+7(495)755-55-60
+7(800)555-51-52
бесплатно по России
Ваш личный
эксперт
в электронике
Мы Вам перезвоним
Регистрация
  • Имя

  • Телефон

  • E-mail

Статьи

Цифровой звук

Перевод бытовой аппаратуры на цифру зашел уже достаточно далеко. Цифровые СБИС используются уже не только для обработки видео- и звуковых сигналов, но и для усиления. Эксперты предсказывают, что к концу этого года доля микросистем с цифровыми усилителями составит не менее 80%, а начиная со следующего начнется вытеснение с рынка чисто аналоговых схем.

В секторе аппаратуры для домашнего театра цифровые ресиверы уже преобладают. События развиваются настолько стремительно, что мы вновь обращаемся к теме цифровых усилителей, начатой в октябрьском номере прошлого года.

Четыре стороны цифры
По данным Sharp, одного из лидеров в создании цифровых усилителей, существуют как минимум 4 сегмента рынка, где в ближайшие годы экспансия такой техники будет идти наивысшими темпами.
Во-первых, это сектор мобильной электроники, включающий в себя сотовые телефоны, ноутбуки и персональные цифровые ассистенты (PDA).
Во-вторых, портативная переносная аппаратура типа CD-магнитол («бумбоксы»), MD, твердотельные звуковые плееры и т.д.
В-третьих, домашняя AV-электроника, включающая в себя музыкальные центры (мини- и микросистемы), PDP и LCD-дисплеи и телевизоры на их основе, системы домашнего театра. Сюда же можно отнести и стационарные компьютеры, в том числе мультимедийные с многоканальными акустическими системами.
И, наконец, в-четвертых, как это ни покажется странным, аудиотехника для высококачественного воспроизведения звука. Да, не удивляйтесь, сегодня, когда цифровые усилители уже благополучно пережили период младенчества и вступают в пору технологической зрелости, качество их звучания настолько возросло, что все большее число серьезных любителей музыки начинают рассматривать их как реальную альтернативу аналоговой аппаратуре High End.
Согласитесь, еще лет 5 назад подобная мысль не могла прийти в голову даже самым отчаянным поборникам цифровой техники, которые молчаливо соглашались с тем, что, несмотря на удобство и технологичность производства, такая аудиоаппаратура по качеству звучания все же не может реально тягаться с лучшими аналоговыми моделями. Уж на что Боб Стюарт из английской Meridian беззаветно влюблен в цифру и поэтому призывает сохранять сигнал в цифровом виде при прохождении от источника до выхода на активные акустические системы. Но даже в меридиановских колонках цифровой сигнал после обработки попадает в конечном итоге на ЦАПы и затем - на традиционные аналоговые усилители мощности, так как конструкторы совершенно справедливо считают: получить высокое качество звучания с помощью цифрового усилителя - невероятно сложная задача.

Головоломка
AV-ресивер SD-SH111 пульт
Как известно, в процессе модуляции напряжения источника сигнала при помощи PWM (широтно-импульская модуляция) или 1-битового дельта/сигма-модулятора возникает чудовищный уровень радиопомех в очень широкой полосе спектра, вплоть до десятков мегагерц. Для их подавления в нагрузке (акустических системах) на выходе усилителя
AV-ресивер SD-SH111 при глубине корпуса всего 12 см развивает мощность 6х25 Вт.
устанавливают эффективные фильтры низких частот со сложным характером

выходного импеданса. В результате оконечник становится очень чувствительным к влиянию акустических кабелей и нестабильности импеданса акустики в полосе рабочих частот. На практике это означает, что с разными колонками и кабелями цифровые усилители будут играть очень по-разному. Кроме того, непросто добиться линейности преобразования цифрового сигнала в аналоговый и незаметности искажений, особенно для малых уровней сигнала.
Наконец, к стабильности постоянного напряжения на выходе блока питания цифровых усилителей предъявляются очень жесткие требования по величине пульсаций. Выполнение этих требований значительно удорожает аппаратуру. Не случайно цены на первые модели цифровых усилителей Tact Millennium и Sharp SM-SX100 были огромными. И тем не менее, преимущества, которые сулит перевод усилителей на цифру, столь заманчивы, что конструкторы упорно продолжают работы по их совершенствованию. А преимущества таковы: высокая эффективность (к.п.д. свыше 95%); как следствие этого, малое тепловыделение в процессе работы; малые габариты (в шесть раз меньше по объему равного по мощности аналогового усилителя) и масса.

Цифра цифре рознь
Существуют две основные разновидности цифровых усилителей: 1-битовые и использующие широтно-импульсную модуляцию PWM. В прошлый раз мы говорили, главным образом, о PWM-усилителях, которые в настоящее время получили наибольшее распространение. Теперь пришло время подробнее ознакомить наших читателей со второй технологией цифрового усиления. Тем более что на нашем рынке появилось целое семейство аппаратуры Sharp с 1-битовыми усилителями: музыкальный центр SD-EX220H, кинотеатральный набор SD-AT1000H (AV-ресивер + акустика) и Hi-Fi-стереосистема SD-SG11.
Однако рассмотрим для начала, как происходит усиление аналогового сигнала в 1-битовом усилителе. Принцип его работы основан на использовании последовательности одиночных импульсов, которые при помощи полупроводникового ключа (полевого транзистора) на короткое время подключают источник постоянного тока к нагрузке (акустике), формируя в ней единичный импульс тока. Чем большее величина сигнала на входе усилителя, тем большее количество импульсов поступит в акустическую систему.
Эта последовательность 1-битовых импульсов аналогична цифровому потоку DSD (Direct Stream Digital), предложенному специалистами Sony и Philips для записи сигналов высокого разрешения на диск SACD. (Поэтому, кстати говоря, 1-битовый усилитель идеально подходит для совместной работы с SACD-проигрывателем). И в том и в другом случае для описания формы аналогового звукового сигнала в виде цифрового потока используется последовательность однобитовых импульсов с очень высокой частотой следования (дискретизацией), равной 2,8224 МГц. Очевидно, что получение столь большого количества отсчетов амплитуды позволяет с большой точностью отследить малейшие изменения сигнала. Достаточно сказать, что при применении 1-битовой технологии DSD с частотой дискретизации 2,8 МГц количество отсчетов будет больше в 64 раза, чем у CD, и почти в 15 раз, чем у DVD-Audio.
Кроме этого, важнейшим принципиальным отличием 1-битовых звуковых технологий от принятой в системах CD и DVD-Audio импульсно-кодовой модуляции РСМ является использование для описания амплитуды сигнала дельта/сигма-модуляции (дельта/сигма). Для этого в дельта/сигма-модуляторе в точках сэмплирования производится сравнение амплитуды сигнала в соседних отсчетах, и на основании полученных результатов формируется поток однобитовых сигналов. При этом 1-битовый сигнал на выходе модулятора принимает значение «1», если данный отсчет по амплитуде больше предыдущего, и «0», если величина амплитуды сигнала уменьшается. Таким образом, значения 1-битового потока вблизи максимально-возможной для дельта/сигма-модулятора амплитуды представляется сплошными «1», а сигналы в нижней точке шкалы преобразования в основном описываются «0».
Сердце усилителя - дельта/сигма-модулятор.
Иными словами, плотность цифрового потока 1-битовых импульсов будет прямо пропорциональна величине преобразуемого звукового

сигнала. Чтобы восстановить информацию об амплитуде звукового сигнала, необходимо и достаточно пропустить эту 1-битовую последовательность через фильтр низких частот. При этом высокочастотные составляющие спектра импульсов будут отфильтрованы, а низкочастотный звуковой сигнал выделится в нагрузке.

Формирование шума
В теории все выглядит очень просто и привлекательно, однако при попытке реализовать описанный алгоритм получения DSD-последовательности «в лоб» уровень высокочастотного шума в полосе рабочих частот 1-битового усилителя (О - 100 кГц) получается недопустимо большим. Согласно расчетам, реальное отношение сигнал/шум в этом случае не превысит 64 дБ, чего явно недостаточно для высококачественного звукоусиления. Для его улучшения в области рабочих частот используют специальные методы шумоформирования, позволяющие перераспределить энергию шума в высокочастотную часть спектра. И хотя при подобной процедуре интегральная мощность шумов на выходе цифрового усилителя остается постоянной, отношение сигнал/шум в полосе рабочих частот улучшается до величины 120 дБ.
Известно несколько методов практической реализации алгоритмов шумоформирования. Наиболее популярным является использование нескольких петель обратной связи из интеграторов и линий задержки, каждая из которых перераспределяет спектр шума в более высокочастотную область. В 1-битовых усилителях Sharp применяют дельта/сигма-модуляторы 7-го порядка, так как это позволяет добиться увеличения динамического диапазона усилителя до 120 дБ, сохраняя при этом устойчивость работы схемы модулятора. Не стоит также забывать, что при увеличении порядка схемы шумоформирования возрастают требования к скорости обработки сигнала в реальном масштабе времени. А значит, потребуется применение более совершенной и дорогой элементной базы с неизбежным повышением цены аппарата.
В качестве примера практической реализации 1-битового усилителя рассмотрим функциональную схему Sharp SM-SX100 (см. рис. 1). «Мозг» аппарата - 1-битовый цифровой сигнальный процессор, осуществляющий аналого-цифровое преобразование (АЦП) сигналов звука от аналоговых источников и формирование (при помощи дельта/сигма-модулятора 7-го порядка) 1-битового потока с перераспределением спектра помех выше полосы рабочих частот. Затем эта 1-битовая последовательность поступает на схему согласующего каскада (Digital Driver), вырабатывающего сигналы управления для электрических ключей (мощных полевых транзисторов), которые формируют импульсы положительной и отрицательной полярности. В результате на выходе 1-битового усилительного сигнального процессора имеем последовательность двуполярных импульсов с амплитудой от -32 до +32 В.
Рис 1. Блок-схема усилителя SM-SX100.
После выделения низкочастотного звукового сигнала схемой фильтра он по двухпроводной схеме подключения (bi-wiring)

подается на акустические системы. Обратите внимание, что для уменьшения влияния на звук нестабильности источников питания (они могут слегка «проседать» при пиковых уровнях звукового сигнала), введена специальная динамическая обратная связь дельта/сигма-модулятора. При подключении SACD-проигрывателя к усилителю по цифровому входу предварительного преобразования в АЦП не требуется. Поэтому сигнал подается прямо на вход дельта/сигма-модулятора. Цифровые же сигналы РСМ от других источников звуковых программ (CD, DVD, DVD-Audio, MD, mp3 и т.д.)
Музыкальный центр SD-CH1H выпускается в 4-х цветовых вариантах.
предварительно переводятся в 1-битовую последовательность при помощи схем

преобразования частоты дискретизации (Sampling Rate Converter) и конвертора мультибитового сигнала в однобитовый (Multi-Bit to 1-bit Converter). Подробно действие этих схем мы рассматривать не будем, отметим только, что этот конвертор может работать с любыми РСМ цифровыми сигналами разрядностью от 16 до 24 бита с частотой дискретизации 32 - 192 кГц. Остается добавить, что всеми режимами работы SM-SX100 управляет встроенный микропроцессор. Любопытно, что, несмотря на высокий класс усилителя, в нем нет дистанционного управления. Видимо, это сделано сознательно, так как этот аппарат позиционируется Sharp как техника категории High End, в которой подобные ширпотребовские приспособления, как правило, отсутствуют. Отметим также, что в SM-SX100 используется импульсный блок питания, при этом цепи питания цифровых схем и аналоговых каскадов дополнительно стабилизируются по амплитуде.
Как видим, 1-битовый усилитель устроен довольно сложно. Однако в будущем вся начинка подобных аппаратов уместится в одну или две СБИС, как в современных PWM-усилителях.
Многие читатели к этому моменту уже наверняка задаются вопросом, какой цифровой усилитель лучше: 1-битовый или с использованием PWM-модуляции? Теоретически 1-битовые
Микросхема SD-EX220H
усилители должны звучать более естественно, ведь в DSD-

технологии отсутствует процедура дискретизации амплитуды звукового сигнала, принципиально необходимая для РСМ и PWM-модуляций. Поэтому с аналоговыми входными сигналами и при воспроизведении SACD-дисков определенные преимущества должны быть у 1-битовых усилителей. Однако все не так просто, так как реально качество звучания и тех и других очень сильно зависит от их практической реализации. Во-первых, существенное влияние на звук оказывает выходной аналоговый фильтр. Во-вторых, степень искажений в значительной степени определяется величиной пульсаций питающего напряжения. Поэтому заранее предсказать исход поединка двух типов цифровых усилителей весьма проблематично.

Долго дело делается
Работы по цифровому звуку были начаты Sharp еще в середине 70-х годов. В то время японские и европейские фирмы интенсивно вели разработки конкурирующих между собой систем «цифровой грампластинки», завершившиеся, как известно, созданием компакт-диска. Первым практическим результатом у Sharp явилось создание в 1979 году цифрового аудиорекордера на базе VHS-видеомагнитофона. В 1981 году начались разработки цифровых магнитофонов системы DAT со стационарной многодорожечной головкой (S-DAT) и вращающимися головками (R-DAT). На следующий год Sharp выпустил CD-плеер, став одной из первых компаний, имеющих в активе собственный проигрыватель компакт-дисков. 1992 год - первый в мире портативный проигрыватель мини-дисков MD.
Официальной датой старта работ по созданию 1-битовой технологии цифровых усилителей считается октябрь 1990 года, когда группа исследователей под руководством профессора Йошио Ямасаки (Yoshio Yamasaki) приступила к теоретической проработке проблемы. Задача оказалась настолько сложной, что потребовалось 9 лет напряженного труда. В сентябре 1999-го состоялась презентация первого в мире действующего 1-битового усилителя Sharp SM-SX100. До этого момента мало кто верил, что цифровой аппарат сможет сравняться по качеству звучания с аналоговыми моделями высокого класса. Однако инженерам из Sharp удалось невозможное: по отзывам экспертов, SM-SX100 обеспечивал исключительно чистое, прозрачное и детализированное звучание. Правда, и его стоимость порядка $8000 соответствовала классу High End.
Работы по созданию более доступной по цене аппаратуры позволили Sharp предложить покупателям уже в декабре того же года бюджетную версию 1-битового усилителя SM-SX1, который стоил в 3 раза дешевле топовой «сотки», а также запустить в производство несколько моделей компонентов серии Auvi с 1-битовыми усилителями.
Заинтересованные успехами Sharp, другие компании также обратили свои взоры на перспективную технологию и официально изъявили желание использовать ее в своих продуктах. В феврале 2001 года под эгидой Sharp Pioneer и университет Waseda был образован специальный «1-битовый Консорциум» (1-Bit Audio Consortium), участниками которого являются сейчас 52 фирмы-производителя и 2 университета. В число наиболее именитых членов «1-битового Консорциума», помимо его основателей, входят практически все ведущие компании: Sony, Denon, Kenwood, JVC, Yamaha, Onkyo, Sanyo, Toshiba, Fujitsu, Marantz. Но роль первой скрипки в альянсе по-прежнему играет Sharp, которому принадлежит «контрольный пакет» из 99 патентов на базовые ноу-хау однобитовой технологии.
В марте 2001 Sharp выпускает на рынок стильную парочку - SACD/CD-проигрыватель SD-SX1 и цифровой усилитель SM-SX1. Их «фамильными чертами» стали скошенные под острым утлом зеркальные фронтальные панели и экстравагантная ручка регулятора громкости в виде тюбика губной помады. Появление этого комплекта стало важной вехой развития технологии, так как впервые цифровой усилитель и SACD-проигрыватель были соединены между собой цифровой шиной для передачи DSD-потока данных в усилитель, для чего Sharp пришлось разработать защищенный от копирования интерфейс с 13-контактным разъемом.
Таким образом, инженеры Sharp смогли реализовать преимущества 1-битовой технологии. По отзывам экспертов, в результате этого удалось добиться изумительной детальности и кристальной чистоты звучания SACD-дисков, вполне соизмеримого со звуком самых дорогих систем с аналоговыми усилителями. Однако справедливости ради нужно отметить, что SM-SX1 оказался более чувствительным к типу акустических систем, чем его аналоговые соперники. Это объясняется использованием на его выходе мощного фильтра со сложным динамическим характером импеданса, тогда как у аналоговых транзисторных усилителей выходной импеданс чисто активный. К тому же, как правило, он еще и очень мал по величине.
Ирония судьбы в том, что в этом отношении (чувствительность к реактивности импеданса нагрузки) суперсовременные цифровые усилители оказались схожими с ламповыми моделями с трансформатором на выходе, у которых АЧХ также сильно зависит от входного импеданса колонки.Тем не менее, с выходом на рынок Sharp SD-SX1/SM-SX1 сторонники цифры получили мощный аргумент в споре с адептами аналога о том, способна ли цифровая аппаратура вообще и усилитель в частности на действительно высококачественное звучание.
Центральный блок системы SD-EX100 мощностью 2х25 Вт с верхней загрузкой диска.
Теперь мы знаем, что способна. Самое главное - известны пути дальнейшего улучшения цифровых усилителей. Так, например,

радикальным способом уменьшения влияния выходного фильтра является увеличение частоты дискретизации 1-битового сигнала. При этом спектр помех автоматически смещается вверх, поэтому для их эффективного подавления требуются куда менее сложные фильтры.
Одновременно уменьшается и влияние нагрузки на характер звука. Однако практическая реализации этого простого рецепта наталкивается на большие технические трудности, так как требуется увеличить не только скорость обработки цифрового сигнала в дельта/сигма-модуляторе, но и частоту коммутации выходного высоковольтного полевого транзистора. И то и другое - очень непростые задачи. Тем не менее, в июле 2002 года Sharp представляет первую модель цифрового усилителя нового поколения SM-SX200 с удвоенной частотой дискретизации 5,6 МГц и выходной мощностью по 200 Вт на канал. Основным источником программ для SM-SX200 предусмотрен уже DVD/SACD-проигрыватель со специальным цифровым разъемом для подключения к усилителю. Тесты показали, что качество звучания 1-битовых аппаратов 2-го поколения значительно улучшилось по сравнению с моделями с частотой преобразования 2,8 МГц.
В октябре того же года состоялся целый ряд премьер другой AV-аппаратуры Sharp, созданной на основе 1-битовой технологии. Это цифровой DVD-ресивер SD-SH111H со встроенными декодерами многоканального звука и двусторонним пультом ДУ, стильный кинотеатр в одной коробке SD-AT100H в комплекте с киноакустикой и пассивным сабвуфером,
А это - SD-SG11. CD, тюнер и MD-плеер в одном плоском корпусе.
а также новый

DVD/SACD-проигрыватель с выходом цифрового звука DSD. При этом, что радует, цена на эти высокотехнологичные компоненты уже не столь высока, как у первенцев 1-битовой аппаратуры. Например, «однокоробочник» SD-AT100H стоит $1300. И при этом обладает массой достоинств. Блок DVD-ресивера устанавливается вертикально, причем загрузка дисков осуществляется в откидывающийся «карман» в левой части фронтальной панели. Ему свойственно мягкое и детальное звучание, весьма редкое у AV-систем этой ценовой категории. И, наконец, обеспечивает весьма высокое качество изображения при воспроизведении DVD. Флагман мини-систем Sharp на сегодня - SD-NX10H, естественно, с 1-битовыми усилителями мощности.
В сентябре 2002 года Sharp запустил в производство первый в мире MD-плеер с цифровыми усилителями.
У внимательных читателей может возникнуть вопрос: что это мы все время говорим о Sharp? Дело в том, что благодаря усилиям именно этой фирмы теоретические наработки по технологии 1-битовых усилителей были впервые доведены до практической реализации. А ее новейшие модели позволяют нам предвидеть перспективы развития этой техники в ближайшие годы.

Эра однобитовых?
Из новинок Sharp текущего года отметим комплект для домашнего кино SD-AT1000HR с выходной мощностью цифровых усилителей 6х100 Вт. Готовится к выходу SD-EX220H - новая мини-система «настенного» дизайна с вертикальной загрузкой дисков. В секторе MD-аппаратуры ожидается появление новой модели рекордера MD-DR470H со временем непрерывного воспроизведения в режиме LP4 почти 100 часов. Другая интересная особенность этого аппарата - использование в нем 4-контактного разъема мини-джек для подключения наушников (левый и правый излучатели имеют раздельные земляные контакты). Никто уже не сомневается, что развитие 1-битовых технологий в ближайшее время еще более ускорится. Большие надежды возлагаются на компонентные 1-битовые усилители, так как потенциал этой отрасли позволяет крупносерийно изготавливать модели с высококачественным звуком и по доступным ценам. И это радует, поскольку перспективы снижения цен на высококлассные аналоговые усилители практически не просматриваются. В цифровой же технике снижение цен становится только вопросом времени. Вспомните, к примеру, что лет 5 назад средний DVD-проигрыватель стоил $700 - 800, а сегодня цена на простые модели уже упала до $100-150. Нет сомнения, что подобная приятная для нас участь рано или поздно постигнет и цифровые усилители.
MDLP-плеер MD-DR740H с 1-битовым усилителем.


Система цифрового звука Длительность 1 отсчета, мс Относительное число отсчетов (система CD=1) Количество отсчетов в 1 с
CD 0,0227 1 44100
DVD-Audio 0,0052 4,35 192000
DSD (SACD/1-битовый усилитель) (Fдискр.=2,8 МГц) 0,00035 64 2822400
1-битовый усилитель
(Fдискр.=5,6 МГц)
0,000177 128 5644800


Использование данных материалов допускантся только с разрешения автора.

Автор: Константин Быструшкин; Лариса Степаненко

Источник: Салон AudioVideo №09'2003


Возврат к списку Обсудить

08.11.2013
Акустические стойки ATACAMA NEXUS 7I (video)

Акустические стойки ATACAMA NEXUS 7I (video)

Будет не только интересно, но познавательно! Сегодня в нашем обзоре – стойки для полочных акустических систем ATACAMA NEXUS 7I. Эксперт расскажет, как у этих массивных стоек верхняя и нижняя площадки, а также полые опоры стягиваются специальным винтовым креплением, чтобы они могли выдержать вес до 25 кг., а также даст небольшие практические рекомендации по эксплуатации этих незаменимых помощников в вашем доме.
11.11.2013
Кресла BELLO HTS 100BN (video)

Кресла BELLO HTS 100BN (video)

Все для вашего комфорта – наш обзор о базовой модели кресла Bello для приятного просмотра домашнего кинотеатра. Эксперт с особым удовольствием познакомит вас с этой удобной и стильной мебелью, продемонстрирует её возможности и механизм работы. Посмотрите наш ролик, чтобы оценить все прелести этого предмета интерьера.
14.11.2013
Пульт ДУ UNIVERSAL REMOTE CONTROL MX 350 (video)

Пока отзывов нет, Ваш отзыв станет первым.

   На сегодняшний день защита персональных данных является одним из приоритетных направлений в обеспечении информационной безопасности большинства компаний. Это не только показатель надежности и солидности любой уважающей себя организации, но и требование бизнеса и законодательства. Необходимость обеспечения безопасности персональных данных в наше время ― объективная реальность, поэтому они нуждаются в самой серьезной защите. Каждая компания непременно хранит и обрабатывает данные о сотрудниках, клиентах, партнерах и поставщиках. Утечка или несанкционированное изменение персональных данных приводит к невосполнимому ущербу и даже потере репутации. Кроме того, государство требует от организаций обеспечить надежную защиту персональных данных. В январе 2007 года вступил в силу Федеральный закон Российской Федерации от 27 июля 2006 г. N 152-ФЗ «О персональных данных», который регулирует отношения, связанные с обработкой, хранением и передачей сведений.

    Действуя строго в рамках законодательства и понимая всю важность этого вопроса, Интернет-магазин PULT.ru в полной мере защищает интересы своих сотрудников, клиентов, партнеров и поставщиков и обеспечивает максимальную конфиденциальность их персональных данных. С нами работать безопасно и надежно!

Максимальное количество товаров для сравнения 50.

Для дальнейшего добавления необходимо удалить часть из уже находящихся в сравнении товаров.

Перейти на страницу сравнения