Наш корреспондент Аюр Санданов встретился с Сергеем Харутой, аранжировщиком, композитором и продюсером, и узнал, что тот думает о продуктах компании Apple. Вдобавок они обнаружили общие музыкантские корни и обсудили, как писать музыку для кино, что такое профессионализм в суровом мире поп-музыки, на чем пишется Питер Гэбриэл и чем управлять сложнее - "Блестящими" или народным хором?
Мастеринг - одна из наиболее интересных тем в звуковой индустрии. Этой статьей мы начинаем большой цикл, освещающий вопросы, связанные с ним. Ориентировочно наш цикл будет состоять из десяти статей. В них автор попытается дать ответы на наиболее общие технические вопросы, связанные с мастерингом, возьмет интервью у известных мастеринг-инженеров и звукоинженеров.
Не следует путать новые возможности дизайна активных помещений с «поддерживаемой реверберацией», которая с 1950-х годов использовалась в Королевском фестивальном зале (Royal Festival Hall), а позже в студиях «Лаймхаус» (Limehouse Studios). Это были системы, использующие настраиваемые резонаторы и многоканальные усилители для распределения естественных резонансов до нужной части помещения.
Кажется, что тема компьютерных акустических расчетов среди профессионалов в области звука никогда не исчерпает себя.
Несмотря на то, что фундаментальная наука не претерпевает изменений, а математические модели улучшаются эволюционно, среди коллег встречаются как совершенно разные взгляды на акустическое моделирование в целом, так и, порой противоположные трактовки одних и тех же абсолютных величин.
Александр Перфильев, звукорежиссер певицы Ёлки: «Более 10 лет полноценно занимаюсь мастерингом, и этот вид звукорежиссуры мне очень симпатичен. Хотя проекты, которые сам свожу, практически никогда не мастерю: это неправильно, как мне кажется, должен быть свежий взгляд, эдакое ОТК. Аналогичного мнения был по поводу концертного звука, но, когда выдалась возможность попробовать, решил рискнуть. Получается так, что я занимаюсь и интересуюсь всеми видами музыкальной звукорежиссуры.»
Тема нашей сегодняшней публикации «Как и кто формирует райдерность оборудования».
Это совместный проект «Клуба прокатчиков шоу-технологий» (см. страницу на Фейсбуке)
и сайта www.сайт. На этих ресурсах, а также в сети Colisium были проведены опросы,
их результаты - ниже. Участники «Клуба прокатчиков шоу-технологий» активно обсуждали эту тему.
Мы предложили ответить на несколько вопросов специалистам, которые уже не один годв нашем бизнесе,
и их мнение, безусловно, будет интересно нашим читателям.
Андрей Шилов: "Выступая на 12 зимней конференции прокатных компаний в Самаре, в своем докладе я поделился с аудиторией проблемой, которая меня сильно беспокоит последние 3-4 года. Мои эмпирические исследования рынка проката привели к неутешительным выводам о катастрофическом падении производительности труда в этой отрасли. И в своем докладе я обратил внимание владельцев компаний на эту проблему как на самую важную угрозу их бизнесу. Мои тезисы вызвали большое количество вопросов и длительную дискуссию на форумах в соцсетях."
Электродинамические громкоговорители являются основным источником нелинейных искажений в звуковоспроизводящем тракте, в силу присущих им конструктивных и технологических особенностей. Поэтому задачи создания и совершенствования методов измерения нелинейных искажений являются одними из важнейших. Нелинейные искажения характеризуются появлением в процессе преобразования сигнала новых спектральных составляющих, которые искажают временную структуру сигнала в зависимости от его уровня.
Принятая в настоящее время классификация позволяет выделить в частотной области следующие виды искажений (рис. 2.10, а): гармонические первых порядков nf 0 , где n = 2,3; гармонические высших порядков nf 0 , где n > 4; субгармонические 1/nf 0 ; интермодуляционные (разностные) (nf 1 ± mf 1) и др. Классификация нелинейных искажений может быть выполнена и во временной области (рис. 2.10, б). В зависимости от вида искажений разрабатываются и различные методы их измерений.
Измерение нелинейных искажений ГГ в частотной области. Для оценки нелинейных искажений в ГГ используются различные виды испытательных сигналов: тональные, шумовые, импульсные и др. Наибольшее распространение для измерения коэффициентов нелинейных искажений (КНИ) получили тональные (субгармонические или полигармонические) сигналы. При возбуждении ГГ синусоидальным сигналом на частоте f 0 (как показано на рис. 2.10, а) в спектре излучаемого сигнала могут присутствовать гармонические первых и высших порядков и субгармонические составляющие. Для их количественной оценки в международных и отечественных стандартах используются следующие виды КНИ:
коэффициент гармонических искажений n-го порядка определяется как отношение, выраженное в процентах или децибелах, эффективного значения звукового давления n-й гармоники к эффективному значению звукового давления сигнала, содержащего частоту возбуждения и все ее гармоники p f . Коэффициент гармонических искажений n-го порядка K Г n = (p nf /p f)100%. Этот коэффициент измеряется по схеме, показанной на рис. 2.11, а. Расчет может производиться также по записанным амплитудно-частотным характеристикам n гармоник. Образец записи АЧХ второй и третьей гармоник показан на рис. 2.11, б.
Характеристический коэффициент гармонических искажений n-го порядка К Г n = p nf /р ср ·100, где р ср - среднее звуковое давление в заданном диапазоне частот.
Полный коэффициент гармонических искажений и полный характеристический коэффициент определяются по формулам:
Обычно ограничиваются суммированием коэффициентов второго и третьего порядков. Для ГГ, бытовой аппаратуры в OСT4.383.001-85 нормируются значения полного коэффициента гармонических искажений К Г, представленные в табл. 2.1.
Измерения проводятся при номинальном среднем звуковом давлении, оговоренном в технической документации на ГГ, на расстоянии 1 м. Например, для ГГ, используемых в выносных акустических системах нулевой, первой, второй и третьей групп сложности, рекомендуется использовать уровни 96, 94, 92 и 90 дБ соответственно. Для ГГ в переносной аппаратуре соответствующих групп - 88, 86, 84, 80 дБ, а для ГГ в карманных приемниках и минимагнитолах - 72 дБ. Следует отметить, что в самих акустических системах КНИ нормируется в соответствии с рекомендациями МЭК 581-7 при других уровнях: 90 дБ на расстоянии 1 м и составляет 2% в диапазоне 250...1000 Гц, 1% в диапазоне 2...6,3 кГц. Для студийных контрольных агрегатов и соответственно применяемых в них ГГ предлагается определять нелинейные искажения как разницу в уровнях огибающих второй и третьей гармонических составляющих искажений, усредненных по трем направлениям (α = 0°; α = +30°; α = -30° в горизонтальной плоскости), и опорным уровнем акустического давления, усредненным в диапазоне 80...12500 Гц. В зависимости от категории контрольного агрегата измерения проводятся при различных уровнях звукового давления (табл. 2.2):
В этом же документе нормируются кратковременные максимальные уровни звукового давления (116, 110, 102 дБ), на которых должны отсутствовать видимые нелинейные искажения при возбуждении ГГ пакетами синусоидальных колебаний (что примерно соответствует искажениям порядка 5%). Поскольку измерения КНИ при таких уровнях и такой форме испытательного сигнала нельзя проводить традиционными методами, чрезвычайно полезной представляется методика измерений, предложенная в . Громкоговоритель в необходимом оформлении размещается в заглушённой камере (или достаточно большом незаглушенном помещении), на него подается сигнал в виде прямоугольного импульса с синусоидальным заполнением: длительностью - Т 0 , амплитудой U 0 , частотой заполнения F 0 (рис. 2.12, а). Сигнал, излученный ГГ, вводится через микрофон, микрофонный усилитель и буферное запоминающее устройство в ЭВМ (или специализированный процессор), где из него выделяется стационарная часть длительностью Т. Затем формируется стационарный сигнал p(t) путем повторения выделенной части необходимое число раз. Полученный периодический сигнал подвергается в ЭВМ быстрому преобразованию Фурье (БПФ), что позволяет получить спектральный состав сигнала и вычислить коэффициенты нелинейных искажений. Меняя частоту заполнения импульсов, можно получать частотные характеристики различных видов КНИ на больших уровнях подводимых мощностей к ГГ. Результаты измерений вышеуказанным методом нелинейных искажений для высокочастотного купольного ГГ при частоте заполнения 2000 Гц для мощности Р Е = 50 Вт показаны на рис. 2.12, б. В практике проектирования ГГ чрезвычайно информативными оказываются методы измерений интермодуляционных искажений, т. е. продуктов искажений в спектре излученного сигнала при возбуждении ГГ двумя синусоидальными сигналами с частотами f 1 и f 2 , где f 1
коэффициент интермодуляционных искажений n-го порядка и характеристический коэффициент интермодуляционных искажений n-го порядка есть отношение эффективного звукового давления суммы спектральных компонент с частотами f 2 ± (n - 1)f 1 к звуковому давлению на частоте f 2 или к среднему звуковому давлению в заданном диапазоне частот. Методика измерений дана в ГОСТ 16122-88 и МЭК 268-5. Структурная схема измерений показана на рис. 2.13. Коэффициенты интермодуляционных искажений второго и третьего порядков, %, рассчитываются по формулам:
K им 2 = [(p (f 2 + f 1) + p (f 2 - f 1))/p f 2 ]100; K им 3 = [(p (f 2 + 2f 1) + p (f 2 - 2f 1))/p f 2 ]100;
Характеристические коэффициенты:
K´ им 2 = К им 2 p f 2 /p cp ; K´ им 3 = К им 3 p f 2 /p cp ;
суммарный коэффициент К им и характеристический коэффициент интермодуляционных искажений K´ им определяется следующим образом: К им = (K 2 им 2 + K 2 им 3) 0.5 ; K´ им = (K´ 2 им 2 + K´ 2 им 3) 0.5 . Несмотря на то, что коэффициенты интермодуляционных искажений в отечественных стандартах на ГГ не нормируются, они широко используются в практике проектирования ГГ, особенно для высококачественной и профессиональной аппаратуры. Измерения интермодуляционных искажений могут быть более информативны, чем гармонические, по следующим причинам: их можно измерять в более широком диапазоне частот, что особенно важно для высокочастотных ГГ; продукты интермодуляционных искажений субъективно заметнее, так как создают характерное диссонансное изменение тембра; они служат более чувствительным критерием нелинейности в ГГ и т. д.
Изложенные выше методы измерений не дают возможности выделить в общих интермодуляционных искажениях искажения за счет амплитудной (AM) и частотной (ЧМ) модуляции сигнала в ГГ. В то же время, поскольку AM и ЧМ искажения порождаются различными причинами и меры, направленные на их снижение, требуют разных конструктивных изменений в ГГ, раздельная информация об их уровне важна при проектировании ГГ. Методы раздельного измерения AM и ЧМ искажений рассматривались в ряде работ, в частности, в было предложено проводить измерения в соответствии со структурной схемой, показанной на рис. 2.14, а. Сигналы с частотами f 1 и f 2 через два генератора 1, 2 и два усилителя 3, 4 поступают на низко- и высокочастотные звенья коаксиального ГГ 5, 6 (на примере которого в данной работе рассмотрено различие в AM и ЧМ искажениях), затем через микрофон 7 и микрофонный усилитель 8 сигналы подаются на фильтр верхних частот (ФВЧ) 9 для выделения модулированного по амплитуде и частоте высокочастотного сигнала. Для выделения AM искажений используются амплитудный детектор 10, спектроанализатор 12 и самописец 13, а ЧМ искажений - демодулятор 11. Результаты измерений частотных характеристик для ЧМ и AM искажений показаны на рис. 2.14, б и в. Из рисунков видно, что характер частотной зависимости AM и ЧМ искажений для одного и того же ГГ совершенно различен.
Наряду с измерением интермодуляционных искажений за последние годы стали измеряться частотно-разностные искажения для различных видов звуковой аппаратуры. Методика измерений частотно-разностных искажений в настоящее время обсуждается в МЭК, а также рассматривается в технической литературе . В качестве тестового сигнала предлагается использовать двух-компонентный гармонический сигнал с близкими частотами f 1 и f 2 , где f 1 = 2f 0 , a f 2 = 3f 0 - δ. При этом возможно появление в спектре излученного сигнала двух продуктов частотно-разностных искажений второго порядка и четырех - третьего. Значения δ выбираются достаточно малыми, тогда продукты искажений концентрируются в узкой полосе f 0 ± δ и могут быть отфильтрованы узкополосным фильтром. Применение современной техники цифровой фильтрации позволило снизить уровень шумов и обеспечить высокую чувствительность метода (достигнутый уровень измеряемых искажений составляет 0,0001%).
Для реализации этого метода создана измерительная аппаратура, позволяющая производить измерения низких уровней нелинейных искажений в усилителях, магнитофонах и др. Этот же метод может быть применен и к громкоговорителям. Результаты измерения высокочастотных громкоговорителей с сигналами f 1 = 8 кГц, f 2 = 11,95 кГц, что соответствует f 0 = 4 кГц и δ = 50 Гц (рекомендованным в документах МЭК 268-3), показаны на рис. 2.15. По оси абсцисс отложен коэффициент, равный удвоенной среднеквадратической сумме напряжений двух продуктов искажений, деленной на арифметическую сумму напряжений двух выходных сигналов. Преимущество этого метода измерения по сравнению с методом измерения гармонических искажений состоит в том, что частота f изм, на которой можно производить измерения К Г n , не должна превышать f изм
Наряду с использованием тональных сигналов в технике измерений КНИ в громкоговорителях профессионального типа используются шумовые сигналы. Методика измерения коэффициентов шумовых искажений n-го порядка К ш n и суммарных - K ш приведена в ГОСТ 16122-87 для условий свободного и однородного полей (в звукомерной и реверберационной камерах). Например, коэффициент шумовых искажений n-го порядка в однородном поле, %, на частоте f
где P a nf - акустическая мощность в третьоктавной полосе частот со средней частотой f, Вт; Р а ср - средняя акустическая мощность в заданном диапазоне частот, Вт.
Измерения нелинейных искажений, определяющих дребезжание и призвуки в громкоговорителях. Специфической особенностью ГГ является возникновение в них сложных нелинейных явлений, субъективно оцениваемых как "дребезжание" или "призвук". Практически в любом серийно выпускаемом ГГ при прослушивании на синусоидальном сигнале можно обнаружить частоту или области частот, где, наряду с основным тоном, прослушивается дополнительный тон (или группа тонов), что классифицируется как призвук. Это не служит причиной брака в массовых ГГ, однако наличие интенсивных призвуков не позволяет обеспечить требуемого качества звучания в аппаратуре HI-FI. Дребезжание субъективно воспринимается как неприятный звук, ухудшающий качество звучания. Основные причины его возникновения - механические и технологические дефекты, появляющиеся при сборке, транспортировании и эксплуатации ГГ. По этому параметру проверке подвергаются все серийно выпускаемые громкоговорители. Проверка производится контролерами путем прослушивания ГГ на тональном сигнале, что является чрезвычайно трудоемкой и утомительной операцией. Учитывая большие объемы выпуска ГГ (десятки миллионов штук в год), проблеме создания объективных, помехозащищенных и быстродействующих методов измерения дребезжания и призвуков за последние годы было уделено серьезное внимание. В был разработан метод измерения и нормирования коэффициентов дребезжания и призвуков, основанный на анализе спектрального состава сигнала (т. е. в частотной области). В результате исследований, выполненных в , показано, что дребезжание и призвук могут оцениваться во временной области, где они регистрируются в виде периодической последовательности импульсов, излучаемых в сумме с моногармоническим сигналом основного тона. Разработанные методы измерения дребезжания и призвуков, проверенные в условиях крупносерийного производства, послужили основой для их стандартизации.
В соответствии с ГОСТ 16122-87 под призвуком понимается сигнал искажений, представляющий собой "периодический медленно затухающий колебательный процесс с постоянной времени более половины периода возбуждающего сигнала, повторяющийся с частотой, кратной частоте возбуждения. Субъективно (на слух) он воспринимается как тон (или группа тонов), звучащий одновременно с тоном частоты возбуждения". Объективный метод измерения заключается в следующем (рис. 2.16, а). Микрофон устанавливается на расстоянии не меньше половины диаметра измеряемого ГГ, но не более 0,5 м. Измерения могут проводиться в любом помещении, необходимо только устранить дребезжание посторонних предметов, окружающих ГГ. Частота синусоидального сигнала, подводимого к ГГ от генератора, плавно увеличивается (не быстрее чем 1 окт./с) в диапазоне от 63...4000 Гц с соответствующим переключением фильтров верхних частот (ФВЧ), при этом на экране осциллографа наблюдается сигнал искажений, вид которого показан на рис. 2.16, б. Он может повторяться с частотой возбуждения или с частотой, кратной частоте возбуждения. На фиксированной частоте, где обнаружен сигнал искажений, измеряют амплитуду U T/2 через интервал Т/2 после его начала. Если U T/2 /U п > 0,33, то искажения классифицируются как призвук. Для количественной оценки этого вида искажений используется понятие "коэффициент призвука". Коэффициент призвука, %, на частоте f
K п = (U п /K ф U f)·100,
где U п и U f - двойное амплитудное значение (размах) сигнала на частоте возбуждения соответственно на выходе и входе ФВЧ, мВ; K ф - модуль коэффициента передачи фильтра ФВЧ на частоте, 2f гр (f гр определяется в ГОСТ 16122-88).
Под дребезжанием понимается "сигнал искажений, представляющий собой периодический импульсный, быстро затухающий колебательный процесс с постоянной времени менее половины периода возбуждающего сигнала, повторяющегося с частотой, кратной частоте возбуждения. Субъективно (на слух) воспринимается как неприятный звук, не имеющий выраженной тональной окраски". Измерения проводятся в любом помещении (необходимо только устранить дребезжание в окружающих предметах). Синусоидальное напряжение подводится в диапазоне частот f д1 ...f д2 , где f д1 - минимальное значение частоты основного резонанса для ГГ, f д2 выбирается из диапазона 2f д1 ...2500Гц, но не ниже 600 Гц.
Как и при измерении призвуков, при измерении дребезжания используется два метода: объективный и субъективный. При объективном микрофон располагается на расстоянии от ГГ не более 0,5 м. Частота синусоидального сигнала, подаваемого с генератора, плавно увеличивается, но не быстрее 1 окт./с. Измерения выполняют по схеме рис. 2.17, а. При наблюдении на экране осциллографа сигнала искажений, вид которого показан на рис. 2.17, б, измеряется длительность τ затухающего процесса (импульса), определяемая на уровне U τ ≈ 0,33U д. Если τ не более полупериода сигнала возбуждения и U д ≥ qUτ, где q = 3...5, то сигнал искажений является дребезжанием, он может повториться с частотой возбуждения или с частотой, кратной частоте возбуждения. Для количественной оценки дребезга вводится коэффициент дребезжания, %,
K д = (U д /K ф U f)·100,
где U д - двойное амплитудное значение (размах) сигнала дребезжания на входе ФВЧ, мВ; U f - двойное амплитудное значение (размах) сигнала на входе ФВЧ; K ф - модуль коэффициента передачи фильтра, определенный на частоте 2f гр, оговоренной в .
Заметим, что коэффициент дребезжания К д не связан однозначно с коэффициентом гармоник К г, что следует из результатов, представленных на рис. 2.18, где два ГГ имеют примерно одинаковые К г, но разные К д. Это объясняется тем, что с помощью К г количественно оцениваются нелинейные искажения, проявляющиеся в первых низших гармониках n = 1, 2, 3, ... , в то время как K д зависит от интенсивности высших гармоник. Как показал опыт измерения серийных ГГ, величина К д в основном зависит от гармоник порядка n ≥ 8 - 10. Кроме того, и физическая природа возникновения этих видов искажений в ГГ различна: первые определяются особенностями конструктивных и физико-механических параметров, вторые - зависят от вида механического дефекта, поэтому ГГ могут иметь малый уровень первых гармоник, т. е. малое К г при рациональном выборе формы и материала подвесов и конструкции магнитной цепи, и большой уровень высших гармоник, т. е. высокий K д (например, за счет касания выводов о поверхность диффузора и др.). Критическое значение K д, установленное по результатам субъективных оценок отсутствия или наличия дребезга, составляет примерно 2%.
Рис. 2.18. Зависимости коэффициентов К г и К д от напряжения для различных ГГ
Импульсы дребезжания отличаются амплитудой, длительностью, полярностью, формой и частотой следования в зависимости от типа механического дефекта в ГГ. На основании этих различий создана методика дифференцированного определения вида механического дефекта в ГГ, нашедшая себе применение в серийном производстве ГГ .
В ся история звуковоспроизведения складывалась из попыток приблизить иллюзию к оригиналу. И хотя путь пройден громадный, до полного приближения к живому звуку еще очень и очень далеко. Отличия по многочисленным параметрам могут быть измерены, но и не мало их остается пока вне поля зрения разработчиков аппаратуры. Одной из главных характеристик, на которую потребитель с любой подготовкой всегда обращает внимание, является коэффициент нелинейных искажений (КНИ) .
И
какая же величина этого коэффициента достаточно объективно свидетельствует
о качестве устройства? Нетерпеливые могут сразу найти попытку ответа
на этот вопрос в конце. Для остальных продолжим.
Этот коэффициент, который еще называют коэффициентом общих гармонических
искажений, представляет собой выраженное в процентах отношение эффективной
амплитуды гармонических составляющих на выходе устройства (усилителя,
магнитофона и т.п.) к эффективной амплитуде сигнала основной частоты
при воздействии на вход устройства синусоидального сигнала этой
частоты. Таким образом, он позволяет количественно оценить нелинейность
передаточной характеристики, которая проявляется в появлении в выходном
сигнале спектральных составляющих (гармоник), отсутствующих во входном
сигнале. Другими словами, происходит качественное изменение спектра
музыкального сигнала.
Кроме объективных гармонических искажений, присутствующих в слышимом звуковом сигнале, существует проблема искажений, которые отсутствуют в реальном звуке, но ощущаются из-за субъективных гармоник, возникающих в улитке среднего уха при больших величинах звукового давления. Слуховой аппарат человека является нелинейной системой. Нелинейность слуха проявляется в том, что при воздействии на барабанную перепонку синусоидального звука с частотой f в слуховом аппарате зарождаются гармоники этого звука с частотами 2f, 3f и т.д. Поскольку в первичном воздействующем тоне этих гармоник нет, они получили название субъективных гармоник.
Естественно, это еще больше осложняет представление о предельно допустимом уровне гармоник звукового тракта. При увеличении интенсивности первичного тона величина субъективных, гармоник резко возрастает и может даже превысить интенсивность основного тона. Это обстоятельство дает основание для предположения о том, что звуки с частотой менее 100 Гц ощущаются не сами по себе, а из-за создаваемых ими субъективных гармоник, попадающих в область частот свыше 100 Гц, т.е. из-за нелинейности слуха. Физические причины возникающих аппаратных искажений в различных устройствах имеют разную природу, и вклад каждого в общие искажения всего тракта неодинаков.
Искажения
современных CD-проигрывателей имеют очень низкие значения и практически
незаметны на фоне искажений других блоков. Для акустических систем
наиболее существенными являются низкочастотные искажения, обусловленные
басовой головкой, и стандартом оговариваются требования только для
второй и третьей гармоник в области частот до 250 Гц. И для очень
хорошо звучащей акустической системы они могут быть в пределах 1%
или даже несколько больше. В аналоговых магнитофонах главной проблемой,
связанной с физическими основами записи на магнитную ленту, является
третья гармоника, значения которой обычно и приводятся в инструкции
для сведения. Но максимальное значение, при котором, например,
всегда производятся измерения уровня шумов, это 3% для частоты 333
Гц. Искажения же электронной части магнитофонов значительно ниже.
Как в случае акустики, так и для аналоговых магнитофонов, благодаря
тому, что искажения в основном низкочастотные, субъективная заметность
их сильно падает из-за эффекта маскировки (который заключается в
том, что из двух одновременно звучащих сигналов лучше слышен более
высокочастотный).
Так что главным источником искажений в вашем тракте будет усилитель мощности, в котором, в свою очередь, основным является нелинейность передаточных характеристик активных элементов: транзисторов и электронных ламп, а в трансформаторных усилителях также добавляются нелинейные искажения трансформатора, связанные с нелинейностью кривой намагничивания. Очевидно, что с одной стороны искажения зависят от формы нелинейности передаточной характеристики, но также и от характера входного сигнала.
Например,
передаточная характеристика усилителя с плавным ограничением при
больших амплитудах не вызовет никаких искажений для синусоидальных
сигналов, меньших уровня ограничения, а при увеличении сигнала выше
этого уровня искажения появляются и будут увеличиваться. Такой характер
ограничения присущ в основном ламповым усилителям, что в какой-то
мере может служить одной из причин предпочтения таких усилителей
слушателями. И эту особенность использовала фирма NAD в серии своих
нашумевших усилителей с "мягким ограничением", выпускавшихся
с начала 80-х годов: возможность включения режима с имитацией лампового
ограничения создала многочисленную армию поклонников транзисторных
усилителей этой фирмы.
Напротив, характеристика усилителя с центральной отсечкой (искажения
типа "ступенька"), которая характерна для транзисторных
моделей, вызывает искажения музыкальных и малых синусоидальных сигналов,
а с увеличением уровня сигнала искажения будут уменьшаться. Таким
образом, искажение зависит не только от формы передаточной характеристики,
но также от статистического распределения уровней входного сигнала,
которое для музыкальных программ близко к шумовому сигналу. Поэтому,
кроме измерения КНИ с использованием синусоидального сигнала, возможен
метод измерений нелинейных искажений усилительных устройств с использованием
суммы трех синусоидальных или шумового сигнала, дающих в свете вышесказанного
более объективную картину искажений.
Все электроакустические преобразователи (громкоговорители, микрофоны, телефоны и др.), а также каналы передачи вносят свои искажения в передаваемый звуковой сигнал, то есть воспринимаемый звуковой сигнал всегда не идентичен оригиналу. Идеология создания звуковой аппаратуры, получившая в 60-е годы название High-Fidelity, «высокой верности» живому звуку, в значительной степени не достигла своей цели. В те годы уровни искажений звукового сигнала в аппаратуре были еще очень высокими, и казалось, что достаточно их снизить — и звук, воспроизведенный через аппаратуру, будет практически неотличим от исходного.
Однако, несмотря на успехи в конструировании и развитии технологии, которые привели к значительному снижению уровней всех видов искажений в аудиоаппаратуре, по-прежнему не составляет особого труда отличить натуральный звук от воспроизведенного. Именно поэтому в настоящее время в различных странах в научно-исследовательских институтах, университетах и фирмах-производителях в большом объеме проводятся работы по изучению слухового восприятия и субъективной оценки различных видов искажений. По результатам этих исследований публикуется множество научных статей и докладов. Практически на всех конгрессах AES представляются доклады по этой теме. Некоторые современные результаты, полученные за последние два-три года, по проблемам субъективного восприятия и оценке нелинейных искажений звукового сигнала в аудиоаппаратуре и будут представлены в данной статье.
При записи, передаче и воспроизведении музыкальных и речевых сигналов через аудиоаппаратуру возникают искажения временной структуры сигнала, которые могут быть разделены на линейные и нелинейные.
Линейные искажения изменяют амплитудные и фазовые соотношения между имеющимися спектральными компонентами входного сигнала и за счет этого искажают его временную структуру. Такого рода искажения субъективно воспринимаются, как искажения тембра сигнала, и поэтому проблемам их снижения и субъективным оценкам их уровня уделялось очень много внимания со стороны специалистов на протяжении всего периода развития звукотехники.
Требование к отсутствию линейных искажений сигнала в аудиоаппаратуре может быть записано в форме:
y(t) = K·x(t - T), где x(t) — входной сигнал, y(t) — выходной сигнал.
Это условие допускает только изменение сигнала в масштабе с коэффициентом К и его сдвиг во времени на величину Т. Оно определяет линейную связь между входным и выходным сигналами и приводит к требованию, чтобы передаточная функция H(ω), под которой понимается частотно-зависимое отношение комплексных амплитуд сигнала на выходе и на входе системы при гармонических воздействиях, была постоянная по модулю и имела линейную зависимость аргумента (то есть фазы) от частоты | H(ω) | = К, φ(ω) = -T·ω. Поскольку функция 20·lg | H(ω) | называется амплитудно-частотной характеристикой системы (АЧХ), а φ(ω) — фазо-частотной характеристикой (ФЧХ), то обеспечение постоянного уровня АЧХ в воспроизводимом диапазоне частот (снижение ее неравномерности) в микрофонах, акустических системах и др. является главным требованием для улучшения их качества. Методы их измерений введены во все международные стандарты, например, IEC268-5. Пример АЧХ современного контрольного монитора фирмы Marantz с неравномерностью 2 дБ показан на рисунке 1.
Рис. 1. АЧХ контрольного монитора фирмы Marantz
Следует отметить, что такое снижение величины неравномерности АЧХ является огромным достижением в конструировании аудиоаппаратуры (например, контрольные мониторы, представленные на выставке в Брюсселе в 1956 году, имели неравномерность 15 дБ), которое стало возможным в результате применения новых технологий, материалов и методов проектирования.
Влияние неравномерностей АЧХ (и ФЧХ) на субъективно воспринимаемое искажение тембра звучания достаточно детально исследовано. Обзор основных полученных результатов постараемся сделать в дальнейшем.
Рис. 2. Различные типы нелинейных передаточных функций в аппаратуре
Рис. 3. Конструкция электродинамического громкоговорителя
Рис. 4. Зависимость гибкости подвеса от величины смещения звуковой катушки
Нелинейные искажения характеризуются появлением в спектре сигнала новых составляющих, отсутствующих в первоначальном сигнале, количество и амплитуды которых зависят от изменения входного уровня. Появление дополнительных составляющих в спектре обусловлено нелинейной зависимостью выходного сигнала от входного, то есть нелинейностью передаточной функции. Примеры такой зависимости показаны на рисунке 2. Причиной нелинейности могут являться конструктивные и технологические особенности электроакустических преобразователей.
Например, в электродинамических громкоговорителях (рисунок 3) к числу основных причин относятся:
- нелинейные упругие характеристики подвеса и центрирующей шайбы (пример зависимости гибкости подвесов в громкоговорителе от величины смещения звуковой катушки показан на рисунке 4);
- нелинейная зависимость смещения звуковой катушки от величины приложенного напряжения из-за взаимодействия катушки с магнитным полем и из-за тепловых процессов в громкоговорителях;
- нелинейные колебания диафрагмы при большой величине воздействующей силы;
- колебания стенок корпуса;
- эффект Доплера при взаимодействии различных излучателей в акустической системе.
Нелинейные искажения возникают практически во всех элементах звукового тракта: микрофонах, усилителях, кроссоверах, процессорах эффектов и т. д.
Представленная на рисунке 2 зависимость между входным и выходным сигналами (например, между приложенным напряжением и звуковым давлением для громкоговорителя) может быть аппроксимирована в виде полинома:
y(t) = h 1 ·x(t) + h 2 ·x 2 (t) + h 3 ·x 3 (t) + h 4 ·x 4 (t) + … (1).
Если на такую нелинейную систему подать гармонический сигнал, т. е. x(t) = A·sin ωt, то в выходном сигнале будут присутствовать компоненты с частотами ω, 2ω, 3ω, …, nω и т. д. Например, если ограничиться только квадратичным членом, то появятся вторые гармоники, т. к.
y(t) = h 1 ·A·sin ωt + h 2 ·(A sin ωt)² = h 1 ·A·sin ωt + 0,5·h 2 ·А²·sin 2ωt + const.
В реальных преобразователях при подаче гармонического сигнала могут появиться гармоники второго, третьего и более высоких порядков, а также субгармоники (1/n)·ω (рисунок 5). Для измерения такого вида искажений наиболее широкое распространение получили методы измерений уровня дополнительных гармоник в выходном сигнале (обычно только второй и третьей).
Рис. 5. Продукты нелинейных искажений в громкоговорителях
В соответствии с международными и отечественными стандартами производится запись АЧХ второй и третьей гармоники в заглушенных камерах и измеряется коэффициент гармонических искажений n-порядка:
K Гn = p fn / p ср ·100%
где p fn —- среднеквадратичное значение звукового давления, соответствующее n-гармонической составляющей. По нему рассчитывается общий коэффициент гармонических искажений:
К г = (K Г2 ² + K Г3 ² +K Г4 ² +K Г5 ² + ...) 1/2
Рис. 6. Зависимость КНИ от частоты для разных значений входного напряжения
Например, в соответствии с требованиями МЭК 581-7, для акустических систем класса Hi-Fi полный коэффициент гармонических искажений не должен превышать 2% в диапазоне частот 250…1000 Гц и 1% в диапазоне свыше 2000 Гц. Пример зависимости коэффициента гармонических искажений для низкочастотного громкоговорителя диаметром 300 мм (12") от частоты для разных значений входного напряжения, меняющегося от 10 до 32 В, показан на рисунке 6.
Следует отметить, что слуховая система чрезвычайно чувствительна к наличию нелинейных искажений в акустических преобразователях. «Заметность» гармонических составляющих зависит от их порядка, в частности, к нечетным составляющим слух наиболее чувствителен. При многократном прослушивании восприятие нелинейных искажений обостряется, особенно при прослушивании отдельных музыкальных инструментов. Частотная область максимальной чувствительности слуха к этим видам искажений находится в пределах 1…2 кГц, где порог чувствительности составляет 1…2%.
Однако такой метод оценки нелинейности не позволяет учесть все виды нелинейных продуктов, возникающих в процессе преобразования реального звукового сигнала. В результате может быть ситуация, когда акустическая система с КНИ в 10% может субъективно оцениваться выше по качеству звучания, чем система с КНИ в 1%, из-за влияния высших гармоник.
Поэтому поиски других способов оценки нелинейных искажений и их корреляции с субъективными оценками все время продолжаются. Особенно актуально это в настоящее время, когда уровни нелинейных искажений значительно снизились и для дальнейшего их снижения необходимо знание реальных порогов слышимости, поскольку уменьшение нелинейных искажений в аппаратуре требует значительных экономических затрат.
Наряду с измерениями гармонических составляющих в практике проектирования и оценки электроакустической аппаратуры используются методы измерений интермодуляционных искажений. Методика измерений представлена ГОСТ 16122-88 и МЭК 268-5 и основана на подведении к излучателю двух синусоидальных сигналов с частотами f 1 и f 2 , где f 1 < 1/8·f 2 (при соотношении амплитуд 4:1) и измерении амплитуд звукового давления комбинационных тонов: f 2 ± (n - 1)·f 1 , где n = 2, 3.
Суммарный коэффициент интермодуляционных искажений определяется в этом случае как:
Рис. 7. Зависимость коэффициента интермодуляционных искажений (IMD) от частоты для громкоговорителя с длинной (а) и короткой (б) катушкой
Рис. 8. Связь субъективных оценок с величиной коэффициента интермодуляционных искажений (IMD)
К им = (Σ n К имn ²) 1/2
где К им = / p cp .
Причиной возникновения интермодуляционных искажений служит нелинейная связь между выходным и входным сигналами, т. е. нелинейная передаточная характеристика. Если на вход такой системы подать два гармонических сигнала, то в выходном сигнале будут содержаться гармоники высших порядков и суммарно-разностные тоны различных порядков.
Вид выходного сигнала с учетом нелинейностей более высоких порядков показан на рисунке 5. Характеристики зависимости коэффициента интермодуляционных искажений от частоты для низкочастотного громкоговорителя со звуковыми катушками различной длины показаны на рисунке 7 (а — для более длинной катушки, б — для более короткой).
Как сказано выше, в соответствии с международными стандартами в аппаратуре измеряются только коэффициенты интермодуляционных искажений второго и третьего порядков. Измерения интермодуляционных искажений могут быть информативнее, чем гармонические, поскольку являются более чувствительным критерием нелинейности. Однако, как показали эксперименты, выполненные в работах Р. Геддса, четкой корреляции между субъективными оценками качества акустических преобразователей и уровнем интермодуляционных искажений установить не удалось — слишком большой разброс в полученных результатах (как видно из рисунка 8).
Рис. 9. Спектральный (а) и временной (б) вид многотонового сигнала
Рис. 10. Общие продукты нелинейных искажений при применении многотонового сигнала
В качестве нового критерия для оценки нелинейных искажений в электроакустической аппаратуре был предложен многотоновый метод, история и способы применения которого детально исследованы в работах А. Г. Войшвилло и др. (имеются статьи в JAES и доклады на конгрессах AES). В этом случае в качестве входного сигнала используется набор гармоник от 2-й до 20-й с произвольным распределением амплитуд и логарифмическим распределением частот в диапазоне от 1 до 10 кГц. Распределение фаз гармоник оптимизируется с целью минимизации пик-фактора многотонового сигнала. Общий вид входного сигнала и его временная структура показаны на рисунках 9а и 9б.
В выходном сигнале выделяются гармонические и интермодуляционные искажения всех порядков. Пример таких искажений для громкоговорителя показан на рисунке 10. Многотоновый сигнал по своей структуре гораздо ближе к реальным музыкальным и речевым сигналам, он позволяет выделить значительно больше различных продуктов нелинейных искажений (в первую очередь интермодуляционных) и лучше коррелирует с субъективными оценками качества звучания акустических систем. С увеличением числа составляющих гармоник данный метод позволяет получить все более детальную информацию, но при этом увеличиваются вычислительные затраты. Применение этого метода требует дальнейших исследований, в частности разработки критериев и допустимых норм на выделенные продукты нелинейных искажений с позиций их субъективных оценок.
Для оценки нелинейных искажений в акустических преобразователях используются и другие методы, например ряды Вольтера.
Однако все они не обеспечивают четкой связи между оценкой качества звучания преобразователей (микрофонов, громкоговорителей, акустических систем и др.) и уровнем нелинейных искажений в них, измеренных любыми из известных объективных методов. Поэтому представляет значительный интерес новый психоакустический критерий, предложенный в докладе Р. Геддса на последнем конгрессе AES. Он исходил из соображений, что любой параметр можно оценивать в объективных единицах, а можно и по субъективным критериям, например, температуру можно измерить в градусах, а можно в ощущениях: холодно, тепло, жарко. Громкость звука можно оценить по уровню звукового давления в дБ, а можно — в субъективных единицах: фон, сон. Поиск аналогичных критериев для нелинейных искажений и был целью его работы.
Как известно из психоакустики, слуховой аппарат является принципиально нелинейной системой, причем его нелинейность проявляется как на больших, так и на малых уровнях сигнала. Причинами нелинейности служат гидродинамические процессы в улитке уха, а также нелинейная компрессия сигнала за счет специального механизма удлинения внешних волосковых клеток. Это приводит к появлению субъективных гармоник и комбинационных тонов при прослушивании гармонических или суммарных гармонических сигналов, уровень которых может достигать 15…20% от уровня входного сигнала. Поэтому анализ восприятия продуктов нелинейных искажений, создаваемых в электроакустических преобразователях и каналах передачи, в такой сложной нелинейной системе, как слуховой аппарат, является серьезной проблемой.
Другое принципиально важное свойство слуховой системы — это эффект маскировки, заключающийся в изменении порогов слуха к одному сигналу в присутствии другого (маскера). Это свойство слуховой системы широко используется в современных системах сжатия звуковой информации при ее передаче по различным каналам (стандарты MPEG). Успехи, достигнутые в уменьшении объемов передаваемой информации за счет сжатия с использованием свойств слуховой маскировки, заставляют предположить, что эти эффекты имеют огромное значение также для восприятия и оценки нелинейных искажений.
Установленные законы слуховой маскировки позволяют утверждать, что:
- маскировка высокочастотных составляющих (находящихся выше частоты сигнала-маскера) происходит значительно сильнее, чем в сторону низких частот;
- маскировка сильнее проявляется для ближайших частот (локальный эффект, рисунок 11);
- с увеличением уровня сигнала-маскера зона его воздействия расширяется, она становится все более асимметричной, происходит ее сдвиг в сторону высоких частот.
Отсюда можно предположить, что при анализе нелинейных искажений в слуховой системе соблюдаются следующие правила:
Рис. 11. Эффекты маскировки
- продукты нелинейных искажений выше основной частоты менее важны для восприятия (они лучше маскируются), чем низкочастотные компоненты;
- чем ближе к основному тону располагаются продукты нелинейных искажений, тем больше вероятность, что они станут незаметными и не будут иметь субъективного значения;
- дополнительные нелинейные компоненты, возникающие за счет нелинейности, могут быть гораздо важнее для восприятия при низких уровнях сигнала, чем при высоких. Это показано на рисунке 11.
Действительно, с повышением уровня основного сигнала зона его маскировки расширяется, и все больше продуктов искажений (гармоник, суммарных и разностных искажений и др.) попадает в нее. При низких уровнях эта зона ограничена, поэтому продукты искажений высоких порядков будут более слышимы.
При измерениях нелинейных продуктов на чистом тоне в преобразователях возникают, в основном, гармоники с частотой выше основного сигнала n f. Однако в громкоговорителях могут возникать и низкие гармоники с частотами (1/n)·f. При измерениях интермодуляционных искажений (как с помощью двух сигналов, так и с помощью многотоновых сигналов) возникают продукты искажений суммарно-разностные — как выше, так и ниже основных сигналов m·f 1 ± n·f 2 .
Учитывая перечисленные свойства слуховой маскировки, можно сделать следующие выводы: продукты нелинейных искажений более высоких порядков могут быть более слышимы, чем продукты более низких порядков. Например, практика проектирования громкоговорителей показывает, что гармоники с номерами выше пятой, воспринимаются на слух гораздо неприятнее, чем вторая и третья, даже если их уровни гораздо меньше, чем у первых двух гармоник. Обычно их появление воспринимается как дребезжание и приводит к отбраковке громкоговорителей в производстве. Появление субгармоник с половинной и ниже частотами также сразу замечается слуховой системой как призвук, даже на очень малых уровнях.
Если порядок нелинейности низкий, то с увеличением уровня входного сигнала дополнительные гармоники могут быть замаскированы в слуховой системе и не восприниматься как искажения, что подтверждается практикой проектирования электроакустических преобразователей. Акустические системы с уровнем нелинейных искажений 2% могут достаточно высоко оцениваться слушателями. В то же время хорошие усилители должны иметь уровень искажений 0,01% и ниже, что, по-видимому, связано с тем, что акустические системы создают продукты искажений низких порядков, а усилители — гораздо более высоких.
Продукты нелинейных искажений, которые возникают на низких уровнях сигнала, могут быть гораздо более слышимыми, чем на высоких уровнях. Это, казалось бы, парадоксальное утверждение также может иметь значение для практики, поскольку нелинейные искажения в электроакустических преобразователях и трактах могут возникать и при малых уровнях сигналов.
Исходя из вышесказанных соображений, Р. Геддс предложил новый психоакустический критерий для оценки нелинейных искажений, который должен был удовлетворять следующим требованиям: быть чувствительнее к искажениям более высокого порядка и иметь большее значение для низких уровней сигнала.
Проблема состояла в том, чтобы показать, что этот критерий больше соответствует субъективному восприятию нелинейных искажений, чем принятые в настоящее время методы оценок: коэффициент нелинейных искажений и коэффициент интермодуляционных искажений на двухтоновом или многотоновом сигналах.
С этой целью была проведена серия субъективных экспертиз, организованная следующим образом: тридцать четыре эксперта с проверенными порогами слуха (средний возраст 21 год) участвовали в большой серии экспериментов по оценке качества звучания музыкальных отрывков (например, мужской вокал с симфонической музыкой), в которые были введены различные виды нелинейных искажений. Выполнено это было путем «свертки» испытываемого сигнала с нелинейными передаточными функциями, свойственными преобразователям различных типов (громкоговорителям, микрофонам, стереотелефонам и др.).
Вначале в качестве стимулов были использованы синусоидальные сигналы, выполнена их «свертка» с различными передаточными функциями и определен коэффициент гармонических искажений. Затем были использованы два синусоидальных сигнала и рассчитаны коэффициенты интермодуляционных искажений. Наконец, прямо по заданным передаточным функциям был определен вновь предложенный коэффициент G m . Расхождения оказались очень значительными: например, для одной и той же передаточной функции КНИ равен 1%, К им — 2,1%, G m — 10,4%. Такое различие физически объяснимо, так как Ким и Gm учитывают гораздо больше продуктов нелинейных искажений высоких порядков.
Слуховые эксперименты были выполнены на стереотелефонах с диапазоном 20 Гц…16 кГц, чувствительностью 108 дБ, макс. SPL 122 дБ. Субъективная оценка ставилась по семибальной шкале для каждого музыкального фрагмента, от «много лучше», чем опорный фрагмент (т. е. музыкальный отрывок, «свернутый» с линейной передаточной функцией), до «много хуже». Статистическая обработка результатов слуховой оценки позволила установить достаточно высокий коэффициент корреляции между средними значениями субъективных оценок и значением коэффициента G m , который оказался равным 0,68. В тоже время для КНИ он составлял 0,42, а для К им — 0,34 (для данной серии экспериментов).
Рис. 12. Связь коэффициента G m с субъективными оценками
Таким образом, связь предложенного критерия с субъективными оценками качества звучания оказалась существенно выше, чем у других коэффициентов (рисунок 12). Результаты экспериментов показали также, что электроакустический преобразователь, у которого Gm меньше 1%, может считаться вполне удовлетворительным по качеству звучания в том смысле, что нелинейные искажения в нем практически неслышимы.
Разумеется, этих результатов еще недостаточно, чтобы заменить предложенным критерием имеющиеся в стандартах параметры, такие как коэффициент гармонических искажений и коэффициент интермодуляционных искажений, однако если результаты подтвердятся при дальнейших экспериментах, то, возможно, именно так и произойдет.
Поиски других новых критериев также активно продолжаются, поскольку несоответствие имеющихся параметров (особенно коэффициента гармонических искажений, оценивающего только две первые гармоники) субъективно воспринимаемому качеству звучания становится все более очевидным по мере улучшения общего качества аудиоаппаратуры.
По-видимому, дальнейшие пути решения этой проблемы пойдут в направлении создания компьютерных моделей слуховой системы, с учетом нелинейных процессов и эффектов маскировки в ней. В этой области работает Институт коммуникационной акустики в Германии под руководством Д. Блауэрта. С помощью этих моделей можно будет оценивать слышимость различных видов нелинейных искажений в реальных музыкальных и речевых сигналах. Однако, пока они еще не созданы, оценки нелинейных искажений в аппаратуре будут производиться с помощью упрощенных методов, максимально приближенных к реальным слуховым процессам.
Все искажения звука в аудио аппаратуре тесно взаимосвязаны между собой и их не всегда можно отделить друг от друга. Искажения звука подразделяются на линейные и нелинейные.
возникают в результате ограничения диапазона частот усилителя при неравномерности АЧХ более +- 1.5Дб. Дело в том, что наш слух обладает высокой чувствительностью к импульсным сигналам с фронтом длительностью несколько микросекунд. Для воспроизведения таких крутых фронтов сигнала в звуковом диапазоне (20-20000Гц) необходим усилитель с частотой воспроизведения не менее 100кГц, так как от этой максимальной частоты зависит скорость прохождения фронта импульсного сигнала.
Психоакустикой определено, что гармоники человеческого голоса простираются до 60кГц, а музыкальных инструментов на много выше. Поэтому, эти неслышимые гармоники определяют основную тембровую окраску звука. Также психоакустикой доказано, что человек с трудом воспринимающий монотонный сигнал с частотой 10кГц легко распознаёт недостаток более высоких частот в музыкальном материале и голосе. Именно по этим причинам вся звукоусилительная аппаратура и акустические системы имеют определённые трудности в обеспечении натуральности и естественности звучания.
возникают в результате неравномерности (более 5 градусов) формы импульсов сигналов в рабочем диапазоне частот усилителя. Восприятие звуковых сигналов одного и того же спектрального состава, но с разными начальными фазами гармоник не равноценно, так как изменение начальных фаз сопровождается изменением амплитуды суммарного сигнала. Для незаметности фазовых искажений полоса частот усилителя должна быть не уже 10 - 50000Гц, тогда фазовые искажения не будут превышать 2 градуса.
Для повышения линейности двухтактного усилителя необходима симметрия всех каскадов и введение местных ООС. Но, реальной - изначальной симметрии в двухтактных усилителях не существует. Потому, разброс параметров пар комплементарных транзисторов будет всегда сопровождаться гармоническими искажениями. При увеличение глубины ООС в несколько раз качество звука не улучшается, несмотря на значительное уменьшение нелинейных искажений. Однако, при очень глубокой ООС снижается устойчивость всего усилителя, и в области НЧ возникают задержки сигнала, а также увеличивается спад АЧХ на краях диапазона. Очевидно, что качество звучания определяется не глубиной ООС, а изначальной линейностью всего усилителя без ООС. Следовательно, ориентируясь на ламповые усилители мощности можно сделать вывод, что допустимый коэффициент гармонических искажений (без ООС) должен быть не более 4%. К тому же динамическая нелинейность транзисторов частично устраняется в схеме с общей базой и в каскоде. Поэтому желательно совместно таким включением транзисторов использовать генераторы стабильного тока, так как ток в цепи базы определяется внутренним сопротивлением источника тока и мало зависит от входного сопротивления проходных - сигнальных транзисторов.
первого рода (центральная отсечка - "ступенька") возникают в эмиттерных повторителях и имеют сильно выраженную S-образную форму. Для борьбы с ней в качестве источника сигнала выходных транзисторов рекомендуется применять генератор тока, а ток покоя выходных транзисторов выставлять более 50ма.
второго рода обусловлены индивидуальными различиями временных и частотных свойств мощных биполярных комплементарных транзисторов. Так как в момент перехода через ноль на крутых фронтах сигнала возникают временные задержки, вызванные процессом коммутации, которые приводят к переходным искажениям. При мгновенном усилении транзистора изменяется ток коллектора, который изменяется несколько раз в течении одного периода. Это явление сказывается на нелинейности амплитудной характеристики усилителя и порождает новые, специфические. В силу особенностей р-n переходов подвижность носителей транзисторов p-n-p типа много хуже, чем транзисторов n-p-n типа. Ёмкости р-n переходов из-за конструктивных особенностей больше и требуют более мощных управляющих сигналов. Поэтому, для уменьшения нелинейности необходимо подключать выравнивающие резисторы и увеличивать входное сопротивление выходного каскада.
обусловлены разным наклоном характеристики передачи транзисторов разной проводимости. Все переходные искажения звука можно минимизировать переводом усилителя в однотактный режим класса "А" . Применение ООС не даёт существенного уменьшения переходных искажений, так как общее усиление на ВЧ частотах снижается, а усиления в окрестности нулевой точки не хватает.
возникают в результате нелинейности амплитудно частотной характеристики (АЧХ) аудио аппаратуры. При усилении звукового сигнала модулируются новые комбинации частот, которых в исходном сигнале нет, так как в конструкции усилителя применяются нелинейные элементы, на которых перемножается звуковой сигнал и образуются интермодуляционные искажения. Широкополосность исходного (без ООС) усилителя мощности - полная гарантия низких интермодуляционных искажений.
возникают в в результате запаздывания звукового сигнала по петле обратной связи и зависят от полосы пропускания исходного усилителя без ООС. Недостаточно высокая частота пропускания исходного (без ООС, меньше 30кГц) усилителя приводит к увеличению высших гармоник из-за снижения глубины общей ООС. Глубокая ООС срезает только "гладкие" искажения и является причиной динамических искажений и неустойчивой работы усилителя.
возникают в результате подключения реальной нагрузки (АС) и соединительных кабелей . При подаче на АС мощных импульсных сигналов ток этих сигналов много раз превышает ток такой же амплитуды синусоидального сигнала, что уменьшает комплексное сопротивление АС и перегружает усилитель на импульсе. Короткие и толстые провода частично компенсируют эти искажения звука. Но обратный отклик от АС передаётся по обратной связи усилителя мощности и способствует образованию нелинейных искажений. Как выход из положения отказ от ООС.
Если суммировать все искажения звука, то усилитель с минимальными искажениями должен работать без ООС в однотактном режиме класса "А", с граничной частотой 100кГц, при неравномерности АЧХ +-1.5Дб. Серийный усилитель "Grimmi" обладает всеми этими требованиями и имеет граничную частоту 200кГц, при неравномерности АЧХ -3Дб.
