Вечные усилители серии FR

Александр Корнышев
Звукорежиссер студии «Артефакт»,
www.artefakt.ru

Новый взгляд
Оборудование Mackie широко известно во всем мире и хорошо зарекомендовало себя при эксплуатации в различных условиях. Механическая и электрическая части приборов этой фирмы выполнены с большим запасом прочности и допустимых значений нагрузок. Это определяет высокую степень надежности при эксплуатации и транспортировке оборудования. Усилители серии FR (Fast Recovery), разработанные Mackie, обладают высокой степенью устойчивости к перегрузкам и быстрым восстановлением после них, поскольку в критические моменты устраняется высокочастотное самовозбуждение и аппарат сохраняет стабильность работы при высокой выходной мощности.
В основе усилителей серии FR использование массивного тороидального трансформатора, конденсаторов большой емкости, мощных надежных транзисторов и принципиально новой системы охлаждения. Во избежание неоправданного удорожания устройств было решено отказаться от различного рода непринципиальных дополнительных функций, поскольку в основу разработки был положен принцип «вечный усилитель – за доступную цену». В серию входят три модели: М-800, М-1400/1400i (отличающиеся только выходными разъемами) и М-2600. Усилители данной серии предназначены для использования на концертах, в клубах, турах, любых инсталляциях, а также в качестве инструментальных.

Система быстрого восстановления FR
Исторически за транзисторными усилителями мощности установилась дурная слава «умения» искажать звук в моменты перегрузки. Обычно это объясняется генерацией четных гармоник при жестком клиппировании, но на самом деле большинство нежелательных призвуков возникает за счет переходных процессов и паразитной генерации уже при выходе из режима клиппирования (при восстановлении). Технология FR позволяет устранить появление таких артефактов.
Для понимания термина «быстрое восстановление» рассмотрим работу усилителя в критических условиях, что на практике происходит достаточно часто. При возникновении перегрузки срабатывают схема защиты, подчас заметно ухудшающая звук, и отрицательная обратная связь, понижающая коэффициент нелинейных искажений.
Как известно, отрицательная обратная связь является электрической цепью между выходными и входными каскадами усилителя, обеспечивающей коррекцию входного сигнала при достижении критического уровня на выходе. Однако обратная связь привносит и дополнительные проблемы, одна из которых – процесс выхода из режима клиппирования. То есть при достижении выходным сигналом уровня клиппирования включается отрицательная обратная связь, уменьшающая сигнал во входных каскадах усилителя, что предотвращает перегрузку прибора. При большой глубине обратной связи вместо восстановления и возврата в нормальный режим работы усилитель на некоторое время «зависает» в состоянии клиппирования. Этот момент сопровождается возникновением паразитной высокочастотной генерации, которая способствует появлению гораздо больших искажений звука, чем из-за ограничения сигнала при собственно перегрузке.
Принцип быстрого восстановления основан на комбинации двух уникальных конструкторских идей. Первая заключается в использовании полностью симметричных двойных дифференциальных входных каскадов, которые за счет своей сверхвысокой линейности минимизируют необходимость применения отрицательной обратной связи для снижения гармонических искажений. Благодаря этому полностью предотвращается высокочастотное «зависание» усилителя в режиме клиппирования в момент перегрузки, а время восстановления не превышает 1 мкс даже при перегрузке 20 дБ! Второй метод реализуется за счет дополнительной схемы Baker Clamp, отслеживающей состояние выходных каскадов. При ее активации на выходе усилителя автоматически включается схема лимитера, предотвращающая переход выходных транзисторов в режим насыщения.
Необходимо отметить, что в усилителях серии FR применяется обратная связь только той глубины, которая необходима для нормальной работы усилителя в целом. Поэтому здесь полностью отсутствует паразитная высокочастотная генерация в режиме клиппирования при полной гарантии того, что прибор не выйдет из строя в результате перегрузки. Благодаря таким схемотехническим решениям налицо увеличение эффективности работы усилителя.
Кроме того, комплементарная симметричная конструкция звукового тракта расширяет частотный диапазон до 20 Гц – 40 кГц при соотношении сигнал/шум более     104 дБ, а все выходные каскады выдерживают беспрецедентно высокий уровень тока – до 60 A и обеспечивают согласование с низкоимпедансной и реактивной нагрузкой. Работоспособность усилителей сохраняется при снижении напряжения до уровня 63% от номинала.

Система охлаждения
Во время работы усилителя нагреваются все его элементы, особенно выходные транзисторы. Для максимально эффективного отвода тепла необходимо соблюдение двух правил: как можно более плотный контакт мощных транзисторов с радиатором и тщательно проработанная система внутреннего охлаждения. Недостаточно внимательное отношение к этому может стать причиной выхода из строя электронных компонентов усилителя.
В большинстве усилителей радиаторы имеют достаточно неровные и шершавые поверхности, которые способны обеспечить лишь частичный контакт с выходными транзисторами, что затрудняет эффективный отвод тепла. Инженерами компании Mackie разработана специализированная технология зеркальной полировки радиаторов, позволяющая увеличить гладкость их поверхности соприкосновения. Результатом стал более плотный контакт транзисторов и радиатора, который существенно увеличил эффективность теплообмена.
Существуют две основные схемы принудительного охлаждения. В первой воздух подается через вентиляционные отверстия боковой стенки и обдувает все внутреннее пространство корпуса усилителя. При всей ее простоте и незамысловатости, безусловно, часть воздушного потока попадает по назначению – на радиаторы. Но эффективность такого метода невелика, поскольку охлаждение происходит крайне неравномерно, а также приводит к загрязнению внутренних деталей и плат.
Во второй схеме охлаждения забор воздуха осуществляется со стороны тыльной панели усилителя, а его выход происходит через отверстия лицевой панели. Такая схема дает лучшие результаты в плане равномерности охлаждения радиаторов, но по мере удаления от ввода из-за теплообмена с деталями температура воздуха возрастает. Это приводит к рассеянию теплого воздуха по всему объему усилителя, излишнему нагреву удаленных от воздуховода транзисторов и оседанию пыли на электронных компонентах.
Далее, для концентрации воздушных потоков и защиты от загрязнения стали применяться специальные туннели, на входе которых устанавливался вентилятор. Но и данный метод в свою очередь грешит большим перепадом температур (до 40°) в начале и в конце туннеля.
Примененная в усилителях FR-серии Т-образная конструкция при вдвое меньшей длине туннеля полностью решает вышеизложенные задачи равномерного охлаждения всех электронных компонентов прибора и надежной защиты от проникновения пыли. Воздух в систему поступает через расположенные по всей лицевой панели усилителя заборные решетки под воздействием вентилятора с регулируемой скоростью вращения, зависящей от внутренней температуры прибора, который включается на полную мощность только в критических температурных режимах.
Также в усилителях серии FR используется специальная Т-образная топология расположения деталей, нуждающихся в охлаждении. От вентилятора поток воздуха распределяется в два коротких туннеля, что позволяет в два раза уменьшить перепад температур деталей, находящихся на разном расстоянии от входных отверстий. Такое уменьшение градиента температур заметно увеличивает надежность работы усилителей. Это особенно важно при достаточно высокой температуре окружающего воздуха (например, при работе на открытой площадке в жаркую погоду, в малом помещении клуба и т.д.). Фактически усилители выдерживают круглосуточную эксплуатацию на нагрузке 2 Ом при температуре окружающей среды до 45°.

Защита
При перегреве усилителя из-за плохой вентиляции, работы в режиме постоянной перегрузки, заниженного сопротивления нагрузки или дефектов акустических кабелей или динамиков включается схема термозащиты. Когда внутренняя температура прибора достигает 80°, оконечный каскад отключается, и загорается индикатор перегрева. После этого усилитель будет находиться в режиме ожидания до тех пор, пока его внутренняя температура не понизится до 55°. Затем усилитель вернется в рабочий режим и включится индикатор нормальной работы. При перегреве силового трансформатора схема защиты отключает выходной каскад до его остывания.
В момент короткого замыкания на выходе усилителя схема защиты на 4 с отключает выходной каскад, после чего следует его автоматическое включение. При повторном обнаружении короткого замыкания схема защиты срабатывает еще раз. Этот процесс выключения/включения повторяется до момента устранения неисправности.
Когда включается питание прибора, «в дело вступает» схема плавного нарастания тока, исключающая перегрузку сети и предотвращающая выход из строя предохранителей. Оконечный каскад усилителя включается приблизительно через 3 – 4 с. Такая задержка оберегает акустическую систему от щелчков при переходных процессах.
Усилители серии FR оборудованы встроенным лимитером, предназначенным для защиты динамиков акустической системы при возникновении перегрузки. Естественно, если очень постараться и подать на вход весьма сильный сигнал, то даже при включенном лимитере может произойти перегрузка усилителя. Поэтому необходимо не забывать контролировать режим работы прибора по индикаторам уровня сигнала. Если в звукоусиливающем тракте используются другие ограничители амплитуды сигнала, встроенный лимитер можно отключить.
Входные регулировки и режимы работы
Необходимый уровень входного сигнала устанавливается с помощью поканальных регуляторов чувствительности, имеющих фиксаторы на 20 положений. Такое конструктивное решение дает возможность раздельной настройки каналов в помещениях с неправильной геометрией или если каналы используются для решения независимых задач. Маркировка вокруг регуляторов выполнена в децибелах и вольтах. Внутреннее кольцо числовых значений соответствует усилению в децибелах. Внешнее кольцо числовых значений обозначает чувствительность усилителя в вольтах. В максимальном положении регулятора чувствительность усилителя составляет 1,23 В.
Линейка индикации выходных сигналов отражает отношение выходного сигнала усилителя к его максимальной выходной мощности. При нормальном уровне выходного сигнала загораются сегменты: -20; -9; -6 и -3. Загорание сегментов пиковых сигналов (OL) предупреждает о возможной перегрузке.
Усилители поддерживают работу в трех режимах: стереофоническом; монофоническом – усиление независимых моносигналов на два выхода; мостовом – параллельное включение обоих каналов для усиления одного или двух независимых сигналов на один выход. Для всего модельного ряда суммарный уровень искажений при сопротивлении нагрузки 8 Ом не превышает 0,025%,        4 Ом – 0,05%, 2 Ом – 0,15%.
Усилитель M-800 при габаритах 2U обеспечивает выходную мощность 2 x 400 Вт на нагрузке 2 Ом,                2 x 275 Вт на нагрузке 4 Ом, 2 х 175 Вт на нагрузке         8 Ом; в мостовом режиме 800 Вт на нагрузке 4 Ом и 550 Вт на нагрузке 8 Ом.
Усилитель M-1400/1400i также имеет габариты 2U и развивает мощность 2 x 700 Вт на нагрузке 2 Ом,                 2 x 500 Вт на нагрузке 4 Ом, 2 х 300 Вт на нагрузке 8 Ом; в мостовом режиме 1400 Вт на нагрузке 4 Ом и 1000 Вт на нагрузке 8 Ом.
Усилитель M-2600 габаритами 3U обеспечивает выходную мощность 2 x 1300 Вт на нагрузке 2 Ом,                     2 x 850 Вт на нагрузке 4 Ом, 2 х 500 Вт на нагрузке 8 Ом; в мостовом режиме 2600 Вт на нагрузке 4 Ом и 1700 Вт на нагрузке 8 Ом.

Частотная коррекция
Все вуферы имеют различный нижний предел воспроизводимой частоты. Усилители серии FR оснащены обрезным фильтром низкой частоты (Бесселя второго порядка), с помощью которого можно согласовать нижние границы частотных диапазонов усилителя и подключенной к нему акустической системы. Вокруг регулятора фильтра нанесена шкала частот. Вращая регулятор, можно плавно изменять частоту среза в диапазоне от 10 до 170 Гц.
Компрессионные динамики, устанавливаемые в рупорах с постоянной направленностью, требуют компенсации усиления на высоких частотах, начиная с 2 – 6 кГц. Модели М-800 и М-1400/1400i имеют отключаемую схему такой компенсации, которая устанавливается специальным регулятором со стартовой точки 3,5 кГц.
Усилители М-1400/1400i и М-2600 снабжены встроенными активными кроссоверами. Это позволяет применять их для озвучения субвуферов, экономя немалые средства на приобретение кроссовера такого же класса. При этом третье положение выключателя лимитера соответствует субвуферному режиму работы, в котором усиливается только отфильтрованный низкочастотный сигнал. Частота разделения кроссовера задается переключателем. В модели М-1400/1400i применен фильтр Бесселя четвертого порядка с частотами раздела 63 и 125 Гц. Усилитель М-2600 оснащен кроссовером Линквитца-Рэйли четвертого порядка с крутизной 24 дБ/октаву (частоты 60/90/120 Гц), с помощью которого можно обрабатывать сигнал как выхода на динамики, так и сквозного выхода.

Коммутация
Входы усилителей серии FR выполнены на разъемах 1/4" TRS и XLR. На них могут подаваться как симметричные, так и несимметричные линейные сигналы в диапазоне от -10 dBV до +4 dBu. Электрические входы TRS и XLR каждого канала представляют собой параллельно соединенные разъемы, сигнал с которых поступает на вход соответствующего канала усилителя.
В некоторых ситуациях для озвучения одного сигнала требуется «цепочное» подключение дополнительных усилителей. Для этого в усилителях серии FR имеется сквозной выход THRU, через который в моделях М-800 и М-1400/1400i всегда выводится полнодиапазонный сигнал, в то время как в усилителе М-2600 предусмотрены три режима работы сквозного выхода, определяемые переключателем кроссовера – полнодиапазонный, низкочастотный или высокочастотный.
Выходные разъемы усилителей обеспечивают надежный контакт и безопасность при эксплуатации любых акустических систем. Во всех моделях установлены двухцветные зажимные клеммы, имеющие возможность подстыковки штекеров типа «банан». Усилители М-800 и М-1400i снабжены также выходными разъемами 1/4" TS, где наконечник разъема соответствует положительному, а экран – отрицательному контакту динамика. В моделях М-1400 и М-2600 предусмотрены выходные разъемы Neutrik Speakon. Также в них для подключения акустической системы в мостовом режиме имеется отдельный разъем Neutrik Speakon. Во всех случаях возможно одновременное использование обоих типов разъемов.

Итог
Имеющиеся в собственном распоряжении компании Mackie производственные мощности дают возможность использовать материалы и технологии, которые у других производителей применяются только при изготовлении более дорогой аппаратуры. Сочетание технологии быстрого восстановления и эффективной системы охлаждения позволило достичь великолепных результатов, нашедших свое воплощение в усилителях серии FR. Эти модели отличаются от своих аналогов, находящихся с ними в одной ценовой категории, несравненно более высокими качеством звука, надежностью и функциональной мощностью, благодаря чему они снискали широкую известность и пользуются заслуженным спросом.
Дополнительная информация – компания A&T Trade