Ламповый звук (или ламповый звук ) — характерный звук, связанный с ламповым усилителем (lamve amplifier в британском английском), усилителем звука на основе вакуумных ламп . [1] Сначала понятия лампового звука не существовало, поскольку практически все электронное усиление аудиосигналов выполнялось с помощью вакуумных ламп, а другие сопоставимые методы не были известны или не использовались. После появления твердотельных усилителей ламповый звук появился как логическое дополнение транзисторного звука, который имел некоторые негативные коннотации из-за искажений кроссовера в ранних транзисторных усилителях. [2] [3] Однако твердотельные усилители были разработаны так, чтобы быть безупречными, и позже звук считался нейтральным по сравнению с ламповыми усилителями. Таким образом, ламповый звук теперь означает «эвфоническое искажение». [4] Слышимое значение лампового усиления для аудиосигналов является предметом продолжающихся дебатов среди аудиоэнтузиастов. [ необходимо дальнейшее объяснение ] [5]
Многие электрогитаристы , электробасисты и клавишники в нескольких жанрах также предпочитают звук ламповых инструментальных усилителей или предусилителей. Ламповые усилители также предпочитаются некоторыми слушателями для стереосистем. [ необходимо дополнительное объяснение ]
До коммерческого внедрения транзисторов в 1950-х годах электронные усилители использовали вакуумные лампы (известные в Соединенном Королевстве как «клапаны»). К 1960-м годам твердотельное (транзисторное) усиление стало более распространенным из-за его меньшего размера, меньшего веса, меньшего тепловыделения и повышенной надежности. Ламповые усилители сохранили преданных поклонников среди некоторых аудиофилов и музыкантов. Некоторые конструкции ламп имеют очень высокие цены, и ламповые усилители переживают возрождение с тех пор, как китайские и российские рынки открылись для мировой торговли — производство ламп никогда не выходило из моды в этих странах. [ необходимо дополнительное объяснение ] Во многих транзисторных усилителях мощности звука используются устройства MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) в их силовых секциях, потому что их кривая искажения больше похожа на ламповую. [6]
Некоторые музыканты [7] предпочитают характеристики искажения ламп транзисторам для усилителей электрогитар, басов и других инструментов. В этом случае целью обычно является создание преднамеренных (а в случае электрогитар часто значительных) слышимых искажений или перегрузок . Этот термин также может использоваться для описания звука, создаваемого специально разработанными транзисторными усилителями или цифровыми моделирующими устройствами, которые пытаются максимально точно имитировать характеристики лампового звука.
Ламповый звук часто субъективно описывается как имеющий «теплоту» и «богатство», но источник этого никоим образом не согласован. Возможные объяснения упоминают нелинейное ограничение или более высокие уровни гармонических искажений второго порядка в однотактных конструкциях, возникающие из-за взаимодействия лампы с индуктивностью выходного трансформатора.
Триоды (и МОП-транзисторы ) создают монотонно затухающий спектр гармонических искажений. [ необходимо пояснение ] Гармоники четного и нечетного порядка являются натуральными числами, кратными входной частоте.
Психоакустический анализ говорит нам, что гармоники высокого порядка более агрессивны, чем низкие. По этой причине измерения искажений должны взвешивать слышимые гармоники высокого порядка больше, чем низкие. Важность гармоник высокого порядка предполагает, что искажение следует рассматривать с точки зрения полной серии или составной формы волны, которую представляет эта серия. Было показано, что взвешивание гармоник квадратом порядка хорошо коррелирует с субъективными тестами прослушивания. Взвешивание формы волны искажения пропорционально квадрату частоты дает меру обратной величины радиуса кривизны формы волны и, следовательно, связано с остротой любых ее углов. [8] На основе этого открытия были разработаны весьма сложные методы взвешивания гармоник искажения. [9] Поскольку они концентрируются на истоках искажения, они в основном полезны для инженеров, которые разрабатывают и проектируют аудиоусилители, но, с другой стороны, их может быть сложно использовать для рецензентов, которые измеряют только выход. [10]
Огромная проблема заключается в том, что измерения объективного характера (например, те, которые указывают величину научно количественно определяемых переменных, таких как ток, напряжение, мощность, THD, дБ и т. д.) не учитывают субъективные предпочтения. Особенно в случае проектирования или обзора инструментальных усилителей это существенная проблема, поскольку цели проектирования таких усилителей сильно отличаются от целей проектирования усилителей HiFi. Проектирование HiFi в значительной степени сосредоточено на улучшении производительности объективно измеряемых переменных. Проектирование инструментальных усилителей в значительной степени сосредоточено на субъективных вопросах, таких как «приятность» определенного типа тона. Прекрасными примерами являются случаи искажения или частотной характеристики: проектирование HiFi пытается минимизировать искажение и фокусируется на устранении «неприятных» гармоник. Оно также стремится к идеально ровной характеристике. Проектирование усилителей музыкальных инструментов намеренно вносит искажения и большие нелинейности в частотную характеристику. Прежняя «неприятность» определенных типов гармоник становится крайне субъективной темой, наряду с предпочтениями в отношении определенных типов частотных характеристик (будь то плоские или неплоские). [ требуется ссылка ]
Двухтактные усилители используют два номинально идентичных усилительных устройства в тандеме. Одним из следствий этого является то, что все четные гармонические продукты отменяют друг друга, допуская только искажения нечетного порядка. [11] Это происходит потому, что двухтактный усилитель имеет симметричную ( нечетную симметрию ) передаточную характеристику . Усилители мощности относятся к двухтактному типу, чтобы избежать неэффективности усилителей класса A.
Однотактный усилитель обычно воспроизводит как четные, так и нечетные гармоники. [12] [13] [14] В особенно известном исследовании о «ламповом звуке» сравнивался ряд однотактных ламповых микрофонных предусилителей с рядом двухтактных транзисторных микрофонных предусилителей. [15] Различие в гармонических моделях этих двух топологий с тех пор часто ошибочно приписывалось различию ламповых и твердотельных устройств (или даже класса усилителя). Двухтактные ламповые усилители могут работать в классе A (редко), AB или B. Кроме того, усилитель класса B может иметь искажения кроссовера, которые обычно будут высокого порядка и, таким образом, с точки зрения звука будут крайне нежелательными. [16]
Содержание искажений схем класса A (SE или PP) обычно монотонно уменьшается по мере снижения уровня сигнала, асимптотически приближаясь к нулю во время тихих фрагментов музыки. [17] По этой причине усилители класса A особенно желательны для классической и акустической музыки, поскольку искажение относительно сигнала уменьшается по мере того, как музыка становится тише. Усилители класса A показывают лучшие результаты при низкой мощности. Усилители классов AB и B показывают лучшие результаты чуть ниже максимальной номинальной мощности. [ необходима цитата ]
Громкоговорители представляют собой реактивную нагрузку для усилителя ( емкость , индуктивность и сопротивление ). Это сопротивление может меняться в зависимости от частоты и амплитуды сигнала. Эта переменная нагрузка влияет на производительность усилителя как потому, что усилитель имеет ненулевое выходное сопротивление (он не может поддерживать свое выходное напряжение идеально постоянным при изменении нагрузки динамика), так и потому, что фаза нагрузки динамика может изменить запас устойчивости усилителя. Влияние сопротивления динамика различается между ламповыми усилителями и транзисторными усилителями. Причина в том, что ламповые усилители обычно используют выходные трансформаторы и не могут использовать много отрицательной обратной связи из-за фазовых проблем в трансформаторных цепях. Известными исключениями являются различные ламповые усилители "OTL" (output-transformerless), впервые разработанные Юлиусом Футтерманом в 1950-х годах, или несколько более редкие ламповые усилители, в которых трансформатор согласования импеданса заменяется дополнительной (часто, хотя и не обязательно, транзисторной) схемой для устранения паразитных и музыкально не связанных магнитных искажений. [18] В дополнение к этому, многие твердотельные усилители, разработанные специально для усиления электрических инструментов, таких как гитары или бас-гитары, используют схему обратной связи по току. Эта схема увеличивает выходное сопротивление усилителя, что приводит к отклику, похожему на отклик ламповых усилителей. [ необходима цитата ]
Конструкция кроссоверных сетей громкоговорителей и другие электромеханические свойства могут привести к тому, что динамик будет иметь очень неровную кривую импеданса, для номинального громкоговорителя 8 Ом, которая в некоторых местах будет составлять всего 6 Ом, а в других местах — 30–50 Ом. Усилитель с небольшой или отсутствующей отрицательной обратной связью всегда будет работать плохо, если столкнется с громкоговорителем, где кривой импеданса уделялось мало внимания. [ необходима цитата ]
Были значительные дебаты по поводу характеристик ламп и биполярных транзисторов . Триоды и МОП-транзисторы имеют определенные сходства в своих передаточных характеристиках. Более поздние формы ламп, тетрод и пентод , имеют совершенно другие характеристики, которые в некотором роде похожи на биполярные транзисторы. Тем не менее, схемы усилителей на МОП-транзисторах обычно не воспроизводят звук лампы больше, чем типичные биполярные конструкции. Причина заключается в различиях схем между типичной конструкцией лампы и типичной конструкцией МОП-транзистора.
Характерной особенностью большинства конструкций ламповых усилителей является высокое входное сопротивление (обычно 100 кОм или более) в современных конструкциях и до 1 МОм в классических конструкциях. [19] Входное сопротивление усилителя является нагрузкой для исходного устройства. Даже для некоторых современных устройств воспроизведения музыки рекомендуемое сопротивление нагрузки составляет более 50 кОм. [20] [21] Это означает, что вход среднего лампового усилителя является беспроблемной нагрузкой для источников музыкального сигнала. Напротив, некоторые транзисторные усилители для домашнего использования имеют более низкое входное сопротивление, вплоть до 15 кОм. [22] Поскольку возможно использование устройств с высоким выходным сопротивлением из-за высокого входного сопротивления, возможно, необходимо будет учитывать другие факторы, такие как емкость кабеля и микрофонный эффект.
Громкоговорители обычно нагружают аудиоусилители. В истории аудио почти все громкоговорители были электродинамическими. Существует также меньшинство электростатических громкоговорителей и некоторые другие более экзотические громкоговорители. Электродинамические громкоговорители преобразуют электрический ток в силу, а силу в ускорение диафрагмы, что вызывает звуковое давление. Из-за принципа электродинамического громкоговорителя большинство драйверов громкоговорителей должны приводиться в действие сигналом электрического тока. Сигнал тока управляет электродинамическим громкоговорителем более точно, вызывая меньше искажений, чем сигнал напряжения. [23] [24] [25]
В идеальном усилителе тока или транскондуктивности выходное сопротивление стремится к бесконечности. Практически все коммерческие аудиоусилители являются усилителями напряжения. [26] [27] Их выходные сопротивления были намеренно разработаны так, чтобы приближаться к нулю. Из-за природы электронных ламп и аудиотрансформаторов выходное сопротивление среднего лампового усилителя обычно значительно выше, чем у современных аудиоусилителей, произведенных полностью без электронных ламп или аудиотрансформаторов. Большинство ламповых усилителей с их более высоким выходным сопротивлением являются менее идеальными усилителями напряжения, чем твердотельные усилители напряжения с их меньшим выходным сопротивлением.
Мягкое ограничение является очень важным аспектом лампового звука, особенно для гитарных усилителей . Hi-Fi усилитель обычно никогда не должен быть введен в ограничение. Гармоники, добавленные к сигналу, имеют меньшую энергию при мягком ограничении, чем при жестком ограничении. Однако мягкое ограничение не является исключительным для ламп. Его можно смоделировать в транзисторных схемах (ниже точки, где возникло бы настоящее жесткое ограничение). (См. раздел «Преднамеренное искажение».)
Большие объемы глобальной отрицательной обратной связи недоступны в ламповых схемах из-за сдвига фаз в выходном трансформаторе и отсутствия достаточного усиления без большого количества ламп. При меньшей обратной связи искажения выше и преимущественно низкого порядка. Начало ограничения также постепенное. Большие объемы обратной связи, допускаемые бестрансформаторными схемами с большим количеством активных устройств, приводят к численно меньшим искажениям, но с более высокими гармониками и более сложным переходом к ограничению. По мере увеличения входного сигнала обратная связь использует дополнительное усиление, чтобы гарантировать, что выходной сигнал точно следует за ним, пока усилитель не исчерпает свое усиление и выходной сигнал не насытится.
Однако сдвиг фазы в значительной степени является проблемой только для глобальных контуров обратной связи. Архитектуры проектирования с локальной обратной связью могут использоваться для компенсации отсутствия глобальной отрицательной величины обратной связи. «Селективизм» проектирования снова является наблюдаемой тенденцией: проектировщики звуковоспроизводящих устройств могут посчитать отсутствие обратной связи и, как следствие, более высокие искажения полезными, проектировщики звуковоспроизводящих устройств с низким искажением часто использовали локальные контуры обратной связи.
Мягкое ограничение также не является результатом отсутствия обратной связи: лампы имеют разные характеристические кривые. Такие факторы, как смещение, влияют на линию нагрузки и характеристики ограничения. Усилители с фиксированным и катодным смещением ведут себя и ограничивают по-разному при перегрузке. Тип схемы фазоинвертора также может сильно влиять на мягкость (или отсутствие таковой) ограничения: например, схема с длинной парой имеет более мягкий переход к ограничению, чем катод. Связь фазоинвертора и силовых ламп также важна, поскольку некоторые типы устройств связи (например, трансформаторная связь) могут управлять силовыми лампами до класса AB2, в то время как некоторые другие типы не могут.
В звукозаписывающей индустрии, и особенно в микрофонных усилителях, было показано, что усилители часто перегружаются переходными процессами сигнала. Рассел О. Хэмм, инженер, работавший на Уолтера Сира в Sear Sound Studios , писал в 1973 году, что существует большая разница между компонентами гармонических искажений сигнала с искажением более 10%, который был усилен тремя методами: лампами, транзисторами или операционными усилителями. [15] [28]
Инженер по мастерингу Р. Стивен Минц написал опровержение статье Хэмма, заявив, что конструкция схемы имеет первостепенное значение, большее, чем лампы и твердотельные компоненты. [29]
Статья Хэмма также была оспорена Дуайтом О. Монтейтом-младшим и Ричардом Р. Флауэрсом в их статье «Транзисторы звучат лучше, чем лампы», в которой была представлена конструкция транзисторного микрофонного предусилителя, которая фактически реагировала на переходную перегрузку так же, как ограниченный выбор ламповых предусилителей, протестированных Хэммом. [30] Монтейт и Флауэрс сказали: «В заключение следует отметить, что представленный здесь высоковольтный транзисторный предусилитель подтверждает точку зрения Минца: «В полевом анализе характеристики типичной системы, использующей транзисторы, зависят от конструкции, как это имеет место в схемах с лампами. Конкретный «звук» может быть получен или предотвращен по желанию разработчика, независимо от того, какие активные устройства он использует». [30]
Другими словами, мягкое ограничение не является исключительным свойством электронных ламп и даже не является их неотъемлемым свойством. На практике характеристики ограничения в значительной степени определяются всей схемой, и поэтому они могут варьироваться от очень мягкого до очень жесткого, в зависимости от схемы. То же самое относится как к электронным лампам, так и к твердотельным схемам. Например, твердотельные схемы, такие как операционные усилители крутизны, работающие в разомкнутом контуре, или каскады MOSFET инверторов CMOS, часто используются в коммерческих приложениях для создания более мягкого ограничения, чем то, что обеспечивают общие триодные каскады усиления. Фактически, можно наблюдать, как общие триодные каскады усиления ограничивают довольно «жестко», если их выход тщательно изучить с помощью осциллографа.
Ранние ламповые усилители часто имели ограниченную полосу пропускания , отчасти из-за характеристик недорогих пассивных компонентов, доступных в то время. В усилителях мощности большинство ограничений исходит от выходного трансформатора; низкие частоты ограничены первичной индуктивностью, а высокие частоты - индуктивностью рассеяния и емкостью. Другое ограничение заключается в сочетании высокого выходного импеданса, развязывающего конденсатора и резистора сетки, который действует как фильтр верхних частот . Если соединения выполнены с помощью длинных кабелей (например, вход гитары к усилителю), высокое сопротивление источника с высокой емкостью кабеля будет действовать как фильтр нижних частот .
Современные высококачественные компоненты позволяют легко производить усилители, которые практически не имеют искажений в звуковом диапазоне, с затуханием менее 3 дБ на частотах 6 Гц и 70 кГц, что значительно выходит за пределы слышимого диапазона.
Типичные (не OTL) ламповые усилители мощности не могут использовать столько отрицательной обратной связи (ООС), как транзисторные усилители из-за больших сдвигов фаз, вызванных выходными трансформаторами и их более низкими коэффициентами усиления каскада. Хотя отсутствие ООС значительно увеличивает гармонические искажения, оно позволяет избежать нестабильности, а также ограничений скорости нарастания и полосы пропускания, налагаемых компенсацией доминирующего полюса в транзисторных усилителях. Однако эффекты использования низкой обратной связи в основном применяются только к схемам, где существенные сдвиги фаз являются проблемой (например, усилители мощности). В каскадах предусилителя можно легко использовать большое количество отрицательной обратной связи. Такие конструкции обычно встречаются во многих приложениях на основе ламп, нацеленных на более высокую точность.
С другой стороны, компенсация доминирующего полюса в транзисторных усилителях точно контролируется: ее можно применять ровно столько, сколько необходимо для достижения оптимального компромисса для данного приложения.
Эффект компенсации доминирующего полюса заключается в том, что усиление уменьшается на более высоких частотах. На высоких частотах все меньше и меньше ООС из-за уменьшенного усиления контура.
В аудиоусилителях ограничения полосы пропускания, вызванные компенсацией, по-прежнему выходят далеко за пределы диапазона звуковых частот, а ограничения скорости нарастания можно настроить таким образом, чтобы сигнал полной амплитуды 20 кГц мог воспроизводиться без искажений скорости нарастания сигнала, которые даже не требуются для воспроизведения реального аудиоматериала.
Ранние ламповые усилители имели источники питания на основе выпрямительных ламп. Эти источники питания были нерегулируемыми, практика, которая продолжается и по сей день в конструкциях транзисторных усилителей. Типичным анодным источником питания был выпрямитель , возможно, полуволновой, дроссель ( индуктор ) и фильтрующий конденсатор . Когда ламповый усилитель работал на высокой громкости, из-за высокого сопротивления выпрямительных ламп напряжение источника питания падало, поскольку усилитель потреблял больше тока (предполагая класс AB), уменьшая выходную мощность и вызывая модуляцию сигнала. Эффект провала известен как «провал». Провал может быть желательным эффектом для некоторых электрогитаристов по сравнению с жестким ограничением. По мере увеличения нагрузки усилителя или выхода это падение напряжения увеличит искажение выходного сигнала. Иногда этот эффект провала желателен для гитарного усиления.
Некоторые конструкции усилителей на инструментальных лампах используют выпрямитель на вакуумной лампе вместо кремниевых диодов, а некоторые конструкции предлагают выбор обоих выпрямителей с помощью переключателя. Такой усилитель был представлен в 1989 году компанией Mesa/Boogie под названием «Dual Rectifier», а переключение выпрямителя является предметом патента. [31]
С добавлением сопротивления последовательно с источником высокого напряжения кремниевые выпрямители могут эмулировать падение напряжения лампового выпрямителя. Сопротивление может быть включено при необходимости. [32]
Усилители электрогитары часто используют усилитель класса AB 1. В каскаде класса A средний ток, потребляемый от источника питания, постоянен с уровнем сигнала, следовательно, он не вызывает провисания линии питания до тех пор, пока не будет достигнута точка отсечки. Другие слышимые эффекты из-за использования лампового выпрямителя с этим классом усилителя маловероятны.
В отличие от своих твердотельных эквивалентов, трубчатым выпрямителям требуется время для прогрева, прежде чем они смогут подавать напряжения B+/HT. Эта задержка может защитить вакуумные лампы, питаемые выпрямителем, от повреждения катода из-за приложения напряжений B+/HT до того, как трубки достигнут правильной рабочей температуры с помощью встроенного в трубку нагревателя. [33]
Преимуществом всех усилителей класса A является отсутствие искажений кроссовера . Эти искажения кроссовера стали особенно раздражать после того, как на потребительском рынке появились первые кремниевые транзисторные усилители класса B и AB . Более ранние конструкции на основе германия с гораздо более низким напряжением включения этой технологии и нелинейными кривыми отклика устройств не демонстрировали больших искажений кроссовера. Хотя искажения кроссовера очень утомительны для уха и заметны при прослушивании, они также почти невидимы (пока их не искать) при традиционных измерениях полного гармонического искажения (THD) той эпохи. [34] Следует отметить, что эта ссылка несколько иронична, учитывая дату ее публикации 1952 год. Таким образом, она, безусловно, относится к искажениям «усталости уха», обычно встречающимся в существующих конструкциях лампового типа; первый в мире прототип транзисторного усилителя hi-fi появился только в 1955 году. [35]
Двухтактный усилитель класса А обеспечивает низкий уровень искажений для любого заданного уровня приложенной обратной связи , а также отменяет поток в сердечниках трансформатора , поэтому эта топология часто рассматривается энтузиастами HIFI-аудио и самодельными сборщиками как окончательный инженерный подход к ламповому усилителю Hi-Fi для использования с обычными динамиками . Выходная мощность до 15 Вт может быть достигнута даже с классическими лампами, такими как 2A3 [36] , или 18 Вт от типа 45. Классические пентоды, такие как EL34 и KT88, могут выдавать до 60 и 100 Вт соответственно. Специальные типы, такие как V1505, могут использоваться в конструкциях, рассчитанных на мощность до 1100 Вт. См. «Подход к проектированию усилителя звуковой частоты», сборник эталонных конструкций, первоначально опубликованных GEC
Усилители SET показывают плохие измерения искажений с резистивной нагрузкой, имеют низкую выходную мощность, неэффективны, имеют плохие коэффициенты затухания и высокие измеренные гармонические искажения. Но они работают несколько лучше в динамической и импульсной характеристике.
Триод, несмотря на то, что он является старейшим устройством усиления сигнала, также может (в зависимости от рассматриваемого устройства) иметь более линейную передаточную характеристику без обратной связи, чем более совершенные устройства, такие как лучевые тетроды и пентоды.
Все усилители, независимо от класса, компонентов или топологии, имеют некоторую меру искажения. Это в основном гармоническое искажение представляет собой уникальный шаблон простых и монотонно затухающих серий гармоник, в которых доминируют умеренные уровни второй гармоники. Результат подобен добавлению того же тона на одну октаву выше в случае гармоник второго порядка и на одну октаву плюс одну квинту выше для гармоник третьего порядка. Добавленный гармонический тон имеет меньшую амплитуду, около 1–5% или меньше в усилителе без обратной связи на полной мощности и быстро уменьшается на более низких уровнях выходного сигнала. Гипотетически, искажение второй гармоники несимметричного усилителя мощности может уменьшить аналогичное гармоническое искажение в громкоговорителе с одним драйвером, если их гармонические искажения были равны, а усилитель был подключен к динамику так, чтобы искажения нейтрализовали друг друга. [37] [38] [39]
SET обычно вырабатывают всего около 2 Вт для лампового усилителя 2A3, 8 Вт для 300B и до практического максимума в 40 Вт для лампового усилителя 805. Результирующий уровень звукового давления зависит от чувствительности громкоговорителя, размера и акустики помещения, а также выходной мощности усилителя. Их низкая мощность также делает их идеальными для использования в качестве предусилителей . Усилители SET потребляют мощность как минимум в 8 раз больше заявленной стереомощности. Например, стерео SET мощностью 10 Вт потребляет минимум 80 Вт, а обычно 100 Вт.
Особенностью тетродов и пентодов является возможность получения ультралинейной или распределенной нагрузки с соответствующим выходным трансформатором. На практике, в дополнение к нагрузке на анодный вывод, распределенная нагрузка (из которых ультралинейная схема является особой формой) распределяет нагрузку также на катодные и экранные выводы лампы. Ультралинейное соединение и распределенная нагрузка по сути являются методами отрицательной обратной связи, которые обеспечивают меньшие гармонические искажения наряду с другими характеристиками, связанными с отрицательной обратной связью. Ультралинейная топология в основном ассоциировалась со схемами усилителей, основанными на исследованиях Д. Хафлера и Х. Кероеса из Dynaco. Распределенная нагрузка (в общем и в различных формах) использовалась такими компаниями, как McIntosh и Audio Research.
Большинство современных коммерческих Hi-fi усилителей до недавнего времени использовали топологию класса AB (с более или менее чистой низкоуровневой способностью класса A в зависимости от используемого постоянного тока смещения), чтобы обеспечить большую мощность и эффективность , обычно 12–25 Вт и выше. Современные конструкции обычно включают по крайней мере некоторую отрицательную обратную связь . Однако топология класса D (которая значительно эффективнее класса B) все чаще применяется там, где традиционная конструкция использовала бы класс AB из-за его преимуществ как в весе, так и в эффективности.
Двухтактная топология класса AB практически повсеместно используется в ламповых усилителях для электрогитар, мощность которых превышает 10 Вт.
Некоторые индивидуальные характеристики лампового звука, такие как волнообразование при перегрузке, легко воспроизвести в транзисторной схеме или цифровом фильтре . Для более полного моделирования инженеры успешно разработали транзисторные усилители, которые воспроизводят качество звука, очень похожее на ламповый звук. Обычно это подразумевает использование топологии схемы, похожей на ту, что используется в ламповых усилителях.
Совсем недавно исследователь представил метод асимметричной циклической гармонической инжекции (ACHI) для имитации лампового звука с помощью транзисторов. [40]
Используя современные пассивные компоненты и современные источники, будь то цифровые или аналоговые, и широкополосные громкоговорители , можно иметь ламповые усилители с характерной широкой полосой пропускания современных транзисторных усилителей, включая использование двухтактных схем, класса AB и обратной связи. Некоторые энтузиасты, такие как Нельсон Пасс , построили усилители с использованием транзисторов и МОП-транзисторов, которые работают в классе A, включая однотактные, и они часто имеют «ламповый звук». [41]
Лампы добавляются к твердотельным усилителям для придания характеристик, которые многие люди находят приятными на слух, например, использование компанией Musical Fidelity нувисторов (крошечных триодных ламп) для управления большими биполярными транзисторами в усилителе мощности NuVista 300. В Америке Moscode и Studio Electric используют этот метод, но используют транзисторы MOSFET для питания, а не биполярные. Итальянская компания Pathos разработала целую линейку гибридных усилителей.
Чтобы продемонстрировать один из аспектов этого эффекта, можно использовать лампочку в контуре обратной связи схемы с бесконечным усилением и множественной обратной связью (IGMF). Медленный отклик сопротивления лампочки (который меняется в зависимости от температуры) может быть использован для смягчения звука и достижения лампового «мягкого ограничения» выходного сигнала, хотя другие аспекты «лампового звука» не будут воспроизведены в этом упражнении.
Именно искажение кроссовера стало корнем так называемого «транзисторного звука», приписываемого раннему твердотельному оборудованию высокой точности. Для преодоления искажения кроссовера используются схемы смещения.
Как ни странно, существует некое единодушие в том, что слышимые искажения кроссовера были ответственны за так называемый «транзисторный звук» 1960-х годов.
Ламповые усилители звучат лучше из-за благозвучных искажений, которые они добавляют в музыку, а также по множеству других причин, о которых я расскажу ниже.
То, что гармоники высокого порядка более агрессивны, чем гармоники низкого порядка, давно признано...
Однако в этой статье указывается, что усилители часто сильно перегружаются переходными процессами сигнала (
THD
30%). При этом условии наблюдается значительная разница в компонентах гармонических искажений усиленного сигнала, при этом лампы, транзисторы и операционные усилители разделяются на отдельные группы.
Искажения кроссовера генерируют неприятные гармоники высокого порядка с потенциалом увеличения в процентном отношении по мере падения уровня сигнала и гораздо более неприятны для слушателя, чем искажения, возникающие из-за плавно изогнутой характеристики, даже если они имеют одинаковый THD. Поэтому желательно снизить искажения кроссовера до минимального значения.
кривые передачи усилителей класса А имеют монотонную характеристику, то есть искажения уменьшаются по мере снижения выходного сигнала.
Однако наиболее существенные различия обнаруживаются в выходном импедансе. Выходной импеданс транзисторных усилителей обычно меньше 0,1 Ом, что означает чистое напряжение питания динамика. В ламповых усилителях, напротив, выходной импеданс варьируется довольно широко: от десятых долей Ома до даже более пяти Ом (при нагрузке 8 Ом). Сопротивление источника даже в пару Ом способно ослабить токи ЭДС динамика, так что эффекты становятся заметными; а когда значение превышает 5 Ом, динамик может функционировать на некоторых частотах даже наполовину управляемым током.
, когда я собирался разобрать его и убрать детали, я задался вопросом, как будет звучать схема без какой-либо обратной связи. То есть, просто пентод с трансформаторной нагрузкой. Я подумал, что это будет ужасно, поэтому я не был готов к тому, что услышал, что было почти звуковым блаженством. Из первой заметки, это было что-то особенное. Оказалось, что я построил усилитель транскондуктивности более или менее случайно.
Аудиоусилители, за несколькими очень особыми исключениями, приближаются к идеальным источникам напряжения, то есть они стремятся к нулевому выходному сопротивлению во всем звуковом диапазоне.
Работа усилителя очень проста. Он должен умножить напряжение входящего сигнала примерно в 20 раз и передать динамику идеальную копию сигнала, независимо от сопротивления, которое динамик ему представляет.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )Одной из помех, которую можно обоснованно указать, является то, что любые резкие перегибы на кривой линейности, которые обычно возникают в любом усилителе класса AB
1
или AB
2
, имеют гораздо более серьезный субъективный эффект, чем тот, который указывается любым из стандартных методов измерения искажений — будь то полное гармоническое искажение, обычный взвешенный коэффициент искажений или стандартная форма тестирования интермодуляции.
Он эффективно устраняет разрыв между твердотельным и ламповым звуком, смешивая ламповые и транзисторные достоинства в музыкально удовлетворительное целое.