Как работает усилитель класса «G» и «H», или На ступень выше

ТEКСТ: Комментарии (30)
79.03 дБ
Как работает усилитель класса «G» и «H», или На ступень выше

С усилителями классов G и H, как только они появились на свет, началась изрядная неразбериха. Эти технологии имеют куда больше общих черт, нежели отличий, поэтому их частенько путают между собой, а одну и ту же технологию в зависимости от страны могут обозначать разными буквами. Но как их ни назови, суть дела принципиально не меняется. И класс G, и класс H являются ближайшими родственниками класса АВ, но превосходят его по энергоэффективности. Иными словами — продолжают общую тенденцию развития усилителей, которая наметилась с появлением класса В.

История

Предпосылкой к созданию усилителей класса G был факт нелинейности уровня музыкального сигнала. Большую часть времени музыка звучит на малом и среднем уровне, когда от усилителя не требуется большая мощность. Но для того, чтобы без потерь отработать редко встречающиеся в музыке динамические всплески, требующие большой отдачи энергии, усилитель приходится держать в режиме высокой мощности постоянно. В то же время из соображений экономии было бы неплохо, если бы блок питания усилителя работал на полную лишь в те моменты, когда это требуется для отработки громких звуков, а все остальное время потреблял меньше энергии от сети.

Над этой задачей думало немало инженеров середины ХХ века, но первым решил ее в 1964 году сотрудник NASA Мануэль Крамер. Он разработал схемотехнику, в которой усилитель имеет несколько шин питания, и их переключение меняет мощность (и энергопотребление) усилителя в зависимости от того, какова величина громкости входящего сигнала.

Первое практическое применение схемотехнике класса G нашли инженеры Hitachi, наладившие серийный выпуск усилителей такого типа в 1977 году. Именно в тот момент и появилось само понятие «класс G». Аналогичную схему в 1981 году реализовал небезызвестный Боб Карвер и дал своему детищу другое маркетинговое название — «класс H», на некоторое время закрепившееся в американской прессе. Несколько позже схема пережила существенное усовершенствование и появился тот вариант, который сейчас и называют классом H, а все предыдущие вариации, включая то, что изначально делал Боб Карвер, были объединены под названием «класс G».

Принцип работы

Принцип работы усилителей класса G и класса H можно описать буквально в двух словах. Их сигнальная часть аналогична усилителям класса АВ и на малой громкости работает в точно таком же режиме (напомним, что на низких уровнях сигнала класс AB работает в классе А). Весь секрет кроется в блоке питания, который отслеживает уровень входящего сигнала. Как только уровень громкости поднимается, блок питания повышает напряжение питания, тем самым давая возможность усилителю работать с большей амплитудой, и понижает напряжение, как только уровень сигнала на входе падает.

Отличие класса G от класса H кроется в том, как именно происходит изменение уровня напряжения питания. В классе G блок питания имеет несколько обмоток трансформатора, формирующих питающие шины с разными уровнями напряжения. При повышении уровня входящего сигнала происходит дискретное повышение напряжения питания — либо путем перехода на более высоковольтную шину, либо путем суммирования напряжений основной и дополнительной шин питания.

Таких ступеней повышения питания может быть несколько. В упрощенном виде это происходит следующим образом: пока уровень сигнала находится на малом уровне, усилитель имеет максимальную мощность 10 Вт. Как только уровень громкости повышается, подключается дополнительное питание, и запас мощности увеличивается до 100 Вт, а на пиках подключается еще один каскад питания, и усилитель выдает 300 Вт. Поскольку даже в самой ритмичной и агрессивной музыке большие энергетические всплески непостоянны, фактическое энергопотребление усилителя класса G оказывается ближе к показателям его минимальной, а не максимальной мощности.

Появившийся спустя некоторое время класс H фактически является версий класса G с плавно изменяемым уровнем питающего напряжения. Схемы, отслеживающие уровень входящего сигнала, повышают и понижают напряжение питания не ступенчато, а плавно, сообразно величине нарастания и снижения уровня входного сигнала. В простых версиях повышение напряжения питания обеспечивается за счет конденсаторов вольт-добавки, в более сложных — дополнительная секция питания, по сути, представляет собой еще один усилитель мощности. Как и в классе G, на малых уровнях сигнала класс H работает без изменения уровня питающего напряжения аналогично обычному классу АВ.

Плюсы

Очевидный плюс усилителей классов G и H — лучшая энергоэффективность. При прочих равных они потребляют меньше энергии, чем усилители класса АВ. Кроме того, поскольку основную часть времени усилители классов G и H работают с пониженным напряжением питания, они рассеивают меньше тепла и требуют радиаторов меньшего размера, чем аналогичные усилители класса АВ. На фоне более современных усилителей класса D класс G и H имеют одно заметное отличие — сохранение привычного характера звучания, свойственного классу АВ. Если же сравнивать классы G и H между собой, можно отметить простоту конструкции последнего.

Минусы

Продолжая тему снижения энергопотребления, нельзя не отметить и тот факт, что переход от класса А к классу АВ дал куда более существенный прирост КПД усилителя, нежели переход от АВ к G или H. При этом класс D превосходит по энергоэффективности все предыдущие классы куда более существенно, и на его фоне разница между классом АВ и классами G/H начинает казаться совершенно незначительной. В свете этого на первый план выходит вопрос технически более сложной схемотехники классов G и H. Фактически, эта конструкция в полтора-два раза сложнее обычного класса АВ со всеми вытекающими из этого рисками снижения надежности и стабильности работы.

Особенности

Разберемся, что же мы получаем в лице класса G и H с пользовательской точки зрения. Первое — это сочетание компактности, энергоэффективности и классического характера звучания. Если хочется мускулистого, но не слишком прожорливого усилителя, а класс D не устраивает по идеологическим причинам, классы G и H — ваш выбор. Привычный характер класса АВ, дополненный динамикой и мощью класса D, к вашим услугам.

Второе преимущество не столь очевидно, но, в действительности, более значительно. Имея солидный запас энергии, усилители классов G и H лучше справляются со сложной нагрузкой. Такой аппарат куда спокойнее реагирует на акустику с низкой чувствительностью или модели, требующие высокой подводимой мощности. Это позволяет расширить выбор колонок и избежать нагромождения усилителей мощности в системе.

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.

Средние и верхние частоты звучали столь же собранно и четко, без всякой выраженной окрашенности и без искажений даже на высокой громкости. Живая музыка и вокал воспроизводились точно как тембрально, так и интонационно.

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.

Выводы

Если класс АВ имеет полное право называться решением практичным, класс G (и примкнувший к нему класс H) вполне может претендовать на титул с приставкой «супер» или «экстра». Он может все то же самое, что лучшие представители класса АВ, но делает это более легко и красиво. Для того, чтобы получить ту динамику звучания и ту степень контроля баса, которую выдал один скромный усилитель класса G, нам понадобились бы два огромных моноблока, работающих в классе А, один солидный мощник класса АВ или… всего лишь один миниатюрный усилитель класса D. Но это уже совсем другая история. А в мире классической схемотехники классы G и H совершенно однозначно находятся на высшей ступени эволюции.

Продолжение следует...


Другие материалы цикла:

Как работает усилитель класса «А», или Истинный High End и много тепла

Как работает усилитель класса «АВ», или Практичность правит миром


Статья подготовлена при поддержке компании «Аудиомания», тестирование усилителей проходило в залах прослушивания салона.

Другие полезные материалы в разделе «Мир Hi-Fi» на сайте «Аудиомании» и Youtube-канале компании:

Праздник, который всегда с тобой: как выбрать портативный аудиопроигрыватель

Кто выпускает винил? Самые интересные лейблы на сегодняшний день.

Как запустить свой подкаст, руководство для начинающих

79.03 дБ +

Комментарии

#

о!!! а тут все хорошо и по делу написано!!! это уже не науч-поп! это вполне такой инфо-наук!!!


кстати вот те провода что на разъемчиках к радиатору тянутся это и есть вторая шина питания... ее почему-то частенько в усилках данного класса отдельным жгутом прокладывают... кстати Вега 50у-122с тоже в этих классах работает...

- 50 дБ +
⇡ в ответ @AnegiN #
кстати вот те провода что на разъемчиках к радиатору тянутся это и есть вторая шина питания...

Это, скорее всего, к датчикам температуры / перегрева радиаторов для защиты.

- 50 дБ +
⇡ в ответ @zome_bear #

как-то много их для этого дела на одном радиаторе... 6 проводов там где и двух хватит... может конечно и датчики... но отдельная шина питания больше внимания привлекает! :)

- 50 дБ +
⇡ в ответ @AnegiN #

Если это ифо-наук, то автору, по законам науной логики, теперь нужно будет отталкиваться от своего утверждения:

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.

Ведь когда придется тестировать этих самых "лучших представителей" надо будет их обязательно сравнивать с Arcam HDA SA20, как с отправной точкой, как с усилителем, который "не менял характер звучания и не упускал бас из-под контроля на акустике любой сложности":)

На самом деле, я считаю, что это просто некоторая гипертрофированность сравнения в формате познавательно-рекламной статьи.


- 62.55 дБ +
⇡ в ответ @NoamZahid #

как владелец усилителя Arcam FMJ A32 подтверждаю, что все что написано - святая правда) Кстати, нагрузка у меня на усилитель очень тяжелая B&W 703

- 53.01 дБ +
⇡ в ответ @NoamZahid #

ну тут как... схемотехника этого класса и специфика его работы вынуждают инженеров делать усилители такими что они хорошо контролируют бас... т.е. аб тоже можно таким сделать по части звука но там возникнет проблема энергоэффективности и греться он будет как класс а... а если класс а таким сделать то придется вентиляторы с турбинами ставить или радиаторы размером с холодильник... ну и подстанцию... а тут получается и по потребелнению приемлемо и басы держит... хотя повторюсь басы он так хорошо держит вынужденно... парадокс схемотехники... :)

- 50 дБ +
#

Спасибо, хорошая статья. Можно добавить к тезису «Реальный выбор устройств с такой схемотехникой довольно скуден», что, например, усилители Creek Audio также работают в классе G. За счет чего в изящном и невысоком корпусе (Slim) удалось разместить усилитель мощностью > 100 Вт на 8 Ом (EVO 100 А).

- 50 дБ +
#

В усилителях А/АВ лепят какой-то транзистор из цепей входной части к радиатору мощника, чтобы тот нагревался одинаково с выходными транзисторами и корректировал/компенсировал температурные изменения ВАХ этих транзисторов.

В усилителях G/H в этом нет необходимости или это решено как-то по другому?

- 53.01 дБ +
⇡ в ответ @rammster #

все так же... никуда проблема не делась... это специфика работы двухтактных усилителей... чтобы отрицательная полуволна была равной амплитуды с положительной нужна термостабилизация параметров... по хорошему ставят на выходе комплиментарную пару - 2 транзистора один н-п-н второй п-н-п в одном корпусе... по среднему ставят терморезистор корректирующий параметры... по средне-хорошему его ставят на радиатор по среднему-среднему вообще на плате рядом с ним стоит его не касаясь...


а вообще по хорошему надо все транзисторы на один радиатор ставить... чтобы и пред на нем же... а то он до полноценно рабочих 60 градусов вообще не прогревается...двойное моно я по этой же причине гадостью считаю... в эпоху кондеев ставить радиаторы на расстоянии в пол метра друг от друга это гарантированно расколбасить звук по центру между колонками...

- 50 дБ +
#

Странно, что автор статьи не написал на каких шипах и каких электропроводах был установлен этот сверхпрекрасный, звучащий наверняка еще и воздушно, прозрачно-светло, мягко-контрастно и просто фантастично усилитель Аркам. По делу - класс g это действительно отлично и давно придуманная непростая схемотехника. Хотелось бы еще сравнить с классом D более подробно.

- 59.03 дБ +

А какое отношение это имеет к принципу работы усилителя? Верно - никакого. Вот и не написал.

- 50 дБ +
⇡ в ответ @Katerina #

Реклама звука Arcam и мне показалась не очень уместной. Наверное, достаточно было бы, в рамках выбранной темы, ограничиться возможностями аппарата по работе с акустикой, что бас не просаживается, например.

- 53.01 дБ +
⇡ в ответ @JaroslavS #

Это авторское.

- 50 дБ +

Что вы, как дети лепите эти минусы? Ни одного объяснения, кроме высокомерных изречений, я за несколько месяцев не увидел. Лепет "переходите на личности" это вообще за гранью, ни одного человека я здесь не оскорбил, пытался вывести на какой-то диалог из фактов и аргументов, но кроме пафосного "мой 25летний опыт" я так ничего и не прочитал. Лепите еще минус и разрекламьте какой-нибудь шнурок и подставку под что-нибудь.

- 50 дБ +

Ну уж если хотите лестных отзывов и плюсов, то нужно поднапрячься и написать что-то по теме, а не голословно всё критиковать. Походите по вашим ответам по различным веткам. Вы только критикуете, причём просто критикуете, без опровержения сказанного оппонентом. Потому и не плюсуют(с).

- 50 дБ +

Кому и где я влепила минус? Покажите ссылку и обоснуйте.

А ещё следите за своими изречениями, а то кроме "желчи" от Вас ничего не исходит.

- 63.01 дБ +
Что вы, как дети лепите эти минусы? Ни одного объяснения, кроме высокомерных изречений, я за несколько месяцев не увидел. Лепет "переходите на личности" это вообще за гранью, ни одного человека я здесь не оскорбил, пытался вывести на какой-то диалог из фактов и аргументов, но кроме пафосного "мой 25летний опыт" я так ничего и не прочитал. Лепите еще минус и разрекламьте какой-нибудь шнурок и подставку под что-нибудь.

Если Вам так тут не нравится, что Вы тут делаете до сих пор? ;-)

- 60 дБ +

Кому я писал, те поняли. Я не о портале в целом, а о принципе ведения нек-рыми авторитетными персонами диалогов в стиле "про магнитоферритовую жидкость тоже небось не слышали". Когда я раскритиковал "притирку" динамиков на АС, например )))) А плюсы и прочая мне не нужно. Вовсе.

- 50 дБ +
⇡ в ответ @JaroslavS #

А где там реклама? Реклама не любит говорить о недостатках. Здесь же существенный для меня, например, недостаток - плоский звук. Какой бы контроль баса не был, но хочется хорошей сцены.

- 50 дБ +
⇡ в ответ @Serg_E #

Но это не единственный "недостаток" данного интегрированного (полного) усилителя. Как я догадываюсь (поправьте меня, если не так) , у него нет прямого аналогового входа на усилители, так называемый вход ByPass или Home Theater. В современных реалиях это важный пункт. Так что, вернемся к основному посылу автора серии статей - "принципы работы и отличия разных типов усилителей" :-) ...

- 50 дБ +
#

Подскажите, Брайстон 100 какой класс?

- 50 дБ +
#

По большей части усилители со следящим питанием востребованы в профтехнике. Стоят много, но уже несколько лет даже артисты среднего эшелона ставят их в клубные райдеры. В быту столько платить за экономию электричества особо смысла нет, транзисторный звон как и в АВ имеет место быть.

- 53.01 дБ +
#

Уже бы давно стоило бы написать про усилители класса D. Их часто применяют в высококлассной студийной акустике(тут похоже все глухари..). Просто собрались все неслышащие... Да и в топ hi-fi ,уже есть., послушайте Марантс.. Тут много есть таких,которые смогут сыграть вместе с незнакомой лично записью в любой тональности ?? Я любитель играть вместе с радио и мне ноты не нужны,как услышал,так и сыграл..В классической музыке конечно стоит придерживаться к оригиналу,но джаз/блюз это по сути импровиз,тут от умения..




- 50 дБ +
⇡ в ответ @george #

Еще хотелось бы про гибридные, типа усилителей Девиалет. Там где за классом А ухаживает класс Д и все её капризы исполняет.

- 50 дБ +
⇡ в ответ @NoamZahid #

Не слушал.. А так мне по барабану,как образно сказал YG,там может быть "резинка от трусов",тут главное согласовать свои усилителе с динамиками..

- 50 дБ +
⇡ в ответ @george #

Георгий, скажу я вам Девиалет имеет сказочное звучание. Сначала часа два слушаешь, потом начинаешь замечать недостатки звука, но через три минуты говоришь - а! Нехай так! И наслаждаешься музыкой. Проверено на Патрише Барбер😊. Кстати рекомендую.

- 50 дБ +
⇡ в ответ @bluesevich #

При возможности п ослушаю..

- 50 дБ +
⇡ в ответ @george #

Я им каждый день, почти, наслаждаюсь.

- 50 дБ +
#

интересно читать как автор оценивает звучание, ни слова про музыку.. толи аппарат не воспроизводит этот уровень звучания, толи автор наслаждается не музыкой, а звуками.. в обоих случаях печалька

- 46.99 дБ +
#

Советский усилитель "Одиссей 010 ,представитель данного класса...Увы не лучший,потому что не надежный..".Протон D540"(потому что такой эксплуатирую)...Поприличней будет,к тому же он построен по принципу "двойное моно"...То что держит любую нагрузку -факт...

- 53.01 дБ +
Чтобы оставить комментарий, войдите, пожалуйста.