Активные АС

Любители Hi-Fi не понаслышке знакомы с проблемой подбора подходящих друг другу усилителей и акустических систем. Выбранные АС будут звучать совершенно по-разному с различными усилителями. Причем плохой звук вовсе не говорит о некачественном исполнении колонок или усилителя, они просто могут «не подходить» друг другу. По этой причине определение лучшей комбинации акустики и усилителя порой может занимать не один месяц.

Между тем, существует класс Hi-Fi продуктов, в котором эти вопросы решены изначально: речь идет об активных АС. Разумеется, имеются в виду не привычные компьютерные колонки с единственным встроенным в корпус усилителем, а многополосные активные АС, в которых каждая полоса обслуживается собственным усилителем. Нет смысла говорить, что в этом случае грамотный разработчик подбирает наилучшее сочетание усилитель-динамик. К тому же правда жизни такова, что качественную многополосную активную АС сделать гораздо проще, чем колонку того же уровня с пассивными фильтрами. Не зря практически все профессиональные звукозаписывающие студии мира используют в работе именно активные мониторы, ведь преимущества активных АС над привычными всем пассивными давно известны. Об этих преимуществах мы и попытаемся кратко рассказать в этом обзоре.

Пассивные и активные фильтры

Сначала скажем о простоте реализации. Для разделения полос АС можно использовать либо пассивные, либо активные фильтры. Пассивные фильтры недорогих «бюджетных» колонок, как правило, делаются из недорогих элементов вроде индуктивностей с железными сердечниками, которые вносят искажения в итоговый сигнал. Для получения качества класса Hi-End разработчикам приходится использовать в фильтрах другие элементы: катушки индуктивности с воздушным сердечником и неэлектролитические конденсаторы, а они поднимают стоимость кроссоверов в несколько раз. Кроме того, создатели пассивных фильтров традиционно сталкиваются с трудностями расчета и настройки, ухудшения демпфирования усилителя, возникновением фазовых искажений. Борьба с этими явлениями приводит к радикальному усложнению схем фильтров.

Напротив, при использовании динамиков, способных работать немного за пределами полосы пропускания своего фильтра, активный кроссовер может быть чрезвычайно простым. В некоторых случаях можно даже ограничиться применением простейших RC-цепочек с небольшой крутизной спада. Кроме простоты такой подход дает и еще одно преимущество - отсутствие фазовых искажений сигнала. Но это отнюдь не единственное преимущество активной акустики. Давайте остановимся на сильных сторонах реализации многополосных активных АС поподробнее.

Преимущества активных АС

Во-первых, активные АС вносят в звук меньше интермодуляционных искажений (ИИ). ИИ относятся к классу нелинейных искажений, они возникают при одновременном усилении комплексного сигнала с несколькими частотными составляющими. Из-за существования ИИ в итоговом сигнале появляются комбинационные составляющие с частотами, представляющими собой сумму и разность исходных частот или их гармоник. Например, если в спектре поданного на усилитель сигнала присутствуют составляющие с частотой 10 и 1 кГц, после усиления в сигнале будут присутствовать дополнительные составляющие с частотами 9 и 11 кГц и другие паразитные гармоники. Более того, взаимодействие появляющихся гармоник приводит практически к непрерывному частотному спектру ИИ. В активных АС каждый усилитель работает в своей «узкой» полосе частот, следовательно, и спектр ИИ будет не столь широким. К тому же отдельные усилители каждой полосы не взаимодействуют друг с другом. Оценки показывают, что в активных акустических системах продукты ИИ уменьшаются в среднем на 20 дБ по сравнению с пассивными аналогами.

Активные АС обладают лучшим динамическим диапазоном, то есть для создания одинакового уровня максимального звукового давления активной АС потребуется усилитель с меньшей мощностью. Когда сигналы низких и высоких частот обрабатываются одним широкополосным усилителем, на большой мощности происходит потеря предельной мощности из-за того, что для усиления сигналов низкой частоты требуется больший ток. В результате двухполосная активная АС с раздельными НЧ и ВЧ усилителями мощностью соответственно 60 и 30 Вт будет звучать громче и динамичнее, чем пассивная, включенная в паре с усилителем мощностью 175 Вт.

Как мы уже говорили выше, в пассивных АС множество проблем возникает из-за присутствия между усилителем и динамиками разделительных фильтров. С одной стороны, пассивные кроссоверы могут вносить в звук искажения, вызванные фазовыми задержками разных составляющих оригинального сигнала. Тем самым портятся импульсные характеристики звучания, а именно в них «зашита» информация о правильных тембрах инструментов и свойствах помещения, в котором происходила запись. Если усилитель и колонки передают импульсные сигналы не лучшим образом, слушатель никогда не получит правдоподобную сцену, не сможет почувствовать ее объем, расположение и масштабы источников звука. С другой стороны, пассивные фильтры ухудшают связь усилителя с динамиками. Известный факт: выходное сопротивление усилителя должно быть небольшим (у полупроводниковых усилителей оно находится в пределах от сотых до десятых долей Ом, у ламповых - несколько Ом). Выходное сопротивление определяет коэффициент демпфирования усилителя. Усилитель с высоким выходным сопротивлением хуже контролирует движение диффузора динамика, особенно на низких частотах. Присутствие пассивного фильтра и акустического кабеля между динамиком и усилителем мощности уменьшает коэффициент демпфирования. Кстати, именно поэтому специалисты советуют использовать толстые и максимально короткие акустические кабели. В случае пассивных АС это правило, особенно по части длины кабелей, выполнимо далеко не всегда. А в активных АС эти проблемы не могут возникнуть по определению: часто усилители расположены прямо в корпусе колонок, да и связь усилителей с их динамиками самая прямая из всех возможных.

Еще одна проблема пассивных АС состоит в том, что разделительные фильтры в идеале должны работать с постоянной нагрузкой. В пассивных кроссоверах звуковая катушка динамика всегда является частью фильтра, поэтому на практике импеданс акустических систем постоянством не отличается. При увеличении мощности сигнала ее часть рассеивается на звуковой катушке в виде тепла. Таким образом, с ростом температуры катушки импеданс всей системы растет, и кроссовер может выйти из правильного режима работы, искажая исходный сигнал. Как правило, в высококлассных пассивных АС существует специальная схема, отслеживающая изменения импеданса и приводящая его значение к рассчетному, и от ее работы в разных режимах зависит очень многое. А что же активные АС? В них подобные проблемы отсутствуют - так как они отделены от динамика усилителем, для них изменения импеданса не играют решающей роли, частота среза и другие характеристики фильтра остаются неизменными, не завися от входного сигнала, сложные и дорогостоящие фильтры пассивных АС не нужны.

Наконец, многополосные активные АС легче настраиваются. Предположим, что в каком-то громкоговорителе чувствительность твитера больше, чем у низкочастотного динамика. В пассивном громкоговорителе зачастую оказывается недостаточно просто поставить дополнительное сопротивление в схему фильтра. Приходится менять частоту раздела полос или какие-то другие параметры схемы. В активной АС согласование уровней сигналов происходит гораздо легче — в кроссовер перед усилителем ставится соответствующий триммер. И вообще в активных фильтрах манипуляции с фазой, временной задержкой, резонансами и эквализацией проходят гораздо проще, чем в пассивных.

Возникает вопрос: почему же при таком количестве преимуществ активные АС не получили широкого применения на рынке Hi-Fi? Дело в том, что использование отдельных усилителей и активных фильтров выводит громкоговорители этой группы из разряда «бюджетных» продуктов. Поэтому до сих пор активные АС остаются выбором звукорежиссеров, которые просто не могут позволить себе меньшее качество звука, или почитателей бескомпромиссного звука, для которых дополнительные денежные затраты не являются существенным препятствием. В то же время люди, интересующиеся домашними кинотеатрами высшего уровня, наверняка будут рады узнать, что многие ведущие производители выпускают активные громкоговорители для домашнего применения.