5. Методы объективной и субъективной оценок параметров Hi-Fi тракта в лабораторных и любительских условиях

Существуют два разных метода оценки качества звуковоспроизводящей аппаратуры. Первый из них - объективный - заключается в строгом численном определении всех отдельных параметров и характеристик аппарата. В отношении УНЧ, например, это означает снятие частотных и амплитудных характеристик, измерение чувствительности, уровня фона и шумов, выходной мощности и т. д.

По этим строгим цифровым данным легко отнести усилитель к тому или иному классу, можно сравнивать его с другими усилителями, но нельзя ответить на один и в то лее время самый важный вопрос: как будет звучать звуковоспроизводящая установка с этим усилителем и в данном помещении.

Дело здесь совсем не в том, что качество звучания зависит не только от усилителя, но и от громкоговорящего агрегата, и от помещения для прослушивания, и от целого ряда других факторов. Безусловно, каждый из этих факторов является в одинаковой степени определяющим качество звучания, и большинство этих факторов можно точно учесть, измерить, сравнить, т. е. оценить объективно.

И тем не менее даже два совершенно одинаковых по параметрам и характеристикам устройства всегда отличаются друг от друга характером звучания, не говоря уже о разных конструкциях устройств одного и того же класса.

Для звуковоспроизводящей аппаратуры высшего класса дело обстоит точно таким же образом, что и для музыкальных инструментов - в каждой из них всегда заключена своя неповторимая особенность, которую нельзя практически не только измерить или оценить, но даже в большинстве случаев невозможно точно определить.

Именно поэтому при сравнении или определении класса качества тех или иных систем звуковоспроизведения наряду с объективной оценкой обязательно проводят также испытания систем непосредственно на качество звучания, т. е. оценивают систему субъективно по тому впечатлению, которое система производит на слушателя.

На первый взгляд может показаться, что такая оценка всегда будет неточной, необъективной, поскольку каждый слушатель воспринимает одно и то же звучание по-разному. И тем не менее существуют математически строгие методы, например статистические, позволяющие сделать субъективную оценку строгой и однозначной. Мы подробнее рассмотрим эти методы несколько позже, но сначала вернемся к методам объективной оценки.

Для объективной оценки тракта необходимо расчленить его на отдельные звенья, каждое из которых подвергается точным измерениям с помощью соответствующей аппаратуры. Результаты измерений обязательно фиксируют в виде протоколов, таблиц и графиков, а затем сравнивают с величинами, предписанными стандартами, техническими условиями или нормами.

Это позволяет либо определить, к какому классу можно отнести данный аппарат или узел, либо выяснить, какие из характеристик аппарата следует изменить и в какую сторону, чтобы после этого аппарат можно было отнести к некоторому конкретному классу.

Многим может показаться, что такая скрупулезность и формальность ни к чему, когда речь идет о радиолюбительской аппаратуре: чего удалось достичь, то и хорошо. Однако такой подход совершенно исключает разговор об аппаратуре высококачественного звуковоспроизведения. Hi-Fi аппаратуру нельзя получить только повторением, даже самым безукоризненным, какого-нибудь описания. Параметры любого узла Hi-Fi тракта и всего тракта в целом обязательно должны быть индивидуально "доведены" до некоторых, твердо установленных значений, причем такое доведение должно быть жестким и неукоснительным, без каких-либо скидок на "радиолюбительство". Только в этом кроется залог успешного создания Hi-Fi системы.

Настоящий параграф посвящен только методам оценок параметров тракта, поэтому здесь нет возможности остановиться на способах доведения тех или иных параметров тракта до требуемых значений. По мере возможности эти вопросы будут рассмотрены в последующих главах.

Итак, метод объективной оценки. По существу это не что иное, как совокупность электрических и акустических измерений. Здесь нужно прежде всего выделить те звенья тракта, в которых совершенно необходимо произвести измерения. К таким звеньям относятся датчик-преобразователь сигнала на входе тракта, УНЧ со всеми входящими в него системами и звеньями тракта, и, наконец, акустический преобразователь на выходе тракта.

Датчик-преобразователь сигнала в радиолюбительской практике звуковоспроизведения может представлять собой либо микрофон, либо граммофонный звукосниматель, либо магнитофонную головку, а в более редких случаях - адаптер какого-нибудь музыкального инструмента.

Микрофон в радиолюбительской практике по существу почти никогда не используется для записей в системе Hi-Fi. Это объясняется тем, что для получения музыкальной записи совершенно необходимо, чтобы среда "А" представляла собой хорошо оборудованную студию. Редчайшее исключение составляет случай, когда нужно с высокой верностью записать и сохранить чей-нибудь голос или музыкальное исполнение на одиночном инструменте.

Во всех этих случаях необходимо применить радиовещательный микрофон, а единственным объективным фактором его качества является заводской паспорт и частотная характеристика. Проверить соответствие фактических характеристик микрофона паспортным в любительских условиях нет никакой возможности, да и в лаборатории такая проверка требует сложной и громоздкой аппаратуры и специально оборудованного помещения.

Снять характеристики звукоснимателя в любительских условиях возможно, однако для этого совершенно необходимо иметь испытательные пластинки, рассчитанные на соответствующую скорость вращения, по возможности новые.

Без испытательной пластинки измерения, к сожалению, невозможны. Техника измерений довольно проста. К выходу звукоснимателя подключают милливольтметр с высокоомным входом без дополнительных звеньев, кроме эквивалента нагрузки, соответствующего входному сопротивлению усилителя тракта.

Установив звукосниматель на пластинку, определяют и записывают выходные напряжения, соответствующие разным частотам. Позже по полученным значениям строят график частотной характеристики звукоснимателя.

Далее к звукоснимателю подключают измеритель нелинейных искажений и таким же образом определяют величины коэффициента нелинейных искажений звукоснимателя на разных частотах. Чувствительность звукоснимателя оценивается величиной выходного напряжения на частоте 1000 гц при заданной амплитуде записи.

Магнитофонную воспроизводящую головку проверяют с помощью измерительных лент. Существуют ленты для измерения усиления и частотной характеристики воспроизводящего тракта магнитофона, измерения сквозных характеристик магнитофона, проверки положения рабочих зазоров головок, измерения коэффициента неравномерности движения ленты. Для каждого номинала скорости воспроизведения существуют свои измерительные ленты, причем точные, истинные характеристики головки можно получить лишь в том случае, если фактическая скорость протяжения измерительной ленты относительно испытуемой головки точно соответствует номиналу скорости.

Техника измерения может быть такой же, как и в случае звукоснимателя, однако лишь в тех случаях, когда минимальный выходной сигнал головки превышает 0,1 мв. В противном случае для измерений потребуется специальный, согласованный по входу и по выходу усилитель с горизонтальной частотной характеристикой в пределах рабочей полосы частот головки. Его можно собрать на одном ламповом триоде или транзисторе. Перед измерением головки должна быть снята частотная характеристика этого усилителя. Характеристика головки будет разностью частотных характеристик головки вместе с усилителем и одного усилителя. Во всех случаях при измерениях с головкой необходимо обеспечить тщательное экранирование всех переходов.

Объективная оценка акустической системы сводится к измерению ее полного входного электрического сопротивления на частоте 1000 гц, определению частоты собственного механического резонанса, наличия призвуков и дребезжаний во всем рабочем диапазоне частот, проверке синфазности всех громкоговорителей системы, Эти, хотя и неполные, измерения могут и должны быть произведены даже в любительных условиях.

Остальные объективные измерения - снятие частотной характеристики и коэффициента нелинейных искажений по звуковому давлению, оценка к. п. д. системы и определение номинального звукового давления - могут быть произведены только в специально оборудованных лабораториях. Подробнее о технике измерений будет рассказано в гл. 4.

Объективные измерения УНЧ наиболее хорошо знакомы радиолюбителям. Обязательными для Hi-Fi усилителей любого класса являются следующие измерения:

1) снятие частотных характеристик усилителя в целом при четырех разных положениях регуляторов тембра и громкости (широкая и узкая полосы при максимальном положении регулятора громкости и широкая и узкая полоса при минимально возможном положении регулятора громкости);

2) определение нестабильности усиления на частоте 1000 гц при вращении регуляторов тембра из одного крайнего положения в другое и при переключении фиксированных регуляторов тембра;

3) определение комплексного выходного сопротивления усилителя и фактора демпфирования для данной конкретной нагрузки;

4) измерение чувствительности на частоте 1000 гц для всех входов и режимов использования;

5) измерение коэффициента нелинейных искажений при номинальной и максимальной выходной мощностях на реальной нагрузке на частотах 40, 60, 80, 120, 200, 400, 1000 гц, 2, 4, 6 и 10 кгц;

6) измерение уровня собственных шумов и фона усилителя;

7) определение динамического диапазона усилителя;

8) определение глубины регулировки каждого из регуляторов тембра.

Для стереофонических усилителей производят ряд дополнительных измерений, из которых важнейшими являются определение величины переходного затухания между каналами, степени перекрестной модуляции, глубины регулировки стереобаланса, а также степени идентичности одноименных характеристик разных каналов.

Для субъективной оценки тракта звуковоспроизведения производят одиночные и коллективные прослушивания испытуемой установки, при этом программа произведений для прослушивания подбирается особо с учетом их динамического диапазона, частотных границ, оркестрового состава и ряда других факторов.

Прослушивание промышленной аппаратуры обычно производят в помещении с определенными акустическими свойствами. В радиолюбительских условиях правильнее производить прослушивание в том помещении, для которого аппаратура предназначается. В этом случае при субъективной оценке будут выявлены все акустические особенности помещения и то, как эти особенности были учтены при конструировании и налаживании системы.

Методик субъективной оценки звуковоспроизводящей аппаратуры существует немало. Суть их сводится к тому, что несколько слушателей (чем больше - тем точнее оценка) в совершенно одинаковых условиях слушают одну и ту же программу и оценивают качество звучания по какой-нибудь, например пятибалльной, цифровой системе.

При этом каждый слушатель должен оценить не просто общее впечатление от системы, а целый ряд конкретных параметров. К таким параметрам в первую очередь относятся наличие пространственного впечатления (т. е. впечатления звуковой перспективы), прозрачности звучания (возможности различить звучание отдельных инструментов в общем ансамбле), музыкального равновесия (оценка соответствия громкости отдельных инструментов, групп инструментов или голосов солистов и хора), правильного воспроизведения тембра отдельных инструментов и певческих голосов, наличие или отсутствие мешающих звуков (шума и фона аппаратуры, хрипов, треска и др.).

Для того чтобы такая оценка в то же время была достаточно объективной и единообразной, полезно каждому слушателю предложить заполнить особую табличку, один из возможных вариантов которой приведен ниже.

Субьективная оценка не является самоцелью, а нужна для выявления наиболее "слабых" мест тракта. Если, например, при прослушивании все или большинство слушателей отметили наличие "бубнения" на низких частотах, значит после субъективных измерений следует снова произвести необходимые объективные измерения, которые позволяют выявить причины названного дефекта.

В нашем примере такими дополнительными объективными измерениями должны быть точное определение резонансной частоты, величины подъема частотной характеристики и ширины участка с подъемом в области собственного резонанса акустической системы в целом, величина фактора демпфирования, проверка отсутствия пиков в электрической частотной характеристике УНЧ на частотах, соответствующих механическим резонансам акустической системы.

После выявления и устранения всех дефектов, отмеченных при субъективных испытаниях, полезно повторить прослушивание.

Субъективные испытания могут дать нужные результаты только в том случае, когда все слушатели достаточно хорошо разбираются в вопросах качества звучания, а музыкальная программа для прослушивания подобрана правильно. Это означает, что в программе для прослушивания должны быть произведения разных жанров, содержащие самые разнообразные сочетания музыкальных инструментов, а также сольные вокальные (мужские и женские) исполнения.

Кроме того, необходимо, чтобы источник сигнала и датчик-преобразователь на входе тракта были, по крайней мере, того же класса, что и испытуемый тракт.

В программе испытания стереофонических устройств должны быть дополнительные элементы, позволяющие выявить эти особенности испытуемого тракта (например, эффект перемещения источника звука или определенность положения различных инструментов в пространстве). Нужно подчеркнуть, что поскольку здесь речь идет о Hi-Fi аппаратуре, субъективные испытания тракта даже в любительских условиях нужно рассматривать как необходимое звено в комплексной оценке тракта.

Таблица 3

В заключение этого раздела необходимо остановиться на измерительной аппаратуре, используемой для объективных испытаний. Дело в том, что привычная и широко распространенная среди радиолюбителей промышленная и самодельная измерительная низкочастотная аппаратура в большинстве случаев непригодна для измерений в тракте даже "стандартного Hi-Fi класса", не говоря уже об аппаратах "экстра-класса".

Такие общеизвестные приборы, как милливольтметр ЛВ-9 (МВЛ-2) или звуковой генератор ЗГ-10, которыми оснащены большинство радиоклубов, нельзя использовать при регулировке Hi-Fi усилителей, поскольку первый из них имеет полосу частот всего от 50 гц до 10 кгц, а второй имеет коэффициент нелинейных искажений порядка 0,7%.

Ясно, что с такой аппаратурой нельзя регулировать УНЧ, рабочая полоса которого равна 20-20000 гц, а к.н.и. не превышает 1%. Поэтому надо всегда осторожно относиться к различным журнальным описаниям усилителей с полосой свыше 30 кгц и к.н.и. менее 1%, поскольку далеко не все авторы таких описаний располагают возможностью достоверно измерить эти величины.

Из этого вовсе не следует, что такие усилители нельзя создать. В последней главе этой книги приведены описания Hi-Fi усилителей, сконструированных автором и имеющих полосу частот от 5-10 гц до 150-200 кгц и к.н.и. менее 0,5%. Эти результаты получены и проверены многократным повторением отдельных конструкций и действительно достоверны.

Речь идет об аппаратуре, с помощью которой такие измерения следует производить. Наша отечественная промышленность выпускает сейчас практически полный комплект измерительной аппаратуры, необходимой для низкочастотных измерений.

Обращаем внимание радиолюбителей на то, что далеко не все из них являются универсальными. Так, например, звуковые генераторы типов ГЗ-47 и ГЗ-39 имеют нижнюю границу генерируемых частот 0,01 гц, т. е. позволяют снимать нижнюю часть частотных характеристик любого звена Hi-Fi тракта даже экстра-класса, однако их верхняя граница составляет 20 и 11 кгц соответственно.

Генераторы ГЗ-44, ГЗ-35 и ГЗ-51, наоборот, имеют верхнюю границу порядка 100-200 кгц, однако нижняя граница составляет 10 гц для первого из них и 20 гц - для второго и третьего.

Но это еще не все. Если для снятия частотных или амплитудных характеристик годится комплект из двух разных генераторов, то для измерения нелинейных искажений могут быть использованы только ГЗ-35 и ГЗ-51, у которых собственный к.н.и. не превышает 0,05% для первого и 0,3% для второго. Все остальные генераторы, включая перечисленные выше новейшие широкополосные, для этого вида измерений непригодны, так как имеют собственный к.н.и. порядка 2%.

Таким образом, прежде чем начинать любые измерения в Hi-Fi тракте, нужно подобрать и найти всю необходимую измерительную аппаратуру. Мы рекомендуем радиолюбителям следующие приборы:

1) вольтметр типа ВЗ-6. Позволяет измерять переменные синусоидальные напряжения в пределах от 0,15 мв до 200 в. Частотный диапазон измеряемых напряжений от 5 гц до 1,0 Мгц;

2) анализаторы гармоник типов С5-3 и С5-3А. Предел измерений по частоте исследуемого сигнала от 10 гц до 20 кгц;

3) измеритель нелинейных искажений типа С6-1А. Частотный диапазон измеряемых напряжений от 20 гц до 20 кгц. Пределы измерения к.н.и. от 0,1 до 100%, к.н.и. собственного генератора НЧ не превышает 0,1%, а встроенный вольтметр имеет диапазон измеряемых напряжений от 1 мв до 100 в, что позволяет использовать этот прибор как универсальный комплект (генератор НЧ, вольтметр и измеритель коэффициента нелинейных искажений);

4) низкочастотный генератор качающейся частоты типа X1-22 позволяет непосредственно видеть на экране частотную характеристику измеряемого аппарата. Прибор совершенно незаменим при СНЯТИИ серий частотных характеристик, как, например, семейства кривых тонкомпенсированного регулятора громкости, регуляторов тембра, кланг-регистров и т. п. Частотный диапазон прибора от 20 гц до 20 кгц;

5) звуковой генератор типа ГЗ-39. Частотный диапазон от 0,01 гц до 11 кгц, к.н.и. = 2%, выходное напряжение регулируется в пределах от 9 мв до 10 в;

6) звуковой генератор типа ГЗ-47. Частотный диапазон от 0,01 гц до 20 кгц, к.н.и. = 2%, выходная мощность 0,63 вт на нагрузке 600 ом;

7) звуковой генератор типа ГЗ-51 (в основном для измерения к.н.и. испытуемого усилителя). Частотный диапазон от 20 гц до 200 кгц, собственный к.н.и. 0,05-0,3% в зависимости от частоты;

8) звуковой генератор ГЗ-35 (так же для измерений к.н.и.). Частотный диапазон от 20 гц до 200 кгц, собственный к.н.и. в пределах 0,02-0,05%;

9) звуковой генератор типа ГЗ-44. Частотный диапазон от 10 гц до 100 кгц с дискретной регулировкой через 1 гц, к.н.и. = 2%.