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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Консоль ROG Xbox Ally X20 12.06.2026 Портативные игровые консоли продолжают завоевывать сердца геймеров, предлагая мощь полноценных ПК в компактном корпусе, который можно взять с собой куда угодно. К 20-летию бренда Republic of Gamers компания ASUS представила обновленную версию своей популярной портативной системы - ROG Xbox Ally X20. Эта модель стала настоящим подарком для фанатов, объединив передовые технологии, улучшенную эргономику и эксклюзивный дизайн, который подчеркивает праздничный юбилей. Новинка продолжает успешное сотрудничество ASUS с подразделением Xbox от Microsoft. По сравнению с предыдущей моделью Ally X, инженеры полностью переработали материнскую плату, усовершенствовали управление и, главное, оснастили устройство принципиально новым дисплеем. Полупрозрачный корпус с золотистыми акцентами позволяет заглянуть внутрь и оценить качество сборки, а улучшенная эргономика делает длительные игровые сессии более комфортными. Самым заметным нововведением стал переход на OLED-технологию. Дисплей Nebula HDR получил диагональ 18,8 сантиметра (7,4 дюйма) - чуть больше, чем у предшественников. Панель поддерживает частоту обновления 120 герц, обладает временем отклика всего 0,2 миллисекунды и пиковой яркостью до 1400 нит. Благодаря сертификации VESA DisplayHDR 1000 и полной поддержке Dolby Vision, а также технологии FreeSync Premium Pro, изображение отличается невероятной контрастностью, насыщенностью цветов и плавностью, что особенно важно для динамичных игр. Специальное покрытие Corning Gorilla Glass с технологией DXC снижает блики от внешних источников света на 65 процентов. Это позволяет комфортно играть даже в условиях переменного освещения - на улице, в транспорте или ярко освещенной комнате. Как отметили представители ASUS, создание такого игрового дисплея потребовало нескольких лет исследований и разработок, но результат оправдал ожидания. Значительные улучшения коснулись и контроллеров. Джойстики теперь работают на основе технологии TMR (туннельное магнитосопротивление), которая практически исключает дрейф, повышает точность и снижает энергопотребление по сравнению с предыдущими магнитными датчиками Холла. Кроме того, D-Pad получил трансформируемую конструкцию: легким движением его можно переключать между классическим четырехпозиционным и восьмипозиционным режимами, что особенно удобно в файтингах и других жанрах. Внутренняя начинка сохранила высокий уровень мощности предыдущей флагманской модели. Сердцем консоли служит процессор AMD Ryzen AI Z2 Extreme в паре с 24 гигабайтами оперативной памяти LPDDR5X и накопителем PCIe 4.0 NVMe емкостью 1 терабайт. Задняя панель получила улучшенное резиновое покрытие для надежного хвата, а кнопку Xbox оформили в фирменном зеленом цвете Xbox. Особой изюминкой комплектации ROG Xbox Ally X20 стало включение в набор очков дополненной реальности ROG XREAL R1 Edition 20. Эти AR-очки способны проецировать перед глазами пользователя виртуальный экран гигантской диагональю 434,3 сантиметра (171 дюйм), существенно расширяя возможности портативной системы за пределы встроенного дисплея.

Другие интересные новости:

▪ Материнская плата MSI 990FXA Gaming

▪ Быстрая биопечать живой ткани

▪ Обнаружены гигантские скопления турбулентного газа в удаленных галактиках

▪ Apple и Google полностью перешли на возобновляемые источники энергии

▪ Домашний очиститель воздуха Xiaomi Mi Air Purifier Maх

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Стабилизаторы напряжения. Подборка статей

▪ статья Стратегия поведения и способы защиты в условиях локальных войн и региональных вооруженных конфликтов. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Какое неанглийское имя чаще других дают лондонским мальчикам? Подробный ответ

▪ статья Проведение занятий в кабинетах начальных классов, математического и гуманитарного циклов. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Беглый светодиодный огонь (вариант 3). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сухим из воды. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026