Почему же ламповые усилители звучат не так, как транзисторные? Присущее однотактным ламповым усилителям большое значение второй гармоники в выходном спектре исходно синусоидального сигнала не может считаться ни критерием, ни условием верности воспроизведения и естественности звучания.
Усилитель с ламповым звучанием
Вторая и третья гармоники просто мало заметны, так как:
- удвоение частоты соответствует повышению тона на октаву;
- увеличение частоты в три раза — переходу к музыкальному интервалу, называемому квинтой, только в следующей октаве.
Эти гармоники просто не вызывают дискомфорта и раздражения при прослушивании музыки. При элементарных музыкальных пьесах вроде сольного исполнения на фортепиано, вокала или вокального дуэта эти гармоники могут даже приукрашивать, «обогащать» звучание инструмента или голоса. Но наличие любых, даже благозвучных на первый взгляд (слух), но все-таки искажений, не может рассматриваться как цель или условие высококачественного звуковоспроизведения.
Тогда таковыми придется считать все электронные ухищрения по доводке и подтяжке голосов солистов! Многие аудиофилы обращают внимание на выраженное различие в зависимости уровня нелинейных искажений от выходной мощности. Коэффициент гармоник лампового усилителя линейно снижается с уменьшением мощности, а транзисторного, наоборот, возрастает. На рис. 2.13 при мощности 0,01 Вт ламповый усилитель имеет значение общего КНИ около 0,1 % — близко к значению КНИ для этой мощности транзисторного усилителя с «номинальной» мощностью 60 Вт и КНИ = 0,0038 %.
Заметим, что чувствительность уха к присутствию гармонических искажений растет с понижением мощности. Это связано с тем, что ухо при низких уровнях звука само производит более низкий уровень гармоник (см. рис. 1.2). Эта динамическая особенность нашего восприятия музыки привела к утверждению, что очень важным для оценки качества усилителя является его способность достоверно передавать «первый ватт» звуковой мощности.
И здесь к транзисторным усилителям возникает много вопросов, при ответе на которые они явно проигрывают ламповым. Вернемся к характеристикам транзисторного усилителя Krell 400 (стоимость более 3000 долл.), спектр искажений которого представлен ранее на рис. 2.3, г, д. Видно многократное возрастание с искажений при мощности 6,5 Вт по сравнению с мощностью 100 Вт. Усилитель, однако, по спецификации производителя имеет мощность 300 Вт. При испытаниях в лаборатории журнала «Stereofile» этот усилитель не выдержал 15-минутной работы с выходной мощностью 67 Вт, т. е. менее 25 % от заявленной номинальной мощности.
Таким образом, получается, что 300-ваттный показатель указывает лишь на способность к передаче кратковременных уровней сигнала, что никак нельзя рассматривать как номинальную мощность. Истинная номинальная мощность составляет не 300 и даже не 60 Вт, а значительно ниже. Но с понижением мощности этот усилитель дает недопустимые для высококачественной техники искажения! Таким образом, транзисторные усилители, не удовлетворяющие критерию Чивера (см. стр. 31) при номинальной мощности, с понижением мощности еще в большей степени отступают от этого критерия.
Надо понимать, что и большое значение второй гармоники, и высокое выходное сопротивление, и «короткий» спектр гармоник, и «мягкое» ограничение с ростом мощности являются следствием отсутствия в хороших ламповых усилителях глубокой общей отрицательной обратной связи. Общая отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент гармоник исходного усилителя, но приводит к возникновению высших гармоник, отсутствовавших в исходном усилителе. Это — хорошо установленный факт, расширение спектра гармоник в усилителе с обратной связью подробнее будет обсуждаться в следующем разделе.
И, наконец, как уже упоминалось в начале этой главы, общая отрицательная обратная связь осложняет протекание переходных процессов как в самом усилителе, внутри петли обратной связи, так и при работе усилителя на комплексную нагрузку, каковой является реальная акустическая система. К положительным эффектам следует отнести снижение выходного сопротивления усилителя, что способствует четкости при воспроизведении самого нижнего частотного диапазона.
Кажущееся увеличение номинальной мощности за счет удержания низкого коэффициента гармоник вплоть до начала жесткого ограничения, как показано на рис. 2.13 (правая часть), следует признать «отвлекающим», если не сказать обманным, приемом электроинженеров по отношению к слушателям. Ведь удержание низкого значения коэффициента нелинейных искажений за счет глубокой обратной связи не повышает реальную громкость воспроизведения при прослушивании музыки. В этом смысле, и это уже давно поняли эксперты многочисленных аудиожурналов, номинальную в электротехническом смысле мощность (68 Вт для усилителя в правой части рис. 2.13) следует считать максимальной музыкальной мощностью.
Подводя итоги сравнения хорошего лампового и хорошего транзисторного усилителя, можно сделать вывод, что их коренное, принципиальное различие состоит в отсутствии у хороших ламповых усилителей глубокой общей отрицательной обратной связи. Ее наличие у транзисторных усилителей, к сожалению, хотя и позволяет получить более привлекательные технические характеристики (низкий общий коэффициент нелинейных искажений, низкое выходное сопротивление), кардинально изменяет в худшую сторону характер звучания вследствие расширения спектра гармонических искажений, ухудшения переходной характеристики, особенно при работе на комплексную нагрузку. Собственно, аудиоусилитель всегда работает на комплексную нагрузку, а с активной нагрузкой можно только определить его электрические параметры.
Именно в отказе от применения в выходных каскадах усилителя глубокой общей отрицательной обратной связи и следует искать путь приближения звучания транзисторных усилителей к ламповым.
Эго утверждение не является открытием автора настоящей книги. Оно является его твердым убеждением, которое, кстати, поддерживается и разделяется многочисленными любителями и профессионалами высококачественного звуковоспроизведения. К сожалению, как уже отмечалось, высококачественные ламповые усилители, несмотря на малое число элементов, недешевы даже при самостоятельном изготовлении. Например, в усилителе А. Манакова (рис. 2.8), стоимость одной лампы 300В завода «Рефлектор» (г. Саратов) составляет 50 долл. США, выходного трансформатора фирмы «Аудиоинструмент» (г. Москва) — более 100 долл., согласующего трансформатора этой же фирмы — 30 долл., а стоимость аналогичных компонентов, предлагаемых зарубежными фирмами и их дилерами, еще выше.
Конечно, можно в выходном каскаде применить более дешевые лампы. Лампы 6ПЗС или EL34 позволяют получить в классе А выходную мощность до 4 или 6 Вт, соответственно, а стоят в несколько раз дешевле, чем 300В или уже упоминавшиеся КТ88. Можно также заменить согласующий трансформатор конденсатором (не у каждого найдется 100 долларов для приобретения бумажномасляных конденсаторов с медной или серебряной фольгой Solen или Jensen, но старые советские слюдяные КС, фторопластовые ФТ, а также К40у, К73 звучат очень неплохо, а современные полипропиленовые МКР различных производителей не так уже и дороги) или использовать схему Лофтина-Уайта, не содержащую ни разделительного конденсатора, ни трансформатора между каскадами.
Тогда самым дорогим элементом, определяющим стоимость усилителя, останется только выходной трансформатор. Можно, в принципе, изготовить выходные трансформаторы самостоятельно, однако научиться этому достаточно сложно. Именно отсутствие необходимого опыта и знаний для самостоятельного изготовления ламповых аудиотрансформаторов и их высокая стоимость на рынке не позволяет многим радиолюбителям вступить в ряды «ламповых аудиофилов».
В следующей главе будет обоснована концепция построения высококачественных усилителей для звуковоспроизведения путем лампово-транзисторного «консенсуса» с использованием принципов построения лучших ламповых усилителей, но с меньшей стоимостью компонентов, часто с более высокой эффективностью (КПД), меньшей массой за счет замены выходного лампового каскада с трансформатором бестрансформаторным транзисторным усилителем тока. Затем в последующих главах будут описаны конкретные схемотехнические решения и практические конструкции таких усилителей.
