Обзор видов
В зависимости от применяемых элементов, усилители звука подразделяются на несколько видов. Рассмотрим каждый тип более подробно.
Ламповые
Данные модели созданы по принципу работы радиоламп. Именно они служат элементом, усиливающим звук. Высокую мощность этот вариант не может обеспечить, но в то же время выдает более теплое звучание средней и высокой частоты. Благодаря этому техника более привлекательна для ценителей качественной музыки, даже несмотря на то, что могут возникнуть трудности с быстрым подбором нужной акустики.
Транзисторные
Модель схемы такого вида включает в себя использование транзисторов в роли устройства для усиления. Они оказываются более практичными и позволяют выдать высокую мощность по сравнению с предыдущим видом. Идеально подходят для воспроизведения музыки, преимущественно с низкими частотами. Басы модели транзисторного типа отличаются четкостью и насыщенностью.
Гибридные
В этих типах устройств для усиления мощности звучания единовременно применяют и лампы, и транзисторы. Комбинируя лучшие свойства и той и другой технологий, получается идеальное сочетание.
Они превосходно справляются с проигрыванием музыкальных произведений разного направления, независимо от преобладания области частот. Все усилители, в зависимости от количества каналов, бывают 3 видов.
Моноусилители. Такая техника рассчитана на усиление одного канала. В основном присутствует в высококлассных аппаратурах или в сабвуферах для обработки басов.
Количество каналов усилителя при выборе техники зависит от состава определенной акустической системы. Трехканальный и пятиканальный вариант встречаются реже остальных. В основном производятся шестиканальные модели для обеспечения усиления звука домашнего кинотеатра. Но существуют типы и с большим числом каналов.
Главное правило при выборе техники – соответствие количества каналов числу колонок. Если конкретнее – каждая колонка должна иметь свой личный канал. Выбирать усилитель следует после приобретения определенной акустики, так как мощность устройства должна быть выше самой системы в 1,5-2 раза.
Что такое операционный усилитель ?
Операционные усилители представляют собой микросхемы которые могут выглядеть по-разному.
Например на этой картинке изображены два операционных усилителя российского производства. Слева операционный усилитель К544УД2АР в пластмассовом DIP корпусе а справа изображен операционник в металлическом корпусе.
По началу, до знакомства с операционниками, микросхемы в таких металлических корпусах я постоянно путал с транзисторами. Думал что это такие хитромудрые многоэмиттерные транзисторы
Условное графическое обозначение (УГО)
Условное обозначение операционного усилителя выглядит следующим образом.
Итак операционный усилитель (ОУ) имеет два входа и один выход. Также имеются выводы для подключения питания но на условных графических обозначениях их обычно не указывают.
Для такого усилителя есть два правила которые помогут понять принцип работы:
- Выход операционника стремится к тому, чтобы разность напряжений на его входах была равна нулю
- Входы операционного усилителя ток не потребляют
Вход 1 обозначается знаком «+» и называется неинвертирующим а вход 2 обозначается как «-» и является инвертирующим.
Входы операционника обладают высоким входным сопротивлением или иначе говорят высоким импедансом.
Это говорит о том, что входы операционного усилителя ток почти не потребляют (буквально какие-то наноамперы). Усилитель просто оценивает величину напряжений на входах и в зависимости от этого выдает сигнал на выходе усиливая его.
Коэффициент усиления операционного усилителя имеет просто огромное значение, может достигать миллиона, а это очень большое значение! Значит это то, что если мы ко входу приложим небольшое напряжение, хотябы 1 мВ, то на выходе получим сразу максимум, напряжение почти равное напряжению источника питания ОУ. Из-за этого свойства операционники практически никогда не используют без обратной связи (ОС). Действительно какой смысл во входном сигнале если на выходе мы всегда получим максимальное напряжение, но об этом поговорим чуть позже.
Входы ОУ работают так, что если величина на неинвертирующем входе окажется больше чем на инвертирующем, то на выходе будет максимальное положительное значение +15В. Если на инвертирующем входе величина напряжения окажется более положительной то на выходе будем наблюдать максимум отрицательной величины, где-то -15В.
Действительно операционный усилитель может выдавать значения напряжений как положительной так и отрицательной полярности. У новичка может возникнуть вопрос о том как же такое возможно? Но такое действительно возможно и это связано с применением источника питания с расщепленным напряжением, так называемым двуполярным питанием. Давайте рассмотрим питание операционника чуток подробнее.
Как работает усилитель
Нет ничего важного в принципе работы усилителя, что может пригодиться пользователю. Эта информация больше подойдет для энтузиастов, которые задают себе вопросы, как усилитель работает и как он управляет сигналом
Мы не будем углубляться в работу электрической схемы, в историю транзисторов или в принципы работы трансформаторов, скорее мы рассмотрим, что усилитель делает с сигналом, который он получает от головного устройства и проводит этот сигнал по своим путям.
Обычно считают, что усилитель берет исходный маленький сигнал и увеличивает его до определенной величины. Это верно только от части, фактически усилитель создает новый сигнал, который должен быть точной копией входного сигнала.
Сравним звуковой усилитель и копировальный аппарат. Вы, вероятно, спросите, как можно сравнивать эти две различные технологии. Но если вы делали копию на копировальном аппарате, то вы заметили, что можно с его помощью увеличить исходный документ на определенную величину. Если иметь исходное изображение и увеличить его до других размеров, то вы будете иметь два одинаковых изображения разных размеров, но на разных листах бумаги. Новое изображение – большая копия старой картинки, то есть это новый лист со своим изображением. Теперь перенесем эти принципы работы в усилитель. Он берет сигнал с входа и выдает на выход уже увеличенный сигнал. Однако сигнал на выходе, подобно копировальщику, не тот же что и на входе. Увеличение сигнала происходит только по амплитуде, но не в длине звуковой волны иначе это будут уже помехи и искажения сигнала и копии точной не получиться. Эта аналогия должна вам дать общее представление о работе усилителя.
Усилитель берет слабый сигнал от источника, например, CD проигрывателя и увеличивает его для нормальной работы динамиков. И хотя это не один и тот же сигнал отличие между ними заключается только в их мощности.
Магнитный усилитель
Магнитный усилитель — это статический аппарат, предназначенный для управления величиной переменного тока посредством слабого постоянного тока. Применяется в схемах автоматического регулирования электродвигателей переменного тока. Основное назначение — управление силовым электроприводом (распространены в строительной технике), также применялись в бытовых стабилизаторах переменного тока, в регуляторах освещения киноконцертных залов, в двоичной ЭВМ ЛЭМ-1 Л. И. Гутенмахера и в троичных ЭВМ «Сетунь (компьютер)» и «Сетунь-70» Н. П. Брусенцов а также в цепях управления тепловоза.
По-прежнему магнитные усилители используются в системах, измеряющих постоянные токи от тензодатчиков. Гибридные схемы, сочетающие в себе миниатюрный магнитный усилитель с полупроводниковым, легко решают проблему дрейфа нуля и обладают высокой точностью.
Какие бывают?
Современная аудиотехника оснащена усилителем звука – будь то аппарат, передающий цифровой процессорный сигнал или беспроводной гаджет, работа которого осуществляется с Bluetooth, в них можно обнаружить как моноусилитель, так и стереомодель. Усиливающее звук устройство может выглядеть как мини-усилитель, применяемый в аппаратах с небольшими габаритами, а, например, в смартфоне имеется встроенный микроусилитель. Сказать, что большой усилитель лучше, чем маленький, было бы неправильным.
По назначению
Варианты усилителей мощности звука подразделяются с учетом сферы их применения.
Усилители звука для автомобильной аудиосистемы – предназначены для повышения мощности динамиков и сабвуфера. Подразделяются на устройства, имеющие от 1 до 6 каналов. Одноканальный вариант работает с устройствами высокой мощности. Двухканальный вариант работает с аудиосистемой, имеющей раздельные каналы, образующие стереозвук. Трехканальные устройства имеют возможность подключения к сабвуферу и двум колонкам. Наиболее распространен усилитель с четырьмя каналами, куда можно подключить сразу 4 динамика или 3 динамика и сабвуфер. Усилители с 5 и 6 каналами также дают возможность маневра в подключении нескольких звуковых устройств, значительно экономя свободное пространство, но они более дорогие по стоимости.
Устройства, усиливающие звук, помимо своего назначения, подразделяются также и по уровню мощности.
По классу мощности
Под уровнем мощности понимают суммарный показатель выходного сигнала, который учитывается за один цикл работы прибора в зависимости от его схемы устройства.
Условно классы мощности звукоусилителя подразделяют на несколько групп.
Наиболее качественные – классы А, В, АВ, С. Такие устройства способны обеспечить наиболее чистый и свободный от помех аналоговый звук. В конструкции устройства лежит транзисторный или ламповый метод преобразования звука. Такая аппаратура используется в бытовой и профессиональной сферах.
Наиболее качественное преобразование звука осуществляется только при помощи лампового усилителя класса А. Эти приборы являются дорогостоящими, и цены на них могут достигать несколько миллионов рублей. Усилители лампового типа имеют возможность абсолютно точно копировать вид входного звука и выводить его без каких-либо искажений, но со значительной долей усиления.
Устройства для малогабаритных приборов – классы D, E, F и T. В этих усилителях применяются цифровые схемы, а также задействованы модуляции пульсирующего включения и выключения.
Наиболее распространены усилители класса D, которые в отличие от аналоговых видов входной сигнал получают не в виде синусоиды, а как прямоугольный импульс. Амплитуда импульсов постоянна, а их длительность зависит от входного сигнала. Прибор работает на частоте от 10 до 100 000 Гц. Формирующиеся импульсы звука усиливаются с помощью транзисторов, а исходящий звук проходит фильтрацию низких частот.
Усилитель для автомобильной аппаратуры – класс H. Такая техника применяется в условиях с ограниченным уровнем электронапряжения. Конструктив устройства включает в себя усилитель AB-класса. Коэффициент полезного действия такого усилителя составляет 83-85%, и его считают маломощным, но при этом показатель искажения звука составляет всего 0,1%.
Marantz PM 5005
Вероятно, самый доступный интегральный усилитель. Характеристики его таковы, что он свободно может обеспечить высококачественный звук на приличной громкости. Мощность усилителя составляет 40 ватт на канал
Стоит обратить внимание и на то, что эти ватты относительно «честные». Это значит, что мощности усилителя хватит для озвучивания довольно внушительного по объему помещения
Данный интегральный усилитель умеет воспроизводить частоты от 10 до 50 000 герц. Лишь бы колонки были соответствующие. Кстати, 40 ватт — это отнюдь не максимальная мощность. Ее усилитель выдает при работе с сопротивлением 8 Ом. Но если переключить на акустику с сопротивлением 4 Ом, то мощность возрастет до 55 ватт. И это уже серьезно.
В данной модели присутствует и фонокорректор для прослушивания музыки на виниловых пластинках. Как мы знаем, для этого типа источника фонокоррекция — обязательная опция. На высокий класс устройства указывают позолоченные разъемы RCA для подключения различных источников звука. Сами же разъемы для подключения колонок выполнены в форме клемм. Что тоже указывает на высокий статус продукта. Вообще, вопрос о том, как подключить интегральный усилитель, в случае с Marantz, неактуален. Здесь все предельно просто. А теперь рассмотрим комментарии владельцев этого чуда техники.
Классификация по категориям
Классы интегральных усилителей мы уже рассмотрели
Теперь стоит обратить внимание на основные категории данных устройств. Их всего три
И различаются они по типу используемых компонентов. Естественно, отличается и качество звука в каждой категории. Итак, вот какие типы интегральных усилителей на данный момент имеются:
- Ламповые. По мнению многих, именно эти усилители выдают самый чистый, качественный и «правильный» звук. Их общая мощность не может быть высокой. А еще они очень дорогие, так как основной их компонент — дорогие лампы.
- Транзисторные. Здесь за усиление звука отвечают транзисторы. Они могут обеспечивать высокую удельную мощность и весьма неплохое качество звука. Именно эти модели наиболее популярны в настоящее время.
- Гибридные. Эти устройства сочетают в себе несколько элементов: лампы и транзисторы. Первые отвечают за «правильный» и качественный звук, а вторые его усиливают.
Именно такие типы интегральных усилителей существуют на данный момент. Схема интегрального усилителя, к какому бы типу он ни относился, предполагает, что все его компоненты заключены в один корпус. Это и есть основная особенность устройств такого типа. Однако есть еще такие штуки, как ресиверы, которые тоже формально считаются усилителями. Но у них есть определенные отличия.
Многие пользователи не понимают разницы между усилителями и ресиверами. Более того, они считают, то это одинаковые устройства. Да, они оба предназначены для усиления сигнала. Но принципиальная схема устройств и их начинка кардинально отличается. Для того чтобы осознать этот факт, пользователям необходимо объяснить, что именно представляют собой ресиверы и чем они отличаются от усилителей. Об этом и пойдет речь в следующей главе. Начнем с самых заметных отличий, а потом перейдем к менее очевидным вещам.
Обзор видов
На сегодняшний день в продаже можно встретить предусилители трех видов: инструментальные, микрофонные и универсальные. Каждый тип изделий имеет свои особенности. Любой предусилитель имеет минимум 1 вход и линейный выход. Предварительный стереоусилитель способен менять тембр звука. Благодаря использованию воспроизводящей аппаратуры удается достичь линейности практически без искажения звука. Иные модификации позволяют добиться нового звучания известных музыкальных инструментов. При этом каждая отдельная модель устройства отличается своим собственным характером звука. Ввиду этого выбирать прибор приходится с учетом подходящего для конкретного человека звучания. Однако характеристики моделей различны.
Например, для микрофонов покупают одни изделия, для гитар нужны другие. В ассортименте ведущих производителей можно найти модификации на лампах, с темброблоком, на полевых транзисторах, стереоусилители, дифференциальные устройства с высокими эксплуатационными характеристиками.
Инструментальные
Измерительный усилитель отличается наличием массы полезных характеристик. Он обладает возможностью регулировки усиления посредством 1 резистора. Это позволяет варьировать коэффициент усиления в зависимости от потребности. Данные системы можно скрестить с цифровыми устройствами, что открывает больше возможностей.
Симбиозом аналогово-цифровой техники являются приборы с регулируемым коэффициентом управления. В продаже можно найти системы интегрированного типа, комбинируемые с микроконтроллером. Инструментальные предусилители способны в автоматическом режиме менять усиление и диапазоны, что улучшает разрешение при измерении. Эти устройства имеют высокое входное сопротивление и высокий коэффициент ослабления синфазного сигнала.
Микрофонные
Данные устройства усиливают сигнал с микрофона до линейного уровня. Отдельные микрофонные варианты улучшают качество звука в значительной мере. Большинство таких устройств оснащено микросхемой INA 217. Благодаря ей обеспечивается минимальный уровень искажения звука и низкий шумовой тракт на входе. Такие устройства хороши для низкоомных микрофонов с характерным слабым уровнем сигнала.
Эти приборы актуальны для студийных и динамичных микрофонов. Данные устройства могут иметь 1, 2 либо 3 транзистора. Кроме того они бывают гибридными и ламповыми. Изделия первого типа созданы для улучшения качества звука, включая удаление постороннего шума. Ламповые аналоги хороши тем, что делают звучание бархатистым и теплым. Однако цена у данных модификаций высокая.
Универсальные
Универсальные модели предусилителей имеют свои особенности. Если инструментальные аналоги позволяют напрямую подключать инструменты, а микрофонные нужны при работе с микрофонами, то универсальные устройства объединяют обе опции. При работе с ними можно менять режим работы с инструментального на микрофонный и обратно.
Предварительный усилитель
Уровень электрического сигнала на его выходе таков, что если его подать на громкоговорители, то мы ничего не услышим. Так для чего же он нужен?
Прежде всего, — для коммутации. Все вышеназванные источники подключаются к предусилителю в оптимальном для каждого из них режиме.
Дело в том, что разные источники имеют разный выходной уровень сигнала: CD-плеер или тюнер выдают сигнал т.н. линейного уровня (порядка полу-вольта), а виниловый проигрыватель — во много сотен раз меньше.
Кроме того, пользователь должен иметь возможность переключать источники, и те при этом должны звучать с примерно одинаковой громкостью. Для этого требуется согласование уровней сигналов разных источников и их подъем до уровня, который достаточен для работы входного каскада усилителя мощности.
Еще одна функция предварительного усилителя — организация и коммутация т.н. сквозных каналов, т.е. возможности во время прослушивания еще и записывать сигнал на тот или иной рекордер, в том числе осуществлять два эти процесса независимо.
Другая важная функция — регулирование выходной громкости и частотной коррекции сигнала, для чего на передней панели располагаются регуляторы громкости и уровней высоких и низких частот. Часто присутствует и кнопка прямого сигнала, т.е. обхода частотного корректора, и кнопка так называемой тонкомпенсации, предназначенной для подъема низких и высоких частот при прослушивании на пониженной громкости. Предварительный усилитель может иметь и дополнительный фильтр инфранизких частот, особенно полезный при использовании проигрывателя грампластинок.
На задней панели предусилителя находятся гнезда входов для подключения источников, обычно их 5-6 и они выполнены по т.н. несимметричной схеме для подключения разъемов типа RCA (в обиходе называемых «тюльпанами»), там же находятся и гнезда выходов. Обычно их два — главный для подключения к усилителю мощности и дополнительный для записи. На некоторых дорогих моделях бывают и т.н. симметричные соединения типа XLR, обычно используемые в профессиональном оборудовании. Их главное достоинство — возможность без помех передавать слабый сигнал на очень большое, в десятки метров, расстояние, — для обычного домашнего прослушивания это малосущественно, так что нет никакого резона переплачивать за функцию, которой Вы, скорее всего, не воспользуетесь.
Практически все современные усилители имеют возможность дистанционного управления громкостью и переключением источников, часто с их помощью можно управлять и некоторыми функциями других приборов той же фирмы, например, включением воспроизведения CD-плеера и т.п. одной фирмы. Следует учесть, что раздельное усиление, т.е. предварительный усилитель и усилитель мощности — дорогое решение, так как стоимость каждого из них начинается от 20 тыс .руб.
Что это такое?
Усилитель звука можно обнаружить в любом качественном оборудовании акустической системы. Это может быть магнитола для прослушивания музыки в автомобиле, музыкальный центр, домашний кинотеатр или обычный звуковой проигрыватель, телефон или ноутбук – словом, усилитель применим везде, где у аппаратуры предусмотрено наличие динамиков. Усилитель представляет собой устройство, которое работает от электрической сети и преобразует электросигнал, делая его более сильным по сравнению с изначальными параметрами благодаря увеличению мощности электрического тока.
Устройства для усиления звука подразделяются в зависимости от сферы их использования. Основными областями применения усилителей являются профессиональная и бытовая. Кроме того, усилители можно классифицировать исходя из их конструкционной схемы – существуют однотактные или двухтактные варианты. Например, однотактный усилитель работает в режиме линейного усиления, когда за время полного периода электроток проходит сквозь транзистор.
Задача бытового усилителя – придать звуку дополнительную мощность, довести звуковой сигнал до таких показателей диапазона, которые сможет слышать ухо обычного человека, то есть до 15-23 кГц. Подобное усиление звукопередачи оправдано тем, что с возрастом у человека снижается слуховая восприимчивость, и люди зрелого возраста воспринимают звуки на частоте не выше 16-18 кГц.
Промышленные усилители звука также имеют важное значение и широкое применение. Их применяют для информационных оповещений в зданиях и сооружениях, производственных цехах, на площадках открытого типа, а также в крупных торговых или зрелищных центрах
Любой усилитель мощности звука обладает определенными характеристиками.
- Мощность выходящего звука – бывает номинальной, которая измеряется относительно установленного коэффициента искажений звука нелинейного порядка, или максимальной, то есть измеряемой относительно произвольно определяемого коэффициента.
- Коэффициент полезного действия – определяет параметр усиления звука относительно изначальной его мощности звучания.
- Диапазон частот – указывает, с какими частотными колебаниями может работать усиливающее устройство. Обычно он составляет от 20 до 22 кГц.
- Гармонические искажения – это коэффициент, определяющий часть искажений, которые присутствуют при передаче усиленного звука на эталонной частоте, равной 1 кГц. В норме искажения могут составлять от 0,001 до 0,1%.
- Соотношение звука и шума – показывает уровень того, насколько собственный шум звукоусилителя соотносится с передаваемым им усиленным звуком.
- Демпинг-фактор – отражает возможность усилителя купировать нежелательные помехи, возникающие в поле электрического напряжения, что в значительной мере может повлиять на качество звукопередачи.
Сравнение с фонокорректором
Фонокорректор необходим для коррекции АЧХ. Это усилитель-корректор с особой амплитудно-частотной характеристикой. Сигнал, поступаемый с магнитного картриджа, более низкий в сравнении с линейными источниками. Встраиваемый фонокоррекор позволяет напрямую подключать проигрыватель винила. С его помощью удается вернуть сигнал к первоначальному значению.
Изначально корректоры встраивали в усилители, отмечая вход надписью PHONO. Сейчас большинство устройств такого типа устарело, поэтому найти их практически невозможно. Платы можно купить отдельно, встроив к приборам с усилителем. Отличие между корректором и предусилителем заключается в том, что он возвращает звук к первоначальному уровню, а усилитель меняет его. В этом и заключается основная разница между устройствами.
Однако фонокорректор необходим при работе со звуком далеко не всегда. Например, если у предусилителя есть специальные входы Phono MM или МС (либо какой-то 1 из них), необходимости в использовании внешнего фонокорректора нет. Однако если устройство снабжено лишь линейными входами, обойтись без фонокорректора не получится. Он обеспечит необходимое звуковое напряжение.
Предусилитель хорош тем, что делает возможным коммутацию разных источников. Также он отвечает за плавность регулировки громкости, регулирование стереобаланса, ВЧ и НЧ, а в некоторых моделях отвечает и за «тонкомпенсацию». Отдельные устройства снабжены встроенными фонокорректорами со входами для ММ или МС (либо с обоими). Встраиваемые фонокорректоры являются атрибутами предусилителей.
