Ламповый звук (или клапанный звук ) — характерный звук , связанный с ламповым усилителем (ламповый усилитель в британском английском), усилителем звука на основе электронных ламп . [1] Поначалу концепции лампового звука не существовало, потому что практически все электронное усиление аудиосигналов осуществлялось с помощью электронных ламп, а другие сопоставимые методы не были известны и не использовались. После появления твердотельных усилителей ламповый звук появился как логическое дополнение транзисторного звука, что имело некоторые негативные коннотации из-за перекрестных искажений в ранних транзисторных усилителях. [2] [3] Однако полупроводниковые усилители были разработаны так, чтобы быть безупречными, и звук позже стал считаться нейтральным по сравнению с ламповыми усилителями. Таким образом, ламповый звук теперь означает «эфоническое искажение». [4] Слышимая значимость лампового усиления аудиосигналов является предметом постоянных дискуссий среди аудиоэнтузиастов. [ необходимо дальнейшее объяснение ] [5]
Многие электрогитаристы , бас-гитаристы и клавишники некоторых жанров также предпочитают звук ламповых инструментальных усилителей или предусилителей. Некоторые слушатели также предпочитают ламповые усилители для стереосистем. [ нужны дальнейшие объяснения ]
До коммерческого внедрения транзисторов в 1950-х годах в электронных усилителях использовались электронные лампы (известные в Великобритании 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 стоят очень дорого, а ламповые усилители переживают возрождение с тех пор, как рынки Китая и России открылись для мировой торговли — производство ламп никогда не выходило из моды в этих странах. [ требуется дальнейшее объяснение ] Многие усилители мощности звука на основе транзисторов используют устройства MOSFET (металл-оксид-полупроводниковый полевой транзистор) в своих силовых секциях, потому что их кривая искажений больше похожа на ламповую. [6]
Некоторые музыканты [7] предпочитают ламповые характеристики искажений транзисторам для усилителей электрогитары, бас-гитары и других инструментов. В этом случае целью обычно является создание преднамеренного (а в случае электрогитар часто значительного) слышимого искажения или перегрузки . Этот термин также можно использовать для описания звука, создаваемого специально разработанными транзисторными усилителями или устройствами цифрового моделирования, которые пытаются точно имитировать характеристики лампового звука.
Ламповый звук часто субъективно описывается как «теплый» и «богатый», но источник этого никоим образом не определен. Возможные объяснения включают нелинейное ограничение или более высокие уровни гармонических искажений второго порядка в несимметричных конструкциях, возникающие в результате взаимодействия лампы с индуктивностью выходного трансформатора.
Триоды (и МОП-транзисторы ) создают монотонно затухающий спектр гармонических искажений. [ необходимы пояснения ] Гармоники четного и нечетного порядка являются натуральными кратными входной частоты.
Психоакустический анализ говорит нам, что гармоники высокого порядка более оскорбительны, чем низкие. По этой причине при измерении искажений слышимые гармоники высокого порядка должны иметь большее значение, чем низкие. Важность гармоник высокого порядка предполагает, что искажения следует рассматривать с точки зрения полной серии или сложной формы волны, которую представляет эта серия. Было показано, что взвешивание гармоник по квадрату порядка хорошо коррелирует с субъективными тестами на прослушивание. Взвешивание формы волны искажения пропорционально квадрату частоты дает меру, обратную радиусу кривизны формы волны, и, следовательно, связано с резкостью любых ее углов. [8] На основе указанного открытия были разработаны весьма сложные методы взвешивания гармоник искажений. [9] Поскольку они концентрируются на источниках искажений, они в основном полезны для инженеров, которые разрабатывают и проектируют аудиоусилители, но, с другой стороны, их может быть сложно использовать рецензентам, которые только измеряют выходную мощность. [10]
Огромная проблема заключается в том, что измерения объективного характера (например, показывающие величину научно измеримых переменных, таких как ток, напряжение, мощность, THD, дБ и т. д.) не учитывают субъективные предпочтения. Это представляет собой серьезную проблему, особенно в случае разработки или анализа инструментальных усилителей, поскольку цели их проектирования сильно отличаются от целей проектирования усилителей Hi-Fi. Дизайн HiFi в основном концентрируется на улучшении производительности объективно измеримых переменных. Конструкция инструментального усилителя в значительной степени концентрируется на субъективных вопросах, таких как «приятность» определенного типа тона. Прекрасными примерами являются случаи искажений или частотной характеристики: конструкция HiFi пытается минимизировать искажения и фокусируется на устранении «оскорбительных» гармоник. Он также стремится к идеально ровному ответу. Конструкция усилителя музыкальных инструментов намеренно вносит искажения и большую нелинейность в частотную характеристику. Прежняя «обидность» тех или иных типов гармоник становится весьма субъективной темой, как и предпочтения к тем или иным типам АЧХ (плоским или неплоским). [ нужна цитата ]
В двухтактных усилителях используются два номинально идентичных устройства усиления, соединенные в тандеме. Одним из последствий этого является то, что все гармонические продукты четного порядка сокращаются, допуская искажения только нечетного порядка. [11] Это связано с тем, что двухтактный усилитель имеет симметричную ( нечетную симметрию ) передаточную характеристику . Усилители мощности относятся к двухтактному типу, чтобы избежать неэффективности усилителей класса А. [ нужна цитата ]
Несимметричный усилитель обычно производит как четные, так и нечетные гармоники. [12] [13] [14] Особенно известное исследование «лампового звука» сравнивало выбор несимметричных ламповых микрофонных предусилителей с выбором двухтактных транзисторных микрофонных предусилителей. [15] С тех пор разницу в гармонических характеристиках этих двух топологий часто ошибочно приписывают разнице ламповых и полупроводниковых устройств (или даже класса усилителя). Двухтактные ламповые усилители могут работать в классе A (редко), AB или B. Кроме того, усилитель класса B может иметь перекрестные искажения, которые обычно будут высокого порядка и, следовательно, действительно очень нежелательны с точки зрения звука. [16]
Содержание искажений в схемах класса А (SE или PP) обычно монотонно уменьшается по мере снижения уровня сигнала, асимптотически до нуля во время тихих музыкальных отрывков. [17] По этой причине усилители класса А особенно востребованы для классической и акустической музыки, поскольку искажения относительно сигнала уменьшаются по мере того, как музыка становится тише. Усилители класса А лучше всего работают при малой мощности. Усилители классов AB и B лучше всего измеряют мощность чуть ниже максимальной номинальной. [ нужна цитата ]
Громкоговорители представляют собой реактивную нагрузку усилителя ( емкость , индуктивность и сопротивление ). Значение этого сопротивления может меняться в зависимости от частоты и амплитуды сигнала. Эта переменная нагрузка влияет на характеристики усилителя как потому, что усилитель имеет ненулевое выходное сопротивление (он не может поддерживать абсолютно постоянное выходное напряжение при изменении нагрузки динамика), так и потому, что фаза нагрузки динамика может изменить запас устойчивости усилителя. Влияние импеданса динамика в ламповых и транзисторных усилителях различно. Причина в том, что в ламповых усилителях обычно используются выходные трансформаторы, и они не могут использовать большую отрицательную обратную связь из-за проблем с фазой в цепях трансформаторов. Заметными исключениями являются различные ламповые усилители «OTL» (без выходного трансформатора), впервые изобретенные Джулиусом Футтерманом в 1950-х годах, или несколько более редкие ламповые усилители, в которых согласующий трансформатор заменяется дополнительной (часто, хотя и не обязательно, транзисторной) схемой, чтобы исключить паразитные и музыкально не связанные магнитные искажения. [18] В дополнение к этому, многие полупроводниковые усилители, разработанные специально для усиления электрических инструментов, таких как гитары или бас-гитары, используют схемы обратной связи по току. Эта схема увеличивает выходное сопротивление усилителя, в результате чего отклик аналогичен отклику ламповых усилителей. [ нужна цитата ]
Конструкция кроссоверов динамиков и другие электромеханические свойства могут привести к тому, что кривая импеданса динамика с номинальным сопротивлением 8 Ом может составлять всего 6 Ом в некоторых местах и достигать 30–50 Ом в других местах. Кривая. Усилитель с небольшой отрицательной обратной связью или вообще без нее всегда будет работать плохо, когда сталкивается с динамиком, кривой импеданса которого уделяется мало внимания. [ нужна цитата ]
Были серьезные споры по поводу характеристик ламп по сравнению с транзисторами с биполярным переходом . Триоды и МОП-транзисторы имеют определенное сходство в своих передаточных характеристиках. Более поздние формы лампы, тетрод и пентод , имеют совершенно другие характеристики, которые в некотором смысле похожи на биполярный транзистор. Однако схемы усилителей на МОП-транзисторах обычно не воспроизводят ламповый звук в большей степени, чем типичные биполярные конструкции. Причина в схемных различиях между типичной конструкцией лампы и типичной конструкцией МОП-транзистора.
Характерной особенностью большинства конструкций ламповых усилителей является высокое входное сопротивление (обычно 100 кОм и более) в современных конструкциях и до 1 МОм в классических конструкциях. [19] Входное сопротивление усилителя является нагрузкой для устройства-источника. Даже для некоторых современных устройств воспроизведения музыки рекомендуемое сопротивление нагрузки составляет более 50 кОм. [20] [21] Это означает, что вход обычного лампового усилителя является беспроблемной нагрузкой для источников музыкального сигнала. Напротив, некоторые транзисторные усилители для домашнего использования имеют более низкое входное сопротивление — всего 15 кОм. [22] Поскольку из-за высокого входного сопротивления можно использовать устройства с высоким выходным сопротивлением, возможно, потребуется учитывать другие факторы, такие как емкость кабеля и микрофонные характеристики.
Громкоговорители обычно нагружают усилители звука. В истории звука почти все громкоговорители были электродинамическими. Существует также меньшинство электростатических громкоговорителей и некоторые другие, более экзотические громкоговорители. Электродинамические громкоговорители преобразуют электрический ток в силу и силу в ускорение диафрагмы, что вызывает звуковое давление. В соответствии с принципом электродинамического динамика большинство драйверов громкоговорителей должны управляться сигналом электрического тока. Сигнал тока более точно управляет электродинамическим динамиком, вызывая меньшие искажения, чем сигнал напряжения. [23] [24] [25]
В идеальном усилителе тока или крутизны выходное сопротивление приближается к бесконечности. Практически все коммерческие аудиоусилители являются усилителями напряжения. [26] [27] Их выходные импедансы были намеренно разработаны так, чтобы приближаться к нулю. Из-за особенностей электронных ламп и аудиотрансформаторов выходное сопротивление обычного 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 – очень важный аспект лампового звука, особенно для гитарных усилителей . Усилитель Hi-Fi обычно никогда не должен входить в режим ограничения. Гармоники , добавляемые к сигналу, имеют меньшую энергию при мягком ограничении, чем при жестком ограничении. Однако мягкое клиппирование характерно не только для трубок. Его можно смоделировать в транзисторных схемах (ниже точки, при которой произойдет реальное жесткое ограничение). (См. раздел «Намеренное искажение».)
В ламповых схемах отсутствует большая общая отрицательная обратная связь из-за фазового сдвига выходного трансформатора и отсутствия достаточного усиления без большого количества ламп. При более низкой обратной связи искажения выше и преимущественно низкого порядка. Начало клиппирования также постепенное. Большой объем обратной связи, допускаемый бестрансформаторными схемами со многими активными устройствами, приводит к численному меньшему искажению, но к большему количеству высоких гармоник и более сложному переходу к ограничению. По мере увеличения входного сигнала обратная связь использует дополнительное усиление, чтобы гарантировать, что выходной сигнал точно следует за ним до тех пор, пока усилитель не перестанет давать усиление и выходной сигнал не достигнет насыщения.
Однако фазовый сдвиг в значительной степени является проблемой только для глобальных контуров обратной связи. Архитектуры проектирования с локальной обратной связью можно использовать для компенсации отсутствия глобальной отрицательной обратной связи. «Селективизм» дизайна снова является тенденцией, которую следует наблюдать: разработчики устройств, производящих звук, могут найти преимуществом отсутствие обратной связи и, как следствие, более высокие искажения, разработчики устройств, воспроизводящих звук с низким уровнем искажений, часто используют локальные петли 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 клиппирования. Усилители с фиксированным и катодным смещением ведут себя и клиппируют по-разному при перегрузке. Тип схемы фазоинвертора также может сильно влиять на мягкость (или ее отсутствие) ограничения: например, схема с длинной хвостовой парой имеет более мягкий переход к ограничению, чем катодин. Соединение фазоинвертора и силовых ламп также важно, поскольку некоторые типы соединительных устройств (например, трансформаторная муфта) могут привести силовые лампы к классу AB2, а некоторые другие типы - нет.
Было показано, что в звукозаписывающей индустрии, особенно в микрофонных усилителях, усилители часто перегружаются из-за переходных процессов в сигнале. Рассел О. Хэмм, инженер, работающий на Уолтера Сира в Sear Sound Studios, написал в 1973 году, что существует серьезная разница между компонентами гармонических искажений сигнала с искажениями более 10%, который был усилен тремя методами: лампами, транзисторами. или операционные усилители. [15] [28]
Мастеринг-инженер Р. Стивен Минц написал опровержение статьи Хэмма, заявив, что конструкция схемы имеет первостепенное значение, а не лампы по сравнению с твердотельными компонентами. [29]
На статью Хэмма также возражали Дуайт О. Монтейт-младший и Ричард Р. Флауэрс в своей статье «Транзисторы звучат лучше, чем лампы», в которой была представлена конструкция транзисторного микрофонного предусилителя, которая фактически реагировала на переходные перегрузки так же, как ограниченный выбор ламповых предусилителей, протестированных Хэммом. . [30] Монтейт и Флауэрс сказали: «В заключение, представленный здесь высоковольтный транзисторный предусилитель поддерживает точку зрения Минца: «При полевом анализе характеристики типичной системы, использующей транзисторы, зависят от конструкции, как и в случае с ламповыми Конкретный «звук» может возникнуть или избежаться 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 могут варьироваться от очень мягких до очень жестких, в зависимости от схемы. То же самое относится как к электронным лампам, так и к полупроводниковым схемам. Например, полупроводниковые схемы, такие как операционные усилители крутизны с разомкнутым контуром или каскады МОП-транзисторов КМОП-инверторов, часто используются в коммерческих приложениях для создания более мягкого ограничения, чем то, что обеспечивается обычными триодными каскадами усиления. Фактически, можно заметить, что обычные триодные каскады усиления имеют довольно «жесткое» ограничение, если внимательно проверить их выходной сигнал с помощью осциллографа.
Ранние ламповые усилители часто имели ограниченную полосу пропускания , отчасти из-за характеристик доступных в то время недорогих пассивных компонентов . В усилителях мощности большинство ограничений связано с выходным трансформатором; низкие частоты ограничены первичной индуктивностью, а высокие частоты — индуктивностью и емкостью рассеяния. Другое ограничение заключается в сочетании высокого выходного сопротивления, развязывающего конденсатора и сеточного резистора, который действует как фильтр верхних частот . Если соединения выполняются с помощью длинных кабелей (например, вход гитары на усилитель), высокий импеданс источника с высокой емкостью кабеля будет действовать как фильтр нижних частот .
Современные компоненты премиум-класса позволяют легко создавать усилители, которые практически ровны по звуковому диапазону, с затуханием менее 3 дБ на частотах 6 Гц и 70 кГц, что значительно выходит за пределы слышимого диапазона.
Типичные ламповые усилители мощности (не OTL) не могут использовать столько же отрицательной обратной связи (NFB), сколько транзисторные усилители, из-за больших фазовых сдвигов, вызванных выходными трансформаторами и коэффициентами усиления их нижних каскадов. Хотя отсутствие NFB 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 применимы только к схемам, где значительные фазовые сдвиги 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, стремящихся к более высокой точности.
С другой стороны, компенсация доминирующего полюса в транзисторных усилителях точно контролируется: ее можно применять ровно столько, сколько необходимо для достижения хорошего компромисса для данного применения.
Эффект компенсации доминирующего полюса заключается в том, что усиление снижается на более высоких частотах. На высоких частотах NFB становится все меньше 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 так, чтобы сигнал с полной амплитудой 20 кГц мог воспроизводиться без искажений скорости нарастания сигнала, в которых даже нет необходимости. для воспроизведения реального аудиоматериала.
Ранние ламповые усилители имели источники питания на основе выпрямительных ламп. Эти источники питания не регулировались, и эта практика продолжается и по сей день в конструкциях транзисторных усилителей. Типичный анодный источник питания представлял собой выпрямитель , возможно, однополупериодный, дроссель ( индуктор ) и конденсатор фильтра . Когда ламповый усилитель работал на большой громкости, из-за высокого сопротивления выпрямительных ламп напряжение источника питания падало по мере того, как усилитель потреблял больше тока (при условии класса AB), что уменьшало выходную мощность и вызывало модуляцию сигнала. Эффект погружения известен как «провисание». Провисание может быть желательным эффектом для некоторых электрогитаристов по сравнению с жестким клиппингом. По мере увеличения нагрузки или выходной мощности усилителя это падение напряжения приведет к увеличению искажений выходного сигнала. Иногда этот эффект провисания желателен для усиления гитары.
В некоторых конструкциях ламповых усилителей вместо кремниевых диодов используется ламповый выпрямитель , а в некоторых конструкциях возможен 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]
Благодаря добавленному сопротивлению последовательно с источником высокого напряжения кремниевые выпрямители могут имитировать провал напряжения лампового выпрямителя. При необходимости сопротивление можно включить. [32]
В усилителях электрогитары часто используется усилитель класса AB 1 . В каскаде класса А средний ток, потребляемый от источника питания, постоянен в зависимости от уровня сигнала, следовательно, он не вызывает провисания линии питания до тех пор, пока не будет достигнута точка ограничения. Другие звуковые эффекты, связанные с использованием лампового выпрямителя с усилителем этого класса, маловероятны.
В отличие от своих полупроводниковых аналогов, ламповым выпрямителям требуется время для прогрева, прежде чем они смогут подавать напряжения B+/HT. Эта задержка может защитить электронные лампы с питанием от выпрямителя от повреждения катода из-за приложения напряжений B + / HT до того, как лампы достигнут правильной рабочей температуры с помощью встроенного нагревателя лампы. [33]
Преимуществом всех усилителей класса А является отсутствие перекрестных искажений . Это перекрестное искажение стало особенно раздражающим после того, как на потребительский рынок прибыли первые транзисторные усилители классов B и AB с кремниевыми транзисторами. Более ранние конструкции на основе германия с гораздо более низким напряжением включения этой технологии и нелинейными кривыми отклика устройств не показывали большого количества перекрестных искажений. Хотя перекрестные искажения очень утомляют слух и заметны при прослушивании, они также почти невидимы (пока их не ищут) при традиционных измерениях общего гармонического искажения (THD) той эпохи. [34] Следует отметить, что эта ссылка несколько иронична, учитывая дату ее публикации в 1952 году. первый в мире прототип транзисторного усилителя Hi-Fi появился только в 1955 году. [35]
Двухтактный усилитель класса А обеспечивает низкие искажения при любом заданном уровне приложенной обратной связи , а также подавляет магнитный поток в сердечниках трансформатора , поэтому энтузиасты HIFI-аудио и строители, работающие самостоятельно, часто рассматривают эту топологию как идеальную. Инженерный подход к ламповому Hi-Fi усилителю для использования с обычными колонками . Выходная мощность до 15 Вт может быть достигнута даже с классическими лампами, такими как 2А3 [36] или 18 Вт с типом 45. Классические пентоды, такие как EL34 и КТ88, могут выдавать до 60 и 100 Вт соответственно. Специальные типы, такие как V1505, можно использовать в конструкциях мощностью до 1100 Вт. См. «Подход к проектированию усилителей звуковой частоты», сборник эталонных проектов, первоначально опубликованный GEC.
Усилители SET плохо измеряют искажения при резистивной нагрузке, имеют низкую выходную мощность, неэффективны, имеют плохой коэффициент демпфирования и высокие измеренные гармонические искажения. Но они несколько лучше работают по динамике и импульсному отклику.
Триод, несмотря на то, что он является самым старым 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 степень искажений. Это преимущественно гармоническое искажение представляет собой уникальный образец 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 пятую выше для гармоник третьего порядка. Добавленный гармонический тон ниже по амплитуде, примерно 1–5% или меньше в усилителе без обратной связи на полной мощности и быстро уменьшается при более низких выходных уровнях. Гипотетически, вторая гармоника несимметричного усилителя мощности могла бы уменьшить аналогичные гармонические искажения в громкоговорителе с одним динамиком, если бы их гармонические искажения были равны и усилитель был подключен к динамику так, чтобы искажения нейтрализовали друг друга. [37] [38] [39]
SET обычно производят всего около 2 Вт (Вт) для лампового усилителя 2A3, до 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 превышающую заявленную стереомощность. Например, стереонабор мощностью 10 Вт потребляет минимум 80 Вт, а обычно 100 Вт.
Особенностью тетродов и пентодов является возможность получения ультралинейной или распределенной нагрузки с помощью соответствующего выходного трансформатора. На практике, помимо нагрузки на пластинчатый вывод, распределенная нагрузка (специфической формой которой является ультралинейная схема) распределяет нагрузку также на катодный и экранный выводы трубки. 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. Кероэса, известных Dynaco. Распределенная загрузка (в целом и в различных формах) использовалась такими компаниями, как McIntosh и Audio Research.
В большинстве современных коммерческих Hi-Fi усилителей до недавнего времени использовалась топология класса AB (с более или менее чистыми низкоуровневыми возможностями класса A в зависимости от используемого тока смещения), чтобы обеспечить большую мощность и эффективность , обычно 12–25 Вт и выше. Современные проекты обычно содержат по крайней мере некоторые отрицательные отзывы . Однако топология класса D (которая значительно более эффективна, чем класс B) все чаще применяется там, где в традиционной конструкции используется класс AB из-за его преимуществ как по весу, так и по эффективности.
Двухтактная топология класса AB почти повсеместно используется в ламповых усилителях для электрогитар, которые производят мощность более 10 Вт.
Некоторые индивидуальные характеристики лампового звука, такие как формирование волны при овердрайве, легко воспроизвести с помощью транзисторной схемы или цифрового фильтра . Для более полного моделирования инженерам удалось разработать транзисторные усилители, которые производят звук, очень похожий на ламповый. Обычно это предполагает использование топологии схемы, аналогичной той, которая используется в ламповых усилителях.
Совсем недавно исследователь представил метод инжекции гармоник асимметричного цикла (ACHI) для эмуляции лампового звука с помощью транзисторов. [40]
Используя современные пассивные компоненты и современные источники, цифровые или аналоговые, а также широкополосные громкоговорители , можно получить ламповые усилители с характерной широкой полосой пропускания современных транзисторных усилителей, в том числе с использованием двухтактных схем класса AB и обратной связи. Некоторые энтузиасты, такие как Нельсон Пасс , создали усилители с использованием транзисторов и МОП-транзисторов, работающих в классе А, включая несимметричные, и они часто имеют «ламповый звук». [41]
Лампы добавляются в твердотельные усилители 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 для питания используют MOSFET-транзисторы, 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 множественной обратной связью с бесконечным усилением (IGMF). Таким образом, медленный отклик сопротивления лампочки (которое меняется в зависимости от температуры) можно использовать для смягчения звука и достижения лампового «мягкого ограничения» мощности, хотя другие аспекты «лампового звука» не будут дублироваться. в этом упражнении.
Именно искажения кроссовера стали причиной так называемого «транзисторного звука», приписываемого раннему полупроводниковому оборудованию высокого качества. Схема смещения используется для преодоления кроссоверных искажений.
Необычно то, что существует своего рода консенсус в отношении того, 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 из-за множества других причин, о которых я расскажу ниже.
Давно признано, что высшие гармоники более агрессивны, чем низкие...
Однако в этой статье отмечается, что усилители часто сильно перегружаются из-за переходных процессов в сигнале (
THD
30%). В этом случае существует большая разница в компонентах гармонических искажений усиленного сигнала: лампы, транзисторы и операционные усилители разделяются на отдельные группы.
Кроссоверные искажения создают неприятные гармоники высокого порядка, процентное увеличение которых может увеличиваться при падении уровня сигнала, и они гораздо более неприятны для слушателя, чем искажения, возникающие в результате плавно изогнутой характеристики, даже если они имеют одинаковый КНИ. Поэтому желательно свести кроссоверные искажения до минимальной величины.
Плавные передаточные кривые усилителей класса А имеют монотонную характеристику, то есть искажения уменьшаются по мере снижения выходного сигнала.
Однако наиболее существенные различия обнаруживаются в выходном импедансе. Выходное сопротивление транзисторных усилителей обычно составляет менее 0,1 Ом, что означает подачу чистого напряжения на динамик. Вместо этого в ламповых усилителях выходное сопротивление варьируется в довольно широких пределах; от десятых долей Ома до даже более пяти Ом (при нагрузке 8 Ом). Импеданс источника даже в пару Ом способен ослабить токи ЭДС динамика настолько, что эффекты станут заметными; а поскольку значение превышает 5 Ом, динамик может работать на некоторых частотах даже наполовину от тока.
Но когда я собирался разобрать ее и убрать детали, мне стало интересно, как будет звучать схема без какой-либо обратной связи. То есть просто пентод с трансформаторной нагрузкой. Я подумал, что это будет ужасно, поэтому не был готов к тому, что услышал, что было близко к звуковому блаженству. С первой заметки это было что-то особенное. Оказывается, я построил преобразовательный усилитель более или менее случайно.
Аудиоусилители, за некоторыми очень особыми исключениями, приближаются к идеальным источникам напряжения; т. е. 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 доставить на динамик точную копию сигнала, независимо от импеданса, который динамик ему представляет.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )Одно из помех, которое можно обоснованно сделать, заключается в том, что любые резкие изломы кривой линейности, которые обычно происходят в любом усилителе класса AB
1
или AB
2
, имеют гораздо более серьезный субъективный эффект, чем указывается любым из стандартных методов измерения. измерение искажений – будь то полное гармоническое искажение, обычный взвешенный коэффициент искажения или стандартная форма тестирования интермодуляции.
Он эффективно устраняет разрыв между полупроводниковым и ламповым звуком, объединяя достоинства ламп и транзисторов в единое музыкально удовлетворительное целое.