Усилитель звука «от А до Я»: классификация, особенности

Разбираемся с принципом работы усилителей, их классификацией, преимуществами и недостатками.

Группы и классы усилителей звука

Начнём с базового понятия – класс усилителя. Под этим термином подразумевают уровень сигнала, который выдает устройство после того, как сигнал поступил и изменился в необходимом диапазоне за один цикл.

Усилители звука разделяют на классы, из них формируются две большие группы. Выделение класса происходит на основе линейности схемы усиления звука. Каждый разряд преобразователей называют буквами латинского алфавита. Усилитель, названный сочетанием букв, разработан на базе двух отдельных классов для того, чтобы соединить их преимущества.

Формирование классов преобразователей началось в 20-е годы прошлого столетия. До 1955 появились типы А, B, С, а с 60-х годов начался новый этап. Усилителям пришлось пройти долгий путь усовершенствования, на котором старые модели становились прототипами новых. Таким образом, получаются поколения, но каждое новое выходит с отдельным названием. Например, разряды G и H обязаны появлением усилителю разряда В.

Также стоит отметить, что разные сферы электроники создают свои специальные классы. Порой разобраться в усилителях бывает трудно из-за того, что различные производители по-своему называют одинаковые классы. Самые распространенные типы усилителей: A, B, AB, C, D, F, G, S, H, T.

Те устройства, которые имеют похожие характеристики проводимости, а транзистор находится между включением и выключением, формируют первую группу: A, B, AB, C.

Переключающимися усилителями называют другую группу, это: D, E, F, G, S, H, T. Интенсивная модуляция – базовый принцип для изменения звука таких преобразователей. А при помощи цифровых методов добиваются постоянного сигнала между «вкл.» и «выкл.», что обеспечивает необходимый сигнал в диапазоне насыщения на выходе.

Как работает усилитель? Сначала ток встречает на своём пути динамик. Пройдя его, поступает на транзисторы, а те работают по принципу крана – то пропускают, то перекрывают электричество. Как закрываться или открываться, транзисторам указывает специальный сигнал.

Характеристика классов

Усилители класса А дают пользователям возможность устанавливать рабочий режим на линейном участке. Такая настройка обеспечивает эталонное качество звука.

Транзистор устанавливают так, чтобы электрический поток проходил через колонки постоянно, даже когда главный сигнал не входит. Ток одинаковый при нуле (на холостом ходу) и при нагрузке – характеристика, свойственная усилителям только этого класса.

Устройства типа А выделяют много тепла, поэтому их оснащают габаритными системами охлаждения. Также это не позволяет сделать такие приборы более мощными: им нужно время и большое количество энергии, чтобы прогреться для работы. Таким усилителям звука свойственно КПД 40% – это их недостаток.

Усилители класса B создавались для замены А, чтобы максимально убрать минусы.

Для этого разработчики установили пару дополнительных транзисторов, которые улучшают только свою половину сигнала. Ток в режиме покоя равен нулю, а это значит, что нет смещения. Таким образом, КПД устройств повысилось.

Фактически разряд B лучше, чем его предшественник, но уступает классу А по качеству звучания. Это обусловлено тем, что два транзистора усиливают отдельно свою половину волны. Поэтому при переходе сигнала от одной части к другой возникает ступенька, а при низком уровне сигнала на входе звук искажается очень сильно.

Из названия класса «АB» становится понятно, какую цель преследовали создатели таких усилителей. Объединение всех положительных качеств предыдущих устройств дало такой результат:

Разряд С не подходит для работы с акустической техникой из-за существенных искажений звука на выходе. Так получается, потому что точку работы сильно сместили по отношению к середине линейного участка на транзисторе.

Сами по себе такие приборы очень продуктивны. Они выдают показатель КПД 80%. Это служит причиной использования преобразователей в радиоприборах и генераторах.

В усилителях класса D принцип работы транзисторов серьёзно отличается от предыдущих разрядов – они функционируют исключительно в режиме «открыт» или «закрыт». А поскольку самое большое количество тепла выделяется при переключении режимов, усилителям этого разряда не свойственно нагреваться.

Такие преобразователи называются нелинейными. Они характеризуются высоким КПД с небольшими затратами электроэнергии. Устройства D легко определить по повышенному КПД (до 98 %), а также экономному расходу электроэнергии.

Самые обычные преобразователи класса D работают по принципу усиления широтно-импульсной модуляции частот меньше 50 кГц. Это их характеризует как устройства аналогового типа, а также определяет качество. Приборы имеют небольшие размеры, вес, цену.

Все эти преобразователи звука считаются более или менее универсальными, а для индивидуальных случаев и конкретных задач существуют другие классы усилителей.

Преобразователи разрядов H-G отличаются от AB лишь наличием большего количества источников напряжения. Такая особенность поднимает значение показателя КПД, уменьшает нагрев, снижает количество потребляемой энергии. Но в таких усилителях искажается звук так, что использовать их с аудиоустройствами нельзя.

Усилитель типа F имеет КПД 90%. Чтобы избежать снижения коэффициента полезного действия в таких усилителях, ток и напряжение разделяют. Такое распределение на выходном каскаде называют гармоническим.

Этот вид преобразователей иногда ещё называют «экономичным» или «оптимальным классом С».

Преобразователь класса S работает с КПД 100%. Это нелинейные устройства, напоминающие своими характеристиками класс D. Они делают из аналогового сигнала цифровой, а также усиливают его.

Цифровые преобразователи класса Т оборудованы микросхемами, которые повышают частоты сигналов.

Сферы использования разных классов

Начнём с самого распространённого класса – D. Эти цифровые устройства (а также аналоговые АВ) хорошо работают для домашней звуковой системы. Обратите внимание, что на усилителях обоих видов должны быть пометки «sound».

В машинах хорошо работают преобразователи класса А, В, АВ, D. АВ самый востребованный класс среди автолюбителей. Он гарантирует звук нормального качества, мощность, чистоту, высокий показатель КПД. Также АВ может работать с сабвуферами мощностью 500-600 Вт.

Разряд D достаточно дорогой, поэтому мало кто из водителей авто их покупает.

Устройства класса D из менее мощной категории часто используют в:

Усилителям типа D производители дали широкий спектр возможностей. Это любимые приборы профессиональных музыкантов: почти не греются, не требуют долгой раскачки, во время работы не производят фонового шума, обеспечивают хорошее звучание в маленьких помещениях.

Так же качественно представители класса D работают с digital-сигналом. Они оборудованы специальным преобразователем сигнала из формата PCM в DSD. Эта функция убирает ненужные дополнительные преобразования из аналогового сигнала в цифровой. Процессор DSP исправляет все искажения звука, которые фиксирует специальный микрофон.

Преобразователи класса А почти не используются – за исключением тех случаев, когда нужно настроить акустическую систему для больших площадей.

Устройства класса Т имеют многоканальные элементы звучания в формате 3D, которые очень пригодятся для работы домашнего кинотеатра. 

Фото: Gritte/Unsplash