Почему ламповый усилитель играет лучше транзисторного?

 

Неоспоримый в принципе факт: Ламповые усилители и вообще все ламповое играет лучше транзисторного…

Эпитеты «теплый, уютный, ламповый…» относятся только к ламповым конструкциям, а лучшая похвала для транзисторного усилителя из уст продвинутых меломанов такая - «он звучит как ламповый аппарат…»

Вопрос возникает совершенно честный и оправданный – а почему, собственно транзисторные усилители должны звучать хуже ламповых? Ведь прогресс не стоит на месте, в руках у людей айфоны шестой модели, на руках умные часы, все это собрано на полупроводниковых чипах и прекрасно работает и т.д. Неужели прогресс не может то же самое сделать со звуком??? По какой такой причине у всей электронной индустрии не получается добиться от транзисторов такого же натурального звучания, как от почти столетних ламп? И так ли это на самом деле, как утверждают многочисленные спецы от звука говоря, что лампы играют лучше… Может они ошибаются и есть транзисторные усилители, которые лучше ламповых ???

Вопросов у человека, который любит музыку возникает масса, особенно у того, кто хоть немного технически подкован.

Я занимаюсь усилителями почти 30 лет, конечно не так, чтобы ежедневно паять и слушать разницу в их звучании, как многие продвинутые электронщики и «ламповики»… По роду деятельности и хобби приходится постоянно с такими людьми общаться, плюс много лет всевозможных экспериментов со звуком и сборки комплектов для воспроизведения музыки для совершенно разных "ушей" дают довольно интересные соображения и выводы.

Причин, по которым ламповый усилитель играет лучше транзисторного несколько:

 

Количество каскадов

 

В ламповом усилителе намного меньше каскадов (последовательно включенных звеньев) чем в транзисторном. В ламповом усилителе независимо от его архитектуры (бывают однотактные, двухтактные, мостовые конфигурации) как правило от 2-х до 4-х каскадов. Это значит, что линейный сигнал с CD проигрывателя или другого источника звука со стандартным напряжением 0,25 – 0,75 вольта усиливается по току и напряжению для достижения выходной мощности 10 – 100 Ватт всего 2 – 4 мя усилительными звеньями. В транзисторных усилителях такого практически никогда не бывает, количество каскадов усиления составляет от 10 до 20 звеньев…

На вопрос почему у транзисторного усилителя 20 каскадов, а у лампового с такой же выходной мощностью всего три я отвечу в подзаголовке «Количество и качество элементов в конструкции». Но в звукотехнике есть неоспоримый факт: количество каскадов транзисторного и лампового усилителя с примерно одинаковыми параметрами различается в 4 – 8 раз.

(На звучание влияние оказывает практически каждый элемент, который находится на пути звукового сигнала. В транзисторных усилителях в цепочке сигнала оказываются сотни элементов и эти «сотни» вносят свою лепту в звучание, тогда как у ламповых усилителей этих элементов на порядок меньше).

 

Температурный режим

 

Лампы изначально – высокотемпературные элементы, в них разогретый до тысяч градусов катод испускает электроны, которые летят к аноду через управляющую сетку. Лампы стабильно нагреты и не подвержены внешним колебаниям температуры, то есть они как бы находятся все время в одном высокотемпературном режиме. Плюс электроны в лампах испускаются металлическим катодом и летят либо к металлическому, либо к графитовому (угольному) аноду через металлическую (иногда – позолоченную) сетку.

Транзисторы в отличие от ламп работать при высоких температурах не могут. Размер кристалла транзистора очень мал по сравнению с размерами катода и анода лампы, и на этом кристалле должна выделяться примерно такая же мощность (при сравнимой выходной мощности лампового и транзисторного аппарата). Так как звуковой сигнал имеет импульсную природу, то за короткое время, когда нарастает импульс происходит мгновенный разогрев миниатюрного полупроводникового кристалла транзистора до высокой температуры. Эту температуру он просто физически не может отдать радиатору быстро из-за эффекта «тепловой инерции». Радиаторы охлаждения мощных транзисторных усилителей имеют большие размеры и массу, и за длительное время они обеспечивают охлаждение транзисторов до рабочих температур (максимум 50 - 60 градусов), но с мгновенным разогревом кристалла справиться не могут. Из-за локального и быстрого разогрева кристалла, параметры транзистора «плывут». Для приведения параметров «поплывшего» транзистора к норме включается обратная связь, которая - как и радиаторы имеет определенную инерцию. Обратная связь не успевает за быстрым импульсным сигналом и в первый момент просто отключена, каскад входит в ограничение и в эти милисекунды выдает сигнал максимально искаженным.

 

Соотношение тока и напряжения

 

Транзисторы в отличие от ламп изначально - низковольтные элементы и они в большинстве своем не выдерживают высоких напряжений. Происходит это из-за того, что расстояние между электродами транзистора в сотни раз меньше чем расстояние между катодом и анодом лампы. Из-за этого допустимое рабочее напряжение транзисторов намного меньше чем у лампы и как следствие – транзисторные схемы строятся с применением низковольтных источников питания. Например, 20-ти ваттный ламповый усилитель имеет источник питания и рабочее (анодное) напряжение 300 Вольт, а транзисторный с такой же выходной мощностью 30 вольт. По закону сохранения энергии в ламповом усилителе протекает ток ровно в 10 раз меньше чем в транзисторном.

Что это дает?

Все элементы, которые участвуют в усилении сигнала лампового усилителя намного меньше нагружены током, чем элементы транзисторного, а значит площадь проводников лампового усилителя может быть намного меньше чем у транзисторного, емкость конденсаторов тоже на порядок меньше и т.д.

Кстати, именно из-за больших токов в транзисторном усилителе и малом рабочем напряжении питания его каскадов - массово применяются электролитические конденсаторы. А электролитические конденсаторы «электролиты» какими бы они не были качественными, от природы являются элементами нелинейными. В ламповых усилителях на пути сигнала электролитические конденсаторы практически не применяются, а в транзисторных они ставятся повсеместно. Емкость электролитических конденсаторов в транзисторном усилителе в сотни раз больше, чем в аналогичном по параметрам ламповом. Есть прямая закономерность, чем выше емкость электролитического конденсатора, там более заметный вклад звук (деградацию) он вносит.

Аудиофилами было замечено довольно интересное свойство у ламповых аппаратов – усилители звучат явно лучше если они работают с небольшими токами и высоким напряжением. Существуют специальные лампы, которые предназначены для работы при относительно небольшом анодном напряжении и большом токе, на пример: 6с-33с или 6-18с. Так вот, лампы такого типа хоть и применяются в отдельных моделях ламповых усилителей, но большого распространения не получили. Они так-же как и транзисторные требуют большого тока от источника питания и больших номиналов электролитических конденсаторов, в результате получаются неким гибридом между транзисторными и ламповыми агрегатами. Применяются такие лампы в основном для построения бестрансформаторных ламповых усилителей. Но фирмы ставя на отсутствие выходного трансформатора как основную цель получают кучу других проблем.

 

Обратная связь

 

Обратная связь (отрицательная) предназначена для коррекции нелинейности усилителей и получение от них объективно более высоких характеристик. То есть усилитель с обратной связью имеет шире полосу частот и меньшие нелинейные искажения, чем без оной. Но обратная связь улучшая объективные параметры усилителя имеет свои подводные камни. Она, как правило охватывает весь усилитель целиком, и корректирует его нелинейность тоже целиком, а искажения в каждом каскаде возникают сугубо свои и нелинеен каждый каскад по своему… Плюс отрицательная обратная связь имеет время реакции, которое тем длительнее, чем больше количество каскадов в усилителе. На быстрых пиках сигнала обратная связь не успевает срабатывать, что приводит к микросекундному входу усилителя в ограничение сигнала со 100% искажениями «клиппинг» которое в обычном режиме никак не проявляется, возникают так называемые «динамические искажения».

Из-за того, что транзисторные усилители изначально более нелинейны, чем ламповые и имеют по сравнении с ними большее количество каскадов, глубина обратной связи в них намного выше, чем в ламповых. Для транзисторного усилителя нормальной считается глубина обратной связи в 60 дБ, в то время как в ламповом она обычно не превышает 15 – 20 дБ. Чем больше глубина обратной связи, тем выше вмешательство в работу усилителя и тем больше уровень коррекции его первичной нелинейности. Аудиофилы довольно часто отключают обратную связь в своих ламповых аппаратах или делают ее минимальной. Да, при этом повышаются нелинейные искажения, сужается полоса частот и появляются высокие требования к качеству практически каждого элемента, входящего в ламповый усилитель. Но звук без обратной связи становится быстрым, атмосферным и воздушно легким. В транзисторном же аппарате отключить обратную связь практически невозможно, так как усилитель без нее не будет работать.

 

Количество и качество элементов в конструкции

 

Ламповый усилитель обычно собран из десятков элементов: ламп, резисторов, конденсаторов, и т.д. транзисторный же из сотен и тысяч. Здесь все просто – чем меньше элементов находятся на пути сигнала, тем меньшее они оказывают на этот сигнал влияние. Ламповые фирмы собирают усилители максимально тщательно подходя к подбору каждого входящего в него элемента. И этот подбор осуществляется не только и не столько по номиналам, а по влиянию этих элементов на звук. Например - в ламповые усилители стараются ставить углеродистые резисторы, так как они играют откровенно лучше металлокерамических, и металлоокисных хоть у них больше габариты, они подвержены температурной нестабильности и менее надежны.

В ламповых конструкциях повсеместно применяются бумажные и металлобумажные конденсаторы которые играют априори лучше электролитических, сотнями устанавливаемых в транзисторных аппаратах. В транзисторные усилители поставить бумажные конденсаторы просто невозможно, так как для них нужны номиналы конденсаторов в 10 – 1000 микрофарад. Электролитический конденсатор емкостью 100 микрофарад в транзисторном усилителе имеет размер фильтра от сигареты, а бумажный такого же номинала выглядит как пол литровая банка пива. И в транзисторный усилитель таких конденсаторов нужно 50 – 100 штук. Представьте теперь габариты и стоимость транзисторного усилителя с такими конденсаторами. В ламповый же усилитель из-за высокого напряжения питания и малого тока, достаточно поставить 1 – 2 таких конденсатора. В каскадах лампового усилителя протекают сверх малые (по сравнению с транзисторами) токи и для них требуются конденсаторы, имеющие в десятки раз меньшую емкость. Бумажные или пленочные конденсаторы, которые повсеместно устанавливаются в ламповых усилителях, как и лампы – элементы высоковольтные имеющие по сравнению с электролитическими того же размера - малую емкость. Они как бы созданы друг для друга.

Про разницу ламп и транзисторов как усилительных элементов. Здесь преимущества ламп не столь очевидны, скорее транзисторы как усилительные элементы работают не хуже, а даже лучше ламп. Они более надежны, у них выше КПД, они не разогреваются для опасных для людей температур. Но к звуку это имеет весьма посредственное отношение. На пути электронов в лампе встречаются только линейные материалы, это металл катода, сетки и анода. Анод иногда делают из графита, что - помня о том, что углеродистые (графитовые) резисторы играют лучше керамических и металлоокисных, дает вывод, что графитовый анод не хуже металлического. В транзисторах изначально применяют материал, который называется полупроводником: это редкоземельный германий, кремний или арсенид галлия. Полупроводник - это не металл, и этот комбинированный материал стоит на пути электронов, выходящих из эмиттера (катода) и направляющихся к коллектору (аноду). Полупроводник вносит в сигнал специфические, присущие только ему искажения, получившие жаргонное прозвище «транзисторными».

Многие радиолюбители делали эксперимент, строили практически одинаковые по архитектуре каскады, на транзисторе и лампе и сравнивали их звучание. Я ни от кого ни разу не слышал, чтобы транзисторный каскад звучал лучше.

 

Итог

 

Огромное количество фирм выпускает транзисторные и ламповые усилители. У транзисторных есть неоспоримое преимущество - они предельно надежны, повторяемы и менее материалозатратны на единицу выдаваемой колонкам мощности, а значит более выгодны в производстве. В основном из-за этих соображений мы видим засилье транзисторных усилителей в продаже и агрессивную рекламу по их продвижению. С ламповыми аппаратами сложнее - они имеют довольно специфический внешний вид, требуют аккуратного обращения и периодической (раз в 3 - 5 лет) замены ламп. Плюс работает всеобщее людское предубеждение против всего того, что было придумано и произведено в середине прошлого века. Но есть и факты: В самых лучших микрофонах студий звукозаписи уже более 50 лет применяются ламповые усилители, и 99 % продвинутых аудиофилов мира имеют в своих системах ламповые тракты. Особенно если в их системе присутствует проигрыватель виниловых дисков.

 

Опубликовано:
aovox
Почему ламповый усилитель звучит лучше
Почему ламповый усилитель звучит лучше

Создано:

Автор

Разработка сайта webtraktor