|
|
Не сте се регистрирали? Можете да направите това от тук . След като се регистрирате, получавате няколко предимства - можете да променяте изгледа, да конфигурирате коментарите и публикувате съобщения със Вашето име |
|
|
|
|
| |
 Лампите срещу транзисторите
Публикувано от????? ?????????? (Rutcho) Време: Monday, December 20 @ 17:21:39 UTC
Със Съдействието на kirilov
Верни на хистерията "Alien Versus Predator,Robocop Versus Terminator, Spiderman Versus Batman, Оцеола срещу Винету, (Попълнете любимите си герои...)", ви представяме обзор на една друга титанична битка
Audio Engineering Society Journal
Лампи срещу транзистори
- Част 1
Вече
няколко десетилетия тази тема поражда многобройни дискусии и спорове. Това,
което нито една от спорещите страни не може да отрече, е наличието на разлика
в звука им. Аргументите обаче варират от чисто технократски анализи, през практически
изследвания, та чак до толкова любимите на търговците на High-End
апаратура обяснения, граничещи
с черната магия. Истината, както винаги, е някъде по средата.
Поредицата от статии, които съм
подготвил, в никакъв случай не цели да убеждава читателя в преимуществото на
ламповите схеми. Всеки конструктор има право на избор от какви елементи да изгради
апаратурата си. Целта е по-скоро да отговори на най-важните въпроси –
кога и при какви условия ламповите схеми имат предимства пред транзисторните
и как да използваме тези предимства за постигането на по-добър звук.
Първата статия е едно от най-старите
изследвания в областта. Нейните изводи, обаче, са валидни и сега –
заради безспорните си предимства ламповите микрофонни предусилватели се радват
на голяма популярност и до днес. Задълбоченият анализ на спектъра на хармониците
и тяхното влияние на субективно възприемания звук, направен от автора, не само
аргументира изводите му, но може да бъде полезен за всеки конструктотр на аудио
техника.
Румен Суванджиев
Лампи срещу транзистори - има
ли доловима разлика?
RUSSELL
0. HAMM
Audio
Engineering Society
Journal
Copyrighted © 1973 Audio Engineering Society
MAY 1973, VOLUME 21, NUMBER 4
Sear Sound Studios,
New York, N.Y.
Инженерите
и музикантите отдавна водят дълги спорове на тема лампов звук срещу транзисторен
звук. При всички предишни опити да се измери тази разлика линейността на тестовия
усилвател е била приемана за идеална. Този конвенционален метод за измерване
на честотната лента, изкривяванията и шумовете е не показал като резултат никаква
показателна разлика. Настоящата статия, обаче, изтъква, че усилвателите често
биват значително претоварвани от краткотрайни сигнали (THD
30%). При тези условия има
важна разлика между разпределението на хармоничните изкривявания при лампите,
транзисторите и операционните усилватели, разпределени в отделни групи.
ВЪВЕДЕНИЕ:
Като звукозаписни инженери ние бяхме директно въвлечени в дискусията лампов
звук срещу транзисторен звук, що се отнася до записи на поп музика. Разликата
стана очевидно осезателна, веднага след като се появиха по-голям брой транзисторни
пултове. Разбира се, в едно студио има доста проблеми в акустиката, заради които
електрониката се смяташе за една от по-маловажните грижи. След като преустроихме
акустично няколко студиа обаче, ние се започнахме да се питаме доколко важна
е ролята на акустичното оформление.
По
време на една сесия в студио, известно с лошия си саунд, ние включихме микрофоните
в един портативен миксер Ampex, вместо в стационарния
пулт. Разликата в звука можеше да се охарактеризира само с една дума –
невероятна. Всички промени в акустиката, които бяхме правили в това студио,
взети заедно, не бяха успяли да донесат толкова чувствително подобрение, колкото
тази проста замяна. Години наред ние продължихме по-скоро неформално да
прочуваме ефекти, подобни на описания. През изминалото време ние чухме какви
ли не теории, които обясняват проблема, но нито една от тях не успя да
го направи с показателни фактически измервания
ПСИХОАКУСТИКА
Всеки,
който е слушал съсредоточено грамофонни записи може да каже, че лампите
звучат различно от транзисторите. Дефинирането каква
именно е тази разлика, обаче, се оказва комплексна психоакустична задача. Всички
изследвания на този несъмнено трудно обясним феномен трябва засължително да
започнат с няколко човешки наблюдения. Някои хора се опитват да забележат и
обяснят действителните разлики. Други просто се противопоставят на самата теза
и прибягват към ораторстване, за да защитят мнението си. Задачата на слушателя
е да отсее фактите от измислицата.
Електроинженерите,
по-специално тези, които конструират звукозаписна апаратура, могат да проверят
че няма разлика между ламповия и транзисторния звук. Те го правят прелиствайки
най-новите спецификации и разглеждайки електронните диаграми, които, що се отнася
до нагледност, са съвсем убедителни. По отношение на измерваните параметри
е вярно, че единствената нищожна разлика е качеството на входния сигнал. Но
дали не съществуват някои важни параметри, които не са били измерени? Един инженер,
който допуска, че би могла да съществува такава нищожна разлика, ще каже ”
Това, което трябва да използваме, е чудесният чист звук на транзисторите. Това,
което бихме чули от лампите, са просто доста изкривявания.” И ето, на
дневен ред излиза въпросът какви са тези изкривявания и как да ги измерим?
От психоакустична гледна точка,
музикантите правят по-обективни наблюдения от инженерите. Тъй като техните критерии
не могат да бъдат изразени със стандартни мерки, подходът на оценка “на
слух” изглежда напълно валиден. Не бива да пренебрегваме факта,
че оценката на ухото е доста различна от тази на осцилоскопа.
"Записите, правени на лампи,
имат повече бас... Басът направо звучи една октава по-ниско” заявява един
рок китарист. Много професионални студийни музиканти посочват редица случаи,
когато средночестотният диапазон на ламповите записи притежава много чисто присъствие
на всеки отделен инструмент, дори при високи нива на възпроизвеждане. Транзисторните
записи имат склонност към подчертаване на съскането и звънтенето, особено при
ниски нива. " Транзисторните записи са много чисти, но им липсва “въздуха”
на добрия лампов запис” " При лампите има разстояние мебду
отделните инструменти, дори и когато свирят тихо ... транзисторите вкарват доста
жужене.” Има хора, които коментират, че транзисторите вкарват хармоници,
нямащи нищо общо с музиката или пък бял шум, специално в моментите на атака.
Същото явление друг слушател изразява като звук от строшени стъкла, който разваля
динамиката. Общоприето е, че при лампите този проблем отсъства, заради мекото
им ограничаване при претоварване. И накрая, според един продуцент на записи,
"Транзисторните записи звучат ограничено, сякаш са под похлупак. Ламповите
записи направо изскачат от говорителя, докато транзисторните си имат и ниски,
и високи, но звукът няма живост”
Когато сме попадали на необикновено
силен и чист студиен запис на поп музика, се опитвахме да достигнем до произхода
му. В почти всички случаи сме откривали, че пултът, на който е правен този запис,
е имал лампови предусилватели. Нарочно обръщаме внимание на предусилвателите,
защото в много случаи откривахме хибридна система. Обикновено ставаше дума за
три или четирилентов пулт, модифициран посредством транзисторни линейни усилватели,
за да подава сигнал към осем или шестнадесет пистов магнетофон. Нашата скъпоструваща
проверка отбеляза, че има две основни области, където ламповата схемотехника
показва категорично доловима разлика в качеството на звука: микрофоонните усилватели
и крайните усилватели, захранващи говорителите или резците за запис. И двете
приложения са такива, при които има механично-електрическо преобразуване.
Като изходна точка за нашето по-нататъшно
изследване, ние решихме да погледнем какви са нивата на сигнала в микрофона
и предусилвателя в условията на реална студийна работа. Надявайки се да намерим
тук ключа за разгадаване, ние решихме да продължим по-нататък и да открием как
влияят тези условия на субективното възприятие на звука. Прегледът на публикуваното
по темата показа, че в тази област са предприети твърде малко изследвания, повечето
производители на микрофони публикуват подробни данни за изходните нива според
стандартните тестови условия, но не е никак лесноте да бъдат преобразуани в
реални разстояния и звукови нива [1]. Дизайнът на предусилватели е насочен
преди всичко към постигането на нисък шум [2], но на действителните нива
на работа на мокрофона не е обърнато достатъчно внимание. Има много методи за
оценка на изкривяванията [3-5], но връзката между измерванията и качеството
на саунда не е изследвана достатъчно [10].
ИЗХОДНИ
НИВА НА МИКРОФОНА
За
да добием груба представа за изходното напрежение на различни типове микрофони,
ние включихме осцилоскоп паралелно на входовете на пулта. По време на нормални
звукозаписни сесии на популярна музика, бяха отчетени пикове от над 1 волт,
специално когато микрофоните бяха много близо до вокалиста или ударните
инструменти. Заради линейната скала на осцилоскопа беше трудно да се измерва
в диапазон над 10dB. Поради това се наложи използването
на прост биполярен логаритмичен усилвател, който разшири диапазона до четири
декади. .
Fig.
1. Опростена схема на логаритничен усилвател.
Значимостта
на тези студийни наблюдения доведе до прибавяне към измерителната система на
VU метър
със задържане от 10 секунди на пиковите стойности при пикове над 50 микросекунди
и с точност от 2 dB; достатъчно, за да бъдат отчетени.
Използването на този измерителен инструмент заедно с осцилоскопа с логаритмичен
дисплей се оказа много сполучливо за събирането на изобилие от данни за реалните
сигнали от микрофона.
Table 1.
Пикови изходни нива на микрофона при звуци с импулсен характер.
(Изходно
напрежение на микрофона. dB Ref. 0.775 V)
Разстояние
(cm)
U-87
U-47
77-DX
C-28
666
Интрумент
Басов
барабан
15
0
-6
-9
-15
-1
Голям
тимпан
30
-1
-6
-6
-10
-5
Малък
тимпан
30
-1
-5
-7
-9
-1
Пиано
(единичен тон)
15
-25
-29
-38
-35
-32
Пиано
(акорд)
15
-23
-27
-36
-33
-33
Оркестрови
звънци
45
-16
-25
-33
-33
-30
Звънец
за крава
30
-10
-12
-29
-19
-15
Силен
вик
10
0
-11
--
-10
-10
U-87 и U-47 на Neumann, 77DX на RCA, C-28 на AKG, 666 на Electro-Voice
Таблица 1 показва нормалните
пикови изходи на няколко популярни типа студийни микрофони. Всички отчети са
направени на първичната част на ненатоварен преходен трансформатор. Звукозаписното
разстояние е стандартното за всеки един инструмент в обичайната студийна практика.
Table 2.
Пиков изход на микрофон U-47 за различни звуци.
Изходно
напрежение на микрофона (dB
Ref. 0.775 V)
Разстояние
до микрофона (m)
(Hz)
Пиково ниво
Инструмент
75-членен
оркестър
5
350
-10
15-
членен оркестър
3,5
350
-12
Тромпет
1
600
-16
Тромбон
1
600
-15
Английски
рог
1
300
-13
Флейта
1,5
800
-26
Пиколо
1,5
2500
-18
Кларинет
1,5
350
-22
Бас
сакс
1,5
350
-8
Виолончело
2
150
-13
Table
2 представлява
резюме от подобни исзследвания, проведени от Fine Recording, Inc.
преди няколко години.
Няма запазени подробности
за това как е направен този тест, но отчетите най-вероятно са направени без
6-dB трансформатор, използван с U-47 в
наши дни. Някои
изчисления, базирани на чувствиелността на тези микрофони, дадена от производителя,
показва, че нещо съвсем обичайно са акустични нива на звуково наляхане, надвишаващи
130 dB. Транзисторните предусилватели имат по-малко
шум, по-малко изкривявания и повече копчета, но те не са конструирани да поемат
входни нива от такъв порядък. При
повечето предусилватели на пазара диапазонът достига до около +20 dBm
и усилването нормално е зададено
около 40 dB. С такива основни параметри и от таблици
1 и 2 е съвсем ясно, че при пиковите звукови нива на повечето иснтрументи ще
се наблюдават сериозни претоварвания. Например, микрофонът U-87
ще даде пиков изход от -1 dBm от
голям тимпан на пода. Усилването от 40 dB от
микрофонния предусилвател ще даде в резултат +39 dBm или
почти 20 dB над
нивото на претоварване. Логично е, че пик от такава велична ще бъде сериозно
изкривен
Бележка:
0 dBm се
равнява на 1 mW върху
600 Ома.
Повечето
звукозаписни пултове в момента имат набор от резистони атенюатори на входовете,
предназначени за сигнали, които надвишават възможностите на предусилвателя.
Всеобщо мнение е, че тяхното разпространение се дължи на повсеместното настъпление
на шумната рок-музика, но за съжаление в действиелност това не е истина. За
едни 20 години използването на Neumann U-47
беше много разпространено при записи на брас инструменти и глас отблизо. Таблица
2 показва изходни нива, изискващи 10-20 dB затихване
при тези условия и това съответства на звукозаписната практика в момента,
при която се използват транзисторни предусилватели. Но повечето лампови пултове
не са имали входни атенюатори и въпреки това при запис от същите микрофони не
са се наблюдавали забележими изкривявания. Със сигурност тромпетистите
и певците не са започнали да свирят или пеят по-силно. Разстоянието до микрофона
продължава да е същото, както и спецификациите за предусилвателите. И все пак
транзисторите изискват затихване на входа, а лампите – не
Ето
я хипотезата за по-нататъшното изследване. Обикновено при разчета на един аудио
предусилвател се полага като условие, че той работи в линейния си диапазон,
т.е. нелинейните изкривявания са под l0%. В този диапазон
лампите и транзисторите имат доста сходни характеристики. Но ние току-що отбелязахме
факта, че в действителност предусилвателите работят в условия далеч извън линейната
си характеристика, което предполага появата на сериозни изкривявания. В този
случай при лампите и транзисторите се появява съществена разлика в поведението
от гледна точка на усилване на звуковия сигнал.
ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ИЗКРИВЯВАНИЯТА
ПРИ ПРЕДУСИЛВАТЕЛИТЕ
За
нашите изследвания взехме три микофонни предусилвателя, които са в продажба
в момента, всеки от които е от различен тип. Всеки от тях беше настроен за усливане
от 40 dB и
нелинейни изкривявания (THD) от 3% при ниво на претоварване
от +18 dBm. Предусилвател 1 е в чисто
транзисторно изпълнение, предусилвател 2 е хибриден с транзистори и операционен
усилвател, а предусилвател 3 е само с лампови триоди. Изходите на предусилвателите
са терминирани със стандартен 600-омов товар. Тестовият сигнал постъпва от микрофон
U-87, поставен в близост до голям оркестров тимпан
и бива подаван чрез превключвател към входа на всеки предусилвател.
За
тестовете беше сформирана група от студийни специалисти, които да прослушат
въпросните три предусилвателя в нормално студио, използвайки мониторни озвучителни
тела. Тестовият сигнал беше превключван от един предусилвател към друг и слушателите
трябваше да дадат оценка за качеството на звука. Изходът от предусилватели 1
и 2 беше единодушно преценен като твърде изкривен. Звукът на предусилвател 3,
обаче, беше преценен като чист. Тестът беше повторен многократно, като на входа
беше свързан атенюатор и затихването беше увеличавано, докато звукът започне
да не дава доловими изкривявания. Предусилвател 1 можеше да понесе претоватрвания
от 5-10 dB без
забележими изкривявания. Предусилвател 2 показа чуваеми изкривявания при 5-dB
претоварване. По-нататъшното
прослушване разкри, че предусилвателите се различават по качество на звука само
в началото на диапазона на претоварване. Веднъж навлезли в зоната на дълбоко
претоварване, всички те започваха да звучат еднакво – с много изкривявания.
В нормалния си диапазон без претоварване, и трите предусивателя звучаха чисто.
Прослушванията ясно доказаха,
че границите на претоварването се различават твърде много при различните типове
предусилватели. Инженрните изследвания показват, че всеки усилвател прибавя
изкривяванив в момента, в който е достигната точката на претоварване. Тестовете
показаха, че усилвателите могат да бъдат претоварени до известна степен, преди
тези изкривявания да станат забележими на слух. Тогава може да се заключи, че
причината за разликата в оцветяването на заука при лампите и транзисторите е
именно разликата в изкривяванията в началния диапазон на претоварване.
За
да се добие цялостна представа за характера на хармоничните изкривявания в аудио
усилвателите, бяха начертани кривите на претоварване за повече от петдесет различни
схеми. Ламповите схеми бяха изпълнени с популярните триоди 12AY7
и 12AX7 , триодните нувистори 8628 и 7586, както
и пентода 5879. Тези лампи са били използвани дълго време в предусилватели за
звукозаписни пултове. Силициевите NPN транзистори
2N3391A, 2N5089
и 2N3117 също бяха избрани заради тяхното широко разпространение
в пултовете и магнетофоните. С цел съпоставяне беше тестван и PNP
транзисторът 2N5087
който е комплиментарен на 2N5089. Операционните
усилватели включват популярните 709 и LM301, както
и два специализирани хибридни усилвателя, използвани в звукозаписните пултове.
Fig.
2. Сравнение на изкривяванията (THD) при
еднокаскадни предусилватели
Кривите,
показани на Fig. 2 са показателни за основните характеристики
на еднокаскадни клас А аудио усилватели. Всички те работят без обратна връзка
с работна точка, осигуряваща максимален неизкривен изходен сигнал. Кривите са
уеднаквени с цел да имат обща точка 3% (THD), независимо
от абсолютните стойности на входние и изходни нива. Тъй като целта на това сравнение
е да се видят разликите в кривите на различните характеристики, абсцисата x
е разграфена, без да се разглеждат
импедансите на самата схема. Показаните криви са избрани от многобройните набори
от характеристики като репрезентативни за отделните три групи, които разглеждаме
– силициеви транзистори, триоди и пентоди. Един бърз поглед ни показва,
че често изразяваното мнение, че лампите се претоварват по-плавно от транзисторите,
очевидно е мит.
Fig.
3. Сравнение на хармоничните изкривявания (THD) при
многокаскаден усилвател
Fig.
3 показва характеристиките на изкривяванията на четири различни
предусилвателя, които в момента са в продажба, конструирани с два или повече
каскада за усилване на сигнала. Всички схеми използват
обратна връзка. Всеки усилвател има усилване от 40 dB и
е натоварен с 600 Ома. Както при предишните криви, и тук е избрана референтна
точка от 1% THD. За разлика от еднокаскадните
усилватели, тези криви показват доста сходни THD параметри
за отделните типове. Липсата на отклонения в широк диапазон между разглежданите
криви показва, че THD графиките
никак не съвпадат с това, което човешкото ухо чува по време на акустичните тестове.
За
да бъде измерена амплитудата на всеки отделен хармоник, за разглежданите вече
предусилваели беше подготвена друга серия от тестове с използването на спектрален
анализатор. Всеки усилвател беше вкаран в режим на претоварване от 12 dB,
започвайки от референтната точка от 1% величина на третия хармоник. На графиките
са отбелязани хармониците до седми включително. Графиките, получени в резултат,
разделиха разглежданите усилватели на три отделни категории.
1)
Лампови характеристики
Fig.
4 показва спектъра на изкривяванията за типичен двукаскаден
предусилвател, изпълнен с триода 12AY7. Това е един
типичен представител на голяма група от еднотактни многокаскадни труидни усилватели,
минали през нашия тест. Тяхна отличителна характеристика
е доминирането на втория хармоник, следван плътно от третия. Четвъртият хармоник
започва да нараства след 3-4 dB, успоредно на третия.
Петият, шестият и седмият хармоници остават под 5% за целия диапазон на измерване.
Тези криви се оказаха основни характеристики на ламповите предусилватели, без
значение дали те са изпълнени с октални, миниатюрни или нувисторни лампи, дали
са еднотактни или противотактни.
Fig.
4. Хармонични съставки при двукаскаден еднотактен триоден
усилвател.
Fig.
5. Форма на сигнала на триодния усилвател от Fig.
4 при 12-dB
претоварване на 1kHz
На
Fig. 5 е дадена формата на сигнала при 12 dB
претоварване. Изрязването
на сигнала е несиметрично с изестно изместване на фазата. Подобни характеристики
показаха всички тествани триодно усилватели.
Fig.
6. Хармонични съставки при двукаскаден пентоден усилвател.
Fig.
7. Форма на сигнала на пентодния усилвател от Fig.
6 при 12-dB претоварване
1kHz
Fig.
6 показва хармоничните компоненти да двустъпален еднотактен пентоден усилвател.
Тук доминиращ е третият хармоник, а вторият се появява след около 3dB
и има същата стръмност на
нарастване. Третият и четвъртият имат известно нарастване спрямо триодния усилвател,
докато шестият и седмият остават 5%. Формата на сигнала при 12-dB
претоварване (fig.
7), е подобна на тази при триода, но фазата не е изместена толкова.
Не
би било логично да се приеме, че с тези два примера може да се обхване цялата
гама от съществуваши лампови усилватели. Основните им характеристики обаче винаги
показват присъствието на силни втори и трети хармоник, понякога съвместно с
четвърти или пети, но винаги с много по-голяма амплитуда от тях. Хармоници над
пети са несъществени докато претоварването не надвиши 12 dB.
Тези характеристики са в сила за всякакви вариации на параметрите на схемните
решения. Основната разлика между отделните лампови усилватели е смяната на водещата
позиция на втория и третия хармоници.
Fig.
8. Хармонични съставки при многокаскаден транзисторен усилвател
с преходни кондензатори
Fig.
9. Форма на сигнала за транзисторния усилвател от Fig.
8 при 12-dB претоварване 1kHz.
Fig.
10. Хармонични съставки при многокаскаден транзисторен усилвател
с преходни трансформатори
Fig.
11. Форма на сигнала за транзисторния усилвател от Fig.
10 при 12-dB
претоварване 1kHz.
2)
Транзисторни характеристики
Fig.
8 и 10
показват характеристиките на два транзисторни усилвателя.
Както предишните графики, и тези могат да се сметнат за репрезентативни за всички
тествани усилватели, разграничени според вида на връзката между каскадите. Техен
отличителен признак е силният трети хармоник. Всички останали хармоници също
присъстват, но със значително по-малка амплитуда от третия. Когато претоварването
надвиши критичната точка, всички хармоници започват да нарастват едновременно.
Тази точка де намира обикновено между 3-6 dB от
точката, където третият хармоник е 1%. Формата на сигнала при тези усилватели
има отчетлива трапецовидна форма със симетрично ограничаване и почти перфектно
фазово балансиране. И двата усилвателя имат еднотактни входове и комплиментарни
изходи. Схемните им решения обаче са коренно различни
3)
Характеристики при операционните усилватели
Fig.
12 е резултатът от хибриден операционен усилвател. Третият хармоник нараства
стръмно като основен компонент, подобно на транзисторните схеми. От същата точка
обаче наблюдаваме и много рязко нарастване на петият и седмият хармоници. Всички
четни хармоници са напълно потиснати. Формата на сигнала, показана Fig.
13 е идеален правоъгълен сигнал. Като класификационна грула, операционните усилватели
имат най-уеднаквените характеристики почти без никакво отклонение от тези, показани
на примера.
Fig.
12. Хармонични съставки при монолитен операцопнен усилвател
с хибриен изходен каскад.
Fig.
13. Форма на сигнала за усилвателя от Fig. 12 при
12-dB претоварване,
1kHz
От
гледна точка а случайния характер на аудио сигнала, анализът на изкривяванията
на базата на фиксиран синусоидален сигнал може да породи съмнения в показателността
на резултатите. Действително, аргументите за и против синусоидалните и импулсните
тестови сигнали при изследване на аудиосистеми са били тема на много инженерни
публикации [4], [7]. В нашия случай обаче, няколко минути игра с електронен
синтезатор бързо ни увериха, че музикалните инструменти не издават чак толкова
бързи импулси. Например, една хубава симулация на големия оркестров тимпан,
използван при нашите тестови прослушвания, показа тон от 100-Hz
с фронт на нарастване от
5 ms и
време на затихване 300 ms. При задълбоченото изследване
на звуците на тромпет [6] при най-бързите тонове на стакатото е измерено време
на нарастване от 12ms. Несъмнено, времена на нарастване
от такъв порядък не могат да се възприемат като импулсни при аудио усилвтели
с честотна лента, достигаща 20 kHz и
нагоре. Единствено за да потвърдим коректността на описаните вече изследвания,
същите усилватели бяха тествани със синтезиран сигнал, който имаше същото ниво,
както този, получен от микрофона.
Внимателното
разглеждане на усиления сигнал показа, че нивата на ограничение на обвивката
на импулсния сигнал и на синусоидалния сигнал са еднакви (Fig.
14). В изходния сигнал не бяха наблюдавани никакви необичайни преходни явления.
Fig
14a. Обвивка на тестовия сигнал, генериран от Moog
синтезатор
Fig
14b. Нивата на ограничение на обвивката на импулсния сигнал
и на синусоидалния сигнал са идентични.
ЗНАЧЕНИЕТО НА МУЗИКАЛНИТЕ ХАРМОНИЦИ
След
като разделихме усилвателите на три основни групи според характеристиките на
техните изкривявания, следващата стъпка е да определим как разпределението на
хармониците се отразява на възприемния звук. Съществув близък паралел между
лелктрическите изкривявания и оцветяването на музикалния тон и именно именно
там трябва да търсим причината за различния звук на лампите и транзисторите.
Вероятно най-осведомените авторитети в тази област са майсторите, които конструират
органи и музикални инструменти. [8], [9]. В резултат
на много години внимателно експериментиране, тези занаятчии да успели да установят
как различните хармоници влияят на тоналната окраска на инструментите.
Основната оцветяваща характеристика
на един инструмент се определя от величината на първите няколко хармоника. Когато
е доминиращ, всеки нисък хармоник поражда собствен ефект върху характеристиката
или пък, ако е достатъчно силен, може да повлияе на възприятието, породено от
друг доминиращ хармоник. Най-просто класифицирани, ниските хармоници са разделени
на две основни тонални групи. Нечетните хамоници (третият и петият) предизвикват
“спънат” или “прихлупен” звук. Четните хармоници пораждат
(втори, четвърти и шести) пораждат “хоров” или “пеещ”
звук.
Вторият и третият хармоници са
най-важни от гледна точка на графиките, представени в предишния раздел. От музикална
гледна точка вторит хармоник е една октава над основния и е почти недоловим
за слуха и даже добавя плътност на звука. Третият се определя като квинтов.
Той поражда звук, който музикантите определят като “потулен”. Вместо
да направи тона по-пълен, третият хармоник го размеква. Добавянето на пети хармоник
към силен трети, дава като резултат метално звучене, което добива неприятен
характер, когато амплитудата му се увеличи. Добавянето на четвърти и пети
към силни втори и трети дава като резултат звукова картина, наподобяваща звучене
през фуния.
Хармониците над седмия, придават
на тона “ръбест” и “хапещ” характер. Когато са премерени
спрямо основния тон, тези остри хармоници имат склонност да му придават остра
атака. Много от острите хармоници, като седмият, деветият и единайтият, представляват
призвуци, нямащи нищо общо с музиката. Затова, наличието на твърде много от
тях предизвиква дрезгаво и дисонансно звучене. Тъй като ухото в твърде чувствитено
към тези хармоници, контролирането на тяхната амплитуда е от първостепенна важност.
Отбелязаното по-горе изследване на звука на тромпета [6], показва че режещият
ефект зависи директно от силата на тона. Изсвирването на една и съща нота
силно или тихо, дава малка разлика в амплитудата на основния тон и ниските хармоници.
Хармониците над шестия, обаче, нарастват по амплитуда почти право пропорционално
на силата на звука. По този начин балансът на високите хармоници е определящ
за това колко силно ще бъде възприет един тон от човешкото ухо
АНАЛИЗ
НА НАПРАВЕНИТЕ НАБЛЮДЕНИЯ
Основната
причина за разликата между звука на лампита и транзисторите е разпределението
на компонентите на хармоничните изкривявания в диапзаона на претоварване на
усилвателите. Когато са претоварени, транзисторните
усилватели показват силен трети хармоник. Този хармоник предизвиква “прихлупен”
звук, ограничавайки качеството на записа. Съвсем различно е при ламповите схеми
– когато са претоварени, те генерират цял спектър от хармоници, от които
обаче са забележими само вторият, третият и четвъртият, които дават пълнокръвно
и в известна степен звънливо звучене на музикалната програма. По-нататъшното
усилване на сигнала при всички типове усилватели води до насищане, проявяващо
се с рязко увеличаване на амплитудата на висшите хармоници като седми, осми,
девети и т.н. Те придават острота на звука, която човешкото ухо възприема като
по-силно звучене. Претоварването на операционните усилватели предизвиква толкова
рязко нарастване на висшите хармоници, че само след 5-dB
те стават непоносимо дразнещи.
При транзисторите този диапазон е разширен до 10 dB ,
докато при лампите достига 20 dB и
повече. На базата на този основен анализ психоакустичната оценка, направена
в началото на тази статия може да бъде логично обяснена на базата на хармоничния
спектър за всеки един тип усилвател.
Тази публикация в началото нямаше
намерение да анализира операционните усилватели. Тестовете, обаче, показаха,
че те трябва да бъдат разглеждани като отделен клас. Общо казано, операционните
усилватели произвеждат силни трети, пети и седми хармоници, още когато са претоварени
само с няколко децибела. Звукът, получен в резултат, е метален, с много груба
острота, която ухото възприема като силно изкривяване. Тъй като такъв звук е
толкова неприятен, той може да се използва като индикатор за претоварване по
вход. Следователно, операционните усилватели не бива да работят в диапазона
си на насищане. Тогава резултатът е много чисто усилен звук с много малко оцветяване
и диамичен диапазон в границите на допустимото за такъв усилвател. Пълният динамичен
диапазон не е единствено задължително условие за добро възпроизвеждане на звука,
дори и да надвишава този на звуконосителя. Заради техните характеристики, операционните
усилватели възпроизвеждат добре само най-горната част от динамичния диапазон,
който съдържа преходните процеси, но им липсва солидност на основните нива,
които слушателят възприема като най-музикални. Когато записи, правени с пълен
динамичен диапазон се възпроизвеждат от система с ограничен, те звучат
твърде бледо. Тези, които са слушали оригиналната звукова картина, забелязват
тази разлика и окачествяват транзисторния запис като чист, но съскав и “чинелен”.
Транзисторните характеристики,
разглеждани в тази статия, пораждат жужащ или шептящ звук и липса на ударност.
Жуженето е, разбира се, се дължи директно на острото отрязване на сигнала при
претоварване. Това се възприема като бял шум, заради факта, че повечето от високите
хармоници като седмият и деветият, не звучат никак музикално спрямо основния
тон. Ухото чува тези дисонансни тонове като някакъв вид шум, придружаващ
всяка атака. Липшсата на ударност се дължи на силно изразеният трети хармоник,
който неусетно “покрива” звука. Това може да бъде коригирано с достатъчно
голяма атенюация на входа, която да не позволява пиковете да навлизат в зоната
на насищане. Но от практическа гледна точка при повечето пултове няма начин
това да бъде детерминирано. Един от начините за контрол е към всеки от
входните предусилватели да бъде добавен пиков индикатор, за да може да
се контролира евентуално излизане от линейния диапазон.
Ламповите
предусилватели се различават от транзисторните и интегралните, защото те могат
да работят в диапазона на претоварване без при това да добавят неприятни
изкривявания. Комбинацията от бавно нарастване на фронта и отворена структура
на хармониците в характеристиките на претоварване представляват всъщност почти
идеалната аудио компресия. В този 15-20-dB безопасен
работен диапазон , електрическият изход на ламповия предусилвател нараства само
с 2-4 dB, действайки като ограничител. Обаче, тъй
като като остротата на звука в този диапазон се увеличава, субективната сила
на звука остава некомпресирана за човешкото ухо. На този ефект се основава забележимото
на слух повишаване на усиления сигнал, което не може да бъде отчетено от VU
индикаторите. Лампите свирят
по-силно и имат по-добро отношение сигнал-шум, заради този допълнителен субективен
диапазон, какъвто при транзисторните предусилватели отсъства. Характеристиките
на лампите при рязко претоварване усилват този ефект допълнително. Тъй като
силните сигнали с такъв предусилвател могат да бъдат записвани с по-високи нива,
нивото на слабите сигнали също се повишава, което позволява те да не бъдат смесени
с шумовете на звукозаписните ностиели и като резултат записът се възприема като
по-чист. Усещането за по-плътен бас се дължи директно на преобладаването
на втория и трети хармоник, което подсилва “натуралния” бас със
допълнителен “синтетичен” [5]. В контекста на ограничена в динамично
отношение система като грамофона, записите, направени с лампови предусилватели
ще имат по-детайлен звук и по-силен сигнал спрямо нивото на шума в системата,
отколкото транзисторните и интегралните.
БЛАГОДАРНОСТИ
Авторът
иска да благодари на Walter Sear
и Peter
Scheiber за
безбройните полезни дискусии за гледната точка на музикантите по отношение на
звука. Той изказва благодарности и на John Olson
от RCA
и Steve
Temmer от
Gotham Audio
за предоставените му усилватели.
ИЗПОЛЗВАНА
ЛИТЕРАТУРА
[I] "Neumann Transistor Condensor Microphones,"
Gotham Audio Corp.. Sales Bull. 1971.
[21
A. D. Smith and P. H. Witiman. "Design Considerations of Low-Noise Audio
Input Circuitry for a Professional Microphone Mixer." J. Audio Eng.
Soc., vol. 18. pp. 40-156 (April 1970).
[31
A. Schaumberger. "The Application of Impulse measurement Techniques to
the Detection of Linear Distortion." J. Audio Eng.
Soc., vol. 19, pp. 66ѕ668 (Sept. 1971).
4]
M Otala, "Circuit Design Modifications for Minimizing Transient Intermodulation
Distortion in Audio Amplifiers." J. Audio Eng. Soc.,
vol. 20. pp. 396-399 (June 1972).
[51 F. Langford-Smith, Radiotron Designer's
Handbook (RCA. 1953), chap. 14.
[Q
J. C. Risset. "Computer Study of Trumpet Tones," Bell
Telephone Laboratories. File MM-66-1222-2.
[7] J. R. Ashley. T. A. Saponas. and R. C.
Matson, "Test Signals for Music Reproduction Systems," IEEE Spectrum.
vol. 8, pp. 53-61 (July 1971).
[8] A. H. Benade, Horns, Horns, Strings
and Harmony (Doubleday, New York, 1960).
[9]
R. A. Schaefer, "New Techniques for Organ Tone Generation," J.
Audio Eng. Soc., vol.
19. pp. 570-575 (July/Aug. 1971).
[10] R. Langevin. "Intermodulation Distortion
in Tape Recording," J. Audio Fig. Soc., vol. 11, pp. 270-278 (July
1963).
ЗА АВТОРА
Russell
O. Hamm е завършил инженерното си образование в University
of New Hampshire. Той е работил
за Vidcom Electronics, а
по-късно в Fine Recording division на същата компания
като дизайнер и супервайзор на техните 16-лентови звукозаписни уредби. По време
на работата си в Fine Recordings,
R.O. Hamm
е дал съществен принос в
експериментирането и изследването на стереофиничния и квадрафоничен звук в звукозаписа
и кинематографията, който, заедно с Peter Scheiber,
е формирал основата за разработки на всички по-нататъшни методи за обемен звукозапис.
Работата му като звукозаписен инженер включва многобройни музикални албуми,
клипове и филмова музика, изпълнени от исвестни артисти. Понастоящем той е консултант
в Sear Sound
Studios в
New York
и конструктор на Ditanfra
Studios на
Virgin Islands.
|
|
| "Лампите срещу транзисторите" | ВХОД | 8 коментари | Търсене в Дискусия |
|
| | Коментарите са на публикуващият ги. Ние не сме отговорни за тяхното съдържание. |
|
|
Re: Лампите срещу транзисторите (Резултат: 0)
от Неизвестен Време: Wednesday, December 22 @ 08:21:37 UTC | | Страхотна статия,Румене,чакаме и други... |
|
|
Re: Лампите срещу транзисторите (Резултат: 1)
от Bojo Време: Thursday, December 23 @ 19:50:09 UTC
(Информация за Потребител | Изпращане на Съобщение) | | Статията е наистина страхотна. Поражда повече въпроси отколкото дадените отговори. Не налага твърди мнения. Кара те да се замислиш. Но е писана отдавна - 1973г. Периода 1970 - 1980 г се характеризира с еуфорична подмяна на професионалното студийно обурудване от "морално остаряло лампово" на "ново съвременно транзисторно" и голям брой "лошо" записани албуми, както и множество несъвършенни пп прибори и схемотехнични решения. Много ми е любопитно има ли този автор по нови статии на тази тема, защото пп прибори са се "усъвършенствали", а също и схемотехниката, както на транзисторните, така и на ламповите усилватели. |
|
|
Re: Лампите срещу транзисторите (Резултат: 1)
от nikolay80 Време: Saturday, April 09 @ 17:00:42 UTC
(Информация за Потребител | Изпращане на Съобщение) | | i na men mi haresa statiata no mai e dosta stari4ka naistina..... ot togava tolkova sa se promenili ne6tata 4e... mai e vreme za novi takiva prou4vania |
|
|
Re: Лампите срещу транзисторите (Резултат: 1)
от Goro Време: Tuesday, May 03 @ 14:44:55 UTC
(Информация за Потребител | Изпращане на Съобщение) | | Въпреки вложените голям труд и средства,анализа който прави автора не дава убедителен отговор на основният въпрос за различието в звученето между транзисторен лампов усилвател.Съглсен съм изводите му за микрофонен предусилвател,но те немогат да се пренасят автоматично върху всички стъпала.Тогава защо звучат различмо два крайни усилвателя изпълнени с лампи и с полупроводници,при положение,че транзисторният работи със същата изходна мощност както ламповия но в същото време с 1/100 от номиналната си мощност?Всички негови стъпала са много далече от претоварване но дори и в този случай на слух разликата е забележима.Х.Кондо(един от основателите на Audio Note,роден-1942г) в едно интервю казва,че който обясни тази разлика ще заслужи нобелова награда.Във всяка шега има и доза истина.Да се работи в тази област обаче е изключително полезно и кой знае един ден може да се окаже много близо до истината. |
|
|
Re: Лампите срещу транзисторите (Резултат: 1)
от Sylvia Време: Sunday, June 04 @ 07:21:54 UTC
(Информация за Потребител | Изпращане на Съобщение) | | Лампи, та лампи. Защо никой не каже нищо за шума, който вкарват. Онова задължително съскане. А и статия от '73 е малко неуместна. Не мислите ли? |
|
|
|
