Ламповый или транзисторный усилитель для наушников
Неоспоримый в принципе факт: Ламповые усилители и вообще все ламповое играет лучше транзисторного…
Эпитеты «теплый, уютный, ламповый…» относятся только к ламповым конструкциям, а лучшая похвала для транзисторного усилителя из уст продвинутых меломанов такая — «он звучит как ламповый аппарат…»
Вопрос возникает совершенно честный и оправданный – а почему, собственно транзисторные усилители должны звучать хуже ламповых? Ведь прогресс не стоит на месте, в руках у людей айфоны шестой модели, на руках умные часы, все это собрано на полупроводниковых чипах и прекрасно работает и т.д. Неужели прогресс не может то же самое сделать со звуком. По какой такой причине у всей электронной индустрии не получается добиться от транзисторов такого же натурального звучания, как от почти столетних ламп? И так ли это на самом деле, как утверждают многочисленные спецы от звука говоря, что лампы играют лучше… Может они ошибаются и есть транзисторные усилители, которые лучше ламповых .
Вопросов у человека, который любит музыку возникает масса, особенно у того, кто хоть немного технически подкован.
Я занимаюсь усилителями почти 30 лет, конечно не так, чтобы ежедневно паять и слушать разницу в их звучании, как многие продвинутые электронщики и «ламповики»… По роду деятельности и хобби приходится постоянно с такими людьми общаться, плюс много лет всевозможных экспериментов со звуком и сборки комплектов для воспроизведения музыки для совершенно разных «ушей» дают довольно интересные соображения и выводы.
Причин, по которым ламповый усилитель играет лучше транзисторного несколько:
Количество каскадов
В ламповом усилителе намного меньше каскадов (последовательно включенных звеньев) чем в транзисторном. В ламповом усилителе независимо от его архитектуры (бывают однотактные, двухтактные, мостовые конфигурации) как правило от 2-х до 4-х каскадов. Это значит, что линейный сигнал с CD проигрывателя или другого источника звука со стандартным напряжением 0,25 – 0,75 вольта усиливается по току и напряжению для достижения выходной мощности 10 – 100 Ватт всего 2 – 4 мя усилительными звеньями. В транзисторных усилителях такого практически никогда не бывает, количество каскадов усиления составляет от 10 до 20 звеньев…
На вопрос почему у транзисторного усилителя 20 каскадов, а у лампового с такой же выходной мощностью всего три я отвечу в подзаголовке «Количество и качество элементов в конструкции». Но в звукотехнике есть неоспоримый факт: количество каскадов транзисторного и лампового усилителя с примерно одинаковыми параметрами различается в 4 – 8 раз.
(На звучание влияние оказывает практически каждый элемент, который находится на пути звукового сигнала. В транзисторных усилителях в цепочке сигнала оказываются сотни элементов и эти «сотни» вносят свою лепту в звучание, тогда как у ламповых усилителей этих элементов на порядок меньше).
Температурный режим
Лампы изначально – высокотемпературные элементы, в них разогретый до тысяч градусов катод испускает электроны, которые летят к аноду через управляющую сетку. Лампы стабильно нагреты и не подвержены внешним колебаниям температуры, то есть они как бы находятся все время в одном высокотемпературном режиме. Плюс электроны в лампах испускаются металлическим катодом и летят либо к металлическому, либо к графитовому (угольному) аноду через металлическую (иногда – позолоченную) сетку.
Транзисторы в отличие от ламп работать при высоких температурах не могут. Размер кристалла транзистора очень мал по сравнению с размерами катода и анода лампы, и на этом кристалле должна выделяться примерно такая же мощность (при сравнимой выходной мощности лампового и транзисторного аппарата). Так как звуковой сигнал имеет импульсную природу, то за короткое время, когда нарастает импульс происходит мгновенный разогрев миниатюрного полупроводникового кристалла транзистора до высокой температуры. Эту температуру он просто физически не может отдать радиатору быстро из-за эффекта «тепловой инерции». Радиаторы охлаждения мощных транзисторных усилителей имеют большие размеры и массу, и за длительное время они обеспечивают охлаждение транзисторов до рабочих температур (максимум 50 — 60 градусов), но с мгновенным разогревом кристалла справиться не могут. Из-за локального и быстрого разогрева кристалла, параметры транзистора «плывут». Для приведения параметров «поплывшего» транзистора к норме включается обратная связь, которая — как и радиаторы имеет определенную инерцию. Обратная связь не успевает за быстрым импульсным сигналом и в первый момент просто отключена, каскад входит в ограничение и в эти милисекунды выдает сигнал максимально искаженным.
Соотношение тока и напряжения
Транзисторы в отличие от ламп изначально — низковольтные элементы и они в большинстве своем не выдерживают высоких напряжений. Происходит это из-за того, что расстояние между электродами транзистора в сотни раз меньше чем расстояние между катодом и анодом лампы. Из-за этого допустимое рабочее напряжение транзисторов намного меньше чем у лампы и как следствие – транзисторные схемы строятся с применением низковольтных источников питания. Например, 20-ти ваттный ламповый усилитель имеет источник питания и рабочее (анодное) напряжение 300 Вольт, а транзисторный с такой же выходной мощностью 30 вольт. По закону сохранения энергии в ламповом усилителе протекает ток ровно в 10 раз меньше чем в транзисторном.
Все элементы, которые участвуют в усилении сигнала лампового усилителя намного меньше нагружены током, чем элементы транзисторного, а значит площадь проводников лампового усилителя может быть намного меньше чем у транзисторного, емкость конденсаторов тоже на порядок меньше и т.д.
Кстати, именно из-за больших токов в транзисторном усилителе и малом рабочем напряжении питания его каскадов — массово применяются электролитические конденсаторы. А электролитические конденсаторы «электролиты» какими бы они не были качественными, от природы являются элементами нелинейными. В ламповых усилителях на пути сигнала электролитические конденсаторы практически не применяются, а в транзисторных они ставятся повсеместно. Емкость электролитических конденсаторов в транзисторном усилителе в сотни раз больше, чем в аналогичном по параметрам ламповом. Есть прямая закономерность, чем выше емкость электролитического конденсатора, там более заметный вклад звук (деградацию) он вносит.
Аудиофилами было замечено довольно интересное свойство у ламповых аппаратов – усилители звучат явно лучше если они работают с небольшими токами и высоким напряжением. Существуют специальные лампы, которые предназначены для работы при относительно небольшом анодном напряжении и большом токе, на пример: 6с-33с или 6-18с. Так вот, лампы такого типа хоть и применяются в отдельных моделях ламповых усилителей, но большого распространения не получили. Они так-же как и транзисторные требуют большого тока от источника питания и больших номиналов электролитических конденсаторов, в результате получаются неким гибридом между транзисторными и ламповыми агрегатами. Применяются такие лампы в основном для построения бестрансформаторных ламповых усилителей. Но фирмы ставя на отсутствие выходного трансформатора как основную цель получают кучу других проблем.
Обратная связь
Обратная связь (отрицательная) предназначена для коррекции нелинейности усилителей и получение от них объективно более высоких характеристик. То есть усилитель с обратной связью имеет шире полосу частот и меньшие нелинейные искажения, чем без оной. Но обратная связь улучшая объективные параметры усилителя имеет свои подводные камни. Она, как правило охватывает весь усилитель целиком, и корректирует его нелинейность тоже целиком, а искажения в каждом каскаде возникают сугубо свои и нелинеен каждый каскад по своему… Плюс отрицательная обратная связь имеет время реакции, которое тем длительнее, чем больше количество каскадов в усилителе. На быстрых пиках сигнала обратная связь не успевает срабатывать, что приводит к микросекундному входу усилителя в ограничение сигнала со 100% искажениями «клиппинг» которое в обычном режиме никак не проявляется, возникают так называемые «динамические искажения».
Из-за того, что транзисторные усилители изначально более нелинейны, чем ламповые и имеют по сравнении с ними большее количество каскадов, глубина обратной связи в них намного выше, чем в ламповых. Для транзисторного усилителя нормальной считается глубина обратной связи в 60 дБ, в то время как в ламповом она обычно не превышает 15 – 20 дБ. Чем больше глубина обратной связи, тем выше вмешательство в работу усилителя и тем больше уровень коррекции его первичной нелинейности. Аудиофилы довольно часто отключают обратную связь в своих ламповых аппаратах или делают ее минимальной. Да, при этом повышаются нелинейные искажения, сужается полоса частот и появляются высокие требования к качеству практически каждого элемента, входящего в ламповый усилитель. Но звук без обратной связи становится быстрым, атмосферным и воздушно легким. В транзисторном же аппарате отключить обратную связь практически невозможно, так как усилитель без нее не будет работать.
Количество и качество элементов в конструкции
Ламповый усилитель обычно собран из десятков элементов: ламп, резисторов, конденсаторов, и т.д. транзисторный же из сотен и тысяч. Здесь все просто – чем меньше элементов находятся на пути сигнала, тем меньшее они оказывают на этот сигнал влияние. Ламповые фирмы собирают усилители максимально тщательно подходя к подбору каждого входящего в него элемента. И этот подбор осуществляется не только и не столько по номиналам, а по влиянию этих элементов на звук. Например — в ламповые усилители стараются ставить углеродистые резисторы, так как они играют откровенно лучше металлокерамических, и металлоокисных хоть у них больше габариты, они подвержены температурной нестабильности и менее надежны.
В ламповых конструкциях повсеместно применяются бумажные и металлобумажные конденсаторы которые играют априори лучше электролитических, сотнями устанавливаемых в транзисторных аппаратах. В транзисторные усилители поставить бумажные конденсаторы просто невозможно, так как для них нужны номиналы конденсаторов в 10 – 1000 микрофарад. Электролитический конденсатор емкостью 100 микрофарад в транзисторном усилителе имеет размер фильтра от сигареты, а бумажный такого же номинала выглядит как пол литровая банка пива. И в транзисторный усилитель таких конденсаторов нужно 50 – 100 штук. Представьте теперь габариты и стоимость транзисторного усилителя с такими конденсаторами. В ламповый же усилитель из-за высокого напряжения питания и малого тока, достаточно поставить 1 – 2 таких конденсатора. В каскадах лампового усилителя протекают сверх малые (по сравнению с транзисторами) токи и для них требуются конденсаторы, имеющие в десятки раз меньшую емкость. Бумажные или пленочные конденсаторы, которые повсеместно устанавливаются в ламповых усилителях, как и лампы – элементы высоковольтные имеющие по сравнению с электролитическими того же размера — малую емкость. Они как бы созданы друг для друга.
Про разницу ламп и транзисторов как усилительных элементов. Здесь преимущества ламп не столь очевидны, скорее транзисторы как усилительные элементы работают не хуже, а даже лучше ламп. Они более надежны, у них выше КПД, они не разогреваются для опасных для людей температур. Но к звуку это имеет весьма посредственное отношение. На пути электронов в лампе встречаются только линейные материалы, это металл катода, сетки и анода. Анод иногда делают из графита, что — помня о том, что углеродистые (графитовые) резисторы играют лучше керамических и металлоокисных, дает вывод, что графитовый анод не хуже металлического. В транзисторах изначально применяют материал, который называется полупроводником: это редкоземельный германий, кремний или арсенид галлия. Полупроводник — это не металл, и этот комбинированный материал стоит на пути электронов, выходящих из эмиттера (катода) и направляющихся к коллектору (аноду). Полупроводник вносит в сигнал специфические, присущие только ему искажения, получившие жаргонное прозвище «транзисторными».
Многие радиолюбители делали эксперимент, строили практически одинаковые по архитектуре каскады, на транзисторе и лампе и сравнивали их звучание. Я ни от кого ни разу не слышал, чтобы транзисторный каскад звучал лучше.
Итог
Огромное количество фирм выпускает транзисторные и ламповые усилители. У транзисторных есть неоспоримое преимущество — они предельно надежны, повторяемы и менее материалозатратны на единицу выдаваемой колонкам мощности, а значит более выгодны в производстве. В основном из-за этих соображений мы видим засилье транзисторных усилителей в продаже и агрессивную рекламу по их продвижению. С ламповыми аппаратами сложнее — они имеют довольно специфический внешний вид, требуют аккуратного обращения и периодической (раз в 3 — 5 лет) замены ламп. Плюс работает всеобщее людское предубеждение против всего того, что было придумано и произведено в середине прошлого века. Но есть и факты: В самых лучших микрофонах студий звукозаписи уже более 50 лет применяются ламповые усилители, и 99 % продвинутых аудиофилов мира имеют в своих системах ламповые тракты. Особенно если в их системе присутствует проигрыватель виниловых дисков.
Автор: Виталий Аовокс
Вас может заинтересовать:
Комментарии к статьям на сайте временно отключены по причине огромного количества спама.
Источник
Статьи
Ламповый или транзисторный усилитель 07.01.2014 06:44
Ламповый или транзисторный усилитель
Разговоры о том, что лучше, транзисторы или лампы, ведутся с незапамятных времен. Доминирующее мнение лет эдак за двадцать пять плавно и, соответственно, незаметно меняется на противоположное. И если в начале семидесятых на транзисторных приемниках указывалось количество транзисторов, на которых этот аппарат выполнен (предполагалось, что связь количество-качество прямая), то в конце девяностых в передних панелях аппаратуры сверлят дырочки, чтобы мы могли видеть священный огонь лампы или ламп внутри ультрасовременных предварительных усилителей или звуковых процессоров, и трепетать уже от одного этого. Трепет подобного плана, в общем, дело неплохое — эмоция скорее положительная. Но за него предлагается платить дополнительные деньги и, как правило, немалые. Производители ламповой техники, естественно, пытаются укрепить в нас уверенность в том, что если аппарат ламповый, значит он непременно хорош. Делать они это пытались всегда, но на этот раз, ввиду того, что эволюционная спираль уже практически совершила полный оборот, им это, похоже, удается, и в настоящее время мы находимся на первой стадии лампового бума. Подтверждается это еще и тем, что на вопрос «Почему так дорого?» стал нормой ответ — «А что же ты хочешь, он же ламповый». Бум желательно встречать во всеоружии — с трезвой головой и ясным пониманием того, что тебе нужно. Это непросто. Если звукоинженеру с многолетним стажем работы по специальности, слышавшему большое количество как ламповой, так и транзисторной техники, повесить лапшу на уши довольно сложно, то музыкального полупрофессионала или любителя, коих большинство, сбить с толку попроще. Возможности сравнивать звучание разной аппаратуры весьма ограниченные. Информация, полученная от продавцов музыкального оборудования, сдобренная слухами (часто инспирированными компаниями-производителями), модой и пафосом, моде сопутствующим — далеко не лучшая платформа для выбора аппаратуры.
Прежде всего, надлежит разобраться в том, чем отличается ламповое звучание от транзисторного и почему. Мне представляется красивым, лаконичным и, более того, почти достаточным следующее объяснение: ну в самом деле — в транзисторе звук рождается в кристалле, а в лампе — в вакууме. Трудно придумать среды более несхожие. Так как же не разниться звучаниям? Лед и пламень! Тут я не оригинален, поскольку посвященные этой теме статьи в зарубежных журналах, часто выходят под заголовками типа: «Warm and Cool», «Hot or Cold» и т. п.
В одной из таких статей, в которой автор достаточно аргументировано доказывает превосходство лампы над транзистором по всем показателям (правда, почему-то в ней ни словом не упомянут такой немаловажный показатель звучания, как шум), приводится интересное объяснение привлекательности лампового звучания на примере использования в семидесятых классических конденсаторных микрофонов с ламповыми предусилителями. Дело оказывается в том, что эти микрофоны имеют сигнал очень высокого уровня (до 1,5 В) и предварительные усилители вынуждены практически постоянно работать с перегрузкой. При перегрузке лампы во-первых происходит естественная компрессия звука, в результате чего он воспринимается как более «плотный». Во-вторых происходит искажение звука, в результате чего он обогащается гармониками. В ламповой технике расположение этих гармоник по громкости практически совпадает с обертоновым рядом, то есть добавляются вторая (октава), третья (квинта), четвертая, пятая и т. д. гармоники, что субъективно воспринимается как приятное на слух, «музыкальное» звучание. Подобный принцип обогащения исходного сигнала гармониками применяется, например, в таком приборе, как эксайтер.
При перегрузке транзисторной техники звук также искажается, но сигнал при этом насыщается в основном нечетными гармониками, то есть третьей, пятой, седьмой, девятой и т. д. Из них седьмая и девятая гармоники — диссонирующие, что слух, мягко говоря, не ласкает и воспринимается именно так, как оно и есть — как искажения.
Поскольку звучание транзисторов и ламп серьезно отличается друг от друга, очевидно, что и варианты применения техники, построенной на столь несхожих компонентах, должны отличаться. Видимо, в каких-то случаях предпочтительней лампа, а в каких-то — транзистор. Для ответа на вопрос — для чего лучше использовать то и другое, необходимо дать общие характеристики звучания как ламповых, так и полупроводниковых звуковых приборов. Последние в дальнем зарубежье принято называть «твердотельными» (solid state).
Итак, лампа.
Плюсы: звучит тепло, при перегрузке придает звучанию дополнительную «музыкальность».
Минусы: шум (как следствие сложности с качественным усилением сигналов низкого уровня), громоздкость, малый срок службы (некоторые гитаристы вынуждены менять лампы в своих усилителях каждый месяц), плохо переносят транспортировку, низкий КПД (большая часть потребляемой ламповой техникой энергии расходуется на обогрев помещения, что может приветствоваться только зимой, да и то лишь при неработающем отоплении).
Транзисторы и прочие полупроводники.
Плюсы: корректность, неокрашенность звучания, малые шумы, компактность полупроводниковых устройств, низкое потребление энергии.
Минусы: сухое звучание, резко ухудшающееся при перегрузке.
Как мы видим, характеристики диаметрально противоположные — то, что хорошо у ламп, плохо у транзисторов, и наоборот. Особенно удачным можно считать применение ламп в режиме перегрузки, то есть там, где необходимо как раз изменить, окрасить исходный сигнал. При этом ламповое оборудование (будь то микрофонный предусилитель, компрессор или гитарный комбик) становится как бы обработкой, простейшим, (но, как оказалось, далеко не худшим) процессором эффектов. Ярким примером использования ламп в качестве утеплителя звука является прибор TL Audio Valve Interface — восьмиканальное устройство в котором есть восемь входов, восемь выходов и выключатель питания. Ни одной регулировки. А внутри находятся лампы, способные разом утеплить что-нибудь восьмиканальное, например, ADAT. Транзисторную же технику лучше использовать там, где особенно важны неокрашенность звучания, низкий уровень шума и искажений.
Вообще, мне кажется, что к «характерам» транзисторов и ламп вполне можно применять теорию полов и учитывать это при подборе аппаратуры. Лампа — явно выраженная дама. Ее звучание мягко и комфортно, она хорошо переносит перегрузки (преобразуя неблагоприятные обстоятельства в благоприятный результат) и может сделать звучание вашего недорогого динамического микрофона похожим на звучание конденсаторного микрофона с большой мембраной (женщинам свойственны преувеличения). Явное преимущество перед транзисторами лампы имеют в гитарной аппаратуре. Надо сказать, что гитаристы вообще народ весьма консервативный и, по существу, с ламп на транзисторы и не переходили или, во всяком случае, всегда предпочитали ламповое звучание. А вот в качестве студийной контрольной аппаратуры ламповую технику, видимо, использовать не стоит — тут необходим как раз бескомпромиссный, минимально окрашенный, не вводящий в заблуждение звук транзисторов. Он не выдаст желаемое за действительное — на него можно положиться. Мужской, одним словом, звук.
Возникает совершенно закономерный вопрос, а что, нельзя разве, при современном-то развитии электроники, сделать звук транзисторного прибора теплым, а лампового — достоверным? Конечно можно! И такая техника существует. Стоит она, правда, немеряно. Например, студийный ламповый референсный усилитель для наушников Tube-Tech PA 6, дающий неокрашенный звук, стоит 1999 американских долларов. Так что предлагаю не использовать-таки специальных женщин в качестве телохранителей и не менее специальных мужчин в качестве украшающих офис секретарей-референтов. Но если любители экзотики желают платить, то запретить им этого никто, естественно, не может.
Теперь о ценах. Близкие по классу полупроводниковые и ламповые приборы должны иметь сопоставимые цены. Да, сами лампы дороже, чем транзисторы, но зато ламповые устройства сильно проще и содержат на порядок меньше деталей (в том числе и этим ламповые адепты сегодня объясняют удивительное качество звучания подшефных устройств). Тем не менее, исторически сложилось так, что ламповая техника все-таки несколько дороже (существуют приятные исключения: например, весьма приличный микрофонный предусилитель ART Tube MP ценой 199$). Несколько, но не в разы, прошу иметь это ввиду, когда в разгар ламповой моды вам будут предлагать за бешеные деньги все, в чем хоть что-нибудь светится. А вообще, абсолютно необходимыми на сегодня можно признать только лампочки Ильича или устройства, их заменяющие (например, керосиновые или масляные лампы).
Некоторые компании, производящие профессиональную звуковую аппаратуру, изготавливают комбинированную лампово-полупроводниковую технику, пытаясь соединить в ней лучшие качества ламп и транзисторов, тем самым доказывая, что коня и трепетную лань можно использовать в качестве тягловой силы, если делать это с умом. В качестве примера можно привести Aphex Tubessence 107 — лампово-полупроводниковый микрофонный предусилитель, получивший в 1995 году награду TEC в номинации «дополнительное оборудование». Определенных успехов достигла и английская компания TL Audio, делающая предварительные усилители, компрессоры и эквалайзеры, в которых входные каскады полупроводниковые — на малошумящих микросхемах, а каскады, непосредственно отвечающие за компрессию или регулирование частот, выполнены на лампах. В результате чего на лампы сигнал поступает уже усиленным, что позволяет получить в целом приличное соотношение сигнал/шум. Таким образом, полупроводники обеспечивают малые шумы, а лампы занимаются именно тем, что им хорошо удается: компрессированием и утеплением звука. Идиллия, да и только.
Очень хочется верить в то, что путь к компромиссу найден и будущее за комбинированной техникой, в которой, как в счастливой семье, заживут герои этой статьи, дополняя друг друга, радуя нас с вами и радуясь сами. Тем более, что на сегодня отзывы о комбинированной аппаратуре весьма обнадеживающие.
Необходимо упомянуть еще и об аппаратуре Hi-End. Вот уж где применение ламп абсолютно оправдано, так как служит эта аппаратура исключительно для услаждения слуха и должна звучать максимально красиво. Хотя авторы аудиожурналов, по-моему, уже давно начисто перепутали два таких понятия, как красота звука и его естественность, и часто ставят знак равенства между двумя этими, далеко не всегда совпадающими, понятиями. В хайэндовом мире лампа непоколебимо сидит на троне и, поскольку нетерпимость аудиофилов скоро должна войти в поговорки, наиболее спокойной из характеристик, даваемых ими транзисторной технике, является сентенция: «Хороший транзисторный усилитель — отключенный от сети транзисторный усилитель!»
На прощание хочется повторить, что подходить к выбору аппаратуры нужно спокойно и взвешенно. Фразы типа «только лампа» или «транзистор — однозначно!» были бы забавны, если бы общаться с людьми, склонными к подобным подходам, не было бы так неприятно. Там, где начинается безапелляционность — кончается компетентность, да и спору эти люди предпочитают ругань. Так что советую вам сомневаться — слушать — читать — думать. Удачи!
Источник