CAR AUDIO HI-END
Мифы и реальность

Александр Юренин
г. Новосибирск

Часть 2. Усилительное "хозяйство"

В прошлой части мы поговорили о проблеме подбора достойного автомобильного источника звука для построения аудиофильской системы. Сегодня же попробуем разобраться с усилительным хозяйством, достойным выбранной нами ¦головы¦.

Чего же мы хотим от хорошего усилителя? В идеале = это устройство, обеспечивающее усиление музыкального сигнала и не вносящее никакой ¦отсебятины¦ в выходной сигнал. Однако, автомобильные усилители = устройства многофункциональные, и помимо непосредственно функции усиления зачастую несут в себе еще целый ряд функций, одной из важнейших среди них (применительно к автомобильным реалиям) является фильтрация сигнала. Далее я сознательно не хочу давать никаких конкретных рекомендаций по тем или иным брендам, и по возможности не стану называть никаких имен, стараясь быть максимально объективным. Итак, приступим.

Что представляет собой автомобильный усилитель? Формально он ничем не отличается от своих домашних собратьев за исключением системы блока питания. Звуковой сигнал от источника поступает на входной буфер, реализованный на одном или двух операционных усилителях (ОУ), затем на регулятор входной чувствительности и далее на систему фильтров, построенных обычно по схеме Саллена-Ки на тех же ОУ. Схемотехнически в 99% случаев непосредственно усилитель мощности представляет собой типовой усилитель постоянного тока, работающий в неглубоком классе АВ, т.е с минимальным током покоя выходного каскада. Какие бы причудливые надписи не украшали корпус самого усилителя, следует помнить, что реально никаким ¦классом А¦ обычно там и не пахнет. В относительно маломощных усилителях на выходе стоит типовая комплементарная пара транзисторов (либо пары из двух транзисторов, включенных по схеме Дарлингтона), если же заявлены высокие мощности, то в параллель ставятся, соответственно, одинаковые двойки и тройки транзисторов. Весь усилитель охвачен глубокой отрицательной обратной связью (ООС), определяющей общий коэффициент усиления.

Некоторым особняком держатся так называемые ¦гибридные¦ лампово-транзисторные усилители, в которых роль драйвера (усилителя по напряжению) пре-доконечного каскада выполняет ламповый триод, а не транзистор. В некоторых моделях на сдвоенных ламповых триодах реализован промежуточный дифференциальный каскад. Считается, что такой ¦ламповый буфер¦ вносит определенную ¦теплоту¦ в звучание усилителя, такие усилители довольно высоко котируются среди экспертов car audio и стоят соответственно. Реально же ¦теплоту¦ в таких усилителях обычно создают нестандартные схемы включения выходного каскада, охваченного относительно неглубокими локальными ООС, и в силу довольно высокого выходного сопротивления демонстрирующие типичный ¦ламповый¦ окрас звучания, присущий домашним ламповым усилителям. В некоторых образцах, например, в усилителях Butler, помимо этого введена специальная цепь, корректирующая АЧХ, с целью еще большей, если так можно выразиться, ¦ламповизации¦ звучания и управляемая пользователем вручную с помощью регулятора , загадочно называемого Tube Enchancer.

Основная и, пожалуй, самая важная часть автомобильного усилителя = это его блок питания. В отличие от домашних реалий в автомобиле у нас доступно только низковольтное питание, что накладывает жесткое ограничение на выходную мощность усилителей на стандартной четырехомной нагрузке (прекрасно всем знакомые пределы, наблюдаемые во всех усилителях, встроенных в головные устройства). Сердце блока питания (БП) автомобильного усилителя = это мощный преобразователь постоянного тока, обеспечивающий повышенное напряжение для питания выходных каскадов усилителя. Напряжение питания на выходе БП варьируется в пределах от 25 Вольт в маломощных усилителях до примерно 70 Вольт в самых крутых ¦монстрах¦. Схемотехника БП, опять же, весьма типична и одинакова практически у всех усилителей вне зависимости от имени и цены. Различия заключаются в количестве и мощности ключевых транзистров на выходе и, соответственно, выходной мощности, обеспечиваемой блоком питания. В некоторых пределах здесь также варьируется количество фильтрующих конденсаторов, их суммарная емкость и их ¦качество¦.

В этом месте следует сказать пару слов о сомнительной полезности установки буферных конденсаторов высокой емкости (0,5-1 Фарада и более) параллельно клеммам питания, размещенным на усилителе. Дело в том, что заботливый производитель защищает систему бортового питания автомобиля от высокочастотных помех, генерируемых ключевыми транзисторами встроенного блока питания, и всегда ставит на входе +12 Вольт усилителя заграждающий ФВЧ, то есть, попросту говоря = дроссель. Наличие индуктивности между буферной емкостью и цепями питания усилителя приводит к тому, что конденсатор не обеспечивает мгновенной разрядки по требованию усилителя, и основная его функция сводится к максимальному снижению ВЧ помех, поступающих в бортовую сеть питания. Таким образом, влияние этой емкости на качество звучания тем меньше, чем лучше качество подведения питания от АКБ (вот на чем экономить уж точно не стоит, так это на качестве контактных клемм для подключения питания). Данное заблуждение пошло, видимо, с того факта, что относительно дорогие усилители некоторых брендов имеют ОТДЕЛЬНЫЕ клеммы для подключения буферных емкостей к системе питания усилителя, минуя соответственные индуктивности на ее входе.

В общем, по большому счету, все различия между усилителями примерно одинаковой выходной мощности у разных производителей носят скорее не схемотехнический, а технологический характер и заключаются в различиях топологии платы, режимов работы элементов, условий теплообмена и примененных типах активных и пассивных элементов.

Итак, на что же стоит обращать внимание при выборе автомобильного усилителя, и какими методами можно поднять столь необходимое нам качество звучания до нужного уровня? Пойдем по порядку.

С самого начала нужно определиться с составом системы и понять, какие функции (помимо собственно усиления) нам потребуются от кандидата на роль усилителя. Мой опыт показывает, что оптимальным вариантом для работы на фронтальную акустику будет простой 2-х канальный усилитель, не отягощенный никакими иными заботами, кроме усиления, однако такой подход может и не вписаться в вашу систему ценностей. Таким образом, определившись с необходимыми требованиями к усилителю по оснащенности, габаритам и внешнему виду (если таковые существуют), идем дальше.

Во-первых, следует тщательно рассмотреть инструкцию по эксплуатации, прилагаемую к усилителю, а именно внимательнейшим образом изучить мощностные заявки производителя. Суммируем максимально возможную заявленную выходную мощность усилителя по всем каналам и делим ее на 14,5. Получившуюся цифру сравниваем с номиналами защитных предохранителей, размещенных непосредственно на испытуемом усилителе (если их несколько необходимо их просуммировать). Если первая цифра больше второй, это означает одно из двух = либо производитель решил проблему создания вечного двигателя и начал их серийный выпуск, либо маркетологи, проектирующие упаковку и инструкцию, совсем потеряли совесть. В этом месте следует серьезно задуматься о лояльности вашего отношения к данному производителю и, возможно, отказаться от приобретения сего усилителя. Если цифры близки, а надписей на коробке, информирующих о том, что данный усилитель принадлежит новомодному ¦цифровому¦ классу D нет, реагировать надо аналогично. В случае ¦нормального¦ усилителя вторая цифра должна быть не менее чем в два раза выше первой.

Затем стоит обратить внимание на цифры, отвечающие за увеличение мощности при включении нагрузки мостом между двумя каналами. Учетверение мощности в такой схеме включения является идеальным случаем, а чем ниже прирост мощности (Зх, 2х...), тем ниже запас мощности у блока питания и хуже потенциальное качество звучания у рассматриваемого усилителя. Уже эта пара факторов может привести к значительному сужению круга претендентов на роль основного усилителя, и окончательный выбор между ними стоит провести на основе придирчивого прослушивания и сопоставления предлагаемого качества и запрашиваемой цены.

Предположим, что по результатам прослушивания был отобран и приобретен некоторый претендент на роль усилителя. Что можно сделать дальше с целью повышения его объективного качества звучания? Приступим к разборке усилителя. Итак, вот он перед нами. С входных RCA разъемов звуковой сигнал через электролитический конденсатор поступает на вход ОУ, выполняющего роль согласующего буфера. Данный конденсатор защищает схему усилителя от постоянного напряжения на входе и довольно сильно влияет на качество звучания усилителя в целом. Лучше всего поменять данный элемент на пленочный неполярный конденсатор аналогичной емкости (обычно порядка 10..47 мкФ), однако нужно учесть, что габариты такого элемента могут быть неподходящими для установки внутри усилителя. Возможно, наилучшим будет установка неполярного электролитического конденсатора с породистым звучанием, например, аудиофильского Nichicon Black Gate серии N.

Далее следует обратить внимание на тип ОУ, используемых во входном буфере и/или блоке активной фильтрации сигнала. В этой роли, в силу экономии, обычно используются самые недорогие микросхемы общего применения. Именно их качество обычно является сдерживающим фактором в общем качестве звучания усилителя. При их замене на функционально аналогичные, но более ¦продвинутые¦ в звуковом плане можно получить весьма серьезный прирост в качестве. Вариантов замены = множество, необходимо лишь обращать внимание на соответствие эксплуатационных параметров (напряжения питания) и идентичность цоколевки корпусов. Не стоит также увлекаться чересчур ¦скоростными¦ ОУ с высоким показателем slew rate (>50 В/мкС), поскольку такие ОУ склонны к возбуждению, критичны к трассировке печатной платы и качеству питания, а реальной необходимости в их использовании в данном месте схемы нет. Практический опыт вскрытия усилителей разных производителей показывает, что для моделей среднего уровня характерно использование самых простых микросхем типа JRC 45хх и им подобных. Для более ¦продвинутых¦ моделей ценой более $400 нормой являются классические филипсовские NE5532/5534 или ОР275 от AD, и лишь в очень дорогих моделях встречаются операционники типа Burr-Brown ОРА2604/2134. При розничной цене в $4-5 за микросхему практически ничто не мешает приобщиться к великому звуку килобаксовых усилителей.

Следующий возможный шаг к достижению качественного звучания сводится к повышению тока покоя оконечных каскадов усилителя, то есть сдвигу режима работы этих каскадов ближе к классу ¦А¦. Чем выше ток покоя = тем до большей мощности выходной каскад работает в чистом классе ¦А¦. Однако с повышением величины этого тока вырастает тепловыделение в выходных транзисторах, и растет нагрев радиаторов охлаждения усилителя. Этот факт нужно учесть и увеличение производить аккуратно, не торопясь, в несколько этапов. Обычно уровень тока покоя задается с помощью потенциометра, размещенного на плате вблизи выходных транзисторов, часто рядом с ним производитель заботливо оставляет надпись BIAS ADJ. Для контроля величины этого тока нам потребуется милливольтметр, который подключается параллельно мощным эмитерным резисторам, стоящим в цепях местной ООС выходных транзисторов. Это будет несколько одинаковых резисторов приличной мощности (габаритов), размещенных вблизи выходных каскадов усилителя с номиналом в доли ома. Таким образом, ток покоя выходного каскада будет равен замеренному на резисторе напряжению, деленному на его номинальное сопротивление. Обычный результат для серийного усилителя будет на уровне 10-15 мА. Вращением потенциометра мы повышаем ток покоя до 30...40 мА и подаем на усилитель музыкальный сигнал, контролируя нагрев радиаторов охлаждения примерно в течении часа. Если наблюдается очень сильный нагрев выходных транзисторов, следует немедленно отключить усилитель и уменьшить ток покоя, повернув регулятор потенциометра в обратную сторону. Таким образом, следует добиться максимально возможного тока при сохранении приемлемой температуры радиаторов в течение длительного времени работы усилителя. Однако увлекаться чрезмерным повышением тоже не стоит, величины более 70-80 мА устанавливать нет смысла.

Довольно заметное влияние на качество звучания оказывают также фильтрующие емкости на выходе внутреннего блока питания. Здесь есть большое поле для экспериментов с типом и номиналами используемых электролитических конденсаторов. Очень благоприятно на звучание сказывается шунтирование местных электролитических конденсаторов пленочными, с емкостью до десятка микрофарад. При замене штатных конденсаторов следует помнить, что заменяемые емкости должны иметь не меньшее допустимое рабочее напряжение и приемлемые габариты. Также не следует чрезмерно увеличивать общую емкость конденсаторов во вторичной цепи питания, поскольку в таком случае выходные транзисторы или диоды выпрямителя могут не справится с токами зарядки, возникающими при включении усилителя, если в нем не предусмотрена система мягкого старта блока питания.

Продолжение следует...

Все статьи