Первый в мире магнитный звукосниматель был сконструирован талантливым инженером Ллойдом Лоэром работавшим в компании Gibson в 1924 году . Первые образцы электрифицированных инструментов не произвели должного эффекта в среде музыкантов, а массово выпускаемые электрогитары появились лишь в 1931году. Электрогитары компании Electro String Company, которые к слову сказать больше были похожи на банджо, музыканты в шутку прозвали «сковородкой».
Принцип работы магнитного звукоснимателя, знакомого сейчас любому кто прошел курс школьной физики, не изменился и по сей день.
Появление гитарного усилителя
Появление гитарного усилителя стало возможным благодаря самой идее увеличить громкость гитары. Гитаристы игравшие в составе ансамблей были вынуждены увеличивать громкость своих инструментов чтобы не теряться в общей звуковой картине. Изначально отдельного усилителя для электрифицированной гитары не было, и в ход шли любые усилители что были под рукой. Экспериментаторы того времени постепенно накапливая опыт поняли перспективность промышленного изготовления гитарной усиливающей техники.
Со временем из маленьких компаний ютившихся в гараже или подвале магазина образовались транснациональные компании – производители профессионального музыкального оборудования, гордо носящие имена своих «отцов основателей». В мире усилителей гитар слова Fender, VOX, Marshall, Mesa Boogie, Orange, стали «нарицательным» а звук этих усилителей эталонным, на который ровняются и пытаются превзойти другие производители.
Типы гитарных усилителей
- ламповые.
- транзисторные.
- гибридные.
Так же гитарные усилители могут быть исполнены в нескольких вариантах:
- Гитарный комбик (сам усилитель встроен а акустическую систему).
- Гитарный усилитель голова с акустической системой (кабинетом).
- Гитарный Усилитель мощности (в таком варианте блок предусилителя и усилителя мощности выполнены в виде отдельного устройства).
В каждом из вариантов исполнения гитарного усилителя есть свои плюсы и минусы: классические варианты «того самого звука» это как раз гитарные комбики или гитарные усилители с кабинетами (их еще называют гитарный стэк), но они как правило очень громоздки и неудобны в транспортировке. В противоположность им рэковые юниты занимают меньше места и их можно коммутировать по разному, но они не выглядят «круто» на сцене во время концертов.
Вне зависимости от конструктивного исполнения, гитарные усилители бывают разной мощности. Это может быть и 10-15 ваттный агрегат (часто такие устройства применяются на не очень больших студиях звукозаписи, когда громкость не самый важный параметр) и 50-100 ваттный ламповый монстр (именно такие стеки и комбо можно видеть на больших стадионных концертах на сцене за спиной у гитариста). Сегодня есть даже 1-ваттные устройства для дома, для семьи так сказать.
Перед использованием любого электрического устройства внимательно ознакомьтесь с инструкцией пользователя. Перед первым подключением я рекомендовал бы проверять все ли в порядке с усилителем, подсоединен ли динамик ко выходу усилителя, нет ли каких то структурных повреждений на корпусе. Необходимо уточнить рабочее напряжение усилителя (усилители и комбо рассчитанные на американскую сеть работаю от 110 вольт, в нашу сеть их можно подключать только через специальный понижающий трансформатор).
Еще, желательно, чтобы сеть была заземлена иначе вы рискуете получить электротравму (струны электрогитары через металлически бридж контактируют с заземлением электроцепи, и если одной рукой взяться за струны а другой за батарею отопления можно получить удар током), да и в звук будут просачиваться посторонние шумы. Если это ламповый комбо или усилитель, необходимо убедиться что во время транспортировки радиолампы не выскочили из контактных панелей (достаточно через технические отверстия заглянуть в усилитель или комбо и при необходимости поправить криво установленные радиолампы).
Перед самим включением я рекомендовал бы общую громкость убирать на ноль, а все остальные регуляторы выставлять в положение 12 часов (имеется ввиду не деление 12 а условный циферблат часов) из такого положения легче всего рулить звук. В ламповом гитарном усилителе для его включения обычно нужно нажать 2 переключателя (power и stand by). Причем сначала нужно включить power а потом через 2-3 минут stand by, выключать усилитель или ламповый гитарный комбо нужно в обратном порядке (сначала отключается stand by а затем и power).
Помимо включателей на лицевой панели гитарного усилителя есть регулировки общей громкости, регулировка высоких, средних и низких частот, регулятор перегруза (gain). Иногда бывает регулятор presens (более точная фокусировка высоких частот). Так же на передней панели бывает переключатель каналов (если усилитель более чем одноканальный).
На задней панели гитарного усилителя имеются: выход на кабинет (нужно помнить что подключать к усилителю можно в кабинет согласованный по сопротивлению) выходы на петлю эффектов (когда к усилителю можно подключить разные, обычно пространственные эффекты или процессоры), выход для подключения управляющей педали (ими можно переключать каналы усилителя или включать эффект ревер, если тот встроен в гитарный комбо) иногда на задней панели можно встретить выход эмуляции кабинета (этот выход можно подключить прямо в микшер или звукозаписывающее устройство).
Современная промышленность предлагает гитарные усилители комбо со встроенными эффектами. Такие комбики удобны своей компактностью и мобильностью. Нет необходимости покупать отдельно кучу разных гитарных эффектов, соединительных проводов, блоков питания для эффектов. От себя могу добавить, что звук у дорогих агрегатов будет на уровне, цена как следствие тоже.
Китайские гитарные комбики к сожаление этим похвастаться не могут.
Когда лампа лучше, чем транзистор
Когда лампа лучше, чем транзистор. Автор А. Лихницкий
Преамбула. Многие годы производители транзисторных усилителей водили аудиофилов за нос, предлагая им правдоподобные объяснения, почему следует старую модель усилителя заменить на новую. Коротко напомню эти объяснения: — слишком велики гармонические искажения (в новых моделях усилителей искажения снижены до 0,0001%); — мал коэффициент демпфирования (коэффициент демпфирования достиг 1000); — недостаточно широка полоса воспроизводимых частот (полоса была расширена до 5 МГц); — усилители ограничивают скорость изменения сигнала (на лицевых панелях новых усилителей появилась надпись „High Speed Amplifier”); — громкоговоритель требует большего тока (и вот множество включенных параллельно выходных транзисторов обеспечивают выходной ток усилителя в 100 А). Этот список можно было бы продолжить.
Пока удавалось поддерживать у адиофилов веру во все эти технические „заморочки”, на рынке усилителей царило оживление. Однако золотая жила, похоже, все-таки иссякла. Многим стало ясно, что к написанному в рекламе надо относиться с осторожностью и верить можно только собственным ушам или хотя бы ушам квалифицированных экспертов. После игр в сверхпараметры началась эпоха субъективизма. К середине 80-х годов в моду вошли скромные „по цифрам” усилители на лампах. Обратите внимание, что ни один из перечисленных выше рецептов хорошего звучания в ламповых усилителях никогда не был реализован. Наверное, поэтому у многих аудиофилов зародилось подозрение, что транзисторы навлекают „порчу” на музыкальное звучание и что даже простенький домашний ламповый усилитель способен снять транзисторный „сглаз” и „очистить” от него сделанную ранее транзисторную и даже цифровую запись.
Имеет ли лампа преимущества перед транзистором, и если имеет, то при каких условиях они проявляются?
В трудные моменты изложения, – а они, конечно же, будут, – мне поможет уже знакомый читателю Объективист (О). Чтобы сразу не впасть в мистику, рассмотрим на физическом уровне различия между лампой, полевым и биполярным транзисторами. Лампу (возьмем в качестве примера триод) можно рассматривать как „проводник”, который состоит из тщательно очищенных от кислорода электродов — анода и катода, — а также вакуумного промежутка между ними, заполненного носителями заряда — энергетически возбужденными свободными электронами. Переносимый через вакуум свободными электронами ток анода управляется напряжением между сеткой и катодом. Усилительные свойства триода можно характеризовать крутизной характеристики, то есть отношением приращения тока анода к приращению напряжения „сетка — катод” (при неизменном напряжении на аноде). Независимость крутизны от электрических режимов лампы служит показателем её линейности. Особенно важно, что крутизна характеристики триода мало зависит от тока анода (в большинстве случаев она пропорциональна корню 3-й степени из величины этого тока). Влиянием входной характеристики лампы на линейность можно пренебречь, так как в режиме отрицательного смещения сетки ток в ее цепи отсутствует.
Межэлектродные емкости постоянны и не зависят от электрических режимов лампы. Немаловажно также то, что основные параметры лампы не зависят от температуры анода или, иначе, от выделяемой на нем мощности. И еще одно важное преимущество именно триода — низкое внутреннее сопротивление, которое в оптимальном режиме использования лампы меньше сопротивления нагрузки примерно вдвое. Зависимость внутреннего сопротивления лампы от тока анода обратна зависимости крутизны триода от этого тока, поэтому в режиме, в котором сопротивление нагрузки больше внутреннего сопротивления, усиление лампы практически не зависит от тока анода.
Полевой транзистор тоже можно рассматривать как „проводник”. Проводящей частью транзистора является канал в кристалле сверхчистого кремния, тип проводимости которого (p- или n-) задается ничтожной примесью индия или мышьяка. В зависимости от типа проводимости транзистора в канале перемещаются носители заряда: свободные электроны или „дырки» (не заполненные электронами места в кристаллической решетке). Как и в ламповом триоде, ток на выходе полевого транзистора (ток стока) управляется напряжением между затвором и истоком. Усилительные свойства полевого транзистора (как и лампы) можно характеризовать крутизной (то есть отношением приращения тока стока к приращению напряжения „затвор — исток”). Полевой транзистор имеет более выраженную нелинейность, чем лампа. Почти у всех типов полевых транзисторов крутизна увеличивается пропорционально квадратному корню из величины тока стока. Как и у лампы, ток управляющей цепи (цепи затвора) отсутствует, поэтому нелинейностью входной характеристики полевого транзистора можно пренебречь.
Несколько хуже обстоит дело с межэлектродными емкостями. Наиболее важная емкость „сток — затвор” зависит от действующего между этими электродами напряжения. Самым неутешительным фактом следует признать высокую чувствительность тока стока и крутизны полевого транзистора к изменениям температуры его кристалла. Эта чувствительность объясняется ростом подвижности носителей заряда при увеличении температуры и обычно характеризуется температурным коэффициентом напряжения „затвор — исток” (то есть приращением напряжения на затворе, которое необходимо для поддержания на постоянном уровне тока стока транзистора при повышении температуры его кристалла на один градус). В зависимости от режима, в котором используется полевой транзистор, температурный коэффициент может принимать значение от 2 до -3 мВ/град [1]. Хуже всего то, что температура кристалла транзистора, хотя и с инерцией (определяемой тепловой постоянной времени этого транзистора), но успевает почти за всеми изменениями рассеиваемой в транзисторе мгновенной мощности, однако об отрицательном значении этого мы поговорим несколько позднее. Кроме транзисторов со статической индукцией, остальные типы полевых транзисторов имеют внутреннее сопротивление значительно большее, чем сопротивление нагрузки.
Биполярный транзистор — также своего рода „проводник”. Однако физические процессы, связанные с прохождением в нем тока, коренным образом отличаются от тех, которые протекают в лампах и полевых транзисторах. Первое отличие состоит в том, что носителям заряда, а ими являются электроны или дырки, приходится преодолевать два барьера (p-n-перехода): эмиттер — база и база — коллектор, то есть дважды переходить от кристаллической решетки одного типа к решетке другого типа. Второе отличие — в принципе управления током коллектора. Величина этого тока зависит от количества „впрыснутых” из эмиттера в базу так называемых неосновных для нее носителей, которые „блуждают” в ней, пока не будут втянуты сильным электрическим полем коллектора, смещенного в обратном направлении по отношению к базе. Управление впрыскиванием в базу неосновных носителей осуществляется путем смещения в прямом направлении (иначе говоря, приоткрывания) база-эмиттерного перехода транзистора. Усилительные свойства биполярного транзистора также можно характеризовать крутизной (то есть отношением приращения тока коллектора к приращению напряжения база — эмиттер). В соответствии с теорией крутизна биполярного транзистора приблизительно пропорциональна току коллектора, поэтому он имеет более выраженную нелинейность, чем полевой транзистор. В отличие от лампы и полевого транзистора, к нелинейности крутизны биполярного транзистора следует добавить нелинейность его входной характеристики. И это понятно, так как даже по виду она мало, чем отличается от вольтамперной характеристики прямо смещенного диода.
С межэлектродными емкостями здесь творится то же самое, что и в полевом транзисторе. Наиболее важная емкость перехода коллектор — база биполярного транзистора зависит от действующего между этими электродами напряжения. В биполярном транзисторе мы также сталкиваемся с высокой чувствительностью его параметров к изменениям температуры кристалла. А именно, температурный коэффициент напряжения база — эмиттер равен -2,2 мВ/град, а коэффициент усиления по току транзистора увеличивается на 2-3 % / град. Так же как и в полевом транзисторе, температура кристалла биполярного транзистора с инерцией (определяемой тепловой постоянной времени) успевает за изменениями рассеиваемой в транзисторе мгновенной мощности. Внутреннее сопротивление биполярных транзисторов тоже не оставляет никакой надежды — оно всегда больше сопротивления нагрузки. Наиболее важные и вполне объективные отличия лампы, полевого и биполярного транзистора сгруппированы в таблице.
Главных отличий три. Биполярный транзистор отличается от лампы термочувствительностью основных параметров, большей нелинейностью входных и выходных характеристик (полевой транзистор занимает в этом ряду промежуточное положение); а кроме этого, лампа (триод) превосходит транзистор в части удобства согласования своего внутреннего сопротивления с громкоговорителем. С моей точки зрения, всего этого вполне достаточно, чтобы предпочесть ламповый усилитель усилителю на полевых транзисторах, а последний — усилителю на биполярных транзисторах.
Объективист: Ваша точка зрения звучит не очень убедительно, ведь против отмеченных вами недостатков транзисторов есть радикальное средство — отрицательная обратная связь (ООС). Лучше поищите причины плохого звучания транзисторных усилителей в их схемах.
Автор: Согласен. Сравним традиционный и хорошо зарекомендовавший себя усилитель на лампах (см. схему на рис. 1) и достаточно простой для рассмотрения усилитель на биполярных транзисторах (см. схему на рис. 2).
Главное, что отличает ламповый усилитель, — это выходной трансформатор, который служит для преобразования низкого сопротивления громкоговорителя в оптимальное сопротивление нагрузки выходных ламп. В транзисторном усилителе оптимальное согласование возможно без применения трансформатора. Без трансформатора в ламповом усилителе трудно обойтись хотя бы потому, что с его помощью обеспечивается симметричная работа выходного каскада в режиме „тяни-толкай” (push-pull). В транзисторном усилителе этот режим может быть достигнут включением последовательно транзисторов разного типа проводимости. Лампу с противоположным типом проводимости, к сожалению, пока не изобрели.
О.: Видите! Транзисторный усилитель не сложнее лампового, а главное — в нем нет выходного трансформатора, поэтому если транзисторы сами по себе не вызывают слабо поддающуюся объективному анализу „порчу” звука, то транзисторный усилитель должен звучать лучше лампового.
А.: Не спешите с выводами, а внимательно всмотритесь в обе схемы выше по тексту. Принципиальным отличием лампового усилителя от транзисторного является отсутствие в нем ООС. В транзисторном же усилителе каждый транзистор и усилитель в целом охвачены ООС. Действительно: Т1 охвачен местной последовательной ООС по току через RЗ, T2 охвачен местной ООС по току через R6, выходные транзисторы TЗ и Т4 охвачены местными ООС по току через резисторы R7 и R8 с также последовательной ООС по напряжению через сопротивление громкоговорителя; усилитель в целом охвачен общей последовательной ООС по напряжению через делитель из резисторов R4 и RЗ (рис. 2).
О.: Хотя от использования ООС я вижу только пользу, однако готов предложить вам схему транзисторного усилителя, в котором ООС нет, пример схемы показан ниже.
А.: Не хочется быть мелочным, но каждый биполярный (или полевой) транзистор имеет последовательную ООС по току, которая образуется в результате падения части сигнала на внутреннем сопротивлении эмиттера (истока) транзистора. Этими связями можно было бы пренебречь, если бы предлагаемая схема не имела более серьезных недостатков. Первый — это на порядок большие (по сравнению с ламповым усилителем) и неблагоприятные по спектру нелинейные искажения. Если ламповый усилитель не доводить до клиппинга, гармонические искажения на его выходе не превышают 1-3%, причем в составе этих искажений доминирует 3-я гармоника; вторая в результате действия принципа „тяни-толкай” компенсируется, а высшие гармоники затухают. В усилителе, показанном слева, на рис. 3, сочетание нелинейностей входных и выходных характеристик биполярных транзисторов является причиной образования целого спектра гармонических, а в случае сложного сигнала — значительно больших по мощности интермодуляционных искажений высших порядков. Специалистам хорошо известно, что эффективных средств для уменьшения нелинейных искажений высших порядков нет. Применение ООС даже ухудшает положение, так как с ее помощью искажения низших порядков преобразуются в искажения более высоких порядков. Присутствие в музыкальном сигнале даже небольших по величине продуктов интермодуляции высших порядков вызывает у слушателя ощущение „металличности”, жесткости, шероховатости, замутненности звучания, чаще всего такое звучание называют просто ненатуральным. Второй недостаток предложенной схемы — это зависимость параметров усилителя от мгновенной температуры кристаллов транзисторов. В этом нетрудно убедиться, собрав предлагаемую схему и наблюдая затем, как гуляют ток в транзисторах и напряжение на выходе усилителя, особенно если слегка подуть на собранную схему. Можно стабилизировать выход усилителя, применив для этого так называемый следящий привод (который, кстати, является разновидностью ООС), однако как решить проблему искажений, которые принято называть „тепловыми”?
Тепловые искажения [2] возникают, когда изменение сигнала (напряжения и тока) на выходе транзистора сопровождается изменением рассеиваемой в нем мгновенной мощности и, как следствие, меняется мгновенная температура его кристалла. Что вызывает следующие явления: в процессе усиления музыкального сигнала коэффициент усиления по току выходных транзисторов плавно (из-за инерции тепловых процессов) изменяется на 20-30%. Эти изменения, в свою очередь, становятся причиной инфразвуковых интермодуляционных искажений в усилителе, к которым ухо слушателя чрезвычайно чувствительно. Другое проявление тепловых искажений объясняется тем, что напряжение база — эмиттер зависит от температуры кристалла транзистора. Оказывается, что изменение напряжения (и тока) на выходе транзистора, которое представляет собой изменение рассеиваемой в нем мощности, сначала преобразуется в изменение температуры кристалла транзистора, а затем в изменение напряжения база — эмиттер, которое, в свою очередь, снова преобразуется в напряжение (и ток) на выходе транзистора. В результате этих преобразований в каждом транзисторе усилителя (и особенно в изображенном на рис. 3) возникает нелинейная электротепловая отрицательная обратная связь, которая, если не использовать местные ООС по току, вызывает в области низких звуковых частот (ниже частоты 150 Гц) уменьшение усиления на 10-15 дБ, а также рост гармонических и интермодуляционных искажений, которые достигают 10-15%.
Третий недостаток схемы усилителя показан на рис. 3 — это его недопустимо высокое выходное сопротивление. Если выходное сопротивление усилителя больше, чем сопротивление громкоговорителя, звучание последнего характеризуется повышенной гулкостью и затягиванием басов. В связи с этим международные стандарты в области hi-fi в качестве „минимального требования” рекомендуют, чтобы выходное сопротивление усилителя не превышало 1/3 величины сопротивления громкоговорителя. Обеспечить требуемое выходное сопротивление усилителя на транзисторах (кроме тех случаев, когда в качестве выходных использованы полевые транзисторы со статической индукцией) можно, если включить параллельно громкоговорителю резистор или охватить выходной каскад отрицательной обратной связью по напряжению. Думаю, что в транзисторном усилителе без ООС не обойтись, так как для того, чтобы обеспечить даже скромные значения нелинейных искажений и приемлемое выходное сопротивление, усилитель на транзисторах должен как минимум иметь глубокие местные ООС.
О.: Почему с таким упорством вы провозглашаете нежелательность применения в усилителях ООС, при этом даже готовы мириться с таким анахронизмом ламповых усилителей, как выходной трансформатор? Что вы можете сказать плохого об ООС после 60 лет ее успешного применения во многих областях техники?
А.: О том, как ведет себя ООС в усилителях, поговорим несколько позже. Сначала рассмотрим некоторые эффекты, вызванные прохождением музыкального сигнала через проводники [3], включая конденсаторы, лампы и транзисторы. Как я уже говорил вам в нашем недавнем споре (АМ №4(5) 95, с.5), сигнал в проводнике расщепляется на несколько составляющих, которые распространяются по нему с разной скоростью.
Наблюдается так называемое многопутевое распространение сигнала. Прохождение сигнала через проводник можно представить с помощью сигнального графа (см. рис. 4а). На нем А — передача сигнала со скоростью света и с практически неизменной амплитудой; В, С, D — передача сигнала с разной задержкой и разным коэффициентом, скажем, на два порядка меньшим, чем по пути А. Вряд ли при прохождении через такой проводник синусоидального сигнала можно заметить какие-либо изменения на его выходе. Изменения можно было бы обнаружить на музыкальном сигнале, однако подобные измерения еще не научились делать.
О.: Интересно, почему же провод реагирует на музыкальный сигнал и не реагирует на синус?
А.: Причина в том, что музыкальные сигналы отличаются от синуса гораздо большей изменчивостью [4]. Неожиданные амплитудные всплески, динамические переходы от одного гармонического состава к другому наиболее важны при восприятии музыки. Именно они придают звучанию живость и энергичность. При многопутевом распространении сигнала в проводниках, в частности в цепях усилителя, участки сигнала с повышенной изменчивостью разрушаются, происходит их фазовая деструктуризация. В этом смысле можно говорить о существовании не обозначенных на схеме усилителя фильтров, ограничивающих или преобразующих изменчивость сигнала. Частным случаем же обозначенного на схеме фильтра изменчивости является обычный фильтр ограничения высоких частот. И все же, если фильтр невидим и при этом не воздействует на спектральный состав сигнала, обнаружить его с помощью стандартных методов измерений не так просто. Если стандартные методы не готовы „переварить” музыкальные сигналы, то наш мозг справляется с этой задачей вполне удовлетворительно. Когда вы сравниваете звучание кабелей, то в первую очередь замечаете разницу в ясности передачи деталей, интонационного рисунка и динамики. Области частот, в которых плохо передается изменчивость сигнала, звучат вяло, невыразительно, тихо, а область, в которой изменчивость хорошо слышна, начинает доминировать, хотя на АЧХ кажущийся подъем и не обнаруживается.
О.: Мне кажется, вы снова увлеклись тестированием кабелей. Лучше расскажите, чем же вредна ООС?
А.: Да, пожалуй. Но именно высказанные мною соображения помогут нам разобраться в этом вопросе. Изобразим некий гипотетический усилитель с ООС в форме сигнального графа. У этого усилителя прямая ветвь имеет два пути прохождения сигнала: один имеет мгновенную передачу А, инвертированную по фазе, а другой с передачей В (где |B|<<|A|) задерживает сигнал на время (тау). Обратная связь с передачей (бетта) возвращает сигнал мгновенно. Коэффициент передачи через этот гипотетический усилитель короткого импульса в момент t=0 можно представить соотношением первым. А в момент совпадения t и тау соотношением вторым.
На этом электрические процессы в петле ООС не заканчиваются. Дело в том, что последний отклик через ООС снова возвращается на вход усилителя и вызывает дополнительный отклик в момент 2тау:
Получив дополнительную задержку, сигнал снова попадает на вход усилителя, и так далее. В результате вместо двух откликов на один импульс на выходе усилителя с ООС будем иметь их бесконечное множество с затухающей во времени амплитудой:
Оказывается, что при бесконечном числе обходов петли сигнал достаточно ощутимо размывается во времени. В случае общей петли ООС речь может идти о времени размывания от 100 мс и более, и поэтому наиболее заметным последствием действия на звук общей ООС является ухудшение динамики и ослабление энергичности звучания музыки. Именно теперь можно понять, почему местные ООС лучше ведут себя на звуке, чем общие. Более короткий путь сигнала в петле, как следствие меньшие по величине задержки — в итоге более короткий период размывания сигнала. Однако не стоит обольщаться: ведь и в этом случае сигнал разрушается, причем страдают его наиболее изменчивые участки. Описанные явления усугубляются, когда выше определенной частоты (так называемого доминирующего полюса) петлевое усиление начинает падать с наклоном 6 дБ/окт [5]. Напомню, что частота доминирующего полюса у большинства усилителей с глубокой ООС расположена в диапазоне частот от 2 до 5 кГц, а в операционных усилителях на микросхемах от 50 до 300 Гц.
То, что снижение частоты доминирующего полюса и попадание его в звуковой диапазон плохо сказывается на звуке, впервые заметили Я. Лохстрох и М. Отала (1973), однако они объяснили это явление образованием ТIМ-искажений [6], больше чем на десятилетие введя в заблуждение не только аудиофилов, но и разработчиков усилителей звуковой частоты. На самом деле это явление можно объяснить в свете представлений о размывании сигнала петлей ООС. То, что ООС начинает хуже функционировать, когда петлевое усиление зависит от частоты сигнала, можно представить наглядно, рассмотрев работу нагруженного на реальный громкоговоритель усилителя, выходное сопротивление которого имитируется с помощью ООС.
Если на вход такого усилителя подать вспышку тона (рис. 5а) с частотой заполнения, равной частоте основного резонанса громкоговорителя, то, стремясь воспроизвести ее на выходе, усилитель сформирует в прямом пути петли ООС сигнал (управляющий токами выходных транзисторов), который имеет вид, показанный на рис. 5б. На этом рисунке кружком обведен скачок фазы управляющего сигнала, который возникает в ответ на попытку громкоговорителя продолжить свои колебания на резонансной частоте. Сравнивая рис. 5а и рис. 5б, можно увидеть, что изменчивость управляющего сигнала (внутри петли ООС) должна быть больше, чем у сигнала, действующего на входе усилителя. И все было бы не так плохо, если бы изменчивость сигнала не ограничивалась „невидимыми” фильтрами внутри петли ООС. Однако именно из-за этого ограничения в момент прекращения вспышки тона управляемость усилителя нарушается, а сигнал на его выходе будет зависеть от хранящихся в памяти петли ООС, но уже прошедших ранее сигналов. Эта зона не совсем предсказуемого поведения усилителя обведена кружком на рис. 5в. Отсутствие ясности и чистоты баса — это то, что в итоге имеет владелец усилителя (неважно, лампового или транзисторного), выходное сопротивление которого имитируется с помощью ООС.
О.: Я долго вас слушал и понял, наконец, что вы настоящий объективист. Ведь сначала вы все объясняете и после этого рассказываете, как это должно звучать.
А.: Да, много лет назад мне пришлось наблюдать описанные явления на макете усилителя „Бриг”. Тогда я не смог разобраться, почему окончание вспышки тона в области нуля искажается, однако именно в то время я сделал первый шаг в сторону субъективизма. Я доверился своим ощущениям, когда услышал, как включение параллельно выходу усилителя (и одновременно громкоговорителю) резистора 4 Ом, вопреки господствовавшим тогда представлениям, улучшило звучание баса. Понять, в чем тут дело, мне удалось только 20 лет спустя. В завершении надо остановиться на вопросах, которые, забыл задать Объективист. Есть ли все-таки ощущаемое различие в звучании ламп и транзисторов? Как объяснить, что простенький домашний усилитель на лампах „исправляет” студийную звукозапись, выполненную на транзисторном оборудовании? Вопросы эти, судя по всему, будут долго витать в воздухе и исчерпывающего ответа не получат.
Во-первых, очень трудно поставить чистый эксперимент, в котором без изменений электрической схемы лампу можно было бы заменить на транзистор. Кроме того, лампа лампе рознь (то же самое, наверное, можно сказать о транзисторах). Например, лампы одного типа, полностью совпадающие по конструкции, но изготовленные разными фирмами, звучат неодинаково. Вряд ли вакуум в ГДР хуже, чем в других странах, но именно лампы, изготовленные фирмой „RFT”, звучат почти так же, как транзисторы. Думаю, причина в том, что плохо очищаются от примесей материалы, используемые для изготовления электродов лампы. Пусть скажут, что я фантазирую, но лампы с большим по размеру анодом имеют более привлекательное звучание, чем с маленьким, характер звучания последних более жесткий и визгливый. В этом легко убедиться, заменив в предусилителе лампу ЕСС83 на другую того же типа, но с большим (или меньшим) анодом [7]. Маленький анод лампы — маленький кристалл транзистора: быть может, в этом разгадка феномена? Или причиной является „отравленный” мышьяком или индием кристалл кремния? А p-n-переходы в этом кристалле, надо полагать, тоже что-то значат? Но все это — из области предположений. Достоверных данных о специфике звучания ламп и транзисторов, так же как и объяснений ей, пока нет.
Теперь о „ламповой чистке” транзисторных звукозаписей. Думаю, что здесь имеет место эффект гармонизации тракта „запись — воспроизведение”. Усилитель на лампах с большим анодом довольно часто выделяет и даже „облагораживает” область частот от 400 до 600 Гц, возвращая таким образом слушателю „потерянную” деку скрипки, фундамент певческого голоса и даже насыщенность tutti симфонического оркестра. Налицо гармонизация тракта по тональному балансу. Другая особенность ламповых усилителей — это приятная интегрированность их звучания, благодаря которой происходит как бы очистка транзисторных записей от раздражающих слушателя шероховатостей.
Этот эффект действительно можно иногда наблюдать, но одновременно из записи исчезают тонкие детали и штрихи. С моей точки зрения, выразительность звучания просто заменяется на большую комфортность. Но вполне естественно, что слушатель желает иметь определенный баланс между проработкой тонких деталей и интегрированностью звучания, которую музыканты часто называют „связностью” (coherency). Кстати, при „живом” звучании музыки подобный баланс достигается специально подобранным соотношением прямого звука и реверберации в зале. Однако зачем что-то менять в естественном балансе? Как оказалось, транзисторные записи действительно привносят в воспроизводимую музыку дополнительную жесткость и шероховатость, особенно в верхнем регистре. Причиной, как мы уже показали, являются гармонические и интермодуляционные искажения высших порядков. Немудрено поэтому, что слушатель предпочитает более интегрированный, чем при „живом” исполнении, характер звучания записей.
И все же для рассмотренной нами „чистки” транзисторных звукозаписей совсем не обязательно применять лампы. Из моего личного опыта следует, что похожий эффект может быть получен умелым подбором межблочных и выходных кабелей. Достаточно убедительный результат получается, если использовать провода типа OFC. Однако если в записи отсутствуют динамика, ясность, пространственность и натуральность, то ни лампы, ни кабели уже не помогут. Перечисленные мною признаки хорошего звучания в такой записи, по-видимому, утрачены навсегда.
Заключение
Так существует ли в действительности феномен транзисторного и лампового звучания? Думаю, что на интуитивном уровне можно отдать предпочтение лампе, как вакуумному проводнику, перед имеющим кристаллическую структуру транзистором. Однако, кроме малоубедительных результатов прослушивания, данных, что транзистор при правильном его использовании звучит хуже, чем лампа, нет.
В то же время среди разработчиков „хай-эндовых” усилителей постепенно сформировалось мнение, что дело вовсе не в транзисторах, а в ООС, без которой не обходится ни один усилитель на транзисторах. Стало ясно: ООС разрушает музыкальный сигнал.
Объяснение это пришло, когда выяснилось, что в петле ООС циркулируют запаздывающие копии сигнала. Причиной образования этих копий стали сложные физические явления в проводниках и других используемых в усилителе элементах.
Как это ни парадоксально, вред от ООС в усилителях оказался большим, чем применение в них такого анахронизма, как выходной трансформатор.
Если же усилитель на лампах выполнить в схемотехнике, близкой к транзисторным усилителям (то есть начать применять ООС), то преимущество ламп перед транзисторами будет сведено на нет.
Косвенным подтверждением этого можно считать постепенное исчезновение с аудиорынка сложных ламповых усилителей типа „OTL” (с бестрансформаторным выходом) по цене от 4 до 10 тысяч долларов и одновременное появление на нем простеньких усилителей на триодах с трансформаторным выходом по цене больше 200 тысяч долларов.
Думаю, что, если в транзисторном усилителе удастся когда-нибудь полностью избавиться от ООС, ламповый барьер будет преодолен.
[1] Полевой транзистор может быть поставлен в такой режим, при котором температурный коэффициент будет равен нулю.
[2] Подробно о тепловых искажениях см. статью в журнале „Техника кино и телевидения”, 1987,№ 6, с. 10-17.
[3] Следует говорить даже не о самом проводнике, а о почти невидимых, однако физически существующих структурных барьерах в проводнике, а также о барьерах в месте соединения проводников.
[4] Для специалистов: изменчивость сигнала имеет строгое математическое толкование и означает текущий интеграл модуля второй производной по времени сигнала, просматриваемый через скользящее „временное окно” субъективного восприятия (об этом см.: С.Мэзон, Г. Циммерман. Электронные цепи сигнала и системы. М., 1963, с. 246-250 и др.)
[5] Плавное (с наклоном 6 дБ/окт) ослабление петлевого усиления на высоких частотах необходимо для того, чтобы обеспечить устойчивую работу усилителя с ООС.
[6] ТIМ (Transient Intermodulation distortion) возникают в результате „жесткого” ограничения скорости изменения сигнала на участке прямой ветви ООС до звена, формирующего в ней доминирующий полюс. Музыкальные сигналы, скорость которых так велика, что может оказаться ограниченной в стандартном усилителе с ООС, в природе не существуют.
[7] Двойной триод ЕСС83 производится в трех вариантах конструкции, с высотой анода 11, 14 и 16мм. А. Лихницкий. АМ № 1 / 1996.
Браво, господин Лихницкий. Очень квалифицированно и весьма детально. И суждения довольно осторожные, причём чаще всего нейтральные. Однако такие понятия как «звучит» к конкретным лампам я бы применять не стал. Кроме того, некоторые выводы считаю не очевидными, особенно в отношении ООС. Быстрое электричество, очень быстрое. Говорят, что со скоростью света перемещаются сигналы, что весьма существенно, особенно на короткой дистанции. Поэтому качания, расщепление и дубликаты сигналов внутри ООС крайне малозначны и исключительно быстротечны. Вряд ли короткую связь рационально рассматривать с применением волновых понятий из теории длинных линий. По материалам из сети статью подготовил
Евгений Бортник, Красноярск, Россия, июнь 2016
Основные отличия лампового и транзисторного гитарных усилителях
Транзисторный гитарный усилитель относительно дешев в изготовлении, он легкий, а благодаря низкому выходному сопротивлению он просто стыкуется с любым низкоомным динамиком. Радиодетали, из которых он изготовлен не требуют периодической замены, не страшен транзисторному гитарному усилителю и «микрофонный эффект» (нежелательное явление, при котором некоторая часть электрической цепи воспринимает звуковые колебания и вибрацию подобно микрофону). Кроме того, в транзисторные гитарные комбики, часто встраивают выход на наушники, благодаря чему можно играть на гитаре никому не мешая в первом часу ночи.
Ламповый гитарный усилитель в отличае от транзисторного имеет выходное сопротивление до нескольких десятков Ом, по этому на звук влияют и количество, и качество ламп выходного каскада, и качество выходного (согласующего) трансформатора (стоимость одного только выходного трансформатора может быть соизмерима с ценой среднего транзисторного усилителя). Кроме того в отличии от транзисторного усилителя ламповый агрегат ремонто-пригоден даже в полевых условиях (транзисторный же усилитель если и возможно починить то необходимы дополнительные приборы и инструменты). Но главное это звук который выдает ламповый гитарный усилитель, вообще звук лампового гитарного усилителя лучше один раз услышать чем десять раз прочитать его описание. Отмечу что 99 процентов гитарной музыки записано благодаря ламповым гитарным усилителям.
Испытание работы УНЧ
На испытаниях работала динамическая головка 400 Ватт с двойной катушкой по 2 Ома.
Далее тестовый прямоугольный сигнал на осциллографе, схема нагружена динамиком 4 Ом. Пиковое значение 70 вольт.
Осциллограмма 1 кГц
Осциллограмма 20 кГц
Осциллограмма 100 кГц
Осциллограмма 200 кГц
Измерения были проведены без входного фильтра, без какого-либо уменьшения и завалов АЧХ достигает 250 кГц.
И немного о фирмах производящих гитарные усилители
Fender
Старейшая и одна из самых уважаемых фирм – производителей гитарных усилителей зародилась в конце сороковых в Северной Америке, начала массовый выпуск гитарных усилителей имени себя в 1947 году. Примечательно что первые образцы усилителей фендер были копиями радиоаппаратуры компании Western Electric. Первоначально на усилителях фендер играли абсолютно все (других гитарных усилителей просто не было). До сих пор чистый звук электрогитары принято сравнивать с Fender Twin Reverb.
Marshall
Основатели британского саунда и мастодонты рокового звука (с этим логотипом знакомы даже те, кто не знает что такое гитарный усилитель вообще). По легенде Джим Маршалл (основатель одноименной компании) копировал схемы усилителей от фендера, но однажды толи допустил ошибку, то ли нарочно изменил схему, в итоге появились самобытные и достаточно узнаваемые ламповые гитарные усилители. Первый серийный Marshall усилитель JTM45 — был копией Fender Bassman ’59 56F-A.
Такой в частности любил знаменитый виртуоз левша Джимми Хендрикс.
VOX
Британская зародилась в 50-х годах в Британии, их усилители VOX AC 30 и AC15 полюбились не одному поколению рок звезд. Аббревиатура «AC» обозначала, что он работает только от сети переменного тока (Alternating Current) — это было на тот момент революционной идеей.
Mesa/Boogie
Изначально американец Рэндалл Смит занимался доработкой гитарных комбоусилителей фендер. Первый комбо был выпущен в корпусе от Fender Princeton, Смит заменил штатный динамик на динамик побольше, доработал шасси и установил выходной трансформатор от Fender Bassman. Тестировал Смит свой усилитель в местном магазине, в которм по стечению обстоятельств оказался Карлос Сантана которому принадлежит высказывание «Man, that little thing really boogies!» в адрес усилителя Рэндалла. Вопрос с названием был решен). Первый серийный усилитель компания выпускала в 1971 году Snakeskin Mesa 450. Настоящим же прорывом для компании стал случайно открытый эффект тяжелого перегруза усилителя, в результате доработки схемы предусилителя. На основе новой схемы был сделан комбо Mark I.
Следует отметить, что на сегодняшний день фирм производящих гитарные усилители очень много. Но в основе всего лежат разработанные в 50-70 классические схемы, весь секрет тех самых легендарных усилителей кроется именно в том что первые образцы гитарных усилителей и комбо собирались энтузиастами полностью в ручную, в каждый свой шедевр мастер вкладывал частичку себя. Именно этому особо придирчивые ценители гитарного звука стараются заиметь в свой арсенал именно оригинальные (пусть даже лохматых годов) усилители, а не современный ширпотреб и переиздания легендарных усилителей выпущенных в наше время в азиатском регионе.
Компромиссным вариантом на сегодняшний день считаются гибридные гитарные усилители и комбо. Гибридный гитарный усилитель обычно в блоке предусилителя имеет одну или две радиолампы, а блок усилителя мощности строится на транзисторах и микросхемах. Данный тип усилителя – это очередная уловка маркетологов в погоне за покупателями. Звук таких усилителей объективно (по ряду чисто технических причин) хуже чем у ламповых усилителей, зато производитель крупными буквами пишет чтото типа «патентованная технология, истинно ламповое звучание», сами гитаристы шутят про такие приборы: «лампа в нем для подсветки». Нужно уяснить что любая действительно крутая вещь стоит немалых денег, хотя конечно можно тешить себя надеждами что «лампочка» в преампе решает.
