Методика вимірювань підсилювачів, інструменти, цілі

Будь-який, більш-менш складний електронний пристрій потребує перевірки працездатності і налагодження

Підсилювач потужності звукової частоти не є винятком і вимірювання характеристик даного пристрою є не тільки засобом розробки, а й показником якості та рівня виробу

Раніше вимірювання підсилювачів звукової частоти проводилися на виробництвах і потребували масу спецобладнання і спеціально навченого персоналу. Про будь-які, більш-менш точні виміри в домашніх або напівпрофесійних умовах і мови не йшло. Однак поява персональних комп'ютерів, розвиток звукових інтерфейсів і створення спеціалізованих програмних комплексів кардинально змінили ситуацію:

На сьогоднішній день, кожна людина, що має ПК і бажання, може провести вимірювання свого аудіо пристрою з досить високим рівнем точності, а якщо додати сюди звукову карту рівня вище середнього, то точності вимірювань міг позаздрити практично будь-який виробник транзисторних або інтегральних підсилювачів потужності звукової частоти 30 річної давності

З іншого боку, в сучасному світі, яким правлять маркетологи, отримати практично будь-які цифри вимірів не дуже складно, бо в різних умовах, електронний пристрій поводиться по-різному і, як правило, дуже «гарні» або потрібні цифри вказуються без уточнень умов, в яких проводилося вимірювання

Даний розділ, на сайті kit-amp.com створений з метою вимірювання модулів, готових підсилювачів і інших аудіо пристроїв, які у нас в продажу. Ми не претендуємо на істину в останній інстанції, а всього лише показуємо отримані нами цифри характеристик в тих чи інших умовах

Умови вимірюваннь:

1. Опір навантаження всіх підсилювачів для акустики 4Ом. Це найбільш важкий режим для підсилювача і збільшення опору до 6-8Ом ЗАВЖДИ позитивно позначиться на характеристиках крім потужності

2. Вимірювання підсилювачів, в тому числі максимальної потужності проводяться за допомогою резистивного навантаження. Ми прекрасно розуміємо, що динамічна головка акустичної системи або навушників є складним навантаженням. У той же час самі головки, досить сильно відрізняються між собою і вимірювання на конкретній голівці можуть бути об'єктивними тільки по відношенню до неї. Ми переконані, що для отримання довідкової та порівняльної інформації, якраз вимірювання всіх підсилювачів на одному і тому ж навантаженні (нехай і менш складному) будуть більш об'єктивними

3. Живлення (одне і двох полярне), з напругою до 30В, всіх пристроїв, що тестуються, проводилося через потужний, лінійний стабілізований блок живлення. Живлення понад 30В здійснюється через блок живлення на основі CRC фільтра, з сумарною ємністю конденсаторів, що згладжують 48 000 мкФ. Вибір впав на стабілізоване джерело живлення та блок живлення на основі CRC фільтра, т.к. організація живлення у різних проектах досить сильно відрізняється і якісний блок живлення дозволяє побачити потенціал пристрою.

Вимірювальний стенд і інструменти:

1. Персональний комп'ютер

2. Звуковий інтерфейс E-MU 1616m (одна з кращих звукових карт не дивлячись на непристойно похилий вік)

3. Потужний 15А, двох полярний, трансформаторний, стабілізований блок живлення 0-30В або блок живлення на основі CRC фільтра 20 000мкФ на плече при живленні більш 30В.

4. Резистивне навантаження у вигляді збірки 5кВт тенів, з опором 3,8Ом на кінцях кабелів (підсилювачі для акустики)

5. Резистивне навантаження у вигляді збірки 1Вт резисторів, з опором 68Ом на кінцях кабелів (підсилювачі для навушників). Вибір припав саме на 64Ом, тому що цей опір є «середнім» і може вказати на загальну картину, власникам як високоомних так і низькоомних навушників

6. Осциллограф

7. Мультиметр

Програмний комплекс:

RightMark Audio Analyzer 6.4.5 PRO

Переваги даної програми:

А) Пакетне тестування

Б) Інформативний і лаконічний вивід отриманої інформації

Г) Можливість донести інформацію користувачеві, який не має бажання розбиратися в характеристиках і їх величинах за допомогою таких категорій як «Відмінно», «Середньо», «Погано»

Д) Режим роботи програми при вимірах 24-bit, 48 kHz. Даний режим дозволяє провести заміри на частотах до 24 kHz, що набагато вище чутності високих частот для будь-якої людини. До того ж внутрішній фільтр звукового інтерфейсу налаштований на частоту 20 kHz. З іншого боку спад АЧХ після 20 kHz дуже не великий і становить всього лише 1дБ на першу октаву. Що ж відбувається в ультразвуці, нам за великим рахунком не цікаво

Пакетне тестування включає в себе основні характеристики аудіо і складається з:

(для прикладу будуть приведені графіки звукового інтерфейсу E-MU 1616m сама на себе)

1. Частотний діапазон

Частотна характеристика підсилювача показує залежність коефіцієнта підсилення від частоти сигналу, поданого на вхід підсилювача. Це один з найважливіших параметрів, так як якщо АЧХ нерівномірна, тобто не є прямолінійно, то це сигналізує про те, що підсилювач по-різному підсилює сигнали різних частот, тим самим вносячи частотні спотворення

2. Рівень шуму

Відношення сигнал / шум - параметр АЦП, ЦАП, мікшера, мікрофонного, попереднього чи кінцевого підсилювача, наприклад підсилювача активних колонок. Він показує, наскільки сильно шумить звуковий пристрій (зазвичай від 60 до 135,5 дБ) при відсутності сигналу. Чим вище значення сигнал / шум, тим більше чистий звук і більший динамічний діапазон забезпечується системою. Для музичних цілей бажано, щоб цей параметр був не менше 75 дБ, а для систем з високоякісним звучанням не менше 90 дБ

3. Динамічний діапазон

Це відношення максимальної вхідної напруги підсилювача до мінімальної вхідної, яка може бути посилена при допустимих спотвореннях і рівні перешкод. Зазвичай динамічний діапазон підсилювача вказують в децибелах

4. Гармонійні спотворення

Спотворення сигналу викликані нелінійністю вхідних і вихідних характеристик підсилювальних елементів і притаманні будь-яким підсилювачів потужності. Якщо подати на вхід підсилювача синусоїдальний сигнал, то в спектрі вихідного сигналу, крім основної гармоніки, виявляться додаткові, частота яких кратна частоті корисного сигналу. Такі гармоніки є паразитними і їх потужність, як правило, невелика. Однак їх сума з корисним сигналом призводить до суттєвого спотворення його форми, і як наслідок, спотвореного звучання

Коефіцієнт гармонійних спотворень (Total Harmonic Distortion) показує яку було чути складову гармонійних спотворень у вихідному сигналі і визначається як відношення сумарної потужності паразитних сигналів до потужності корисного гармонійного сигналу. Як правило, вимірювання проводяться на частоті 1 кГц

При вимірах звертається увага на спектральний розподіл і характер спотворень. Чутність паразитних гармонік залежить від відносного рівня по відношенню до тестового сигналу, від порядку гармоніки, від типу (парна / непарна), а так само від того, на який гучності прослуховується тестовий фрагмент

Типове значення THD для Hi-Fi підсилювача складає 0,1%. Однак, вже не раз зазначалося: підсилювач з THD 0,001% може виявитися гірше по звуку, ніж інший, з THD 0,1%. Справа в тому, що при таких малих значеннях цього параметра, спотворення складно простежити в формі вихідного сигналу або відчути на слух. Тому, різниці між 0,1% і 0,001% чутно не буде

5. Інтермодуляційні спотворення

Нелінійність характеристик підсилювальних елементів призводить до виникнення нелінійних спотворень. Більшість виробників підсилювачів вимірюють і вказують в паспорті лише коефіцієнт гармонійних спотворень (THD). Вимірювання проводяться за допомогою гармонійного сигналу. При подібному тестуванні на виході підсилювального тракту з'являються вищі гармоніки, частота яких кратна частоті основного тону. Однак, як уже згадувалося, музичний сигнал далекий від гармонійного. Більш того, будь-який музичний інструмент відтворює не тільки основний тон, але «обертони», які є яскравим прикладом гармонійних спотворень. Відомо, що наявність в музичному сигналі «обертонів» зовсім не псує, а збагачує звук. Тому дуже важливо вказувати не коефіцієнт гармонійних спотворень, а весь спектр вихідного сигналу, з якого можна визначити тип (парні або непарні) паразитні гармоніки і їх рівень відносно корисного сигналу. З точки зору психоакустики, наприклад, наявність у вихідному сигналі відчутних за рівнем парних гармонік сприймається на слух краще, ніж наявність малих непарних

Найбільшої шкоди музичному сигналу приносять інтермодуляційні спотворення (Inter Modulation Distortion), які виникають при подачі на вхід нелінійної системи мультітонового сигналу. При цьому на виході з'являються паразитні сигнали з частотами, які є сумою або різницею частот вхідних сигналів, а також сумою або різницею частот сигналів, викликаних гармонійними спотвореннями і через зворотний зв'язок повернутих на вхід підсилювача. Подібні спотворення не співвідносяться з основними тонами музичного сигналу і привносять в нього фоновий шум

Необхідно відзначити, що єдиних стандартів з вимірювання інтермодуляционних спотворень не існує, а результати вимірювань істотно залежать від рівнів вхідних сигналів і їх частот. Найчастіше, IMD не вказується просто тому, що невідомо як його вимірювати. Проте, даний параметр є найбільш перспективним для оцінки нелінійних властивостей підсилювача потужності

6. Взаємопроникнення стереоканалів

Даний параметр визначає ступінь проникнення сигналу з одного каналу в інший. Високий рівень перехресних перешкод призводить до незначного погіршення чіткості сприйняття стерео. Однак чуйний слухач відразу відчує, що звук не дає уявлення про взаємне розташування і розміри музичних інструментів, тобто відсутність або нечіткість звукової 3D картини

7. Інтермодуляційні спотворення (змінна частота)

Вимірювання інтермодуляционних спотворень на частотах 5/10/15 кГц

8. Максимальна потужність підсилювача

Максимальна потужність розраховується при подачі синусоїдального сигналу частотою 1 кГц на вхід підсилювача і піднятті потужності вихідного сигналу до обмежень вершин синусоїди, з подальшим поверненням до синусоїді без обмежень. При цьому робиться замір середньоквадратичної напруги та підставляється в формулу розрахунку потужності:

P = U ^ 2 / R

де

U напруга на виході підсилювача

R - опір навантаження

Резюме:

У той же час слід пам'ятати, що всі люди в тій чи іншій мірі відрізняються один від одного, в тому числі в аудіо перевагах і прекрасні цифри в характеристиках аудіо далеко не завжди є запорукою успіху цього пристрою і особливо у досвідчених і досвідчених слухачів. Сам же розробник програми RMAA - Максим Лядов ЗАВЖДИ акцентує увагу на тому, що пристрій потрібно слухати і ніякі вимірювання та рейтинги не здатні навіть близько замінити прослуховування

Будь яке використання або копіювання матеріалів сайту, элементів дизайну й оформлення допускається лише з дозволу правовласника та тільки з посиланням на джерело: www.kit-amp.com