ЧАСТЬ 2
НЧ характеристика и звучание в этой области
У меня накопилась огромная информация с объяснением специфического характера звучания
ламповых усилителей. Я сосредоточился главным образом на звучании баса, так как именно здесь
искажения выходного трансформатора доминируют над всеми искажениями схемы. Формула (7) дает
значение частоты, ниже которой искажения по напряжению становятся угрожающими.
На выходе усилителя, чьи искажения ниже 40 Гц резко растут, мы намеряем хвост из гармоник:
80 Гц — вторая, 120 Гц — третья и так далее. Когда мы станем слушать этот сигнал, то услышим
не продукты искажений, а сильный, богатый бас.
Этот тест выявляет удивительную способность нашего слуха конвертировать набор искажений в
основную составляющую. Нам слышится 40 Гц и, благодаря присутствию гармоник, этот тон
воспринимается громче и интенсивнее. Также был проведен опыт, когда на выходе усилителя основной
тон удалялся и оставались только гармоники6. В этом случае казалось, что мы ясно слышим этот
тон, гармоники словно воссоздавали его.
Указанный эффект имеет место только в басовой области, когда середина и
высокие остаются неискаженными. Таким образом эти искажения проявляются не как хрипы, но как
вполне приемлемое для уха звучание, ничуть не раздражающее.
Но что же произойдет, когда мы используем выходной трансформатор с очень большой индуктивностью?
Может быть, это удивит вас, но бас будет звучать мягче. Искажений не возникает, вы слышите только
чистый тон. Это обнаружилось при работе с PAT 4006.
Во время теста я заметил, что звучание тороидального транса несколько мягче, чем звук
трансформатора на Ш-железе с невысокой индуктивностью (всего ЗО Гн). Частотная характеристика,
благодаря громадной индуктивности тора, протягивается вниз гораздо дальше, чем у обычного
(Ш-пластины). Вроде бы бас должен восприниматься громче, но это не так. Соображения, приведенные
выше, как раз объясняют этот факт, а я оставляю вам судить, насколько желаемы или нет искажения в
басу.
Высказанная теория проясняет, отчего же выходные трансформаторы в разных приложениях могут звучать
различно. Она же объясняет, отчего в гитарных усилителях они играют решающую роль в создании
специфического тонального баланса и почему трансформаторы с солидными размерами не используются
там. Эта модель способна объяснить, почему в качественных hi-end аппаратах мы встречаем
трансформаторы огромных размеров: они таковы, чтобы искажения на низких частотах были низки
насколько возможно. В этом свете тороидальные ОТ как раз следуют выдвинутой теории.
Коэффициент демпфирования
В предыдущем обсуждении и взаимодействии акустики и усилителя я исходил из того, что последний
работал без ОС. Я также полагал, что в нашем распоряжении нет громкоговорителя с постоянным
импедансом, не зависящим, от частоты. Представьте теперь идеализированный усилитель с абсолютно
линейной частотной характеристикой, линейностью передачи без искажений и совершенными временными
параметрами.
Такой вот «идеальный» прибор, при подключении его к нормальной акустике с гуляющим импедансом,
может вызвать специфические эффекты. Нет, я не имею в виду, что усилитель начнет
возбуждаться. Я говорю о совершенно другом эффекте, ранее изученном и до ныне остающимся очень
важным, рис. 16 представляет эквивалентную схему усилителя и подключенную к ней нагрузку ZL.
Выходной импеданс усилителя Zвых определен формулой (8):
Zвых = ( Ns / Np ) ґ (2rP + Ris ) (8)
Благодаря совершенной частотной характеристике и отсутствию общей обратной связи, выходной
импеданс такого усилителя будет частотнонезависим. Положим, что усиление равно А при входном
напряжении Vin . Тогда выходное напряжение Vout на клеммах акустики будет определено формулой (9):
В этой формуле коэффициент демпфирования представляет собой отношение импеданса нагрузки к
выходному сопротивлению усилителя DF = ZL/Zout. паспорте на усилитель обычно указан импеданс
нагрузки в 8 Ом, так что при выходном сопротивлении усилителя в 2 Ом, DF= 4.
Однако в реальной ситуации из-за того, что импеданс громкоговорителя изменяется с частотой,
действительный коэффициент демпфирования постоянным не будет. Следовательно, как показывает
формула (9), напряжение на входе динамика будет также изменяться с частотой.
Но, большинство громкоговорителей спроектированы на то, чтобы напряжение на зажимах
поддерживалось постоянным во всем диапазоне частот и, таким образом, давление на оси
(SPL — Sound Pressure Level) оставалось бы постоянным. С ламповыми усилителями с низким
коэффициентом демпфирования дело обстоит иначе.
Регулируемый DF
Чтобы исследовать этот факт, я построил усилитель с регулируемым DFM подключил его к головке
электродинамического типа, попросту — к обычному дифузорному излучателю с подвижной
звуковой катушкой. У меня была возможность выставлять коэффициент демпфирования в 100, 8, 4, 2 и
1 (по отношению к 8-омной нагрузке). Измерения давления выполнялись калиброванным
микрофоном в хорошо заглушенном помещении. Характеристика громкоговорителя при DF = 100 была
взята за эталон, так что остальные графики дают лишь степень отклонения от этой характеристики,
не являясь при этом собственной частотной характеристикой динамика. Результаты на рис. 17.
Результаты оказались поразительными. Чем меньше коэффициент демпфирования, тем большее отклонение
характеристики от эталонной. Ламповые усилители, особенно без ОС, имеют весьма малый DF и таким
образом большой завал высоких частот. Я повторил эксперимент с разными динамиками и характер
графиков подтверждал общее правило.
Однако, прослушивание этих громкоговорителей не выявило большой разницы при изменении DF от 1
до 100. Почему же я не заметил субъективных изменений частотной характеристики?
Не я один, поскольку ламповые усилители с ОС или без нее широко распространены в мире, и я не
слышал нареканий в их сторону. Объясняю это тем фактом, что ухо человеческое быстро адаптируется
к изменениям частотной характеристики, если они не происходят очень быстро. Но пойдем дальше.
Исследования Kirk'a показали, что после короткого периода адаптации, человек начинает
предпочитать ограниченный частотный диапазон всему остальному (под остальным имеется в виду
диапазон со стандартными границами 20 Гц — 20 кГц — прим. ред.]. Большинство из существующих ныне
ламповых усилителей имеет DF меньше 16 и, следовательно, имеют больший или меньший завал на
верхних частотах. При этом звучание их более удовлетворительное, чем звук с заведомо более
широкой полосой, вплоть до 22 кГц у современных CD с транзисторными усилителями, где
демпфирование очень велико.
Минуя цифровые барьеры
Работая ревьюером/обозревателем в одном датском hi-end журнале, я выполнил массу тестов
прослушивания лучших усилителей, акустики и CD проигрывателей, доступных в мире на тот момент.
Все эти системы звучали замечательно, но мои предпочтения сместились в сторону ламповой техники с
ее специфическим звучанием. Я спроектировал и построил множество ламповых усилителей с разными
диапазонами, искажениями и демпфированием, какие только можно вообразить. Остановился на
DF = 4 и поныне этот результат меня вполне устраивает.
Недавно я заимел DAT магнитофон (Pioneer D-07). Он имеет переключаемые тактовые частоты: 32, 48
и 96 кГц, что соответствует полосе записи 16, 24 и 48 кГц соответственно. Запись проводилась на
этих грех частотах с использованием очень хороших микрофонов. Я субъективно оценивал качество
записей и открыл для себя замечательный эффект.
Запись с полосой до 16 кГц звучала очень естественно и правдиво. При расширении полосы до
24 кГц, все мои приятели, жена и я сам задались вопросом — что произошло с акустикой и усилителем,
что в них сломалось. Однако, переходе на диапазон до 48 кГц звук стал абсолютно устраивать — очень натуральный,
свежий, связный, без шероховатостей.
Исследования электрической активности мозга**
Эти субъективные результаты хорошо соотносятся с недавними научными исследованиями, где
измерялась электрическая проводимость нейронов в момент прослушивания музыки (Gamelan music).
Измерения проводились однажды в диапазоне до 26 кГц, другой раз в более широком, вплоть до 48 кГц 8.
Точнейшие детекторы были способны измерять а-импульсы, которые генерировал мозг, когда включалась
музыка. Эти сигналы имеют частот около 8 кГц и присутствие их говорит за то, данному субъекту
музыка доставляет удовольствие. При широкой полосе воспроизведения, сигналы более сильные, чем
при полосе, ограниченной 26 кГц. Ясно, что наблюдаемый предпочитает полосу в 48 кГц
более узкой и имеет ясное различие между ними. Исследователи сделали вывод, что человек способен
неким образом выявить присутствие сигналов частотой выше порога слуха в 20 кГц и конвертировать
их в сигналы мозговой деятельности.
Мои опыты добавили некоторые факты к этим исследованиям. Я нашел, что характер воспроизведения
весьма хорош при полосе записи в 16 кГц, но расширение ее до 22 кГц не вносит улучшений —
раздражающие компоненты попадают в записанный сигнал. Однако звучание записи, сделанной в полосе
до 48 кГц, признается отличным, указывая на отсутствие раздражающих компонентов в сигнале.
Логично было бы сделать вывод, что в промежутке от 16 до 22 кГц порождается «скрежещущий»
характер звука, в то же время когда музыкальная информация протягивается до 48 кГц,
раздражающий характер исчезает.
Результаты эти строго совпадают с поведением ламповых усилителей. Как было отмечено выше,
частотный диапазон, в отсутствие ОС и с низким DF, имеет воспроизводимую акустически полосу
около 16 кГц. Тем самым, мы получаем меньше раздражающих компонент, как я и описал это. Усилитель
с включенной ОС имеет большее значение DF и воспроизводит сигналы вплоть до 22 кГц (имеется в
виду работа с реальной акустикой и диапазон сигналов, подаваемых на нее — прим. переводчика).
Мне часто приходилось слышать мнение людей, предпочитающих звучание усилителя без обратной связи
и, в свете воспроизведения усилителем промежутка между 16 кГц и 22 кГц, становятся понятными их
предпочтения.
Отсюда должно бы выйти следующее: не ломайте сути ламповых устройств. Оставьте как есть, ведь
они адаптированы к нашему восприятию. Моим ответом будет и «да» и «нет». Ответ положительный
понятен, а вот объяснение моего «нет» последует ниже.
Цифровые эволюции и ламповый ответ им
Цифровые технологии входят в нашу жизнь. Новый видеодиск с высокой плотностью (HDVD) был
принят во всем мире как носитель для video. Он обладает очень большими возможностями по оптимальной
записи и воспроизведению и поэтому особо известные и важные люди образовали некоторое сообщество
Acoustic Renaissance for Audio (ARA — вот это да! Мы не одни в этом мире! — Ред.). Их целью было
использование новой технологии для audio. Они внесли предложения и рекомендации
по использованию HDVD как носителя звуковой информации высокого качества — HQAD (High-Quality
Audio Disk).
На этом диске, к примеру, вы можете поместить 24-х битовую с тактовой частотой 44.1 кГц или до
шести каналов, создающих пространственное звучание. Другой его возможностью является частота
сэмплирования в 96 кГц, что означает расширение воспроизводимого диапазона до 48 кГц. Тогда мы
будем использовать способности нашего уха гораздо полнее, включая эффекты а-сигналов, уже
упомянутые.
Когда это произойдет, тандем усилитель/акустика должны будут способны воспроизводить этот
диапазон без всякого ограничения. Естественно, что новые ВЧ-головки должны появиться в скором
времени. Однако что все это значит для ламповых усилителей? Они должны иметь очень
широкий частотный диапазон и высокую мощность; значительно превосходить 40-килогерцовый барьер,
даже в отсутствие ОС, чтобы исключить частотные и временные искажения. Кроме того, DF должен
быть велик, чтобы не было завала на высокой частоте, как было уже отмечено выше.
Широкий диапазон потребует специальных схем и трансформаторов. Высокое значение DF потребует
введения специальной ОС, что может быть реализовано с помощью общей ОС большой глубины или
посредством локальных связей в выходном каскаде.
На основании расчетов и субъективных оценок я предпочитаю последнее.
* Автор неверно определил эффективное сопротивление в случае триодного включения. Внутреннее
сопротивление 6550 в триоде равно 1,5 кОм, тогда 2rP = 1,5 кОм, с учетом работы двух ламп в плече. Прим. Ред.
** Не являясь специалистом в области нейрофизиологии, приношу свои извинения за возможно неверный
перевод терминов. Однако я постарался верно передать смысл - прим. переводчика.
REFERENCES
1. Rickard Berglund, "Quick, Simple Output Transformer Tests", GA 1/95, pp. 24,49.
2. Menno van der Veen, "Theory and Practice of Wide Bandwidth Toroidal Output Transformers,"
AES preprint #3887 (6-2), 97tti Convention, November 10-13, 1994, San Francisco, CA.
3. Menno van der Veen, Transformers and Tubes in Power Amplifiers, Plitron Manufacturing Inc.,
250 Wildcat Rd., Downsview, ON M3J 2N5, Canada.
4. N. Partridge, "Distortion in Transformer Cores," Wireless World, June 22/29 and July 6/13,1939.
5. Tom Hodgson, "Single-Ended Amplifiers, Feedback and Horns: Some History," Sound Practices, Spring 1994, pp. 39-42.
6. "Auditory Demonstrations," IPO, NIL), ASA; Philips CD1126-061; demonstration 20, 'Virtual Pitch," track 37.
7. R. Е. Kirk, "Learning, a Major Factor Influencing Preferences in High Fidelity Reproducing Systems," JAES 1957,5(4), pp. 238-241.
8. Tsutomu, Oohashi et al, "High-Frequency Sound Above the Audible Range Affects Brain Electrical
Activity and Sound Perception," AES preprint 3207 (W-1), 91st Convention, October 4-8,1991, New York.
Часть [1] [2]
Вестник А.Р.А. №4
|