6.3.Усилители
Согласование пьезоэлектрических звукоснимателей. Частотная характеристика пьезоэлектрических звукоснимателей задается с допуском ±6 дБ. Этот качественный параметр, а также гибкость подвижной системы и связанная с ней чувствительность кристаллического звукоснимателя, как правило, сохраняются приблизительно в течение года. Поэтому запасную головку в заводской упаковке с пьезоэлемеитом из сегнетовой соли, входящую иногда в комплект аппаратуры, следует вскрывать непосредственно перед установкой в держатель тонарма.
Работу кристаллического звукоснимателя можно объяснить, рассматривая его как чувствительный к амплитуде генератор тока звуковых частот. Ток, возникающий в кристалле благодаря движению иглы, чрезвычайно мал (0,2—0,5 мкА). Поэтому при подключении головки звукоснимателя с большим собственным внутренним сопротивлением, например к усилителю с входным сопротивлением 0,5—1 МОм, можно получить напряжение 0,1—0,5 В. Подъем высоких частот, обусловленный характеристикой записи на лаковый диск, компенсируется собственным внутренним сопротивлением кристалла, имеющим емкостной характер. Однако результаты компенсации получаются различными из-за сильной зависимости собственного сопротивления кристалла от температуры, влажности и частоты (рис. 1).
Рис. 1. Теоретическая частотная характеристика предварительного усилителя для звукоснимателей, чувствительных к скорости V и амплитуде А
На основе представлений о генераторах тока кристаллические звукосниматели целесообразно подключать к нагрузке со значительно меньшим сопротивлением, чем их собственное внутреннее сопротивление (предполагая внутреннее сопротивление 160 кОм и собственную емкость 100 пФ на частоте 1 кГц). При сопротивлении нагрузки в 5 кОм звукосниматель уверенно воспроизводит сигналы до наивысшей частоты 13 кГц. Правда, теперь его выходное напряжение составляет только 2,5 мВ, но зато оно не зависит от изменения перечисленных выше факторов. Естественно, при такой нагрузке внутреннее сопротивление кристалла не может скомпенсировать характеристику записи с постоянными времени в точках перегиба 75, 318 и 3180 мкс. Поэтому в этом случае, так же как и при магнитных звукоснимателях, следует использовать специальные частотозависимые звенья. Их можно применить в предварительном усилителе, который должен примерно в 100 раз усиливать напряжение, сниженное до 2,5 мВ1.
Напряжение с керамических звукоснимателей, как правило, меньше напряжения, получаемого с кристаллических, но оно практически не зависит от температуры и влажности. Однако и в этом случае на выходе звукоснимателя целесообразно поставить корректор и предварительный усилитель, так как при последующем переоборудовании проигрывателя и установке в него магнитного звукоснимателя вся переделка сведется к выпаиванию двух нагрузочных сопротивлений.
Предварительный усилитель для магнитного звукоснимателя. Предварительный усилитель для головки звукоснимателя с подвижным магнитом должен иметь малый уровень шумов, большую чувствительность и большой запас по модуляции при малых искажениях. Оптимальное значение входного сопротивления обычно указывается в паспорте, прилагаемом к головке звукоснимателя. Например, для головки GP400 фирмы «Филипс», поступающей в продажу и в виде отдельного блока, предписывается сопротивление нагрузки на каждый канал по 47 кОм при максимальной емкости кабеля 250 пФ. Входное сопротивление усилителя не должно отличаться от заданного больше чем на 10%. Для увеличения отношения сигнал/шум предварительный усилитель помещается в экранирующий от магнитных полей металлический корпус (алюминий и медь для этой цели не годятся).
Усилитель, для снижения емкости кабеля, монтируют в корпусе проигрывателя как можно ближе к звукоснимателю Следует обратить внимание на то, чтобы после подпайки соединительных проводников не образовалась замкнутая заземляющая петля. Уровень сетевых помех можно снизить, выбрав подходящее место для усилителя внутри корпуса проигрывателя.
Для питания усилителя целесообразно использовать батарею плоских элементов. Из-за малого потребления тока срок службы одной батареи составляет в среднем 2—3 месяца. Можно также применить дистанционное питание предварительного усилителя, встроенного в проигрыватель, использовать для этой цели экраны сигнальных проводов правого и левого каналов, соединяющих проигрыватель и усилитель.
1 В Советском Союзе в настоящее время не выпускаются кристаллические головки звукоснимателей.
Неприятностей, возникающих из за ошибочной перестановки разъемов, можно избежать, если напряжение от стабилизированного блока питания подавать на экран через последовательно подключенное сопротивление, а в усилителе требуемое напряжение устанавливать стабилитроном (диодом Зенера). Если при сетевом блоке питания с большим внутренним сопротивлением из-за значительного подъема на низких частотах в предварительном усилителе при выведенном потенциометре регулятора громкости возникают биения, целесообразно предварительный усилитель запитать от собственного сетевого блока питания Рационально подавать переменное напряжение на сетевой трансформатор предварительного усилителя одновременно с включением двигателя проигрывателя. Размеры этого трансформатора должны быть такими, чтобы при напряжении в сети 220 В±10% не было перенасыщения. Фон с частотой 50 Гц из-за неизбежного рассеяния можно ослабить, применив замкнутый медный виток (медную фольгу), окружающий трансформатор снаружи.
Схемы предварительных усилителен на транзисторах и на интегральных микросхемах представлены на рис. 2. Транзистор 77 (ВС109С) работает в режиме с наименьшим шумом, соответствующим сопротивлению генератора 1 кОм.
Рис. 2. Принципиальные схемы предварительных усилителей на транзисторах (а) и интегральных микросхемах (б). Цифры в скобках означают выводы правого канала
Цепь RC обратной связи вместе с сопротивлением в цепи эмиттера транзистора 77 формирует характеристику, обратную характеристике записи. Если значения этих пяти элементов подобрать с допуском 1%, частотная характеристика предварительного усилителя будет удовлетворять требованиям, предъявляемым к усилителю. Если на выход транзистора Т2 подключить эмиттерные повторители, которые в одном из каналов нагружаются делителем на сопротивлениях, снижающим напряжение на 2 дБ, а в другом канале установочным потенциометром с пределами регулирования ±2 дБ, то можно выровнять каналы звукоснимателя на одной частоте. Эта регулировка осуществляется при воспроизведении сигнала 1000 Гц с амплитудой колебательной скорости 10 см/с и точно установленной противоскатывающей силой.
Оконечные усилители. С выхода предварительного усилителя снимается сигнал с относительно высоким уровнем и линейной частотной характеристикой. Этот сигнал может быть использован для записи на магнитофон. Далее он усиливается по мощности оконечным усилителем до уровня, необходимого для работы акустических систем. Однако идеальные акустические системы и безупречные по акустике жилые помещения на практике не встречаются, поэтому до оконечного усилителя устанавливаются разнообразные схемы регулирования уровня звука и его тембра (рис. 3). Регуляторами тембра можно снизить или увеличить усиление на низких или высоких частотах по сравнению со средними (800—1000 Гц). В отдельных усилителях имеются так называемые фильтры рокота и шума пластинки.
Но они ни рокот, ни шум пластинки не устраняют, а лишь ослабляют усиление на нижнем и верхнем участках полосы звуковых частот. При этом также ослабляются и полезные сигналы, несущие информацию о программе, записанной на пластинке. Поэтому лучше устранить первопричину, например рокот, чем использовать эти фильтры. Иногда можно встретить и регулятор со знаком «presence» (эффект присутствия), при помощи которого можно вызвать подъем на несколько децибел на частотах 1,5; 2,2; 3 или 4 кГц. Благодаря этому голос певца или некоторые солирующие инструменты будут звучать чище н ближе, что вызывает впечатление присутствия.
Рис. 3. Структурная схема и диаграмма уровней звукопроизводящих устройств после проигрывателя:
Правильная слуховая (так называемая физиологическая) регулировка громкости, как правило, может включаться и выключаться по усмотрению слушателя. При ее выключении сигналы на всех частотах усиливаются одинаково при всех значениях громкости. Но наш слух при меньшей громкости сильнее ощущает снижение низких звуков, поэтому при регулировке усилителя по правильному слуховому восприятию эта особенность слуха компенсируется автоматическим подъемом низких частот в размерах, зависящих от уровня громкости. Громкость двух каналов стереофонического усилителя можно сделать одинаковой при помощи балансного регулятора. Если на усилителе имеется переключатель стерео-моно, при прослушивании пластинок его всегда следует устанавливать в соответствующее положение.
Современные транзисторные усилители не выходят из строя при отсутствии нагрузки на входе, но быстро повреждаются, если выходные зажимы закорачиваются или к усилителю подключаются громкоговорители с сопротивлением много меньше номинального. Полупроводниковые усилители необходимо защищать и от случайного перегрева.
При размещении усилителя следует обратить внимание на то, чтобы его выходной трансформатор не оказался слишком близко от магнитного звукоснимателя.
При выборе усилителя основным параметром всегда является его выходная мощность. Однако этот параметр сам по себе еще ни о чем не говорит. Ибо мощность усилителя зависит от сопротивления громкоговорителя, и эта зависимость нелинейна, например усилитель с мощностью 22 Вт при нагрузке 4 Ом обеспечивает мощность 16 Вт при нагрузке 8 Ом и 19 Вт при нагрузке 16 Ом. Если используются громкоговорители с полным сопротивлением меньше номинального, то выброс по току, возникающий при включении усилителя, и его рабочий ток перегружают выходной каскад; в то же время такие громкоговорители меньше демпфируются внутренним сопротивлением усилителя н поэтому нагрузка на них будет большей.
Мощность при синусоидальном сигнале измеряется на частоте 1 кГц. При этой мощности измеряются также нелинейные искажения сигнала. Помимо синусоидальной мощности, задается и так называемая музыкальная мощность усилителя. Так как музыкальный сигнал состоит из составляющих с различными амплитудами, то его спектральная мощность в данной полосе больше, чем мощность, измеренная на одной частоте, таким образом ее значение в цифровом выражении получается больше, чем синусоидальная мощность, и поэтому лучше соответствует целям рекламы. При сравнении качеств усилителей более характерна синусоидальная мощность. Понятие музыкальной мощности сформулировать трудно. Однако есть определенный смысл и в этих данных, ибо они дают значение пиковой мощности, которую усилитель способен обеспечить только кратковременно. Но для каждой мощности всегда необходимо задавать нагрузочное сопротивление.
Следующим после мощности важным параметром усилителя является его амплитудно-частотная характеристика. Она указывает наивысшую и найнизшую частоты при выходной мощности 1 Вт и отклонения на границах полосы по отношению к ее центру. Показатель мощность — ширина полосы измеряется тогда, когда усилитель выдает по крайней мере половину номинальной мощности.
Важными качественными параметрами являются гармонические и интермодуляционные искажения. Первые из них оценивают количество высших гармоник отдельных тонов, а вторые — количество составляющих, образовавшихся от двух тонов различных частот. Гармонические и интермодуляционные искажения усилителя должны быть меньше, чем у звукоснимателя. Для современных усилителей это требование вполне выполнимо. Логично распространить это положение и на отношение сигнал/шум усилителя и звукоснимателя.
В последнее время все больше внимания обращается на второй основной электроакустический параметр усилителей — их фазовую характеристику. При линейной фазовой характеристике сигналы различных частот проходят через усилитель за одинаковое время. Если при прямолинейной амплитудно-частотной характеристике выполняется и это условие, то поданный на усилитель прямоугольный сигнал звуковой частоты с крутыми фронтами не будет иметь выбросов и искажений горизонтальной части, а также не вызовет самовозбуждения усилителя.
Суммируя перечисленное, можно сказать, что усилитель является наименее уязвимой частью всей стереосистемы.