Hi-Fi БАЗАР

banner myhifi ads

Анкета
Давате ли пари за музика?
Давате ли пари за музика?
Трябва да изберете поне един отговор!

Дебатът "лампи срещу транзистори" - какво мислят учените

myhifi.org tubes vs transistors

 

 

От http://www.theaudioarchive.com

Превод: В.Турмаков, Ю.Александров

 

Дебатът „лампи срещу транзистори”, който често срещате на страниците на изданията за техника и музика, се появява с описателните, но непрецизни понятия като „топъл”, "плавен”, „гладък” или „динамичен”.

Но какво мислят инженерите, които всъщност проектират техниката, за този дебат от позицията на обективната наука и измервания?

Две професионални организации, които могат да кажат нещо за това са IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) и AES (Audio Engineering Society). Двете организации издават специализирани издания със статии, написани от инженери и учени, които работят в аудио индустрията за професионална и битова електроника, както и в областта на най-напредничавите академични проучвания. Ако търсите балансиран поглед върху този дебат, насочете се към някоя от тези две организации. По-надолу показваме някои публикации на IEEE и AES, които ще ви помогнат да разберете по-добре разликите между транзисторната и лампова електроника, тяхната работа и най-вече техния звук.

 

IEEE – „Готиният звук на лампите”

 

IEEE публикуваха “The Cool Sound of Tubes” в августовския брой от 1998 г. на техния IEEE Spectrum. В тази статия има полезно отклонение по въпроса за  изкривяванията при лампите и транзисторите. В края има полезно обобщение на предимствата и недостатъците на лампите и транзисторите от гледна точка на звука и конструкцията. По-надолу даваме текста от обобщението, подчертавайки някои от ключовите моменти, които се отнасят директно до качеството на звука:

„Лампи - предимства:

 

Много линейни без отрицателна обратна връзка, особено някои слабосигнални типове;

Клипването е по-меко, което ги прави по-музикални от транзисторите;

Толерантни към претоварвания и пикове в напрежението;

Работните им характеристики са независими от температурата, което опростява постигането на работен режим;

По-голям динамичен диапазон в сравнение с типично транзисторно стъпало поради по-високите работни напрежения;

Вътрешните капацитети на лампата варират съвсем леко с амплитудата на сигнала;

Капацитивно куплиране между стъпалата може да се извърши с помощта на малка стойност висококачествени неполярни кондензатори;

Схемите обикновено са по-прости от полупроводниковите еквиваленти;

Работят обикновено в клас А или АВ, което минимизира кросоувър (стъпаловидните) изкривявания, характерни за "транзисторния" клас В;

Изходните трансформатори в крайните усилватели предпазват говорителите от проблеми с лампите;

Поддръжката обикновено е по-лесна, защото потребителят сам може да подмени лампите.

 

Лампи - недостатъци:

 

Големи са, следователно не са подходящи за портативни изделия;

Изискват опасно високо анодно напрежение;

Нуждаят се от отопление с голяма консумация на ток;

Генерират много излишна топлина;

По-ниска мощностна ефективност в слабосигнални схеми в сравнение с транзистори;

Лампите са чупливи;

По-податливи са на микрофония в сравнение с полупроводниците, особено малосигналните стръмни триоди;

Катодните покрития, емитиращи електрони, се изхабяват при работа, което води до по-къс живот (обикновено от 1  до 5 години при по-мощните лампи);

Устройствата са с висок изходен импеданс, което налага нуждата от съгласуващи трансформатори за товари с нисък импеданс, каквито са говорителите;

Лампите обикновено по-висока цена от еквивалентните транзистори.

 

Транзистори – предимства:

 

Обикновено по-евтини от лампите, особено в слабосигнални схеми;

По-малки от еквивалентните лампи;

Могат да бъдат комбинирани на една полупроводникова подложка, за да се направи интегрална схема;

По-малка консумация на ток, отколкото еквивалентните лампи, особено в слабосигнални схеми;

Отделят по-малко топлина от еквивалентните лампи;

Могат да работят в уреди с ниско напрежение, по-голяма сигурност, по-ниска цена на компонентите, побират се в по-малко пространство;

Не се изискват съгласуващи трансформатори за товари с нисък импеданс;

Обикновено имат по-голяма физическа (и механична)  здравина (в зависимост от конструкцията на шасито).

 

Транзистори – недостатъци:

 

Тенденция към по-големи изкривявания от еквивалентните лампи;

За постигане на ниски изкривявания се изискват сложни схеми и значителна отрицателна обратна връзка;

Острота при клипване, която се смята за „немузикална”, която е резултат от дълбоката отрицателна обратна връзка;

Вътрешните капацитетите на транзистора са зависими от приложените напрежения;

Големи вариации при ключови параметри като усилване по напрежение и прагови напрежения между 2 еднакви уреда;

Високите капацитети при полупроводниците водят до забавяне на сигнала, влошават високочестотните характеристики и тези на обратните връзки на усилвателя;

Параметрите на уреда варират значително с температурата, затруднява се постигането на стабилен работен режим и съществува риск от прегряване;

Охлаждането е по-неефективно отколкото при лампите, защото се изисква по-ниска работна температура за надеждна работа;

Мощните MOSFET транзистори  имат висок входен капацитет, който варира с напрежението;

Клас B стъпалата са често срещани, което води до кросоувър (стъпаловидни) изкривявания;

По-малко толерантни към претоварвания и пикове в напрежението, отколкото лампите;

Почти всички транзисторни усилватели имат директно куплирани изходи и могат да повредят колоните при пробив на право напрежение дори при използване на активна защита;

Капацитивното куплиране между стъпалата обикновено изисква висока стойност електролитни кондензатори, които се представят честотно по-зле в двата края на аудио обхвата;

Повишена тенденция да приемат радиочестотни интерференции поради висок slew-rate (скоростта на нарастване на сигналното напрежение) , както и от генерирани паразитни смущения от диодните преходи при изправителите;

По-трудна поддръжка, частите са трудни за подмяна от потребителя;

По-стари типове транзистори и интегрални схеми често не могат да се намерят след 20-ина години, правейки подмяната трудна или невъзможна.".

 

AES – „Лампи срещу транзистори: Има ли чуваема разлика”

 

През май 1973 г. AES (Audio Engineering Society) публикува статия, озаглавена „Tubes vs. Transistors: Is there an audible difference?”, която фокусира главно върху изкривяванята на лампите и транзисторите.

Един от по-интересните цитати от статията на AES:

Нашите обширни изследвания показаха само две области, където ламповата схемотехника се различава чуваемо по отношение на качеството на звука: микрофонните предусилватели и крайните усилватели, захранващи тонколони или машини за нарязване на винилови плочи: и при двете приложения има електромеханична интерференция (акустична обратна връзка).

Освен колони, машини за плочи и микрофони можем да включим в списъка и грамофонни дози, усилватели за музикални инструменти (напр. китари) към групата на електромеханичните интерференции, където лампите имат предимство.”.

По-нетърпеливите читатели могат да прескочат до секцията, озаглавена „Характеристики на изкривяванията на предусилвателите”, тъй като тази секция покрива по-важните аспекти на звука, в който се различават лампите и транзисторите.

Тази статия на AES разбива мита, че лампите се претоварват по-малко от транзисторите. Това заключение е достигнато чрез сравнение на графиките на изкривяванията (THD) на силициеви транзистори, пентоди и триоди. Откритието е, че има малки вариации в това как транзисторите и лампите реагират на претоварване. Но все пак има разлики и по-специално:

Претоварването на операционен усилвател предизвиква толкова стръмно нарастване на хармониците, че те стават доловими в рамките на 4dB.  Дискретен танзистор увеличава тази област на претоварване до около 10dB, а лампите я разширяват до 20dB и повече.”.

 

И още от тестовете, проведени за статията на AES:

 

"По-задълбоченото прослушване разкри, че усилвателите се различават осезателно в качеството на звука само в зоната на начално претоварване. Веднъж навлезли дълбоко в зоната на изкривявания, те всички звучат подобно. В нормалното им състояние, без претоварване, всичките три усилвателя (транзисторен, хибриден операционен усилвател и лампов усилвател с триоди) звучат много чисто.”.

 

И:

„Инженерните изследвания показват, че всеки усилвател прибавя изкривявания в момента, в който достигне точката на претоварване. Тестовете показват, че всички усилватели могат да бъдат претоварени до определена степен без изкривяването да стане забележимо. Може да се заключи, че тези недоловими хармоници в условията на ранно претоварване може би предизвикват разликите в оцветяването на звука между лампи и транзистори.”.

 

След това статията отива по-надълбоко във възприемането на „звука” на хармониците от относителното изкривяване на лампи и транзистори. Открито е, че „има тясна връзка между изкривяването от електрониката и оцветяването на музикалния тон, което е и истинският ключ към това защо лампите и транзисторите звучат различно.".

По-нататъчното четене обяснява в детайли ефектите, които имат хармониците върху оцветяването на звука:

Основните характеристики на оцветяването на един инструмент се определят от силата на първите няколко хармоника... Нечетните хармоници (трети и пети) произвеждат "бързо затихващ” или „мътен” звук. Четните хармоници (втори, четвърти и шести) произвеждат „обогатени” или „звънтящи” звуци. Вторият и третият хармоник са най-важни от гледна точка на електронните изкривявания, показани в предишната секция. Музикално вторият хармоник е една октава над фундаменталната честота и е почти недоловим, същевременно прибавя плътност към звука. Третият кармоник е квинта или музикално е двадесети тон. Той произвежда звук, който много музикалнти определят като „заглушен”. Вместо да направи тона по-плътен, силен трети хармоник всъщност дава на звука метално звучене, което действа дразнещо с увеличаване на амплитудата. Силен втори със силен трети хармоник имат тенденцията на „отварят” ефекта на „заглушаване”. Прибавянето на четвърти хармоник към това придава на звука характер на „отворен рупор.”

„По-високите хармоници, над седми, дават на тона острота, която подсилва фундаменталната честота, давайки на звука чувството за бърза атака. Много от по-високите хармоници може да са несвързани с музиката пукания, например седмият, деветият и единайсетият. Следователно твърде много острота може да придаде дрезгаво дисонантен характер на музиката. Понеже ухото е много чувствително към острите хармоници, контролирането на тяхната амплитуда е от първостепенно значение.”.

 

Последната секция „Взаимодействие на фактори и открития” свръзва всичко заедно. Финалният абзац обобщава най-добре:

Ламповите усилватели се различават от транзисторните и операционните усилватели, защото могат да се ползват в зоната на претоварване без да прибавят доловими изкривявания. Комбинацията от бавно нарастване на пиковете ("мек" клипинг) и отворената хармонична структура при претоварване (активира се цяла група от четни или нечетни хармоници), образуват почти идеален компресор при запис на звук. С 15-20dB "сигурна” област на претоварване (гарантираният обхват, който се оставя чрез лимитер при запис на жив звук с голям динамичен диапазон - напр. вокал, китара или оркестър), електрическият изход на ламповия усилвател добавя 2-4 dB мек клипинг над лимитираното ниво, което увеличава  субективната гръмкост, която остава некомпресирана за слуха. Този ефект е причина усиленият от лампи сигнал да има доловимо по-високо ниво, което не се регистрира от индикатора за нивото (VU meter)., поради ниската му чувствителност. Лампите звучат по-силно и имат по-добро съотношение сигнал-шум заради допълнителната субективна височина на звука, каквато транзисторните усилватели нямат. Лампите имат ударност заради своите естествени  характеристики при претоварване. Докато силните сигнали могат да бъдат записани на по-високи нива, тихите също са по-силни, така че не се губят в шума на лентата (или в общия шумов фон) и ефективно придават на ламповия звук по-голяма чистота. Чувството за повече бас идва директно от силните втори и трети хармоник, които подсилват естествения бас със "синтетичен" бас. В контекста на система с ограничен динамичен обхват като фонографа, записи, направени с лампови предусилватели, ще имат по-високо ниво и по-добро отношение сигнал-шум, отколкото записи, направени с транзисторни или операционни усилватели.”.

 

Когато просвирвате стари шеллакови плочи на 78 оборота през лампов предусилвател като напр. Wavestream Kinetics Archival Phono Stage, забелязвате различен динамичен характер заради изброените до тук особености и динамика на лампите. Фините нюанси на музикантите са по-ясни и по-чуваеми, увеличавайки чувството за реализъм и емоционална връзка с музиката.