Sаgittarius
Витя "интеграторовед" Подлец сквернослов плагиатор
Звукоинженеры традиционно склонны рассматривать усилитель и динамики как отдельные элементы в
цепочке hi-fi, связанные только в том смысле, что усилитель должен управлять динамиком. Однако исследования показали, что отношения усилитель-динамик намного выше, чем обычно показывают
обычные статические характеристики. Фактически, на звучание усилителя может радикально повлиять
поведение динамиков при воспроизведении высокоэнергетических переходных процессов
в музыкальном сигнале. Такие динамические соображения являются основой для новой технологии Kenwood, различные аспекты которой называются системой Sigma Drive.
Содержание:
Что такое Sigma Drive?
Динамическая и статическая производительность
История технологического прорыва компании Kenwood
Двойная система электропитания
Усиление постоянного тока
Система усилителя с прямым приводом
Высокоскоростной Усилитель
Немагнитная конструкция
Переключение нуля
Новый поворот в технологии отрицательной обратной связи
Коэффициент демпфирования и проблема обратной ЭДС
Коэффициент демпфирования более 10 000?
Сигма Драйв: как это работает
Данные говорят правду о Sigma Drive
Чем проще схема, тем лучше звук
Как складывается конкуренция
Sigma Drive - это метод контроля громкоговорителя усилителем мощности. Это не просто улучшенный кабель АС или улучшенные технические характеристики, а система, включающая множество взаимосвязанных элементов. Теперь коэффициент демпфирования - это не просто расплывчатая номинальная спецификация, измеряемая на выходе усилителя, а верный показатель способности усилителя управлять динамиком. Коэффициент динамического демпфирования усилителя Kenwood
фактически измеряется на входных клеммах АС.
Достоинства системы управления Sigma можно резюмировать так:
1. Оптимизированы возможности усилителя.
2. Кабель АС включен в контур отрицательной обратной связи усилителя.
3. Достигается полный контроль над противодействующей электродвижущей силой динамика.
4. Динамик вынужден точно воспроизводить музыкальные сигналы с усилителя.
5. Получено управление постоянным напряжением.
Эти факторы приводят к точному и достоверному воспроизведению музыкального сигнала выбранной
акустической системой. Привод Sigma обеспечивает настолько резкое повышение качества воспроизведения звука, что это требует подробного объяснения.
Динамическая и статическая производительность
Если вы следили за усилителями на протяжении многих лет, вы слишком хорошо знаете, что усилитель постоянно совершенствовался. С тех пор, как твердотельные устройства заменили вакуумные
лампы в качестве усилительных элементов, эти усовершенствования дизайна ускорились настолько, что
аудиомир теперь постоянно сталкивается с огромным количеством заявлений об улучшении параметров.
В последнее время переключение и перекрестные искажения в классе B были подвергнуты тщательному изучению, изобретена новая технология для борьбы с этим и утверждалось, что достигается радикальное уменьшение искажений.
Тем не менее, при внимательном изучении всей этой движухи возникает ощущение, что некоторые так называемые улучшения переоценены, если не излишни. Например, в чём реальный смысл снижения процента THD намного ниже порога заметности, на котором люди могут воспринимать любую разницу, особенно когда другие известные формы искажений остаются нетронутыми? Для многих наблюдателей это смахивает на игру в цифры.
В Кенвуде мы маршируем под другую мелодию.
Несмотря на то, что соблазн создать ослепительные технические характеристики с нулевой десятичной точкой, инженеры Kenwood пошли по более кропотливому пути, опираясь на значимые достижения
прошлого, чтобы линии развития развивались логично и рационально в пошаговой прогрессии, каждое усовершенствование прочно основано на предыдущем и тесно взаимосвязано с другими.
Но что подразумевается под словом "значимый"?
В настоящее время существует два взгляда.
Сторонники первого утверждают, что одни только технические характеристики не обязательно раскрывают истинные динамические (в отличие от статических) характеристики усилителя.
Другой предполагает, что чем проще схема, тем лучше будет звук: добавление большего количества электрических элементов для решения проблемы может привести к дополнительным проблемам.
Оба утверждения относятся к фактическому восприятию слушателем воспроизводимого звука.
Сосредоточив внимание на проблемах динамического воспроизведения, а не просто на улучшении
обычных характеристик, инженеры Kenwood внесли значительный вклад в область аудиоэлектроники.
Давайте просто остановимся и рассмотрим их на мгновение, потому что каждый из них играет важную роль в системе Sigma Drive.
История технологических прорывов компании Kenwood
Двойная система электропитания
В 1975 году инженеры Kenwood разработали теорию, основанную на концепции динамических перекрестных помех. Это была теория, которая отошла от традиционной
конструкции усилителя, решив проблему искажений, возникающих
в источнике питания, которая не была выявлена при измерениях статических характеристик. Но такие искажения были явно выявлены новыми методами динамического измерения, используемыми инженерами Kenwood, включая импульсные сигналы, идентичные тем, что используются в музыке, и
методы тестирования меандром, широко используемым в настоящее время.
Проблема динамических перекрестных помех возникает при усилении сигналов устройствами, использующими общий источник питания для двух каналов. Значение THD, измеренное в одном канале, может быть отличным, но вопрос в том, что происходит с THD в одном канале, когда другой канал воспроизводит действительно сильный сигнал?
Тесты Kenwood показали, что более сильный сигнал вызывает появление призрачного сигнала в другом канале, что приводит к кратковременному ухудшению THD.
Рис. 1
Решение: независимые источники питания для каждого канала.
Усиление постоянного тока
Искажение фазового сдвига в настоящее время повсеместно признано дефектом в обычных усилителях переменного и даже квази-постоянного тока (тех, которые фактически не усиливают
до нулевой частоты). Инженеры Kenwood были одними из первых, кто исследовал это, и их тесты доказали, что искажение фазы, даже если оно ниже предела слышимости, может быть обнаружено человеческим ухом. Это происходит, когда одной частоте сложного музыкального сигнала
требуется больше времени для прохождения через схему, чем другой частоте того же сигнала.
Затем инженеры Kenwood успешно разработали усилитель, устраняющий проблему низкочастотного фазового сдвига — компоненты накопления энергии (оксидные конденсаторы), используемые в трактах сигнала и обратной связи.
Секрет успешной конструкции усилителя постоянного тока заключался в его стабильности — благодаря тщательному проектированию с использованием новых методов измерения. Из-за существования многих методов усилителей с частичным или квази-постоянным током (которые удерживают конденсаторы в сигнальном тракте) инженеры Kenwood называют свои усилители "УПТ" или "с прямым постоянным током".
Рис. 2. Сравнение АФЧХ усилителей только переменного и постоянного тока.
Система усилителя с прямым приводом
В 1977 году была представлена система усилителей Kenwood с прямым приводом (модели L-07M и
L-05M с L-07C). По сути, это система из двух монофонических усилителей мощности и предусилителя со стереоуправлением. Это подчеркивает аспект усилителей, который часто обходят стороной: его цель состоит не просто в том, чтобы не только усиливать сигнал, но и управлять динамиком! Другими словами, поведение динамика, как и поведение источника питания, в конечном счете должно соответствовать возможностям усилителя.
Была проведена большая исследовательская работа по взаимосвязи усилителя и динамика, основанная на теории динамического демпфирования Kenwood 1976 года, которую многие люди в то время не слишком хорошо понимали. Эта теория, однако, заложила основу
работа в системе Sigma Drive.
Прямой привод серии L-07/5 базируется на понимании того, что динамик
не может точно реагировать на сигнал усилителя, если усилитель не находится в непосредственной близости от самого динамика.
Рис. 3.
Обычный усилитель, рис. внизу: УК+УП+УМ вместе, АС подключена десятиметровым кабелем.
Вот это они размахнулись, в японских-то хатках.
Кенвудовский амплифаер, рис. вверху: УК+УП вместе, длинный межблочный кабель (те же 10 метров!), УМ возле АС. Фишка метода - короткий кабель АС, на меньшем сопротивлении которого падает меньше искажений, чем у длинного кабеля.
Скорость нарастания
1977 год также ознаменовался появлением эпохального высокоскоростного усилителя. Исследования динамических искажений выявили одну из основных причин искажения времени, когда громкий и сложный музыкальный пассаж заставляет усилитель подавать очень большие токи в динамик за очень короткие промежутки времени. Обычный усилитель немного похож на автомобиль с относительно низкой максимальной скоростью, пытающийся присоединиться к движению, движущемуся с гораздо большей скоростью.
Разработав усилитель, который мог бы при необходимости подавать требуемое напряжение с максимальной скоростью, инженеры Kenwood устранили проблему времени нарастания сигнала, которая сама по себе является результатом ограничения скорости нарастания. Несмотря на то, что эта проблема возникает намного выше уровня частотного порога слышимости человеческого уха, ее побочные продукты находятся в диапазоне человеческого слуха.
Однако следует отметить, что быстрое время нарастания и высокая
скорость нарастания сами по себе не являются гарантией свободы от времени нарастания; стабильность усилителя, другими словами, отсутствие проблем с колебаниями (возбудом), также важна. Только тогда, когда осциллограф показывает полное устранение превышения напряжения или звона (см. рис. 19) можно сказать, что высокая скорость работает.
(Кенвуд намекает, что тогдашние знания позволили повысить скорость нарастания уменьшением распространённой тогда миллеровской коррекции, но это сразу повлекло проблему возбуда, результатом взаимодействия двух проблем явилось понимание, что важны и скорость, и устойчивость.)
Высокая скорость также во многом зависит от коэффициента демпфирования.
Немагнитная конструкция
1979 год пролил еще один свет на проблему искажений усилителя. Инженеры Kenwood обнаружили, что магнитные искажения, ранее замаскированные высокими уровнями иных искажений, создаваемых в других местах, приводит к гораздо большему ухудшению сигнала, чем предполагалось. Результатом их исследований стала тщательная перестройка всего усилителя.
Рис. 4. А вот это - нам неизвестно и очень важно: оказывается, даже прохождение сильных токов около железных конструкций корпуса - например, по выходному проводу на АС, лежащему на дне корпуса - приводит к уверенно регистрируемым уровням искажений сигнала. Т.к. мы меряем Кг на ВЧ-конце звукового диапазона, этого могли и не заметить.
Усилитель с переключением нуля
Та же модель включает в себя новую
конструкцию, которая решает проблему переключения и перекрестных искажений. Из вышесказанного ясно, что компания Kenwood Research следовала рациональному пути, и каждая инновация основывалась на динамичных реальных условиях, включая использование немагнитных деталей во
всем L-01A. Источник питания этого усилителя представляет собой отдельный блок, внешний по отношению к усилителю, что предоставило возможность повысить стабильность источника питания там, где требуется относительно большая мощность.
Именно комплексный подход непосредственно привел к самому выдающемуся достижению в области аудиотехнологий за последние годы:
Сигма Драйв.
Новый поворот в технологии отрицательной обратной связи
Одним из краеугольных камней системы Sigma-drive является разработка высокоразвитой схемы отрицательной обратной связи. Давайте подробнее рассмотрим способы введения ООС и организации общего провода, чтобы увидеть, какое влияние он оказывает на коэффициент демпфирования.
Четыре блок-схемы на рисунке 5 иллюстрируют развитие схемотехники охвата ООСью кабелей АС и земляного конструктива в усилителях мощности:
Рис. 5.
1. Обычный усь, ДФ=50...100 раз
2. Земляной полигон, контакты реле охвачены ООСью, ДФ достигает 400-т.
3. Улучшенный земельный полигон, коммутируемая ООСь, катушка выведена за пределы петли, ДФ до 2000 раз.
4. Сигма-драйв: ООСь взята с горячей клеммы АС, холодная клемма подключена к сигнальной земле, ДФ до 10.000.
Всё это, в конечном счете, относится к подаче сигналов на нагрузку-индивидуалиста,
громкоговоритель. На диаграммах показаны два основных момента: установление опорной мекки для
делителя ООС по отношению к сигналу и минимизация влияния переходного сопротивления контактов реле, которое ухудшает качество звука, монтажных материалов и т.д. в пределах петли ООС.
Естественно, существует множество подходов к этим проблемам проектирования, основанным на рассмотрении Ab (величина обратной связи), выходной мощности, параметров качества звука, коэффициента демпфирования и так далее.
Одна из проблем заключается в том, что числа, обычно используемые для определения коэффициента демпфирования (ДФ), являются лишь относительными и, по сути, никоим образом не являются истинным показателем ДФ в схеме с ООС. ДФ - это просто один из показателей эффективности усилителя с ООС, как, например, ДФ 1000 у L-01A, который был определен по показателю "шина-земля". На самом деле ДФ - прямой показатель качества контроля громкоговорителя, степени соответствия перемещения его диффузора входному сигналу УМ.
На рисунке 5-1 показана обычная схема с ООС . Сигнал подается на клеммы A и B, а выход измеряется между клеммами B и C. Степень собственных искажений усилителя принимается как процент искажений, измеренный в этой контрольной точке между B и C.
Однако фактический выходной сигнал на клеммах D и E значительно отличается от выходного сигнала, приложенного между B и C. Разница объясняется сопротивлением контактов реле в цепи ООС между B и C и катушкой подавления высокочастотных колебаний, а также влиянием падений напряжения в проводах между точками A и E. Что касается "горячей" стороны, то обычный усилитель с ООС не решает проблемы с землёй, которая не имеет определенной точки отсчета, мекки.
Фигура 5-2: показано, как инженеры Kenwood изначально решали эту проблему:
конфигурация с несколькими петлями ООС, которую можно увидеть в предыдущих моделях Kenwood, таких как L-05, L-07 и L-07 Mkll. Вторая петля ООС была введена между реле с использованием
полосы заземления шины между входной землей и заземленной стороной силового конденсатора. Таким образом, была обеспечена лучшая точка отсчета (земля).
Второе важное усовершенствование можно найти в последней модели L-01A, чья переработанная
схема с несколькими петлями ООС показана на рисунке 5-3. Здесь ООС также подается от того же реле на горячей стороне через вспомогательные контакты реле, через шину-заземляющую планку на сторону заземления выходного терминала. Все компоненты, за исключением катушки, включены в контур ООС. Поскольку точкой заземления шины является сама земля, точка отсчета находится за пределами собственно оборудования и поэтому более значима.
На последней диаграмме, рис. 5-4, показан Сигма-драйв, схема, в которой все компоненты, включая сопротивления проводов внутренней разводки, внешнего кабеля, катушки и контактов реле, включены в горячую сторону контура ООС. Возвратный ток АС теперь изолирован от опорной земляной точки ООС, которая теперь определенно установлена.
Результаты этой усовершенствованной конструкции ООС наглядно проявляются в коэффициенте демпфирования. Коэффициент демпфирования с обычным усилителем измеряется в диапазоне от 50 до
100, в то время как схема ООС на рисунке 5-2 обеспечивает коэффициент демпфирования от 200 до 400. В случае с рисунком 5-3 ДФ превышает 1000. В случае KA-1000 ДФ измеряется как 1500 на выходе усилителя. Но, теоретически, в "лучшем случае" условий эксплуатации, Сигма-драйв способен достигать невероятно высокого ДФ, превышающего 10 000.
Коэффициент демпфирования и проблема обратной ЭДС
Во времена зарождения применения ООС считалось желательным увеличить её глубину, чтобы получить теоретически более высокие коэффициенты демпфирования. Однако инженерам Kenwood стало очевидно, что динамик больше нельзя рассматривать как простую постоянную нагрузку, его следует воспринимать как самостоятельную генерирующую силу, генератор ЭДС. Причина в том, что драйверы динамиков генерируют встречную электродвижущую силу (или противо-ЭДС), которая изменяется в зависимости от сигнала, подаваемого на нее с выхода усилителя. Испытания в Кенвуде показали, что когда сигнал высокой энергии резко прерывается, диффузор продолжал вибрировать, производя перемещением катушки ГГ в магнитном поле некую энергию. Эта паразитная энергия подается обратно на усилитель через шнуры громкоговорителей в виде напряжения.
Из наблюдений стало ясно, что обычный коэффициент демпфирования не дает никаких указаний
на способность усилителя управлять динамическим поведением диффузора динамика.
Более того, коэффициент демпфирования начинает быстро ухудшаться при первых признаках ограничения скорости нарастания, основной причины TIM-искажений. Скорость нарастания ограничена выходной катушкой фазовой компенсации, которая служит для повышения выходной мощности усилителя (на самом деле, для его устойчивости на ёмкостной нагрузке). Вот почему коэффициент демпфирования чаще всего задавался только на одной тестовой частоте (1 кГц).
Связь между коэффициентом демпфирования и ограничением скорости нарастания является
причиной того, что высокоскоростной усилитель с его высокой скоростью нарастания и временем нарастания является важной разработкой в Sigma-драйв.
(Тут они смешали грешное с мягким: скорость нарастания задана в УМ ёмкостями коррекции и заряжающим их током каскада. На самом деле они имели в виду, что катушка на выходе УМ портит звук и уменьшает ДФ. С таким ухудшением звука пришлось столкнуться после установки из самых благих побуждений катушки на выход УМ.)
Рис. 6. Описывается работа динамика и приводятся формулы взаимопреобразования в нём различных видов энергии. Мы никогда в этом не разберёмся без Агеева или Малиновского.
Инженеры Kenwood теперь полностью исключили обратную ЭДС и сопутствующие искажения из области усилителей и динамиков. Теория основывается на трех важных предположениях:
1. Динамики всегда генерируют значения энергии обратной ЭДС
2. Обратная ЭДС проявляется как в виде колебаний напряжения, так и в виде тока.
3. Динамики реагируют на колебания напряжения.
4. Искажение может быть устранено, если сделать так, чтобы обратная ЭДС отображалась только как
изменение тока.
На выходе усилителя имеем изменения напряжения на выходном сопротивлении усилителя. Если это выходное сопротивление, как сумму сопротивлений проводов внутренней разводки, контактов реле, катушки и кабеля АС, можно было бы обнулить, то паразитное напряжение перестало бы генерироваться. Таким образом, это позволило бы эффективно устранить дополнительный компонент нелинейной обратной ЭДС динамика, который проявляется в виде искажений.
Идея аналогична уменьшению импеданса источника питания усилителя, чтобы обеспечить стабильную подачу энергии против создаваемых колебаний ГГ во время динамичных музыкальных пассажей. Таков был подход в системе динамического питания L-05, позже развитой во внешний динамический блок питания L-01A и KA-1000. (Блок питания они приплели сюда зря, ящетаю).
Продолжение следует, не переключайтесь.
