Звучання лампових підсилювачів, Сабвуфер своїми руками

Чому ж лампові підсилювачі звучать не так, як транзисторні? Притаманне однотактним ламповим підсилювачам велике значення другої гармоніки у вихідному спектрі синусоїдального сигналу не може вважатися ні критерієм, ні умовою вірності відтворення і природності звучання.

Підсилювач із ламповим звучанням

Друга і третя гармоніки просто мало помітні, оскільки:

подвоєння частоти відповідає підвищенню тону на октаву;
збільшення частоти втричі — переходу до музичного інтервалу, що називається квінтою, лише у наступній октаві.

Ці гармоніки просто не викликають дискомфорту та роздратування під час прослуховування музики. При елементарних музичних п'єсах на кшталт сольного виконання на фортепіано, вокалу чи вокального дуету ці гармоніки можуть навіть прикрашати, збагачувати звучання інструменту чи голосу. Але наявність будь-яких, навіть милозвучних на перший погляд (слух), але все-таки спотворень, не може розглядатися як мета чи умова високоякісного звуковідтворення.

Тоді такими доведеться вважати всі електронні хитрощі щодо доведення та підтяжки голосів солістів! Багато аудіофілів звертають увагу на виражену відмінність залежно від рівня нелінійних спотворень від вихідної потужності. Коефіцієнт гармонік лампового підсилювача лінійно знижується із зменшенням потужності, а транзисторного, навпаки, зростає. На рис. 2.13 при потужності 0,01 Вт ламповий підсилювач має значення загального КНД близько 0,1 % — близько до значення КНД для цієї потужності транзисторного підсилювача з «номінальною» потужністю 60 Вт і КНД = 0,0038 %.

Зауважимо, що чутливість вуха до присутності гармонійних спотворень зростає ззниженням потужності. Це з тим, що вухо при низьких рівнях звуку саме виробляє нижчий рівень гармонік (див. рис. 1.2). Ця динамічна особливість нашого сприйняття музики спричинила твердження, що дуже важливим для оцінки якості підсилювача є його здатність достовірно передавати «перший ват» звукової потужності.

І тут до транзисторних підсилювачів виникає багато питань, при відповіді на які вони програють ламповим. Повернемося до характеристик транзисторного підсилювача Krell 400 (вартість понад 3000 дол.), спектр спотворень якого представлений раніше на рис. 2.3, г, д. Видно багаторазове зростання з спотворень при потужності 6,5 Вт порівняно з потужністю 100 Вт. Підсилювач, проте, за специфікацією виробника має потужність 300 Вт. Під час випробувань у лабораторії журналу «Stereofile» цей підсилювач не витримав 15-хвилинної роботи з вихідною потужністю 67 Вт, тобто менше 25 % від заявленої номінальної потужності.

Таким чином, виходить, що 300-ватний показник вказує лише на здатність передачі короткочасних рівнів сигналу, що ніяк не можна розглядати як номінальну потужність. Справжня номінальна потужність не 300 і навіть не 60 Вт, а значно нижче. Але зі зниженням потужності цей підсилювач дає неприпустимі для якісної техніки спотворення! Таким чином, транзисторні підсилювачі, що не задовольняють критерію Чівера (див. стор. 31) при номінальній потужності, зі зниженням потужності ще більшою мірою відступають від цього критерію.

Треба розуміти, що і велике значення другої гармоніки, і високий вихідний опір, і «короткий» спектр гармонік, і «м'яке» обмеження зі зростанням потужності є наслідком відсутності в хороших підсилювачах лампи глибокої загальної негативної зворотної.зв'язку. Загальний негативний зворотний зв'язок зменшує коефіцієнт гармонік вихідного підсилювача, але призводить до виникнення вищих гармонік, які були відсутні у вихідному підсилювачі. Це добре встановлений факт, розширення спектру гармонік в підсилювачі зі зворотним зв'язком докладніше буде обговорюватися в наступному розділі.

І, нарешті, як вже згадувалося на початку цього розділу, загальний негативний зворотний зв'язок ускладнює перебіг перехідних процесів як у самому підсилювачі, всередині петлі зворотного зв'язку, так і при роботі підсилювача на комплексне навантаження, яким є реальна акустична система. До позитивних ефектів слід віднести зниження вихідного опору підсилювача, що сприяє чіткості при відтворенні найнижчого частотного діапазону.

Збільшення номінальної потужності, що здається, за рахунок утримання низького коефіцієнта гармонік аж до початку жорсткого обмеження, як показано на рис. 2.13 (права частина), слід визнати «відволікаючим», якщо не сказати обманним, прийомом електроінженерів стосовно слухачів. Адже утримання низького значення коефіцієнта нелінійних спотворень за рахунок глибокого зворотного зв'язку не підвищує реальну гучність відтворення під час прослуховування музики. У цьому сенсі і це вже давно зрозуміли експерти численних аудіожурналів, номінальну в електротехнічному сенсі потужність (68 Вт для підсилювача в правій частині рис. 2.13) слід вважати максимальною музичною потужністю.

Підбиваючи підсумки порівняння хорошого лампового і хорошого транзисторного підсилювача, можна дійти невтішного висновку, що й корінне, важлива відмінність полягає у відсутності у хороших лампових підсилювачів глибокої загальної негативної зворотний зв'язок. Її наявність у транзисторних підсилювачів, на жаль, хоч і дозволяє отримати більшепривабливі технічні характеристики (низький загальний коефіцієнт нелінійних спотворень, низький вихідний опір), що кардинально змінює в гірший бік характер звучання внаслідок розширення спектру гармонічних спотворень, погіршення перехідної характеристики, особливо при роботі на комплексне навантаження. Власне, аудіопідсилювач завжди працює на комплексне навантаження, а з активним навантаженням можна лише визначити його електричні параметри.

Саме у відмові від застосування у вихідних каскадах підсилювача глибокого загального негативного зворотного зв'язку і слід шукати шлях наближення звучання транзисторних підсилювачів до лампових.

Звичайно, можна у вихідному каскаді застосувати дешевші лампи. Лампи 6ПЗС або EL34 дозволяють отримати в класі А вихідну потужність до 4 або 6 Вт, відповідно, а коштують у кілька разів дешевше, ніж 300В або КТ88, що вже згадувалися. Можна також замінити узгоджуючий трансформатор конденсатором (не у кожного знайдеться 100 доларів для придбання паперово-масляних конденсаторів з мідною або срібною фольгою Solen або Jensen, але старі радянські слюдяні КС, фторопластові ФТ, а також К40у, К73 звучать дуже добре не так вже й дороги) або використовувати схему Лофтіна-Уайта, яка не містить ні роздільного конденсатора, ні трансформатора між каскадами.

Тоді найдорожчим елементом, що визначає вартість підсилювача, залишиться лише вихідний трансформатор. Можна, в принципі, виготовити вихідні трансформатори самостійно, проте навчитися цього досить складно. Саме відсутність необхідного досвіду та знань для самостійного виготовлення лампових аудіотрансформаторів та їх висока вартість на ринку не дозволяє багатьом радіоаматорам вступити до лав."Лампових аудіофілів".

У наступному розділі буде обґрунтовано концепцію побудови високоякісних підсилювачів для звуковідтворення шляхом лампово-транзисторного «консенсусу» з використанням принципів побудови кращих лампових підсилювачів, але з меншою вартістю компонентів, часто з більш високою ефективністю (ККД), меншою масою за рахунок заміни вихідного лампового каскаду трансформатором безтрансформаторним транзисторним підсилювачем струму. Потім у наступних розділах будуть описані конкретні схемотехнічні рішення та практичні конструкції таких підсилювачів.