Звук аудио-усилителей: Можете ли вы услышать разницу между усилителями?

Дата: 30.05.13 | Адрес: http://кинодом.рф/articles/text.asp?id=753
Автор русского текста: Игорь Чудаков, Ольга Холодовская, специально для Кинодом
Автор: Gene DellaSala
По материалам сайта: Audioholics | The Sound of Audio Amplifiers: Can you hear a difference between Amps?


Введение
Звучат ли усилители по-разному или нет, споры об этом не прекращаются. Одни, особо чувствительные и хорошо информированные энтузиасты и рецензенты журналов,  клянутся в их многочисленных очевидных различиях, различия, для них во всяком случае, почти так же очевидны и важны, как и различия между акустическими системами.

Другие, точно также хорошо информированные энтузиасты и эксперты, говорят, что между двумя должным образом функционирующими усилителями, эффективно работающими в режиме без явных искажений, нет значимых различий. И есть третий контингент, который полагает, что использование различных усилителей с различными акустическими системами и другими соответствующим оборудованием и разъемами, может привести к различиям в звуке, хотя все компоненты в системе работают как положено.

Мы обсудим некоторые моменты, предложим некоторую фактическую информацию из нашего опыта относительно некоторых частных случаев и с нетерпением будем ждать вашей реакции.

Род Эллиотт (Rod Elliott) из Elliott Sound Products (ESP) написал большую статью, названную «Усилитель звука», и мы советуем прочитать ее в полном объеме. Мы выбрали некоторые важные места, и используем их в качестве основы нашего обсуждения.

[Эллиотт]:

Звук усилителя является одной из тех неосязаемых вещей, которые, кажется, не поддаются описанию. Я попытаюсь рассмотреть влияния, которые мне известны, и описать эффекты, как можно лучше. Во многом это гипотеза с моей стороны, так как имеется большое количество факторов, которые, несмотря на то, что они существуют и слышимы, практически невозможно оценить количественно. Особенно в сочетании, некоторые эффекты сделает один усилитель звука лучше, а другой хуже. Я сомневаюсь, что я смогу даже помыслить обо всех возможностях, но эта статья может немного помочь некоторым из вас, по крайней мере, в том, чтобы разобраться в некоторых из возможностей.

Я не утверждаю, что имею ответы на все вопросы. Вся эта тема является предметом особого толкования, и я буду очень стараться, чтобы быть полностью объективным.

Компоненты звука

Когда люди говорят о звуке усилителя, существует множество различных терминов. Для типичного усилителя (высокого качества), звук может быть описан как "размазанный", или имеющий «воздух», или «авторитетные» басы. Эти термины, хотя и являются описанием опыта слушателя, не имеют прямого значения в терминах электроники.

Технически мы можем обсуждать частотные характеристики, фазовый сдвиг, допустимую мощность, входной/выходной импеданс и многие другие известные явления. Я не представляю, как мы можем непосредственно связать их с общими терминами, используемыми рецензентами и слушателями.

Некоторые авторы утверждают, что на самом деле все усилители звучат одинаково, и в некоторой степени (при сравнениях лоб в лоб) это "доказано" прослушиваниями в двойных слепых тестах.

[Аудиоголики]:

Звук аудио-усилителей: Можете ли вы услышать разницу между усилителями?Несколько лет назад известный обозреватель Том Носэйн (Tom Nosaine) провел исследование для журнала Stereo Review, в котором он пытался сравнить звучание двух систем тестированием по слепому методу A-B с прослушиванием группой слушателей. Одна система была изготовлена из самых последних SOTA (State Of The Art) компонентов и разъемов. Другая система состояла из очень “прозаичного” оборудования, такого как винтажный усилитель мощности Heathkit 1970-х годов,  заурядный CD-плеер и т.д.

Обе системы были подключены через коммутатор к одной паре динамиков, поэтому разногласия по вопросу динамиков и проблемы размещения колонок вообще не принимались во внимание. Перед системой была натянута акустически прозрачная, но визуально непрозрачная драпировка и свет в комнате был приглушен, чтобы не допустить никакого отвлечения внимания. Носэйн хорошо известен за его верность научному процессу и его фанатичное внимание к деталям, поэтому обстановка прослушивания была выполнена качественно.

Тестирование использовало весьма обширный и различный выбор материала программы. Результаты показали, что пока ни одна из систем не выводилась на максимальную громкость до появления искажений, ни одна из них показала никакого сколько-нибудь статистически существенного предпочтения  по сравнению с другой.  Прослушивающая материал группа состояла из новичков, умеренных любителей и претендующих на  “златоухость” аудиофилов.

Это не имело никакого значения. Ни один слушатель или группа слушателей, будь то новичок или златоухий, не выделяли при идентификации одну систему от другой. Сторонники мнения “звук не зависит от усилителя” торопились сказать: «Видите? Что я говорил». Сторонники  лагеря “звук усилителя легко узнаваемый”, были так же быстры, чтобы указать на бесчисленные аспекты и условия теста, которые были дефектными в их представлении, и таким образом дали Носэйну неточные заключения. Так что, в конце концов, тест ничего не установил.

[Эллиотт]:

Есть некоторые различия, которые не могут быть легко объяснены. Усилитель, который считается "идентичным"  другому в тестовой ситуации, может оказаться совершенно другим в нормальных условиях прослушивания. Так как мы не всегда можем измерить некоторые вещи, именно эти различия, с которыми труднее всего иметь дело, могут иметь большое влияние на звук.

Например: редко тестирование делается  при ограничении сигнала (клиппинге) усилителем - когда усилитель восстанавливается после краткой переходной перегрузки. Я заявляю, что Hi-Fi усилитель никогда не должен ограничивать сигнал при нормальной эксплуатации — и это правильно, но это случается, и это более распространено, чем мы могли бы представить. Используйте хороший индикатор клиппинга на усилителе, и это может быть устранено, но какой ценой? Возможно, необходимо уменьшить громкость (и SPL) до уровня, который намного ниже, чем Вы привыкли, чтобы устранить проблему, о существовании которой не подозревали.

Различные усилители по-разному реагируют на эти мгновенные перегрузки, тогда как в других ситуациях эффективность их работы почти идентична. Я проверил микросхемные усилители мощности и был встревожен формой волны восстановления перегрузки. Измерения моего старого верного дизайна показывают на 60 Вт в некоторых областях то же самое, что и микросхемные: немного лучше в одних, немного хуже в других (насколько можно было бы ожидать).

Если эти два усилителя сравнить в двойном слепом тесте (избегая клиппинга), возможно никто и не сможет заметить разницу. Но стоит увеличить громкость так, чтобы начались переходные процессы клиппинга и даже фонарный столб будет способен услышать разницу между ними. Какими бы терминами описать звук? Я понятия не имею. Звук может быть "размазан" из-за потери деталей во время восстановления микросхемного усилителя. Образ может также пострадать, поскольку на некоторое время может быть потеряна большая часть сигнала, обеспечивающего информацию о  сцене.

[Аудиоголики]:

Тем не менее, не только поведение в режиме клиппинга отличает звук одного усилителя от другого. Многие люди клянутся, что существует принципиальная разница в общем качестве звука между усилителями, и что их «цвет» или «характер» действительно отличаются друг от друга.

Вот один весьма характерный пример: много лет тому назад мы слушали наши последние альбомы на очень высококачественной для того времени системе: высококлассный интегральный усилитель Kenwood (с номинальной мощностью 60/60 Вт RMS с ничтожно малым искажением), колонки AR-3a и проигрыватель для грампластинок Dual 1249 с головкой Shure V15. Высоко оцениваемое оборудование, прекрасно работающее в соответствующей для такого уровня аппаратуры обстановке.

Мой друг только что купил усилитель мощности Dynaco ST-120 (60/60 Вт RMS), и хотел убедиться, что он работает правильно, поэтому он его принес для тестирования. Kenwood имел отдельные разъёмы для предварительного выходов и для входов усилителей мощности, поэтому мы использовали Kenwood как предусилитель. Колонки, проигрыватель виниловых дисков, головка звукоснимателя и провода акустической системы остались прежними. Единственным изменением в системе был усилитель мощности. Мы не собирались "сравнивать" звук усилителей мощности, мы только хотели убедиться, что Dynaco работает.

Мы проиграли через  оригинальную систему, затем мы подключили выход на вход Dynaco и проиграли тот же самый материал. Dynaco работал, но разница в характере звука была ошеломляющей. Ошеломляющей! Мы увеличивали и уменьшали громкость. Различия сохранялись на всех уровнях. Мы снова подключили Kenwood и послушали его вновь. Затем снова подключили Dynaco. Напоминаю, что изначально мы не собирались сравнивать различия в их звучании, но это было настолько заметно, что для нас обоих было как обухом по голове. Это было настолько очевидно и несомненно, что мы провели остаток ночи, слушая  записи различных направлений то на Kenwood, то на Dynaco, снова и снова.

Возможно несколько объяснений различий, но они были реальными, без вопросов.

И, да, чтобы было понятно: Kenwood (более современный дизайн) было гораздо более "жестким" и "более управляемым" в басах по сравнению с Dynaco, который был "дряблым» и «расслабленным». Просто день и ночь.

Искажения

[Эллиотт]:

Технически, искажение – это любое изменение, которое происходит с сигналом на пути от источника к месту назначения. Если часть сигнала "пропадает без вести" - это искажение, точно так же как и формирование дополнительных гармоник.

Мы склонны классифицировать искажения по-разному - несовершенная частотная характеристика усилителя обычно не считается искажением, но это так. Вместо этого мы говорим о частотной характеристике, фазовом сдвиге и различных других параметрах, но в действительности все они являются формой искажений. Суть в том, что все усилители страдают некоторой степенью искажений, и если бы два сравниваемых усилителя вообще не имели бы никаких искажений, то они по определению должны были быть идентичны по параметрам и воспринимаемому звуку.

Естественно, идеального усилителя не существует, но есть несколько таких, что чрезвычайно близки к таковым, по крайней мере в пределах слышимого частотного диапазона. То, что я стремлюсь сделать, так это рассмотреть различия, которые действительно существуют и попытаться определить, какой эффект эти различия имеют на воспринимаемое "качество звука" различных усилителей. Я не буду первым, кто попытаться распутать эту тайну, и я сомневаюсь, что буду последним. Я также сомневаюсь, что преуспею в этом, в том смысле, что успеха в этой особой области можно было бы добиться только, если бы все согласились, что я был прав – на что нет никаких шансов! (Однако, каждый живет надеждой. )

В этой статье я использую несколько устаревший термин "solid state" ("твердотельный"), чтобы дифференцировать ламповые усилители ("лампы") и построенные с использованием  биполярных транзисторов, КМОП (MOSFET)или другие устройства, не являющиеся электронными лампами.

Клиппинг-искажения

Как искажения при клиппинге одного усилителя отличаются от другого? Большая часть Hi-Fi братства будет склонна думать, что клиппинг нежелателен в любой форме в любое время. Хотя, бесспорно, это верно, многие усилители, используемые в типичном Hi-End сетапе, будут иметь клиппинг во время стандартных задач. Я не имею в виду грубую перегрузку - это совершенно очевидно и неизменно звучит ужасно независимо от усилителя. Есть тонкие различия между способами, которыми происходит ограничение в усилителе, что может оказать огромное влияние на звук. Ламповые усилители являются самыми представительными из всех, имея клиппинг "мягкой" формы, который сравнительно незаметен. Далее следуют усилители Класса-A с малым уровнем обратной связью, с немного большей "границей", но обычно свободные от любых действительно неприятных дополнений к звуку в целом.

Кроме того, есть множество дискретных усилителей класса AB. Большинство из них (но далеко не все) достаточно хорошо себя проявляют, и хотя у них клиппинг "жесткий" он не имеет значительной «полочки» – собственно говоря, как только выходной сигнал снова ниже, чем напряжение питания, он просто продолжает работать в обычном режиме. Это идеальный случай – при любом ограничении усилитель не должен добавить больше нежелательного звука, чем должно в таком случае. Клиппинг относится к тому факту, что, когда мгновенное значение выходного сигнала пытается превысить напряжение питания усилителя, он просто останавливается, так как он не может быть больше, чем питание. Мы знаем, что он должен остановиться, но интересно, как он останавливается, и то, как усилитель работает в короткий период во время и сразу после клиппинга.

Сравнение основных Clipping осциллограмм

На Рис. 1, представлены различные осциллограммы ограничений, о которых я говорю. "А" представляет собой типичный выход двухтактного лампового усилителя, "B" - сигнал с обычного дискретного полупроводникового усилителя Класса AB и "C" показывает полку, что характерно для некоторых IC усилителей мощности, а также небольшого количества дискретных разработок. Это самое коварное поведение для усилителя, если период клиппинга + "залипание на шине", длится достаточно долго, потому что в то время, как питание "залипает" на шине, сигнал, который, возможно, присутствовал в проигрываемом треке, потерян, а компонент 100 Гц (или 120 Гц) добавлен если период  ограничение + «залипание» продолжается достаточно долго . Это приходит из блока питания и этого можно избежать только с помощью регулируемого питания или аккумуляторов. Ни одно из этих решений не осуществить дёшево, и потому  редко встречается в конструкциях усилителей.

Хотя рисунок 1 показывает сигнал в виде синусоиды для простоты идентификации, в реальном музыкальном сигнале это будет острый переходный процесс, который даст клиппинг, и если усилитель будет работать без сбоев, то это будет (или должно быть), более или менее незаметным. Но если мы получаем такое залипание на шине питания, полученное выше описание эффекта скорее опишет то, что произошло со звуком с точки зрения слушателя, а не фактическую проблему. Простой переходный процесс ограничения не должен быть заметным в сам по себе, но в общем будет иметь эффект на суммарном качестве звука. Ещё раз: описание этого вряд ли покажет, что усилитель обрезал, и, к сожалению, немногие усилители имеют индикаторы клиппинга, поэтому большую часть времени, мы просто не знаем, что это происходит.

[Аудиоголики]:

Возможные причины, по которым усилители имели специфические звуковые характеристики, были популярной темой среди меломанов в начале 1970-ых. В 1973 год у состоялось заседание  Бостонского Аудио Общества (BAS), на котором была представлена презентация  испытательного оборудования производителем (я не помню каким), которое могло показать спектральные особенности суммарного значения коэффициента нелинейных искажений (THD - Total Harmonic Distortion) усилителя. Это было довольно опрометчивым материалом для начала 70-ых. Очень популярный в то время ресивер Marantz 2270, был хорошо известен неприятным (резким) звучанием,  если перепад был слишком резким. На этой встрече Бостонского Аудио Общества (BAS) мы узнали почему:

Несмотря на то, фактически заявленный рейтинг искажения был низок (примерно, 0.3% THD при номинальной мощности), спектроанализатор осциллографа показал, что в момент клиппинга, Marantz продемонстрировал большое количество гармоник высокого порядка.

Как мы знаем, гармонические искажения – непреднамеренные продукты сигнала, генерируемые аудио устройством, таким как динамик или усилитель, которые являются кратным целому числу оригинального сигнала. Например, если аудио устройству была поставлена задача попытаться воспроизвести сигнал на 40 Гц, а вместо этого оно воспроизводит 40 Гц и небольшое количество 80 Гц, то сигнал частоты 80 Гц называют гармоническим искажением. Небольшие количества сигнала близкой кратности к оригинальному  (низкого порядка) едва слышны; большее количество искажений большей кратности от оригинального сигнала (высшего порядка), чрезвычайно нежелательны для человеческого уха. (Помните, что гармоническая структура западной музыки основана на октавах и третьих гармониках, так что искажения 2-го и 3-го порядков гармонично переплетаются с музыкой таким образом, что не являются диссонансными или явно неприятными. Поэтому THD низких порядков должны быть довольно существенным для того, чтобы мы заметили их отрицательное влияние.) Полная сумма всех гармонических искажений обычно выражается как процент от оригинального сигнала или %THD.

Анализ искажений на базе БПФ

Анализ искажений на базе БПФ усилителя Emotiva UPA-7 при близком клиппинге — обратите внимание на более высокий уровень гармонических искажений (то есть 2 кГц, 3 кГц, и т.д.)

На осциллографе мы могли ясно видеть, что когда Marantz довели до клиппинга, то он произвел большое количество гармоник 4-го, 5-го и 6-ого порядка. По сравнению с ним ресивер Pioneer вел себя лучше, и его искажения были представлены главным образом из гармоник 4-ого порядка и более низких компонентов. Ресивер AR показал безусловно лучшее поведение искажений, являющихся по большей части очень мягко звучащими гармониками 2-ого и 3-го порядков. Теперь, наконец, было дано конкретное, повторимое, материальное объяснение того, почему при достижении ограничения некоторые усилители звучали лучше, чем другие.

(Прим. переводчика: странно, что гармоники 3-го порядка названы мягко звучащими. Обычно таковыми считаются только чётные гармоники. Видимо связано именно с гармоническим рядом западной музыки.)


Продолжение...