Rod Elliott, 2015, перевод с английского
Введение
В первой части этого проекта мы рассмотрели входные каскады, эквализацию и детектор перегрузки. Теперь мы рассмотрим компрессор/лимитер, кроссоверы и драйверы усилителя мощности с их схемами «мягкой перегрузки». Также рассматриваются выход тюнера и цепи посыла и возврата эффектов, а также стереофонические режимы. Есть также балансный выход, предназначенный для микшера PA перед домом или для записи. Его можно переключить на предварительный или пост-эквалайзер, поскольку во многих случаях звук, который вы хотите получить на сцене, не совпадает с тем, что требуется микшеру, и ваш «сценический эквалайзер» может быть немного радикальным для системы PA или студийного микшера.
Рисунок выше – тот же, что был показан в первой части, и приведен здесь для напоминания о многочисленных функциях, входящих в комплект. Многие из рассмотренных элементов управления находятся на задней панели, включая гнезда для вставки эффектов, балансный посыл, переключение эквалайзера до/после, выход тюнера и основные выходы (если устройство, которое вы собираете, является предусилителем). В противном случае выходы для колонок также будут находиться на задней панели, и, как будет сказано ниже, я рекомендую использовать только разъемы Speakon.
Также необходимо обсудить выходную мощность и чувствительность динамиков.
Тюнер, DI и эффекты
Выход тюнера просто подключается к точкам с надписью «Tuner» на предусилителях. Уровень и импеданс одинаковы для обоих предусилителей, так что это не требует дальнейшего обсуждения. Посыл и возврат эффектов не сложнее, и для этого используется переключающий джек для возврата (который также может использоваться как вход), который отключает внутренний сигнал при установке штекера. Гнезда посыла и возврата подключаются, как показано ниже.
Подключение DI (direct injection) балансное, а уровень можно изменять с помощью переменника. Схема очень проста: одна половина NE5532 используется в качестве буфера (с коэффициентом усиления 6 дБ), а другая – в качестве инвертирующего буфера. Выходы ОУ изолированы от кабеля резисторами 220 Ом для предотвращения возможных колебаний.
Необходима защита от внешнего фантомного питания 48 В, которая обеспечивается резисторами 220 Ом и зенерными диодами 10 В. Если подключить провод к выходу DI с включенным фантомным питанием, напряжение в кабеле может достичь 48 В, и ток разряда может легко повредить ОУ. Резисторы 220 Ом ограничивают пиковый ток в худшем случае до чуть более 200 мА, а диоды Зенера обеспечивают безвредное рассеивание энергии.
Вывод 1 (земля) XLR отделен от земли системы с помощью резистора 10 Ом 1 Вт и конденсатора 100 нФ, чтобы обеспечить некоторую изоляцию от контуров земли, которые могут вызвать гул. Для случаев, когда этого недостаточно, имеется переключатель подъема заземления.
Я рекомендую, если вам действительно нужен плавающий выход, использовать трансформатор, как показано выше. В зависимости от используемого трансформатора может потребоваться уменьшить значения R5 и R6. Не используйте значения меньше 10 Ом.
Моя благодарность читателю, который указал на то, что фантомное питание может (и действительно может) взорвать все, если его использовать на не фантомном оборудовании. Об этом я должен был подумать, когда схема была впервые опубликована, но не подумал. Чертеж на рисунке 11 был обновлен, чтобы включить защиту. Интересно, что в схемах, которые я видел в сети для ряда басовых усилителей, нет защиты от фантомного питания, поэтому балансный выходной каскад будет поврежден, если фантомное питание включено при подключенном проводе.
Компрессор
Это всегда сложно. В то время как коммерческие VCA могут обеспечить очень широкий контроль усиления с искажениями, постоянно не превышающими 0,5%, большинство басовых усилителей используют JFET в качестве элемента контроля усиления. Хотя они значительно дешевле любого VCA, у них есть несколько ограничений. Напряжение на JFET должно быть низким, иначе искажения становятся очень слышными, а низкое напряжение означает, что требуется большее усиление, поэтому шум увеличивается. Кроме того, JFET сильно различаются даже в одной партии приборов. Часто требуется подстроечник для установки правильной рабочей точки, а также высокоомная сеть, необходимая в цепи затвора для минимизации искажений. Большинство современных басовых усилителей, похоже, используют ограничители на основе JFET, и некоторые из них вполне хороши, другие я считаю маргинальными из-за относительно высоких искажений (до 7 % – обычное дело).
Светодиодная/ЛДР оптопара (как промышленная, так и сделанная своими руками) может работать с несколькими вольтами RMS почти без искажений, но у ЛДР всегда есть время атаки и затухания, которое зависит от состава светочувствительного материала. К счастью, для большинства инструментов это время обычно почти идеально, и вам не нужно ничего делать.
Схема показана выше. Как только уровень становится достаточно высоким, чтобы включить светодиод в оптопаре (OP1) и LED1 (индикатор на панели), сопротивление LDR падает, уменьшая усиление. Учитывая, что многие из наиболее известных винтажных студийных компрессоров и лимитеров использовали LDR с той или иной формой подсветки (лампы накаливания, электролюминесцентные панели или светодиоды), некоторая степень «уличного доверия» обеспечена.
Хотя схема может называться компрессором/лимитером, в большинстве случаев в коммерческих усилителях она на самом деле является пиковым ограничителем. Приведенная здесь схема ничем не отличается, в основном потому, что создать лимитер значительно проще, чем компрессор, и в большинстве случаев вам все равно нужен лимитер. Хотя может показаться, что я схитрил, упростив схему до такой степени, я тестировал компрессор/лимитер с материалами внеэфирных программ с FM-радио, бас-гитарой, «обычной» гитарой и сигналами тонального всплеска. Никаких признаков искажений не обнаружено, в основном благодаря NE5532, который может обеспечить гораздо более высокий (без искажений) выходной ток, чем большинство обычных ОУ.
Оптопара может быть «правильной» Vactrol VTL-5C4 (например) или аналогичной, или вы можете сделать ее сами. Этот тип устройств регулировки усиления идеально подходит для данной работы, поскольку они имеют очень низкий уровень искажений по сравнению с JFET и могут выдерживать гораздо более высокие уровни сигнала.
Уровень выходного сигнала задается падением напряжения на светодиодах плюс два диода. Он фиксирован на уровне 3 В RMS (синусоидальная волна) или около ±6 В в пике с программным материалом, и может обрабатывать входное напряжение до 1,5 В (RMS) без компрессии, когда регулятор компрессии установлен на минимальное сопротивление (минимальная компрессия). Обратите внимание, что светодиод панели должен быть высокоэффективным/высокой яркости. Я рекомендую минимум 1 000 мкд (милли-кандела), предпочтительнее около 1 500 мкд. Из-за чувствительности Vactrol, который я использовал для тестирования, обычный светодиод (обычно менее 100 мкд) не будет виден даже при полном сжатии.
Чуть ниже порога компрессии искажения составляют менее 0,1%, а при входном напряжении 1,5 В и максимальной компрессии они возрастают примерно до 0,6%. Искажения почти полностью состоят из третьей гармоники, без гармоник высокого порядка или признаков неисправности ОУ.
Если вы хотите получить «грязный» басовый звук, то стоит включить функцию искажения. Как и в гитарном усилителе, вы увеличиваете входной регулятор Gain и/или Compression и уменьшаете мастер-громкость. Искажение генерируется парой зеленых светодиодов, и схема, показанная выше, будет поддерживать довольно стабильный уровень при включении и выключении искажения. Для получения 5% искажений необходим уровень около 1,6 В RMS. С увеличением уровня увеличивается и количество искажений. Стоит отметить, что использование искажений также обеспечивает определенный уровень компрессии (или, если быть более точным, ограничения пиков). После того как уровень установлен, по мере того как вы играете сильнее (и, следовательно, громче), громкость меняется не очень сильно, и по мере затухания ноты громкость остается практически неизменной, пока не «кончится» искажение. Компрессор помогает ограничить степень генерируемой «грязи».
Кроссоверы и фильтры
Переменный кроссовер, используемый для разделения сигнала между двумя усилителями мощности, не нуждается в высокой крутизне спада, и на самом деле пологий спад очень желателен. Мы не пытаемся ограничить мощность, подаваемую на твитер, мы просто хотим разделить сигнал между двумя кабинетами, оба из которых в любом случае могут с радостью принять сигнал всего диапазона. Идеальный вариант – фильтр первого порядка (6 дБ/октава), который не только легко выполнить, но и звучит «правильно».
Послушав подходящего кандидата, я выяснил, что частотный диапазон кроссовера должен быть примерно от 150 до 850 Гц, что легко сделать с помощью двухполосного регулятора плюс пары резисторов и конденсаторов. Однако использование фильтра первого порядка с изменяемым состоянием означает, что нужен только однополосный переменник, а ОУ нужны в любом случае. Фильтры первого порядка с изменяемым состоянием встречаются нечасто, и, возможно, вы видите их впервые. Как и во всех фильтрах первого порядка, добротность не регулируется, но выходы суммируются с плоской характеристикой.
Конечно, частотный диапазон может быть гораздо шире, но крайние значения почти наверняка никогда не будут использоваться, так что в этом нет никакого смысла. Кроссовер, конечно, можно сделать более сложным, но я не могу назвать ни одной веской причины для этого. Я видел, как для кроссовера использовался фильтр второго порядка с переменным состоянием (12 дБ/октава), но в нем просто нет необходимости, так как управляются два (номинально) полнодиапазонных кабинета. Тем не менее, ниже показан вариант, если вы считаете, что фильтр 12 дБ/октава необходим.
Идея заключается в использовании 10-килоомного регулятора с последовательным резистором 1,8 к и конденсатора 100 нФ, образующего интегратор с помощью U2B. Это дает диапазон частот кроссовера от 134 Гц до 885 Гц, но вы можете легко изменить диапазон, используя другое значение конденсатора (и/или регулятора). Фильтр с изменяемой частотой 6 дБ/октава буферизирует выходы, поэтому регулятор баланса не влияет на частотную характеристику. Регулятор баланса означает, что вы можете регулировать уровень, подаваемый на каждый блок, и это обеспечивает дополнительную сеть формирования тона, которую можно использовать. Предполагается, что два усилителя мощности будут иметь одинаковую мощность.
Если вы хотите расширить частотный диапазон, просто используйте потенциометр большего номинала и конденсатор меньшей емкости. Например, потенциометр 50k и конденсатор 47nF дают диапазон от 65 Гц до чуть менее 1,9 кГц, но это слишком радикально и вряд ли будет полезно на практике. Я оставляю на усмотрение конструктора, какой именно диапазон необходим, но я полагаю, что стандартное использование рекомендованных значений устроит большинство музыкантов.
Регулятор баланса был разработан таким образом, чтобы при центрировании потенциометра выходной сигнал каждой секции был на 3 дБ ниже, чем если бы потенциометр был установлен для одного или другого канала. Это позволяет поддерживать мощность на достаточно постоянном уровне независимо от настройки регулятора. Клемма ‘Xovr2’ подключается к рупорному фильтру, показанному на рис. 15.
Приведенная выше схема может быть использована вместо кроссовера первого порядка, показанного на рис. 13. Это только кроссовер, а точки, обозначенные ‘HF‘ и ‘LF‘, соединяются с соответствующими точками на рисунке 13. Частотный регулятор должен быть двухполосным, и необходим дополнительный двойной ОУ. Остальные схемы (регулятор баланса) не меняются, только сеть кроссовера. Я сомневаюсь, что использование фильтра 12 дБ имеет какое-то преимущество, но не стесняйтесь использовать его, если вам так больше нравится. Частотный диапазон не изменился, но если вы хотите изменить его, то можете сделать это так же, как описано на рис. 13.
Второй кроссовер (для рупора, если он используется) должен иметь быстрый спад для защиты динамика. Секция НЧ для основных колонок не предусмотрена, так как рупор используется только для усиления верхних частот. Основные динамики будут иметь естественный спад. Конечно, это придаст звуку некоторую окраску, но это именно то, что нужно. Фильтр высоких частот имеет частоту -3 дБ 2,47 кГц, как показано на рисунке, и имеет крутизну 18 дБ/октаву. Обратите внимание, что микросхема (U1B) – это вторая половина U1 на рисунке 13 или 14.
Этот фильтр имеет коэффициент усиления 18 дБ на октаву и скромный коэффициент усиления 4 дБ. Коэффициент усиления добавлен, чтобы улучшить добротность фильтров, не прибегая к набору резисторов и конденсаторов нечетного номинала. Сигнал берется из сети обратной связи, а не с выхода ОУ, чтобы восстановить коэффициент усиления.
Это не классический фильтр Баттерворта или Чебычева, но здесь есть небольшой подъем (0,65 дБ) перед затуханием. Фильтр настроен таким образом, чтобы получить немного более быстрый начальный спад, чем обычно при использовании упрощенной схемы с одинаковыми по значению резисторами и конденсаторами. Если вы хотите обеспечить дополнительную защиту для компрессионного драйвера, просто уменьшите значения конденсаторов с 15nF до 12nF, что повысит частоту -3dB с 2.47kHz до 3.94kHz. Использование 10nF увеличивает частоту -3dB до 3,72kHz, и хотя это намного безопаснее для драйвера, это может не дать вам верхний конец, который вам нужен.
Естественно, при увеличении значений конденсаторов частота снижается. Использование 18nF снизит частоту -3dB до 2,06kHz, а 22nF даст 1,68kHz. Используемая частота должна соответствовать компрессионному драйверу и рупору. Стоит также отметить, что использование отдельного усилителя означает, что система не предназначена для использования с пьезорупорами. Они представляют собой емкостную нагрузку и никогда не должны быть единственным драйвером, подключенным к усилителю, иначе усилитель может осциллировать и выйти из строя. По общему мнению, пьезодинамики все равно звучат не очень хорошо, так что большой потери нет.
Все рупорные компрессионные драйверы легко повреждаются избыточной мощностью, низкими частотами и (особенно) постоянным током, поэтому настоятельно рекомендуется установить последовательный конденсатор для защиты драйвера. Для 8-омного драйвера вам понадобится конденсатор емкостью 10-15 мкФ, причем он должен быть предназначен для переменного напряжения или другим неэлектролитического типа, рассчитанным на переменный ток. Биполярные (неполяризованные) электролитические конденсаторы не рекомендуются, поскольку они не стабильны во времени и часто не могут выдержать ток, который они должны пропускать.
При последовательном соединении конденсатора с динамиком предельная добротность составит 24 дБ/октава. Если вам кажется, что это слишком жестко, можно опустить первую ступень фильтра высоких частот твитера. Это вернет конечный спад к 18 дБ/октаву, но он будет составлять всего 12 дБ/октаву, пока частота не станет достаточно низкой, чтобы последовательный конденсатор начал действовать. То, что вы сделаете здесь, в значительной степени определяется драйвером и рупором, поэтому потребуются корректировки.
Теперь есть три отдельных выхода – ‘LF’ (низкие басы), ‘HF’ (высокие басы) и ‘Twtr’ (компрессионный рупор «твитер»). Каждый из них идет на отдельный усилитель и динамик (динамики), каждый через конечный каскад, который обеспечивает схему искажения с мягким клиппингом (при желании – во многих случаях конструкторы могут предпочесть чистые выходы со всех выходов).
Мягкий клиппинг
Для 2-полосной активной системы с рупорным твитером вам понадобится три таких схемы, а искажения генерируются либо четырьмя зелеными светодиодами, либо последовательно-параллельной схемой транзисторов-диодов после последнего ОУ. Уровень, необходимый для зеленых светодиодов, составляет около 3,2 В RMS для получения 5% искажений. С увеличением уровня увеличивается и уровень искажений. Это не зависит от искажений, имеющихся в цепи компрессора, и выходной уровень устанавливается тримпотами в соответствии с усилителями мощности, которые вы будете использовать. Для настройки необходим осциллограф, но версия на базе ПК будет работать достаточно хорошо при условии использования переменного аттенюатора на входе для предотвращения перегрузки.
“Секрет” получения хорошей характеристики soft-clipping заключается в использовании резистора низкого номинала последовательно со связкой диодов. В данном случае резистор питания составляет всего 220 Ом, что гораздо меньше, чем обычно ожидается. Он мог бы быть еще меньше, но тогда потребовалось бы два параллельно включенных ОУ NE5532. На самом деле 220 Ом – довольно хорошее значение, и оно достаточно хорошо согласуется с динамическим сопротивлением диодов, чтобы получить очень гладкую характеристику перегрузки. При этом предполагается, что усиление и выходные уровни ОУ были настроены достаточно тщательно.
Установите все регуляторы тембра в плоское положение, компрессию на минимум, а мастер на максимум. Затем подайте сигнал на вход и регулируйте уровень до тех пор, пока светодиод компрессии не начнет светиться. Уменьшите настройку TP2, чтобы убедиться, что используемый вами усилитель мощности находится значительно ниже клиппинга. Настройте TP1 так, чтобы форма выходного сигнала показывала умеренные искажения, но без «жесткого» клиппирования. Теперь установите TP2 так, чтобы усилитель мощности находился чуть ниже клиппинга. При нормальной игре выходной сигнал должен начать звучать немного «грязно» примерно на 80 % мощности и постепенно становиться все более искаженным по мере приближения усилителя мощности к клиппированию. Переход в клиппинг должен быть едва заметным.
Регуляторы, показанные до и после финального предусилителя, предназначены для настройки уровня в соответствии с усилителем мощности, как описано выше. В идеале, регуляторы должны быть установлены таким образом, чтобы схема клиппера работала до полной мощности усилителя мощности. Например, если усилителю мощности требуется 2 В RMS для полной мощности, то мягкий клиппер будет иметь около 10% искажений при 2 В на выходе. Усилитель мощности можно легко разогнать до полной мощности, но появление искажений будет постепенным, а не мгновенным.
Активация искажений не приведет к срабатыванию индикатора перегрузки (клиппирования). Обратите внимание, что настройка цепей мягкого клиппинга – дело сугубо личное, и вы можете захотеть, чтобы сигнал начинал искажаться лишь на несколько вольт раньше клиппинга усилителя мощности или намного раньше. Тримпоты доставляют неудобства, но они необходимы для того, чтобы вы могли настроить схему для получения желаемых результатов, а не для того, чтобы она была настроена на какой-то фиксированный уровень, который не подходит вам или вашему стилю игры.
Если вы используете ламповый усилитель, то не сможете контролировать уровень искажений до клиппирования. В отличие от этого, схема, показанная здесь, позволяет экспериментировать до тех пор, пока вы не получите максимальный неискаженный выход с нужным вам уровнем искажений. Разумеется, эти схемы можно вообще исключить, а усилители мощности запитать непосредственно от кроссоверов. Обратите внимание, что вам может понадобиться каскад усиления, показанный здесь, поскольку уровень балансной схемы может оказаться недостаточным для получения полной мощности от усилителя (усилителей) мощности.
Альтернативная версия мягкого клиппера показана выше. Она более сложная, но динамическое сопротивление цепи клиппирования выше, поэтому эффект получается немного «мягче», чем тот, что показан на рис. 16. Процесс настройки такой же, как и в первом варианте. Два диода – 1N4148 или аналогичные. Чтобы получить немного более жесткий эффект клиппинга, уменьшите значение R6 (22k). При указанных значениях искажения составляют чуть менее 6% при выходном напряжении 2,2 В RMS. Это будет хорошо работать для любого усилителя из подборки ESP, работающего с питанием до ±56 В постоянного тока (180 Вт на 8 Ом или около 350 Вт на 4 Ом).
Наконец, выше показан простейший выходной усилитель. Переменник позволяет установить коэффициент усиления, который зависит от усилителя мощности. Он предназначен для того, чтобы вы могли установить конечное усиление таким образом, чтобы регулятор основной громкости обычно был установлен примерно на 50-75% для полного выхода. Поскольку многие усилители мощности имеют разный коэффициент усиления (почти во всех моделях ESP используется коэффициент усиления 23-27 дБ), вам необходимо иметь возможность регулировать конечное усиление каскада, если используемый усилитель мощности имеет разную входную чувствительность. Вход на этот каскад обычно поступает с выхода схемы лимитера (рис. 12), но если он не используется, то напрямую с гнезда возврата эффектов.
Стерео
Использование стереофонических басовых усилителей было довольно популярно некоторое время назад, но, похоже, уже утратило свою популярность. Если вы хотите создать стереосистему, вам понадобятся два предусилителя. Они не обязательно должны быть одинаковыми, и вам не понадобится переменный кроссовер. Возможно, вы захотите использовать рупорный «твитер», но он должен быть частью предусилителя только для бриджевого звукоснимателя, потому что именно оттуда берется большая часть высоких частот. Существует так много возможностей, что нет смысла пытаться описать их все, поэтому то, как вы будете действовать, в основном зависит от вас.
Возможно, для каждого канала можно использовать только часть секции эквалайзера. Например, вы можете использовать параметрическую секцию низких средних частот в канале низких частот, а параметрическую секцию высоких средних частот – в канале высоких частот, но при этом включить регуляторы низких и высоких частот (разумеется, переменные) в каждую секцию предусилителя. С компрессором/лимитером дело обстоит немного сложнее, поскольку вы можете захотеть, чтобы они отслеживались, или вы можете решить использовать независимый лимитер для каждого канала – или вы можете переключаться между ними. Однако это не так просто, как кажется, поскольку любые два оптоаттенюатора LED/LDR могут сильно отличаться друг от друга.
В остальном схема будет практически такой же, как описана, за исключением того, что будет два предусилителя, упрощенных или полных. Я ожидаю, что регулятор баланса не понадобится, поскольку большая часть тонального баланса будет осуществляться «на лету» с помощью регуляторов на самом басу.
Усилители мощности
Усилитель для твитера прост – используйте P27A (гитарный усилитель мощности 100 Вт), а также компрессионный драйвер и рупор (не пьезо) с сопротивлением 8 Ом. Такая комбинация будет выдавать не менее 60 Вт, поэтому используемый компрессионный драйвер должен быть мощным, с горлом не менее 38 мм (1½ дюйма), чтобы минимизировать искажения. В качестве альтернативы можно использовать более низкое напряжение для усилителя, чтобы снизить мощность. Используйте пленочный конденсатор хорошего качества последовательно с компрессионным драйвером, чтобы предотвратить возможные проблемы с постоянным током, если усилитель выйдет из строя. Я рекомендую не менее 20 мкФ, то есть конденсатор типа motor start. Они сравнительно дешевы по сравнению с «традиционными» конденсаторами для монтажа на печатную плату и очень прочны.
Усилители мощности для басовой секции будут более сложными и дорогими, если вы считаете, что вам нужна высокая мощность. Поскольку большинство басовых установок имеют встроенный DI-бокс и подают сигнал непосредственно на микшер, вы можете обнаружить, что высокая мощность вообще не нужна. Конечно, это зависит от многих факторов, которые известны только вам, например, от стиля игры и того, чего вы хотите добиться. Это также зависит от эффективности ваших колонок. Более эффективные колонки требуют меньшей мощности для создания того же шума, что и низкоэффективные, а улучшение на 3 дБ означает, что вам нужна лишь половина мощности. Может оказаться, что вам понадобится всего пара усилителей мощности P27A (100 Вт на 4 Ом), чтобы получить столько звука на сцене, сколько вам нужно. Естественно, вам может понадобиться и гораздо больше, и это подводит нас к одной из самых сложных проблем, с которыми приходится сталкиваться при работе с мощными усилителями и колонками.
На данном этапе у меня нет планов по созданию нового усилителя мощности. Уже есть подходящий проект (см. «Проект 68»), но в нем нет схем защиты. Это подвергает усилитель большому риску, если он используется для бас-гитары, из-за широкого распространения гнезд для джеков на корпусах колонок. Если вставить или вынуть штекер при включенном усилителе, выход будет закорочен, и если это произойдет под нагрузкой, усилитель может взорваться. Эту проблему можно практически полностью устранить, используя разъемы Speakon на усилителе и корпусе колонок.
Альтернативой является проект 101 – усилитель мощности на боковых MOSFET. Просто по принципу работы боковые МОП-транзисторы являются самозащитой, по крайней мере, в некоторой степени. Я никогда не рекомендую намеренно замыкать выход любого усилителя мощности (включая те, которые имеют защиту от короткого замыкания), потому что всегда есть некоторый риск. С усилителем на MOSFET этот риск снижается.
Единственные соединения колонок, которые я рекомендую, – это разъемы типа Speakon. Разъемы «Cannon» (они же XLR) достаточно безопасны, но Speakon сейчас достаточно популярны, и вы можете купить готовые провода, и нет смысла использовать что-то еще. Телефонные гнезда и розетки – это наследие ушедшей эпохи, и им нет места в современном оборудовании. Обратите внимание, что разъемы Speakon обязательно должны использоваться как на корпусах колонок, так и на усилителе. Во многих гитарных и басовых кабинетах используются гнезда Jack, но почти все они создают короткое замыкание при частичном вставлении штекера! Замените их на Speakons – вы будете рады, что сделали это. Помимо безопасности вашего усилителя, они не могут просто выпасть, если кто-то споткнется о провод во время выступления.
Сколько мощности?
При выборе усилителя мощности (неважно, внутреннего или внешнего) необходимо учитывать мощность колонок. Большинство производителей не сообщают вам всего, что нужно знать, а также существует множество мифов. Одним из наиболее важных параметров является предельная мощность, ограниченная колебаниями, и это не то, что вам скажут большинство производителей колонок. Предел зависит от типа корпуса (герметичный или вентилируемый) и зависит от частоты, размера и настройки ящика. Очень многие колонки (в том числе и те, которые имеют непрерывную мощность более 500 Вт – возможно, в чьих-то мечтах), достигнут своего предела по колебаниям задолго до того, как будет достигнута номинальная мощность.
Когда вы играете, любые звуки из колонок (обычно их называют «пуканьем») указывают на то, что вы вышли за пределы допустимого и рискуете повредить колонки, если не уменьшите громкость или не усилите басы. Клиппирование усилителя также слышно, но обычно довольно легко определить, где происходят искажения – в колонках или в усилителе. Для начала посмотрите на диффузор – если он смещается настолько, что искажает сам диффузор, вы очень быстро испортите динамик. Также необходимо учитывать тепловые пределы динамиков. Нередко колонки рассчитаны на мощность в сотни ватт, но это не значит, что именно столько мощности вы сможете в них подать.
Стоит взглянуть на информацию на сайте BareFaced Bass [ 3 ]. Это не рекомендация, но они одни из немногих, кто объясняет взаимосвязь между мощностью, эксцентриситетом и тепловыми ограничениями. Я делаю это предложение исключительно для того, чтобы читатель знал немного больше о том, что можно, а что нельзя, и что можно сделать, чтобы полностью уничтожить колонки – т.е. использовать распространенное «правило», согласно которому усилитель должен быть намного мощнее колонок для «хэдрума». Не принимайте миф о том, что колонки взрываются из-за слишком маленького усилителя. Даже производители колонок распространяют эту чушь, а она абсолютно ложна в более чем 95 % случаев выхода колонок из строя.
Идея «запаса мощности» усилителя не просто глупа – она настолько укоренилась, что может быть опасной. Вопреки распространенному мнению, клиппирование усилителя – это не то, что взрывает динамик. Настоящая причина – устойчивая максимальная мощность, потому что усилитель, находящийся в клиппинге, уменьшил динамический диапазон и увеличил средний уровень непрерывной мощности. Существует много глупостей о том, что гармоники квадратной волны являются причиной выхода из строя динамика – это полная чушь! Пожалуйста, прочитайте «Анализ отказов динамиков» для получения подробной информации.
Это особенно верно для инструментальных колонок! Усилитель мощностью 100 Вт, работающий на полной квадратной волне, может выдавать около 200 Вт, причем мощность часто бывает непрерывной и неумолимой. Это может привести к перегоранию колонок, поэтому в гитарных усилителях (например) следует использовать колонки, рассчитанные на удвоенную мощность усилителя. К басу это обычно не относится, потому что мало кто из басистов использует полный овердрайв, но использование усилителя, выдающего гораздо больше мощности, чем могут выдержать колонки, – это залог неудачи.
У акустических систем есть три основных атрибута (иногда их называют «железным законом Хоффмана») – чувствительность, малый размер, низкие частоты. Выбирайте любые два! Законы физики бессердечны и, несмотря на многочисленные заявления, не могут быть побеждены рекламой. Это означает, что вы можете иметь небольшую и чувствительную акустическую систему, но не ожидайте, что она будет полезна для бас-гитары. У вас может быть хорошее расширение баса и высокая чувствительность, но она точно не будет маленькой. Все басовые кабинеты – это компромисс, компромисс между параметрами, чтобы получить что-то, что будет работать достаточно хорошо, но при этом будет портативным.
Если динамик имеет номинальную мощность 95 дБ/1 Вт/1 м (а это довольно хорошо для басового динамика), его эффективность составляет 1,95 %. Это означает, что 98,05% общей мощности, выдаваемой вашим усилителем, преобразуется в тепло, а не в звук. При высоких уровнях мощности звуковая катушка нагревается и увеличивает свое сопротивление, и общий КПД падает еще больше! Сжатие мощности – вполне реальное явление, и не так уж сложно создать ситуацию, когда вы удваиваете мощность усилителя, ожидая 3 дБ, но обнаруживаете, что на постоянных высоких уровнях вы даже не слышите разницы, потому что она может составлять всего 1 дБ или около того. Остальное преобразуется в тепло, и в результате колонки, скорее всего, выйдут из строя.
Важно помнить, что если один динамик на 3 дБ эффективнее другого, это то же самое, что использовать вдвое большую мощность. Поэтому при прочих равных условиях, если у вас есть усилитель мощностью 200 Вт и выбор из двух динамиков, один из которых имеет эффективность 93 дБ/1 Вт/1 м, а другой – 96 дБ/1 Вт/1 м, то для получения того же SPL вам придется использовать усилитель вдвое большей мощности (400 Вт). Мало того, что усилитель будет стоить дороже, так еще и бедному динамику придется отводить более 390 Вт тепла. Большая мощность и низкий КПД усугубляют ситуацию. Кроме того, имейте в виду, что некоторые производители динамиков указывают чувствительность, используя 2,83 В RMS… как для 8-, так и для 4-омных динамиков. Нет проблем с 8-омными динамиками, но 2,83 В дают 2 Вт на 4 Ом, поэтому показатель чувствительности искусственно завышен на 3 дБ. Убедитесь, что вы очень внимательно читаете спецификации.
В целом, лучше выбирать колонки с высокой чувствительностью в ущерб мощности. Динамик 100 дБ/1 Вт/1 м, рассчитанный на мощность 100 Вт, будет значительно громче (и будет страдать от гораздо меньшей компрессии мощности), чем динамик 90 дБ/1 Вт/1 м, рассчитанный на мощность 1 000 Вт. К сожалению, законы физики говорят о том, что очень сложно сделать колонку очень чувствительной и при этом хорошо воспроизводящей басы, и для этого потребуется большой корпус. Выбранный вами динамик должен быть способен воспроизводить самую низкую ноту баса – 41 или 31 Гц, и это может стать настоящей проблемой. Вы можете использовать динамик в герметичном корпусе ниже резонанса, но эффективность будет низкой, вам потребуется глупое количество мощности, а вылет диффузора может стать экстремальным.
Работа в субрезонансном режиме очень хорошо подходит для сабвуферов Hi-Fi систем, потому что средние требования к мощности очень низкие. Однако это не относится к басовому усилителю, который должен выдавать много мощности (и SPL) в течение длительного периода времени. Получение максимально возможного КПД необходимо для снижения общей потребляемой мощности, что, в свою очередь, минимизирует компрессию мощности и обеспечивает долгий срок службы динамиков.
Усилитель мощности с компрессией
Добавив компрессор/лимитер (или, как правило, просто пиковый лимитер) вокруг усилителя мощности, мы можем предотвратить устойчивое клиппирование. Если лимитер не очень быстрый, почти всегда будет небольшое количество клиппинга на начальном переходном процессе, но это не должно быть слышно, если лимитер достаточно быстрый. Что такое «разумно» в данном контексте? В общем, светодиодный/ LDR-лимитер, используемый в предусилителе, достаточно быстр, или можно использовать JFET-лимитер, который намного быстрее. Разрешение начальным переходным процессам клиппироваться обычно не является проблемой, а при аккуратном использовании может придать басу «преимущество», придав этим переходным процессам некоторую «кусачесть», которая нравится многим игрокам.
Однако любой лимитер всегда нужно использовать с осторожностью, потому что можно легко увеличить средний уровень непрерывной мощности до такой степени, что колонки могут пострадать, перегреться и, возможно, выйти из строя. Вот почему так важно понимать соотношение между мощностью усилителя и колонок и использовать достаточное количество колонок, чтобы они могли выдержать выходную мощность без «взрыва».
Литература
