Устранение эффекта транзисторного звучания мощных УМЗЧ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Усилители мощности транзисторные

 Комментарии к статье

Заядлые меломаны, музыканты и звукорежиссеры давно заметили, что существует разница в звучании мощных ламповых и транзисторных усилителей ЗЧ. В отношении измеренных значений своих параметров транзисторные усилители не уступают, а иногда и превосходят ламповые. Но при прослушивании транзисторных УЗЧ нередко появляется так называемое "транзисторное звучание". Оно проявляется в искажении естественного тембра музыкальных инструментов и может быть лаконично охарактеризовано как потеря естественной "легкости" звучания, недостаточная "прозрачность" звука, а также специфическое воспроизведение ВЧ-составляющих сигнала, выражающееся в ощущении их "трудного" прохождения через звуковоспроизводящий тракт.

Проведенные исследования показали, что данный эффект у разных усилителей одного и того же класса проявляется совсем не одинаково. Исследователи классифицировали усилители, упорядочив их в порядке ухудшения звучания и усиления "транзисторного звука". В результате, российские специалисты констатировали: появление "транзисторного звука" связано с коэффициентом нелинейных искажений, с оговоркой, что все остальные параметры усилителей одинаковы. Этот вывод подтверждается результатами, полученными рядом западных исследователей [1-3], показывающими сильное влияние нелинейности амплитудной характеристики, оцененной по коэффициенту нелинейных искажений сигнала. Следует отметить, что на качество звуковоспроизведения негативно влияют не только нелинейные искажения. В значительно большей степени это связано с комбинационными составляющими спектра сигнала, возникающими в силу нелинейности амплитудной характеристики при одновременном усилении сигналов с различным частотным спектром [4].

При исследованиях комбинационных составляющих использовались рекомендации МЕК для измерения так называемых "TIM-искажений" (Transient Inlermodulation Distortion). На вход усилителей подавались сигналы с частотами 3,18 кГц и 15 кГц с одинаковой амплитудой, обеспечивающей выходную мощность с уровнем меньше номинального на 3 дБ.

Результаты испытаний подтвердили теоретические предположения о том, что выходной сигнал у транзисторных усилителей более богат гармониками (наблюдается наличие примерно 11 гармоник), нежели у ламповых (спектр насчитывает до 5 гармоник), что оказывает влияние на субъективное восприятие звуковой картины. Кроме того, оказалось, что спектр комбинационных частот транзисторных усилителей "плотнее", нежели у ламповых. Эти особенности в спектре гармоник и комбинационные составляющие являются, по мнению авторов, одними из основных причин появления "транзисторного звучания".

Из вышесказанного следует очевидный вывод о том. что нормы для коэффициента нелинейных искажений (Кни) ламповых усилителей неприменимы для транзисторных УМЗЧ. Для них допустимые Кни должны быть значительно меньше. То же самое справедливо и для коэффициента интермодуляционных искажений. Предвидя трудности целенаправленного воздействия на ширину спектра гармонических составляющих полезного сигнала, единственный метод борьбы с "транзисторным звучанием" состоит в уменьшении Кни до значения, при котором влияние комбинационных частот сигнала субъективно не ощущается. Для этого необходима методика оценки нелинейных искажений, позволяющая однозначно определить порог, ниже которого "транзисторное звучание" не проявляется.

Метод оценки качества усилителей с помощью TIM-искажений существенно не отличается от хорошо известного спектрального метода, но неприменим на практике, поскольку требуется новая специализированная измерительная аппаратура. Как показывают исследования, приведенные в [6], односигнальный метод вполне применим для оценки Кни в любой звукотехнической системе с равномерной АЧХ, что легко достигается в высококачественных усилителях Hi-Fi. Приведенные ниже результаты получены в результате экспериментов, проведенных по односигнальному методу.

В силу присущей транзисторам нелинейности построение усилителей без введения специального устройства для уменьшения нелинейных искажений невозможно. Наиболее эффективно снижает Кни введение отрицательной обратной связи (ООС). Во избежание ряда неприятностей, с которыми сталкивается каждый конструктор при разработке выходного каскада с ООС [6, 7]. необходимо соблюдать следующие правила:

• уменьшать количество каскадов, охватываемых общей ООС;
• использовать компенсирующие цепи для удаления четных гармоник в некоторых каскадах;
• вводить местные ООС.

Лучше всего удовлетворяет указанным требованиям УМЗЧ, разработанный и построенный Линчем Маршалом [8]. Этот усилитель сравним с ламповыми усилителями. Соответствующие результаты отражены в таблице.

При испытаниях усилители включались по схеме, приведенной на рис.1. Здесь U1 - студийный магнитофон. Z1 - многополосный эквалайзер. А1 и А2 - усилители, качество звучания которых сравнивается.

Чтобы не нарушать чистоту эксперимента, в громкоговорителях отсутствовали частотные фильтры, вносящие фазовые искажения. Акустические системы (собственной конструкции) имели громкоговорители ф.Gudmans, характеризующиеся малыми нелинейными искажениями в диапазоне частот 0,03...16.5 кГц. В качестве источника сигнала использовалась программа, записанная на студийной аппаратуре на ленту А4615-6Р со скоростью 38,1 см/с с высококачественной граммофонной пластинки, воспроизводимой проигрывателем "Otophon", встроенным в граммофонное шасси "XL-1550" устройства "Pioneer". Во избежание перегрузки на входах усилителей задавались такие уровни сигналов, чтобы даже при пиковой выходной мощности она оставалась на 3 дБ ниже максимальной.

При прослушивании ощущалось превосходство усилителя №1 над усилителями №2 и №3 в отношении "чистоты" и "прозрачности" звуковой картины при передаче высших составляющих звукового спектра. Кроме того, для получения примерно одинакового сбалансированного (по тембру) звучания, характеристика эквалайзера усилителя №1 была равномерна, тогда как при работе с усилителем №2 требовался подъем + 10 дБ в частотном интервале от 1 до 16 кГц. Усилитель №3 уступал по качеству звуковоспроизведения всем остальным.

Для ламповых усилителей с №4 и №5 не выработалось единой точки зрения, однако было установлено, что они не имеют никаких преимуществ перед усилителем №1. В этой связи были проведены дополнительные испытания усилителя №1 при включении его в двухполосный ламповый звуковоспроизводящий комплекс с электромеханической обратной связью (ЭМОС) и с полосой пропускания (по звуковому давлению) 0,016...25 кГц. Блок-схема установки приведена на рис. 2.

В качестве испытательной нагрузки усилителя №1 (А2 на рис.2) служил резисторный делитель R1-R2, подобранный так, чтобы получить коэффициент передачи, равный 1. Проверка показала, что включение усилителя №1 в аудиокомплекс не приводит к появлению никаких "транзисторных тонов" при воспроизведении разнообразных музыкальных программ. Было установлено, что характеристики УМЗЧ №1 почти совпадают с характеристиками УМЗЧ №2, но имеют существенно более низкий Кни- не превышающий 0.04% в полосе 0,02...20 кГц. Это значение Кни. очевидно, является искомой границей, при которой исчезает "транзисторное звучание*. Взяв за основу изложенные принципы конструирования высококачественной аппаратуры ЗЧ, а также относительно дешевую элементную базу, авторы разработали усилитель мощности, схема которого приведена на рис. 3.

(нажмите для увеличения)

Предварительный усилитель состоит из эмиттерного повторителя на транзисторе VT1 и симметричного двухтактного каскада на VT2, VT3, охваченных местной ООС за счет эмиттерных резисторов R11 и R12 и общей ООС, заведенной с коллекторов VT2, VT3 через делитель R1-R2-RP3 на базу VT1. Сигнал ООС складывается там с входным сигналом. Резисторы R2 и RP3 одновременно служат делителем входного сигнала. Коэффициент усиления предварительного усилителя без ООС - порядка 100, Кни при максимальном входном сигнале - около 0,15%. Введение ООС снижает коэффициент усиления примерно до 5.5, а Кни - до 0.01%. Симметрирование каскада осуществляется резистором RP8.

Каскад "раскачки" собран на транзисторах VT4, VT5 и VT6 по схеме, аналогичной предусипителю. Коэффициент усиления этого каскада без ООС - около 100, а Кни=0,1 ...0,15%. Это достигнуто благодаря использованию транзисторов BD140/BD139 (без какого-либо подбора транзисторов по параметрам). Эмиттерный повторитель VT4 служит для повышения эффективности параллельной ООС, введенной с выхода усилителя посредством делителя R14-R15-R20. Граничная частота каскада определяется емкостями коллекторных переходов VT5, VT6 и величиной С13. Для указанной на схеме емкости С13 граничная частота составляет примерно 35 кГц. Цепочка R16-C8 корректирует АЧХ.

Выходной каскад по схеме аналогичен усилителю "Бриг 001-стерео". Чтобы избежать увеличения Кни и появления "транзисторного звучания", используются местные ООС, реализованные на резисторных делителях R38-R39 и R40-R41-R42-RP44 с малыми сопротивлениями. Как и в предыдущем каскаде, подбор транзисторов не проводился. С помощью RP44 минимизируется Кни выходного сигнала. Без ООС Кни во всей полосе звуковых час-тот составляет 0.5...0,7%, коэффициент усиления - 2.7.

Ток покоя выходных транзисторов устанавливается около 100 мА с помощью RP30. а установка "0" на выходе производится резистором RP24.

С общей отрицательной обратной связью, охватывающей "раскачивающий" и выходной каскады. Кни при максимальной выходной мощности во всем частотном диапазоне составляет 0,02% (измерялся компенсационным методом). При исключении фильтра НЧ, образованного цепочкой R14-C6, в режиме "малого сигнала" (на вход подавался сигнал с уровнем, составляющим 0,1 от номинального) верхняя граничная частота усилителя составила 1.8 МГц!

Для предотвращения самовозбуждения усилителя на выходе установлен компенсатор Бушеро - R54-L1. Катушка L1 (индуктивность - около 0,3 мкГн) намотана на R54 (по всей длине) проводом 0.8 (1,0) мм.

В усилителе возможны следующие замены элементов: VT1, VT3, VT4, VT7, VT8 - ВС546В, 2Т3167В(С), ВС107. КТ315В(Г); VT2, VT9 - ВС556В, ВС177В(С), 2Т3307В(С), KT361B(Г);VT5 - 2T9140C,КT814B; VT6 - 2Т9139С. КТ815В: VT10 -2Т7638В. КТ626В; VT11 -2Т7637В, КТ807Б; VT12, VT13 - KD3442. 2N3442, 2N6259A, KD502. Транзистор VT7 промазывается теплопроводящей пастой и закрепляется на радиаторе возле VT12 или VT13 (вверху радиатора). В заключение можно сказать, что:

• "транзисторное звучание" вызвано несовершенством стандартной схемотехники УМЗЧ и самой структурой полупроводников;
• "транзисторное звучание" исчезает при снижении Кни до 0,03...0.04% в рабочей полосе частот;
• при современной элементной базе низкий Кни достигается при достаточно глубокой общей ООС.

Литература

1. Otata M. Transientlntermodulation Distortion in Comercial Audio Amplifiers. - Jorurnat of the Audio Engineering Society, 1974, May.
2. Marsha Leach W. Transient IM Distortion in Power Amplifiers. - Audio, 1975, February.
3. Baxandoll P.J.Audio Power Amplifier Design. - Wireless World, 1978, January.
4. Вольф В.М. Об интенсивности гармонических и комбинационных составляющих при нелинейных искажениях колебаний сложной формы. - Акустический журнал, 1955, т.1. вып.4.
5. Раковский В.В. Измерения в аппаратуре записи звука кинофильмов. - М.: Искусство, 1962.
6. Зуев. П. О динамических искажениях в транзисторных усилителях НЧ. - Радио, 1978, №8. С.ЗЗ.
7. Майоров А. Динамические искажения в транзисторных усилителях низкой частоты.- Радио, 1976, №4, С41.
8. Marshall Leach W. BuiW a low TIM Amplifiers. - Audio, 1976, February.
9. Тюлиев Н. Усилитель 40 W. - Млад конструктор, 1983, №4, С.З.

Авторы: Д.Костов, В.Тодоров

Смотрите другие статьи раздела Усилители мощности транзисторные.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Глаз мотылька поможет создать антибликовое покрытие 29.12.2017 У Шиньцонь (Shin-Tson Wu) из Университета Центральной Флориды, США, предложил новый метод создания антибликовых покрытий, по образцу строения глаз насекомых - известно, что глаза мотыльков не отражают свет. Интенсивные исследования по созданию поверхностей с малой отражательной способностью ведутся уже давно. Так называемые трансфлективные ЖК-дисплеи ослабляют отражение, охватывая и заднюю подсветку, и внешнее освещение. Другой подход, называемый адаптивным управлением блеском, основан на использовании датчиков для увеличения интенсивности свечения экрана. Но обе эти технологии сжирают энергию аккумулятора и не слишком эффективны. По мнению исследователя, анатомия глаз мотылька предлагает гораздо более изящной решение. При переходе из одной среды в другую свет преломляется - меняет направление распространения, что обусловлено различием значений характеристики этих сред, называемой показателем преломления. Если это различие велико, как при падении света из воздуха на стекло, большая часть падающего света отражается. Но глаз мотылька покрыт крошечными однородными бугорками, которые преломляют падающий свет постепенно. Падающие световые волны интерферируют между собой, взаимно гася друг друга, из-за чего глаз видится темным. Группа У Шиньцзоня из Национального Университета Тайваня создала из диоксида кремния форму с поверхностью воспроизводящей поверхность глаза мотылька, и использует ее для создания прочных покрытых ямочками покрытий на гибких листах. Хотя эти ямки не выпуклы, как бугорки глаза насекомого, а вогнуты, они гасят отражение по тому же принципу. При испытаниях этот материал показал коэффициент отражения меньше 1%.

Другие интересные новости:

▪ Пешее хождение опасно для природы

▪ Спокойный сон манекена

▪ Автомобиль Hyundai c Google Glass и SoundHound

▪ Ветроэнергетика полностью обеспечит Бразилию электроэнергией

▪ Cota - технология зарядки гаджетов по воздуху

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Передача данных. Подборка статей

▪ статья Жорж Батай. Знаменитые афоризмы

▪ статья Кто может улететь дальше: летучие рыбы или летучие кальмары? Подробный ответ

▪ статья Камелия китайская. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Вертикал верхнего питания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Со второй попытки. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025