Что лучше лампа или транзистор?
Споры касательно того, что лучше, лампа или транзистор, ведутся уже давно и, по всей видимости, всё ещё не хотят прекращаться.
Эта статья призвана помочь начинающим, еще недостаточно опытным звукорежиссёрам разобраться в этом вопросе. В данной статье мы постараемся выяснить, в чем заключаются основные отличия между ламповым и транзисторным оборудованием.
Поведение при перегрузке
При перегрузке ламповой техники происходит естественная компрессия звука, вследствие чего звук становится более плотным, и искажение звука, вследствие чего он обогащается гармониками.
В последнем случае в звук добавляются четные гармоники, которые субъективно воспринимается на слух как приятные и музыкальные. Этот же принцип добавления в исходный сигнал гармоник используется, например, в приборе под названием эксайтер.
Перегрузка в транзисторной технике также сопровождается искажениями звука, однако сигнал при этом обогащается наоборот нечетными гармониками, наиболее высокие из которых не отличаются приятностью для слуха и воспринимаются именно как самые что ни наесть искажения.
Общие характеристики звучания
Практически все ламповые приборы звучат тепло – это факт. Однако, в то же время, им присущ и достаточно высокий уровень шума, возникающий вследствие сложности с качественным усилением сигналов низкого уровня.
Ламповые приборы часто довольно громоздки и характеризуются небольшим сроком службы. Они не очень хорошо переносят транспортировку, они хрупки и ненадёжны. Кроме того, ламповые приборы имеют низкий КПД.
А вот транзисторные приборы отличаются корректностью, слабовыраженной окрашенностью звучания, низким потреблением энергии и компактностью. Им не присущ такой сильный шум, как ламповым, однако звучание транзисторных приборов почти всегда сравнительно сухое.
Как можно заметить, те показатели, которые являются хорошими для ламп, у транзисторов, наоборот, находятся на низком уровне.
Использование ламп является совершенно оправданным в режиме перегрузки, при котором ламповое оборудование берет на себя функции обработки звука. Применение же транзисторной техники является целесообразным в тех случаях, когда важно добиться неокрашенности звучания, низкого уровня шума и минимальных искажений. Поэтому вряд ли вы когда-нибудь увидите, например ламповый усилитель для контрольных мониторов в студии звукозаписи.
Лампа имеет очевидное преимущество перед транзисторами также в гитарном усилительном оборудовании, где требуются особенно мягкое звучание или наоборот сильно перегруженное.
А вот для студийной практики больше подойдет звук транзисторов, отличающийся бескомпромиссностью, минимальной окрашенностью и отсутствием значительных искажений.
Стоит отметить, что на сегодняшний день всё же существуют ламповые устройства, дающие практически неокрашенный звук, и транзисторная техника с теплым бархатным саундом, но высокая стоимость этих устройств в большинстве случаев не позволяет им стать общедоступными.
Стоимость
Теперь о ценах. Стоимость близких по классу транзисторных и ламповых приборов примерно одинакова, так как дороговизна ламп, по сравнению с транзисторами, компенсируется меньшим количеством деталей и достаточно простой конструкцией.
Некоторые производители профессионального звукового оборудования выпускают комбинированные приборы, пробуя соединить в них лучшие характеристики ламп и транзисторов.
Все большую популярность приобретают, например предусилители и компрессоры с полупроводниковыми входными каскадами на малошумных микросхемах с ламповыми каскадами, отвечающими за обработку сигнала. В таких устройствах сигнал попадает на лампы уже в усиленном состоянии, что позволяет добиться довольно приличного соотношения сигнал/шум. Иными словами, благодаря присутствию полупроводников гарантируется низкий уровень шума, а использование ламп позитивно влияет на «утепление» звука.
В завершении стоит сказать, что в бытовом аудио-оборудовании применение ламп часто действительно оправдано. Объясняется это предназначением такого оборудования для услаждения слуха, а посему оно должно выдавать пусть и не честное, но зато максимально красивое звучание.
Напоследок простой совет: подходите к выбору студийного оборудования спокойно, взвешенно и, главное, с выключенными эмоциями. В этом деле не все так однозначно, как может показаться на первый взгляд. Не будьте безапелляционны. Слушайте, читайте, думайте.
Когда лампа лучше чем транзистор
Современная лампа
За всю историю создания усилителей мощности звуковой частоты разработано огромное количество схемотехнических решений.
Как показывает практика, транзисторные усилители при их правильном использовании по объективным техническим характеристикам значительно превосходят ламповые. Тем не менее, многие специалисты отдают предпочтение ламповым усилителям, несмотря на их заоблачную стоимость.
Принято считать, что ламповый усилитель имеет более правильное звучание, характеризуемое терминами «прозрачность», «четкость», «детальность» и т.д. Строго говоря, такое мнение не совсем субъективно.
Чтобы предугадать разницу в звучании ламповых и транзисторных усилителей необходимо рассмотреть на физическом уровне различия между транзисторами и лампами.
| Показатели | Лампа — триод | Полевой транзистор | Биполярный транзистор |
| Тип проводимости | Электронная(через вакуум) | Электронная или дырочная (через канал в кристалле кремния) | Электронная или дырочная (через 2 барьера: эмиттер – база и база — коллектор) |
| Входная нелинейность | Отсутствует | Отсутствует на НЧ | Пропорциональна величине тока коллектора и обусловлена нелинейностью ВАХ база — эмиттер |
| Выходная нелинейность | Пропорциональна корню третей степени из величины тока анода | Пропорциональна квадратному корню величины тока стока | Пропорциональна величине тока коллектора |
| Термочувствительность | Отсутствует | Ток стока и крутизна зависят от мгновенной температуры кристалла | Ток коллектора и коэффициент усиления по току зависят от мгновенной температуры кристалла |
| Выходное сопротивление | В два раза меньше сопротивления нагрузки | Как правило, больше сопротивления нагрузки | Больше сопротивления нагрузки |
Биполярный транзистор отличается от лампы термочувствительностью основных параметров, большей нелинейностью входных и выходных характеристик. Кроме этого, лампа превосходит транзистор удобством согласования своего внутреннего сопротивления с сопротивлением громкоговорителя. Полевой транзистор занимает среднее положение между биполярным транзистором и лампой-триодом.
На первый взгляд, в качестве усилительных элементов, предпочтительнее использовать лампы. Несмотря на кажущуюся очевидность, такое решение не является взвешенным.
На помощь транзисторам приходит схемотехническая хитрость – «отрицательная обратная связь» (ООС). Практически все усилители мощности охвачены местными и общими обратными связями. Они линеаризуют усилитель, уменьшают его выходное сопротивление, расширяют диапазон частот, делают его работу стабильной и независимой от колебаний температуры кристаллов. В итоге, транзисторные усилители обладают великолепными техническими характеристиками. Кроме того, применение биполярных и полевых транзисторов обеспечивает более высокий КПД, массогабаритные показатели и, что немало важно, существенно меньшую стоимость.
Однако не стоит забывать, что в каждом явлении имеются как положительные, так и отрицательные стороны. Интермодуляционные искажения в выходном сигнале, его размывание по времени и разрушение «фазовой картины» – плата за использование отрицательной обратной связи. Присутствие в музыкальном сигнале даже небольших по величине продуктов интермодуляции высших порядков вызывает у слушателя ощущение «металличности», «жесткости». Чаще всего такое звучание характеризуют как ненатуральное. Обилие реактивностей в усилительных каскадах приводит к «многопутевому» распространению сигнала и фазовой деструктуризации.
Размывание сигнала вызвано тем, что через цепь обратной связи он многократно возвращается на вход усилительного каскада. В результате, на выходе, помимо самого сигнала, появляется множество откликов задержанных по времени и смещенных по фазе. Время размывания сигнала для общей обратной связи может достигать 100мс и более. В итоге, наиболее заметным последствием действия на звук общей ООС является ухудшение динамики и ослабление энергичности музыкального звучания.
Необходимо отметить, что в транзисторном усилителе без ООС не обойтись, так как для того чтобы обеспечить даже скромные значения нелинейных искажений и приемлемое выходное сопротивление, усилитель на транзисторах должен иметь, как минимум, глубокие местные ООС. Местные ООС лучше чем общие ведут себя на звуке, и обеспечивают меньшие по величине задержки и более короткий период размывания сигнала. Применение качественных «звуковых» транзисторов позволяет отказаться от общей ООС и получить от усилителя «четкость», «прозрачность», «динамичность» и «энергичность» воспроизведения.
Современные ламповые и транзисторные усилители
Ламповые усилители мощности с ООС, по изложенным выше причинам, практически не используются. Тем не менее, и в них есть элемент, ухудшающий качество звучания – выходной трансформатор, который предназначен для согласования выходного сопротивления усилителя и сопротивления нагрузки. Но вред от ООС оказывается большим, чем от применения выходного трансформатора.
Причина «натурального» звучания лампового усилителя заключается в его «гениальной» простоте. При этом его стоимость может достигать нескольких сотен тысяч долларов. В силу высокой стоимости, низкого КПД и низкой выходной мощности ламповые усилители звуковой частоты сегодня интересны только истинным ценителям музыки и занимают почетное место только среди прочего Hi-End оборудования в звуковых студиях. А транзисторные усилители широко используются, поскольку имеют высокую надежность, большую выходную мощность и удобство в эксплуатации.
В настоящее время ведущими производителями усилителей мощности звуковой частоты по праву считаются Pass Labs, Unison Research, McIntosh, Accuphase, Denon, NAD, Marantz, Pioneer, Yamaha, Arcam и др.
Когда лампа лучше чем транзистор
Усилители Music Angel
Ламповый усилитель XD500MKIII: EL34, 2х50 Вт Ламповый усилитель XD800MKIII: KT88, 2х65 Вт Ламповый усилитель XD845MKIII: 845, 2х20 Вт Ламповый усилитель XD850MKIII: 300B, 2х9 Вт Ламповый усилитель XD8502AIII: 300B, 2х9 Вт Предварительный ламповый усилитель XD900MKIII: 12AU7, 12AX7
Ламповый усилитель MINI 6: KT88, 2х60 Вт Ламповый усилитель MINIP1: 6AQ5, 2х10 Вт Ламповый усилитель MINIL3: EL34, 2х35 Вт Ламповый усилитель MINIP14: 6P14, 2х10 Вт
Ламповые усилители LACONIC HA-02,03B/B2/M: 6N6P, 2х1,2 Вт на 300 Ом
Акустическая система Music Angel One: 20 — 100 Вт, 38 Гц — 30 кГц, 86 Дб/Вт/м Акустическая система Music Angel 2.5: 20 — 200 Вт, 20 Гц — 30 кГц, 86 Дб/Вт/м Акустическая система Music Angel TK-10: 10 — 250 Вт, 45 Гц — 22 кГц, 8 Ом, 97 дБ/Вт/м Акустическая система DIVA 5.2: 10 — 150 Вт, 36 Гц — 20 кГц, 90 дБ/Вт/м
КТ 88: Filament Voltage 6.3 V Filament Current 1.6 A Plate Voltage (max) 800 V Plate Current (max) 230 mA Plate Dissipation (max) 40 W 845: D.C. Plate Voltage 1250 D.C. Grid Voltage -98 Peak A.F. Grid Voltage 93 D.C. Plate Current (ma.) 95 Power Output (watts) 15 21 300B: Filament Voltage 5 V Filament Current 1.2 A Plate Voltage (max) 450 V Plate Current (max) 100 mA Plate Dissipation (max) 40 W
Многие годы производители транзисторных усилителей водили аудиофилов за нос, предлагая им правдоподобные объяснения, почему следует старую модель усилителя заменить на новую. Коротко напоминаю эти объяснения:
— слишком велики гармонические искажения (в новых моделях усилителей искажения снижены до 0,0001%);
— мал коэффициент демпфирования (коэффициент демпфирования достиг 1000);
— недостаточно широка полоса воспроизводимых частот (полоса была расширена до 5 МГц);
— усилители ограничивают скорость изменения сигнала (на лицевых панелях новых усилителей появилась надпись High Speed Amplifier»);
— громкоговоритель требует большего тока (и вот множество включенных параллельно выходных транзисторов обеспечивают выходной ток усилителя 100 А).
Этот список можно было бы продолжить.
Пока удавалось поддерживать у адиофилов веру во все эти технические «заморочки», на рынке усилителей царило оживление.
Имеет ли лампа преимущество перед транзистором? И если имеет, то при каких условиях они проявляются? Ответы Вы найдете в этой статье.
Чтобы сразу не впасть в мистику, рассмотрим на физическом уровне различия между лампой, полевым и биполярным транзисторами.
Лампу (возьмем в качестве примера триод) можно рассматривать как «проводник», который состоит из тщательно очищенных от кислорода электродов — анода и катода, — а также вакуумного промежутка между ними, заполненного носителями заряда — энергетически возбужденными свободными электронами. Переносимый через вакуум свободными электронами ток анода управляется напряжением между сеткой и катодом.
Усилительные свойства триода можно характеризовать крутизной характеристики, то есть отношением приращения тока анода к приращению напряжения «сетка — катод» (при неизменном напряжении на аноде). Независимость крутизны от электрических режимов лампы является показателем ее линейности. Особенно важно, что крутизна характеристики триода мало зависит от тока анода (в большинстве случаев она пропорциональна примерно корню 3-й степени из величины этого тока). Влиянием входной характеристики лампы ва линейность можно пренебречь, так как в режиме отрицательного смещения сетки ток в ее цепи отсутствует.
Межэлектродные емкости постоянны и не зависят от электрических ре-жимов лампы. Немаловажно также то, что основные параметры лампы не зависят от температуры анода или, иначе, от выделяемой на нем мощности. И еще одно важное преимущество именно триода — низкое внутреннее сопротивление, которое при оптимальном режиме использования лампы меньше сопротивления нагрузки приблизительно в два раза.
Зависимость внутреннего сопротивления от тока анода обратна зависимости крутизны триода от этого тока, поэтому в режиме, а котором сопротивление нагрузки больше внутреннего сопротивлений, усиление лампы практически не зависит от тока анода.
Полевой транзистор тоже можно рассматривать как «проводник». Проводящей частью транзистора является канал в кристалле сверхчистого кремния, тип проводимости которого (p или n) задается ничтожной примесью индия или мышьяка. В зависимости от типа проводимости транзистора а канале перемещаются носители заряда: свободные электроны или «дырки» (не заполненные электронами места в кристаллической решетке). Как и в ламповом триоде, ток на выходе полевого транзистора (ток стока) управляется напряжением между затвором и истоком.
Усилительные свойства полевого транзистора (как и лампы) можно характеризовать крутизной (то есть отношением приращения тока стока к приращению напряжения «затвор — исток»).
Полевой транзистор имеет более выраженную нелинейность, чем лампа. Почти у всех типов полевых транзисторов крутизна увеличивается пропорционально квадратному корню из величины тока стока.
Как и у лампы, ток управляющей цепи (цепи затвора) отсутствует, поэтому нелинейностью входной характеристики полевого транзистора можно пренебречь. Несколько хуже с межэлектродными емкостями. Наиболее важная емкость «сток — затвор» зависит от действующего между этими электродами напряжения.
Самым неутешительным фактом следует признать высокую чувствительность тока стока и крутизны полевого транзистора к изменениям температуры его кристалла. Эта чувствительность объясняется ростом подвижности носителей заряда при увеличении температуры и обычно характеризуется температурным коэффициентом напряжения «затвор — исток» (то есть приращением напряжения на затворе. которое необходимо для поддержания на постоянном уровне стока транзистора при повышении температуры его кристалла на один градус). В зависимости от режима, в котором используется полевой транзистор, температурный коэффициент может принимать значение от 2 до -3 мВ/град (Полевой транзистор может быть поставлен в такой режим, при котором температурный коэффициент будет равен нулю).
Хуже всего то, что температура кристалла транзистора, хотя и с инерцией (определяемой тепловой постоянной времени этого транзистора), но успевает почти за всеми изменениями рассеиваемой в транзисторе мгновенной мощности, однако об отрицательном значении этого мы поговорим несколько позднее.
Кроме транзисторов со статической индукцией, остальные типы полевых транзисторов имеют внутреннее сопротивление значительно большее, чем сопротивление нагрузки.
Биполярный транзистор -также своего рода «проводник». Однако физические процессы, связанные с прохождением в нем тока, коренным образом отличаются от тех, которые протекают в лампах и полевых транзисторах.
Первое отличие состоит в том, что носителям заряда, а ими являются электроны или дырки, приходится преодолевать два барьера (p-n-перехода): эмиттер — база и база — коллектор, то есть дважды переходить от кристаллической решетки одного типа к решетке другого типа.
Второе отличие — в принципе управления током коллектора. Величина этого тока зависит от количества «впрыснутых» из эмиттера в базу так называемых неосновных для нее носителей, которые «блуждают» в ней, дока не будут втянуты сильным электрическим полем коллектора, смещенного в обратном направлении по отношению к безе. Управление впрыскиванием в базу не основных носителей осуществляется путем смещения в прямом направлении (иначе говоря, приоткрывания) база-эмиттерного перехода транзистора. Усилительные свойства биполярного транзистора также можно характеризовать крутизной (то есть отношением приращении тока коллектора к приращению напряжения базе — эмиттер). В соответствии с теорией крутизна биполярного транзистора приблизительно пропорциональна току коллектора, поэтому он имеет более выраженную нелинейность, чем полевой транзистор.
В отличие от лампы и полевого транзистора, к нелинейности крутизны биполярного транзистора следует добавить нелинейность его входной характеристики. И это понятно, так как даже по виду она мало чем отличается от вольтамперной характеристики прямо смещенного диода.
С межэлектродными емкостями здесь творится то же самое, что и в полевом транзисторе. Наиболее важная емкость перехода коллектор — база биполярного транзистора зависит от действующего между этими электродами напряжения.
В биполярном транзисторе мы также сталкиваемся с высокой чувствительностью его параметров к изменениям температуры кристалла. А именно, температурный коэффициент напряжения база — эмиттер равен -2,2 мВ/ град, а коэффициент усиления по току транзистора увеличивается на 2-3 % / град. Так же как и в полевом транзисторе, температура кристалла биполярного транзистора с инерцией (определяемой тепловой постоянной времени) успевает за изменениями рассеиваемой в транзисторе мгновенной мощности.
Внутреннее сопротивление биполярных транзисторов тоже не оставляет никакой надежды — оно всегда больше сопротивления нагрузки. Сгруппируем теперь наиболее важные и вполне объективные отличия лампы, полевого и биполярного транзистора в таблице 1.
Усилительный элемент ►
Вид отличий ▼
Лампа vs транзистор. Подведём итоги.
Современная индустрия звукозаписи развивается семимильными шагами. Если раньше это был удел суровых бородатых мужиков, одевших свитеры через большую и умную голову на татуированное тело, с кучей магического и дорогущего железа в стойках, то теперь сравнимые по уровню сетапы студий звукозаписи доступны и обывателю-энтузиасту.
За десятилетия отточены технологии, налажено крупносерийное производство очень качественных студийных приборов, появилась конкуренция производителей железа, а позже цены на этом рынке начал давить вниз и софт, среди которого попадаются, надо сказать ни в чём не уступающие аналоги железных приборов, а даже нередко превосходящих его.
И вот уже не надо быть миллионером. Купил ставшие доступными устройства, установил в рэки — и всё — студия звукозаписи готова. А то что к этому аппаратному великолепию должны прикладываться, если не талантливые, то хотя бы опытные уши — забывают. А раз нет своих «внутренних» знаний, то приходится заимствовать «внешние». Но кто же любит вникать в суть, в физику, в скучный и сухой мир который если и открывает тебе свои секреты, то после многих лет изучения основ и каждодневной «лабораторной работы»…. и то не всем. Поэтому, как правило, энтузиаст заимствует не знания — их ведь нужно получить, переработать годами, чтобы уяснить своё мнение — а сразу берут чужое мнение и возводят его в ранг догмы. И хуже всего то, что это превращается в снежный ком — догмы опытных энтузиастов усваиваются совсем уж новичками и эти «правила звукозаписи» бронзовеют в умах масс неофитов рекординга в виде священных и неприкасаемых аксиом:
- Лучший микрофон — Нойман…
- Ячейки от яиц идеальны для звукоизоляции в студии
- Мастеринг сделает из коричневой массы конфетку…
- Для жирной и злой гитары надо много гейна…
- Для рэпа нужен микрофон Rode…
- Гитары нужно писать только через комбик и только через Fender…
Знакомо? Думаю, каждый читающий эти строки вспомнит ещё несколько подобных заповедей. А ведь речь идёт о творчестве, эфемерной сфере где нет границ и рамок.
Вот одной из таких убеждений является легенда что «лучший преамп\ микрофон\ усилитель\ гитара\ барабан\ стул\и т.д. должен быть ламповый!» Если б всё так было просто… В таком случае мы бы все не отходили от ламповой радиолы «Ригонда» слушая записи битников 50-60х годов где кроме лампы и не было ничего:)
Однако сравните те записи и современные — полностью сделанные в цифре (любой чип по сути скопище транзисторов — просто они очень маленькие и их очень много).
Разумеется, никто не спорит, что транзисторный и ламповый прибор обладают разным характером звука. В чём же отличия между лампой и транзистором. Если кратко то:
- Лампа иначе отрабатывает превышение уровня сигнала — перегрузку. Ламповый каскад смягчает искажения. Транзистор же отрабатывает прямолинейно, чем вносит в звук резкие искажения широкого спектра.
- Но зато у лампы выше уровень шумов
- Транзистор имеет меньшее входное сопротивление
- Компактность транзистора не вызывает сомнений по сравнению с лампой
- Лампа вещь нежная и увы недолговечная, даже если обращаться бережно
- Для работы лампы нужно высокое напряжение питания и она сильно греется
Следует заметить, что под «транзистором» подразумевается повсеместно применяемый биполярный транзистор. Важно помнить, что существуют ещё и полевые транзисторы, параметры которого очень близки к параметрам лампы. Если последние 3 пункта не принципиальны для студийного оборудования, то на первых трёх нужно остановиться подробнее.
Перегруз сигнала. Рассмотрим два случая. Необходимая перегрузка и вынужденная.
Нужная перегрузка. Первое что всплывает в памяти — гитарные перегрузки сигнала — overload\distortion. Когда речь идёт об искажения\перегрузках типа «дисторшн» — лампа проявляет себя в полной красе. Кроме, разумеется, крайних случаев, где нужен особо резкий звук — там, как вы понимаете, верх берёт уже транзистор. Также есть и специальные ламповые сатураторы созданные для обогащения сигнала от источников, например микрофона или других, тембрально.
Применяемая в микрофонном тракте с конденсаторным микрофоном лампа даёт сразу несколько полезных эффектов: согласование по сопротивлению (конденсаторная головка имеет очень большое выходное сопротивление), эффект сатурации (обогащение гармониками) и усиление сигнала. Дополнительный эффект лампового микрофона (сатурация) – это специфические, чаще всего приятные на слух искажения, в большинстве случаев улучшающие звучание голоса и инструментов.
Но бывают случаи, когда эти искажения добавляют лишь грязи итак перенасыщенному гармониками голосу или инструменту и хочется записать звук как можно чище. Для этого необходимо иметь в арсенале студии и чисто транзисторный микрофон. В любом случае хороший транзисторный микрофон имеет более нейтральное и универсальное звучание, ибо сатурацию можно потом и добавить, а вот убрать уже нельзя…
В случае когда перегрузка не нужна, но возникает, например при неровной динамике пения вокалиста в микрофон, во входной каскад может перегрузиться по уровню и, если он ламповый, то искажения будут менее заметными.
Искажения могут возникнуть также в выходном каскаде преампа, но только в том случае, если звукорежиссер неверно выбрал коэффициент усиления. При прочих равных условиях где перегрузки не возникают приборы отрабатывают одинаково и изменений в сигнал не вносят.
Итак, не стоит ссорить лампу с транзистором – они прекрасно дополняют друг-друга! Но и применять лампу там где в ней нет нужды, а тем более там где ее применение только ухудшает прибор, только для того чтоб гордо заявлять что он у вас ламповый, нет никакого смысла! Каждый прибор имеет свои особенности которые надо понять и научиться оптимально использовать.
© студия звукозаписи «Казань!»