Цифровые усилители: «за» и «против»

Действительно, именно усилители долгое время оставались последним оплотом аналоговой схемотехники; но в последнее время «боевые действия» «цифры» на этом «фронте» заметно активизировались, и, кажется, участь аналоговой усилительной техники уже предрешена — она останется для массового слушателя антиквариатом да будет тешить самолюбие поклонников высокобюджетных hi-end решений. Желаем мы этого или нет, но сейчас ни у кого уже нет сомнений в том, что многолетний конфликт аналогового звука и «цифры» совсем скоро должен прийти к своему логическому завершению с практически полной победой цифровой техники на всех фронтах — в том числе и на фронте звукового усиления. Но смогут ли цифровые технологии усиления полностью победить аналоговые усилители уже сейчас?

Как работает аналоговый усилитель?

Давайте для начала рассмотрим, как выглядит процесс обработки звукового сигнала в обыкновенном усилителе, который, в общем, уместно называть аналоговым. 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 практически никакой роли; затем он попадает на входной каскад усилителя.

Поступающий сигнал анализируется, при необходимости в него вносятся какие-то коррективы (например, при помощи темброблока увеличивается насыщенность низких частот или, наоборот, высоких), а затем «масштабируется» посредством специальных аналоговых усилительных схем. Таким образом, получается «укрупненная копия» исходного сигнала, в недостижимом теоретическом идеале стопроцентно идентичная входящему сигналу во всем, кроме его амплитуды, которая готова для подачи на выходной каскад, чтобы направиться в акустические системы и разлиться там океаном столь желанного для нас звукового пространства. Вуаля! Весь процесс кажется простым, естественным и стройным. Но, как это часто бывает, все это красиво лишь в теории. А что же мы получаем на практике?

На практике картина вырисовывается намного более сложная. Для более-менее достоверного звукоусиления с минимальными искажениями полезного сигнала требуется добиться внутри усилителя слаженной работы большого количества хорошо подобранных и грамотно настроенных аналоговых компонентов высокого качества. Их рабочие параметры не должны быть подвержены изменениям в зависимости от времени их собственного нагрева либо от каких-то паразитных шумов. (Согласитесь, было бы весьма странно прочитать в инструкции к аппарату фразу, подобную этой: «Качественная работа усилителя гарантирована не менее чем через полчаса после его включения и на протяжении не более трех часов его использования», — хотя она во многом соответствует действительности.) Это достигается лишь использованием дорогой схемотехники. Выход из строя или ухудшение параметров одного компонента моментально сказывается на качестве звука, временами — фатально. Также аналоговые звуковые компоненты сильно зависят от снабжения качественным электропитанием, которое во избежание наводок паразитных сигналов должно быть подано внутрь системы поистине виртуозно.

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. Но как тогда будет передаваться сложная форма сигнала?

Делается это следующим образом. Цифровой усилитель порциями подает на акустические системы энергию. Делается это импульсами различной ширины. Чем больше ширина импульса, тем больше энергии подается. При этом частота следования импульсов на два, а то и на три порядка отличается от максимальной частоты усиливаемого сигнала, что позволяет передавать самые тонкие нюансы звучания. 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). В принципе, ШИМ можно реализовать и аналоговым способом — такие усилители создавались еще в 70-х годах прошлого века, но качество звука у них было низким. Реализовать ШИМ без значительного ущерба для качества звука позволили только цифровые технологии. Сейчас в цифровых усилителях используются и некоторые другие, более сложные, чем ШИМ, принципы управления импульсами на выходе, которые позволяют добиться еще более высокой точности усиления. Но суть остается прежней — сигнал преобразуется в импульсы, которые усиливаются и пропускаются через сглаживающий фильтр, снова превращаясь в аналоговый сигнал.

Самое современное решение — преобразование в импульсы для цифрового усиления непосредственно информации, записанной на цифровом носителе. Такой подход позволяет обеспечить высокое качество звука.