Так в чем же все-таки секрет лампового звука ?

Постараюсь по возможности коротко сформулировать ответ на поставленный вопрос. Простите, если получится не совсем так коротко, как хотелось бы.  Ранее я немного касался этой темы, малость в другом разрезе, но можете тоже почитать тут в качестве разминки.

В интернете полно откровенной чепухи вокруг этой темы.  Например  вот ролик, который якобы дает ответ:

https://www.youtube.com/watch?v=dujeYw9FSIc

На всякого мудреца довольно простоты – на самом деле человек находится во власти дремучих заблуждений. Причем источник этого заблуждения  находится в  двух типичных для технарей  методологического характера ошибках:

  • качество звучания любого  аудиоустройства НЕ определяется его СУММАРНЫМ коэффициентом нелинейных искажений  ! Здесь ключевое слово – СУММАРНЫМ.  То есть – искажения искажениям рознь. Чтобы прояснить этот вопрос, нужно углубиться в другой  – а как наше ухо воспринимает нелинейные искажения генерируемые  аудиотрактом ?  Кстати,  а вы знаете, что на самом деле наше ухо –  тоже нелинейный элемент  ?!   Нет, не знали ?   Вот перед тем как рассуждать  на тему нелинейности ламп и выходных трансформаторов,  я бы посоветовал поизучать  не полиномы Чебышева и ряды Тейлора,  а начать с  трудов Ирины Аркадьевны Алдошиной ( гугл вам в помощь ), и только тогда можно  получить те лишь НАЧАЛЬНЫЕ знания, без которых  рассуждения  на поставленный в заглавии вопрос  будут пустым сотрясанием воздуха.
  • автор ролика позабыл сделать такой же глубокий и подробный анализ  аналогичных явлений, которые происходят внутри электронных усилительных аудиоприборов каменного  происхождения. А там есть ооооочень много интересного на тему нелинейностей.  Я бы сказал – даже много-много  более интересного ! Этот пробел я восполню, пока только частично. Более пространно напишу позднее, материала слишком много для одной статьи.

Начну с отступления по поводу осциллографов.  А то вам может показаться, что я что-то имею против этих приборов.  Нет, против них совершенно ничего не имею. Это просто обыкновенный  измерительный прибор, который как и все такого рода девайсы  имеет свои преимущества и недостатки, а также рекомендуемую область применения. За пределами которой он уже не будет отражать объективной реальности. Которая, как сказал классик – дана нам, заметьте –  в ОЩУЩЕНИЯХ ( в том числе и звуковых )  🙂    Понимаете на что намекаю ? Но это философская сторона вопроса. Но есть и чисто техническая. Это развертка.   Если у вас есть желание увидеть на экране этого прибора низшие гармоники ( вторую, третью и т д ), то вы выставите соответвующий диапазон развертки, на котором высшие гармоники просто не видны.  Но конечно есть возможность перейти на другие диапазоны измерения – скажете вы !  Сказать то можно – но как сделать ? У кого из современных техно-аудиофилов есть настоящий, достаточно точный и главное – достаточно  чувствительный осциллограф  с диапазоном до 50 – 100 МГц ? Сейчас практически все повально делают замеры через звуковую карту компьютера, которая ничегошеньки кроме диапазона до 20 КГц увидеть не способна. И обрадованный технофил донельзя счастлив – раз не вижу – значит этого нет.  И объявляет, то у каменного усилителя “низкие искажения”.  Да, они по амплитуде ниже. И находятся в других диапазонах частот  ( но это не значит что их не слышно ! ), но об этом читайте ниже в части про варикапы и самое  главное  –  про особенности нашего восприятия гармоник. И еще один пример того, что осциллограф это всего лишь кусок железа.  Попробуйте те ка анализировать с его помощью тракты, в которых есть  источники противофазных  гармоник – вы ничего не увидите кроме деформированной реальности и вам придется искать другие, более подходящие способы измерения.

Теперь перейдем к особенностям работы полупроводников, по аналогии тому, как это сделал товарищ с Ютуба в отношении ламп по ссылке вначале этой статьи. И посмотрим, а как  же обстоят дела там ?  И лишь потом вернемся к Алдошиной Ирине Аркадьевне и ее колоссального значения исследованиям в области психоакустики – науки, которая занимается исследованиями  восприятия звука нашим ухом, то есть к ОЩУЩЕНИЯМ, которые возникают при изменении спектрального состава гармоник звукового сигнала.   И только тогда мы, как истинные материалисты,  сможем делать выводы об окружающей нас объективной реальности.

Итак – сначала  давайте сравним  работу вакуумной лампы и полупроводникового транзистора. В интересующей нас области усиления звукового сигнала их работа вроде бы очень похожа, и причем транзистор как будто в самом деле даже много лучше – если смотреть на их характеристики наблюдая экран осциллографа с чудесной картинкой одного килогерца с, типа 0.001% или около того  коэффициента гармоник c ООС.     Но вот о чем умалчивает  ( или может даже просто не знает ) товарищ с Ютуба –  о существовании межэлектродных емкостей. Как спросите и возмутитесь вы – лампы имеют  большие размеры и их паразитные межэлектродные емкости могут быть даже больше, чем у микроскопусенького транзистора – вроде бы и тут транзистор лампу переплюнул ! Но не торопитесь делать скоропалительных выводов…. Давайте копнем еще немного глубже !     Знаете, что среди полупроводниковых приборов есть такая штука как варикап ?   Обратите внимание –  варикап может быть только  каменным – его никак не сделать из вакуумного диода ! И особенность его заключается в том, что емкость его p-n перехода меняется в зависимости от поданного на диод обратного напряжения.

img-ox9N4d

И заметьте –  зависимость емкости от поданного напряжения – очень  нелинейная.    Ну и что – возразите вы, ведь из варикапов усилителей не делают ! А вот трагедия транзистора и заключается в том, что от того, что вы его не назвали варикапом ( не важно – биполярный это  транзистор, полевой илиКМОП ), во время его работы в усилительном тракте он не перестает быть варикапом по сути !  Коллекторный переход транзистора ( или затвор – сток ) , включенный в обратном направлении все равно, пусть в меньшей степени,  но будет работать как варикап.  А вы должны догадаться, что будет, если на варикап подать не чистенькую тестовую  синусоиду ( и наслаждаться красивыми, убаюкивающими цифирями фантастически низкого Кг и красивым синусом на экране  осциллографа с диапазоном до 20 КГц ) , а реальный звуковой сигнал –  да еще и переменной амплитуды –  то он станет генератором и источником интермодуляционных искажений.  Конечно, грамотный инженерный подход  компаний, которые  проектируют усилители на камнях и хорошо знают об Ахиллесовой пяте  полупроводников,  помогает в некоторой степени уменьшить влияние упомянутых выше негативных факторов, но полностью их устранить невозможно  в принципе – камень это не вакуум и так или иначе нелинейная зависимость емкости p-n перехода от напряжения и частоты сигнала  со всеми вытекающими отсюда последствиями все равно останется.  А последствия – это неустранимая в приципе генерация высших гармоник. Которые нами воспринимаются как чужеродные и  будучи даже на порядки ниже по амплитуде, тем не менее  нарушают  работу усилителя и режут ухо.

Другой пример, на этот раз взятый из научной литературы –

https://cyberleninka.ru/article/n/nelineynye-iskazheniya-tranzistornogo-usilitelya-po-sheme-s-obschim-emitterom/viewer

В этой статье сделан подробный анализ происхождения и относительной амплитуды нелинейных искажений, возникающих при работе биполярного транзистора включенного по схеме с общим эмиттером ( наиболее часто встречающееся подключение ).

Еще один источник нелинейностей транзисторов – их тепловая нестабильность в динамическом режиме работы усилителя.  Транзистор в отличие от лампы работает при нормальных условиях, и любые всплески тока при проигрывании фоноргаммы ведут к нагреву p-n переходов и к изменению их характеристик – а зависимость этих характеристик от температуры еще и опять-таки  нелинейна.

Как видим, не далеко все так гладко в линейностью в этом  каменном царстве !

Вернемся теперь к трудам Алдошиной Ирины Аркадьевны.  Для того, чтобы выяснить а так ли на самом деле страшны нелинейности вакуумных ламп, которыми нас запугал  товарищ с Ютуба.  Кто не знаком с  работами Ирины Аркадьевны  – почитайте для начала вот это. Поэтому я не буду повторять всего того, что там написано, но если коротко, то суть заключается в том, что, например,  вторая гармоника, добавленная к основному тону в количестве до 20 %  ( !!! вы только вдумайтесь в эту цифру !!! ) НЕ воспринимается среднестатистическим ухом как искажение и человек продолжает воспринимать сигнал как НЕИЗМЕННЫЙ основной тон.  А лампа ( в отличие, кстати, от полупроводников ) славится именно тем, что спектр ее гармоник очень короткий, то есть  в нем превалируют лишь только низшие гармоники.   К которым наше ухо относится очень толерантно. И поэтому все владельцы осциллографов, которые старательно замеряют суммарный Кг  – на самом деле занимаются абсолютно бесполезной, бессмысленной (  и  даже я бы отметил –  вредной для себя и окружающих ) работой, из которой нельзя сделать совершенно никаких выводов о том, как будет восприниматься на слух звучание тестируемого ими прибора.  Конечно, извлечь некоторую ценную информацию можно – если замерять не суммарный Кг, а просто посмотреть на характер распределения этих гармоник на экране  –  если  мы наблюдаем ниспадающий “хвост” гармоник,  гребень которых напоминает график функции y = 1/x,  то есть большая вероятность того, что звучание такого лампового прибора будет хорошим, даже несмотря на  относительно высокий Кг, который может доходить до   10 –  20%.  А вот с другой стороны,  достаточно часто случается, что каменный усилитель с Кг менее 0.001 % слушать просто противно – хотя товарищи с Ютуба предлагают нам восхищаться  этой цифирью и этим, как они позволяют себе называть  “оригинальным авторским замыслом” 🙂 ( 12:25 ).

Вот так, дорогой читатель, на этом кажется всё.   Продолжайте спокойненько и уверенно  строить и слушать ламповые усилители и не слушайте тех техноктратов, кто по сути не зная  физики  ( или что еще хуже и опаснее – зная ее очень поверхностно  )  и не знакомые с методологией научных исследований,  позволяют себе учить других – чем сознательно мутят воду и  нехорошо отзываются об электронных лампах и их поклонниках. И рассказывают нам байки про “большие искажения”  ламповых усилителей  ( 11:00 ) – тут  еще надо было  бы для  пущей убедительности  по-рыбацки раскинуть руки  и выпучив глаза  добавить – ” ну оооочень большие – по пять рублей ! ”   🙂

Если одним словом – вакуум он и в Африке вакуум, пустота как среда  для перемещения электронов ( электрического тока. то бишь )  была,  есть  И   ВСЕГДА    БУДЕТ  наилучшей ( или 100% линейной, если хотите  )  – и ничего лучше выдумать просто в принципе невозможно.   Вот это и есть основная  причина относительной комфортности лампового звука ( если уже ну совсем кратко ).  То есть лампы вносят в звук оттенки,  обусловленные лишь их индивидуальными конструктивными особенностями ( поэтому может отличаться  звуковая сигнатура ламповых усилителей собранных по одной схеме но  на разных лампах ), а искажения полупроводниковых носят фундаментальный характер и неустранимы в принципе.  Практически  единственным спасением от этой беды для камней является введение глубокой ООС (  которой в докаменную эру мало кто пользовался ),  но это тоже, мягко говоря, звука не украшает и заслуживает отдельной темы.  А для производителей аудиоаппаратуры применение ООС оказалось  просто клондайком –  можно собрать более-менее сносно звучащий аппарат  практически из мусора, и главное – при этом колоссально снижается суммарный Кг – и начались массированные атаки пиарщиков, которые весь мир убедили в том, что  ООС это  просто прорыв и чуть ли панацея для звука. Что оказалось на самом деле ложью. Но красивой, и особенно привлекательной для владельцев осциллографов, которые стали упиваться  низким Кг и другими красивыми параметрами каменных усилителей, а в уши  ( у кого они есть 🙂  )  вставили беруши –  типа, мы ведь знаем – осциллограф-то не врет !!!

Транзистору есть свое  место, где ему нет равных  –  в  цифровой технике.  И не надо тянуть его оттуда за уши в аналоговую.   За потоком цифирей о “прекрасных технико-экономических  показателях” полупроводниковых усилителей со стороны крупных компаний , которые рекламируют свои каменные творения не стоИт ничегошеньки кроме желания побольше заработать на изделиях, которые не содержат внутри  ( да и снаружи, кстати тоже ) ничего кроме копеешных компонентов.

Если остались вопросы – пишите в комментариях, с радостью отвечу.

И теперь немного уже более конкретной и  полезной информации на эту тему  из интернета  https://radon.org.ua/?view=article&id=7844

Спасибо за внимание, всего доброго, успехов вам  !