Это интересно

Хорошо известно, что искажения становятся менее терпимы по мере роста их порядка (3, 4), даже очень небольшая величина продуктов искажений высших порядков хорошо различима (5). Однако, когда спектр становится комплексным, влияние их на звук становится плохо предсказуемым. Спектр искажений для обывателя выглядит подобно туманным испарениям. Тем не менее, возможно разглядеть характерные особенности спектров и сделать наглядные выводы.
    В контексте данной статьи я пытаюсь измерениями не подменить прослушивание, но дать оценку и расширить диапазон измерений, имеющих корреляцию со слуховым опытом. Допускаю, что эти измерения более полезны для разработчиков, но и аudioфилы и ревьюеры смогут отыскать полезные корреляции, если осмелятся взглянуть на них. Перед тем, как двинуться в дорогу, неплохо бы окинуть взглядом перспективу данного вопроса.
    Изобретение триода, как электронной лампы, принято считать точкой отсчета современной электроники(*2). Подобно кристаллу микросхемы в наше время, триод пришпорил усилия армии физиков, химиков, материаловедов во всем мире. Новые патенты, споры за приоритеты и лицензионные соглашения все тянутся с начала века до наших дней.
    Историческая ценность триода не может быть излишне завышена. Вот как А. Харлоу описывает триод в своей книге "Old Wires and New Waves": "Для непосвященных он мало что значит, но этот миниатюрный баллончик был на самом деле "крошкой-гигантом" во всей истории и возможно, квинтэссенцией разума человеческого. Он придал невиданные мощности антеннам, а с усилением голоса человека радиотелефония стала законченным продуктом. Добавляя к одной лампе еще одну, затем еще одну, усиление росло в громадной степени - миллионы, миллиарды раз".
    Этот факт не прошел мимо Ли Де Фореста, который в 1912 г. изобрел первый в мире многокаскадный усилитель (7). Выражаясь технически, это был трехкаскадный однотактный усилитель напряжения. Усилитель едва дышал, однако, благодаря присутствию газа в баллонах. Как и большинство ученых того времени, Де Форест полагал, что молекулы газа способствуют усилению. Позднее стало понятно, что это справедливо лишь при низких анодных напряжениях. При высоких, положительные ионы препятствуют нормальной работе лампы(*3).
    В тот же год Де Форест представил свой усилитель фирме The American Telephone & Telegraph Company. Люди от телефонии заинтересовались этой новинкой, но совершенно не знали, что с ней делать. Из Чикагского университета был приглашен Harold Arnold, чтобы осознать смысл всего этого. Из теоретических работ, проведенных совместно с нобелевским лауреатом Robert'ом Millikan'ом Arnold сделал предположение, что электронный разряд способен создать электрический ток только при отсутствии ионов газа (неизвестное "голубое свечение"). Химик-исследователь living Langmuir из General Electric Company (GE) был близок к догадкам Arnold'a, предполагая чистую термоионную эмиссию, однако, вплоть до 1912 г. (появления высоковакуумного насоса) ни один не мог подтвердить это на деле.
    Вооруженный лишь собственными предположениями, Arnold создал лампу с высоким вакуумом на Western Electric - производственном отделении AT&T. Его упорство было вознаграждено - в 1915 г. состоялся выпуск триода 101В. Это был прорыв, ибо средний ресурс лампы был 4000 часов - в 10 раз больше, чем у любого предшественника (*4). С этого момента WE начала установку ламповых усилителей, работающих как "ретрансляторы" на трансконтинентальных телефонных линиях. Это было первым опытом использования электронных усилителей в коммерческих целях (8).
    В Штатах большинство пионерских разработок ламповых технологий связано с фирмами либо WE, либо GE. Наиболее сложно было откачать воздух из баллона, когда вся начинка уже была установлена, а затем "запечатать" созданный вакуум. Второй задачей было создание прочного массивного катода с высокой эмиссией. Третьей проблемой стал анализ общих характеристик триодов, чтобы целенаправленно вести разработки для различных целей (*5). После решения первых трех можно было приступить к оценке факторов, влияющих на срок жизни лампы.
    Эволюция усилителей шла параллельно разработкам новых ламп. Но она происходила только исходя из задач WE - передача голоса, либо иных сигналов на значительные расстояния, сначала по кабелю, затем по воздуху. Необходимо сказать, что усилители проектировались с минимальными искажениями, насколько возможно, чтобы чисто усиливать голосовые сигналы и затем передавать их внятно по длинным линиям.
    Следует отметить, в этой связи, сколько новшеств появилось в audio благодаря исследованиям в коммуникациях, осуществленных AT&T. К примеру, двухтактный трансформатор был изобретен в 1912 г. спустя только пять лет после изобретения триода (9). Удивительно, что это случилось в тот же год, когда Де Форест изобрел однотактный усилитель! Двухтактная схема была предложена Е.Н. Colpits'eM, главой отдела разработок на WE. Для меня остается мистикой, почему WE, имея изобретение двухтактного усилителя и владея правами на триод Де Фореста, не приступила сразу же к реализации двухтактного принципа с целью уменьшения искажений в телефонных трансляторах. Ясное дело, что эти трансляторы были однотактными. Будет неправдой, однако, заключить, что инженеры WE находили однотактники более качественными по сути. Наоборот, специалисты фирмы бились за уменьшение искажений все двадцатые годы и еще в тридцатые.
    Человеком, способным решить проблемы искажений, стал H.S.BIack. Начав работать на WE в 1921 г., он принялся за разработку средств, с помощью которых, несколько звуковых каналов (голосовых, как правило) можно было подать на усилитель, а на выходе получить их несмешанными и чисто усиленными. К тому моменту стало понятно, что искажения, создаваемые каждым усилителем, размещаемым на равных интервалах по длинной линии для компенсации потерь, вносимых милями медного провода, на выходе "накапливались". Вдобавок присутствовала взаимная модуляция каналов между собой. Black выяснил, что подачей инвертированного выходного сигнала на вход, можно добиться уменьшения искажений (10). Тогда, рассчитывая усилитель с "избыточным усилением", можно добиться снижения искажений посредством "обратной связи", оставив при этом требуемое усиление полезного сигнала на выходе. Это обманчивое своей простотой решение пришло ему в голову во время переправы через Гудзон.
    Спустя много лет, в 1957 году, Харальд Блэк был награжден Золотой медалью Американского Института электроинженерии (AIEE). Вот что сказал в этой связи M.J. Kelly, президент Bell Labs: "Наряду с изобретением аудиона Де Фореста, работа Блэка является самой значительной в электронике и связи за последние 50 лет... Без стабильного усиления, свободного от искажений, достигнутого благодаря изобретениям Блэка, современные многоканальные коммуникации на континенте и через океан не были бы возможны (11)".
    В 1924 г. появилась статья с расчетом оптимальной нагрузки триода с целью получения максимальной мощности (12). В1925 г. уже появилась обобщающая теория электронного усиления мощности (13). Она была написана ни кем иным, как Эдвардом Келлогом (Ed. Kellogg - вместе с Rice'oм изобрел динамик электродинамического типа с подвижной катушкой, остающийся и по сей день самым популярным). В статье Kellogg предположил, что 5% искажений являются предельно допустимыми в звуковых усилителях. Он показал при этом, что данная величина приемлема только в том случае, если кривизна характеристики передачи является "непрерывной и однородной, даже если сама характеристика резко обрывается на концах". Под этим подразумевалось, что продукты искажений должны быть низкого порядка, т.е. второго, третьего, четвертого и вероятно пятого.
    В Британском еженедельнике Wireless World (14) появился исчерпывающий анализ работы двухтактного усилителя. Примерно в то же время фирма Thordarson предложила свои усилительные конструкции (КIТы) на рынок Штатов. В журнале Radio и подобных ему реклама гордо гласила: "Это даст шанс вашему радио воспроизвести реальную музыку. Построй усилитель мощности Thordarson". Компания предлагала и однотактные и двухтактные усилители. Потребность в усилителях с большой мощностью и высоким КПД обнаружилась в кинотеатрах еще в самом начале 30-х (15). В результате двухтактные усилители с трансформаторной связью получили признание в РА (Public Adress - озвучание больших площадок, вещание на широкую аудиторию). Они работали в классе-В, с целью получения максимальной мощности на выходе (16). Сразу же были выяснены проблемы с качеством в этом режиме и подобный подход больше не возникает в hi-fi кругах (17,18).
    Весьма заметным продуктом в тот период явился однотактный усилитель WE Model 91-А. Рассчитанный на озвучание малых кинотеатров, он использовал на выходе один триод 300В, дававший 3,5 ватта. Для больших театров был предназначен двухтактный Model 86-А. Пара ЗООА на выходе давала 15 ватт. Так обстояло дело до эры hi-fi, чьи проблески уходят в ранние 30-е.
    Далее...

Информация

Только к середине 80-х возникла новая волна спора между двухтактными усилителями на триодах и пентодных в ультралинейном включении. Противостояние касалось исключительно только РР схем; так что не будем обсуждать этот момент и скажем лишь одно - триоды вернулись, а наряду с ними вся орава усилителей с переключением триод/UL пентод.
    Вторая волна поднялась в начале 90-х, уже с знакомым нам конфликтом - двухтактные триоды против однотактных. Поскольку он так и не разрешен, им мы и займемся. Темы дебатов опять крутятся вокруг фазоинверторов, продуктов искажений, глубины ОС и вдруг всплывшего эффекта под названием "первый ватт".
    Далее...

SINGLE-ENDED VS PUSH-PULL

ЧАСТЬ 2

СДВИГ В СТОРНУ СУБЪЕКТИВНОГО

Одной из наиболее убедительных причин громадной популярности UL был отказ от специального питания экранной сетки. Второй по значимости причиной явилось то, что UL схема стала альтернативой между триодным и пентодным выходным каскадом, не помирив, но разведя соперников по разным углам. В самом деле, схема QUAD с ее перевернутым вверх ногами ультралинейным включением обеспечивала те же достоинства официальной схемы. П. Уолкер пытался отстоять свою правоту (32), но был окончательно повержен, так как у него не было такого завораживающего и мистического элемента, как нелинейная обратная связь, оправдывающая себя в узком промежутке.

Действительно, в своем обзоре этих двух технологий (Quad и Hafler) Лангфорд-Смит вычислил, что подача нелинейной обратной связи в UL включении уменьшает искажения не пропорционально усилению! Этот феномен буквально проносится перед носом классической теории обратной связи, оставляя в недоумении ее адептов. Общее восприятие рынка и аудиофилов было таково, что усилитель Асго содержал нечто, отсутствовавшее и у Quad II и у Mclntosh.

При окончательном анализе Mclntosh имел лучшие измеряемые параметры, чем Асго и Quad II. Но Асrо, не будучи технически равным Mclntosh, апеллировал своей ценой к потребителю, не искушенному в технических тонкостях. Обыватель же, со всей тягой к непостижимому и мистическому, голосовал своим $ за Асго.

Сами же разработчики апеллировали не столько к голове и уму покупателя, сколько к ощущениям аудиофилов. В статье Audio Engineering (39) они писали: "Превосходные объективные показатели необходимы, но недостаточны для качественного звука. Это означает, что тест на прослушивание более важен, он в конце концов, остается наиболее убедительным". Таким образом, усилители Асrо продавались на аудиорынке за их звучание, а не за характеристики (31, 41), встав на пути опасной тенденции - слепо доверять техническим результатам, как мерилу качества.

ПОЛНЫЙ СУБЪЕКТИВИЗМ

Такое отклонение от общепринятой позиции отражало новое, едва родившееся отношение к определению качества. Статьи, дававшие оценки по техническим показателям, стали вызывать недоверие. Этот разрыв стал более заметен, когда аудиофилы стали обсуждать графики и цифры новых транзисторных усилителей, показатели которых были лучше, чем у старых ламповых и, следовательно, звук должен быть лучше.

Однако любой аудиофил припомнит, что ранние полупроводниковые усилители звучали подобно карманному приемнику, употребляющему стероиды.

Проблема в том, что транзисторы до сих пор имеют плохо изученные параметры, которые вызывают недовольство самих создателей транзисторной техники. Прямейшим путем попадания на рынок качественного audio казалось проектирование схем по образу и подобию ламповых. Но при таком подходе были обнаружены переходные интермодуляционные искажения (TIM) (42, 43) и поэтому существовавший зазор в качестве между лампами и транзисторами стал настоящей дырой. TIM искажения стали главным фактором "закрытия школы, где учат, что спецификации врать не могут", так как слушатель всегда доказывал, что он прав.

Вот тогда и случилась занимательная штука - многие слушатели вовсе прекратили доверять характеристикам. Это обусловило нарождение нового класса audioписателей: экспертов-слушателей. Основатель журнала Stereophile J. Gordon Holt, к примеру, на протяжении 60-х оказал большее влияние на вкусы аудиофилов, чем любая из компаний, производивших audioтехнику. В процессе экспроприации audio из безраздельного подчинения инженерам, Холт вывел определение того, как чувствуют музыку аудиофилы(*19). В 70-е Harry Pearson затмил влияние Холта, введя парадигму "абсолютного звука", т.е. звука живой музыки, как в концертном зале, не подвергнутой усилению. Отсюда и название его журнала - Absolute Sound.

Конечно, если довести эту парадигму/образец до логического предела, как это сделал бы Платон, то у каждого понятия или предмета должен существовать свой идеальный прототип - идеальная скрипка, идеальный концертный зал и прочее. Однако это предполагает и наличие идеальных ушей, способных слышать все это! В этом случае пророчества Hafler'a и Keroes'a сбылись: эти "новые субъективисты" создали особую методику влияния на аудиофилов - влияние, которое впрямую адресовано к эстетическим ощущениям любителей музыки.

"Новые субъективисты" создали немало поправок в технических спецификациях, которыми буквально завалили производители среднеклассного audio с самого начала транзисторной революции. В технике high-end подобные коррекции также присутствовали, хоть и в меньшей мере: в век Холта и Пирса субъективные оценки работы компонентов стали перевешивать профессиональный взгляд на вещи, при оценке различий. Что в результате? Забытые технологии порой появляются вновь, вооружившись новыми возможностями; новые технологии, полные надежд и обещаний, порой исчезают непризнанными.

Так как флаг искусства в audio водружен над audioинженерией, мне видится полезным во все времена искать точки соприкосновения одного с другим. К примеру, античные греки не делали различий между подходом творческим и научным, техническим. Их объединило одно слово - techne. Использование этого термина предполагало неразрывную интеграцию искусства и техники. Да, греки полагали, как и другие цивилизации, что архитектура являет образец почти абсолютного альянса творчества и науки. Но можно ли сказать то же самое про audio наших дней? Быть может полезно заново пересмотреть античные взгляды.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ОДНОТАКТНОЙ ЛЕГЕНДЫ

Благодаря огромному влиянию Cocking'a и Уильямсона, однотактные усилители игнорировались аудиофилами до тех пор, пока в Японии не начались эксперименты с ними в середине 70-х. Японцы, и в особенности Нобу Шишидо (Nobu Shishido) - ключевая фигура в однотактном движении, заслуживают уважения за то, что они принесли собственные достижения в технике audio к алтарю SE.

В самом деле, японцы выказывают больший пиетет перед иконой audioистории Запада, нежели сами американцы. То, что привело японцев к однотактникам, американцам показалось анахронизмом - любовь к своим и английским старым рупорным системам. Согласно японским энтузиастам, в комбинации однотактных усилителей и рупорных систем их привлекли "тональность " и "атака". Существует почти библейская история о том, как Икеда (Ikeda - один из видных японских идеологов однотактного движения) открыл для себя Western Electric 91-А (*20). Этот 3,5 ваттный усилитель со старой системой Lowther обладал ангельским голосом в сравнении с транзисторными усилителями самой последней марки.

К середине 80-х японские аудиофилы, кажется, перепробовали все известные однотактные схемы и типы ламп (*21). В этом временном промежутке, столь активном для японцев, для остального мира тянулась длинная пауза безвременья. Однотактное движение в Японии имело жестко субъективную реакцию на общепринятую школу оценки качества с ее неизбывным лозунгом -"Цифры и характеристики не врут". В это же время подобная реакция имелась у публики, объединившейся вокруг того, что метко окрестил Гари Пирсон - High-End Audio. И в каждом случае силы коммерческого подхода к звуку готовы оттягать каждый дюйм сверх того, что могло быть поверено современными стандартами верности звучания. (Та же ситуация хвастовства и самоудовлетворенности промышленных монстров от audio, с чем боролись в свое время Cocking и Williamson).

1. То же самое можно сказать об источнике питания. Усилитель подобен монете с тремя сторонами, одна из которых будет рассматриваться в этой статье: схемная топология.

2. Ли Де Форест запатентовал триод в 1907 году. Он назвал свое изобретение как " Устройство для усиления слабых электрических токов' (US pat. it 841, 387). В 1908 г. он получил патент за усовершенствованный триод (US pat. # 879, 532). Последний имел название - "Пространственная телеграфия" и касался беспроводной передачи сигналов.

3. В 1913 г. Langmuir опубликовал монографию (88), где утверждается существование чистого электронного разряда. Аргументы его опираются на более фундаментальные открытия британского физика С.И. Richardson'a.

4. Так как большинство ламп, разработанных WE, было предназначено для специальных целей, таких как трансокеанские телефонные ретрансляторы, то и выполнены они были по высочайшим кондициям качества и надежности. Частенько в них применялись экзотические материалы - платина и иридий для нитей накала. Изготовленные из ник катоды прямого накала покрывались многослойной пленкой из оксидов бария и стронция, наносившихся поочередно. Подобно лучшим самурайским мечам, нить накала нагревалась до 1000° после очередного слоя. Итак, 16 слоев из оксидов, что получило название стандартного катода WE. Лампы с такими катодами позднее обнаруживались вполне пригодными после 20000 часов работы в лабораторных условиях.

5. Работа по формализации функциональных соотношений между сеткой, катодом и анодом была выполнена Ван Дер Биалем (H.J. Van der Bijl - второе лицо в лаборатории физических исследований в WE). Он стал отцом теории ламп (94). Его книга 'Теория электронных ламп и их применение" (Me Graw Hill, New York, 1920) явилась первым главным опубликованным трудом по электровакуумным приборам.

6. На тот момент "существовавший тип громкоговорителя" была головке электродинамического типа с подвижной катушкой.

7. В последних статьях из этой серии освещались поиски Cocking'a лучшего инвертора (21).

8. Первоначально появился как "Внутренний отчет № Q2S3" М.О. Valve Company за 1944 год.

9. Не в пример Cocking'у усилитель Уильямсона применял тетроды КТ66, включенные триодами. Сам Уильямсон в тот момент работал инженером на М.О. Valve Company (Marconi Osram Valve Company - производитель легендарных тетродов серии Gold Lion KT. предназначенных для использования в звуковых усилителях).

10. Каскады с низким мю требуют, как правило, большего смешения и, следовательно, имеют больший headroom (запас по входному сигналу до ограничения), чем каскады с высоким. Это решающий момент исключения переходных искажений с использованием ОС.

11. Однако с годами большинство инженеров утеряло из виду столь важный момент - лампа с малым мю по входу, если применяется ОС. Понимание Уильямсоном правильного функционирования усилителей с ОС стало очевидным лишь спустя годы.

12. Фазовый сдвиг в этом случае появляется из-за емкости сетка-катод (междуэлектродная ламповая емкость). В обшей петле усиления было обычно шесть и более таких полюсов. Фазовый набег приобретал кумулятивный характер (каждый полюс дает набег в 90°, зависящий от частоты).

13. Единственное требование: амплитуда драйвера должна быть увеличена, чтобы скомпенсировать потери, вносимые местной ОС. Т.к. чувствительность пентодов примерно вдвое больше, чем у триода, то "оставшаяся половина избыточного усиления" могла быть использована для локальной ОС.

14. Макинтош и Гау нашли способ компенсации потерь из-аа введения разделенной обмотки, когда усиление выходного каскада равно 1. Этим способом был "драйверный каскад с вольтодобввкой". Положительная ОС подавалась на аноды драйвера, тем самым, увеличивая динамику раскачки (34, 35). Благодарю Майла Несторовича (Mile Nestorovic) - разработчике Me Intosh МС-3500 за предоставленную информацию по этому вопросу.

16. Еще в 30-е годы Ален Бпумпайн (Alan Blumlein - основоположник теории и практики стереозаписи на ф. Bell Labs) указал на существование такой области, хотя и не уточнил ее границы (British pat. # 496, 683, jan 5 1939). Патент Хафлера и Кероса, несомненно, был важный дополнением к изначальному изобретению Блумлайна (равно как патент Флеминга по диодный свойствам термоионной эмиссии стал важным дополнением к появившемуся до этого открытию Эдисона).

17. Лангфорд Смит многие годы был редактором австралийского журнала Radiotronics.

18. Главное улучшение состояло в увеличении мощности в два раза.

19. Хотя невежды и бестолочи получат большое удовольствие, отыскав у Холта противоречия, смотри, к примеру, Stereophile Vol.9, №4.

20. Байка гласит о том, что Икеда с друзьями были одинаково шокированы и двухтактным WE86. Однотактный WE91 был частью кинотеатральной системы 500А. Он отдавал максимум 4 Вт на триоде ЗООА (позднее 300В). Системы 500А использовались в малых залах. В больших кинотеатрах применялись системы 1086 с усилителями WE86 и WE87. В них стояли 300В и 845 триоды соответственно в двухтактном включении. (Спасибо J. Roberts У из Sound Practices и P. Mundfy из WE за предоставленную информацию).

21. Как явствует из журналов для самоделыциков - MJ Stereo Technic и Radio Jyutsu.

Теперь пришло время рассмотреть различные философии при проектировании ламповых устройств и некоторые феномены нелинейной работы их.

В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ

Фирма Audio Research Corp. (ARC) оказалась готовой возродить усилитель на пентодах, главным образом потому, что люди подзабыли о проблеме противостояния триода с пентодом. Выяснение отношений оказалось в кильватере ушедшей вперед п/проводниковой техники. В 1970 году ARC стала конкурировать не с другими ламповыми продуктами, а с современными, новыми транзисторными усилителями.

Только к середине 80-х возникла новая волна спора между двухтактными усилителями на триодах и пентодных в ультралинейном включении. Противостояние касалось исключительно только РР схем; так что не будем обсуждать этот момент и скажем лишь одно - триоды вернулись, а наряду с ними вся орава усилителей с переключением триод/UL пентод.

Вторая волна поднялась в начале 90-х, уже с знакомым нам конфликтом - двухтактные триоды против однотактных. Поскольку он так и не разрешен, им мы и займемся. Темы дебатов опять крутятся вокруг фазоинверторов, продуктов искажений, глубины ОС и вдруг всплывшего эффекта под названием "первый ватт". Я еще вернусь к этим вопросам позднее, после того, как утрамбую теоретический фундамент для них.

На протяжении последних 25 лет утвердилась тенденция фокусировать внимание на анализе формы сигнала, как средстве обучения схемотехнике. Такой подход приемлем потому, что исходит из предположения гармонических составляющих звучания музыкальных инструментов. Вероятно, это и было посланием Харри Олсона (Н. Olsop) в его знаменитой монографии "Музыка, Физика и Инженерия", на обложке которой были изображены колеблющиеся струны (См. 44). Или быть может это синусоиды? С точки зрения Олсона - никакой разницы.

ГАРМОНИЧЕСКИЙ СОСТАВ

В своем экспертном ревю об усилителе Сагу CAD-805, Дик Олшер (Dick Olsher - DO) пишет: "Нечетные гармоники (3-я. 5-я, 7-я и т.д.) не являются консонантными с музыкальными звуками инструментов и, следовательно, довольно трудно маскируются даже на очень низких уровнях". (45) Так как консонантные интервалы являются одним из концептуальных понятий данной статьи, следует дать им понятное определение, прежде чем двигаться дальше.

Ощущение созвучности (связанности) и наоборот, разнобоя и несогласованности возникает тогда, когда два или больше чистых тонов звучат одновременно. Вдобавок к этому каждая пара тонов (или интервалов) имеет свой особенный характер и он (этот характер) эстетически действует на слушателя (46). Пифагор (около 550 лет до н.э.) полагал, что понятие консонанса или диссонанса, создаваемых каждым интервалом, определено числовым отношением между ними (тонами). Современная акустика полностью подтвердила его открытие (47, 48).

Природный или натуральный звукоряд (Рис. 4) основан на естественном расположением узлов на натянутой звучащей струне (Рис. 5).

Западная система музыкальной гармонии основана именно на природном звукоряде. Частоты, которые издает тронутая струна, относятся друг к другу как 1 : 2 : 3 : 4 : 5 и т.д. Любое из этих отношений определяет расположение тонов в натуральном звукоряде. По Олсону, интервалы в унисон (1 : 1) и в октаву (1 : 2) наиболее созвучны, в соответствии с установленным критерием консонанса: "гладкость, чистота и слитность" (48). Чистая квинта (2 : 3) является следующим созвучным интервалом. А вот музыкальные интервалы-кварта (3 : 4) и большая терция (4 : 5) уже носят легкий оттенок диссонанса. Отметьте числовую прогрессию интервалов.

Интервалы более сложных отношений, таких как большая септима (8 : 15), представляются чисто диссонансными, так как порождены несочетаемыми звуками (47). С другой стороны, унисон и октава слишком чисты и очевидны, чтобы ласкать слух. Ладнером (Ladner) в (49) было показано, что чистая квинта и большая терция добавляют каждая свой "характер", отсутствующий в звучании унисона или октавы. Именно этот характер, столь интересный для слуха, становится прогрессивно неблагозвучным по мере усложнения интервала.

Заметьте, что каждый интервал содержит и четные и нечетные гармоники. Восприятие же четности или нечетности само по себе не имеет выраженный характер. Чтобы это стало очевидно, посмотрите на линию L1 Рис. 5. Это ведь основная гармоника и сама по себе она нечетная. Решающим фактором созвучности является простота отношений частот.

ГАРМОНИЧЕСКИЙ СОСТАВ

Симметрия сигнала дает нам ключ в поисках души у "однотактного звука". Чтоб уяснить себе важность темы, обратимся к вопросу, каким образом гармонические искажения воздействуют на тембр звучания.

При тестировании уже упомянутого CAD-805 T.J. Norton обратил внимание на продукт искажений Рис. 6 и особенно на "зарубки", возникающие через период: "Эти зарубки соответствуют отрицательной полуволне сигнала и обязаны некоторой особенности работы схемы, возможно применению выходной лампы в одноактном включении". Как T.J.N. выяснил ранее, что подобные искажения возникают, когда усилитель CAD-805 работает на 2-х Омную нагрузку с 4-х Омного отвода трансформатора.

Засечки появляются через раз, что стараниями Norton'a можно увидеть из осциллограмм (сравните строгое соответствие засечки с нижней полуволной выходного сигнала, верхняя синусоида). Отметьте также "зубцы" на нижней кривой, что соответствует верхней полуволне, когда лампа открывается.

Давайте глянем сначала на большую засечку. Так как она появляется только на одной половине сигнала (отрицательной), то следовательно, искажения выходного сигнала не симметричны относительно оси. Это указывает на присутствие продуктов четного порядка (50). Очертания и амплитуда засечки говорят, что это четвертая гармоника. Она выглядит будто чистая синусоида помножена со второй гармоникой!

На Рис. 7 показан подобный эффект при менее жестких условиях. Здесь мы видим, что продукты искажений имеют сглаженный выброс также на отрицательной полуволне.

Анодный ток (синусоида на Рис.8) качается относительно рабочей точки Q. При положительной полуволне по входу, сигнал идет вверх по линии нагрузки и протекает больший анодный ток через лампу. Наоборот, при отрицательной полуволне сигнал следует вниз по нагрузке и ток уменьшается (где еg - мгновенное значение входного сигнала, еp - выходного, ip - мгновенное значение анодного тока). В Саrу CAD-805 четные искажения появляются на отрицательной полуволне, так как в SE существует выраженная кривизна анодных характеристик вблизи отсечки анодного тока. (По мере роста анодного тока, характеристика близка к прямой линии). Так как кривизна характеристик влияет только на отрицательную полуволну, то и выходной сигнал должен быть асимметричен и, следовательно, искажения будут четного порядка.

Рис. 9 и 10 иллюстрируют существенную разницу между искажениями четных и нечетных порядков. На Рис. 9 изображен результат суммирования чистого синуса со второй гармоникой.

А на Рис. 10 - с третьей гармоникой. Во втором случае очевидно, что 3-я гармоника изменяет основной сигнал таким образом, что, если мы перевернем верхнюю половину относительно оси на 180°, то она окажется зеркальным подобием нижней. Следовательно, нечетные искажения симметричны. В тех же условиях, то есть при повороте на 180°, четные искажения вызывают асимметрию.

Вестник А.Р.А. №2

Часть [1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [6]  [7]

Статьи

Ламповый звук Тайны лампового звука Волшебство лампового звука [1] [2] Когда лампа лучше, чем транзистор [1] [2] Почему вакуумный триод звучит музыкально Схемотехника ламповых усилителей Лампы или транзисторы? Лампы! Однотактный ламповый усилитель для начинающих Двухтактные ламповые усилители Оконечный пушпульный усилитель - схема Уильямсона-Хафлера-Кероеса Рекомендации по повторению реплики схемы Уильямсона-Хафлера-Кероеса Однотактный усилитель с непосредственной связью. Схема Loftin-White [1] [2] Трехламповый усилитель Губина Однотактник на 300В Усилители низкой частоты Расчет каскада с нагрузкой в аноде Однотактный усилитель на лампе 807 [1] [2] Циклотрон. Мощный усилитель с выходными лампами ГУ-50 SE на RB300 Однотактный усилитель мощности на 300В. Модель WE91 для 90-х годов [1] [2] Как улучшить звучание HI-FI системы [1] [2] [3] [4] [5] [6] Лампы и звук: назад, в будущее [1] [2] [3] [4] [5] Однотактный ламповый ... [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] Апгрейд усилителя XD845MKIII [1] [2] "Усилитель" для наушников на SRPP [1] [2] [3] [4] [5] [6] Ламповый High-End [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [...] Обзор журнала Glass Audio за 1998 год [1] [2] Обзор журнала Glass Audio за 1999 год Корректор для винила Компенсированные регуляторы громкости Усилитель НЧ Даешь ONGAKU! Tubesaurus Rex Усилитель НЧ с комбинированной обратной связью Прибор для измерения напряжения накала высоковольтных кенотронов George Ohm живет в Харькове Ревизия однотактного усилителя с межкаскадным трансформатором Усилитель мощности НЧ с высоким КПД Двухканальный усилитель НЧ Усилитель НЧ с клавишным переключателем Радиотрансляционные установки ТУ-50 и ТУ-100 Портативный проигрыватель Усилитель НЧ Усилитель без выходного трансформатора Усилители без выходного трансформатора Лампово-полупроводниковый УМЗЧ Акустика Бытовые акустические системы [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] Там, где живут басы [1] [2] [3] [4] [5] [6] The Onken Enclosure Категории слухового восприятия [1] [2] Три взгляда на акустику помещений [1] [2] Акустика в которой мы живем [1] [2] Акустика офисов Мифы звукоизоляции Акустика отделочных материалов Акустический агрегат с объемным звучанием Акустические свойства домашней мебели Акустические линзы для громкоговорителей Акустические измерения в практике радиолюбителя Акустический фазоинвертор Акустика студий [1] [2] Полезные советы разработчиков Hi-End Триод против пентода. Что выбрать? [1] [2] SINGLE-ENDED VS PUSH-PULL [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] Одноламповые усилители низкой частоты Как пользоваться характеристиками электронных ламп Многоламповые усилители НЧ на импортных лампах Контактно-резисторный коммутатор входов Как проверять аппаратуру в салоне Что лучше: 4 или 8 Ом акустика? Выходной трансформатор для однотактника. Быть или не быть линейным Простая и быстрая проверка трансформаторов Десять способов усовершенствовать вашу аудиокомнату Испытатель ламп Понижение уровня фона в усилителях Evolution Пять правил рационального питания Трансформаторы в однотактных усилителях Выходные трансформаторы Измерение характеристик выходного трансформатора [1] [2] Однотактный «Magnum» Какая лампа нам нужна Какая лампа нам нужна и будет ли она? Улучшенная конфигурация листов трансформаторной стали Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление? [1] [2] Звук: интересные наблюдения Вся правда об акустике ProAc Немного теории лампового звука О заметности искажений История лампы 300B Краткая история возникновения Hi-Fi Возможен ли "виниловый ренессанс?" [1] [2] [3] Hi-End: Мифы и реальность [1] [2] Как не заблудиться в кабельных джунглях? Побалуйте свои уши! [1] [2] Ограничение сигнала усилителем – можно ли работать в клиппинге? "Хай-Энд" умер, да здравствует "Хай-Энд"! [1] [2] Блестящие звукозаписи [1] [2] [3] Семь слов об ошибках аудиоэкспертизы Частотные, нелинейные и фазовые искажения Внешние факторы, влияющие на восприятие звука Многоканальный окружающий звук [1] [2] [3] [4] Магнитная запись: мифы и реальность Теория схемотехники и звукотехники Для начинающих. Как работает усилитель [1] [2] Принципы схемотехники электронных ламп [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] Хрестоматия радиолюбителя, 1963г. [1] [2] [3] [4] [5] Конструктивный расчет входных и выходных трансформаторов [1] [2] Как работают звуковые трансформаторы Элементарная теория схем с обратной связью [1] [2] [3] Теория звукотехники Двухтактно-параллельный усилитель НЧ Особенности стандартов, описывающих мощность в звукотехнике Отрицательная обратная связь в усилителях Классы усилителей мощности Элементарная теория триода [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Как работает лучевой тетрод О мощности, ваттах, децибелах... [1] [2] Теория звука [1] [2] [3] [4] Звук и цифровые технологии [1] [2] [3] [4] [5] [6] Проектирование абсолютно устойчивых усилителей [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] Звуковые форматы Описание стандарта MP3 Правильная мощность Начинающим. Радиолампа Высококачественный усилитель низкой частоты Объемный звук [1] [2] [3] Парадоксы электрона Вибратор к гитаре Ламповый авометр Старая и популярная 12АХ7/ЕСС83 Принцип устройства и работы электро-вакуумных приборов Двухэлектродные лампы Трехэлектродные лампы Рабочий режим триода Многоэлектродные и специальные лампы Электронно-лучевые трубки Газоразрядные и индикаторные приборы Фотоэлектронные приборы Собственные шумы электронных ламп Особенности работы электронных ламп на СВЧ Специальные электронные приборы для СВЧ Надежность и испытание электровакуумных приборов Основы схемотехники ламповых усилителей Искажения в усилителях, их измерение, меры по снижению искажений Основные сведения о радиокомпонентах Источники питания Каскады усиления мощности Каскады предварительного усиления Широкополосные усилители Усилительный каскад с катодной нагрузкой [1] [2] Life in Vacuum. EL34 Life in Vacuum. 6H8C, 6H9C Life in Vacuum. SV572 SV6550 6C5C 6C3П/6C4П Двойной триод 6Н3П Пентод 6Ж5П 6П42С / 6П45С Лучевой тетрод 6П1П Пентод 6П14П в оконечном каскаде Двойной триод 6Н14П Кенотрон 1Ц11П Демпферный диод 6Ц10П Что и как мы слышим

Найти на сайте

Информация

Только к середине 80-х возникла новая волна спора между двухтактными усилителями на триодах и пентодных в ультралинейном включении. Противостояние касалось исключительно только РР схем; так что не будем обсуждать этот момент и скажем лишь одно - триоды вернулись, а наряду с ними вся орава усилителей с переключением триод/UL пентод.
    Вторая волна поднялась в начале 90-х, уже с знакомым нам конфликтом - двухтактные триоды против однотактных. Поскольку он так и не разрешен, им мы и займемся. Темы дебатов опять крутятся вокруг фазоинверторов, продуктов искажений, глубины ОС и вдруг всплывшего эффекта под названием "первый ватт".
    Далее...

Это интересно

Когда импеданс нагрузки падает, линия нагрузки испытывает наклон (вроде вращения по часовой стрелке относительно рабочей точки). В этом случае искажения увеличиваются, так как линия нагрузки нижним своим концом упирается в место, где анодные характеристики толпятся (51, 52). Что и подтверждается поведением кривых искажений на Рис. 11. (Верхняя - 2 Омная нагрузка, нижняя - 8 Омная, середина - 4 Ома).
    Если разработчик задал нагрузочной линии сильный наклон (как часто делается, чтобы форсировать мощность при данном импедансе нагрузки), усилитель станет "нервно" реагировать на падения импеданса. (Это происходит в моменты, когда импеданс громкоговорителя проваливается на определенных частотах). Не скажу, что Саrу спроектирован именно подобным образом, очевидно, что не так, и характер искажений на 4-х Омах очень близок тому, что на 8 Омах нагрузки.
    На положительной полуволне (см. Рис. 6) видны мелкие засечки. С чисто иллюстративной целью (без анализа), полагаю, что это вызвано искажениями, а не шумом. Так как они асимметричны, то налицо опять четные искажения, а в силу их остроты - искажения высоких порядков, хотя и ничтожны по амплитуде. И, наконец, на графике заметны отклонения как верхней, так и нижней половин сигнала. Это говорит о присутствии нечетных искажений.
    Рис. 12 демонстрирует более наглядную форму нечетных искажений. Очевидно, что искажения влияли на обе половины сигнала. Острые выбросы говорят за присутствие искажений высоких порядков.
    Спектр искажений своеобразен для каждого усилителя и может быть подобен египетской клинописи. Оба они совершенно непостижимы, пока не был найден камень Розетты, открывший таинство начертаний. И мы приступим к поиску такого камня.
    На Рис. 13 показан типичный спектр SE усилителя. Ясно видим гладкое спадение по амплитуде продуктов искжений (так что а2>а3>а4>аn). Если передаточная характеристика проанализирована графически (53), то подобный же вид будет иметь и огибающая спектра. Если мы по известной технологии (о ней нетрудно догадаться из Рис. 8) построим передаточную характеристику, то при данных сеточных и анодных кривых, она будет всегда слегка искривлена (см. Рис. 8), приводя тем самым к диспропорции между входным и выходным сигналами. Таким образом, чтобы получить линейную характеристику передачи, характеристики лампы также должны быть линейны, параллельны и отстоять друг от друга на одинаковом расстоянии.
    В отличие от спектра SE усилителей, спектр усилителей РР представляет собой подобие гребенчатого фильтра, где идет подавление продуктов четных. Однако, на практике суммарный спектр ]состоит из двух независимых последовательностей - одна из нечетных гармоник, другая из четных.
    На Рис. 14 представлен типичный образец спектра РР усилителя с эффектом гребенчатого фильтра. Теоретически, подавление нечетных гармоник в двухтактной схеме возможно путем применения полностью идентичных элементов с верхнем и нижнем плечах (54).
    Спектр на Рис. 15 имеет почти одинаковые по величине гармоники 2-го и 3-го порядка. При более тщательном подгоне половин выходного каскада, возможно снижение второй гармоники, но тогда 3-я гармоника, менее созвучная, станет доминировать. (В этом тоже состоит искусство настройки - Ред.). До тех пор, пока 3-я гармоника не подавлена полностью, есть смысл оставлять и 2-ю, так как она дает положительный маскирующий эффект, тем самым "затеняя" продукты искажений более высокого порядка (55, 56).
    Наиболее важный момент - подавление высших гармоник. Они ощутимы главным образом не из-за того, что создают диссони- рующие интервалы с основным тоном, но с ростом их порядка (гармоник) катастрофи- чески, с более быстрой скоростью растут интермодуляции (57). Когда две или более гармоники взаимодейст- вуют между собой, появляются суммарные, либо разностные тоны, что собственно и есть продукты интермодуля- ции (IM) (58,59,60). К примеру, 18-я гармоника будет "взаимномо- дулировать" со всякой, существующей в интервале от 2-й (включительно) до 17-й. То же самое произойдет с 17-й, с 16-й и т.п.
    Амплитуды IM продуктов пропорциональны амплитудам взаимодействую- щих между собой гармоник. Этот факт проиллюстри- рован на Рис. 16, 17, одновременно можно сравнить и спектры обмеряемых устройств. Однотактный Сагу CAD-805 имеет более "грязный" IM спектр, поскольку его гармонический спектр более обогащен (Рис. 18).
    Звучит ли Krell более "чисто", чем Саrу, как это показывают измерения? Продукты интермодуля- ций, как правило, никак не соотносятся с основным тоном. Распределение их в спектре псевдослучайно, подобно шуму, это нечто среднее между розовым шумом и шумом дождя. Эффект ясно слышен на LP Warner Bros. BSK 3109 - Seals and Croft's Greatest Hits. Послушайте вспышку аплодисментов в начале "I'll Play for You". Они "болтаются" по громкости, подобно промодули- рованному шуму. Что это - редкие хлопки, или прекращение дождя?
    Подобные разновидности шумов весьма эффективно используются психоакустиками, например, James T. Johnston из AT&T. В своих экспериментах по восприятию человеком различных слуховых иллюзий, ученые вводят шум, чтобы маскировать музыкальные звуки. Было выяснено, к примеру, что определенные разновидности аддитивного шума могут сделать голоса в хоре более выпуклыми или выделить скрипки в секции смычковых!
    С другой стороны, некоторые шумы могут уничтожить пространство сцены и до неузнаваемости разрушить разборчивость речи, сказанной с экрана. Эти эффекты имеют место в зависимости от того, какой тип шумов замешан в звуковой сигнал.
    Очевидно, что спектр искажений, изображенный на Рис. 18, не имеет точной корреляции с субъективным восприятием DO, слушавшего CAD-805. Как же нам быть при подобном несоответствии?
    Из Рис. 19 можно сделать вывод, что на низких уровнях мощности, триоды имеют спектр гораздо чище, чем пентоды. На полуватте триод 2АЗ имеет только вторую гармонику, тогда как у пентода 6F6 гармонический хвост тянется аж до 9-й гармоники!
    "Маломощный спектр", таким образом, разъясняет суть явления,называемого "первым ваттом". В этой связи более важно рассматривать моменты перехода от низкого уровня к более высокому, с точки зрения обогащения спектра, когда динамик с достаточно высокой чувствительностью не станет "вытягивать" лишние, искаженные ватты из усилителя.
    Из того же Рис. 19 видно, что с повышением отдаваемой мощности, растет хвост из третьей и четвертой гармоник, а измерения на Рис. 18 лишний раз это подтверждают. Если категорично это интерпретировать, то следует заявить, что однотактники при высоких мощностях должны иметь очень диссонансный голос. Но действительность опрокидывает такое предположение. Как с этим быть?
    Простое отношение второй гармоники к основной, вроде бы не должно нарушать общей картины созвучия (т.к. отношение 1 : 2 является простейшим из всех интервалов, кроме собственно унисона). Тем не менее, гармонические искажения, хотя бы и второго порядка, добавляют постороннюю энергию к обертонам музыкальных инструментов. К примеру, спектр на Рис. 13 всеми своими гармониками должен "прилипнуть" к спектру на Рис. 20 (отметьте их подобие). Такое вот уникальное соответствие явно усилит спектр флейты. А если так, то все язычковые инструменты должны приобрести "флейтовый" голос.
    Опять же спектр Рис. 14 должен усилить спектр кларнета на Рис. 21 и в звучание флейты проникнет его тембр. Известно, что подобные эффекты также приложимы и к балансным схемам, которые, как правило, двухтактные(*22)(61). Однако, не забудьте, что суммарные гармонические искажения балансных схем гораздо ниже, чем у однотактных. И это может сделать их менее заметными в тракте, с точки зрения вносимых искажений, а может и не сделать. Это определит характер музыки или речи.
    Понятное дело, что для оценки искажений требуется какойто универсальный и лучший метод. И их все время предлагали (62, 63, 64), но ни один из них не выдержал проверки на прочность.(*23) Проблема достоверности этих методов заключается в том, что существует понятие, по определению Олсона, как blending - слитность, гармония (48)...
    Далее.....

Информация