Hi-Hi-PC.ru Hi-Fi-звук на компьютере

StereoHead.ru все о наушниках
1 1 1 1 1

Краткие выводы: При прослушивании музыки в небольшой комнате достаточно усилителя мощностью от 6 до 40 Вт в зависимости от чувствительности акустики. Для ламповых усилителей использование моделей с большей номинальной мощностью может улучшить качество звука. Для транзисторных усилителей это правило не работает.

 

Если взять в расчет количество тщательных исследований, выдвинутых теорий и безумных предположений по поводу требуемой мощности усилителей, то в 1962 году мы должны быть намного ближе к решению этого вопроса, чем пять лет назад. На практике же все обстоит совсем иначе.


В нашем распоряжении имеются устройства для измерения звукового давления, электрической мощности и уровня гармонических искажений вплоть до третьего знака после запятой. В тоже время издано огромное количество научных статей по структуре музыке, ее звучанию в концертных залах и домашних условиях и о взаимодействии между строением уха и окружающими звуками. И на фоне всего этого аудио эксперты не могут прийти к единому мнению по вопросу необходимой мощности усилителя – для одного избыточны 0,5 Вт, другому еле хватает 50 Вт. Так кто же прав?

Как это бывает в подобных случаях, оба мнения частично правильны. Причины же расхождения кроются в отсутствии единых критериях оценки требований к запасу мощности. Именно поэтому мнение одного эксперта основано на задаче обеспечения определенного уровня громкости для воспроизведения музыкального крещендо, а у другого – определить уровень мощности, при котором ее дальнейшее увеличение уже не приведет к улучшению в звуке. Еще один эксперт – их количество кажется безграничным – делает заключение при использовании энергоэффективных колонок типа Klipschorn, а другой решил для себя, что для прослушивания годятся только низкоэффективные колонки типа AR-1, поэтому вывод надо делать на основе мощности, которая требуется для нее.

Все эти подходы имеют право на существование, но очевидно, что при этом невозможно получить универсальный ответ.

Какой мощностью неплохо было бы располагать? Упрощенным вариантом ответа будет следующий – столько, сколько будет достаточно для воспроизведения звука на требуемом уровне при непревышении определенного уровня гармонических искажений. Данный ответ может слишком уклончиво, но на самом деле это шаг в нужном направлении, и ни один эксперт не сможет поспорить с этим.

Но что это за «требуемый» уровень? Уровень фоновой музыки, целенаправленного прослушивания или уровень ушераздирающего звучания?

Те владельцы Hi-Fi систем, которые не планируют использовать свои установки ни для чего, кроме как для фоновой музыки, могут сразу забыть обо всех разговорах про требуемую мощность. На низких уровнях звука возможности распознавания человеческого уха настолько скудны, что сойдет любой усилитель, продаваемый с логотипом Hi-Fi. Сойдет и дешевый 5-ваттник, и его относительно высокий уровень искажений не будет играть никакой роли, т.к. они будут трудно различимы.

Использование Hi-Fi приобретает смысл только тогда, когда мы начинаем вслушиваться в звучание. При громком воспроизведении наши уши наиболее чувствительны к высоким частотам, и именно при громком звучании искажения наиболее чувствительны для нас. При обрезании усилителем пиковых частей звукового сигнала (при клиппинге) на высокой громкости слышимость вносимых искажений намного выше, чем при аналогичном поведении усилителях на низкой громкости. Другими словами, для комфортного звучания с увеличением громкости вносимые усилителем искажения должны падать. А ведь мы все знаем, что с ростом нагрузки на усилитель искажения наоборот увеличиваются. Парадокс )).

В целях настоящей статьи будет предполагать, что свою аудиосистему вы будете использовать как минимум для вдумчивого прослушивания на соответствующих громкостях.

Давайте поговорим про уровень звука для воссоздания звука оркестра в обычной комнате. Несмотря на популярные рекламные лозунги, сама эта идея абсурдна. Говоря другими словами, комнаты в обычных домах не такие огромные, чтобы в нее поместился симфонический оркестр. И если бы даже было возможно воссоздать громкость на том уровне, на котором слышен оркестр дирижеру, то эффект не был бы реалистичным. И это было бы совсем не по-соседски. Сольные исполнители или камерные группы возможно поместить в ваших комнатах, и они даже могут звучать очень убедительно при воспроизведении. Но звукозаписывающие инженеры давно осознали, что зрители слушают выступления оркестров со своих мест, а не с дирижерской позиции, поэтому они стараются передать эффект прослушивания с мистического «лучшего места» в зале. Их записи звучат лучше всего до определенного уровня громкости, а при более громком прослушивании становятся увядшими и неестественными.

При отдалении акустической волны от своего источника ее акустическая энергия остается неизменной, но т.к. удаляясь волна охватывает большую область, то она «утончает» сама себя. Поэтому, фактическая сила звука на расстоянии существенно ниже, чем около источника. Именно поэтому мы измеряем силу звука в концертных залах через давление воздуха (или звуковое давление), а не через Ватты. При желании, исходная мощность на источнике звука может быть вычислена через простую формулу, основанной на квадратичной зависимости убывания мощности по отношению к расстоянию.

Замеры звукового давления производятся при помощи специального микрофона и стрелочного индикатора, похожего на прибор, используемый в магнитофоне для контроля уровня записи - волюмтера, но имеющего шкалу в дин/см2 или в децибелах, которые показываю во сколько раз звук громче уровня чувствительности уха. У этого измерителя имеются недостатки, аналогичные волюметру, а именно – его стрелка обладает инертностью и не может отразить резкие скачки; показания отображают только некоторое среднее значение (точнее – среднеквадратичное, RMS).

Среднеквадратичный уровень звука во время крещендо, воспринимаемый с ближайших к оркестровой яме мест (например, третий ряд), имеет значение около 100 дБ по звуковой шкале. Для воссоздания данного уровня на расстоянии 4,5 метров от колонок в комнате размером 3х4,5х6 метров потребуется акустическая мощность (прошу заметить, речь именно про акустическую, а не электрическую мощность) порядка 0,4 акустических ватт.

Если бы мы использовали колонки со 100% КПД (что маловероятно, т.к. таких просто не существует), то для создания уровня звука такого уровня нам бы потребовалось 0,4 Вт электрической мощности. Что касается «реальных» колонок и требуемой мощности усилителя, то нам достаточно разделить 1 на их КПД (в процентах) и умножить полученное значение на 40. Например, для колонок с 10% КПД получится 40*1/10 Вт, или 4 Вт. Для среднестатистических колонок с 1% КПД для получения такого же уровня звука потребуется усилитель на 40 Вт.

Таким образом, мы получили минимальное значение RMS-мощности, необходимой для воспроизведения крещендо на уровне, аналогичном оригинальному уровню звукового давления. Данный расчет подойдет для двухканальной стерео системы, но не сработает для моно систем, т.к. монофонический звук не воспринимается также громко, как при воспроизведении на стерео. А это значит, что для воспроизведения моно записей потребуется большая мощность.

А вот насколько больше – тут уже можно поспорить, т.к. многое зависит от исходного материала, способа звукозаписи и параметров помещения, в котором планируется воспроизведение. Обычно разница составляет 1–2 дБ, что может показаться незначительным, пока не вспомнишь, что для увеличения уровня звука на 3 дБ требуется практически удвоить мощность. Для изменений на 2 дБ требуется ввести поправочный коэффициент 1,6. Поэтому, для динамиков с 10% КПД к полученным нами ранее 4 ваттам требуется применить коэффициент 1,6 и получится 6,4 Вт.

Описанная нами формула предполагает, что динамик излучает звук на 360 градусов вокруг себя. Но ведь не все динамики ведут себя подобным образом. Лучшие колонки для использования в небольших помещениях имеют в своем составе динамики прямого излучения. А вот рупорные излучатели, которые показывают себя лучше всего в больших помещениях, как правило, направляют звук строго вперед – так до слушателя доходит больше звука. И для таких систем требуемый уровень мощности усилителя стоило бы снова уменьшить, но в купе с высокой эффективность таких излучателей требуемая мощность становится абсурдно малой – два ватта могут покрыть все возможные нужды.

Оркестровое крещендо и хоровые пассажи включают в себя переходы, чья громкость на 10 дБ больше, чем средний уровень звука, показываемый волюметром. Увеличение уровня на 10 дБ означает десятикратный рост требуемой мощности, как же вообще можно справиться с подобными вещами? К счастью, нам это и не требуется делать. Звукозаписывающие студии и передающие станции используют амплитудные ограничители для фильтрации этих всплесков из общего сигнала. В результате пиковые значения подрезаются, и если перегрузки не длятся слишком долго, то при использовании хорошего амплитудного ограничителя невозможно различить в звуке каких либо искажений.

Таким образом, мы достаточно точно определили требуемый нам для воспроизведения оркестровых записей запас мощности на колонках с известным коэффициентом эффективности. Но это еще не все, ведь от техники Hi-Fi требуется не только воспроизвести звук на требуемой громкости, но и сделать это с минимальными искажениями.

Каждый, кто видел кривую характеристики мощности, замечал, что искажения возрастают линейно до некоторой критической точки, после искажения начинают резко расти. Это является одной из причин, почему мощный усилитель является более качественным, чем маломощный, даже на низких уровнях громкости. Возможно, что оба эти усилителя будут качественно работать до точки перегрузки, но факт заключается в том, что мощный усилитель будет работать на 1/10 от номинальной мощности, а маломощный – на 8/10. Это значит, что первый усилитель будет вносить меньше искажений (Рис. 1), что будет восприниматься нами как более чистый, «комфортный» звук


Рис. 1 Кривые искажений для типовых усилителей номинальной мощностью 25 и 44 ватт.


Есть и еще одна причина, по которой мощные усилители должны выдавать лучший результат, чем маломощные. Речь пойдет о ламповых усилителях. Обычно принято снабжать усилители выходным трансформатором такой мощности, чтобы она не превышала величину, необходимую для нормального функционирования в среднем диапазоне. Британцы все еще изготавливают маломощные усилители с трансформаторами, имеющими существенный запас. А вот производители в США делают маломощные усилители по принципу временного устройства, необходимого покупателю до тех пор, пока он не будет способен купить что-то стоящее. Я едва могу назвать хоть одну попытку изготовить хороший маломощный усилитель. В результате типичный 10-ваттный усилитель, который теоретически может полностью работать на своей номинальной мощности на 1 кГц, имеет серьезные ограничения при работе на обоих концах спектра. Наиболее существенны потери мощности в начале диапазона, где передаваемая сигналом энергия имеет наибольшее значение. Усилитель способен передать только половину или даже меньше номинальной мощности до того, как начнется перегрузка.(Рис .2).


Рис. 2 Стенд для наблюдения за перегрузкой усилителя


Даже для самых больших и дорогих усилителей характерны потери мощности на высоких частотах, но к счастью они находятся уже за пределами слышимого диапазона.

Давайте теперь предположим, что у нас есть доступ к кривой характеристики мощности усилителя, и мы можем наблюдать, как он отдает мощность на 20 Гц. Есть ли какая либо гарантия, что звук будет точно таким же, как на низкой, так и на высокой громкости? Нет, не можем.

Кривая выходной мощности показывает уровень, при котором на различных частотах образуются искажения в 2% (Рис. 3). Но что данные графики не показывают, так это уровень искажений при меньших, чем максимальная мощность, значениях. Усилитель, работающий на номинальной мощности при 2% искажениях, может иметь 0,2% искажений при использовании половины мощности. А может и не снижать искажения ниже 1%, как бы сильно мы не занижали мощность. В большинстве случаев мы слушаем музыку на уровнях, далеких от перегрузки, поэтому истинный интерес для нас представляет минимальный, или «остаточный» уровень вносимых искажений. И это опять тот случай, при котором типовые маломощные усилители сильно уступают своим более мощным собратьям.


Рис. 3 Характеристика мощности недорогого 12-ваттного усилителя.


Компактные выходные трансформаторы в большинстве маломощных усилителях подвержены насыщению сердечника на низких частотах. И хотя данный эффект можно снизить так, чтобы избежать насыщения до, скажем, 20 Гц, он все равно накладывает серьезные ограничения по остаточным искажениям. И при уменьшении частоты будет наблюдаться увеличение вносимых искажений. При мощности в 1 Вт и искажениях на среднем диапазоне в 0,3%, на 30 Гц искажения могут достигать значений 1%.

На самом деле, редко какой маломощный усилитель сможет удержать уровень искажений в 0,3% не то чтобы на низких частотах, а даже на среднем диапазоне. Большинство из них спроектировано так небрежно, что их уровень остаточных искажений, вносимый входными трактами, не ниже 0,75%, и это уже не компенсировать никакими схемами выходных трактов. Поэтому они никогда не будут звучать также хорошо, как качественно спроектированные мощные усилители. Исключения в данном правиле стоят столько, что сразу заставляют задуматься о покупке более мощного усилители.

Хотя, есть и смягчающие обстоятельства. Динамики и усилители, специально разработанные для совместной работы, следует использовать независимо от величины номинальной мощности усилителя. Некоторые колонки настолько хрупки, что могут выгореть от сильного сигнала мощного усилителя. Использование предохранителей может помочь, но дополнительное сопротивление на линии снижает электрическое демпфирование. Напомним читателям, что электрическое демпфирование позволяет снизить паразитные колебания магнитной катушки динамика. Поэтому, используя подобные колонки, рекомендуется выполнить подключение, минуя их предохранитель, подключив их напрямую к усилителю, который гарантированно не повредит им.

Сторонники мощных усилителей всегда заявляли, что причина, по которой данные усилители звучат лучше, чем самые «топовые» маломощные усилители, в том, что из-за наличия дополнительной мощности повышается управляемость над катушкой в динамике. Было разумно предполагать, что при большом запасе мощности и хорошей системе отрицательной обратной связи проще подавлять ложные вибрации излучателя. В теории звучало хорошо, до тех пор, пока не появился первый полностью выполненный на транзисторах усилитель и не усложнил все.

Поведение транзисторов отличается от лампового. Даже те транзисторные усилители, у которых уровень искажений выше, чем у самых дешевых hi-fi-моделей звучат намного лучше, чем они должны бы. А отсутствие выходного трансформатора в большинстве транзисторных усилителях (транзисторы с низким импедансом подключаются напрямую к колонкам) устраняет раздражающий эффект при пиковых перегрузках. В результате, транзисторные усилители воспринимаются, как передающие мощность более чисто, чем ламповые.

Что еще более важно, это «транзисторный звук» на низких уровнях. Самый слабый из использованных нами транзисторных усилителей (всего 3 ватта) звучит подобно мощному усилителю при работе на низкой громкости. Звук прозрачен, живой и басы обладают той же солидностью, которой, как утверждали сторонники мощных усилителей, могут иметь только системы с сильным запасом мощности. Отсюда делаем вывод, что превосходство мощных ламповых усилителей связано не только с располагаемым запасом мощности.

В чем же истинная причина – это все еще открытый вопрос, но возможно у нас появится шанс ответить на него, когда мы получим возможность сравнить мощный транзисторный усилитель со своим ламповым соперником. Ламповые усилители дурили нас в вопросах требуемой мощности годами, т.к. маломощные усилители имели недостатки, никак не связанные с тем фактом, что они располагали только 10-12 или 15-ю ваттами мощности. Транзисторы имеют шансы перевернуть наше представление в этом вопросе.

Так какой точки зрения мы будет придерживаться? Пока будем считать, что приведенный выше расчет справедлив для транзисторных усилителей или мощных ламповых усилителей. Маломощные ламповые усилители в большинстве своем не в состоянии обеспечить звук на том уровне, который способны воспроизвести даже среднестатистические колонки. Эти усилители могут иметь многочисленных поклонников, но они всегда будут далеки от совершенства. Конечно даже среди них можно встреть удачные, но достаточно дорогие модели. Стоят ли они того, чтобы вкладывать в них деньги – решать вам.

 

По материалам издания Stereophile
Автор Gordon Holt

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить