2. Характеристики и качественные показатели тракта в целом и его отдельных звеньев

Сквозные характеристики тракта складываются из характеристик его отдельных звеньев. Характеристики некоторых из них (назовем их условно неуправляемыми звеньями) являются вполне определенными, однозначными. Изменить их бывает очень трудно или даже невозможно. Характеристики других звеньев (управляемых), напротив, легко поддаются изменению и могут быть сделаны любыми по нашему желанию.

Примером первых могут служить акустические характеристики помещения, в котором происходит звуковоспроизведение (среды "Б"): коэффициенты отражения и поглощения звука и их частотный ход, время реверберации, наконец, площадь, форма, объем помещения. Примером вторых являются частотные характеристики, коэффициент усиления, выходная мощность усилительного тракта.

Поскольку перед нами в конечном итоге всегда стоит задача получения некоторых оптимальных для данного случая характеристик всего тракта в целом, то гибкость характеристик управляемых звеньев и их количественные пределы должны позволять в такой-то мере компенсировать недостатки характеристик неуправляемых звеньев.

Характеристики неуправляемых звеньев на практике оказываются исключительно разнообразными и меняются от случая к случаю в очень широких пределах. Поэтому и характеристики управляемых звеньев должны быть также довольно гибкими.

Прежде чем переходить дальше к конкретному рассмотрению характеристик Hi-Fi тракта, представляется полезным высказать несколько общих соображений. Дело в том, что до сих пор термин "High Fidelity" и схожие с ним по смыслу русские названия "аппаратура высококачественного звучания", "аппаратура ВВВ" (высокой верности воспроизведения), "широкополосные НЧ установки" не выражали каких-либо конкретных, четко ограниченных характеристик или параметров (тем более, связанных между собой определенным образом), а просто предполагали, что такая аппаратура чем-то выгодно отличается от обычной радиовещательной аппаратуры, причем у этой последней также не имелись в виду какие-то конкретные параметры.

Отсутствие конкретности в определении терминов Hi = Fi, BBB и им подобных породило произвольность толкования понятия "высокое качество звучания", в связи с чем представляется целесообразным внести ясность в этот вопрос.

Автор понимает, что такая "ясность" может явиться лишь результатом широкого обсуждения этого вопроса большим кругом специалистов. Тем не менее он считает возможным предложить свою точку зрения как исходную для такого обсуждения.

Итак, если принять условно, что аппаратура "Hi-Fi" в любых случаях должна быть лучше (во всяком случае не хуже) массовой серийной радиовещательной аппаратуры, в том числе и первого класса, по каждому из параметров, то, вероятно, нетрудно составить такую таблицу (табл. 1), которая определит минимальные требования к Hi-Fi аппарату.

Таблица 1
 
Допустимая величина коэффициента нелинейных 
искажений, включая громкоговорители, %, 
в области частот: 
   а) до 200 гц  . . . . . . . . . . . . . . .   3,0 
   б) свыше 200 гц . . . . . . . . . . . . . .   2,0 

Выходная мощность, вт, при допустимых 
значениях к.н.и. на частотах: 
   а) до 5 кгц . . . . . . . . . . . . . . . .   10,0 
   б) выше 5 кгц . . . . . . . . . . . . . . .    4,0 

Неравномерность частотной характеристики 
коэффициента передачи тракта, дб: 
   а) по напряжению    . . . . . . . . . . . .  ± 2,0 
   б) по звуковому давлению  . . . . . . . . .  ±10,0 

Динамический диапазон, дб: 
   а) сквозной . . . . . . . . . . . . . . . .   50,0 
   б) электрического тракта  . . . . . . . . .   66,0 

Отклонение фактических кривых 
тонкомпенсации при регулировании громкости 
от идеальных кривых равной громкости, %           ±15

Количество независимых участков полной
полосы пропускания, регулируемых 
отдельными регуляторами тембра . . . . . . .        2 

Глубина регулировки тембра на частотах,
соответствующих внешним границам 
регулируемого участка спектра, дб . . . . . .     ±16 

Ширина полосы пропускания всего тракта, гц      40-20000  

Взаимное влияние регуляторов тембра на
граничной частоте, дб . . . . . . . . . . . .    ±2,0 

Число полосных (частичных) трактов  . . . . .     2-4

Эта таблица является некоторой усредненной, составленной по данным действующих ГОСТ на отечественную радиовещательную аппаратуру, фактическим данным серийных радиоприемников, табличным (справочным) данным зарубежной Hi-Fi аппаратуры Широкого потребления, а также по ее фактическим характеристикам. Вполне понятно, что данные, приведенные в таблице, нуждаются в уточнении.

При рассмотрении таблицы сразу бросается в глаза наличие ряда новых параметров, не оговариваемых для обычной НЧ аппаратуры. Это объясняется тем, что резкое повышение требований к качеству звучания заставляет обычные характеристики доводить до такого совершенства, что при этом уже становятся существенными и те характеристики, о которых для посредственных аппаратов не приходилось и говорить.

И в то же время цифры, приведенные в табл. 1, сейчас уже кг являются предельными, обеспечивающими идеальное качество звучания. Напротив, как уже указывалось выше, это лишь тот нижний предел, который позволяет провести грань между обычной и высококачественной НЧ аппаратурой.

Уже сейчас имеется ряд аппаратов, параметры которых значительно превосходят указанные в табл. 1, причем диапазон многих параметров таков, что вполне уместным становится вопрос о разделении всего многообразия Hi-Fi устройств в свою очередь по крайней мере на два класса, один из которых можно условно назвать "стандартный Hi-Fi класс", а второй - "экстра-класс".

Такое разделение будет тем более правомерно, что в ближайшие годы аппаратура Hi-Fi будет неуклонно совершенствоваться, и многие из сегодняшних "высококачественных" аппаратов в дальнейшем окажутся обычными, стандартными.

Если согласиться с таким разделением (разумеется, что названия для этих классов или групп совершенно условны и не принципиальны), то будет логично приведенные в табл. 1 параметры "стандартного Hi-Fi класса" определить численно и для "экстра-класса". Такие ориентировочные значения приведены в табл. 2.

Таблица 2
 
Полоса пропускания, гц:
   а) электрического тракта . . . . . .  10-50000 
   б) сквозная (по звуковому давлению)   20-25000 

Неравномерность частотной характеристики 
коэффициента передачи тракта, дб: 
   а) по напряжению . . . . . . . . . .    ±2,0 
   б) по звуковому давлению . . . . . .    ±6,0 

Выходная мощность при допустимых 
значениях к.н.и., вт, на частотах: 
   а) до 5 кгц . . . . . . . . . . . .     25,0 
   б) выше 5 кгц . . . . . . . . . . .     10,0 

Допускаемая величина коэффициента 
нелинейных искажений, включая 
громкоговорители, % в области частот: 
   а) до 200 гц . . . . . . . . . . .       1,5 
   б) выше 200 гц . . . . . . . . . .       0,5 

Динамический диапазон, дб: 
   а) сквозной . . . . . . . . . . .        60 
   б) электрического тракта  . . . .        80 

Отклонение фактических кривых 
тонкомпенсации при регулировании 
громкости от идеальных кривых 
равной громкости, %  . . . . . . . .       ±7,0 

Количество независимых участков полной
полосы пропускания, регулируемых 
отдельными регуляторами тембра . . .         4 

Глубина регулировки тембра на частотах, 
соответствующих внешним границам всей 
полосы пропускания тракта, дб . . . . .    ±20,0 

Глубина регулировки остальных 
регуляторов тембра, дб    . . . . . . .    ±15,0 

Взаимное влияние регуляторов тембра на 
граничной частоте (частоте раздела), дб    ±1,0 

Число полосных трактов: 
   а) для монофонических установок . .       3 
   б) для стереофонических установок .       4

Ряд характеристик, приведенных в таблицах, такие как полоса пропускания, коэффициент нелинейных искажений, выходная мощность, отличаются от аналогичных характеристик обычных систем только количественно, поэтому мы не будем на них останавливаться. Другие же характеристики полезно рассмотреть более подробно.

Динамический диапазон - один из важнейших показателей, характеризующих вещательный сигнал и качество тракта. Различают динамический диапазон сигнала и динамический диапазон тракта.

Музыканты, говоря о динамике исполнения того или иного произведения, имеют в виду размах, широту громкостей звучания, от самого тихого звучания (пианиссимо) до самого громкого (фортиссимо). В соответствии с этим художественным понятием появился технический термин - динамический диапазон вещательного сигнала. Под ним понимают отношение максимальной мощности, развиваемой за время данного исполнения музыкальным ансамблем или одним исполнителем, к минимальной мощности. Принято выражать динамический диапазон в логарифмических единицах - децибелах:

В электрическом тракте отношение мощностей может быть заменено квадратом отношения соответствующих напряжений:

Сигнал с большим динамическим диапазоном подвергается в усилительном тракте различным искажениям. При больших мощностях возрастают нелинейные искажения. Слабые сигналы будут "замаскированы" шумами тракта. Поэтому вводят понятие динамического диапазона тракта - отношение наибольшей выходной мощности тракта при заданных нелинейных искажениях к мощности шумов и фона (в той же точке тракта). Динамический диапазон тракта также обычно выражают в децибелах.

Очевидно, что даже самые тихие звуковые сигналы не должны яти с той же громкостью, что и шумы, а должны значительно превосходить их. Поэтому динамический диапазон тракта на 10-20 дб должен быть больше динамического диапазона передаваемого по нему сигнала.

Поскольку тракты с большим динамическим диапазоном стоят дороже, в технике вещания принято ограничивать различными искусственными путями естественный динамический диапазон исполняемых произведений. Чаще всего для этого прибегают к ручной регулировке электрического сигнала, производимой особо подготовленным оператором - звукорежиссером. Очевидно, что при этом частично снижаются художественные достоинства передаваемого или записанного сигнала. В некоторых случаях удается улучшить качество воспроизводимого сигнала с помощью особых автоматических регуляторов - расширителей (экспандеров).

Тонкомпенсированное регулирование громкости является обязательным для любых систем Hi-Fi. Чувствительность человеческого слуха не зависит от частоты лишь при больших громкостях. По мере уменьшения громкости чувствительность к звукам низших - высших частот падает, что субъективно приводит к потере низкочастотных и высокочастотных составляющих сигнала. Поэтому для равного ощущения громкости на различных частотах при уменьшении ее абсолютной величины необходимо, чтобы частотная характеристика регулятора изменялась в зависимости от уровня сигнала по определенному закону, известному под названием "кривые равной громкости". Эти кривые довольно точно установлены и имеются в справочной литературе.

Создать регулятор громкости с плавной регулировкой, имеющий частотную характеристику, точно соответствующую кривым равной громкости, очень трудно, поэтому табл. 1 предусматривает отклонение фактических характеристик регулятора от идеальных на ±15% для систем "стандартного Hi-Fi класса". Для систем "экстра-класса" табл. 2 предусматривает более жесткие нормы.

Количество регуляторов тембра для обычных НЧ трактов, как правило, не превышает двух. Мы сохранили это минимальное количество и для систем "стандартного Hi-Fi класса". Однако два регулятора тембра ("высших" и "низших" частот) не могут обеспечить формирование всех нужных сквозных частотных характеристик тракта, т. е. делают систему недостаточно гибкой для компенсации всех искажений, возникающих в неуправляемых звеньях тракта.

Поэтому для систем "экстра-класса" приходится предусматривать не менее четырех плавных регуляторов тембра и, кроме того, ступенчатый регулятор, обеспечивающий получение нескольких типовых характеристик типа "Джаз", "Концерт", "Интим", "Речь" и др.

Фактор демпфирования определяется нами как отношение выходного сопротивления усилителя ко входному сопротивлению громкоговорителя, подключенного к усилителю. Эта величина, существенная для посредственных систем, приобретает очень важное значение для систем Hi-Fi. Физическая сущность демпфировавания заключается в том, что выходное сопротивление усилителя шунгирует громкоговоритель и тем самым предотвращает или сводит к минимуму свободные колебания излучателя звука после окончания возбуждающего импульса.

Идеально демпфированный излучатель должен совершенно безынерционно возбуждаться любым электрическим НЧ сигналом в пределах рабочей полосы частот и полностью прекращать колебания немедленно после снятия сигнала.

Разумеется, на практике никакая механическая система (в том числе и громкоговорители) не может быть безынерционной, поэтому после снятия сигнала колеблющаяся диафрагма (конус) громкоговорителя еще некоторое время продолжает совершать колебаний, но уже не с частотой сигнала, а на частоте собственного механического резонанса, т. е. акустическая система помимо полезного сигнала создает дополнительный, собственный "призвук", который, безусловно, искажает подлинность передачи.

Частота собственного механического резонанса у мощных низкочастотных громкоговорителей лежит обычно в диапазоне 30-100 гц, поэтому отсутствие демпфирования приводит к так называемому "бубнению".

Чтобы устранить свободные колебания системы, необходимо увеличить ее затухание. Одним из способов увеличения затухания является шунтирование колебательной системы малым активным сопротивлением. Таким шунтом для громкоговорителей служит выходное сопротивление усилителя. Для получения эффективного демпфирования нужно уменьшать выходное сопротивление усилителя, что, в частности, достигается увеличением его выходной мощности, а также применять громкоговорители с большим электрическим сопротивлением или включать их последовательно.

Условия неискаженного усиления и воспроизведения низкочастотных и высокочастотных составляющих звукового спектра в значительной степени противоречивы. Противоречивость этих условий возрастает с увеличением номинальной мощности усилителя и громкоговорителя. Легче получить малые частотные и нелинейные искажения в том случае, если для передачи и воспроизведения сигнала с широким спектром разделить этот спектр на две и более полос, а усиление и воспроизведение вести с помощью нескольких усилителей и громкоговорителей.

Число полос монофонического Hi-Fi тракта должно быть не меньше двух. Соответственно для стереофонического звуковоспроизведения понадобится два двухполосных усилительных тракта и два акустических звуковоспроизводящих агрегата, также двухполосных.

Лишь простейшие стереофонические установки могут содержать два широкополосных тракта, однако и в этом случае электрический сигнал каждого тракта с помощью фильтров должен быть направлен к двум излучателям: низкочастотному и высокочастотному. В стереофонических системах "экстра-класса" каждый из стереотрактов должен быть разделен на два или три частичных тракта для отдельных полос спектра.

Относительно частот разделения спектра пока что нет единого мнения. Так, при разделении спектра на два участка (наиболее рас простреленный случай) ряд авторов рекомендует выбирать грани раздела в области 600-1000 гц, другие же рекомендуют в качестве граничной частоту в диапазоне 3000-5000 гц.

Очевидно этот вопрос будет разрешен со временем, когда накопится достаточный опыт эксплуатации многополосных систем. Пока же можно лишь утверждать, что частота раздела не должна лежать ниже 800 гц или выше 4 кгц.

Рассмотренными параметрами, разумеется, не исчерпывается характеристика Hi-Fi тракта, но ограниченный объем книги не позволяет рассмотреть тракт более подробно. Однако приведенных данных достаточно для того, чтобы представить себе требования, которые, по нашему мнению, должны предъявляться к системам высококачественного звуковоспроизведения.