Что такое - просто хороший усилитель?

[AS79]

обнаружить это спектралабом невозможно без специальных мер

Может поделитесь спецмерами

[Audiomaniac]

Может поделитесь спецмерами

Люди провели работу

http://www.filigrane.ru/Chumakov_Sto...earity_EAT.pdf

[AS79]

Люди провели работу

http://www.filigrane.ru/Chumakov_Sto...earity_EAT.pdf

Показали влияние нелинейности Rвых усилителя, но вопрос остался, если его поставить шире- как оценить влияние ограниченности пропускной способности усилителя на реакцию высоко информативных сигналов ?
Самое очевидное, как бы, решение разностный метод, но как раз на ВЧ там все проблемы с реализацией.
Смотреть спектр в точке суммирования, очень мал уровень для анализа.

[Scop]

Показали влияние нелинейности Rвых усилителя, но вопрос остался, если его поставить шире- как оценить влияние ограниченности пропускной способности усилителя на реакцию высоко информативных сигналов ?
Самое очевидное, как бы, решение разностный метод, но как раз на ВЧ там все проблемы с реализацией.
Смотреть спектр в точке суммирования, очень мал уровень для анализа.

Так ведь все просто: внутри петли ОООС «гуляют» два сигнала/сущности. Один линеаризует статическую нелинейность усилителя (не зависящую от тока нагрузки), а второй - стохастическую (зависящую от тока нагрузки).
Если нагрузить такой усилитель на реальную АС и подать на вход единичный скачок напряжения, то статическая составляющая установится за пару мкс в соответствии с быстродействием ОООС. А токовая - будет причудливо гулять десяток миллисекунд в соответствии с токовой реакцией АС на единичный скачок.

Отсюда, кстати, байки изотериков о многочасовых блужданиях музыки по кругу петли ОООС.

Вот эта «долгогуляющая» составляющая НМВ и создает сопровождающий шум при усилении сигнала.

Амплитуда этой токовой составляющей естественно, будет максимальной на выходе УН перед выходным повторителем. Там ее и надо смотреть. Чтобы ее «очистить» от составляющей напряжения (статической) нужно вдувать сигнал в выход усилителя. А оценивать ее нелинейность-через RIMD.

[sia_2]

Так ведь все просто: внутри петли ОООС «гуляют» два сигнала/сущности. Один линеаризует статическую нелинейность усилителя (не зависящую от тока нагрузки), а второй - стохастическую (зависящую от тока нагрузки).

Я, возможно, не прав, но мне кажется, что нелинейность, вызываемую током нагрузки, стохастической (то есть случайной и неповторяющейся) называть вряд ли корректно (хотя само слово звучит красиво и загадочно для "непосвященных").
Дело в том, что ток, вызывающий проявление этой нелинейности, однозначно связан с сигналом (и его предысторией), подаваемому от усилителя на АС. В силу того, что "реакция" любого пассивного стационарного двухполюсника (в том числе и АС) на прикладываемое к нему напряжение - отбираемый ею ток - является однозначным следствием приложенного к ней ранее напряжения (более строго, для любого физически реализуемого входного напряжения определяется через интеграл Дюамеля и импульсный отклик).
Соответственно, если, допустим, дважды приложить к АС один и тот же сигнал (музыкальный фрагмент), то через АС (и выходной каскад УМЗЧ) протечет одна и та же последовательность токов, имеющая жесткую причинно-следственную связь с приложенным к АС напряжением (и его предыстории).
Где здесь есть место для случайного (стохастического) процесса - неясно. Налицо прямая причинно-следственная связь.
Кроме того, есть еще одно соображение. Само по себе выходное сопротивление любого более-менее качественного усилителя лежит в диапазоне единиц-десятков миллиом вплоть до частот порядка 5...10 кГц, а его нелинейная часть (измеряемая любым из методов, в том числе RIMD) - как минимум, на два порядка ниже, то есть заведомо ниже десятков микроом.
По сравнению с импедансом АС в единицы ом - это примерно на пять порядков ниже, то есть вклад нелинейности выходного сопротивления у исправного УМЗЧ лежит на уровнях не выше -90...100 дБ. У действительно же хороших усилителей (тем не менее слегка отличающихся по звучанию между собой) эта величина (нелинейность выходного сопротивления) при разумных выходных токах (до порогов ограничения/защит) просто не поддается измерению (находясь заведомо ниже -120 дБ), лимитирующим фактором при подобных измерениях являются неидеальности резисторов и контактных сопротивлений при протекании больших токов.
Если же для какого-то образца УМЗЧ приходится говорить о величинах RIMD, превышающих эти уровни (-90...100 дБ), то это означает не что иное, как изначальную его непригодность для нейтрального (точного) звукоусиления. Конечно, это совсем не значит, что такое - "заведомо не вполне точное" звучание - не может найти своих поклонников.

Если нагрузить такой усилитель на реальную АС и подать на вход единичный скачок напряжения, то статическая составляющая установится за пару мкс в соответствии с быстродействием ОООС. А токовая - будет причудливо гулять десяток миллисекунд в соответствии с токовой реакцией АС на единичный скачок.

Такой эффект есть. Для борьбы с ним есть два основных средства - обеспечение достаточно низкого исходного (без ООС) выходного сопротивления УМ и повышение фактической глубины ООС. Последнее может реализовываться разными способами, в том числе и не вполне очевидными, например, использованием многопетлевой/многоканальной ООС, или, к примеру, путем разбиения УМ на две части, каждая со своей петлей ООС: "усилитель напряжения" и "выходной повторитель" - высокое быстродействие ООС в каждой из этих частей по отдельности обеспечить легче, чем для УМ с общей ООС (так, в частности, построены многие усилители НеваАудио).

Вот эта «долгогуляющая» составляющая НМВ и создает сопровождающий шум при усилении сигнала.

Возможно, я не прав, но исходя из моего опыта, "шумоподобный" призвук дают только "резкие" нелинейности выходного импеданса, наподобие ярко выраженного "зубца" переключения плеч. "Плавные" нелинейности выходного сопротивления дают скорее не призвуки, а своего рода окраску, практически неотличимую от "классической" амплитудной нелинейности.

Offтопик:
Интересно, что, по-видимому, первое упоминание об этом эффекте было сделано при разработке мощных ламповых усилителей проводного вещания, работающих в AB. (Вопреки распространенному мнению, ламповый двухтактник с трансформаторным выходом, работающий в АВ, сильно подвержен явлению "коммутационных" искажений из-за невозможности обеспечения идеальной индуктивной связи полуобмоток выходного трансформатора, особенно при больших мощностях).

[Scop]

Где здесь есть место для случайного (стохастического) процесса - неясно. Налицо прямая причинно-следственная связь

вклад нелинейности выходного сопротивления у исправного УМЗЧ лежит на уровнях не выше -90...100 дБ.

Все верно. Токовая реакция АС на конкретный сигнал (музыкальный фрагмент) - вещь однозначная, детерминированная и никакой случайности не содержит. Случайным (стохастическим) процессом НМВ являются НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ сигнала, вызванные токовой реакцией АС.

Давайте оттолкнемся от субъективных ощущений: наличия в звуке «сопровождающего шума» (пленки, вуали, окраски и т.п.). В чем причина этого явления и почему оно так заметно даже при уровне искажений -90...100 дБ?
Вначале несколько слов о том как и что мы слышим (можем слышать).
Короткие музыкальные фрагменты наш слух не воспринимает вообще как звук до длительности 50-100 мс. При длительности 1-2 с мы можем уловить только самые общие различия в разных фрагментах. Тонкие нюансы различимы в фрагментах длиной 10-20 и более секунд. Будем считать, что физиология человека здесь не при чем и ВСЯ информация, поступающая за это время обрабатывается мозгом. Длительность звуковой памяти при прослушивании длинного произведения, думаю, того же порядка.

Если рассмотреть наш слух как оптимальный приемник, который пропускает входной процесс через фильтр, являющийся сопряженной копией ожидаемого сигнала(ов), то «полоса приема» каждой составляющей сигнала обратно пропорциональна времени приема. Отношение сигнал/шум на выходе такого оптимального фильтра также увеличивается с увеличением времени приема и и степени соответствия принимаемого и ожидаемого сигнала.
Например, хотим принять 3 синусоиды 5, 10 и 15 кГц. Время приема - 10 секунд, входное отношение сигнал/шум в полосе 20 кГц = 60 дБ. Оптимальный фильтр будет представлять собой 3 полосовых фильтра с полосой 1/10=0,1 Гц. Отношение сигнал/шум на выходе оптимального фильтра будет больше на 10log(20000/0.3)= 48 дБ, итого 108 дБ.

Пример, конечно, грубый, но позволяет как-то объяснить способность нашего слуха воспринимать такие тонкие материи как атмосферу, акустическое пространство и т.п. даже в зашумленных записях типа винила, магнитофонной ленты, или в зашумленном помещении.

Но этот механизм справедлив для приема в условиях шума. Если во входном процессе присутствует помеха очень похожая на ожидаемый сигнал, то никаким увеличением времени приема мы не сможем увеличить исходное отношение сигнал/помеха.

Если сигнал искажений присутствует одновременно с полезным сигналом, но гуляет относительно него на +/- 3-5 миллисекунд - чем это не «сопровождающий шум»? Естественно, что никаким «вслушиванием» (увеличением времени приема) мы не прыгнем выше отношения сигнал/помеха, т.е. тех самых 90-100 дБ. А нужно, чтобы в тракте таких помех, видимо, было не больше -100...110 дБ.

Кстати еще один аргумент: практика многополосного усиления показывает, что с довольно посредственными усилителями можно добиться неплохого звука - токовые процессы НЧ звена не модулируют искажений ВЧ усилителя.

[sia_2]

Все верно. Токовая реакция АС на конкретный сигнал (музыкальный фрагмент) - вещь однозначная, детерминированная и никакой случайности не содержит. Случайным (стохастическим) процессом НМВ являются НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ сигнала, вызванные токовой реакцией АС.

Возможно, что-то осталось "за кадром" или я что-то упустил, но почему, собственно, эти нелинейные искажения стали "случайным процессом" ? Ток ведь у нас детерминированный, нелинейность выхода - тоже. Наличие в петле ООС "нескольких" составляющих вообще ни при чем, если наш усилитель работает без срывов слежения в петле ООС, и, соответственно, принцип суперпозиции выполняется с хорошей точностью.

Давайте оттолкнемся от субъективных ощущений: наличия в звуке «сопровождающего шума» (пленки, вуали, окраски и т.п.). В чем причина этого явления и почему оно так заметно даже при уровне искажений -90...100 дБ?

Проблема IMHO в том, что даже среди перечисленных "пленки, вуали, окраски" - это несколько разных явлений, и, судя по имеющимся у меня экспериментальным данным, более-менее однозначно именно с искажениями связана в основном "окраска". Остальное, к сожалению, может вызываеться многими факторами.

Вначале несколько слов о том как и что мы слышим (можем слышать).

Короткие музыкальные фрагменты наш слух не воспринимает вообще как звук до длительности 50-100 мс. При длительности 1-2 с мы можем уловить только самые общие различия в разных фрагментах. Тонкие нюансы различимы в фрагментах длиной 10-20 и более секунд. Будем считать, что физиология человека здесь не при чем и ВСЯ информация, поступающая за это время обрабатывается мозгом. Длительность звуковой памяти при прослушивании длинного произведения, думаю, того же порядка.

Если рассмотреть наш слух как оптимальный приемник, который пропускает входной процесс через фильтр, являющийся сопряженной копией ожидаемого сигнала(ов), то «полоса приема» каждой составляющей сигнала обратно пропорциональна времени приема. Отношение сигнал/шум на выходе такого оптимального фильтра также увеличивается с увеличением времени приема и и степени соответствия принимаемого и ожидаемого сигнала.
Например, хотим принять 3 синусоиды 5, 10 и 15 кГц. Время приема - 10 секунд, входное отношение сигнал/шум в полосе 20 кГц = 60 дБ. Оптимальный фильтр будет представлять собой 3 полосовых фильтра с полосой 1/10=0,1 Гц. Отношение сигнал/шум на выходе оптимального фильтра будет больше на 10log(20000/0.3)= 48 дБ, итого 108 дБ.

Да, это хорошая оценка потенциальной (математической) границы возможного.
Но, судя по результату ряда опытов, человеческий слух к этой границе даже приближается далеко не всегда, то есть он существенно субоптимален как приемник информации.

Пример, конечно, грубый, но позволяет как-то объяснить способность нашего слуха воспринимать такие тонкие материи как атмосферу, акустическое пространство и т.п. даже в зашумленных записях типа винила, магнитофонной ленты, или в зашумленном помещении.

Конечно, воспринимается, но с явным ухудшением. И, кстати, не такие это уж "тонкие" материи - уровень отражений, формирующих ambience, редко падает ниже -45...50 дБ.

Но этот механизм справедлив для приема в условиях шума.

Точнее, стационарного эргодического шума. Уже для нестационарного все гораздо хуже.

Если во входном процессе присутствует помеха очень похожая на ожидаемый сигнал, то никаким увеличением времени приема мы не сможем увеличить исходное отношение сигнал/помеха.

В теории, вообще-то, ЕМНИС, это не совсем так. Дело в том, что увеличивая время приема, мы уменьшаем вклад стационарной шумовой компоненты, тем самым увеличивая точность сравнения принимаемого сигнала с ожидаемым. Соответственно, начиная с определенного момента мы можем принять обоснованное решение, совпадает ли принятый сигнал с ожидаемым или нет (когда по мере уменьшения случайной ошибки расхождение начинает превышать ее в несколько раз).
В практическом же плане применительно к психоакустике этот вопрос IMHO очень "темный", поскольку степень субоптимальности слуха известна, насколько я могу судить, до сих пор весьма фрагментарно.

Если сигнал искажений присутствует одновременно с полезным сигналом, но гуляет относительно него на +/- 3-5 миллисекунд - чем это не «сопровождающий шум»?

А по какой причине он может "гулять"? Ведь величина, характер и "положение" (если это продукт "резкой" нелинейности) продуктов искажений, как выше было показано, полностью детерминированы входным сигналом, характером нелинейности и импульсным откликом импеданса нагрузки.

Другое дело, что характер этого процесса - из-за его "сложности" - действительно может (и часто воспринимается) "на слух" как шумовой всплеск, зачастую хаотичного характера. Но всегда одинаковый при повторных прослушиваниях.

Естественно, что никаким «вслушиванием» (увеличением времени приема) мы не прыгнем выше отношения сигнал/помеха, т.е. тех самых 90-100 дБ. А нужно, чтобы в тракте таких помех, видимо, было не больше -100...110 дБ.

Это понятно, что запас нужен. Мои экспериментальные оценки показывают, правда, для домашних условий немного другие соотношения в зависимости от "характера" помех - если среднеквадратичное отношение "сигнал/шум" по МЭК-А, обычно достаточно 75...80 дБ, продукты интермодуляционных искажений должны быть подавлены минимум на 85-90 дБ, а "организованные" помехи, особенно в диапазоне частот 1...5 кГц - уже как минимум на 100...110 дБ.

Кстати еще один аргумент: практика многополосного усиления показывает, что с довольно посредственными усилителями можно добиться неплохого звука - токовые процессы НЧ звена не модулируют искажений ВЧ усилителя.

С другой стороны, это лишний раз подтверждает то, что "токовые" искажения - проблема, характерная в основном для усилителей "бюджетной" конструкции, когда налицо дефицит и глубины/быстродействия ООС, и "нагрузочной способности" выходных каскадов.

[Scop]

Согласен, что некоторые мои предположения - все-таки предположения
Несколько пояснений:

но почему, собственно, эти нелинейные искажения стали "случайным процессом" ?

А по какой причине он может "гулять"? Ведь величина, характер и "положение" (если это продукт "резкой" нелинейности) продуктов искажений, как выше было показано, полностью детерминированы входным сигналом, характером нелинейности и импульсным откликом импеданса нагрузки.

Другое дело, что характер этого процесса - из-за его "сложности" - действительно может (и часто воспринимается) "на слух" как шумовой всплеск, зачастую хаотичного характера. Но всегда одинаковый при повторных прослушиваниях.

Случайным процессом сигнал нелинейных искажений токовой составляющей будет являться для нашего слуха именно в силу того, что:

а) этот сигнал - суть продукты нелинейности, т.е. новые составляющие, которые не могут быть получены в результате линейных операций над полезным сигналом.

б) этот сигнал «помнит» предысторию полезного сигнала в соответствии с поведением переходной характеристики (АФЧХ сопротивления АС), поэтому искажения основного сигнала могут появиться в (квази) произвольный момент времени в отличие от «статической» нелинейности, которая привязана только к амплитуде, и не зависит от времени (предыстории процесса).

Т.е. Когда и спектр (п. а)) и поведение во времени (п. б) не совпадают с полезным сигналом - наш слух воспринимает это гораздо острее, чем по отдельности.

Вот и получается, что для конкретной связки усилитель-АС-муз. произведение характер искажений всегда одинаков, повторяем, узнаваем, потому, что конкретное муз. произведение на данном комплекте аппарата сопровождает однозначный и конкретный «шумовой след» - сопровождающий шум.

[Prophetmaster]

Вот эта «долгогуляющая» составляющая НМВ и создает сопровождающий шум при усилении сигнала.

Для борьбы с этим явлением я использовал низкое выходное сопротивление (в том числе и до охвата ОООС) и повышение скорости нарастания выходного напряжения (получилось около 250 В/мкс). На мой слух и по отзывам многих других слушателей это вполне оправдало себя. Единственное, сделать мощный УМ с таким быстродействием задача гораздо более сложная, поэтому имею пока 20 Вт/4 Ом. Сейчас в работе проект 70-80 Вт/4 Ом, но пока еще рано о чем-либо говорить.

[Olegyurich]

А как все вышеперечисленное соотносится с ламповыми или безосными транзисторами усилителями, где субъективно все хорошо (как указано в статье), а меряется все плохо (и RIMD ИМХО в том числе)?

[Phlanger]

...сильно подозреваю, что *субъективно всё хорошо* для Золотоухих, созерцающщих Лампады.
При лишении же оных возможности Созерцать... ну сами ведь знаете, что будет

[Alex]

где субъективно все хорошо (как указано в статье), а меряется все плохо (и RIMD ИМХО в том числе)?

Что-то не встречал я усилителей, которые бы "хорошо звучали а мерялись плохо".
Просто понятие "плохо меряются" - для ламповых, безоосников и т..п - несколько отличается от транзисторных мощных ОУ с глыбокой ОООС.

[Olegyurich]

...сильно подозреваю, что *субъективно всё хорошо* для Золотоухих, созерцающщих Лампады.
При лишении же оных возможности Созерцать... ну сами ведь знаете, что будет

Это собственно вольная цитата из статьи Scop. Хотя я соглашусь, что все же субъективно - хорошо, хотя всегда есть исключения.

---------- Добавлено в 01:36 ---------- Предыдущее сообщение в 01:32 ----------

Что-то не встречал я усилителей, которые бы "хорошо звучали а мерялись плохо".

Ну в статье приводятся значения 0.001% для RIMD, 0.006% для IMD, при превышении которых звучание субъективно ухудшается. Вывод делается не для конкретной конструкции, а для субъективного восприятия искажений в целом, насколько я понял.

[Alex]

Ну в статье приводятся значения 0.001% для RIMD, 0.006% для IMD, при превышении которых звучание субъективно ухудшается.

Для глубокоООсников такие цифры примерно и есть.

Для безООСников вполне допустимы цифры на 2 порядка больше.

[Audiomaniac]

Что-то не встречал я усилителей, которые бы "хорошо звучали а мерялись плохо".

А ты IMD 19+20кгц у зена3-4 померяй

А как все вышеперечисленное соотносится с ламповыми или безосными транзисторами усилителями, где субъективно все хорошо

А там получается, как я писал: шипение маскируется оручестью, что не так раздражает. Но звук они все равно МЕНЯЮТ.

[AS79]

поэтому имею пока 20 Вт/4 Ом

Ознакомиться можно?

[AS79]

А токовая - будет причудливо гулять десяток миллисекунд в соответствии с токовой реакцией АС на единичный скачок.

Решил проверить, простенький усилитель нагружен на широкополосник, на картинке ток в динамике внизу, сверху напряжение на выходе. Частота 3.18кГц. Реакция предсказуема и гулять как бы нечему. Чего не так? Фильтры в АС не рассматриваю как класс, только многополосное усиление

[Audiomaniac]

Я думаю, что проблема шипения не связана с "реакцией колонок".. скажем, в моей системе колонки подключаются к усилителю через резисторы 2 ома, т.е. нагрузка легче некуда. Тем не менее, с проблемой шипения приходилось сталкиваться во всех усилителях, которые собирал. И в слаботочных устройствах, типа цапов, где вообще никаких колонок нет, это все можно услышать. Другой тут механизм.

[AS79]

Другой тут механизм.

И ?

[Audiomaniac]

Другой тут механизм.
И ?

Помехи, наводки и т.п.