Верить ли «20 Гц – 20 кГц»?

Звуковысотный диапазон традиционных музыкальных инструментов с обертонами (гармониками) простирается до 16 кГц. Природные и техногенные звуки могут иметь и более высокую частоту, но это «исключения из правил», аудиотехника прежде всего предназначена для передачи музыки. Среднестатистический молодой человек воспринимает звуки в пределах 20 кГц, с возрастом эта граница постепенно снижается – но не будем о грустном.

АМ-радиовещание и граммофонные пластинки обеспечивали передачу частот до 4-5 кГц, а звуковоспроизводящие тракты (усилители и динамики) той эпохи заметно превосходили этот диапазон. Но с появлением в начале 50-х годов долгоиграющих пластинок и УКВ вещания с частотной модуляцией полоса передаваемых частот расширилась до 15-16 кГц, и требования к остальным звеньям звукового тракта пришлось пересмотреть. Так в середине 50-х годов оформилась идеология Hi-Fi (сокращение от High Fidelity – высокая верность). Были сформулированы основные технические требования к аудиотракту, и прежде всего – полоса передаваемых частот. Она должна была не просто соответствовать полосе частот источника сигнала, но перекрывать её с некоторым запасом.

Почему так? В радиотехнике полосу пропускания традиционно измеряли по уровню -3 дБ, то есть на границах диапазона мощность снижалась вдвое. Этот же подход перенесли и на звуковой тракт, и с учётом такого снижения усиления полосу частот назначили с запасом – от 20 Гц до 20 кГц. В эпоху ламповых усилителей добиться лучших значений было непросто из-за потерь в выходном трансформаторе. Но это был только первый шаг.

Неравномерность АЧХ в пределах диапазона (утрировано)

На рисунке представлены три варианта амплитудно-частотной характеристики, формально удовлетворяющие критерию 20 Гц – 20 кГц. Но в пределах этого диапазона частотные характеристики различны – естественно, и звучание тоже будет разным. Поэтому пришли к необходимости нормировать неравномерность АЧХ в пределах рабочего диапазона.

С появлением усилителей без выходного трансформатора (отдельных ламповых и, конечно, транзисторных) неравномерность АЧХ уменьшилась, полоса передаваемых частот по уровню -3 дБ расширилась в несколько раз, а на частоте 20 кГц «завал» стал меньше 1 дБ. Остальные участники процесса (тюнеры, проигрыватели, магнитофоны) тоже подтянулись. Стремясь улучшить характеристики аппаратуры, каждый производитель выжимал максимум в пределах доступных технологий – это была честная техническая конкуренция. Поэтому приводимые производителем характеристики (в первую очередь – частотный диапазон) были хоть и не особо впечатляющими, но измерялись по весьма строгим критериям.

Немецкий стандарт DIN 45500, принятый в 1974 году, стал «матрицей» для многих национальных стандартов – и в значительной мере затормозил дальнейшее совершенствование аппаратуры, направив её в маркетинго-дизайнерское русло. Техническая конкуренция изделий сменилась конкуренцией брендов. Дело в том, что стандарт весьма либерально устанавливал лишь минимально необходимые значения основных (но далеко не всех значимых) параметров, и многие (к счастью – не все) производители решили этими рамками и ограничиться. Зачем делать лучше, когда «и так сойдёт»? Отныне логотип Hi-Fi на панели гарантировал продажи, но не гарантировал качество звучания – это подтвердят многие коллекционеры винтажной аппаратуры.

Так со второй половины 70-х началось постепенное разделение стационарной аудиотехники на массовую и качественную. В конце концов из этого родилась идеология Higi End – но это уже совсем другая история.

Поле допусков АЧХ различных компонентов в полосе 20 Гц – 20 кГц по DIN 45500

Как можно видеть, допуски на неравномерность АЧХ весьма либеральные – в расчёте на массового слушателя и удешевление производства. Особенно широкие допуски для акустических систем, их и сегодня непросто «зажать» – самое слабое звено. Но за пределами обязательного диапазона частот никто не мешает указать любые граничные значения – для них отклонение уже не нормировано. Если можно найти следы сигнала на частоте 30 кГц с уровнем -20 дБ – так и запишем, что до 30 кГц играет. И началась маркетинговая гонка.

На момент принятия стандарта только усилители обеспечивали полосу 20 Гц – 20 кГц с минимальной неравномерностью АЧХ, а вскоре она и вовсе расширилась до 50 – 100 кГц. Все же прочие источники (в особенности – магнитофоны) отличались довольно причудливыми АЧХ.

Формально всё по DIN 45500. GRUNDIG, кстати, нарушает – а KENWOOD даже немного выходит за рамки – причём в лучшую сторону!

Непростая ситуация сложилась с акустическими системами – реальные АЧХ, измеренные «по всем правилам», напоминают частокол с массой пиков и провалов. Поэтому в технической документации используют сглаженные АЧХ, где узкие пики и провалы приведены к «общему знаменателю». Обычно используется третьоктавное усреднение, тогда и результат практически не отличается от реальности, и кривая выглядит довольно гладкой. Впрочем, вместо кривой может быть и «лесенка» по средним уровням третьоктавных полос:

Фирменная АЧХ двухполосной АС GRUNDIG SM500, с усреднением по третьоктавным полосам. В каждой такой полоске может быть «разброд и шатание» – но они приведены к общему знаменателю. Завал НЧ начинается от 100 Гц, но по паспорту диапазон от 40 Гц. «Думайте сами, решайте сами…»

Подведём итог: полосе пропускания 20 Гц – 20 кГц можно безоговорочно верить только в случае транзисторных усилителей. Просто потому, что в наши дни сделать хуже не получится – элементная база и схемотехника не позволят. Остальная аналоговая техника, что бы там ни было написано, в реальности может иметь какой угодно диапазон воспроизводимых частот и какую угодно АЧХ – всё зависит от условий измерения, принятых производителем. Тем более, что в наши дни следование стандартам уже не строго обязательно…

С вами был УРАЛ и ЧЕстный Звук.

О том, как УРАЛ дважды выиграл патентный спор у правообладателя JBL, читайте в статье

О продукции УРАЛ можно узнать здесь

О новом АК - подробно - тут