Если посмотреть на тракт прохождения сигнала от микрофона или другого источника звука до акустических систем, то можно заметить, что во все элементы тракта стремительно внедряются цифровые технологии. Процесс звукозаписи также «оцифрован». Звуковой контент хранится на цифровых носителях. Коррекция звукового сигнала по уровню и частотам, фильтрация также осуществляются цифровыми устройствами (DSP). Последним элементом звукового тракта перед громкоговорителем является усилитель мощности низкой частоты (УНЧ) и он до последнего времени оставался чисто аналоговым устройством. Поэтому перед подачей звукового сигнала на вход усилителя требовалось обратное преобразование из цифровой формы в аналоговую.
Кажется, что сейчас ни у кого уже нет сомнений в том, что многолетнее противостояние аналогового (по своей природе) звука и «цифры» совсем скоро должен прийти к своему логическому завершению с практически полной победой цифровой техники во всех областях — в том числе и в области звукового усиления.
Каковы основные моменты работы аналогового усилителя?
Звук зарождается во внешнем источнике сигнала, которым может служить CD/DVD-плеер, кассетный магнитофон, тюнер или «вертушка» для виниловых дисков, — тип источника сигнала здесь не играет никакой роли; затем он попадает на входной каскад усилителя.
Поступающий сигнал при необходимости корректируется (например, при помощи темброблока увеличивается насыщенность низких частот или, наоборот, высоких), а затем «масштабируется» посредством аналоговых усилительных схем. Таким образом, получается умощненная копия исходного сигнала, в теоретическом идеале идентичная входящему сигналу во всем, кроме его амплитуды, которая подается в акустические системы. Весь процесс кажется простым, естественным и стройным. Но, как это часто бывает, все это красиво лишь в теории. А что же на практике?
На практике картина вырисовывается намного более сложная. Для более-менее достоверного звукоусиления с минимальными искажениями полезного сигнала требуется добиться внутри усилителя согласованной работы большого количества тщательно подобранных аналоговых компонентов высокого качества. Их рабочие параметры не должны быть подвержены изменениям в зависимости от времени их собственного нагрева. Кроме того, они не должны вносить в исходный сигнал дополнительные шумы и искажения. Все это может быть достигнуто лишь с помощью использования сложной схемотехники и высококачественных компонентов. Также работа аналоговых звуковых компонентов сильно зависят от снабжения качественным электропитанием, которое требует высококачественных и ,как следствие, дорогостоящих блоков питания.
Принцип действия цифрового усилителя
С точки зрения коэффициента полезного действия и снижения искажений лучше, если усилитель работает в так называемом ключевом режиме, то есть напряжение на его выходе может принимать всего два значения – 0 и 1. Но как тогда будет передаваться сложная форма реального сигнала, где амплитуда сигнала постоянно меняется во времени?
Цифровой усилитель подает на акустические системы энергию импульсами различной ширины. Ширина импульса пропорциональна амплитуде аналогового сигнала в данный момент времени. При этом частота следования импульсов в несколько раз отличается от максимальной частоты усиливаемого сигнала. Между усилителем и акустическими системами стоит специальный фильтр, который сглаживает импульсы, в виде которых подается энергия. В результате на динамики сигнал приходит уже не в импульсном, а в обычном, аналоговом виде.
Таким образом, на входе цифрового усилителя должно стоять некое устройство, которое преобразует значение аналогового сигнала в ширину импульса на выходе. Называется это принципом широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
Самое очевидное решение — преобразование в импульсы для цифрового усиления непосредственно информации, записанной на цифровом носителе. Такой подход позволяет обеспечить высокое качество звука.
Что же меняется с переходом на цифровое усиление? Практически все! Частотная коррекция осуществляется «в цифре», попутно может быть сделана дополнительная обработка сигнала для добавления эффекта SURRAUND, либо применена к нему одна или несколько настроек эквалайзера. Дальше осуществляется «масштабирование» звука, что в цифровом его представлении можно сделать намного более точно и с минимумом потерь, — и далее уже можно преобразовывать сигнал обратно в аналоговую форму для его подачи на акустические системы. Большим плюсом здесь является также и то, что все компоненты усилительной схемы находятся внутри одной микросхемы — это увеличивает стабильность параметров и повышает надежность работы усилителя в целом.
Также существенным является тот факт, что размеры цифровых усилителей могут быть в разы меньше, чем у их громоздких аналоговых собратьев. Ведь их центральная часть — набор микросхем — практически не занимает места и может быть легко размещена в корпусе любой формы, вдобавок цифровой усилитель не нуждается в большом количестве вспомогательных электронных компонентов, необходимых его аналоговому «коллеге», что также положительно сказывается на его габаритах. Все это позволяет создавать поистине миниатюрные устройства , не идя на компромисс в части качества звука.
Цифровые усилители постоянно развиваются. Если первые модели даже внешне «подражали» своим аналоговым предшественникам в части использования всевозможных органов управления, расположенных на лицевой панели, то более поздние модели вообще не имеют органов управления на лицевых панелях, все настройки и регулировки осуществляются по сети от компьютера или специализированного контроля. Кроме того, цифровые усилители имеют более мощные средства контроля и самодиагностики. Цифровой усилитель легче интегрируется в различные современные автоматизированные системы безопасности.
