Чому вакуумний тріод звучить музично 1

У пропонованому матеріалі я намагаюся дати фізичне пояснення музикальності звучання вакуумних тріодів. Я навмисно не розглядаю питання електричних параметрів різних ламп. Їх вплив на якість звукопередачи розглянуто в великому числі статей і мені немає необхідності їх повторювати. Так само я не розглядаю вплив якості та спрямованості проводів, з яких зібраний підсилювач, цього питання присвячені інші цікаві дослідження. Я не буду розглядати конкретні моделі ламп, а постараюся використовувати їх загальні характерні риси.

У середовищі аудиофилов все більше формується переконання, що тільки вакуумний тріод - найправильніший прилад для посилення звукових сигналів. Припускаючи, що це навряд чи є масовим божевіллям, спробую проаналізувати технічно, які особливості триодов можуть привести до такого результату.

Для початку, згадаємо пристрій тріода: катод, сітка, анод. На анод подається висока позитивна напруга. Катод нагрівається і електрони, випущені катодом внаслідок термоелектронної емісії, починають летіти до анода під дією електричного поля. Сітка розташовується ближче до катода. Якщо на неї подати негативне замикає напруга, то поле в області катода зміниться і електрони вже не будуть так легко летіти до анода. Змінюючи напругу на сітці можна управляти струмом анода. Отримати тільки зміна струму на виході тріода інтересу немає, в ланцюзі анода включається навантаження і напруга на аноді змінюється. В реальних конструкціях, особливо в кінцевих каскадах підсилювачів, розмах напруги на аноді становить від пари сотень вольт до півтора кіловольт.

Отже, різниця напруги між сіткою і анодом змінюється в дуже великому діапазоні. А тепер згадаємо, що сила тяжіння діє не тільки на електрони, а й на сітку. Сітка не володіє абсолютною жорсткістю, вона прогинається під дією електростатичних сил. Зазвичай сітка намотана тонким дротом на більш потужному каркасі. Кожна зволікання сітки може бути розглянута нами як струна. У струни є моди коливань, збуджуючи на яких струну, вона буде входити в резонанс і амплітуда коливань буде зростати. Однак, при таких коливаннях відбувається зміна відстань між катодом і сіткою. Сигнал з великими частотами виходить промодулирован по амплітуді. Різні амплітуди і частоти модуляцій сприймаються слухом як забарвлення звучання. Якщо сигнал по частотах близький до частот модуляції, то можуть виникати биття. Але не будемо поспішати і спробуємо дати якісну оцінку розмірами очікуваного ефекту. При виробництві ламп велика увага приділяється (точніше висловитися приділялася) питань мікрофонного ефекту. По суті, це абсолютно той же ефект, тільки збудження коливань сітки відбувається не під дією електростатичних сил, а від зовнішнього впливу. Мікрофонний ефект дуже великий в багатьох лампах, досить постукати по ним нігтем, а в тихих навіть нормується. Для порівняння згадаємо конструкцію електростатичного гучномовця. Там звук випромінюється внаслідок електростатичних сил, що діють на плівку. Розміри зазорів і порядки напружень в такому гучномовці приблизно збігаються з цими ж параметрами лампи. Значить сила, що діє на сітку достатня, що б випромінювати звук, була б вмістити не плівка, а замість вакууму повітря. Мабуть, рівень сил від мікрофонного порушення виявиться вище, тому я оціню ефект електростатичного збудження коливань сітки вакуумного тріода як кілька більш слабким, ніж мікрофонний.

Подамо широкосмуговий сигнал на триод. Збудилися моди коливання сітки. Обсяг паразитного сигналу від такого порушення малий, в порівнянні з самим сигналом, до того ж частоти коливань резонансного контуру збігаються з частотами збудливого сигналу. Значить, крім як невеликий модуляцією ВЧ сигналів, таке збудження себе не проявить. Вимкнемо сигнал. Сітка залишилася сама по собі і продовжує коливатися, але вже з частотами своїх резонансів. Ці коливання загасають і дають невелику послезвучія після сигналу з великим рівнем. З чим можна порівняти таке послезвучія? Наприклад, зі звучанням деки музичного інструменту. Саме наявність власних мод коливань у деки, тієї ж гітари, дає багатство звучання. Тріод додав свої послезвучія, але нам невідомо які вони були спочатку і сумарний результат збагачує звучання інструментів, що породжує відчуття більшої музикальності звучання такого підсилювача.

Чому різні тріоди звучать по-різному?

Різні лампи мають різну конструкцію. В результаті моди коливань у різних ламп виявляються різними. Далеко не завжди ці моди будуть викликати приємні амплітудні модуляції сигналу і музичні послезвучія. Вибираючи з різних моделей триодов можна підібрати той, чиї вібраційні параметри найбільш приємні для слуху. Тріоди однієї марки, але різних виробників так само можуть звучати по різному. Кожен виробник накладає на конструкцію лампи свої виробничі можливості і використовує різні матеріали, застосовує різний натяг дроту, що становить сітку. Відповідно механічні параметри конструкції виявляються дещо іншими, що звичайно виражається різним звучанням. Я вже не кажу про те, що різні матеріали можуть по різному звучати, а різні геометричні параметри призводять до відмінностей і електричних параметрів ламп різних виробників. Однак, навіть у ламп з однієї партії, при виготовленні є допуски і навіть тут будуть деякі варіації в механічних параметрах ламп.

Чому старі тріоди краще?

У міру розвитку виробництва ламп, вирішувалися завдання щодо збільшення жорсткості конструкції і зниження рівня резонансів, в тому числі в конструкції сіток. Більш нові лампи мають менший рівень паразитних коливань сітки за рахунок більшої досконалості їх конструкції. У старих лампах частоти мод коливань сітки були нижче, а добротність коливальних систем вище. У підсумку, амплітудні модуляції поширювалися на сигнали з меншими частотами, а тривалість послезвучія збільшується.

Чому прямонакальние тріоди так люблять?

У прямонакальном триоде, крім коливань сітки, є ще коливання нитки катода. Жорсткість катода прямого розжарення в розігрітому стані сильно знижується і коливання легко поширюються по ньому. Хоча рівень електростатичних сил, що діють на катод, помітно нижчі за ті ж сил, що діють на сітку, через значно меншою амплітуди різниці напруг між сіткою і катодом, зате моди коливань катода прямого розжарення дуже низькі, що наближає характер амплітудних модуляцій до натуральних.

Чому пентоди не звучать як тріоди?

У пентоді або в тетроді присутня додаткова сітка, на яку подається постійна напруга. Вона екранує змінне електростатичне поле від керуючої сітки і ловить на себе електростатичні сили збудження. Але чутливість пентодов на коливання екрануючої сітки значно нижче, ніж чутливість на коливання керуючої сітки, оскільки екрануюча сітка розташовується далеко від катода. Виходить, що порушені коливання екрануючої сітки мало відбиваються на корисному сигналі.

Чому транзистори звучать настільки "мертво", в порівнянні з тріодами?

У конструкції транзистора практично відсутні механізми резонансного збудження коливань корисним сигналом, які, до того ж, лінійно впливали б на передачу сигналу і давали послезвучія.

Чому ООС протипоказана вакуумному тріода?

Якщо ми замикаємо ланцюг ООС навколо тріода, то відбувається його линеаризация, що, в тому числі, виражається в придушенні паразитних модуляцій і послезвучія (як перешкод) пропорційно глибині ООС. Якщо триод спочатку не дуже лине, то ООС дозволяє підвищити його лінійність, що виразиться в більш високому дозволі в звучанні. Однак, на стільки ж подавляться музичні додавання, що вносяться тріодом. Це повністю відповідає поширеній думці, що ООС вбиває музикальність тріода. Для таких тріодів доводиться шукати баланс між дозволом і музикальністю. Якщо триод спочатку лине, то введення ООС практично не підвищує дозволу в звучанні, але знижує музикальність, що легко помічають багато, хто робив подібні експерименти.

Чим цей ефект відрізняється від акустичного зворотного зв'язку?

Якщо підсилювач варто в тому ж приміщенні, що і акустичні системи, то звукові коливання потрапляють на стеки через механічне збудження. Однак, внаслідок низької швидкості поширення звукових коливань у повітрі, збудження відбувається із затримкою, а фаза збудливого впливу не синхронна корисного сигналу. У підсумку таке збудження вносить кашу в звучання підсилювача і тому з ним доводиться боротися. При електростатичному порушенніколивань сітки, фаза збуджуючих сил синхронна з корисним сигналом у всьому діапазоні частот, а тимчасове відставання відсутня. У підсумку, послезвучія прив'язані до звучання інструменту і зливаються з ним, а не сприймаються як сторонні призвуки в разі наявності тимчасової затримки.

Обманює чи ні?

Проведемо такий уявний експеримент. Візьмемо дуже хороший звуковий тракт, що складається з високоякісного мікрофону, лінійного мікрофонного підсилювача, високоякісного транзисторного підсилювача і високоякісних АС. Розташуємо мікрофон в студії, а АС в окремій кімнаті. Нехай в студії будуть грати музиканти. Слухач буде ходити між студією і кімнатою прослуховування і порівнювати звучання. Відбудуємо систему так, що слухач скаже, що різниці в звучанні немає, система чесно повторює звук в студії. Тепер поставимо ще один високоякісний підсилювач потужності на тріодах, а другого слухача не пустимо до музикантів, він буде перемикатися тільки між підсилювачами. Що він віддасть перевагу? Швидше за все це буде тріодний підсилювач, Аргументи будуть прості, він дає вище багатство тембрів, в його звучанні більше послезвучія, через нього набагато краще чути дека скрипки або гітари. Тобто при відсутності еталона, а тільки при відносному порівнянні вибір виявиться на користь лампового триодного підсилювача.

Висновок.

Для чого ми слухаємо музику? Для отримання естетичного задоволення. Ми не були присутні на записі диска або на концерті, а навіть якщо і були присутні, то наша акустична пам'ять вже давно замінила реально чуту звук на якийсь внутрішній канон, який ми в собі виробили. Відповідно, при прослуховуванні запису ми вже не можемо сказати, що ми чуємо саме так, як воно звучало тоді. Ми вже оцінюємо звучання з точки зору задоволення нашої естетичної потреби. У цьому сенсі, підсилювач на вакуумних тріодах дає набагато більшу насолоду від прослуховування. А звук кожен вибирає для себе сам, тому і присутні в продажу всі види звукової техніки.

Коли лампа краще, ніж транзистор

Лампи або транзистори? Лампи!