и делается из дешевых компонентов, но отсутствие обратной связи отрицательно сказывается на восприимчивость к помехам по питанию.
Именно такие усилители и стали причиной мифов о плохом качестве звука всего класса. Первые усилители класса А, работающие на лампах с плохим вакуумом и с железным трансформатором тоже не особо блистали характеристиками, но об этом предпочитают не вспоминать.
Да, такой усилитель годится только для сабвуферов, но даже в этом применении его главным достоинством является низкий уровень нелинейных искажений.
В отличии от обычных усилителей класса AB, для которых высокий уровень нелинейных искажений уже на половине заявленной мощности и откровенный клипинг на максимальной — практически норма.
Для усилителей класса D низкий уровень искажений сохраняется практически во всем рабочем диапазоне громкости. Для сабвуфера эта разница не столько в качестве звука, сколько в меньшем нагреве катушки.
В моделях, произведенных с упором на качество, используется дельта-сигма-модуляция. Благодаря обратной связи схема делает поправки на ошибки квантования, что в сумме с нойз-шейпингом или дитерингом выводит шумы в область ультразвука. Работу этих алгоритмов для звука можно наглядно продемонстрировать на изображении:
В области звуковых частот соотношение сигнал/шум после таких преобразований доходит до очень высоких значений, и они не уступают другим классам. Такой усилитель уже можно назвать цифровым (из-за цифровых алгоритмов обработки модулированного сигнала).
Маломощные усилители D-класса получили распространение в мобильной и портативной технике, Bluetooth-колонках. Зачастую представляют из себя одну микросхему, которой даже не требуются дополнительные фильтры на цепях питания — обратная связь компенсирует не только искажения в самой схеме, но и пульсации питания. А за счет с высокой частоты модуляции, индуктивности катушки динамика хватает для фильтрации паразитных высоких частот.
Даже мощным усилителям класса D не надо время на прогрев для достижения паспортных характеристик (для класса А может достигать получаса). Именно благодаря этому профессионалы так полюбили усилители класса D. Такая аппаратура не создает фонового шума, мало греется и готова работать сразу же.
Но и это не все. больше всего этот тип усилителей проявляет себя в работе с цифровым сигналом. Конверторы формата PCM в DSD, встроенные в усилитель, позволяют избегать лишних преобразований из аналога в цифру и обратно. Звук проходит через усилитель в цифровом виде до самого последнего транзистора, которые в Hi-end устройствах могут работать на частотах порядка десятков мегагерц.
Современные устройства пошли еще дальше. В цепь цифрового сигнала добавляют цифровой сигнальный процессор (DSP) для компенсации фазово-частотных искажений, вносимых как динамиком, так и помещением. Искажения замеряются микрофоном, а DSP искажения компенсирует. В итоге такая связка цифрового усилителя и цифровой обработки позволяет добиться максимального качества звука, на которое способен динамик. Именно это и делает усилители класса D любимчиками профессионалов, обращающих внимание в первую очередь на результат.
А для аудиофилов класс D производители тщательно маскируют под названиями других классов, например, Z. Или используют их в качестве источников напряжения для усилителей класса A, AB, хотя при взгляде под другим углом такая схема выглядит как активный фильтр искажений для класса D. А то и вовсе умалчивают о принципах работы усилителя. Как это делает Yamaha:
Но даже беглым взглядом можно сразу заметить характерный для класса D фильтр паразитных частот — катушки индуктивности возле мощных транзисторов редкий гость в усилителях других классов.
Заключение
Любой усилитель, независимо от класса, может быть плохим или хорошим. Конкретное схемотехническое решение влияет на звук больше, чем класс усиления.
Отличительная и неизменная черта классов усилителей — это КПД. И самый большой КПД, порядка 90%, в классе D.