Zvuk trubice - Tube sound - Wikipedia

Vakuové trubice zářící uvnitř předzesilovač část moderního kytarového zesilovače

Zvuk trubice (nebo zvuk ventilu) je charakteristika zvuk spojené s a elektronkový zesilovač (ventilový zesilovač v britské angličtině), a elektronka -na základě audio zesilovač.[1] Zpočátku koncept zvuk trubice neexistovaly, protože prakticky celé elektronické zesílení zvukových signálů bylo prováděno pomocí elektronek a jiné srovnatelné metody nebyly známy ani použity. Po zavedení polovodičových zesilovačů se elektronkový zvuk ukázal jako logický doplněk tranzistorového zvuku, který měl některé negativní konotace kvůli zkřížené zkreslení v časných tranzistorových zesilovačích.[2][3] Slyšitelný význam zesílení elektronky na zvukových signálech je předmětem pokračující debaty mezi nadšenci zvuku.[je třeba další vysvětlení ][4]

Mnoho elektrická kytara, elektrická basa a hráči na klávesnici v několika žánrech také preferují zvuk elektronky přístrojové zesilovače nebo předzesilovače. Někteří posluchači preferují u stereofonních systémů také elektronkové zesilovače.[je třeba další vysvětlení ]

Dějiny

Před komerčním uvedením tranzistory v padesátých letech minulého století používaly elektronické zesilovače vakuové elektronky (ve Velké Británii známé jako „ventily“). Šedesátými léty, pevné skupenství (tranzistorové) zesílení se stalo běžnějším kvůli jeho menší velikosti, nižší hmotnosti, nižší produkci tepla a lepší spolehlivosti. Trubkové zesilovače si u některých audiofilů a hudebníků udržely věrné pokračování. Některé konstrukce trubek vyžadují velmi vysoké ceny a zesilovače trubek procházejí oživením od doby, kdy se čínský a ruský trh otevřely globálnímu obchodu - výroba trubek v těchto zemích nikdy nevyšla z módy.[je třeba další vysvětlení ] Mnoho tranzistorových audio výkonové zesilovače použití MOSFET (tranzistor s efektem pole-oxid-polovodičové pole) v jejich Napájení sekce, protože jejich zkreslení křivka je více podobná trubici.[5]

Zesílení hudebního nástroje

Někteří hudebníci[6]raději zkreslení charakteristiky elektronek přes tranzistory pro elektrickou kytaru, basu a další nástrojové zesilovače. V tomto případě je záměrné (a v případě elektrických kytar často značné) slyšitelné generování zkreslení nebo přeběhnout je obvykle cílem. Termín lze také použít k popisu zvuku vytvářeného speciálně navrženými tranzistorovými zesilovači nebo digitální modelovací zařízení, která se snaží přesně napodobit vlastnosti zvuku elektronky.

Trubkový zvuk je často subjektivně popisován jako zvuk „teplý“ a „bohatý“, ale jeho zdroj není v žádném případě dohodnut. Možná vysvětlení zmiňují nelineární ořezávání nebo vyšší úrovně harmonického zkreslení druhého řádu v konstrukcích s jedním koncem, které jsou výsledkem interakce elektronky s indukčnost výstupního transformátoru.

Viz také: Distortion (kytara) a Kytarové efekty

Zvukové rozdíly

Zvuk lampového zesilovače je částečně funkcí topologií obvodů, které se obvykle používají u elektronek, oproti topologiím typicky používaným u tranzistorů, stejně jako samotná zesilovací zařízení. Kromě návrhu obvodů existují i ​​jiné rozdíly, například odlišné elektronické vlastnosti trioda, tetroda, a pentoda elektronky, spolu s jejich protějšky v pevné fázi, jako jsou bipolární tranzistor, FET, MOSFET, IGBT atd. Ty lze dále rozdělit na rozdíly mezi různými modely uvedeného typu zařízení (např. tetrody EL34 vis-á-vis 6L6). V mnoha případech topologie obvodů musí zohlednit tyto rozdíly, aby buď homogenizovaly své velmi odlišné charakteristiky, nebo aby vytvořily určitý provozní bod požadovaný zařízením.[Citace je zapotřebí ]

Nízkofrekvenční odvíjení lze vysvětlit mnoha elektronkovými zesilovači, které mají vysoký výkon impedance ve srovnání s konstrukcí tranzistorů. Roll-off je způsoben vyšší impedancí zařízení a sníženými okraji zpětné vazby (více zpětné vazby má za následek nižší výstupní impedanci). Některé konstrukce elektronkových zesilovačů používají minimální zpětnou vazbu, zatímco jiné používají o něco více. Kolik zpětné vazby je optimální pro elektronkové zesilovače, zůstává předmětem debaty.[Citace je zapotřebí ]

Harmonický obsah a zkreslení

Triody (a MOSFETy ) produkují monotónně se rozpadající spektrum harmonického zkreslení.[je zapotřebí objasnění ] Sudé harmonické a liché harmonické jsou obě přirozené číslo násobky vstupní frekvence.

Psychoakustická analýza nám říká, že harmonické vyššího řádu jsou více urážlivé než nízké. Z tohoto důvodu by měření zkreslení měla více než nízkou váhu slyšitelných vyšších harmonických harmonických. Význam harmonických vyšších řádů naznačuje, že na zkreslení je třeba pohlížet z hlediska celé řady nebo kompozitního tvaru vlny, který tato řada představuje. Ukázalo se, že vážení harmonických druhou mocninou řádu dobře koreluje se subjektivními poslechovými testy. Vážení zkresleného tvaru vlny úměrně druhé mocnině frekvence poskytuje míru převrácené hodnoty poloměru zakřivení tvaru vlny, a proto souvisí s ostrostí všech jeho rohů.[7] Na základě uvedeného objevu byly vyvinuty vysoce sofistikované metody vážení harmonických zkreslení.[8] Protože se soustředí na počátky zkreslení, jsou většinou užitečné pro inženýry, kteří vyvíjejí a navrhují zvukové zesilovače, ale na druhou stranu může být obtížné je použít pro recenzenty, kteří pouze měří výstup.[9]

Obrovským problémem je, že měření objektivní povahy (například ta, která indikují velikost vědecky kvantifikovatelných proměnných, jako je proud, napětí, výkon, THD, dB atd.), Neřeší subjektivní preference. Zejména v případě navrhování nebo revize přístrojových zesilovačů jde o značný problém, protože konstrukční cíle se značně liší od konstrukčních cílů typu HiFi zesilovačů. HiFi design se z velké části soustředí na zlepšení výkonu objektivně měřitelných proměnných. Návrh zesilovače nástroje se do značné míry soustředí na subjektivní problémy, jako je „příjemnost“ určitého typu tónu. Dobrým příkladem jsou případy zkreslení nebo frekvenční odezvy: HiFi design se snaží minimalizovat zkreslení a zaměřuje se na eliminaci „útočných“ harmonických. Jeho cílem je také ideálně plochá reakce. Konstrukce zesilovače hudebního nástroje záměrně zavádí zkreslení a velké nelinearity frekvenční odezvy. Bývalá „urážlivost“ určitých typů harmonických se stává vysoce subjektivním tématem, spolu s preferencemi vůči určitým typům frekvenčních odpovědí (ať už plochých nebo neplochých).[Citace je zapotřebí ]

Push-pull zesilovače používají dvě nominálně identická zesilovací zařízení v tandemu. Důsledkem toho je, že všechny harmonické produkty sudého řádu se ruší, což umožňuje pouze zkreslení lichého řádu.[10] Je to proto, že push-pull zesilovač má symetrický (lichá symetrie ) přenosová charakteristika. Výkonové zesilovače jsou typu push-pull, aby se zabránilo neúčinnosti Zesilovače třídy A..[Citace je zapotřebí ]

Zesilovač s jedním zakončením bude obecně vytvářet sudé i liché harmonické.[11][12][13] Obzvláště slavný výzkum týkající se „zvuků trubek“ porovnával výběr předzesilovačů mikrofonů s jedním zakončením a výběrem tranzistorových mikrofonních předzesilovačů push-pull.[14] Rozdíl v harmonických vzorcích těchto dvou topologií byl od nynějška často nesprávně přičítán jako rozdíl elektronek a polovodičových zařízení (nebo dokonce třídy zesilovačů). Trubkové zesilovače typu push-pull lze provozovat ve třídě A (zřídka), AB nebo B. Také, a zesilovač třídy B. může mít zkreslení přechodu, které bude obvykle vysokého řádu, a tedy zvukově velmi nežádoucí.[15]

Obsah zkreslení obvodů třídy A (SE nebo PP) se obvykle monotónně snižuje, jak se snižuje úroveň signálu, asymptoticky na nulu během tichých pasáží hudby.[16] Z tohoto důvodu jsou zesilovače třídy A obzvláště žádoucí pro klasickou a akustickou hudbu od zkreslení vzhledem k signálu s utlumením hudby klesá. Zesilovače třídy A měří nejlépe při nízkém výkonu. Zesilovače třídy AB a B měří nejlépe těsně pod maximálním jmenovitým výkonem.[Citace je zapotřebí ]

Reproduktory představují reaktivní zátěž zesilovače (kapacita, indukčnost a odpor ). Hodnota této impedance se může lišit v závislosti na frekvenci a amplitudě signálu. Toto proměnné zatížení ovlivňuje výkon zesilovače jednak proto, že zesilovač má nenulovou výstupní impedanci (nemůže udržovat své výstupní napětí dokonale konstantní, když se mění zatížení reproduktoru), a jednak proto, že fáze zatížení reproduktoru může měnit rezervu stability zesilovače. Vliv impedance reproduktoru je u elektronkových zesilovačů a tranzistorových zesilovačů odlišný. Důvodem je to, že elektronkové zesilovače běžně používají výstupní transformátory a kvůli fázovým problémům v obvodech transformátorů nemohou používat velkou negativní zpětnou vazbu. Pozoruhodné výjimky jsou různé „OTL“ (output-transformerless) elektronkové zesilovače, propagované Juliusem Futtermanem v padesátých letech minulého století, nebo poněkud vzácnější elektronkové zesilovače, které nahrazují impedančně přizpůsobený transformátor dalšími (často, i když ne nutně, tranzistorovými) obvody, aby eliminovaly paraziti a hudebně nesouvisející magnetické zkreslení.[17] Kromě toho mnoho polovodičových zesilovačů určených speciálně pro zesílení elektrických nástrojů, jako jsou kytary nebo basové kytary, využívá proudové zpětnovazební obvody. Tyto obvody zvyšují výstupní impedanci zesilovače, což má za následek podobnou odezvu jako u elektronkových zesilovačů.[Citace je zapotřebí ]

Konstrukce křížových sítí reproduktorů a dalších elektromechanických vlastností může mít za následek, že reproduktor s velmi nerovnoměrnou křivkou impedance bude pro jmenovitý reproduktor 8 Ω na některých místech tak nízký jako 6 Ω a jinde v jiném místě až 30–50 Ω. křivka. Zesilovač s malou nebo žádnou negativní zpětnou vazbou bude vždy špatně fungovat, když bude čelit reproduktoru, kde byla věnována malá pozornost impedanční křivce.[Citace je zapotřebí ]

Porovnání designu

O charakteristikách trubek versus se vedla značná debata bipolární tranzistory. Triody a MOSFETy mají určité podobnosti ve svých přenosových charakteristikách. Pozdější formy trubice, tetroda a pentoda, mají zcela odlišné charakteristiky, které jsou v některých ohledech podobné bipolárnímu tranzistoru. Přesto obvody zesilovače MOSFET obvykle nereprodukují zvuk elektronky o nic víc než typické bipolární konstrukce. Důvodem je rozdíly v obvodu mezi typickým designem trubice a typickým designem MOSFET. Existují však výjimky, například designy, jako je řada Zen by Nelson Pass.

Vstupní impedance

Charakteristickým rysem většiny konstrukcí zesilovačů trubek je vysoký vstup impedance (obvykle 100kΩ nebo více) v moderním provedení a až 1 MΩ v klasickém provedení.[18] Vstupní impedance zesilovače je zátěž pro zdrojové zařízení. I pro některá moderní zařízení pro reprodukci hudby je doporučená impedance zátěže vyšší než 50 kΩ.[19][20] To znamená, že vstup průměrného elektronkového zesilovače je pro zdroje hudebního signálu bezproblémovým zatížením. Naproti tomu některé tranzistorové zesilovače pro domácí použití mají nižší vstupní impedance, až 15 kΩ.[21] Vzhledem k tomu, že je možné použít zařízení s vysokou výstupní impedancí kvůli vysoké vstupní impedanci, bude pravděpodobně třeba zohlednit další faktory, jako je kapacita kabelu a mikrofon.

Výstupní impedance

Reproduktory obvykle načítají zvukové zesilovače. V historii zvuku byly téměř všechny reproduktory elektrodynamické reproduktory. Existuje také menšina elektrostatických reproduktorů a některé další exotičtější reproduktory. Elektrodynamické reproduktory transformují elektrický proud na sílu a sílu na zrychlení membrány, což způsobuje zvukový tlak. Vzhledem k principu elektrodynamického reproduktoru by většina ovladačů reproduktorů měla být poháněna signálem elektrického proudu. Aktuální signál pohání elektrodynamický reproduktor přesněji, což způsobuje menší zkreslení než napěťový signál.[22][23][24]

V ideálu proudový nebo transkonduktanční zesilovač výstupní impedance se blíží nekonečnu. Prakticky všechny komerční zvukové zesilovače jsou napěťové zesilovače.[25][26] Jejich výstupní impedance byly záměrně vyvinuty tak, aby se blížily nule. Vzhledem k povaze elektronek a audio transformátorů je výstupní impedance průměrného elektronkového zesilovače obvykle podstatně vyšší než u moderních zvukových zesilovačů vyráběných zcela bez elektronek nebo audio transformátorů. Většina elektronkových zesilovačů s vyšší výstupní impedancí jsou méně ideální napěťové zesilovače než napěťové zesilovače v pevné fázi s menší výstupní impedancí.

Měkké ořezávání

Měkké oříznutí je velmi důležitým aspektem zvuku trubice, zejména pro kytarové zesilovače. A hifi zesilovač by za normálních okolností neměl být spuštěn do ořezávání. The harmonické přidané k signálu mají nižší energii s měkkým ořezáváním než tvrdé ořezávání. Měkké ořezávání však není výlučné pro trubky. Lze jej simulovat v tranzistorových obvodech (pod bodem, kdy by došlo ke skutečnému tvrdému oříznutí). (Vidět „Úmyslné zkreslení“ sekce.)

Velké množství globální negativní zpětné vazby nejsou k dispozici v trubicových obvodech kvůli fázovému posunu ve výstupním transformátoru a nedostatku dostatečného zisku bez velkého počtu trubek. S nižší zpětnou vazbou je zkreslení vyšší a převážně nižšího řádu. Nástup ořezávání je také postupný. Velké množství zpětné vazby, umožněné beztransformátorovými obvody s mnoha aktivními zařízeními, vede k číselně nižšímu zkreslení, ale s vyššími harmonickými a k ​​těžšímu přechodu k ořezávání. Jak se vstup zvyšuje, zpětná vazba využívá extra zesílení, aby zajistila, že výstup bude přesně následovat, dokud zesilovač nebude mít žádný zesílení a výstup nasycuje.

Fázový posun je však do značné míry problémem pouze s globálními zpětnovazebními smyčkami. K vyrovnání nedostatku globální velikosti negativní zpětné vazby lze použít návrhové architektury s místní zpětnou vazbou. „Selektivismus“ designu je opět trendem, který lze pozorovat: návrhářům zařízení produkujících zvuk může nedostatek zpětné vazby považovat za přínosný a výsledné vyšší zkreslení může být užitečné, návrháři zařízení pro reprodukci zvuku s nízkým zkreslením často využívají místní zpětnovazební smyčky.

Měkké ořezávání také není produktem nedostatečné zpětné vazby: Trubky mají různé charakteristické křivky. Faktory jako předpětí ovlivňují linii zatížení a ořezové charakteristiky. Pevné a katodově předpjaté zesilovače se chovají a klipují odlišně pod overdrive. Typ fázových invertorových obvodů může také výrazně ovlivnit měkkost (nebo její nedostatek) ořezávání: například párový obvod s dlouhým ocasem má měkčí přechod na ořezávání než katodyn. Spojení fázového měniče a výkonových trubek je také důležité, protože určité typy vazebních uspořádání (např. Vazba transformátorů) mohou pohánět výkonové trubice do třídy AB2, zatímco některé jiné typy nemohou.

V nahrávacím průmyslu a zejména u mikrofonních zesilovačů se ukázalo, že zesilovače jsou často přetíženy přechodovými signály. Russell O. Hamm, inženýr pracující pro Walter Sear at Sear Sound Studios, napsal v roce 1973, že existuje hlavní rozdíl mezi složkami harmonického zkreslení signálu s více než 10% zkreslením, které byly zesíleny třemi metodami: elektronkami, tranzistory nebo operačními zesilovači.[14][27]

Inženýr masteringu R. Steven Mintz napsal vyvrácení Hammova článku s tím, že návrh obvodu má prvořadý význam, více než trubice vs. komponenty v pevné fázi.[28]

Hammově příspěvku čelili také Dwight O. Monteith Jr a Richard R. Flowers ve svém článku „Transistors Sound Better Than Tubes“, který představil design tranzistorového mikrofonního předzesilovače, který ve skutečnosti reagoval na přechodné přetížení podobně jako omezený výběr trubkových předzesilovačů testovaných Hammem .[29] Monteith a Flowers prohlásili: „Závěrem zde předložený vysokonapěťový tranzistorový předzesilovač podporuje Mintzovo stanovisko:„ Při terénní analýze závisí charakteristika typického systému využívajícího tranzistory na konstrukci, jako je tomu v případě trubicových obvodů. konkrétní „zvuk“ může vzniknout nebo se mu může podle libosti designéra vyhnout bez ohledu na to, jaká aktivní zařízení používá. ““[29]

Jinými slovy, měkké ořezávání není výlučné pro vakuové trubice nebo dokonce jejich vlastní vlastnost. V praxi jsou ořezové charakteristiky do značné míry diktovány celými obvody, a proto se mohou pohybovat od velmi měkkých po velmi tvrdé, v závislosti na obvodech. Totéž platí pro vakuové trubice i obvody založené na polovodičových obvodech. Například polovodičové obvody, jako jsou operační transkonduktanční zesilovače provozované s otevřenou smyčkou, nebo kaskády MOSFET střídačů CMOS, se často používají v komerčních aplikacích ke generování měkčího ořezávání, než jaké poskytují generické stupně zesílení triody. Ve skutečnosti lze pozorovat, že generické stupně zesílení triod se ořezávají spíše „tvrdě“, pokud je jejich výstup kontrolován osciloskopem.

Šířka pásma

Časné elektronkové zesilovače měly často omezenou odezvu šířka pásma, částečně kvůli vlastnostem levné pasivní komponenty pak k dispozici. Ve výkonových zesilovačích většina omezení pochází z výstupního transformátoru; nízké frekvence jsou omezeny primární indukčností a vysoké frekvence únikovou indukčností a kapacitou. Další omezení spočívá v kombinaci vysoké výstupní impedance, oddělovacího kondenzátoru a mřížkového rezistoru, který funguje jako a horní propust. Pokud jsou propojení prováděna z dlouhých kabelů (například vstup kytara do zesilovače), bude vysoká impedance zdroje s vysokou kapacitou kabelu fungovat jako dolní propust.

Moderní prémiové komponenty usnadňují výrobu zesilovačů, které jsou v podstatě ploché v celém zvukovém pásmu, s útlumem méně než 3 dB při 6 Hz a 70 kHz, mimo zvukový rozsah.

Negativní zpětná vazba

Typické (ne-OTL) elektronkové výkonové zesilovače toho nemohly tolik využívat negativní zpětná vazba (NFB) jako tranzistorové zesilovače v důsledku velkých fázových posunů způsobených výstupními transformátory a jejich zesílení spodního stupně. Zatímco absence NFB značně zvyšuje harmonické zkreslení, stejně tak předchází nestabilitě rychlost přeběhu a omezení šířky pásma daná kompenzací dominantního pólu v tranzistorových zesilovačích. Účinky použití nízké zpětné vazby se však v zásadě vztahují pouze na obvody, kde je problém s významnými fázovými posuny (např. Výkonové zesilovače). Ve fázích předzesilovače lze snadno použít velké množství negativní zpětné vazby. Takové designy se běžně vyskytují u mnoha aplikací založených na trubkách, jejichž cílem je vyšší věrnost.

Na druhou stranu je kompenzace dominantního pólu v tranzistorových zesilovačích přesně řízena: přesně tolik z toho lze aplikovat podle potřeby, aby bylo možné dosáhnout dobrého kompromisu pro danou aplikaci.

Účinek kompenzace dominantního pólu spočívá v tom, že zisk se snižuje při vyšších frekvencích. Na vysokých frekvencích je stále méně NFB kvůli sníženému zisku smyčky.

U audio zesilovačů jsou omezení šířky pásma zavedená kompenzací stále daleko za rozsah frekvencí zvuku a omezení rychlosti přeběhu lze konfigurovat tak, aby bylo možné reprodukovat signál s plnou amplitudou 20 kHz, aniž by signál narazil na zkreslení rychlosti přeběhu, což není ani nutné pro reprodukci skutečného zvukového materiálu.

Zásoby energie

Časné elektronkové zesilovače měly napájecí zdroje založené na elektronkách usměrňovače. Tyto zdroje byly neregulované, což je praxe, která v konstrukcích tranzistorových zesilovačů pokračuje dodnes. Typický anoda dodávka byla a usměrňovač, možná půlvlna, tlumivka (induktor ) a a filtrační kondenzátor. Když byl elektronkový zesilovač provozován na vysokou hlasitost, kvůli vysoké impedanci trubek usměrňovače by napájecí napětí klesalo, protože zesilovač odebíral více proudu (za předpokladu třídy AB), což snižovalo výkon a způsobilo modulaci signálu. Efekt ponoření je známý jako „pokles“. Sag může být žádoucím účinkem pro některé elektrické kytaristy ve srovnání s tvrdým výstřižkem. Jak to zvyšuje zátěž nebo výstup zesilovače pokles napětí zvýší zkreslení výstupního signálu. Někdy je tento efekt prohnutí žádoucí pro zesílení kytary.

Blackheart 5 W jednopásmový kytarový zesilovač třídy A s dodatečně nainstalovaným ventilovým usměrňovačem GZ34

Některé konstrukce zesilovačů přístrojové trubice používají vakuovou trubici usměrňovač namísto křemíkových diod a některé konstrukce nabízejí výběr obou usměrňovačů pomocí přepínače. Takový zesilovač představila v roce 1989 společnost Mesa / Boogie s názvem „Dual Rectifier“ a přepínání usměrňovače je předmětem patentu.[30]

S přidaným odporem v sérii se zdrojem vysokého napětí mohou křemíkové usměrňovače emulovat pokles napětí trubkového usměrňovače. Odpor lze v případě potřeby zapnout.[31]

Zesilovače elektrické kytary často používají třídu AB1 zesilovač. Ve fázi třídy A je průměrný proud odebíraný ze zdroje konstantní s úrovní signálu, a proto nezpůsobuje pokles napětí v přívodním vedení, dokud není dosaženo bodu oříznutí. Jiné zvukové efekty způsobené použitím trubice usměrňovač s touto třídou zesilovačů jsou nepravděpodobné.

Na rozdíl od jejich ekvivalentů v pevné fázi vyžadují trubicové usměrňovače čas na zahřátí, než mohou dodávat napětí B + / HT. Toto zpoždění může chránit vakuové trubice dodávané usměrňovačem před poškozením katodou v důsledku použití napětí B + / HT předtím, než trubice dosáhnou správné provozní teploty pomocí vestavěného ohřívače.[32]

Třída A

Výhoda všech zesilovače třídy A. je absence zkřížené zkreslení. Toto zkřížené zkreslení bylo shledáno zvláště nepříjemným po prvním křemíkovém tranzistoru třída B a třída AB tranzistorové zesilovače dorazily na spotřebitelský trh. Dřívější návrhy na bázi germania s mnohem nižším zapínacím napětím této technologie a nelineárními křivkami odezvy zařízení nevykazovaly velké množství zkříženého zkreslení. Přestože zkreslení výhybky je velmi unavující pro ucho a je patrné v poslechových testech, je také téměř neviditelné (dokud není hledáno) v tradičním Celkové harmonické zkreslení (THD) měření této epochy.[33] Je třeba zdůraznit, že tento odkaz je do jisté míry ironický vzhledem k datu jeho vydání z roku 1952. Jako takový určitě odkazuje na zkreslení „únavy ucha“, které se běžně vyskytuje ve stávajících konstrukcích trubkových typů; první prototyp tranzistorového hi-fi zesilovače na světě se objevil až v roce 1955.[34]

Push-pull zesilovače

Třída A. tlačit táhnout zesilovač produkuje nízké zkreslení pro danou aplikovanou úroveň zpětná vazba, a také zruší tok v transformátor jádra, takže tuto topologii často vidí nadšenci HIFI-audio a stavitelé kutilů jako konečný inženýrský přístup k trubici Hifi zesilovač pro použití s ​​normálním Řečníci. Výstupního výkonu až 15 W lze dosáhnout iu klasických elektronek, jako je 2A3[35] nebo 18 wattů od typu 45. Klasické pentody, jako jsou EL34 a KT88, mohou vydávat až 60, respektive 100 wattů. Speciální typy, jako je V1505, lze použít v provedeních s výkonem až 1100 W. Viz „Přístup k návrhu audiofrekvenčního zesilovače“, sbírka referenčních návrhů původně publikovaných společností G.E.C.

Zesilovače s jednou triodou (SET)

Zesilovače SET vykazují špatná měření zkreslení s odporovou zátěží, mají nízký výstupní výkon, jsou neúčinné, mají špatné hodnoty tlumící faktory a vysoké naměřené harmonické zkreslení. Ale v dynamické a impulzní odezvě fungují o něco lépe.

Triada, přestože je nejstarším zařízením pro zesílení signálu, také může (v závislosti na dotyčném zařízení) mít lineárnější charakteristiku přenosu bez zpětné vazby než pokročilejší zařízení, jako jsou paprskové tetrody a pentody.

Všechny zesilovače, bez ohledu na třídu, komponenty nebo topologii, mají určitou míru zkreslení. To hlavně harmonický zkreslení je jedinečný vzor jednoduché a monotónně se rozpadající řady harmonických, kterému dominují skromné ​​úrovně druhé harmonické. Výsledek je jako přidání stejného tónu oktáva vyšší v případě harmonických druhého řádu a jedna oktáva plus jedna pětina vyšší pro harmonické třetího řádu. Přidaný harmonický tón má nižší amplitudu, přibližně 1–5% nebo méně v zesilovači bez zpětné vazby při plném výkonu a rychle klesá při nižších výstupních úrovních. Hypoteticky by druhé harmonické zkreslení výkonového zesilovače s jedním zakončením mohlo snížit podobné harmonické zkreslení v jednom reproduktoru budiče, pokud by jejich harmonické zkreslení bylo stejné a zesilovač byl připojen k reproduktoru, aby se vzájemné zkreslení neutralizovalo.[36][37][38]

SADY obvykle produkují pouze asi 2watt (W) pro zesilovač 2A3 na 8 W pro 300B až do praktického maxima 40 W pro zesilovač 805. Výsledný hladina akustického tlaku závisí na citlivosti reproduktoru a velikosti a akustice místnosti i na výkonu zesilovače. Jejich nízký výkon je také ideální pro použití jako předzesilovače. Zesilovače SET mají spotřebu energie minimálně 8násobek uvedeného stereofonního výkonu. Například 10 W stereo SET používá minimálně 80 W a obvykle 100 W.

Jednostranné pentodové a tetrodové zesilovače

Zvláštností mezi tetrodami a pentodami je možnost získat ultra-lineární nebo provoz s distribuovaným zatížením s příslušným výstupním transformátorem. V praxi je kromě zatížení koncovky desky distribuované zatížení (jehož specifickým tvarem je ultra lineární obvod) distribuuje zátěž také na katodové a stínící svorky trubice. Ultralineární připojení a distribuované zatížení jsou v podstatě metody negativní zpětné vazby, které umožňují méně harmonické zkreslení spolu s dalšími charakteristikami spojenými se zápornou zpětnou vazbou. Ultralineární topologie byla většinou spojována s obvody zesilovačů na základě výzkumu D. Haflera a H. Keroese z dynacké slávy. Distribuované načítání (obecně a v různých formách) využívají například McIntosh a Audio Research.

Třída AB

Většina moderních reklam Hifi návrhy zesilovačů se donedávna používaly třída AB topologie (s více či méně čistou schopností nízkoúrovňové třídy A v závislosti na použitém předpětí stojatého proudu), aby poskytovala větší Napájení a účinnost, obvykle 12–25 W a vyšší. Současné vzory obvykle obsahují alespoň některé negativní zpětná vazba. Topologie třídy D (která je mnohem efektivnější než třída B) se však stále častěji používá tam, kde by tradiční design používal třídu AB kvůli svým výhodám jak v hmotnosti, tak v účinnosti.

Topologie push-pull třídy AB je téměř univerzálně používána v elektronkových zesilovačích pro aplikace na elektrickou kytaru, které produkují výkon více než asi 10 wattů.

Úmyslné zkreslení

Trubkový zvuk z tranzistorových zesilovačů

Některé jednotlivé vlastnosti zvuku trubice, například tvarování vln na rychloběhu, lze je snadno vyrobit v tranzistorovém obvodu nebo digitální filtr. Pro úplnější simulace byli inženýři úspěšní ve vývoji tranzistorových zesilovačů, které produkují kvalitu zvuku velmi podobnou zvuku trubice. Obvykle to zahrnuje použití topologie obvodu podobné té, která se používá v elektronkových zesilovačích.

V poslední době výzkumník zavedl metodu asymetrického cyklu harmonické injekce (ACHI) pro emulaci zvuku trubice s tranzistory.[39]

Používání moderních pasivní komponenty a moderní zdroje, ať už digitální nebo analogové, a širokopásmové reproduktory, je možné mít elektronkové zesilovače s charakteristickou širokou šířkou pásma moderních tranzistorových zesilovačů, včetně použití push-pull obvodů, třídy AB a zpětné vazby. Někteří nadšenci, jako např Nelson Pass, postavili zesilovače využívající tranzistory a MOSFETy, které fungují ve třídě A, včetně jednoduchých zakončení, a ty mají často „zvuk trubice“.[40]

Hybridní zesilovače

Trubky se často používají k předávání charakteristik, které mnozí lidé považují za slyšitelně příjemné pro zesilovače v pevné fázi, například Hudební věrnost použití Nuvistory, malé triodové trubice, pro ovládání velkých bipolárních tranzistorů v jejich NuVista Zesilovač 300 V Americe používají Moscode a Studio Electric tuto metodu, ale pro napájení používají spíše tranzistory MOSFET, než bipolární. Pathos, italská společnost, vyvinula celou řadu hybridních zesilovačů.

K prokázání jednoho aspektu tohoto efektu lze použít žárovku ve zpětnovazební smyčce obvodu nekonečné zpětné vazby (IGMF). Pomalou odezvu odporu žárovky (která se mění podle teploty) lze tedy použít ke zmírnění zvuku a dosažení trubicovitého „měkkého omezení“ výstupu, i když by se další aspekty „trubicového zvuku“ neopakovaly. v tomto cvičení.

Přímo vyhřívané triody

Viz také

Poznámky

  1. ^ van der Veen, M. (2005). Univerzální systém a výstupní transformátor pro ventilové zesilovače (PDF). 118. úmluva AES, Barcelona, ​​Španělsko.
  2. ^ Carr, Joseph J. (1996) [1996]. "6-7 výkonových zesilovačů". Lineární IC aplikace: Příručka designéra. Noví. p. 201. ISBN  0-7506-3370-0. Bylo to zkřížené zkreslení, které bylo kořenem takzvaného „tranzistorového zvuku“ připisovaného rané polovodičové vysoce věrné zařízení. Předpětí se používá k překonání zkreslení crossover.
  3. ^ Self, Douglas (2013). "10. Zkreslení výstupní fáze". Návrh zesilovače audio výkonu (6. vydání). Focal Press. p. 270. ISBN  978-0-240-52613-3. Neobvykle panuje shoda v tom, že za takzvaný „tranzistorový zvuk“ šedesátých let bylo zodpovědné slyšitelné zkreslení crossoveru.
  4. ^ Branch, John (2007). „Postmoderní spotřeba a vysoce kvalitní zvuková mikrokultura“. Výzkum spotřebitelského chování. 11: 79–99. doi:10.1016 / S0885-2111 (06) 11004-2 (neaktivní 2020-11-22).CS1 maint: DOI neaktivní od listopadu 2020 (odkaz) (Nalezeno také v Pobočka, John D. (2007-05-23). „Postmoderní spotřeba a vysoce kvalitní zvuková mikrokultura“. V Russell Belk; Russell Belk ml .; John Sherry (eds.). Teorie spotřebitelské kultury, svazek 11 (Výzkum spotřebitelského chování) (1. vyd.). JAI Press. str. 79–99. ISBN  978-0-7623-1446-1.)
  5. ^ Fliegler, Ritchie; Eiche, Jon F. (1993). Zesilovače! Druhá polovina rock'n'rollu. Hal Leonard Corporation. ISBN  9780793524112.
  6. ^ Například Robert Walser Běh s ďáblem: síla, pohlaví a šílenství v heavymetalové hudbě, Wesleyan University Press, 1993 ISBN  0-8195-6260-2 strany 43–44 pojednávají o „trubkovém zvuku“ hledaném Eddie Van Halen
  7. ^ Kratší, D. E. L. (duben 1950). „Vliv produktů vysoké objednávky v nelineárním zkreslení“. Elektronické inženýrství. Londýn, Velká Británie. 22 (266): 152–153. To, že harmonické vyššího řádu jsou urážlivější než nízké, bylo uznáno již dlouho ...
  8. ^ Geddes, Earl R .; Lee, Lidia W. (říjen 2003). Sluchové vnímání nelineárního zkreslení (PDF). 115. úmluva AES. New York, New York: Audio Engineering Society.
  9. ^ Howard, Keith (září 2005). "Vážení" (PDF). Výrobce multimédií. Peterborough, New Hampshire: Audio Amateur: 7–11. Archivovány od originál (PDF) dne 21. 12. 2005.
  10. ^ První kurz elektroniky, str. 414–416. Anwar A. Khan a Kanchan K. Dey
  11. ^ Zeptejte se lékařů: Trubice vs. polovodičové harmonické —Univerzální zvukový webzin
  12. ^ Hlasitost se v debatě zesilovače zvýšila —Časy elektronického inženýrství
  13. ^ W. Bussey a R. Haigler (1981). Trubky versus tranzistory v zesilovačích elektrické kytary. IEEE Mezinárodní konference o akustice, řeči a zpracování signálu. str. Svazek 6 str. 800–803.
  14. ^ A b Hamm, Russell O. (květen 1973). „Trubice versus tranzistory - je zde slyšitelný rozdíl?“. J Audio Eng Soc. New York: Audio Engineering Society. 21 (4): 267–273. Shrnutí ležel – AES. Tento dokument však zdůrazňuje, že zesilovače jsou často silně přetíženy přechodovými signály (THD 30%). Za těchto podmínek existuje hlavní rozdíl v harmonických zkreslení složek zesíleného signálu a operačních zesilovačů rozdělovaných do odlišných skupin.
  15. ^ Meusburger, Walter (říjen 1999). „4 zkřížené zkreslení ve třídě B“ (PDF). Nová topologie výkonového zesilovače bez zkreslení (D.Tech. Thesis). Graz, Rakousko: Graz University of Technology. p. 27. Archivovány od originál (PDF) dne 2007-11-20. Citováno 2011-03-18. Křížové zkreslení generuje nepříjemné harmonické vyššího řádu s potenciálem zvyšovat se v procentech s poklesem úrovně signálu a je pro posluchače mnohem nežádoucí než zkreslení vyplývající z hladce zakřivené charakteristiky, i když mají stejnou THD. Proto je žádoucí snížit zkreslení výhybky na minimální částku.
  16. ^ Pass, Nelson (2008). „Audio, Distortion and Feedback“. PassDiy. Harmonické zkreslení a zvuk. Citováno 12. října 2013. Hladké přenosové křivky zesilovačů třídy A mají charakteristiku, která je monotónní, to znamená, že zkreslení klesá s poklesem výkonu.
  17. ^ Tubes vs Transformers: Esoterický průzkum trubek, transformátorů, tónu a transcendence
  18. ^ R. S. Babbs; D. H. W. Busby; P. S. Dallosso; C. Hardcastle; J. C. Latham; W. A. ​​Ferguson (1959). "Tříventilový stereofonní zesilovač". Trubkové obvody Mullard pro zvukové zesilovače (2. vyd.). Peterborough, New Hampshire: Audio Amateur Press. p. 123. ISBN  1-882580-03-6.
  19. ^ Sony Corporation 1999. Sony compact disc player CDP-XB930 Operating Instructions. (1). Specifications, p.20.
  20. ^ CDP-XB930/XB930E service manual (PDF). Japan: Sony Corporation. 1999. s. 1.
  21. ^ Rotel stereo integrated amplifier RA-935BX owners manual. MN10002975-A. str.4
  22. ^ Mills, Paul G. L.; Hawksford, M. O. J. (March 1989). "Distortion Reduction in Moving-Coil Loudspeaker Systems Using Current-Drive Technology". Journal of the Audio Engineering Society. University of Essex, Wivenhoe Park, Colchester, Essex, CO4 3SQ, UK. 37 (3): 129–148.
  23. ^ Meriläinen, Esa (February 2010). "5.7 The Secret of Tube Amplifiers". Current-Driving of Loudspeakers. Createspace. 111–112. ISBN  978-1-4505-4400-9. The most significant differences are, however, found in the output impedance. The output impedance of transistor amplifiers is typically less than 0.1 Ω, which denotes pure voltage feed for the speaker. In tube amplifiers, instead, the output impedance varies rather widely; from tenths of an ohm to even more than five ohms (with 8 Ω loading). A source impedance of even a couple of ohms is able to weaken the speaker's EMF currents so that the effects are observable; and as the value exceeds 5 Ω, the speaker may function at some frequencies even halfly current-driven.
  24. ^ "The Caged Frog -- A Pentode Based Transconductance Amplifier for Headphones". ecp.cc. 22. srpna 2010. Citováno 14. října 2012. But, as I was about to disassemble it and put the parts away, I wondered what the circuit would sound like without any feedback. That is, just a pentode with a transformer load. I figured it was going to be awful, so I was not prepared for what I heard, which was near sonic bliss. From note one, this was something special. Turns out, I had built a transconductance amp more or less by accident.
  25. ^ Self, Douglas (2002) [First published 1996]. "Damping factor". Audio Power Amplifier Design Handbook (3. vyd.). Noví. p. 25. ISBN  0-7506-56360. Audio amplifiers, with a few very special exceptions, approximate to perfect voltage sources; i.e., they aspire to a zero output impedance across the audio band.
  26. ^ Smith, Peter Jay; Cordell, Bob (2005). "The Amplifier Guru speaks: Bob Cordell" (PDF). Jipihorn. Without giving the standard weakest link answer, how important is the amp as a component?. Citováno 11. října 2013. The job of the amplifier is very simple. It must multiply the incoming signal voltage by a factor of about 20, and deliver a perfect replica of the signal to the speaker, independent of the impedance that the speaker presents to it.
  27. ^ Hamm, Russell O. "Tubes Versus Transistors –Is There an Audible Difference?". Milbert Amplifiers. Citováno 19. července 2009.
  28. ^ Mintz, R. Steven (October 1973). "Comments on 'Tubes Versus Transistors – Is There an Audible Difference?'". Journal of the Audio Engineering Society. 21 (8): 651.
  29. ^ A b Monteith, Dwight O. "Transistors Can Sound Better Than Tubes" (PDF). J Audio Eng Soc. Audio Engineering Society.
  30. ^ U.S. Patent 5168438: Selectable dual rectifier power supply for musical amplifier
  31. ^ http://home.comcast.net/~fredholz/Justin-Holton/The%20Tube%20Rectifier%20Sag%20Mod.pdf
  32. ^ Langford-Smith, F. Radiotron Designer's Handbook 4th Edition. 1952, s. 3
  33. ^ Langford-Smith, F. (1952). "14 Fidelity and distortion" (PDF). Radiotron Designer's Handbook (4. vydání). Sydney, Australia: Wireless Press. p. 610. One interference which may reasonably be drawn is that any sharp kinks in the linearity curve, as usually occur in any class-AB1 or AB2 amplifier, have a far more serious subjective effect than is indicated by any of the standard methods of measuring distortion –whether total harmonic distortion, conventional weighted distortion factor or the standard form of intermodulation testing.
  34. ^ "First-Hand:The World's First Transistor Hi-Fi System - Engineering and Technology History Wiki".
  35. ^ Pete Millett's DIY Audio pages. Tube data. RCA 2A3 Power Triode.
  36. ^ de Lima, Eduardo (2005). "Why single-ended tube amplifiers? About distortion behavior between SE amplifiers and speakers". Audiopax. Archivovány od originál dne 15. 8. 2007.
  37. ^ de Lima, Eduardo (2005). "Why single-ended tube amplifiers? About distortion behavior between SE amplifiers and speakers" (PDF). Citováno 2016-03-15.
  38. ^ System distortion Archivováno 2008-03-18 na Wayback Machine, Gerrit Boers
  39. ^ Li, Jerry (2019), "Using Transistors to Emulate Vacuum Tube Sound Quality Based on Asymmetric Cycle Harmonic Injection Method", 2019 IEEE 8th Global Conference on Consumer Electronics (GCCE), Osaka, Japan, 2019, pp. 752-753.
  40. ^ Olsher, Dick (July 2001). "The Volksamp Aleph 30 SE Power Amplifier (product review)". Enjoy the Music.com. 5th paragraph. It effectively bridges the gap between solid-state and tube sound, blending tube and transistor virtues into a musically satisfying whole.

Reference