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.
Комментарии
AnegiN
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...
zome_bear
Это, скорее всего, к датчикам температуры / перегрева радиаторов для защиты.
AnegiN
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! :)
NoamZahid
Если это ифо-наук, то автору, по законам науной логики, теперь нужно будет отталкиваться от своего утверждения:
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.
asgirich
как владелец усилителя Arcam FMJ A32 подтверждаю, что все что написано - святая правда) Кстати, нагрузка у меня на усилитель очень тяжелая B&W 703
AnegiN
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... :)
Homesound
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).
rammster
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?
AnegiN
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...
SoundExplorer
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.
Katerina
А какое отношение это имеет к принципу работы усилителя? Верно - никакого. Вот и не написал.
JaroslavS
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.
Katerina
Это авторское.
SoundExplorer
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.
bluesevich
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).
Katerina
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.
zome_bear
Если Вам так тут не нравится, что Вы тут делаете до сих пор? ;-)
SoundExplorer
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.
Serg_E
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.
Korelko69
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" :-) ...
Magamed
Подскажите, Брайстон 100 какой класс?
Bbhob
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.
george
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..
NoamZahid
Еще хотелось бы про гибридные, типа усилителей Девиалет. Там где за классом А ухаживает класс Д и все её капризы исполняет.
george
Не слушал.. А так мне по барабану,как образно сказал YG,там может быть "резинка от трусов",тут главное согласовать свои усилителе с динамиками..
bluesevich
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.
george
При возможности п ослушаю..
AFIGLI
Я им каждый день, почти, наслаждаюсь.
Alexander78
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
starets
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...