W poprzednim artykule o jakości brzmienia audio poruszyłem temat tranzystorów germanowych w torach wzmocnienia akustycznego, który wywołał duże zainteresowanie i ożywioną dyskusję. W materiale poniżej omówimy zjawisko brzmienia lampowego, które ostatnio cieszy się dużą popularnością. Powstało mnóstwo zakładów produkujących sprzęt audio na lampach, a czasopisma fachowe reklamują go jako bezkompromisowy dla „prawdziwych” audiofilów. Ten trend dotarł nawet do producentów płyt macierzystych (AOpen AX4B-533 Tube).
Jestem w wieku, w którym wciąż pamiętam lampowe odbiorniki, odtwarzacze płyt i wzmacniacze. Moje pierwsze doświadczenia związane są z analogowymi konstrukcjami lampowymi. I tak naprawdę nadal podoba mi się obcowanie z lampami. Mają pewne zalety… ale to nie dotyczy jakości brzmienia. Szczerze mówiąc, nie jestem zwolennikiem używania lamp w torach akustycznych wysokiej jakości. Dlaczego? Już wyjaśniam.
Od razu zaznaczę, że chodzi tutaj tylko o wzmacniacze akustyczne, czyli o końcowy tor zestawu muzycznego używanego w warunkach domowych, którego źródłem są odtwarzacze płyt, magnetofony lub tunery. Moje sugestie nie dotyczą układów wzmacniaczy i kształtowania dźwięku gitary lub innych instrumentów muzycznych. Urządzenia te działają na innych zasadach i to temat dla innych artykułów.
Cała historia sprzętu audio stawiała sobie za cel odtworzenie utworu muzycznego w możliwie najbardziej dokładny sposób (Hi‑Fi, czyli High Fidelity). Oznacza to, że nagranie odtwarzane przez użytkownika w domu miało brzmieć tak samo jak w studiu nagrań. Jakość brzmienia z obiektywnego punktu widzenia zakłada szerokie pasmo, równomierność tego pasma, mały współczynnik zniekształceń harmonicznych (THD) i to w zasadzie wszystko.
Pasmo współczesnych utworów muzycznych obejmuje zakres od 20 Hz do 20 000 Hz i powyżej, ale człowiek nie potrafi słyszeć dźwięków powyżej około 15 kHz. Inna sprawa – im szersze pasmo, tym lepsza jest jego równomierność. Chociaż nie zawsze jest to zauważalne, każdy projektant lub producent dąży do osiągnięcia jak najlepszej równomierności. Może i słusznie.
Parametr THD określa procentową zawartość harmonicznych w sygnale audio. Jak wiadomo, przejście sygnału przez element nieliniowy powoduje powstawanie niepożądanych (w przypadku Hi‑Fi) harmonicznych. Na przykład wzmocnienie sygnału o częstotliwości 1 kHz powoduje powstanie pasożytnych sygnałów o częstotliwościach 2, 3, 4, 5, … kHz. Im mniejsza zawartość pierwszej harmonicznej, tym lepsza charakterystyka THD.
Co mamy w przypadku wzmacniaczy lampowych oraz tranzystorowych?
Pasmo wzmacniacza lampowego jest ograniczone właściwościami transformatora i zwykle nie przekracza 10–50 kHz. Jeszcze gorzej wygląda liniowość. Jeżeli jest ona w miarę równa w zakresie od 100 do 5000 Hz, to poniżej i powyżej znacznie się pogarsza. Transformator, przynajmniej wyjściowy, jest niezbędny do dopasowania wysokiej impedancji lampy do niskiej impedancji głośnika. Istnieją układy lampowe bez transformatorów oraz sposoby ich wykonania, ale fizyki nie da się oszukać – żelazo i uzwojenia mają swoje właściwości w określonym zakresie częstotliwości. Jeżeli w zakresie 200–5000 Hz nierównomierność jest praktycznie niezauważalna, to powyżej lub poniżej pogarsza się gwałtownie.
Spotkałem w charakterystykach wzmacniaczy lampowych grafiki z bardzo dobrymi wynikami, ale była to reklama sprzętu w cenie luksusowego samochodu. Więc nawet jeśli to prawda, to nie jest to opłacalne. Wzmacniacze tranzystorowe mają prawie nieograniczone pasmo — od 20 Hz aż do kilku MHz — oraz nieporównywalnie lepszą liniowość.
Co do THD — w sprzęcie wysokiej jakości dopuszczalny jest poziom rzędu 0,1%. Niższe wartości nie są słyszalne dla przeciętnego człowieka. Najlepsze wzmacniacze lampowe osiągają 1–2%. To już może zauważyć prawie każdy. Jednak zdaniem zwolenników sprzętu lampowego nie stanowi to problemu, ponieważ te zniekształcenia mają inną naturę i są odbierane jako przyjemne. Oznacza to, że nie chodzi im o wierne odwzorowanie oryginalnego brzmienia. W rzeczywistości nawet użytkownicy sprzętu Hi‑Fi nie słyszą w pełni oryginalnego brzmienia, ponieważ — jak słusznie zauważył jeden z naszych czytelników — zależy ono w dużej mierze od pomieszczenia, w którym odtwarzana jest muzyka. Jednak ze względu na współczesne warunki coraz więcej osób wybiera słuchawki. Do nich również stosuje się wzmacniacze lampowe.
Zdaniem niektórych entuzjastów audio sprzęt lampowy charakteryzuje się przewagą harmonicznych parzystych, natomiast tranzystorowy — nieparzystych. I jest to prawda, jednak dotyczy ona każdego sprzętu lampowego oraz jedynie tanich — bardzo tanich — wzmacniaczy tranzystorowych. Ocena przyjemności wynikającej z obecności parzystych lub nieparzystych harmonicznych jest pojęciem subiektywnym. Na przykład ja wolałbym brak harmonicznych lub ich minimum zamiast „przyjemnie” brzmiących parzystych.
Wzmacniacz single-ended
Lepsze wyniki pod względem jakości brzmienia (zarówno obiektywnej, jak i subiektywnej) dają końcówki double‑ended. Na obrazkach poniżej przedstawiono schematy: z dwoma transformatorami oraz z pojedynczym.
Schemat z pojedynczym transformatorem jest nieco bardziej skomplikowany i wymaga minimalnego rozrzutu wartości elementów C4–C5, R6–R7 oraz parametrów lamp VL2–VL3. Oznacza to, że niezbędny jest dobór elementów z kilku egzemplarzy.
Końcówka w układzie double‑ended cechuje się 3–4 razy większą mocą wyjściową (przy tym samym napięciu), co korzystnie wpływa na liniowość i zmniejszenie zniekształceń. Na liniowość korzystnie wpływa tryb pracy transformatora, ponieważ zmiana kierunku prądu niemal eliminuje nasycenie rdzenia. W końcówkach typu single‑ended przez uzwojenie transformatora zawsze płynie prąd stały. To samo zjawisko występuje w przypadku układów double‑ended z dwoma transformatorami. Biorąc pod uwagę większą moc układów double‑ended, należy stosować zasilacz o większej wydajności prądowej.
Niektórzy audiofile zapewniają, że wzmacniacz lampowy traci swoje zalety, jeżeli nie jest zasilany z prostownika na lampowych diodach (kenotronach). I o dziwo mogę się z tym zgodzić — nie w całości, jednak naprawdę kenotron w niektórych trybach wpływa pozytywnie na brzmienie. Przy dużych prądach pobieranych przez wzmacniacz, na przykład przy wysokim poziomie sygnału wejściowego (przesterowanie – clipping), rezystancja dynamiczna diody półprzewodnikowej rośnie gwałtownie, natomiast w przypadku diody lampowej rośnie nieco wolniej, co powoduje, że powstające zniekształcenia charakteryzują się łagodniejszym przebiegiem. Wyjaśnia to obrazek poniżej.
Niestety nie mam możliwości sprawdzenia tej teorii, ale brzmi ona dość prawdopodobnie. Inna sprawa — nie ma to większego znaczenia, ponieważ nikt nie słucha muzyki w trybie przesterowania.
Wniosek: mimo powyższego chciałbym wykonać wzmacniacz małej mocy na lampach, ponieważ po prostu podoba mi się design tego sprzętu, gdy lampa jest widoczna i świeci. Nie jestem melomanem na tyle, aby odróżnić brzmienie sprzętu lampowego od tranzystorowego.
Jestem w wieku, w którym wciąż pamiętam lampowe odbiorniki, odtwarzacze płyt i wzmacniacze. Moje pierwsze doświadczenia związane są z analogowymi konstrukcjami lampowymi. I tak naprawdę nadal podoba mi się obcowanie z lampami. Mają pewne zalety… ale to nie dotyczy jakości brzmienia. Szczerze mówiąc, nie jestem zwolennikiem używania lamp w torach akustycznych wysokiej jakości. Dlaczego? Już wyjaśniam.
Od razu zaznaczę, że chodzi tutaj tylko o wzmacniacze akustyczne, czyli o końcowy tor zestawu muzycznego używanego w warunkach domowych, którego źródłem są odtwarzacze płyt, magnetofony lub tunery. Moje sugestie nie dotyczą układów wzmacniaczy i kształtowania dźwięku gitary lub innych instrumentów muzycznych. Urządzenia te działają na innych zasadach i to temat dla innych artykułów.
Cała historia sprzętu audio stawiała sobie za cel odtworzenie utworu muzycznego w możliwie najbardziej dokładny sposób (Hi‑Fi, czyli High Fidelity). Oznacza to, że nagranie odtwarzane przez użytkownika w domu miało brzmieć tak samo jak w studiu nagrań. Jakość brzmienia z obiektywnego punktu widzenia zakłada szerokie pasmo, równomierność tego pasma, mały współczynnik zniekształceń harmonicznych (THD) i to w zasadzie wszystko.
Pasmo współczesnych utworów muzycznych obejmuje zakres od 20 Hz do 20 000 Hz i powyżej, ale człowiek nie potrafi słyszeć dźwięków powyżej około 15 kHz. Inna sprawa – im szersze pasmo, tym lepsza jest jego równomierność. Chociaż nie zawsze jest to zauważalne, każdy projektant lub producent dąży do osiągnięcia jak najlepszej równomierności. Może i słusznie.
Parametr THD określa procentową zawartość harmonicznych w sygnale audio. Jak wiadomo, przejście sygnału przez element nieliniowy powoduje powstawanie niepożądanych (w przypadku Hi‑Fi) harmonicznych. Na przykład wzmocnienie sygnału o częstotliwości 1 kHz powoduje powstanie pasożytnych sygnałów o częstotliwościach 2, 3, 4, 5, … kHz. Im mniejsza zawartość pierwszej harmonicznej, tym lepsza charakterystyka THD.
Co mamy w przypadku wzmacniaczy lampowych oraz tranzystorowych?
Pasmo wzmacniacza lampowego jest ograniczone właściwościami transformatora i zwykle nie przekracza 10–50 kHz. Jeszcze gorzej wygląda liniowość. Jeżeli jest ona w miarę równa w zakresie od 100 do 5000 Hz, to poniżej i powyżej znacznie się pogarsza. Transformator, przynajmniej wyjściowy, jest niezbędny do dopasowania wysokiej impedancji lampy do niskiej impedancji głośnika. Istnieją układy lampowe bez transformatorów oraz sposoby ich wykonania, ale fizyki nie da się oszukać – żelazo i uzwojenia mają swoje właściwości w określonym zakresie częstotliwości. Jeżeli w zakresie 200–5000 Hz nierównomierność jest praktycznie niezauważalna, to powyżej lub poniżej pogarsza się gwałtownie.
Spotkałem w charakterystykach wzmacniaczy lampowych grafiki z bardzo dobrymi wynikami, ale była to reklama sprzętu w cenie luksusowego samochodu. Więc nawet jeśli to prawda, to nie jest to opłacalne. Wzmacniacze tranzystorowe mają prawie nieograniczone pasmo — od 20 Hz aż do kilku MHz — oraz nieporównywalnie lepszą liniowość.
Co do THD — w sprzęcie wysokiej jakości dopuszczalny jest poziom rzędu 0,1%. Niższe wartości nie są słyszalne dla przeciętnego człowieka. Najlepsze wzmacniacze lampowe osiągają 1–2%. To już może zauważyć prawie każdy. Jednak zdaniem zwolenników sprzętu lampowego nie stanowi to problemu, ponieważ te zniekształcenia mają inną naturę i są odbierane jako przyjemne. Oznacza to, że nie chodzi im o wierne odwzorowanie oryginalnego brzmienia. W rzeczywistości nawet użytkownicy sprzętu Hi‑Fi nie słyszą w pełni oryginalnego brzmienia, ponieważ — jak słusznie zauważył jeden z naszych czytelników — zależy ono w dużej mierze od pomieszczenia, w którym odtwarzana jest muzyka. Jednak ze względu na współczesne warunki coraz więcej osób wybiera słuchawki. Do nich również stosuje się wzmacniacze lampowe.
Zdaniem niektórych entuzjastów audio sprzęt lampowy charakteryzuje się przewagą harmonicznych parzystych, natomiast tranzystorowy — nieparzystych. I jest to prawda, jednak dotyczy ona każdego sprzętu lampowego oraz jedynie tanich — bardzo tanich — wzmacniaczy tranzystorowych. Ocena przyjemności wynikającej z obecności parzystych lub nieparzystych harmonicznych jest pojęciem subiektywnym. Na przykład ja wolałbym brak harmonicznych lub ich minimum zamiast „przyjemnie” brzmiących parzystych.
Wzmacniacz single-ended
Lepsze wyniki pod względem jakości brzmienia (zarówno obiektywnej, jak i subiektywnej) dają końcówki double‑ended. Na obrazkach poniżej przedstawiono schematy: z dwoma transformatorami oraz z pojedynczym.
Schemat z pojedynczym transformatorem jest nieco bardziej skomplikowany i wymaga minimalnego rozrzutu wartości elementów C4–C5, R6–R7 oraz parametrów lamp VL2–VL3. Oznacza to, że niezbędny jest dobór elementów z kilku egzemplarzy.
Końcówka w układzie double‑ended cechuje się 3–4 razy większą mocą wyjściową (przy tym samym napięciu), co korzystnie wpływa na liniowość i zmniejszenie zniekształceń. Na liniowość korzystnie wpływa tryb pracy transformatora, ponieważ zmiana kierunku prądu niemal eliminuje nasycenie rdzenia. W końcówkach typu single‑ended przez uzwojenie transformatora zawsze płynie prąd stały. To samo zjawisko występuje w przypadku układów double‑ended z dwoma transformatorami. Biorąc pod uwagę większą moc układów double‑ended, należy stosować zasilacz o większej wydajności prądowej.
Niektórzy audiofile zapewniają, że wzmacniacz lampowy traci swoje zalety, jeżeli nie jest zasilany z prostownika na lampowych diodach (kenotronach). I o dziwo mogę się z tym zgodzić — nie w całości, jednak naprawdę kenotron w niektórych trybach wpływa pozytywnie na brzmienie. Przy dużych prądach pobieranych przez wzmacniacz, na przykład przy wysokim poziomie sygnału wejściowego (przesterowanie – clipping), rezystancja dynamiczna diody półprzewodnikowej rośnie gwałtownie, natomiast w przypadku diody lampowej rośnie nieco wolniej, co powoduje, że powstające zniekształcenia charakteryzują się łagodniejszym przebiegiem. Wyjaśnia to obrazek poniżej.
Niestety nie mam możliwości sprawdzenia tej teorii, ale brzmi ona dość prawdopodobnie. Inna sprawa — nie ma to większego znaczenia, ponieważ nikt nie słucha muzyki w trybie przesterowania.
Wniosek: mimo powyższego chciałbym wykonać wzmacniacz małej mocy na lampach, ponieważ po prostu podoba mi się design tego sprzętu, gdy lampa jest widoczna i świeci. Nie jestem melomanem na tyle, aby odróżnić brzmienie sprzętu lampowego od tranzystorowego.
Fajne? Ranking DIY
