Усилители класса «G» и «H» — это разумные гибриды в области звука, которые преодолевают важные ограничения своих классических собратьев и при этом оставляют звук громким, но эффективным.
Предположим, что обычный усилитель тратит много энергии впустую, работая на полную мощность, даже когда в ней нет необходимости. Классы «G» и «H» решают эту проблему хитроумно, основываясь на принципе «двухступенчатого» питания: они используют невысокое напряжение для тихих звуков, что экономично, а когда музыка требует больше мощности, система мгновенно и плавно подключает более высокое напряжение.
Такая архитектура — революция. Она позволяет получить чистый и мощный звук, сравнимый с классом «АВ», при значительном снижении потери энергии в тепло. Это означает, что корпус не греется так сильно, что экономит электричество, и при этом сохраняет высокое качество звучания.
Эти классы, по сути, поднимают усилительную технику на новый уровень, предлагая разумный баланс между высоким качеством звука, мощностью и энергоэффективностью. Давайте разберемся, в чем их тонкие различия и как они достигают этого.
История
Нелинейность уровня музыкального сигнала побудила к созданию усилителей класса G. Это связано с тем, что большую часть времени музыка звучит на низком или среднем уровне, когда от усилителя не требуется большая мощность. Однако для того, чтобы без потерь отработать редко встречающиеся в музыке динамические всплески, требующие большой отдачи энергии, усилитель необходимо держать в режиме высокой мощности постоянно. Кроме того, для экономии энергии было бы
В середине 1900-х годов над этой проблемой думали многие инженеры, но в 1964 году Мануэль Крамер, сотрудник NASA, решил ее. Он разработал схемотехнику, в которой усилитель имеет несколько шин питания, и когда эти шины переключаются, они меняют мощность усилителя и его энергопотребление.
Инженеры Hitachi разработали схемотехнику класса G и выпустили усилители такого типа в серию в 1977 году. Именно в этот момент само понятие «класс G» появилось. В 1981 году известный Боб Карвер использовал аналогичную стратегию и назвал свое детище «классом H», которое долгое время было широко распространено в американской прессе. Несколько позже схема претерпела значительные улучшения, и в результате возникла версия, которую теперь называют классом H. Все предыдущие модификации, в том числе первая версия Боба Карвера, объединились под названием «класс G».
Принцип работы
Принцип работы усилителей класса G и класса H можно кратко описать. Их сигнальная часть похожа на усилители класса АВ, и они работают на малой громкости в том же режиме, что и усилители класса А, когда сигналы класса AB низкие. Блок питания контролирует уровень входного сигнала и содержит весь секрет. Блок питания повышает напряжение питания, что позволяет усилителю работать с большей амплитудой, когда уровень громкости увеличивается, а затем снижает напряжение, когда уровень сигнала на входе уменьшается.
Из-за того, как происходит изменение уровня напряжения питания, класс G отличается от класса H. Класс G использует несколько обмоток трансформатора, чтобы создать питающие шины с разными уровнями напряжения. При повышении уровня входящего сигнала происходит отдельное повышение напряжения питания, либо путем перехода на более высоковольтную шину, либо путем объединения напряжений основной и дополнительной шин питания.
Поскольку даже в самой ритмичной и агрессивной музыке большие энергетические всплески возникают, усилитель может выдавать максимальную мощность 10 Вт, пока уровень сигнала низкий. Когда уровень громкости повышается, подключается дополнительное питание, увеличивая запас мощности до 100 Вт, а когда на пиках подключается еще один каскад питания, усилитель выдает 300 Вт. Это простой механизм повышения мощности.
В действительности класс H — это версия класса G с плавно изменяемым уровнем питающего напряжения. Схемы, отслеживающие уровень входящего сигнала, повышают и понижают напряжение питания плавно по мере увеличения и снижения уровня входного сигнала, а не постепенно. В обычных версиях конденсаторы вольт-добавки обеспечивают повышение напряжения питания, тогда как в более сложных версиях используется дополнительная секция питания, которая в конечном итоге представляет собой еще один усилитель мощности. На малых уровнях сигнала класс H работает как обычный класс АВ без изменения уровня питающего напряжения.
Плюсы
Усилители классов G и H очевидно обладают более высокой энергоэффективностью. Они потребляют меньше энергии, чем усилители класса АВ, при прочих равных. Кроме того, усилители классов G и H требуют меньшего количества радиаторов, чем аналогичные усилители класса АВ, поскольку они работают с пониженным напряжением питания большую часть времени. Классы усилителей класса D, G и H отличаются от более современных усилителей класса D тем, что они сохраняют привычный характер звучания класса АВ. Сравнивая классы G и H, можно заметить, что последний имеет более простую конструкцию.
Минусы
Говоря о снижении энергопотребления, важно отметить, что переход от класса А к классу АВ привел к значительно более высокому КПД усилителя, чем переход от класса АВ к классу G или H. По энергоэффективности класс D значительно превосходит все предыдущие классы, и различия между классами АВ и G/H становятся практически незаметными. В результате возникает вопрос о более сложной схемотехнике классов G и H. Со всеми вытекающими из этого рисками снижения надежности и стабильности работы эта конструкция в полтора-два раза сложнее обычного класса АВ.
Особенности
Рассмотрим, что предлагают классы G и H с пользовательской точки зрения. Первый имеет классическое звучание, компактность и энергоэффективность. Классы G и H подходят для усилителей, которые мускулистые, но не слишком жирные, и если класс D не устраивает вас по идеологическим причинам. Ваши услуги включают обычный характер класса АВ, дополненный динамикой и мощью класса D.
Поскольку усилители классов G и H имеют больший запас энергии, они лучше справляются со сложной нагрузкой. Этот аппарат более спокойно реагирует на акустику с низкой чувствительностью или модели, требующие высокой подводимой мощности, что расширяет выбор колонок и предотвращает нагромождение усилителей мощности в системе.
Усилители класса G и H — это умные версии обычных мощных усилителей, которые экономят энергию и греются меньше. Они делают это, изменяя напряжение питания в зависимости от громкости сигнала: звук остается чистым, как у класса А, а нагрев и расход энергии как у класса В. Это делает так, как было бы с обычными схемами, когда нагрев и расход энергии были меньше.
Практика
Проверить все вышеописанные тезисы на живом примере мы решили с помощью Arcam HDA SA20. Во-первых, этот аппарат отлично демонстрирует все преимущества класса G, а во-вторых, реальный выбор устройств с такой схемотехникой довольно скуден, особенно на российском рынке.
Имея выходную мощность 90 Вт на канал при импедансе нагрузки 8 Ом, Arcam HDA SA20 демонстрирует скромные габаритные размеры с высотой корпуса в половину типичного интегрированного усилителя такой мощности. Радиаторы установлены внутри и имеют размеры, сравнимые с усилителем класса АВ в полтора-два раза меньшей мощности, наглядно демонстрируя преимущества класса G. В блоке питания используется двухступенчатая схема. Две пары обмоток трансформатора и два набора конденсаторов разной емкости формируют две шины питания: основную и дополнительную, подключаемую при возрастании нагрузки. Весьма показательным является значение гармонических искажений. При нагрузке 80% они составляют 0,002%.
Звук
Скромный на вид Arcam HDA SA20 казался подходящим партнером разве что для полочной акустики, но это тот случай, когда внешность обманчива на все 100%. Усилитель не менял характер звучания и не упускал бас из-под контроля на акустике любой сложности. Самые мощные и требовательные модели подчинялись его воле беспрекословно, выдавая на удивление точный, быстрый и упругий бас, поражающий сочетанием плотности, динамики и тембральной полноты. С лучшими представителями классов А и АВ те же колонки выдавали низкие частоты куда менее сфокусированно, а порой норовили даже размазать ноты или слить их в общий гул без какой-либо конкретики.
Живая музыка и вокал воспроизводились точно как тембрально, так и интонационно, а средние и верхние частoты звучали столь же собранно и четко, без всякой выраженной окрашенности и искажений даже на высокой громкости.
Каких-либо изменений характера звучания на разных уровнях громкости заметить не удалось. Усилитель играл детально и чисто как на малой, так и на большой громкости. Будучи исключительно сфокусированным, звук Arcam HDA SA20 не казался сухим или пустым. Усилитель просто не добавлял в музыку ничего лишнего. Те записи, которые должны были звучать тепло и выразительно, показывали именно такой характер, а сухие и жесткие миксы не подкрашивались и не смягчались.
Единственный момент, вызвавший некоторые вопросы — построение сцены. Она была достаточно широкой, но казалась плоской, без ощутимой глубины, хотя та же акустика с другими усилителями создавала куда более убедительное ощущение объема. Впрочем — это однозначно говорит лишь о том, что имеется поле для экспериментов. Основные же признаки схемотехники класса G были вполне очевидны и проявили себя наилучшим образом. Кстати, по ходу тестирования Arcam HDA SA20 нагрелся очень умеренно.
Таким образом, усилители классов G и H — это умная эволюция классических схем; они не работают на полную мощность постоянно, а подстраиваются под сигнал. Это похоже на машину, которая использует мощный двигатель только для обгона, а в остальном время экономит топливо.
Их главная фишка заключается в особом блоке питания, который может мгновенно увеличивать напряжение, когда музыка этого требует, а в тихих моментах усилитель работает в экономичном режиме, почти как класс AB, что снижает нагрев и потери. Когда грянет громкий удар барабана или глубокий бас, система подаёт больше «сока», чтобы передать пик точно и без искажений.
Наконец, мы получаем лучшее из двух миp: высокое качество звука и впечатляющую мощность, но с гораздо большим КПД. Это практичный и технологичный шаг вперед, особенно для профессиональной аппаратуры и мощных домашних систем, для которых разумное потребление энергии и чистота звука важны.
