Премълчаваните истини

Публикувана на Неделя, 30 Март 2014

Много е модерно в днешно време да се напише "THD 0,00...%" и с това се предполага, че въпросния аудио компонент е с върхово аудиофилско качество. А при прослушване се оказва, че не само не звучи добре, а направо дразни. Защо всъщност се получава така и може ли да се "измери" добрия звук. Оказва се, че може, но...много трудно. Но да започна хронологично.

 

   Отрицателната обратна връзка (ООВ) е изобретена от Harold Stephen Black още през 1927г. Тя дава някои важни преимущества на усилвателите, които я ползват:

1.По-висок входен импеданс

2.По-ниски сумарни THD

3.По-нисък изходен импеданс

4.Стабилизация на усилването по напрежение

Това се афишира широко и днес.

   През 1941г в Германия излиза "Radiotron Designers Handbook". В нея немските физици извеждат много интересни зависимости за психоакустиката на човека. Според техните изследвания, човешкият слух е толерантен към хармониците от нисък ред и крайно нетърпящ хармоници от висок ред. Дори нещо повече, учените дават количествени измерения на чувствителността на човешкия слух към хармоничните съставки на звука, като особено дразнещи са нечетните 7-ми и 9-ти хармоник. Ако се приеме, че за втори хармоник (Н2), тегловния коефициент на чувствителност на човешкия слух е 1, то реда е, както следва:
Н3-9/4; Н5-25/4; Н7- 49/4; Н9-81/4
Както се вижда, слухът ни е над 12 пъти по-чувствителен към дразнещия 7-ми хармоник, отколкото към втори. Според John Curl (Parasound), проблемът е именно в 5-ти, 7-ми и 9-ти хармоници, които са висши и дисонансни спрямо основния тон. Дори високото ниво на 3-ти хармоник не е дразнещо, тъй като според Curl, при магнитните ленти нормално има около 1% от 3-ти хармоник, който достига до 15% при пикове и въпреки това, никой не определя магнитните записи като неприятно звучащи.

   През 1978г, друго голямо име в аудиото Peter Baxandall публикува труд, в който оповестява откритието си, че транзисторните усилватели, обхванати с ООВ, генерират висш хармоничен ред.

   Някъде по това време финландецът Dr. Matti Otala също открива вредно влияние на ООВ в транзисторните усилватели и класифицира нови видове изкривявания, които до тогава никой не е познавал-Transient Intermodulation Distortion (TIM). Нещо повече, Dr. Otala разработва модел на усилвател без ООВ в лабораторията на Philips и го демонстрира пред избрана публика от свои колеги аудиоконструктори от цял свят. След неговата демонстрация, всички са толкова впечатлени, че д-р Отала започва да разработва усилватели за Revox и Bang&Olufsen в Европа и за Harman Kardon в САЩ. Същината на разработката му е транзисторен усилвател, в който ОООВ е заменена с множество къси локални ОВ. Теорията му се базира на факта, че има времезакъснения в действието на ОООВ. От това следват процесите на генериране на висши хармоници и процесите на фазово завъртане в сигнала. Времезакъснението, внесено от ООВ е от порядъка на наносекунди, което е чуваемо от човешкото ухо. Разбира се, това е много опростено представяне на теорията му, но който се интересува, ще намери лесно подробни материали в Интернет. Теорията на Dr. Otala обаче не добива широка популярност и дори е приета враждебно от големи имена като например Bob Cordell. Според Curl, вина за това имат производителите на ниско и среднокачествена аудиоапаратура, които нямат никакъв интерес подобни данни да придобиват известност.

   През 1980г Dr. Matti Otala пише труд за нов вид изкривявания, причинени от ООВ, наречени Phase Intermodulation Distortion (PIM) и отново среща съпротивата на Bob Cordell. Само че няколко години по-късно, един инженер от Analog Devices, наречен Barrie Gilbert, открива по независим път въпросните PIМ.

   Защо написах всичко това ? Защото ми е омръзнало да чета едни и същи неща за THD (хармоничните изкривявания), които освен всичко друго са и неверни. Както се оказва практически, дори и 0,5% втори хармоник не оказва дразнещо влияние върху слуха. За сметка на това и 0,05% седми хармоник е фатален за добрия звук. Bob Curl казва, че лампите и озвучителните тела не могат да генерират хармонични от висок ред, заради физическия си принцип на действие (забележете НЕ ГЕНЕРИРАТ, но това не значи, че не могат да ги възпроизведат, ако ги има генерирани в звуковия сигнал). За сметка на това, транзисторните усилватели са изключително податливи на такива явления. И при ползване на ООВ, особено на дълбока ООВ, генерират дълга хармонична "опашка". Както се вижда, нещата далеч не се изчерпват с измерването на THD. Просто само това се мери и се дава, според Curl заради цитирам "производителите на среднокачествена апаратура". Или казано с други думи, защото не им е изгодно да измерят TIM и PIM и да ги публикуват. Ползват лоши схеми, с лоши компоненти и накрая гарнират всичко с дълбока ООВ. Тя сваля общия процент THD, но услужливо се премълчава, че това е за сметка на низшите хармоници, които не предизвикват влошаване на звученето, като си генерират солидни порции висши хармоници, дразнещи човешкия слух.

   Стотици пъти вече ми се е случвало да ми гостува някой човек, който никога не е слушал лампов усилвател. И при първата си среща с т.нар. "лампов" звук да остава изумен от топлината, мекотата и финеса му. Все характеристики, които няма как да бъдат постигнати с евтино транзисторно стъпало. В интерес на истината, аз самия съм имал възможността да слушам транзисторен усилвател на норвежката компания ELECTROCOMPANIET, който е изпълнен по идеологията на Dr. Otala и съм впечатлен от звученето, което притежава. Лично за мен това е едно неоспоримо доказателство, че Dr. Otala е бил на прав път и откритията му са напълно достоверни. Самият John Curl признава, че прилага ООВ в схемите на усилвателите, които проектира за PARASOUND, тъй като компанията държи да покрива изискванията на THX. Но повлиян от изследванията на Dr. Otala, ползва "плитки" обратни връзки, за да ограничи тяхното вредно влияние.

   Защо е нужно да се ползват ООВ при транзисторните усилватели ? Транзисторът сам по себе си е изключително нелинеен елемент. Той няма нито един линеен участък в характеристиката си. Точно тук е голямото предимство на лампите като усилвателен елемент-те имат много широка линейна част, която се ползва ефективно при оразмеряването на ламповата схема. За да се минимизират вредите от  нелинейността на транзисторите, се налага въвеждането на множество, сравнително дълбоки обратни връзки. Това довежда до постигане на относителна линейност, но води със себе си бедите от генерирането на нечетни хармонични от висок ред. Именно последните са главните виновници за типичния "стерилен" транзисторен звук, с остър, металически оттенък. Тези хармоници са неестествени и се възприемат като дразнител от човешкия слух. Въпреки че при транзисторните усилватели се декларират ниски общи изкривявания THD, то те са за сметка на намаляването на хармониците от нисък ред и генерирането на нечетни хармонични от висок ред. Самият факт, че някакъв аудио елемент изисква компенсация, за да работи коректно, означава, че той е изначално изкривяващ. А какво представлява компенсацията ? Това е умишлено изкривяване в обратна посока, за да се постигне линейна сума. Т.е. при класическия транзисторен усилвател реално се слушат множество изкривявания и контра-изкривявания. Казано честно, това не е моето виждане за правилния начин на усилване на сигнала.

   Какво бих могъл да кажа в заключение ? Очевидно е, че добрия звук не се измерва само с простите числени стойности на THD и общоприлаганите елементарни измервателни методи. Те могат да служат за ориентир, но в никакъв случай не трябва да се богопомазват като единствено достоверни. Крайният и най-важен съдник е човешкия слух. Защото аудиотехниката се слуша с уши, а не с осцилоскопи, спектрални анализатори и функционални генератори. Когато нещо свири откровено зле, то каквото и да обясняваш на слушателите за чудесните му измервателни параметри, това ще са само празни приказки. Има великолепни екземпляри както транзисторни, така и лампови усилвател. Но има и откровени разочарования и от двата типа. С настоящата статия не целя да ви кажа "Слушайте само лампи или само транзистори". Единствено се опитвам да ви убедя, че трябва да се доверявате най-вече на собствения си слух и на собствените си разбирания за добър звук. Без да ви интересува какво бил казал този или онзи много велик майстор. Защото аудиотехниката е създадена, за да носи наслада, а не да бъде средство за мъчение. Зарежете паспортните данни на компонента, игнорирайте чуждото мнение и слушайте със собствените си уши. Ако те ви кажат "Да, това ни харесва", значи то е наистина добро, без значение колко му били изкривяванията и кой аудио-гуру казал, че не е добро. Повярвайте ми, това е правилния начин.

Автор: инж.Ивелин Йовчев (а.к.а. DJPOPA)