Попытка анализа действия ОС в усилителях

[Владимир R-V-A]

Это неплохой усилитель для своего класса D.

На таком работают некоторые модели АС Edifier. Для питания этой микросхемы нужен БП с малыми пульсациями. На слух, после модернизации АС, звук мне понравился - близко к студийным мониторам, хотя формальные параметры собственно у самого УНЧ весьма посредственные. Похоже, что я не слышу искажений по акустическому сигналу, если они ниже - 46-50 дБ (0,5-0,3%).

См. #81 https://www.hiend-audio.pro/showthre...0413#post20413

Я тут пытаюсь узнать у Константина, его порог регистрации искажений звуковых сигналов. Просто интересно узнать, как другие люди могут регистрировать нелинейные искажения в акустическом сигнале.
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F...B8%D0%BA%D0%B0

Есть мнение, что большинство людей имеют порог регистрации искажений на уровне 1-3 и даже 5%. Хотя с другой стороны, мне встречалась информация, что особо одаренные эксперты - слухачи могут регистрировать разницу в искажениях примерно до 0,01%.

https://studfile.net/preview/1768048/

[Владимир R-V-A]

Похоже, что я не слышу искажений по акустическому сигналу, если они ниже - 46-50 дБ (0,5-0,3%).

Для справки. В реальной КП эти параметры уже запредельные на вменяемой громкости и типовом расстоянии до АС (1-3м), которые могут еще стерпеть ваши соседи в соседних квартирах дома. Обычно, искажения АС начального уровня Hi-Fi типа неплохих муз. центров ( RX-90 и др.) в КП на мощности порядка 5-10 Вт могут быть даже хуже - на уровне порядка - 35 - 45 дБ.

Если хотите улететь в нирвану (до уровня искажений ниже - 60 дБ по отношению к шумам) и ваши АС могут реально воспроизвести сигнал с такими низкими искажениями, то это физически реализуемо в системах ближнего поля - типа музыкальное кресло или АС "компьютерных колонок" - АС на столе или специальных кронштейнах перед носом и ушами на расстоянии 0,3-0,7м.

И тут важно понять, что у любой АС или динамика есть как бы определенное значение параметров её удаленности от слушателя или измерительного микрофона и подводимой к ней мощности, при которой уровень искажений будет минимальный.

Почти для всех динамиков (исключая мощные сабы и мидбасы) можно считать, что, чем меньше громкость или подводимая мощность, тем ниже искажения динамика в ближней зоне. И чем дальше АС или динамик, тем всегда будут выше искажения и мощность на него надо подавать более высокую.

И тут градация по измению уровня искажений уже будет не в единицах процентов, как при изменении параметров, например значения сопротивления резистора в фильтрах АС, а в десятки и даже сотни процентов - в разы.

В качестве образного примера. При звуковом давлении в 90 дБ, условные АС типа RX-90 могут иметь искажения порядка - 45 дБ на 1 кГц и на расстоянии 1м. А при том же звуковом давлении на расстоянии в 3 м, искажения от этих АС и того же УНЧ будут уже порядка - 40-35 дБ.

Вот и делайте дальше сами выводы, дамы и господа, что нужно сделать, чтобы услышать звук с мешьшими искажениями в своей КП и не пугать соседей адски громким звуком.

[Владимир R-V-A]

Чувак объясняет доходчиво и прикольно - без высшей математики...

[Мусатов Константин]

Чувак объясняет доходчиво и прикольно - без высшей математики...

Мы научились нечто измерять и сразу же стали обобщать что то, что измерили будет повторяться и в жизни. А почему? Условия при измерениях и условия в живой работе очень разные. Оказывается что измерять надо в реальной ситуации. И тут мы сразу поймем, что сигнал на выходе отличается от сигнала на входе умноженного на константу. Теперь возьмем микрофон и сделаем запись исполнителя с одного метра и с двух. Записи будут отличаться между собой кардинально, а с т.з. слушателя есть различия, но не принципиальные, для слуха они не важны. Получается что слуху во многом пофиг на небольшие линейные искажения, ему пофиг на нелинейные искажения с уровнем достаточно большим, но зависящим от условий в сигнале, и совсем не пофиг на такие искажения, которые мы практически и измерять то не можем. Потому пока все измерения завершаются субъективной экспертизой. Ну не получается иначе, хотя и хотелось бы.
Кстати, нельзя говорить о звучании усилителя или провода, звучит вся система в целом. А разные компоненты влияют на ее звучание.

[Владимир R-V-A]

Кстати, нельзя говорить о звучании усилителя или провода, звучит вся система в целом. А разные компоненты влияют на ее звучание.

Автор ролика прав в том, что если УНЧ имеет очень маленькие линейные и нелинейные искажения, то он не может как-то изменить или окрасить звук в худшую сторону по сравнению с оригиналом (с самой записью или сигналом на выходе источника). А все отличия в звуке формируют в основном АС и КП. И все малоискажающие УНЧ звучать должны одинаково.

Если слышны отличия в звуке у разных УНЧ, то какой-то из сравниваемых усилителей либо имеет высокие искажения при работе на реальные АС (комплексную нагрузку), либо самовозбуждается хитрым образом, допустим возбуждение возникает только на определнных частотах и уровнях сигнала.

Вот поэтому я и считаю в качестве самой главной и перспективной задачи High-End техники поиск технических решений по минимизации влияния АС и КП на общие или интегральные искажения звукового сигнала в точке прослушивания.

Такие устройства можно рассматривать как своеобразных роботов-звукооператоров, которые могут сами за счет механических манипуляций над АС или её динамиками, и с помощью специальной, цифровой облаботки сигналов, получать в точке прослушивания наиболее высокую (предельно достижимую для конкретной КП и акустической ситуации) точность воспроизведения сигнала по отношению к записи, не приукрашивая её, если она сделана не совсем удачно. И тут важно понимать, что даже самый совершенный робот-звукооператор не в состоянии достичь точности повторения сигнала источника (оригинала) в конкретной КП выше определенного уровня или порога, который может меняться во времни, например за счет менющегося характера и уровня внешних акустических помех и шумов в КП. Например, нельзя будет получить соотношение сигнал шум как в студии звукозаписи, если стену вашей КП сверлит сосед дрелью или перфоратором.

А тему усовершенсвования УНЧ, на мой взгляд, по большому счету можно считать уже закрытой в плане поиска решений по уменьшению искажений УНЧ. Единственное, что тут можно ещё сделать, это снижать цену. Цена на последние варианты усилителей класса D с мощностями порядка 100-300 Вт и нелинейными искажениями порядка 0,001-0,00004% уже вполне доступна для массового покупателя (порядка 55-60$ за плату у частных, мелкосерийных производителей).

[Мусатов Константин]

Автор ролика, как хороший классический инженер, использует те знания которые получил в школе. Если в школе не рассказывали про инерциально нелинейные искажения, то для него их не существует. Потому два усилителя для него одинаковые. А уровень инерциально нелинейных искажений этих двух усилителей может оказаться разным на порядки. Для примера я рассчитал уровень инерциально нелинейных искажений схемы из книги Тице и Шенка , по которой например собран усилитель musical fidelity. Инерциально нелинейные искажения его достигают 40%. Потому характер его звука хорошо слышен. Ни одна акустическая система не имеет столь большого уровня инерциальной нелинейных искажений.

[Владимир R-V-A]

Поэтому мой комментарий и был сформулирован так: "Чувак объясняет доходчиво и прикольно - без высшей математики..."

А если говорить серьезно о методиках тестирования всевозможных искажений УНЧ разного типа и конструкций с помощью аппаратуры и рассчета интегральных показателей искажений, то тут, на мой взгляд, нужно использовать более сложные - звукоподобные, импульсно - широкополосные тест-сигналы. На стационарных тест - сигналах выявить все возможные виды искажений и в частности ИНИ не удается. Например, некоторые УНЧ с ИБП, имеющим большие пульсации и шумы могут иметь очень большие интермодуляционные искажения на сигналах типа мультитон, а при измерении нелинейных искажений на синусе, имеют достаточно низкие искажения.

https://www.hiend-audio.pro/showthread.php?t=980&page=3 #59

https://www.hiend-audio.pro/showthread.php?t=980&page=4 #81

К сожалению, автор ролика при анализе искажающих свойств современных усилителей D класса не использует импульсные, широкополосные сигналы с крутыми фронтами и разным уровнем сигналов в заполнении таких пачек сигналов, или хотя бы стационарными сигналами типа мультитон с гармониками на разных частотах и разного вида, а ограничивается группой тест-сигналов из программы RMAA.

[Мусатов Константин]

Мультитон - это первое приближение к исследованию на нестационарных сигналах.

[Владимир R-V-A]

Мультитон - это первое приближение к исследованию на нестационарных сигналах.

Сигнал мультитона можно синтезировать запустив одновремнно несколько программ, генерирующих 2-3 - 5 и т.д. стационарных сигналов - синусов.

Самый просто способ синтезировать очень сложный сигнал - мультитон с одинаковым уровнем гармоник и большим их чистом, это запустить в генераторе сигнал коротких импульсов с частотой повторения, допустим 20-50 Гц. Такой сигнал как раз и будет представлять большое чило синусоидально образных гармоник, число которых в полосе до 20 000 Гц = 20 000/ 20= 1000 шт.

Вот это уже реально сложный сигнал для любого УНЧ, претендующего считаться усилителем высокой верности в плане анализа его интермодуляционных и нелинейных искажений. У моей звуковой карты такой сигнал выглядит так.



Кстати, спектроанализатор в программе REW с моей звуковой картой и программой генератора импульсоы TrueRTA позволяет правильно отобразить спектр подобного мультитона только с частоты повторения в 30 Гц с параметрами окна FFT в 256к. Сами можете убедиться насколько это адский сложный сигнал будет для воспроизведения его на УНЧ - на комплексной нагрузке, чтобы сохранить такой же динамический диапазон составляющих относительно уровня шумовой полки.



А если такой сложный сигнал представить в виде пачек импульсов и менять скважность этих пачек и их уровень, то подобный сигнал будет хорошо имитировать самые сложные спектры реальных музыкальных сигналов.

А искажения УНЧ по отношению к тест-сигналу можно птем расчета СКО этих сигналов.

Такой анализ собственно самих электрических сигналов будет на порядки точнее, чем любое человечекое ухо.

А вот что касается анализа точности повторения акустических сигналов ддя той или иной точки прослушивания и при использовании различных АС, то тут мне пока сложно сказать, можно ли напрямую использовать методы корреляционного анализа в реальной КП (а не в безэховой камере). Поскольку провалы АЧХ на разных частотах имеют для человека разный психофизиологический эффект и могут давать результаты несоответствующие слуховым эмоциям и ощущениям тех или иных видов искажений у человека.

Моя версия, подобного корреляционного анализ заключается в том, что коэффициент корреляции нужно рассчитывать не по мгновенным значениям цифровых отсчетов уровней сигналов, а как бы по усредненным огибающим импульсов сигналов. И результирующий вывод о точности звуковоспроизведения должен состоять из расчета нескольких параметров (со своими весовыми по значимости коэффициентами), как электрических характеристик узлов в системе, так и акустических параметров её работы в конкретной КП.

Как найти такой правильный баланс или весовые коэффициенты для этих всех параметров или показателей качества, я пока не придумал.

[Карабас]

про инерциально нелинейные искажения

Есть еще один вид искажений, которые оказывают существенное влияние на звук. Это искажения, которые можно назвать динамическими. В чем их суть. Большинство усилителей охвачены ОС. Сигнал в петле ОС всегда имеет временную задержку в том числе по причине наличия частотной коррекции. Особенно хорошо это видно на примере ОУ с внутренней коррекцией. При поступлении на вход усилителя сигнала с большой скоростью нарастания входной каскад перегружается и ему затем нужно некоторое время для восстановления. Про этот эффект, который в ламповых усилителях без ОС отсутствует, почти никто не вспоминает. Есть еще фазовые искажения. Тоже немаловажный фактор. В ламповых усилителях из-за наличия трансформатора сдвиг фазы на ВЧ увеличивается.

[Мусатов Константин]

Есть еще один вид искажений, которые оказывают существенное влияние на звук. Это искажения, которые можно назвать динамическими. В чем их суть. Большинство усилителей охвачены ОС. Сигнал в петле ОС всегда имеет временную задержку в том числе по причине наличия частотной коррекции. Особенно хорошо это видно на примере ОУ с внутренней коррекцией. При поступлении на вход усилителя сигнала с большой скоростью нарастания входной каскад перегружается и ему затем нужно некоторое время для восстановления. Про этот эффект, который в ламповых усилителях без ОС отсутствует, почти никто не вспоминает. Есть еще фазовые искажения. Тоже немаловажный фактор. В ламповых усилителях из-за наличия трансформатора сдвиг фазы на ВЧ увеличивается.

Эта тема искусственно перегрета. Ни один реальный источник музыкального сигнала неспособен дать сигнал со скоростью нарастания достаточной для появления динамических искажений в хоть сколько-то приличных усилителях.

[Владимир R-V-A]

Эта тема искусственно перегрета.

Вокруг звуковоспроизведения уже давно создано много мифов и теорий, которые очень далеки от реальных процессов во время воспроизведения звука.

Основная цель всей этой истории, пользуясь научно - технической неподготовленностью большинства потребителей, впарить пользователям те или иные узлы или элементы звуковоспрозводящей системы по неоправданно высокой цене. Например, предложить купить провода за 100 или даже 1000$ за метр вместо обычных медных проводов по цене 0,5-1,0$, или усилитель низкой частоты с полосой до 1 мГц и т.д.

С точки зрения алчного, дикого капитализма и такого же маркетинга, это оправдано - там главное заработать прибыль - усложняя конструкцию элементов и используя радиодетали с необоснованно завышенными характеристиками. И, если при этом происходит обман покупателя, это допустимо, и не является преступлением.

Покупатель не должен быть лохом в такой системе экономических отношений.

Он сам должен понимать, за что он платит свои деньги. И на основании каких объективно измеренных и всеми признанных (электрических) параметров качества, снятых независимыми экспертами, (с помощью современных приборов, а не своих ушей) есть смысл платить дополнительные деньги.

- - - Добавлено - - -

Про этот эффект, который в ламповых усилителях без ОС отсутствует, почти никто не вспоминает.

Без ООС ламповые усилители, обычно имеют нелинейные искажения порядка 3-30% на своей номинальной или максимальной мощности. Эту тему в настоящей науке закрыли еще лет 50-90 назад. И в серьезных, научных кругах уже давно не обсуждают, как и таблицу умножения.

[Владимир R-V-A]

Без ООС ламповые усилители, обычно имеют нелинейные искажения порядка 3-30% на своей номинальной или максимальной мощности.

Кстати, большинство малобюджетных усилителей D класса имеют примерно такие же параметры по искажениям.

https://www.youtube.com/watch?v=OROxg3OQhbo

Попозже в своих постах покажу измерения некоторых популярных плат подобных усилителй D класса из Китая.

А вот усилители ценового диапазона порядка 50$ и выше, могут порой дать фору в плане нелинейных искажений лучшим образцам транзисторных усилителей.

https://www.youtube.com/watch?v=T6HNSaj3Oy4\

https://www.youtube.com/watch?v=yGlA9GiECF0

https://www.youtube.com/watch?v=aw7MPC9RWsw

https://www.youtube.com/watch?v=ebPNV8Bkqx0

https://www.youtube.com/watch?v=3SCfCzCnd20

[Владимир R-V-A]

А, вот, про "пружинку" и её неслышимость, я бы не спешил делать таких смелых заявлений, особенно при питании такого УНЧ от ИБП на тест - сигнале типа мультион или на худой конец - меандр или треуголиные импульсыЫЫЫ...

Еще раз повторяю. Если бы этот дененька изучал качество работы УНЧ на сигналах типа мультитон, он бы был сильно удивлен...

[Карабас]

Эта тема искусственно перегрета. Ни один реальный источник музыкального сигнала неспособен дать сигнал со скоростью нарастания достаточной для появления динамических искажений в хоть сколько-то приличных усилителях.

Дайте мне, пожалуйста ссылку на такой приличный усилитель. Я попробую посчитать, могут в нем возникнуть перегрузки или нет.

Без ООС ламповые усилители, обычно имеют нелинейные искажения порядка 3-30% на своей номинальной или максимальной мощности. Эту тему в настоящей науке закрыли еще лет 50-90 назад.

А как же ламповые Hi-End усилители? Их до сих пор делают серийно, а так же и многие энтузиасты. Даже у Константина есть такие усилители.

Кстати, большинство малобюджетных усилителей D класса имеют примерно такие же параметры по искажениям

Усилитель класса D/ никак не может дать качество лучше, чем у В и тем более А за исключением КПД. Ведь по сути дела это усилитель, построенный на тех же принципах, только в него добавлен АЦП, мощные ключевые каскады и прочие "хитрые" навороты. Но любое преобразование искажает первоначальный сигнал. Кроме того он дает широкополосные помехи, от которых надо еще защититься.

[Мусатов Константин]

Зачем вам давать какой то избранный усилитель? Любой из признанных. Возьмите классику японского усилителестроения, которая у нас реализована в проекте Lynx-17.

[Владимир R-V-A]

Ведь по сути дела это усилитель, построенный на тех же принципах

В усилителях класса D похожая история с нелинейными искажениями. Без ООС на большой мощности (больше 3-5 Вт начинается резкий рост искажений), а с ООС усилители D класса могут иметь искажения до 0,0002% на мощностях порядка 50-200 Вт. И не каждай зв. картой их можно измерить. Я же вам давал ссылки на видео с измерениями искажений таких усилителей.

[Владимир R-V-A]

Ни один реальный источник музыкального сигнала неспособен дать сигнал со скоростью нарастания достаточной для появления динамических искажений в хоть сколько-то приличных усилителях.

Современные источники сигналов могут это сделать, но большиство записей, которые были сохранены на кассетах, катушках, пластинках и CD имеют полосу частот звукового сигнала не выше 12 - 20 кГц. Поэтому стремление сделать полосу УНЧ, для воспроизведения подобных сигналов, до 1 мГц и выше, это просто нонсенс какой-то, а точнее проделки алчных, западных маркетологов.

[Карабас]

Возьмите классику японского усилителестроения, которая у нас реализована в проекте Lynx-17.

Я посмотрел модель этого усилителя. Действительно, он построен грамотно и при реальных сигналах на входе не перегружается. Но для многих усилителей вопрос перегрузок существует. Однако у меня возник вопрос - почему во входных каскадах применены транзисторы с ненормируемыми шумами, да еще высоковольтные.

[Мусатов Константин]

По шумам ответить просто. Уровень сигнала, с которым приходится работать усилителем мощности таков что коэффициент шума транзисторов не влияет на результат. Гораздо важнее другие параметры транзисторов. То, что транзистор высоковольтный скорее всего случайность. Его наверное выбирали исходя из других соображений.

[Владимир R-V-A]

Его наверное выбирали исходя из других соображений.

Не трудно догадаться, что по критерию минимума ИНИ.

[Владимир R-V-A]

Автор ролика, как хороший классический инженер, использует те знания которые получил в школе.

Спасибо Александр, повеселили. Аудиофилы могут немного расстроится от такой информации.

4 ответа


Мне кажется аудиофилы видят подобные разборы в кошмарах и на яву просто сторонятся подобной информации.

Они как плоскоземельщики



Руки проч, от плоскоземельщиков!




Аудиофилы не расстроились.



А вот понаблюдать за кусающими посиневшую губу на льду ловцами аудиофилов - это забавно.

[Карабас]

Не трудно догадаться, что по критерию минимума ИНИ

Кстати про ИНИ в этом усилителе, видимо, не подумали.Кроме того такая симметричная схемотехника графически красива, но усиление двух половинок сигнала попеременно разными половинками усилителя с транзисторами разного типа проводимости мне кажется спорным решением. Эти половинки не могут иметь совершенно одинаковые параметры.

[Владимир R-V-A]

Эти половинки не могут иметь совершенно одинаковые параметры.

Их надо подбирать по параметрам. А в камнях это все делается технологично при производстве микросхем.

[Мусатов Константин]

Кроме выходных транзисторов, все остальные каскады работают в классе А. Потому попеременной работы не просматривается. Работа их параллельная