Любители качественного звуковоспроизведения часто оперируют такими понятиями, как: линейность, частотный диапазон, нелинейные искажения, синусоидальный сигнал, импульсный сигнал и т. д. На самом деле, о многих этих параметрах можно судит по осциллограммам, снятым на входе и выходе устройства, например, усилителя звуковой частоты.
Реальный звуковой сигнал на самом деле представляет собой сложную форму.
Если зрительно представить звуковые колебания реального музыкального инструмента, например, рояля, то даже одна нота не будет одной чистой синусоидой.
Любой, даже самый дорогой инструмент всегда обладает своим, присущим только ему тембром и окраской звучания. Ударные инструменты — вообще прекрасный пример сложности звуковых колебаний: после удара палочкой по тарелке или барабану сначала имеем крутой фронт, затем свободные гармонические колебания поверхности с наложенными на основной тон обертонами, характеризующими данный инструмент.
Еще сложнее обстоят дела с вокалом — многообразие человеческих голосов практически бесконечно.
И вот этот, сложный и прекрасный, мир звуков должен передать аппарат звуковоспроизведения максимально точно, не внося ничего своего. И как справляется с этим тот или иной аппарат можно во многом судить по осциллограммам.
Синусоида
Сигнал такой формы называется гармоническим. Он несет в себе основную частоту и гармоники (частоты, кратные основной). По ее форме можно косвенно судить об искажениях, вносимых устройством в исходный сигнал.
При отсутствии искажений ее форма должна быть правильной, симметричной, близкой к математической.
А по амплитуде на разных частотах при неизменном входном уровне — о частотном диапазоне изделия.
Выходная мощность усилителя низкой частоты указывается, как правило, на частоте 1 кГц синусоидального сигнала на определенной нагрузке. Частотный диапазон высококлассных звуковых компонентов не должен быть ниже 20 Гц — 20 кГц при определенной неравномерности, выраженной в дБ.
То есть, при подаче на вход сигнала разных частот, но определенной амплитуды, на выходе устройства мы должны получить сигнал, так же неизменной амплитуды, но усиленный в n раз согласно коэффициенту усиления устройства.
Современные высококачественные усилители имеют звуковой диапазон от 5-10 Гц вплоть до 100-200 кГц, которые легко достигают транзисторные устройства. Для ламповых аппаратов диапазон 1 Гц-100 кГц можно считать выдающимся в свете определенных характеристик ламп и схемотехнических решений.
Поэтому гибридные (лампово-полупроводниковые) схемы являются прекрасным компромиссом между ламповым звучанием и частотным диапазоном звуковоспроизведения.
Представляемый гибридный усилитель BMV Audio обладает диапазоном 10 Гц — 100 кГц при неравномерности не более 1,5 дБ, а в диапазоне 20 Гц — 20 кГц не более 0,3 дБ.
Пример осциллограммы:
синусоида 1 кГц
Пример осциллограммы:
синусоида 10 Гц
синусоида 40 кГц
Из примеров видно, что на краях частотного диапазона амплитуда сигнала уменьшается. Это связано с затуханием сигнала в фильтрах нижних и верхних частот, ограничивающих частотный диапазон изделия.
Меандр (сигнал прямоугольной формы)
Далеко не всякий аппарат, хорошо передающий синусоиду справится с передачей «прямоугольника». Это очень интересный сигнал, по которому можно судить о частотном диапазоне устройства и его реакции на быстрые, импульсные сигналы. Также можно определить симметричность плеч выходного каскада по скорости нарастания и т. д.
В идеальном случае, при бесконечно широком диапазоне воспроизведения, меандр любой частоты должен передаваться без искажений: переход переднего фронта в верхнюю «полку» -четко прямой угол, переход верхней «полки» в задний фронт — аналогичен и так далее.
В реальных условиях эти переходы имеют либо скругления — затяжки, либо некоторую пачку затухающих синусоидальных импульсов. И то и другое говорит о неидеальности тракта усиления, но второе, как говорят «звон», все же хуже, т. к. сильнее проявляется при прослушивании как «металл» или «жесткость» при воспроизведении высоких частот.
Представляемый гибридный усилитель BMV Audio не имеет паразитных колебаний при воспроизведении прямоугольного сигнала:
Пример осциллограммы:
меандр 1 кГц
Пример осциллограммы:
меандр 10 кГц
Пример осциллограммы:
меандр 100 Гц
Из приведенных примеров видно, что на частоте 1 кГц меандр близок к идеальному. Нет ни выбросов, ни паразитных колебаний, ни затяжек фронтов.
На частоте 10 кГц появились скругления в местах перехода в связи с ограничением частотного диапазона сверху — 100 кГц. На частоте 100 Гц «полки» наклонены, что обусловлено ограничением снизу — 10 Гц.
По меандру можно увидеть скорость нарастания выходного сигнала. В усилителе BMV Audio это около 40 В/мкс. Высокая скорость нарастания дает возможность воспроизводить резкие, импульсные звуки, придает экспрессию при прослушивании.
Треугольник (сигнал треугольной формы)
Этот сигнал представляет собой линейно изменяющееся во времени переменное напряжение или ток. Симметричный (равнобедренный) треугольник — линейно нарастающий и линейно спадающий с одинаковой скоростью сигнал.
Причем скорость изменения полярности сигнала значительно выше, чем в сигнале прямоугольной формы. Что можно увидеть с его помощью? А как раз работу всего тракта усиления именно по линейности.
Для нас интересна сторона треугольника и его вершина. Переход через «ноль» также информативен.
Начнем разбирать работу тракта с перехода через «ноль». Все слышали об искажениях типа «ступенька». Это возникающий разрыв в непрерывном сигнале при переходе через «ноль» в двухтактных выходных каскадах, когда одно плечо уже закрыта, а другое ещё не успело открыться.
Это характерное искажение присуще каскадам, работающим в режиме «В».
Проявляется как некая «грязь», «похрустывание» в фонограмме.
Наш треугольник очень хорошо показывает есть «ступенька» или нет: сигнал при переходе через «0» наклонен к оси Х и любые изломы хорошо видны.
Теперь вершина треугольника и его стороны.
При изменении полярности нарастания сигнала в схеме усилителя также происходит перезарядка разделительных конденсаторов, закрывание или открывание транзисторов, электронных ламп, даже отдаваемый источником питания в схему ток меняется.
При идеально подобранном согласовании каскадов схемы, правильно выполненном источники все эти изменения должны происходит в строго соответствии с изменением входного сигнала.
В аппарате высокого класса вершина треугольника на осциллограмме должна быть четкой и симметричной как вверху, так и внизу.
Стороны должны представлять собой прямые отрезки с одинаковым углом наклона к оси «Х»
осциллографа, без разрывов или ступенек при переходе через «0».
Пример осциллограммы:
треугольник 1 кГц
Пример осциллограммы:
треугольник 100 Гц
Пример осциллограммы:
треугольник 40 кГц
Из приведенных примеров видно, что на частоте 1 кГц мы наблюдаем треугольник идеально правильной формы, который говорит о правильно согласованных каскадах усилителя, его высокой линейности. Видим полное отсутствие ступеньки при переходе через «ноль».
На частоте 100 Гц стороны треугольника немного изогнуты, что обусловлено некоторым дифференцированием сигнала из-за ограниченной «снизу» (10 Гц) полосы пропускания усилителя.
На частоте 40 кГц заметно некоторое скругление вершин, связанное с ограничением частотного диапазона «сверху» (100 кГц). При этом стороны треугольника строго ровные.
Следовательно, от усилителя BMV Audio можно ожидать чистого, прозрачного звучания с высокой деталировкой всех нюансов звуковой фонограммы.
Все приведенные осциллограммы сняты с реального серийного аппарата BMV Audio на нагрузке 5 Ом.
Источник сигнала — генератор Gwinstek SFG-72120, осциллограф — Hantek 6052BE с полосой пропускания 20 МГц.
Задачей разработчиков было создать аппарат, вносящий минимально возможные искажения в усилительный тракт, слабо реагирующий на импеданс и характер нагрузки, чтобы донести до слушателя все нюансы музыки, вокала, каждого отдельного инструмента так, как это задумал композитор и записал звукорежиссер.
М. Белов.