Hi-Fi усилитель – как это работает?

Зачем нужен усилитель для прослушивания музыки, мы уже разобрались. Теперь самое время заглянуть под крышку этого загадочного устройства.

MAIN PIC - TAGA Harmony HTA-1200.jpg

Три каскада пути усиления звука

Все Hi-Fi усилители различаются по типу используемых в них усилительных элементов – это могут быть электронные вакуумные лампы или транзисторы (полупроводники). Есть также комбинированные (гибридные) усилители, в которых используются и лампы, и транзисторы.

Усилительный элемент — это управляемый элемент, предназначенный для преобразования энергии, которая была получена от источника электропитания, в энергию усиливаемых сигналов, подаваемых на вход этого элемента.

Сложно, тогда давайте совсем простыми словами – в усилительном элементе сигнал из источника (например, проигрывателя винила) смешивается с током из розетки и выходит с большей мощностью на колонки (или на следующий этап пути усиления).

TAGA Harmony TTA-500.jpg
На фото: ламповый усилитель TAGA Harmony TTA-500

Первый каскад
Итак, сигнал от источника попадает на вход усилителя, на его первый каскад. На этом этапе осуществляется предварительное усиление сигнала и, как правило, тут также находится и регулятор громкости. Кроме того, важная задача это первого каскада – сделать так, чтобы сигнал от источника полностью и без искажений попал в усилитель (это называют согласованием усилителя с источником). В случае выполнения этого условия качество звука, которое было в исходном сигнале, не будет потеряно.

Второй каскад
После первого каскада усиления в действие вступает второй, который иногда называют драйверным. Его задача подготовить сигнал для передачи уже на оконечный каскад усиления.

Третий каскад
Чтобы акустике звучать насыщенно и динамично, колонкам требуется значительный ток. Оконечный каскад, третий в этой цепочке, является самым мощным, именно к нему уже подключаются акустические системы.

По этой причине выходные каскады усилителя представляют собой самую крупную его часть и зачастую значительно нагреваются при работе.

Подобная трехкаскадная схема построения усилителя, конечно, не является универсальной и единственно возможной, многие аппараты построены по-другому. Например, некоторые ламповые усилители могут быть двухкаскадными (без отдельного драйвера), а некоторые транзисторные, напротив, состоять из десятка каскадов для каждого этапа работы с сигналом. Но в целом наш пример подходит для всех усилителей, так как основы построения этой техники принципиально не менялись на протяжении десятилетий.

Классовая борьба

В описании усилителей вы можете видеть обозначения «класс А» или «класс A/B». Что это такое? Если коротко, то так обозначается режим работы усилителя, вернее, его каскадов. В классе А через усилительные элементы этих каскадов (транзисторы или лампы) постоянно протекает ток. Не вдаваясь в подробности, отметим, что это хорошо для качества звука, но плохо для энергоэффективности – усилители класса А сильно греются и имеют ограниченную выходную мощность. Поэтому для выходных каскадов был придуман комбинированный режим A/B, который предусматривает протекание гораздого меньшего тока через усилительный элемент. Соответственно, усилитель класса A/B нагревается гораздо меньше и способен развить более высокую выходную мощность, чем работающий в классе А.

синус - фаза.png

На фото: электрический звуковой сигнал

С режимами А и A/B связана еще одна хитрость. Как мы помним из курса физики, электрический звуковой сигнал имеет форму синусоиды, верхняя половинка которой находится в положительной области, а нижняя – в отрицательной. В усилителях класса А часто один усилительный элемент работает с полным сигналом (такой усилитель называется однотактным). У усилителей класса А/В в выходном каскаде один элемент (транзистор или лампа) работает с положительной частью сигнала, а другой – с отрицательной, такие усилители называют двухтактными.

Двухтактное усиление.png
На фото: двухтактное усиление электрического звукового сигнала

В результате, в звуке усилителей класса A/B могут возникать искажения в точке перехода сигнала из положительной полуволны в отрицательную (то есть от одного усилительного элемента к другому). Это является «платой» за более высокую выходную мощность и меньший нагрев усилителей класса A/B по сравнению с работающими в чистом классе А, которые свободны от таких искажений.

Но вернемся к классам. Куда же подевался класс B, спросите вы? Ввиду высокого уровня искажений, в Hi-Fi аудио он не используется. Как и класс C.

А вот класс D (и это вовсе не Digital, а просто следующая буква латиницы) в Hi-Fi усилителях сегодня очень востребован. Oн предусматривает работу не с линейным (синусоидальным), а с импульсным сигналом. Его формирует специальная схема из входного, а на выходе он обратно преобразуется в «синус» для подачи на колонки. Усилители класса D обладают очень высокой эффективностью, благодаря чему практически не нагреваются при работе и имеют небольшие размеры при высокой развиваемой мощности. Однако, несмотря на постоянную работу над их усовершенствованием, звук усилителей класса D имеет определенную окраску, которую может быть слышно в системах очень высокого уровня. Именно поэтому усилители класса D получили широчайшее распространение в сегменте начального Hi-Fi и в многофункциональных решениях.

Здоровое питание

Как мы уже знаем, усилительный элемент — это управляемый элемент, предназначенный для преобразования энергии, получаемой от источника электропитания, в энергию усиливаемых сигналов, подаваемых на вход этого элемента.

TAGA Harmony TTA-1000.jpg
На фото: блок питания интегрального лампового усилителя TAGA Harmony TTA-1000

Таким образом, блок питания оказывает решающее значение на качество звука усилителя, так как, в конечном счете, на колонки подаются именно получаемое от него напряжение и ток.

Важно: мощность, которой обладает блок питания, должна превышать ту, которую усилитель способен передать на колонки (то есть обладать ее запасом), иначе в звуке появятся искажения.

HTA-800.jpeg
На фото: блок питания гибридного усилителя TAGA Harmony HTA-800

Классические блоки питания усилителей строятся на базе массивных сетевых трансформаторов, при этом лучшими считаются тороидальные, имеющие форму кольца. Они не только обладают малыми помехами, но и быстрее реагируют на изменение потребляемой усилителем мощности. В то же время современные усилители могут быть оснащены и импульсными источниками (гораздо более экономичными и легкими). Паспортные характеристики импульсных блоков питания действительно впечатляют. Однако их использование из-за возможных помех, вносимых в звуковой сигнал, также не приветствуется ценителями качественного звука высочайшего уровня.

Поделиться: