Как работает усилитель класса XD и XA, или Немного экзотики

Мысли о том, как усовершенствовать всем хорошо известную схемотехнику, посещают как энтузиастов-любителей, так и инженеров, работающих в компаниях по производству Hi-Fi. Во втором случае каждое существенное нововведение патентуется и получает маркетинговое название. А в особых случаях даже рождается новый класс усиления. Например, у Cambridge Audio есть таких целых два: класс XD и класс XA. Впрочем, тут стоит разобраться получше, идет ли речь о принципиально ином принципе работы усилителя или же это просто красивое маркетинговое название незначительного усовершенствования.

История

В текущей линейке усилителей Cambridge Audio присутствуют две серии компонентов: усилители в одной из них реализованы с применением схемотехники класса XD, а в другой — с применением схемотехники класса XA. Речь идет о старшей серии Azur 851 и флагманской Edge. В обоих случаях усилители выдают порядка 100–200 Вт мощности на канал в зависимости импеданса нагрузки, да и остальные характеристики, включая энергопотребления и уровень искажений, у них довольно схожи. А самое любопытное — описания технологий XD и XA достаточно общие и по своей сути они практически полностью совпадают.

Принцип работы

Для того, чтобы понять принцип работы усилителей классов XD и XA, необходимо вспомнить, в чем состоят отличия между классом B и классом АВ. В классе B положительную и отрицательную полуволну сигнала воспроизводят два транзистора, включенные в схему зеркально относительно друг друга. Прохождение сигналом нулевой точки совпадает с моментом переключения транзисторов, которые именно в момент включения и выключения работают неидеально, привнося в звучание искажения и артефакты. Кроме того, закрывающийся транзистор может переставать работать до момента когда уровень сигнала достигнет нуля, а открывающийся включается в работу с некоторой задержкой.

Для решения этой проблемы был разработан класс АВ. Он решает проблему переключения транзисторов, благодаря наложению рабочих диапазонов двух транзисторов, работающих в паре, и создавая в районе нулевой точки сигнала зону для работы обоих транзисторов. Такой подход, действительно, улучшает звучание, поэтому большинство разработчиков сконцентрировали свои дальнейшие поиски на выборе глубины смещения, определяющей до какого уровня громкости оба транзистора находятся в рабочем состоянии, а усилитель работает в режиме, приближенном к классу А.

В то же самое время разработчики Cambridge Audio обратили внимание на другой немаловажный факт: нулевая точка — это самое уязвимое место в музыкальном сигнале, и, несмотря на все ухищрения со смещением, производимые в классе АВ, все же куда лучше, когда нулевую точку сигнала воспроизводит один транзистор, и его затвор не балансирует на грани открытия или закрытия. А чтобы эта затея не превратилась в заново изобретенный класс А, в котором средняя точка сигнала приходится как раз на середину рабочего режима единственного транзистора, было разработано смелое и оригинальное решение.

В схемотехнике класса XD, как и в классе АВ, используются пары транзисторов, но точка их переключения смещена относительно нулевой точки воспроизводимого сигнала. Таким образом, один транзистор воспроизводит всю положительную и часть отрицательной полуволны, а другой транзистор дорабатывает оставшуюся часть отрицательной полуволны. Принципиальное отличие класса XA от XD состоит в большей величине смещения точки переключения, в результате чего режим работы в большей степени приближен к классическому классу А, однако сохраняет некоторые преимущества симметричной двухтранзисторной схемы.

Плюсы

Тот факт, что в усилителях класса XA и XD нулевая точка сигнала приходится в стабильную рабочую зону одного из двух транзисторов сильно роднит этот тип усиления с классом А. Это значит, что на минимальных уровнях громкости мы получим чистый, не искаженный звук. При этом наличие второго плеча обещает лучшую энергоэффективность и способность воспроизводить значительные динамические всплески сигнала без медлительности и компрессии.

Минусы

Последний факт, упомянутый в плюсах, является неоспроимым только на фоне усилителей класса А. Если же сравнивать схемотехнику с приставкой X с традиционным классом АВ, то становится очевидно, что при прочих равных классы XD и XA проигрывают ему и по энергопотреблению, и по максимальной амплитуде. Чем больше выбрано смещение переходной точки относительно нулевой точки сигнала, тем меньший запас по амплитуде он будет иметь в отрицательном плече сигнала, и тем ближе к классу А окажется режим работы транзистора, обслуживающего положительную полуволну. Однако, не имея на руках точных данных, оценить, насколько заметны эти отличия будут на практике, довольно проблематично, но в теории ситуация выглядит именно так.

Особенности

А теперь взглянем на все это с аудиофильской точки зрения. Тот факт, что средний уровень сигнала теперь приходится на вполне стабильную рабочую зону транзистора, говорит о том, что тихие звуки и камерная музыка будут воспроизводиться не хуже, чем на усилителях, работающих в чистом классе А. При этом мы с полным правом можем ожидать звучания настолько же энергичного и свободного в динамических пассажах, как и у усилителей класса АВ. Единственный не очевидный момент — как поведет себя усилитель при нагрузке близкой к предельной. Характер искажений будет отличаться от усилителей других классов вследствие асимметрии нагрузки транзисторов.

Практика

Для ознакомления с особенностями звучания фирменной схемотехники Cambridge Audio мы выбрали два интегрированных усилителя: Azur 851A, работающий в классе XD, и Egde A в классе XA.

Первый факт, на который стоит обратить внимание: при одинаковой выходной мощности у модели Edge А на 10 дБ выше соотношение сигнал/шум (103 дБ против 93 дБ) и, при этом, на 20% выше максимальное энергопотребление. Для того, чтобы выдать по 200 Вт на канал на нагрузку 4 Ом модели Azur 851A требуется до 800 Вт, а Edge A может понадобиться до 1 000 Вт. В довершение всего, Azur 851A оказывается несколько более эффективным на нагрузке 8 Ом, выдавая 120 Вт против 100 Вт у Edge A. Оба аппарата отличаются солидным весом — 15 и 25 кг — что вызывает уважение даже с учетом стоимости и статуса моделей.

Среди технических особенностей у Azur 851A стоит отметить схемотехнику по принципу «двойное моно», начинающуюся, впрочем, с общего блока питания, и использование отдельного трансформатора для питания предварительного каскада усиления. Примечателен и тот факт, что трансформаторы имеют существенный запас мощности, чтобы не ограничивать динамику.

У модели Edge A блок питания устроен еще более сложно. В усилителе используется два одинаковых трансформатора, установленные друг над другом для гашения генерируемых ими электромагнитных помех. Вся сигнальная часть усилителя исключает прохождение сигнала через конденсаторы, что позволяет сохранить фазовую и частотные характеристики в неизменном виде.

Звук

При прослушивании с акустикой разной степени сложности Cambridge Audio Azur 851A продемонстрировал исключительную стабильность и четкость звучания на разной громкости. Тяжелые в работе колонки не заставили его спасовать. Усилитель сохранил ту же степень контроля НЧ-составляющей, что и на более легкой паре. Но когда дело доходило до самых нижних басовых нот, ситуация менялась. В этой области ситуация выходила из-под контроля, и бас становился гулким. Средний и верхний бас на фоне этого продолжали оставаться абсолютно безупречными.

В целом же, усилитель давал исключительно широкую, свободную звуковую сцену, звучал открыто и легко. Верхние частоты — предельно прозрачные и чистые, середина — светлая, точная и хорошо сфокусированная. Очень красиво передается затухание послезвучий, особенно в идеально прописанных Hi-Res-записях классики и аудиофильского джаза, где каждый вздох и каждый звук пропитаны особой эстетикой.

Все это Azur 851A давал прочувствовать в полной мере. Если сравнивать его с традиционными усилителями класса АВ и иными конкурентами, временами, на высокой громкости можно было заметить небольшую компрессию динамического диапазона — такую, которая бывает в подобной ситуации у усилителей класса А, но в гораздо менее выраженной форме.

Что же касается Cambridge Audio Edge A, он-то как раз и должен походить на чистый класс А со всеми его достоинствами и недостатками! И, действительно, кое-что схожее наблюдать можно, равно как можно заметить и признаки сразу нескольких других классов.

Edge A выдает очень чистое, артикулированное, детальное и аналитичное звучание. Всю музыку он словно раскладывает по полочкам, но при этом старается передать цельную картину. И этой научной академичности в звучании Edge A оказалось больше, чем у Azur 851A. Порой, кажется, что младший аппарат был богаче тембрально, но, если вслушаться, становится ясно, что это Edge A слишком педантичен и дословно воспроизводит всю партитуру, ничего не приукрашивая. В сравнении с младшим собратом, старший лучше контролирует нижний бас, не срываясь в гул и монотонность. Что касается макродинамики и способности работать на высокой громкости — эти качества у класса XD и класса XA очень схожи по характеру, вот только почему-то последний оказалось куда сложнее вывести из себя.

Оба усилителя удивили также и тем, что их характер и фирменную подачу можно было узнать в любой момент вне зависимости от того, какая акустика была подключена. Самые характерные колонки под командованием Кэмбриджей вдруг начинали ходить строем и петь исключительно по команде.

Выводы

Классы XD и XA, действительно, оригинальны с точки зрения схемотехники и отличаются от класса АВ не меньше, чем сам класс АВ отличается от чистого класса В. Это можно понять, не только анализируя схемотехнику, но и сопоставляя полученную теоретическую информацию с результатами сравнительных прослушиваний. Усилители Cambridge Audio отличаются от классических моделей аналогичного класса более чистым и прозрачным звучанием, а по совокупности впечатлений являют собой некий гибрид красоты и чистоты звучания класса А с динамикой класса АВ. Одним словом, очередной аудиофильский Святой Грааль найден. И, как это часто бывает, он понравится отнюдь не всем. Так что закроем эту тему и вскоре продолжим разговор о еще одном классе усиления.

---

Оригинальный материал на сайте stereo.ru:
Как работает усилитель класса XD и XA, или Немного экзотики