Усилитель. Тайны черного ящика.

Усилитель. Тайны черного ящика.

В стандартах на усилители, как международных, так и отечественных, присутствует до сотни параметров, долженствующих, по замыслу специалистов, характеризовать качество этого устройства. 

 

В стандартах на усилители, как международных, так и отечественных, присутствует до сотни параметров, долженствующих, по замыслу специалистов, характеризовать качество этого устройства. Правда, ныне стандарты — это некий ориентир, поскольку они оговаривают больше методику измерения параметра, а не конкретное его значение, достижение которого служит неоспоримым свидетельством принадлежности аппарата к некоей категории, например Hi-Fi, столь дорогой аудиолюбителю со стажем.

В почти полуторавековой истории звуковоспроизведения чисто механическая эпоха закончилась относительно быстро. Эра электроники началась с изобретения Ли де Форестом триода в 1906 году. Вся история эволюции техники усилителей — это бесконечный выбор между качеством, которое в эпоху хай-фай рассматривалось как наилучшее приближение к оригиналу, то есть живому исполнению музыки, и эффективностью. В роли усилительных элементов используются лампы или транзисторы (дискретные либо в виде интегральных микросхем), причем возможны различные их комбинации в одном устройстве. Но количество аналоговых режимов их работы или классов при этом всего два: А и В. При работе в классе А усилительный элемент в большей или меньшей степени открыт и действует в течение всего периода сигнала. Во всех каскадах предварительного усиления используется только класс А. Если говорить об усилителе мощности, то этот класс фатально неэффективен: полезная мощность, отдаваемая в нагрузку (громкоговоритель), составляет не более одной пятой. То есть для питания стереоусилителя с выходной мощностью 100 Вт потребуется около 1 кВт. В классе В для усиления каждой полуволны используется свой элемент. Положительную полуволну усиливает один, а другой, предназначенный для усиления отрицательной, в это время закрыт, а потом они меняются местами. Подобный вариант позволяет повысить эффективность теоретически до 78%.

 

Производители дорогой техники предлагают усилители мощности с переключением режима выходного каскада из класса А в класс В. Чтобы снизить влияние специфических для класса В искажений, используется комбинированный класс АВ: для малых амплитуд сигнала усилитель работает в классе А, а для больших — в классе В. Но эффективность такого усилителя, естественно, падает, и мощность в классе А в разы меньше, чем в классе В. Существует еще импульсный класс D, в котором на практике используются только транзисторы, хотя теоретически могли бы быть и лампы. В усилителях этого класса выходные транзисторы функционируют как ключи, которые либо полностью открыты, либо полностью закрыты. Вследствие того что в таком режиме работы практически отсутствует выделение тепла, эффективность усилителя приближается к 100%. Это отличает его от «частично проводящих» устройств классов А или В.

Поскольку непрерывный музыкальный сигнал невозможно воспроизвести только включением/выключением каскада, усилители класса D представляют его, изменяя временной отрезок между переключениями электронного ключа. Такой процесс называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ, или, по-английски, PWM). Американский автор статьи, где описывался один из первых вариантов звукового усилителя, работающего в классе D, приводил следующий аргумент в его пользу: при замене каждого из миллиона усилителей мощности, которые есть у жителей Чикаго, снижение энергопотребления позволит остановить электростанцию на Ниагарском водопаде. Типов искажений сигнала в усилителе несколько, но обычно технически подготовленные покупатели обращают внимание в первую очередь на нелинейные искажения (используя кальку с английского, они называются также общими гармоническими искажениями), хотя, на наш взгляд, они не являются главными. Величина этих искажений оценивается коэффициентом нелинейных искажений (КНИ), который представляет собой выраженное в процентах отношение эффективной амплитуды высших гармоник на выходе устройства к эффективной амплитуде сигнала основной частоты при воздействии синусоидального сигнала этой частоты на вход устройства. Указанный параметр позволяет количественно оценить нелинейность передаточной характеристики, которая проявляется в возникновении в выходном сигнале спектральных составляющих (гармоник), отсутствующих во входном сигнале, то есть происходит изменение спектра входного сигнала. Это объективные гармонические искажения, физически присутствующие в воспроизводимом звуковом сигнале. Однако существует еще орган слуха человека, который является нелинейной системой. Нелинейность слуха проявляется в том, что при воздействии на барабанную перепонку синусоидального звука с некоей частотой в слуховом аппарате зарождаются гармоники этого звука с частотами в два, три и т. д. раза больше. Поскольку в первичном воздействующем тоне нет этих гармоник, они получили название субъективных гармоник. При росте интенсивности основного тона величина субъективных гармоник резко увеличивается и может даже превысить его. Это обстоятельство дает основание для предположения о том, что из-за нелинейности слуха 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. КНИ современных усилителей обычно располагается в пределах от 0,001 до 2%. Для усилителей уровня Hi-Fi международные стандарты (МЭК 581-6 и др.) устанавливают норму на искажения в 0,7%. Для субъективной оценки заметности искажений при прослушивании своей домашней системы можно использовать специальные записи с привнесенным, строго установленным уровнем искажений. Например, на тестовом CD «MY DISC» (фирма Sheffield Lab) имеется дюжина дорожек с записями отдельно синусоидального и музыкального сигнала с уровнями искажений 0,03%, 0,1% и так далее с постепенным увеличением вплоть до 10%. Внимательное и критическое их прослушивание может дать незаменимый опыт оценки звучания.

 

Стандарты предусматривают измерение еще и интермодуляционных искажений, коэффициент которых показывает, как влияют низкочастотные сигналы большой амплитуды на усиление слабых высокочастотных сигналов. Это более важный параметр для усилителя, предназначенного для звукоусиления, поскольку в музыкальном сигнале присутствует практически весь слышимый спектр, а не только какая-то одна частота, для которой измеряются КНИ. Один английский специалист предлагал в журнале «Wireless World» измерять искажения при воздействии трехчастотного сигнала. Результаты его эксперимента показывали, что усилители (он тестировал известные и популярные модели), имеющие одинаковые коэффициенты нелинейных и интермодуляционных искажений, при измерении по его методике дают существенно отличающиеся результаты. Однако чиновники МЭК не приняли это предложение в качестве стандарта — возможно, под давлением крупных производителей аппаратуры. Для нормальной работы электронных ламп выходных каскадов усилителей мощности (в пределах допустимых напряжений и токов) требуется достаточно высокое сопротивление нагрузки, тогда как сопротивление пассивных акустических систем мало: номинальное варьируется от 4 до 16 Ом, а на отдельных частотах может падать и ниже 1 Ом.

В качестве согласующего элемента, позволяющего получить большой ток в нагрузке, применяется выходной трансформатор с высокоомной первичной и низкоомной вторичной обмоткой. Такой трансформатор — настоящее произведение инженерного искусства, поскольку в отличие от силового трансформатора в блоке питания он должен обеспечивать передачу сигнала во всем звуковом диапазоне частот и лаже выше. Можно исключить этот дорогой в силу своей сложности и критичный элемент схемы, используя бестрансформаторный выход (англоязычное обозначение — OTL), при котором в выходном каскаде несколько ламп работают параллельно на общую нагрузку, обеспечивая необходимый ток. Характерным примером здесь является стереоусилитель мощности итальянской фирмы GRAAF GM 200: чтобы дать мощность по 200 Вт на канал при нагрузке 8 Ом, на выходе работают тридцать две лампы PL504 — по восемь в каждом плече выходного каскада. Заметим, что для мощных транзисторов проблемы выходного трансформатора не существует: они в состоянии обеспечить необходимый ток в нагрузке. А сколько нужно ватт на выходе усилителя, чтобы получить достаточную громкость звучания при воспроизведении в жилом помещении? Это зависит в первую очередь от чувствительности акустики, а также от размера помещения и его акустических характеристик.

 

Необходимо учитывать, что цена усилителя зависит от выходной мощности (практика показывает, что разумная стоимость стереоусилителя — приблизительно два доллара за ватт выходной мощности) и что в то же время «большая мощность» и «хорошее звучание» не всегда являются синонимами. С одной стороны, максимальное предложение по числу моделей на рынке лежит в диапазоне от 100 до 150 Вт на канал, но реальная потребность может оказаться меньше, чем представляется на первый взгляд. При фоновом воспроизведении тихой музыки в комнате площадью 30 м2 уровень звукового давления составляет приблизительно 60 дБ, что обеспечивается двумя акустическими системами средней чувствительности и стереоусилителем с выходной мощностью всего лишь 3 мВт на канал. Звукорежиссеры при сведении мастера обычно проводят контрольное прослушивание при уровне громкости 80 дБ или чуть выше. Для домашнего воспроизведения с такой громкостью мощность усилителя должна быть увеличена до 2 х 0,3 Вт, а громкая музыка (90 дБ) требует мощности 2x3 Вт. Заметим, что большой симфонический оркестр в концертном зале не создает звуковое давление более 95 дБ, для чего в нашем примере потребуется усилитель с мощностью 10 Вт на канал.

 

А зачем же тогда нужна солидная мощность? Для правильного воспроизведения коротких пиков, превышающих средний уровень на 10 дБ и более. На практике необходимая выходная мощность усилителя зависит от требуемого уровня звукового давления и эффективности громкоговорителей. Тут, как ни крути, акустика — самое важное звено. Приведенные выше данные эассчитаны для систем с чувствительностью 86—87 дБ. Эта характеристика измеряется в специальной безэховой камере при подаче на акустику тестового сигнала мощнотью 1 Вт. В обычной комнате такая система обеспечит сколько меньшее звуковое давление (85 дБ). Здесь местно привести несколько общих сведений об эффективности акустики различных конструкций. Акустические системы с закрытым корпусом (acoustic-suspension) обычно имеют чувствительность 83...87 дБ. У акустики с фазоинвертором (vented, bass-reflex) чувствительность может находиться в пределах 88—93 дБ, а у рупорных моделей она еще выше. Правило расчета мощности очень просто. При каждом увеличении звукового давления на 3 дБ мощность усилителя должна удваиваться, а на 5 дБ — утраиваться (заметим, что разница в 1—2 дБ практически незаметна при работе с хорошим 30—40-ваттным усилителем). При этом необходимо учитывать возможности акустики: большинство АС категории Hi-Fi неспособны воспроизводить звук с уровнем более 100 дБ без роста искажений. Так что если ваша акустика имеет чувствительность 90 дБ, то для получения уровня 100 дБ достаточно усилителя с половинной мощностью 2 х 15 Вт вместо 2 х 30 Вт. А усилитель с выходом 2 х 60 Вт на такой акустике обеспечит вам уровень уже в целых 106 дБ! Я думаю, теперь ясно, почему ламповый усилитель, работающий в классе А с мощностью 2 х 15 Вт, при соответствующем подборе акустики удовлетворит владельца практически во всех случаях домашнего воспроизведения. Что же касается помещения, то дать точную оценку весьма затруднительно. Понятно, что для озвучивания большего помещения требуется и большая мощность. Ориентировочно можно принять, что в жилых комнатах это соответствует разнице звукового давления около 5 дБ (напомним: разброс по мощности в три раза!).

Подготовлено по материалам журнала "АудиоМагазин"

ASW,  AUDIO PRO,  B&W,  Cambridge Audio,  Canton,  Cerwin-Vega!,  DALI,  Dynaudio,  Elac,  HECO,  JAMO,  JBL,  KEF,  KLIPSCH,  MAGNAT,  Martin Logan,  Meridian,  MONITOR AUDIO,  MT-Power,  NAD,  Onkyo,  PARADIGM,  PMC,  PSB,  Q Acoustics,  RBH,  Sonus Faber,  SpeakerCraft,  TANNOY,  TRIANGLE,  Wharfedale,  YAMAHA,  Anthem,  ARCAM,   Denon,  Harman/kardon,  Marantz,  NAD,  Pioneer,  SHERWOOD,   Arcus,  Cambridge Audio,   Cyrus,  Denon,   Micromega,  Musical Fidelity,  PARASOUND,  Pioneer,  Pro-Ject,  Rotel, THORENS, Clearaudio

Кабели-между мифами и реальностью

Кабели-между мифами и реальностью

Между мифами и реальностью. Чудес не бывает. Если изменяется звучание, это значит, изменился сигнал, даже если мы и не умеем это измерять. Всякому следствию есть своя причина.

Вопросы гуманитарные

Историки считают, что появление кабеля связано с изобретением в 1832 году российским ученым П.Л. Шиллингом электрического телеграфа. В ту же пору англичанин Майкл Фарадей для обозначения веществ, через которые проникает электрическое поле, ввел в обращение термин "диэлектрик" - производное от греческого dia - через и английского electric - электрический. В качестве проводника в те давние времена использовалась медь, а изолятора - дефицитная гуттаперча и пропитанная хлопчатобумажная пряжа.

 Медь так и осталась, а в качестве изоляционного материала в кабельной промышленности сейчас используются другие материалы.

Широко применяются углеводородные полимеры (полиолефины), например - полиэтилен, соединение водорода, кислорода и углерода. Производится полиэтилен низкой плотности (высокого давления), средней плотности (среднего давления) и высокой плотности (низкого давления). Встречается так называемый "сшитый" полиэтилен, отличающийся от обычного повышенной термостойкостью (95 °C против 70 °C).

 В числе достоинств поливинилхлорида, соединения хлора, углерода и водорода, - широкий диапазон рабочих температур и низкая воспламеняемость. Имеется масса модификаций ПВХ: от пожаростойких до токопроводящих, которые служат в кабеле для снятия статических зарядов.

 Можно обнаружить в кабелях полиуретан, полипропилен, полистирол, капрон, нейлон, шелк, резину, фторопласт. Такие материалы используются для изготовления кабелей со специальными свойствами: особо тонких или эластичных, или способных работать в условиях повышенной влажности или скачках температур.

 Влияние кабеля на сигнал увеличивается с ростом диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь; лучшим изолятором в этом смысле является вакуум, его проницаемость равна единице, а потери - нулю. При выборе материала конструкторам приходится принимать во внимание и механические свойства, поэтому полипропилен и фторопласт используются довольно редко.

 Как и лекарства, полимеры выпускаются под разными названиями. Многие запатентованы, например, тефлон, и это вынуждает конкурентов выдумывать новые имена. Иногда под разными марками выпускают и разные материалы. Свойства полимера определяются не только его химическим составом, но и массой других параметров, поэтому производятся сотни модификаций полиэтилена или полихлорвинила. Так что при покупке обратите лучше внимание на свойства самого кабеля, а не на материалы, из которых он изготовлен. Диэлектрики определяет и такие свойства кабеля, как рабочий диапазон температур и огнестойкость, выделение и токсичность дыма, абсорбцию (поглощение) газов и жидкостей из окружающей среды. Материалы широкого применения обеспечивают нормальную работу кабеля при температуре от 0 до 80 °С, специальные - сохраняют свои свойства при охлаждении до минус 40-70 °С и при нагреве до 150-300 °С. Помните и о пожаростойкости кабеля - по нему не должен распространяться огонь, но этому требованию отвечают не все модели из имеющихся в продаже.

Кабели по конструкции можно разделить на две группы: коаксиальные (от латинского со (cum) - совместно и axis - ось) и двухпроводные. И в том, и в другом случае кабель содержит два проводника, разделенные диэлектриком. А в начале кабельной эры к абоненту, в целях экономии, тащили только один провод, а в качестве обратного использовали землю, отсюда и пришли названия: "земляной", "общий" и прочие производные. За прошедшие 170 лет филологи так и не удосужились навести порядок и чистоту в терминологии: одним и тем же словом называем мы и собственно кабель (от голландского: cabel - канат, трос), и кабель с разъемами или коннекторами (слова "разъем" и "connector" не синонимы, а наоборот: разъединитель и соединитель). Что ж, будем пользоваться тем, что есть: обозначениями, которые прижились на практике. Даже если они и не вполне корректны, то понятны и привычны.

 

Акустический кабель.

Конструкция кабеля обеспечивает его прочность и надежность. Здесь: 1 – внешний защитный слой изоляции, 2 – внутренний защитный слой,3 – индивидуальная изоляция проводников, 4 – проводники

Кабели по назначению в аудиотехнике можно разделить на три группы:

Акустические - предназначены для доставки сигнала от усилителя к акустическим системам.

Межблочные - передают аналоговый звуковой сигнал малой мощности от одного аппарата к другому.

Цифровые - обеспечивают передачу сигналов в цифровом виде.

В свою очередь, по особенностям использования кабели можно разделить тоже на три группы: студийные, сценические и туровые.

В студии условия эксплуатации оказываются довольно комфортными: практически постоянная температура и влажность, кабель уложен в каналы или закреплен, и практически не подвергается механическим воздействиям.

Кабель для сцены должен быть более прочным: на него могут наступить, поставить тяжелый аппарат или довольно сильно дернуть. Для повышения механической прочности на разрыв в кабеле имеется корд, он может быть выполнен из хлопчатобумажной ткани, синтетической нити или даже из металла. Такой кабель можно использовать для подвешивания микрофонов, специальные модели способны выдержать разрывающее усилие до тонны - можно использовать для буксировки застрявшего автомобиля или для подвешивания акустических систем.

Самые жесткие требования предъявляются к кабелям, предназначенным для туровой работы. Жара, холод, дождь и снег, рывки и завязывание в морские узлы - все это не должно испортить кабель. Цена кабеля, способного выдержать столько неприятностей, в несколько раз выше, чем предназначенного для монтажа в студии - но сорванный концерт стоит все равно дороже.

 С точки зрения количества сигналов, которые можно предавать по кабелю, существуют также три группы: моно, стерео и многоканальные (или мультикоры). Эти названия используют и для обозначения собственно кабеля, и готовой, с разъемами, конструкции.

Без мультикора не обойтись в зале, по нему сигналы со сцены подаются в пульт и возвращаются к системе звукоусиления. Удобен мультикор и в студии: прокладывать жгут из десятка раздельных кабелей гораздо труднее, и стоимость инсталляции оказывается выше. Теоретически, за счет близкого расположения проводников в мультикоре, большим оказывается взаимное проникание сигналов из канала в канал, но на практике разделение сигналов оказывается вполне достаточным.

 В любом случае по кабелю передается информация в виде электрического сигнала. Если сигнал проходит без потерь, то и информация передается полностью. Потери информации или изменение звучания всегда является следствием искажения сигнала, так что качество кабеля всегда можно оценить объективно и точно, но иногда это нелегко сделать.

Поэзия формул.

Полную информацию об эксплуатационных свойствах кабеля должен предоставить его поставщик.

Простейшая линейная модель.

 

Рис.1. Взаимодействие кабеля, источника и приемника сигнала

Для описания свойств кабеля принято оперировать так называемыми погонными параметрами, то есть отнесенными к единице длины - одному метру. Погонная емкость межблочных кабелей определяется конструкцией, размерами и свойствами диэлектрика, и лежит в пределах 10…100 пФ/м, примерно такие же величины характерны и для акустических кабелей.

Погонная индуктивность зависит от геометрии кабеля и тоже невелика, речь идет о микроскопических величинах: 0,1…1 мкГн/м.

Омическое сопротивление проводника определятся его сечением и материалом, из которого он изготовлен. Например, метр медной проволоки сечением 1 мм2 имеет сопротивление 0,017 Ом.

Рис.1. Взаимодействие кабеля, источника и приемника сигнала

Чтобы оценить влияние кабеля на проходящий через него аналоговый сигнал, обратимся к схеме, показанной на рисунке 1. Условия, при которых влиянием кабеля можно пренебречь, оказываются такими:

Rк < Rн,

Rвых <<1/6,28 • Cк • Fв , Rн>>6,28 • Lк • Fв или Cк<1/6,28 • Rвых • Fв и

Lк<< Rн/6,28 • Fв,

где: Fв - верхняя граница рабочего диапазона частот, Гц; Rк - омическое сопротивление кабеля, Ом; Cк - емкость кабеля, Ф; Rвых - выходное сопротивление источника сигнала, Ом; Rн - сопротивление нагрузки, Ом.

Выходное сопротивление источников сигнала лежит в широких пределах, от сотых и тысячных долей ома (мощные усилители) до нескольких килоом (динамические микрофоны), а сопротивление линейного выхода аппаратуры составляет обычно десятки-сотни Ом, хотя бывают и исключения.

 

Штекер RCA. Выдвижная упругая обойма позволяет устранить помехи при подключении кабеля

 

Штекер RCA.Байонетный фиксатор – гарантия надежного контакта

 

Профессиональные разъемы оснащены кабельными фиксаторами

Взяв для примера межблочного соединения Rвых = 1 кОм, получаем: емкость кабеля должна быть существенно меньше, чем 1/6,28 • 1000 • 20000 = 8000 пФ. Для коротких кабелей (1…2 м) это условие выполняется легко. Изредка приходится использовать провода длиной более 10 метров, в этом случае нельзя забывать про емкость кабеля, она влияет на АЧХ. Гораздо чаще приходится сталкиваться с другой трудностью: каскады с низким выходным сопротивлением нормально работают, если емкость нагрузки не превышает определенного значения, например 100 или 1000 пФ. "Не любят" емкостную нагрузку высокоскоростные широкополосные операционные усилители.

 Для акустических проводов важным является выполнение условия Rвых+Rк << Rн. Скрупулезные немцы (если не ошибаюсь, то непосредственно в DIN45500) определили требования к соотношению сопротивлений: Rвых+Rк < Rн/20. Модуль полного сопротивления акустических систем лежит в пределах 2…20 Ом, отсюда получаем: Rк < 0,1… 0,5 Ом.

В качестве акустических используют кабели сечением 2,5 и даже 10 мм2, при длине 5 м их сопротивление удовлетворяет этому требованию.

Выполнить все перечисленные условия нетрудно, и вносимые кабелем искажения сигнала должны бы быть ничтожными. И совершенно непонятно, почему тогда кабель влияет на звучание, а замену кабелей легко заметить на слух ?

Взаимодействие с окружающей средой

В грубой модели кабеля, учитывающей сопротивления, индуктивность и емкость, все получается просто и красиво, слишком красиво, чтобы быть правильным.

Начну с того, что пока мы не учитывали взаимодействие кабеля с окружающей средой. Магнитная и электрическая составляющие внешнего поля приводят к появлению помех в передаваемом сигнале. Для защиты от электрической составляющей используют экранирование. Плотность экранирующей оплетки может быть разной, но утверждение, что кабель с 70% оплеткой гораздо хуже защищен, чем 95% кабель представляется мне не вполне убедительным. Через "просветы" в оплетке поле внутрь кабеля проникнет тогда, когда длина волны окажется достаточно малой - сопоставимой с размерами отверстий. Исключить появление таких помех нельзя, но и преувеличивать их роль не стоит.

Чувствительность кабеля к магнитному полю удается уменьшить, свивая прямой и обратный провода, тогда наводки на соседние участки взаимно компенсируются. От электрической составляющей поля защищает экран. Лучшими свойствами обладает витая пара в экране, именно такие кабели следует использовать в студии. Дополнительный второй экран, возможно, играет в этом "спектакле" какую-то положительную роль, иначе такие провода не выпускались бы, но его звукотехнические преимущества мне неизвестны, кроме одного - возможности манипулировать с заземлением. Первый экран можно соединить с корпусом приемника сигнала, второй - с корпусом источника. Положительный эффект будет получен, если для подачи на микрофон фантомного питания использовать одну экранирующую оплетку, а вторую - в качестве экрана.

 Напряженность полей в больших городах довольно высокая, особенно остро стоит вопрос в помещениях, начиненных "под завязку" электронной аппаратурой, или расположенных на территории радиопередающих центров. В этом случае полезно кабельную разводку в студии поместить в экранирующий металлический короб или трубу.

Кроме электрических, на сигнал в кабеле могут влиять и внешние механические воздействия. При деформации или вибрации изменяется емкость кабеля: как и в конденсаторном микрофоне, механическое воздействие преобразуется в электрический сигнал, причем эффект выражен тем ярче, чем больше напряжение между проводниками. С "микрофонным эффектом" в кабеле приходится сталкиваться и в том случае, когда вместе с сигналом по проводу подается напряжение питания. К счастью, в профессиональной технике с таким явлением приходится сталкиваться весьма редко.

Внутренние процессы в кабеле

Не учитывает простейшая модель и многие процессы, происходящие в самом кабеле: как в проводнике, так и в диэлектрике.

Диэлектрик. Если не углубляться в дебри физики, то картина получается примерно такая. Под действием поля происходят изменения в материале: смещаются электроны и ионы, деформируются молекулы. Как и положено квантовым системам, реагируют они на внешнее воздействие инерционно и не вполне линейно, в чем легко убедиться даже в домашних условиях. Разрядив конденсатор, отложите его в сторонку, а спустя часок-другой вновь измерьте напряжение на выводах - только осторожно, потому что, даже разряженный, он может довольно ощутимо ударить током. Аналогичный процесс происходит и в диэлектрике кабеля, разве что масштабы поменьше: током, конечно, не ударит, но сигнал может ощутимо измениться.

 Токи в проводах создают магнитное поле, которое может влиять на свойства диэлектрика. Их изменения невелики, но и порог заметности тоже мал: около одной миллионной от мощности полезного сигнала - приблизительно -60 дБ. Полезный сигнал в межблочном кабеле при сопротивлении нагрузки 600 Ом имеет мощность порядка 1 мВт, то есть помеха 10-9 Вт вполне может так же повлиять на звук, как влияет на вкус бочки меда ложка дегтя, или чашки кофе - щепотка перца.

Абсорбция зарядов, нелинейные эффекты поляризации диэлектрика, процессы на его поверхности могут привести к искажению сигнала, и приводят, поскольку изменяется звучание. К сожалению, пока нет общепринятой методики измерений таких искажений, поэтому с количественной оценкой придется подождать.

На первый взгляд кажется, что применение в кабеле материалов с меньшей диэлектрической постоянной позволяет уменьшить искажения, но на самом деле зависимость оказывается весьма нетривиальной.

Проводник. Процессы в проводнике очень сложны. Считая ток банальным движением электронов, мы настолько упрощаем и огрубляем картину, что ничего разглядеть уже не удается. Известно, например, что с ростом частоты сигнала ток вытесняется к поверхности - это скин-эффект, и его можно заметить и в звуковом диапазоне. И вообще, именно поверхность - одна из важнейших составляющих проводника. Для улучшения ее свойств используют специальные приемы, например, покрывают серебром. Но есть мнение, что электрохимический способ серебрения не дает нужного результата - лучше, если серебро впрессовано в поверхность. Трудно судить, насколько обосновано это утверждение, но одно бесспорно: поверхность - важна. И важно, чтобы ее свойства не ухудшались в процессе эксплуатации. Причиной деградации может стать, например, хлор, выделяемый полихлорвинилом и другими диэлектриками.

Производители часто акцентируют наше внимание на составе меди: бескислородная, примесей меньше 0,001%, монокристаллическая структура и вообще - "аудиофильский металл, сваренный по особому рецепту". Самое неприятное в этих заявлениях то, что их практически невозможно проверить. Связывать искажения сигнала с наличием или отсутствием кислорода в меди я бы поостерегся, но одно бесспорно: медь 99,9% и 99,9999% - это, по существу, разные материалы, и вполне естественно, что кабели окажутся разными, так как очистка меди радикально изменяет ее свойства.

В пятиметровом акустическом кабеле - десять метров провода (пять - "туда" и пять - "обратно"), и при сечении провода 1 мм2 получаем в результате 0,17 Ом, что гораздо меньше сопротивления головки акустической системы. Короткий кабель мог бы быть гораздо более тонким, но понятно, что ток 100 А в проводе сечением 1 мм2 приведет к неприятным последствиям. В проводах сварочного аппарата плотность тока не достигает 10 А/мм2, а если важны не только искры, но и звук, то превышать значение 1 А/мм2 не следует, то есть лимитирующим фактором выступает плотность тока в проводнике, а низкое сопротивление получается автоматически: на практике используются акустические кабели сечением 2,5 и даже 10 мм2.

В межблочных кабелях сопротивление проводников менее значимо, оно начнет сказываться только тогда, когда будет соизмеримо с сопротивлением нагрузки: 600 Ом или 10 кОм. Влияние "тонких" процессов в проводнике оказывается не столь ярко выраженным. Для кабелей длиной несколько метров достаточно иметь сечение 0,2…0,5 мм2.

Аналогичные требования предъявляются и к цифровым кабелям, но есть и нюансы. Для аналоговых низкочастотных сигналов, когда длина волны существенно больше длины кабеля, уменьшение сопротивления, индуктивности и емкости позволяет, в принципе, уменьшить потери и искажения. По мере повышения частоты начинают проявляться волновые эффекты, и значение индуктивности и емкости кабеля приобретают другой смысл. Отношение этих параметров определяет волновое сопротивление кабеля. Если нагрузка имеет активное сопротивление, равное волновому, то вся энергия приходящего сигнала ею поглощается, этот режим работы называют согласованным. Если же волновое сопротивление кабеля и нагрузки различаются, то часть энергии отражается, а в кабеле возникает стоячая волна. Последствия рассогласования довольно неприятны: возрастает неравномерность АЧХ, искажается форма сигнала. Волновые явления нужно учитывать, если длина кабеля соизмерима с четвертью длины волны. Например, при частоте сигнала 10 МГц длина волны в вакууме составит 30 м, то есть в кабеле длиной 5 м волновые эффекты уже проявятся.

Для передачи цифровых сигналов, а именно в этом случае спектр оказывается весьма широким, достигая 10 МГц и более, используют кабели с волновым сопротивлением 50, 75 и 110 Ом. Волновое сопротивление кабеля определяется его геометрией, поэтому механическая устойчивость кабеля к внешним воздействиям выходит на первый план, и кабель обычно довольно жесткий. В таблицах с параметрами цифровых кабелей приводят погонное затухание, но в условиях реальной студии его роль невелика. Остро вопрос ослабления сигнала встает на частотах, гораздо более высоких, чем те, что используются в звуковых цифровых интерфейсах, где они не превышают 10 МГц.

Проза жизни

Хороший кабель - целый кабель

Кроме электрических параметров, есть у кабеля еще и механические свойства. Понятно, что требования к кабелям, предназначенным для использования на улице, для прокладки в помещении или для подключения микрофона на сцене оказываются разными. Выпускаются кабели с расширенным диапазоном температуры, с повышенной эластичностью, и даже со специальным кордом, практически исключающим обрыв. При выборе кабеля полезно учесть эти его особенности, платить следует за то, что действительно необходимо.

Концы

И еще одно обстоятельство: разъем, без которого кабель - не кабель. В студийной технике в качестве основного выступает XLR, часто используется джек, встречается и RCA. Разъем должен обеспечить надежное электрическое соединение и механическую фиксацию. Потенциально лучшим в этом смысле является XLR. В реальной жизни все сложнее. Из чего складывается качество разъема? Начнем с контактов.

Сопротивление контакта зависит от материала и площади соприкасающихся поверхностей, и усилия, с которым они прижаты друг к другу. Штекер RCA. Выдвижная упругая обойма позволяет устранить помехи при подключении кабеля Штекер RCA. Байонетный фиксатор – гарантия надежного контакта Профессиональные разъемы оснащены кабельными фиксаторами

Обратите внимание на покрытие разъема. Пятна и "разводы" свидетельствуют о дефектах поверхности. Хорошие разъемы имеют стойкое покрытие, оно вполне выдерживает 5 лет интенсивной эксплуатации. Высокой стойкостью к истиранию обладает никель, но у него есть один большой недостаток: он плохо смачивается оловянно-свинцовыми припоями, и качество пайки оказывается низким. Определить "на глаз" качество покрытия трудно, поэтому при подготовке к большому монтажу полезно сначала купить несколько разъемов на пробу. Обратите внимание и на термостойкость пластика, из которого изготовлен изолятор. Дорогие и дешевые версии разъемов различаются именно качеством покрытия токопроводящих элементов и материалом изолятора.

С заботой о надежном соединении делают разъемы RCA, предназначенные для профессионального использования. Центральный контакт - разрезной, его упругость обеспечивает плотное соединение с гнездом. Цанговый фиксатор обоймы позволяет прижать контактирующие поверхности, одновременно исключается случайное выдергивание штекера из гнезда. Разрезная упругая обойма дешевле цангового фиксатора, но тоже неплоха в эксплуатации. Стоит обратить внимание на еще одну разновидность разъема RCA - с выдвижной обоймой. При включении такого штекера в гнездо сначала соединяются "общие" проводники, а потом - сигнальные, это радикально уменьшает коммутационные помехи.

Соединение должно не просто работать, но работать надежно и долго. Если процесс важнее результата, то можно взять дешевенький джек в ближайшем магазине культтоваров, ток он проводит, и звук будет. Огорчает только то, что если не первое, то второе неосторожное движение приведет к обрыву. В разъемах профессионального назначения предусмотрен фиксатор кабеля: цанговый зажим или лабиринт. В свою очередь, кабели профессионального назначения имеют конструкцию, позволяющую надежно их фиксировать в разъеме: хлопчатобумажный корд хорошо фиксируется цангой разъема, он защищают кабель от обрыва даже при значительных усилиях.

Легенды и мифы

Мне довелось участвовать в сравнении многих десятков кабелей, и совершенно определенно заявляю, что на звук они влияют. Изучая свойства кабелей и их влияние на сигнал, я пытался обнаружить помехи или искажения, уровень которых превышал бы порог слуховой заметности, или хотя бы был с ним сопоставим, и кое-что нашел. Исчерпывающего описания воздействия кабеля на сигнал предложить не могу, есть только гипотезы. Где-то ясности больше, где-то меньше…

Направленность. По одному проводу кабеля ток течет туда, а по второму точно такой же - обратно. Складывается впечатление, что, поменяв местами начало и конец кабеля, мы ничего в системе не изменим. Получается, что дискуссии о направленности кабеля смысла не имеют, по крайней мере, в звуковом диапазоне частот, когда можно пренебречь волновыми эффектами. Если же приглядеться внимательно, то увидим кое-что интересное.

Например, экранирующую оплетку межблочного кабеля профессионалы соединяют с корпусом только на одном конце - у приемника сигнала, вот вам и асимметрия. При переворачивании такого кабеля уровень радиочастотных наводок в сигнале может возрасти на 20, 30 и даже 50 дБ. Эти помехи сами не слышны, но влияют на работу аппаратуры, и звук изменяется. Детектирование и интермодуляция на нелинейных элементах тракта приведет к появлению "добавок" к полезному сигналу и в звуковом диапазоне частот.

Взяв даже самый лучший анализатор спектра, вы едва ли обнаружите звуковые продукты воздействия радиочастотных помех на кабель, в чем я лично убедился. Помехи наводятся на кабель, а звуковую часть их спектра переносят другие узлы: входной и выходной каскады соединяемых устройств.

Аналогичную картину мы увидим и в акустическом кабеле. Наведенные через кабель радиочастотные помехи влияют на работу выходного каскада усилителя и детектируются в акустической системе. Не следует рассматривать кабель в отрыве от остального оборудования студии.

Рис.2. Сопротивление акустических кабелей. Схема и результаты измерений для кабелей различных типов Рис.3. Сопротивление контактов акустических кабелей

Сопротивление.

 

Рис.2. Сопротивление акустических кабелей. Схема и результаты измерений для кабелей различных типов

 

Рис.3. Сопротивление контактов акустических кабелей

Есть и собственные свойства кабеля, которые можно исследовать с помощью простого вольтметра, - это сопротивления проводов и контактов. Оказалось, что в пределах звукового диапазона частот сопротивление кабеля может измениться почти на порядок: от 0,02 до 0,2 Ом. Не удалось достоверно определить, является ли рост сопротивления с частотой следствием индуктивности кабеля, или других причин, но объективные различия между кабелями очевидны, это иллюстрирует рисунок 2. По звуку, кстати, выигрывали те провода, у которых изменение сопротивления меньше - лучший обозначен на рисунке цифрой 1. Обратите внимание и на еще один факт: на рисунке сплошной линией и пунктиром показаны зависимости сопротивления от частоты для двух образцов одного и того же кабеля. Чем меньше расхождение, тем лучше звук.

Интересными показались результаты измерения сопротивления контактов (рисунок 3). Представлены схема и результаты измерений. При повторных измерениях сопротивления одних и тех же контактов оказалось, что сопротивление изменяется случайным образом: на рисунке показаны границы разброса.

Несколько серий измерений дали разные результаты, особенно велико было расхождение на высоких частотах у простого кабеля, а хороший кабель оказался хорош и в этом смысле. Величина сопротивления контакта невелика, всего 0,001 Ом, но в цепи таких контактов - четыре, то есть изменение сопротивления составляет 0,001 от сопротивления нагрузки, то есть -60 дБ. Это вполне можно заметить на слух.

АЧХ и ФЧХ. Диэлектрическая проницаемость изолятора в кабеле мало влияет на скорость распространения в нем сигнала - в "быстрых" кабелях отставание от скорости света в вакууме составляет всего единицы процентов. Не имеет смысла даже обсуждать возможность влияния этой скорости на звучание: при длине 3 м даже в "медленном" кабеле (1/2 от скорости света) задержка составит всего 20 нс, на звук такая задержка не влияет. В то же время, чем выше скорость распространения сигнала в кабеле, тем меньше влияние диэлектрика. И меньше искажения в звуковом диапазоне, даже если мы и не умеем их измерять.

Дискуссии о фазовых искажениях, которые вносит кабель на низких частотах, представляются мне уместными только в кругу "аудиогомеопатов": речь идет о величинах с десятком нулей после запятой. Гораздо вероятнее выглядит гипотеза об инерционных процессах в диэлектрике: для появления заметных искажений нужно аккумулировать примерно 1 мВт на метр кабеля, а это вполне возможно, вспомните опыт с "разряженным" конденсатором.

Качества внешние и внутренние. Электрические процессы на поверхности кабеля могут проявиться в звучании - энергии электростатического заряда для этого вполне достаточно. Проверить это совсем просто: протрите кабель антистатическим средством из арсенала домашней хозяйки - если и не поможет, то не повредит. Контактирующие поверхности подвержены коррозии, со временем ухудшается контакт. Золото не ржавеет, но его поверхность загрязняется, даже если ее не трогать грязными руками: конденсируется вездесущая влага. Чистота - залог хорошего звука.

Между мифами и реальностью. Чудес не бывает. Если изменяется звучание, это значит, изменился сигнал, даже если мы и не умеем это измерять. Всякому следствию есть своя причина. Иногда очевидная, иногда - не очень. Сигнал просто так не портится. И дело тут, скорее всего, не в фазах луны и расположении далеких звезд, а в лежащем где-нибудь на кабеле мобильном телефоне, ведь тут идет речь о ваттах излучаемой мощности. Этого вполне хватит, чтобы "испортить песню".

Невозможно предохраниться от воздействия всех процессов, способных исказить сигнал и ухудшить звучание. Улучшая одно - можно ухудшить другое. Именно поэтому не стоит сломя голову бежать за самым дорогим или особо аудиофильским кабелем. Наверняка он чем-то хорош, но подойдет ли он для решения ваших задач? Жить легко и просто, когда можно поручить решение задачи выбора кабелей и разъемов специалисту. Надо только правильно поставить перед ним задачу, но это уже другая тема. А пока - хороших вам проводов и контактов!

Подготовлено по материалам портала "www.rus.625-net.ru"

Atlas,  AudioQuest,  DALI,  Kimber Kable,  Kramer,  Monster,  MT-Power,  OEHLBACH,  PROFIGOLD ,  Real Cable,  Silent-Wire,  Ultralink,  WireLogic, QED,  Tech+Link,  Van Den Hul, WireWorld,

HDMI - идеальный интерфейс ?

HDMI - идеальный интерфейс ? 

Основатели HDMI - Hitachi, Matsushita, Philips, Silicon Image, Sony, RCA/Thomson и Toshiba - разработали стандарт, совместимый с цифровым видеостандартом DVI, с возможностью передачи звука и сигналов управления, а также, по настоянию студий Fox, Universal, Warner и Disney, систему защиты контента HDCP. За v.1.0, введенной в 2003, последовали v.1.2 и v.1.3 с различными незначительными обновлениями, касающимися синхронизации и структур передачи данных.

 

Множество пользователей столкнулось с трудностями подключения сопровождавшими развитие HDMI. В марте 2010 года была представлена новейшая версия 1.4а, и теперь таким интерфейсом, как правило, оснащены новые Blu-ray-плееры и AV-усилители. Но позволяет ли он избавиться от всех проблем ?

Миф состоит в следующем: раз по HDMI-кабелям цифровые данные передаются в виде потока нулей и единиц, то все всегда должно работать без сучка и задоринки независимо от стоимости или конструкции. На самом деле когда вы через HDMI объединяете в одну систему разные источники сигналов, кабели, принадлежности и дисплеи разных производителей, то почти наверняка столкнетесь с проблемами.

Фирма DPL (www.dplrating.org) из Флориды, руководит которой Джефф Бокаччо, предлагает программу Digital Performance Level, помогающую производителям, продавцам и потребителям испытывать и оценивать HDMI-изделия. «Для успешной коммутации по HDMI нужен совершенно новый свод правил и различных технических средств, — говорит Джефф. — Мы обратили внимание на изначальное наличие у HDMI ряда проблем с надежностью, что ограничивало его использование. Было очевидно, что, хотя многие устройства прошли тест на совместимость с HDMI, характеристики большинства из них соответствовали нижним значениям шкалы. Даже весьма дорогие продукты не обязательно обеспечивали высокую производительность из-за большой ширины полосы пропускания для видео и помех, наводимых на каналы управления интерфейсом». С какими сложностями регулярно сталкивается HDMI?

«Многие проблемы не имеют отношения к скорости передачи видеопотока, — утверждает Джефф. — Основная их часть связана с управляющим протоколом I2C в системе линии DDC (Display Data Channel) для EDID (функция Plug and Play) и защиты цифровых данных HDCP (High bandwidth Digital Content Protection). I2С нетороплив, но очень чувствительно реагирует на паразитные емкости в разъемах, кабелях и других электроцепях. Если емкость достигает критической точки, это приводит к срыву синхронизации сигнала, необходимого для правильной трансляции данных. У вас может быть самая скоростная широкополосная линия в мире, но без DDC вы окажетесь в безвыходном положении. Возможные проявления этого — отсутствие звука, изображения, «розовый» экран или мерцание — делают высокоскоростные линии передачи данных беспомощными».

Вспышки в черных участках картинки говорят о проблемах с передачей видеоданных, в большинстве своем связанных с кабелем. Использование более коротких соединителей заметно улучшит качество. Можно также подключить к системе активные усилители HDMI. Вспышки, отсутствие звука или «розовый» экран — обычно признаки плохой линии DDC. Необходимо отключать все работающие компоненты, чтобы найти проблемный. Попробуйте заменить HDMI-кабели более короткими. Если проблемы остались, попробуйте подключиться к другим входам. Паразитная емкость может присутствовать в аппаратуре, поэтому попытайтесь использовать специальный кондиционер для линии DDC, который позволяет устранить множество проблем.

 Если изображение появляется, а затем исчезает, то весьма вероятно, что в одном из видеоканалов TMDS высок уровень ошибок. Бывает, что картинка отображается с разрывами строк. Возможная причина — линия DDC работает не совсем корректно, и HDCP не получает при обновлении ключ. В этом случае попробуйте заменить кабель. Если все это не помогает, установите на линию кондиционер.

Еще один возможный источник сложностей с HDMI — линия +5 В, используемая для питания электронных схем DDC на дисплее, когда он выключен. Если мощность источника падает, могут возникнуть проблемы с передачей данных. Некоторые HDMI-коммутаторы, сплиттеры и кабели со светодиодной подсветкой питаются от этой линии, что приводит к появлению неприятностей.

Контакт 19 HDMI, служащий для обнаружения горячего подключения, вдвое короче остальных, поэтому, если вилка HDMI слегка выходит из гнезда, он отключается в первую очередь. Помните и о том, что HDMI-кабели не любят перегибов — важна синхронизация сигналов, а перекручивание и изгибы способны ухудшать их характеристики, особенно на больших расстояниях.

 Качество связи по HDMI меняется при использовании разных разъемов на одном и том же аппарате. Часто из-за особенностей конструкции платы один вход HDMI в телевизоре создает помехи для другого входа.

Трудности с HDMI могут возникать и при передаче ЗD-сигналов. Системы с HDMI v. 1.3 умеют работать с ЗD-видео, но ресиверы, оснащенные HDMI v.1.3, не пропускают 3D EDID-информацию на дисплей. Одно из решений этой проблемы — покупка Blu-ray-плеера с двумя выходами HDMI — одним для подключения прямо к ТВ, а другим для передачи звука на ресивер.

У некоторых первых ресиверов с HDMI плата располагалась рядом с трансформатором. Джефф рассказал об одном фанате ДК, чья HDMI-система регулярно сбоила. Никто не мог распознать причину этого до тех пор, пока Джефф не заметил кота, спящего на аппарате, — тот закрывал вентилятор охлаждения, и плата HDMI в усилителе перегревалась.

Итак, поймите, что проблемы с HDMI бывают не только у вас. Примите к сведению наши советы, возможно, вы сможете настроить систему так, чтобы она работала, как и было задумано конструкторами...

История HDMI

Основатели HDMI - Hitachi, Matsushita, Philips, Silicon Image, Sony, RCA/Thomson и Toshiba - разработали стандарт, совместимый с цифровым видеостандартом DVI, с возможностью передачи звука и сигналов управления, а также, по настоянию студий Fox, Universal, Warner и Disney, систему защиты контента HDCP. За v.1.0, введенной в 2003, последовали v.1.2 и v.1.3 с различными незначительными обновлениями, касающимися синхронизации и структур передачи данных.

Теперь агентство HDMI Licensing опубликовало версию 1.4. Среди основных дополнений - двунаправленный обмен данными, позволяющий подключаться к локальным сетям с Ethernet-устройствами, и реверсивная передача аудио. Благодаря применению канала HDMI Ethernet (НЕС) между совместимыми устройствами поддерживается передача данных на скоростях до 100 Мбит/с - так, например, телевизор, подключенный к широкополосной сети, может использовать порт HDMI с поддержкой НЕС для организации совместного интернет-соединения с другим устройством с НЕС. Реверсивный звуковой канал (ARC) позволяет передавать звук от телевизора на ресивер по одному общему кабелю. Среди других нововведении - автоматическое улучшение контента (АСЕ), поддерживающее будущие стандарты 30-видео вплоть до двух потоков 1080р; совместимость с разрешением до 4096x2160 пикселей при 30 Гц; расширенная поддержка цветовых пространств, таких как Adobe RGB и AdobeYCC601, для цифровых фотокамер; функция распознавания контента, которая может автоматически оптимизировать параметры ТВ-картинки исходя из типа материала. Также появился разъем Micro HDMI с 19 контактами, вдвое меньший по размеру, чем стандартная HDMI-вилка, предназначенный для портативных устройств с поддержкой разрешения до 1080р. Совместимые с HDMI v.1.4 кабели уже имеются в продаже, однако комитет по лицензированию HDMI, запутывая ситуацию еще больше, запретил владельцам лицензий указывать версию HDMI на упаковке или в рекламе кабелей. Новые требования для этикеток ссылаются на пять типов кабелей с различными возможностями и техническими характеристиками: Standard, Standard with Ethernet, Standard Automotive, High Speed, High Speed with Ethernet.

 

* TMDS (Transition Minimized Differential Signaling, дифференциальная передача сигналов с минимизацией перепадов уровней) - три канала, передающие потоки видео и дополнительных данных с пропускной способностью до 3,4 Гбит/с на канал.

** СЕС (Consumer Electronics Control) -двунаправленная последовательная шина, использующая протокол промышленного стандарта АV.Link для удаленного управления электронными устройствами.

*** НЕС (HDMI Ethernet Channel) - отдельный двунаправленный канал для передачи сетевых данных, поддерживающий скорости до 100 Мбит/с и пригодный для использования его IP-приложениями.

 

Возникает вопрос: если некоторые HDMI-продукты лучше других, то почему просто не протестировать их и не опубликовать результаты? Однако это легче сказать, чем сделать: нужное для цифрового анализа оборудование стоит около $ 250 000 - сумма достаточная, чтобы озадачить даже самого серьезного производителя. Потери цифрового сигнала измеряются с использованием анализа тактовых переходов, обычно отображаемого в виде «глазковой диаграммы». На ней выводится график цифровых сигналов при изменении уровня от 0 до 1. Если форма «глаза» получается резкая и чистая, то сигнал будет четко зафиксирован. Проблемы с синхронизацией и помехами проявляются в виде размывания «глаза». Чем больше смазывание, тем хуже качество сигнала.

В некоторые телевизоры встраиваются электронные схемы коррекции ряда ошибок. Если проблемы оказываются серьезными, на экране возникает шум, напоминающий аналоговый «снег», наблюдаются сбои в синхронизации звука и изображения вплоть до полного пропадания сигнала. В отличие от аналогового сигнала, который доходит даже в сильно искаженном виде, здесь после определенного момента - когда протоколы HDCP, отвечающие за установление связи, перестают работать - цифровые сигналы просто исчезают, а дисплей отключается. HDCP должен обновляться каждые две секунды, поэтому нарушить его работу достаточно легко.

На рис. А показана «глазковая диаграмма» цифрового сигнала. Симметричное и чистое пространство между сигналом и маской в форме глаза (синий шестиугольник) говорит о том, что это сигнал хорошего качества с большим расстоянием до границ маски. Прикосновение к маске («грязный поцелуй») - проявление немногочисленных ошибок, вызывающих случайные вспышки на экране. На рис. В показано уменьшение расстояния до переднего фронта сигнала, приводящее к ухудшению его качества в источнике или кабеле. На рис. С сигнал ухудшился настолько, что стал непригодным.

Подготовлено по материалам журнала "DVD Эксперт"

Компендиум, или краткое руководство по High End-аудио. Акустические системы

Компендиум, или краткое руководство по High End-аудио. Акустические системы

Знаете ли вы, какая часть электродинамического излучателя самая дорогая ? Нет, не золотая катушка и не диффузор из японской бумаги, а магнит.

СКОВАННЫЕ ОДНОЙ ЦЕПЬЮ

Изложенная в предыдущей части задача магнитной цепи — создать высоколинейное и мощное магнитное поле в воздушном зазоре, в котором перемещается звуковая катушка, — возложена не только на магнит, а на весь магнитопровод: магнит (магнитомягкий материал), задний и передний фланцы плюс керн (магнитотвердые материалы). Да что там, геометрия воздушного зазора и воздух в нем могут как помочь, так и навредить, причем в такой степени, что никакой магнит не исправит положения. Ведь вместо воздуха в зазоре может быть специальная магнитопроводящая среда, например ферромагнитная жидкость. Но об этом позже.

ЧТО ОБЩЕГО У АНГЛИЧАНИНА ДЖИЛБЕРТА, ДАТЧАНИНА ЭРСТЕДА, ФРАНЦУЗА АМПЕРА И ХОЛОДИЛЬНИКА ?

Магнит — это вещь, природа которой понятна всем. Для звукотехники вроде все предельно просто: нужен магнит помощнее. Так оно и есть, но при этом в мощном излучателе, например низкочастотном, магнитная цепь нагревается. По звуковой катушке течет ток, и вследствие ее сопротивления выделяется тепло.

А теперь вспомните про паспортную мощность НЧ-динамика. 100 Вт ? Пожалуйста! 200 Вт — тоже не редкость.

 

При большом сигнале катушка такого динамика может разогреваться до 200 градусов, а его магнит - до 100 градусов. Не без помощи постоянной Стефана-Больцмана, конечно.

Нагрев звуковой катушки вызывает такое неприятное явление, как компрессия, когда за счет роста сопротивления при нагреве начинает снижаться чувствительность и ухудшаются другие электроакустические параметры излучателя.

Подобная деградация особо характерна для медного провода звуковой катушки, будь он чистотой 99% или 99,9999%. Нагрев же магнита чреват потерей его намагниченности. Причем в отличие от случая со звуковой катушкой тут тепловые последствия будут необратимыми и заметными на слух даже в условиях домашнего, а не концертного применения.

Исторически первым шагом в погоне за мощностью магнитного поля в излучателе стал электромагнит, то есть дополнительная обмотка вокруг керна, на которую подавался постоянный ток и которая повышала напряженность магнитного поля в зазоре магнитной цепи. В 30-е годы из сплава железа, алюминия, никеля и кобальта под названием альнико научились отливать удобной формы магниты, отлично подходившие для тогдашних динамиков, которые, напомню, использовались с ламповыми усилителями небольшой мощности и, соответственно, должны были иметь высочайшую чувствительность; к мощности особых требований не предъявлялось. Иными словами, в них были немыслимы температуры нагрева выше 50°. С появлением более мощных усилителей выяснилось, что альнико после нескольких циклов нагрева теряет намагниченность, к тому же из-за политической ситуации в бассейне реки Конго в конце 1970-х кобальт стал роскошью (за год его цена поднялась на 2000%), и магниты снова стали электромагнитными... Нет, не так, конечно. К счастью, с 1950-х годов стал использоваться порошок феррита бария (или стронция), который можно добавить в железный порошок (магнетит и другие оксиды железа), а затем запечь и отформовать. Получится дешевый и удобный ферритовый магнит. Он хорош всем: выносит нагрев и при старении сохраняет без ухудшения свои характеристики, кроме одной: его магнитная энергия оставляет желать лучшего, особенно если учесть, что в условиях реальной жизни электроакустического преобразователя лишняя масса никогда не приветствуется. Еще феррит не любит мороз, но для сферы High End это малосущественно...

В 1960-х годах в авангарде исследователей, искавших альтернативу альнико, долгое время оставался американский ученый Карл Стрнат, который придумал самарие-во-кобальтовые сплавы, но с возникновением дефицита кобальта его идеи устарели. В 1983 году General Motors, Sumitomo Corporation и Китайская академия наук вроде бы независимо друг от друга создали соединение неодим-железо-бор. Мощные редкоземельные магниты, имея крошечные размеры и колоссальную магнитную индукцию, заняли с тех пор трон наиболее эффективного материала для магнита излучателей. Делают их двумя способами: порошок из смеси металлов либо запекается в специальной печи под давлением (и при температуре 1200 градусов), либо впрыскивается в расплавленный полимер и затем формуется.

Неодимовые магниты подвержены коррозии, но это преодолимо. Они не любят нагрев даже больше, чем альнико. Но главная их проблема — цена, стремительно скакнувшая вверх с 2009 года. Дело в том, ч то 95% редкоземельных металлов добывается в Китае, а поскольку тамошней автомобильной промышленности они тоже нужны, то страна ввела квоты на экспорт. За 2011 год неодим подорожал к 5 раз. Сплав самария и кобальта прекрасно выдерживает перегрев, но он еще дороже. Так что редкоземельные магниты чаще всего встречаются в ВЧ-динамиках, а остальные по-прежнему верны ферритам.

Кстати, магниты поставляются на заводы по производству громкоговорителей ненамагниченными — иначе их было бы трудно перевозить.

И еще: магнитная полоса на кредитной карте сделана из феррита бария.

Наконец, знаете ли вы, какая часть электродинамического излучателя самая дорогая ? Нет, не золотая катушка и не диффузор из японской бумаги, а магнит.

 

ПРИКЛАДНАЯ ГЕОМЕТРИЯ

Перейдем к более скучному, но не менее важному предмету. Что делает магнитная цепь в излучателе, мы обсудили в предыдущей части руководства: она концентрирует магнитное поле в воздушном зазоре, в котором движется звуковая катушка.

Расположить магнит в магнитной цепи можно двумя основными способами, и в этих случаях он носит названия магнит кольцевой или керновый.

Поскольку в звуковой катушке течет переменный ток звуковой частоты, она будет двигаться в магнитном поле в воздушном зазоре в двух направлениях: вверх и вниз. И при движении вверх, и при движении вниз собственное электромагнитное поле катушки должно сталкиваться с симметричным постоянным магнитным полем. Если напряженность поля будет гулять, то искажения звукового сигнала, рождаемого нашим электроакустическим преобразователем, неизбежны.

 

Распределение эквипотенциальных линий магнитного потока вокруг зазора (по материалам расчетного ПО FEMM 4.2)

 Казалось бы, в небольшом по длине воздушном зазоре совсем нетрудно обеспечить равномерное магнитное поле.

Так и было бы, если бы магнитное поле хотело в этом зазоре оставаться. Ан нет — оно не хочет и из-за разброса магнитной проницаемости керна, воздуха и нижнего фланца норовит разбежаться по сторонам.

Для начала можно, например, изменить края керна у зазора, сделать их фигурными: с выемкой или выступом. Тогда магнитный поток стабилизируется и лучше сконцентрируется в зазоре. Это замечательно, но такое решение предъявляет более жесткие требования к качеству станочных работ и пресса, вбивающего керн в задний фланец.

Чем уже зазор, тем больше полезный магнитный поток в витках катушки, но и здесь очевидны ограничения: если катушка начнет скрести по керну или переднему фланцу, о качестве звука можно забыть.

ДЛИНА ХОДА.

Осталось, наконец, привлечь к делу звуковую катушку. Пока как некую теоретическую концепцию, без технологий и материалов. В НЧ-излучателе катушка должна двигать диффузор не с таким уж малым смещением — иначе не получить нужное звуковое давление на самых низких частотах. Чтобы сбалансировать равномерность и мощность магнитного потока при минимуме нелинейных искажений и максимуме отдачи, конструкторам динамиков приходится думать над соотношением высоты намотки катушки и высоты зазора. Есть два полярных способа выбрать это соотношение.

Намного шире распространен случай, когда высота катушки больше высоты зазора, поскольку сила поля (зависящая от произведения магнитной индукции в зазоре на длину катушки) будет явно больше, как и максимальное смещение катушки. Главное, чтобы при смещении число витков в зазоре оставалось таким же, как и в положении покоя, и тогда линейность преобразования сохраняется на должном уровне. Случай, когда высота катушки меньше высоты зазора, дает более высокую линейность, но лишь в узком диапазоне смещений. Масса звуковой катушки меньше, но поскольку произведение магнитной индукции в зазоре на длину катушки меньше, то меньше и чувствительность. Поэтому системы, у которых высота катушки меньше высоты зазора, встречаются редко.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В общем заключительные выводы сводятся к тому, что однозначный вердикт тем или иным материалам, используемым в High End-динамиках, вынести нельзя, не углубившись в функции и особенности реализации (в том числе и в производстве) конструктивных узлов, в которых эти материалы применяются. В следующей части мы подробнее рассмотрим вопрос о материалах диффузоров и других элементов подвижной системы, а также поговорим о средне- и высокочастотных динамиках, которые пока остаются за пределами нашего с вами компендиума.

 Подготовлено по материалам журнала "АудиоМагазин"

Оцифровка винила: «ЗА» И «ПРОТИВ»

Оцифровка винила: «ЗА» И «ПРОТИВ»

Получив качественный аналоговый сигнал, остаётся лишь адекватно его оцифровать. Степень «адекватности», как легко догадаться, зависит в наибольшей степени от аудиокарты.

Первое, что могу посоветовать: забудьте навсегда об интегрированных на материнскую плату интерфейсах. 

 

«Что имеем, не храним, потерявши плачем» — таково свойство человеческой натуры, и проявляется оно отнюдь не только в отношении к музыкальной технике. Хотя лично меня давно занимает вопрос, насколько обоснованы с технической точки зрения «страсти по аналогу». Слава богу, хорошо помню времена, когда винил и магнитная лента были единственными носителями музыкальной информации. И как пытался добиться приличного звучания от своей системы. Было это очень и очень непросто в условиях тотального дефицита. Практически невозможно.

 

Работал в 80-е годы прошлого века в Гостелерадио СССР и не раз бывал в серьёзных студиях, где записывалась музыка. Знаю, как может звучать аналоговый профессиональный тракт с усилением на лампах и акустикой в габаритах старинного платяного шкафа. Реально ли достичь этого уровня в домашних условиях? Наверное. Только при затратах, сопоставимых с бюджетом на создание топовой профессиональной студии и при участии грамотных специалистов. И в соответствующем помещении, прошедшем акустическую обработку. Характер тракта — аналоговый, полностью цифровой или гибридный — в данном случае не имеет принципиального значения, поскольку свойственные им недостатки более-менее успешно преодолеваются в технике самого высокого класса. Пишу это, чтобы мягко и ненавязчиво подтолкнуть читателя к идее, что так называемый «виниловый ренессанс», приобретающий всё большее распространение, имеет чаще всего не техническую, а психологическую и, может быть, культурную подоплёку.

Держать в руках конверт виниловой пластинки значительно приятнее, чем несуразную пластиковую коробочку. Искусство оформления обложек пришло в упадок с переходом грамзаписи на цифру — габариты компакт-диска слишком малы, чтобы дать возможность художнику для полёта фантазии. Прослушивание винила является своеобразным ритуалом, и даже необходимость переворачивать пластинку имеет смысл, поскольку создаёт паузу, необходимую для полноценного восприятия. Заметил в последнее время, что могу выдержать целый компакт-диск без остановки только в режиме фонового прослушивания одновременно с какими-то делами. Когда же пытаюсь целиком сосредоточиться на музыке, то где-то на середине альбома рука сама тянется к пульту, чтобы начать пропускать треки или вообще заменить диск.

 

В общем, очень хорошо понимаю людей, которые обзаводятся проигрывателями винила, начинают собирать пластинки и получают максимум удовольствия от прослушивания и от увлекательного процесса тюнинга системы — настройки тонарма, подбора головок, фонокорректоров и т.д. CD-плееры в этом смысле совершенно безнадёжны — их можно заменить целиком, но что-либо в них менять, во-первых, сложно, во-вторых, бесполезно — убедился в этом на собственном опыте. Но вот кого мне понять труднее, это тех, кто с воодушевлением занимается оцифровкой винила — сообщество этих энтузиастов постоянно растёт. Впрочем, и здесь всё не так просто, поэтому придётся углубиться в детали.

СПАСИТЕЛЬНАЯ ЦИФРА.

Одному моему сокурснику досталась от отца обширная коллекция пластинок с редчайшими записями аутентичного американского блюза первой половины XX века — человек много лет проработал в Штатах и смог привезти сюда несколько сотен дисков. Практически ничего из этого не издавалось на CD и вряд ли когда-нибудь будет издано, поскольку выпускались диски на мелких региональных студиях, большинство которых прекратило свое существование, а оригиналы на плёнках, очевидно, утеряны навсегда. Оцифровка — единственный способ сохранить эти ценные, с точки зрения искусствоведов и музыкантов, записи.

Мой товарищ занялся этим делом лет 12 назад, когда в продаже появились доступные и приличные по качеству звуковые платы. Как мне кажется, он всё ещё не закончил оцифровку всей коллекции, поскольку очень много времени уходит на постобработку — разделение на треки, коррекцию и удаление шумов. Часть пластинок пришлось оцифровывать заново, поскольку с накоплением опыта стали очевидными ошибки первых записей. Всё это время мы с ним регулярно общались, были и другие друзья, которые занимались тем же самым, так что и у меня накопился некоторый опыт — не непосредственного участника процесса, но стороннего наблюдателя. Что делает его даже более объективным, поскольку ничто не мешает мне замечать и признавать ошибки товарищей, тогда как им это делать значительно труднее.

Как легко догадаться, в наибольшей степени конечное качество во многом зависит от вертушки, картриджа и фонокорректора. Поскольку оцифровка может проводиться в почти полной тишине и с наушниками в роли контрольных мониторов, требования к защите стола от внешних вибраций снижаются. Но необходимы отсутствие детонаций (т.е. равномерность вращения) и минимум низкочастотных наводок от двигателя и механики — избавиться от них цифровым редактированием будет очень непросто. Знатоки техники для воспроизведения винила знают, что слышимость этих помех сильно зависит от резонанса вертушки. Желательно, чтобы он был выведен за границы слышимого диапазона, то есть в область 10 — 14 Гц, где вызываемый им пик может быть отсечён фильтром в фонокорректоре. Впрочем, это касается недорогих моделей, особенно «антикварных» советского производства. У современной виниловой техники высокого класса с этим чаще всего проблем не возникает. В любом случае следует знать, что если на записи сильно слышен рокот двигателя, это свидетельствует не только о низком качестве проигрывателя, но и слишком высокой частоте резонанса — можно попытаться увести его вниз за счёт установки другой головки. О том, от чего зависит частота резонанса и как её рассчитать, можно прочитать у нас в №10/2009 в публикации «Стирание граней».

Некоторые оцифровщики пытаются обходиться без фонокорректора — снимают сигнал прямо с головки или используют линейный усилитель, а компенсацию RIAA-предыскажений осуществляют после оцифровки в аудио-редакторе. На мой взгляд, это в принципе неправильный подход, поскольку любая коррекция в цифровой сфере делает звук плоским и безжизненным. Здесь же степень вмешательства будет весьма значительной. Частотная коррекция в аналоговой сфере менее вредна для звука — при условии, конечно, что используется качественный фонокорректор. Полезную информацию по этой теме можно найти в наших публикациях, посвященных винилу: 

Завершая разговор об аналоговой части процесса, сделаю важное замечание: постарайтесь всеми доступными вам средствами добиться наилучшего качества сигнала подачи на аналого-цифровой аудиоинтерфейс. Это позволит уменьшить степень воздействия на сигнал в процессе редактирования и тем самым достичь лучшего итогового результата.

ПЕРЕХОД В ИНОЙ МИР

Получив качественный аналоговый сигнал, остаётся лишь адекватно его оцифровать. Степень «адекватности», как легко догадаться, зависит в наибольшей степени от аудиокарты. Первое, что могу посоветовать: забудьте навсегда об интегрированных на материнскую плату интерфейсах. Их качество за последние годы заметно выросло, но пока ещё не достигло того уровня, который нам требуется. В зависимости от суммы, выделенной на приобретение аудиокарты, разумно выбирать из полупрофессиональных или профессиональных для малых студий. Ассортимент доступных в продаже решений огромен, поэтому для облегчения выбора следует для начала определиться со способом подключения к компьютеру. Наиболее доступны внутренние карты с интерфейсами PCI и PCI Express — второй предпочтительнее, поскольку обеспечит более высокую скорость передачи информации. При условии, конечно, что интерфейс PCI Express «честный». Например, у популярной карты ASUS Xonar Essence STX* реальным интерфейсом является PCI, а подключение к шине PCI Express осуществляется через дополнительный «мост». Поэтому PCI-вариант этой платы, Essence ST является более предпочтительным.

Основные недостатки внутренних карт — питание не слишком чистым напряжением от бортовой сети компьютера и подверженность высокочастотным помехам. Правда, в последнее время производители стали оснащать свои платы экранами (как, например, у ASUS Xonar Essence STX), а на дорогих картах могут быть установлены дополнительные стабилизаторы и фильтры. Ещё один недостаток может проявиться, если вертушка и компьютер расположены далеко друг от друга — длинный аналоговый кабель наловит помех. Наконец, внутренняя карта подразумевает установку в десктоп и не может работать с ноутбуками. Все это касается и тех аудиоинтерфейсов, которые имеют внешний модуль и устанавливаемую внутрь корпуса ПК плату — соединяющий их шлейф имеет ограниченную длину и чаще всего не подлежит замене.

От этих недостатков избавлены внешние звуковые карты, но они заметно дороже, чем внутренние. Наиболее предпочтительным интерфейсом для связи с компьютером является, на мой взгляд, FireWire — быстрый, стабильный, допускающий длину кабеля до 4,5 м (в самой ранней реализации стандарта IEEE 1394а). Также выпускаются FireWire-ретрансляторы (повторители), которые позволяют увеличить протяжённость линии до нескольких десятков и даже сотен метров. Примеры удачных и не очень дорогих внешних Fire Wire-аудиоинтерфейсов: Echo AudioFire 2, M-Audio Audiophile FireWire, Terratec Producer Phase X 24 fw. Однако надо учесть, что только последняя модель из этого списка способна работать с цифровыми потоками 24 бита/192 кГц, у всех остальных частота сэмплирования не превышает 96 кГц, хотя они могут иметь на борту АЦП 24 бита/192 кГц.

Подобные ограничения имеются и у аудиокарт с интерфейсом USB 2.0, хотя они тоже подходят для нашей задачи. Например, внешняя карта E-MU Tracker Pre USB** полноценно работает с потоками вплоть до 24 бит/192 кГц и вполне доступна по цене. Максимальная длина USB-кабеля, согласно спецификациям стандарта, до 5 м, однако лично я бы не стал принять шнур больше 2 м, да и то при условии, что он толстый и с хорошим экраном. Если устройство периодически «отваливается» от системы, вполне возможно, что дело в кабеле.

ОПАСАЙТЕСЬ ЗАДЕРЖКИ

У современных полупрофессиональных аудиокарт со временем задержки (по-англ. latency) проблем, как правило, не возникает. Имеется в виду задержка цифрового потока между вводом и передачей сигнала на носитель. Тем не менее у тех, кто только начинает заниматься оцифровкой, частенько происходит неприятное явление — в уже оцифрованном материале прослушиваются щелчки или выпадения звука. Виновата в этом общая задержка системы, возникающая в компьютере, причём она практически не связана с мощностью процессора, объёмом памяти и прочими показателями «крутизны». Чаще всего причина кроется в несовершенных, «кривых» драйверах как самой звуковой карты, так и любых других устройств, например, сетевых адаптеров, интегрированных аудиоинтерфейсов на материнской плате, любых карт расширения и т.д. Понять, в чём дело, поможет бесплатная утилита DPC Latency Checker. Скачать её можно здесь: http://www.thesycon.de/deu/latency_check.shtml.

Там же подробно объясняется, как работать с программой. Для тех, кто не владеет Щ английским, коротко изложу самую суть. Нормальный уровень общей задержки — до 500 мкс, до 1000 мкс — приемлемый, выше — в системе есть серьёзные проблемы, которые делают невозможным непрерывное потоковое воспроизведение и запись звука (и видео тоже). Разработчики программы предлагают в этом случае открыть диспетчер устройств и поочередно отключать те из них, что могут вызывать задержки. Когда виновник обнаружен, следует переустановить драйверы, а если есть возможность — отключить этот модуль. Иногда помогает удаление из памяти резидентных программ, без которых можно обойтись, и отключение ненужных служб Windows. Также следует запретить антивирусной программе проводить проверки в фоновом режиме. Могу похвастаться, что мне удалось добиться на компьютере, который используется у меня для операций со звуком, задержки на уровне 60 мкс.

БИТЫ, КИЛОГЕРЦЫ И СТРЕМЛЕНИЕ К СОВЕРШЕНСТВУ

С какой разрядностью и частотой сэмплирования проводить оцифровку? Вопрос непростой. Большинство ЦАПов и АЦП обеспечивают наилучшее качество звука на своей максимальной рабочей частоте — это, кстати, одна из причин, чем плохи карты, способные реально работать на меньшей частоте, чем позволяет их ЦАП.

В серьёзных профессиональных студиях сейчас нередко работают с цифровым потоком 32 бита/384 кГц, но такие интерфейсы простым смертным недоступны. В продаже не видел даже карт, способных работать с разрядностью 32 бита. Тем не менее именно она даёт наилучшие результаты при редактировании. Но раз в нашем распоряжении имеются только 24 бита, будем довольствоваться ими. Если понадобится потом записать материал на компакт-диск, можно будет в редакторе снизить разрядность до 16 бит — эта обработка вносит не такие заметные на слух искажения, как, например, изменение частоты сэмплирования.

Даже такая, казалось бы, безобидная операция, как даунсэмплинг, скажем, с 96 кГц до 44,1 Гц, может нанести существенный ущерб звуку. Особенно если воспользоваться не самым лучшим алгоритмом. И у профессионалов здесь случаются проколы. Если будет возможность, сравните CD-издание The Beatles «Love» с вариантом этой записи, вышедшим в высоком разрешении (24 бита/96 кГц) на DVD-Audio. Понятно, что мастер был один, но насколько разные по звуку релизы получились. Лишённый жизни, «пластиковый» — в стандартном разрешении и завораживающий, свежий и современный — в высоком.

Уже как-то писал, что наименьший ущерб при изменении частоты сэмплирования — при кратном преобразовании. Если вы собираетесь хранить оцифрованные записи в формате CD-Audio, то есть 16 бит/44,1 кГц, то черновую оцифровку следует проводить в 24 бита/88,2 кГц. Но — только при условии, что предполагается редактирование записи — удаление шумов и т.д. Если есть намерение сохранить «всё как есть», то оцифровывать следует в том формате, в котором вы собираетесь это слушать. Чем меньше вмешательство в сигнал в цифровой форме — тем лучше, тем больше естественности и жизни сохранится в звуке.

Тем не менее само качество старой аналоговой записи может быть настолько низким, что редактирование неизбежно. В этом случае оцифровку следует проводить в формате 24 бита/192 или 96 кГц в зависимости от возможностей аудиокарты, затем редактировать и уже после этого переводить «мастер» в предполагаемый формат прослушивания, то есть делать даунсэмплинг. Операция, кстати, весьма критичная для звука, поэтому советую проводить её не в аудиоредакторе, а в специальной программе, например, Voxengo r8brain PRO — её полная версия стоит $129.95, «облегчённая» — всего $59.95. Есть ещё Weiss Saracon, но его цена — $2575, впрочем, и возможности программы несравнимо шире. При желании в Сети можно найти бесплатные версии обеих программ — по крайней мере, чтобы попробовать и решить, стоит ли тратить на них деньги.

Что касается редактирования, то тема эта совершенно неисчерпаема — на неё не хватит даже одной отдельной публикации. Существует огромное количество аудиоредакторов, в том числе бесплатных, и отдельных программ-обработчиков, которые специализируются на удалении щелчков, шумов и т.д. Единственное, что могу посоветовать — быть крайне острожным при манипуляциях в цифровой сфере и не удалять оригинал, пока не убедились, что добились оптимального результата. Даже профессионалам это не всегда удаётся.

ОЦИФРОВКА ОЦИФРОВАННОГО

Как уже писал выше, перевод в цифру редких записей на виниле не вызывает никаких сомнений — иного способа сохранить их в домашних условиях просто не существует. Однако в Сети образовалось довольно обширное сообщество энтузиастов*, которые занимаются оцифровкой современного коммерческого винила, а на нём в подавляющем большинстве записана музыка, уже изданная на компакт-дисках, а иногда — и на DVD-Audio и SACD. То есть нередко оцифровывается материал, который был изначально записан в цифре или переведён в неё в студии, потом подвергнутый цифро-аналоговому преобразованию и затем изданный на виниле. Какой в этом смысл? Чтобы дать непредвзятый ответ на этот вопрос, провел небольшой эксперимент и сравнил между собой несколько релизов, изданных на компакт-дисках, SACD, и оцифровки с винила, выложенные на rutracker.org.

ОБСТОЯТЕЛЬСТВА И МАТЕРИАЛЫ

1. Beck, «Odelay», 1996. Новодел 180 г. Автор рипа — aksman. Перечень оборудования: очиститель винила RCM Hannl 'limited', вертушка Music Hall MMF 9.1, тонарм Pro-Ject 9cc evolution, головка Nagaoka MP-500, ламповый фонокорректор Brocksieper Phonomax. Аудиоинтерфейс — внешний USB, E-MU 0404, межблоч-ник Silent Wire NF5, запись осуществлялось в программе WaveLab 6, обработка (ресэмплинг и дизеринг) — в пакете iZotope RX Advanced 1.21. Удаление щелчков — в программе WaveLab 6 в формате 24 бита/192 кГц, затем частота сэмплирования была уменьшена до 96 кГц и WAV-файлы переведены во FLAC. Сравнивалось с CD-DA Deluxe Edition от Geffen Records 1996 года [DR = 7]**.

2. Black Sabbath, «Paranoid», 1970. Новодел 2010 года (мастеринг Кевина Грея), 180 г. Автор оцифровки — tubedoctorl971. Устройство воспроизведения и картридж Pro-Ject Xpression III — Ortofon 2M Blue. Тонарм Carbon Fiber, корректор скорости Pro-Ject Speedbox. Кабель и фонокорректор: Tubedoctor Custom Cables, Yaqin MS-12B. АЦП: M-Audio Audiophile 192 [DR = 13]. Сравнивалось с SACD-рипом 24 бита/88,2 кГц в формате FLAC [DR =11]. Исходный SACD — японский SHM 2010 года. Перевод на DSD с оригинальной аналоговой мастер-ленты — Hitoshi Takiguchi (Universal Mastering Studios). А также с двумя CD-DA-версиями: первопрессом от Castle 1986 года LDR = 14], который считается в среде меломанов одним из лучших по звуку, а также японским цифровым ремастером от 1996 года [DR = 10].

3. Michael Jackson, «Thriller», 1982. Знаменитый альбом, чрезвычайно популярный среди оцифровщиков — на rutracker.org представлено около десятка разных вариантов. Выбрал из них один из самых свежих, выполненный весьма известным в этих кругах персонажем Dr.Roberts [DR = 13]. *Для примера: на сайте rutracker.org только в разделе «Зарубежный рок» в форуме, посвященном оцифровке винила, имеется 5597 актуальных тем, не считая архива. Подобные сообщества есть и в разделах, посвященных всем остальным жанрам. Эта же тема является одной из основных на сайте http://avaxhome.ws. **В данном случае и дальше в квадратных скобках приведено значение общего для альбома динамического диапазона, Dynamic Rage, измеренного в Foobar2000 плагином Dynamic Range Meter. Чем выше это число, тем лучше. При условии, конечно, что материал воспроизводится на серьёзной системе. А вот для портативной техники требуется диапазон поменьше — полный она просто не в состоянии воспроизвести. Оригинал — японский новодел Sony Master Sound с цифровым ремастером.

Список оборудования: очиститель винила Nitty Gritty RCM 1.5, вертушка Technics SL-1210 MK2 DD, тонарм Origin Live OL1 (переделка на основе Rega RB250), МС-головка Audio-Technica AT33EV, фонокорректор Pro-ject Tube Box SE II.

Аудиоинтерфейс внешний USB Tascam US-144, кабель AudioQuest G-Snake LGC.

Оцифровка производилась на компьютере Mac Pro Dual Zeon 2,66 ГГц в программе Bias Peak Pro 6.2, удаление щелчков — в утилите Click Repair 3.4.1 (в ручном режиме). После всех обработок РСМ-файлы 24 бита/96 кГц перекодировались во FLAC конвертором XLD.

Этот «шедевр» оцифровки сравнивался с юбилейным CD-изданием 2007 года, выпущенным в Германии на лейбле Epic [DR = 6], а также с файловым рипом 24 бита/88,2 кГц с SACD также германского производства, выпущенным на Epic в 1999 году [DR = 14].

Все SACD-рипы были подготовлены по методике известного интернет-пользователя PS3SACD (для прослушивания были взяты стереофонические треки), то есть являются полностью цифровыми. Единственная обработка, способная повлиять на звук — преобразование DSD в РСМ 24 бита/88,2 кГц с помощью программы Weiss Saracon. Кстати, во многих SACD-проигрывателях не самого высокого класса поток DSD перед подачей на ЦАП также переводится в РСМ специальной микросхемой.

Файлы, полученные с разных источников, загружались в единый плейлист Foobar2000 и попеременно сопоставлялись. В роли транспорта использовался специально подготовленный компьютер, ЦАП — PS Audio PerfectWave DAC. Замечу попутно, что это один из немногих сейчас современных внешних ЦАПов, которые не делают принудительный апсэмплинг при декодировании потоков 16 бит/44,1 кГц. Подключение — оптическим кабелем Oehlbach XXL Series 80. Акустика — напольные Yamaha Soavo-1, усилитель Musical Fidelity A5-INT.

ЖЕРТВЫ ВОЙНЫ

Несмотря на столь разные материалы, ремастеры и носители, прослеживались некоторые закономерности. Но прежде чем к ним перейти, дам отчёт о сравнительном прослушивании.

1. Beck

Оцифровка с винила звучит мягко, интеллигентно, слегка приподняты басы. Рип с CD — напористее, живее, более выпукло, как бы контрастнее, но чуть грязнее, «гаражнее». И вместе с тем более экспрессивно и ярко. Какой вариант лучше ? Дело вкуса. Можно сказать, что оцифровка винила — это звук для взрослых, a CD-DA — для клубной молодёжи.

2. Black Sabbath

Сначала выбираем CD-вариант. Более позднее японское издание звучит грубее и примитивнее, а сглаженность динамического диапазона в результате компрессии ослабляет эмоциональное воздействие. Издание Castle выразительнее, звук более комфортный и вместе с тем рельефный, оно прекрасно звучит на большой громкости, чего не скажешь о японском релизе. И голос здесь более живой.

Итак, оставляем Castle и уже его сравниваем с SACD-рипом и виниловой оцифровкой.

Винил — акцентированы высокие, звук резковат и явно грязнее, чем на CD, удары ослаблены. Очень заметно, как неестественно дрожит, «качается» вокал. Прилично звучит только «1гоп Мап». Все остальные треки — откровенный мусор. Как видим, сам по себе высокий динамический диапазон не способен сделать запись выразительной. Рип с SACD — объёмно, чище, чем у других, и напористее, выразительнее. Наилучшее разрешение и на высоких, и на низких частотах. Однозначно лучше, чем все остальные варианты. Даже «Iron Man». Хотя в старом издании Castle на CD всё же есть какое-то очарование.

3. Michael Jackson

CD-рип — ярко, громко, сочно. Но грубо. Слушать не очень приятно, бьёт по ушам.

Оцифровка винила — помягче, но не так выпукло и напористо. Явно чище и «тоньше» — сказывается высокая частота сэмплирования. Но долго слушать также не очень хочется. SACD-рип — по частотному балансу ближе к винилу, но слушается комфортнее. Заметно чище. Явно лучший вариант. Спокойные вещи типа «The Girl is Mine» получаются на оцифрованном виниле лучше всего. Но на SACD они ещё привлекательнее. «ТгШег» на CD — «рак ушей». На виниловом рипе сильно лучше и выразительнее, эффектнее. Но цифровая копия SACD — лучше во всех смыслах. «Billi Jean» — на CD потеряны многие ВЧ-подробности, на виниловом рипе и на SACD они прекрасно слышны. Этот трек получился наиболее выразительным на виниле, хотя чище и с более высоким разрешением на краях — на SACD.

Как мне показалось, грамотные оцифровки винила оказываются предпочтительными, когда тот же альбом недоступен в Hi-Res-версии — SACD или DVD-Audio (Beck). Но если в нашем распоряжении есть добротно сделанный CD-Audio с нормальным, не зажатым динамическим диапазоном (Black Sabbath), он может превзойти оцифровку винила в высокой разрядности, особенно если пластинка — новодел с цифрового оригинала.

Попавшая к нам оцифровка пластинки Майкла Джексона весьма удачна и выполнена со знанием дела. Компакт-диск, записанный с глубокой компрессией, соперничать с ней не может, а вот рип SACD оказывается и здесь точнее, чище и информативнее.

Позволю себе высказать предположение, что волна увлечения оцифровкой винила является своеобразной реакцией на «loudness war» («война громкости»), которую давно уже ведут между собой крупные рекорд-лейблы. Как им кажется, чем громче, «горячее» записываемая ими музыка, тем публике больше нравится.

Такое ощущение, что записывающая индустрия полностью переориентировалась на пользователей айподов и других портативных гаджетов. Да, их много, но как раз они не очень охотно покупают компакт-диски, предпочитая iTunes и другие интернет-ресурсы. Возможно, это делается и для того, чтобы «вытолкнуть» серьёзных меломанов в сегмент дисков высокого разрешения (SACD и DVD-Audio, а с некоторых пор и Blu-ray), однако эти релизы далеко не всегда и не везде доступны. Ассортимент музыкальных онлайн-магазинов, торгующий Hi-Res-файлами, постепенно расширяется и, возможно, станет решением проблемы. Но к тому времени продажи компакт-дисков могут снизиться до критического значения. И виноваты в этом будут не пираты, а менеджмент рекорд-компаний, который держит покупателей музыкальной продукции за идиотов, лишённых слуха.

Подготовлено по материалам журнала "Салон AudioVideo"

ASW,  AUDIO PRO,  B&W,  Cambridge Audio,  Canton,  Cerwin-Vega!,  DALI,  Dynaudio,  Elac,  HECO,  JAMO,  JBL,  KEF,  KLIPSCH,  MAGNAT,  Martin Logan,  Meridian,  MONITOR AUDIO,  MT-Power,  NAD,  Onkyo,  PARADIGM,  PMC,  PSB,  Q Acoustics,  RBH,  Sonus Faber,  SpeakerCraft,  TANNOY,  TRIANGLE,  Wharfedale,  YAMAHA,  Anthem,  ARCAM,   Denon,  Harman/kardon,  Marantz,  NAD,  Pioneer,  SHERWOOD,   Arcus,  Cambridge Audio,   Cyrus,  Denon,   Micromega,  Musical Fidelity,  PARASOUND,  Pioneer,  Pro-Ject,  Rotel

Бумага - лучший материал для производства диффузоров

Бумага - лучший материал для производства диффузоров

С момента появления диффузорных электродинамических громкоговорителей в серийном производстве и до настоящего времени основным материалом для изготовления диффузоров в мировой промышленности остается целлюлоза.

С момента появления диффузорных электродинамических громкоговорителей в серийном производстве и до настоящего времени основным материалом для изготовления диффузоров в мировой промышленности остается целлюлоза. Это объясняется уникальными природными свойствами целлюлозы. Особенности химической структуры и физико-механического строения целлюлозы позволяют с помощью различных технологических режимов ее переработки получать материал - бумагу, свойства которой могут в зависимости от области применения варьироваться в очень широких пределах.

 

Для производства громкоговорителей используется несколько видов целлюлоз (хвойных, лиственных, растительных) и их композиций, что позволяет с помощью специальных технологических процессов (размола, отлива, прессования, пропитки) получать материалы для диффузоров с хорошим сочетанием физико-механических свойств: достаточно большой начальной упругостью и линейностью упругих характеристик в широком диапазоне изменения нагрузки и частоты; относительно малой плотностью; довольно большим демпфированием. Кроме того, поскольку субъективно воспринимаемое качество звучания ГГ (как уже отмечалось) не может в настоящее время быть полностью формализовано с помощью известного набора объективных параметров, можно предположить, что естественность тембра, "мягкость", "натуральность" звучания лучших динамических громкоговорителей также в значительной степени обусловливается свойствами природного материала - целлюлозы.

 

Целлюлоза - это полимерное волокнистое вещество из группы углеводородов. Макромолекула химически чистой целлюлозы (клетчатки) представляет собой высокомолекулярный полисахарид, образующийся путем упорядоченного расположения глюкозных остатков, соединенных в цепевидные молекулы. Длина целлюлозных молекул изменяется от 0,15 до 1,1 мкм.

Целлюлоза при обычной температуре представляет собой полимер, находящийся в стеклообразном состоянии (температура стеклования примерно 220° С). В этом состоянии для полимеров характерны в основном упругие обратимые деформации. За счет взаимодействия с водой (или другим пластификатором) температура стеклования целлюлозы снижается ниже комнатной, поэтому мокрая целлюлоза находится в вязкоупругом состоянии и обладает совершенно другими механическими свойствами, чем сухая целлюлоза.

Техническая целлюлоза, применяемая в том числе и для производства диффузоров, не представляет собой химически чистого продукта - клетчатки, а содержит ряд компонент, оказывающих существенное влияние на свойства бумажных оливок. Основные из них:

альфа-целлюлоза-химически чистая клетчатка. Она определяет механическую прочность, химическую и термическую стойкость и долговечность бумаги. Однако альфа-целлюлоза плохо фибриллируется в процессе размола;

гемицеллюлоза - группа углеводов, состоящая в основном из гексозанов и пентозанов, по составу близких к альфа-целлюлозе, но со степенью полимеризации п порядка 100. Она пластифицирует волокна, облегчает их фибриллирование, способствует повышению связей между волокнами, улучшает процесс проклейки бумаги;

лигнин - органическое вещество, обусловливающее жёсткость и твердость древесины. В процессе приготовления целлюлозы (варки) содержание его удается снизить до 4..5%. Лигнин оказывает неблагоприятное действие на процесс размола, ухудшает условия сцепления волокон. Кроме того, в технической целлюлозе содержится оксицеллюлоза (продукты распада альфа-целлюлозы под влиянием окислительных процессов), зола (соли кальция, магния) и др.

Техническая целлюлоза получается при обработке древесной щепы (или растительной массы) щелочными и кислыми химикатами при повышенной температуре. В зависимости от способа обработки (варки) можно получить целлюлозу с различными свойствами. В производстве диффузоров используются целлюлозы, полученные сульфатным (щелочным)- "СФА целлюлоза" или сульфитным (кислым) способом - CФИ целлюлоза. При сульфитном способе варка древесной щепы происходит в кислом растворе бисульфита кальция, а при сульфатном-в щелочном растворе едкого натра и сульфата натрия. Сваренную массу промывают горячей водой, а затем на специальной машине превращают в листовой материал (волокнистый полуфабрикат целлюлозы). На бумагообразующие свойства целлюлозы, а следовательно, и на качество получаемых и нее диффузоров решающее влияние оказывают свойства исходных волокнистых материалов и способ их переработки (варки).

Свойства волокнистых материалов зависят от химического состава волокна и их физио - механической структуры. Химический состав волокна определяется строением клеток, из которых это волокно состоит и зависит от вида выбранного сырья. Для изготовления древесной целлюлозы используются следующие основные породы древесины: ель, сосна, тополь, бук, береза, осина, липа и др. Для диффузоров применяются в основное волокна хвойной целлюлозы из ели и сосны. Волокна хвойной целлюлозы обладают лучшими физико-механическими параметрами, в частности длиной волокна, являющейся важнейшим показателем качества целлюлозы. Применение длинноволокнистой целлюлозы обеспечивает возможность получения механически прочной бумаги с высокими значениями динамической упругости Е и коэффициента затухания. Наибольшую длина волокна имеют целлюлоза из сосны. Кроме того, волокна хвойных пород обладают наилучшим коэффициентом жесткости (отношением толщины стенок к ширине волокна), что оказывает существенное влияние на повышение изгибной жесткости диффузоров. Наконец, волокна хвойной древесину имеют трубчатое строение, что обеспечивает пухлость, хорошую впитывающую способность бумаги. С целью увеличения однородности бумажных отливок, уменьшения внутренних напряжении при усадке бумаги во время сушки добавляют в композиции бумажных масс коротковолокнистые волокна лиственных пород с длиной волокна lср= 1,15...1,20, шириной h =0,02. ..0,03 (осины, березы, бука и др.). Кроме того, для увеличение механической прочности и долговечности бумажных отливов в производстве диффузоров используют длинноволокнистые растительные волокна недревесного происхождения (лен, конопля, хлопок и др.).

 Важнейшее влияние на бумагообразующие свойства целлюлозы оказывает способ ее получения (в результате варки) из древесной щепы. Как уже было отмечено, сульфатная целлюлоза получается при варке щепы в щелочной среде, а сульфитная - в кислой. Кислая среда обусловливает более интенсивное воздействие на структуру растительного волокна, что приводит к снижению его долговечности и механической прочности. В результате сульфитная (СФИ) и сульфатная (СФА) целлюлозы отличаются процентным содержанием альфа-целилюлозы, гемицеллюлозы, лигнина и др. (например, у отечественной СФА целлюлозы: альфа-целлюлозы 84...88%, гемицеллюлозы 9. ..11%, лигнина 3...4%, смолы, золы и др. 1%), а также распределением остаточного лигнина в волокнах; длиной молекул, целлюлозы и распределением их в волокне. У сульфатной целлюлозы лигнин и гемицеллюлозы распределены равномерно в толще клеточной стенки волокна, чем объясняется трудность отбелки, низкая набухаемость и трудность размола этого вида целлюлозы. У сульфитной целлюлозы они находятся в наружных слоях оболочки, и поэтому она более доступна для обработки. Волокна СФА целлюлозы более гибкие, они меньше укорачиваются при размоле и придают бумаге более высокие показатели механической прочности. Для уменьшения скручиваемости бумаги, обеспечения последующего процесса отбелки и увеличения растяжимости нередко используют композиции из сульфатной и сульфитной целлюлозы.

В практике производства диффузоров употребляется беленая, так и небеленая целлюлоза. Режим отбелки включает трехступенчатый процесс хлорирования целлюлозы, в некоторых случаях, когда не требуется высокая степень белизны, применяется двухступенчатый или одноступенчатый процесс. В процессе отбелки жесткость целлюлозы несколько уменьшаются.

 Подбор композиции для ГГ разного назначения является одним из труднейших моментов в процессе их разработки. Отличия в качестве звучания ГГ различных фирм (иногда близких по конструкции) в первую очередь зависят от подбора композиции бумажных масс, включающих в себя в ряде случаев более десяти компонентов, поэтому большинство фирм, производящих ГТ, сообщают в статьях, рекламных данных, каталогах подробные сведения об их конструкции и крайне редко приводят данные о композициях бумажных масс и видах пропитки. Именно эти сведения и составляют, как правило, "секрет" фирмы.

В производстве бумажных диффузоров можно выделить два типа композиций: на основе различных марок целлюлозы (хвойной, льняной, растительной) и смеси целлюлозы с синтетическими, минеральными, углеродными и металлическими волокнами.

 Необходимо отметить, что во все композиции добавляются в процессе размола различные химические добавки и пропитки. Для низкочастотных ГТ в добавляют длинноволокнистые шерстяные волокна, что позволяет увеличить коэффициент демпфирования в материале диффузора и уменьшить неравномерность АЧХ. Каждый раз при разработке нового типа громкоговорителя происходит длительный поиск оптимального для него состава композиции.

Композиции второго типа, т. е. смесь целлюлозы с высокомолекулярными волокнами: углеродными, асбестовыми, угольными, из окиси алюминия, стекла и др., начали использоваться в производстве диффузоров сравнительно недавно. Введение таких волокон в целлюлозу позволяет увеличить ее жесткость (модуль упругости возрастает в 1,5...2 раза) за счет высокой жесткости самих волокон. Наиболее известной композицией такого типа, получившей название carbocon является смесь хвойной целлюлозы с углеродными волокнами.

 Таким образом, целлюлоза как в чистом виде, так и в составе различных композиций продолжает оставаться основным и самым интересным материалом для производства диффузоров.

Подготовлено по материалам книги "Электродинамические громкоговорители" И.А. Алдошиной