Высокая температура, создаваемая в ламповых усилителях, стала последствием их низкого коэффициента полезного действия. Большинство ламповых усилителей функционирует в классе «А», при этом реальный коэффициент полезного действия не превышает 10%. В результате рабочая температура лампы может превышать 150 градусов, что требует особой осторожности при эксплуатации.
Ламповые усилители – сеанс магии с разоблачением
Ламповые усилители, ставшие популярными более ста лет назад, по-прежнему находят своих почитателей и являются востребованными в мире аудиотехники. Даже несмотря на наличие мощных конкурентов в виде транзисторных устройств, ламповые усилители не исчезли с рынка. Тем не менее, кризис, вызванный внедрением транзисторов, все же отразился на сегменте ламповой Hi-Fi техники — практически исчез средний класс. Действительно, сегодня приобрести ламповый усилитель можно либо за цену, сопоставимую с несколькими месячными зарплатами обычного гражданина, либо попытаться собрать его самостоятельно, затратив небольшие суммы. Существуют и сравнительно новые модели от китайских производителей, однако их популярность пока оставляет желать лучшего.
С точки зрения схемотехники, классический ламповый усилитель является достаточно простым устройством. Тут нет никакой магии, так как большинство вариантов его конструкции было подробно описано еще в учебниках для радиолюбителей в 1950-60-х годах. Более того, компоненты, использующиеся в ламповых усилителях, за прошедшие годы практически не изменились, в отличие от полупроводниковых компонентов.
Unison Research Simply Italy
Классический однотактный усилитель (заметить можно по ссылке на предыдущую статью: Hi-Fi усилители: от лампы к микросхеме и обратно) состоит всего из двух ламп (одна для предварительного каскада и одна для оконечного), многочисленных пассивных компонентов и двух трансформаторов — силового и выходного согласующего. В случае стереоаппарата количество деталей удваивается, хотя это не всегда обязательно — во входной части можно продолжать использовать одну лампу (сдвоенный триод), а силовой трансформатор может быть одним на два канала. Такой базовый усилитель развивает небольшую мощность — в зависимости от модели выходной лампы и трансформатора она составляет примерно 1,5 – 3 Вт, но при приемлемом уровне искажений. Несмотря на это, он вполне способен озвучить комнату средней величины, если работать с чувствительной акустикой. Настройка такого усилителя обычно не сложна, а звук его отличается мягкостью и текучестью, что особенно хорошо подходит для прослушивания акустической музыки и небольших музыкальных ансамблей.
TAGA Harmony TTA-1000
Двухтактный ламповый усилитель более сложен в исполнении и требует тщательного подбора выходных ламп, однако его конструкция также хорошо изучена и отработана за многие годы. Среди преимуществ по сравнению с однотактными схемами можно выделить универсальность в воспроизводимых жанрах, а также более высокую выходную мощность, хотя это может повлиять на прозрачность звучания, особенно в исполнении скрипки или вокала.
Секреты мастерства
Простота конструкции лампового усилителя часто побуждает любителей собирать их самостоятельно. Если в поисковой системе ввести запрос «ламповый усилитель своими руками», то можно увидеть множество изображений усилителей, собранных буквально на фанере. Такие устройства, безусловно, радуют звук своих владельцев и обходятся довольно недорого. Важно отметить, что за небольшими исключениями, это обычно звучание начального уровня. Хотя в домашних условиях можно собрать и серьезный экземпляр лампового усилителя, его стоимость окажется выше, а для успешной сборки потребуются специальные инструменты и знания.
С другой стороны, ищущие «ламповые усилители» в основном наткнутся на изделия известнейших компаний и менее известных разработчиков с ценами, которые начинаются от четырехзначных цифр в иностранной валюте. Иногда такие цены оправданы, а иногда – нет, но в целом это приводит к мнению о том, что хорошее ламповое звучание всегда связано с высокой ценой и некой недоступной простому человеку магией. Однако, это тоже не совсем так.
Что из себя представляет ламповый усилитель?
Ламповый усилитель — это устройство, предназначенное для повышения уровня аудиосигнала и построенное на основе электровакуумных ламп или радиоламп. Существует два основных типа таких устройств: однотактные и двухтактные.
Однотактные усилители имеют один канал усиления, работающий по схеме классов А1 или А2 (последний встречается реже). В таких устройствах используется два усиливающих компонента (два каскада), что делает их конструкцию довольно простой. Однотактные усилители обеспечивают чистое и прозрачное звучание.
Двухтактные усилители работают на различных видах усиления: А1, А2, АВ1, АВ2, В1 и В2. Эти устройства способны комбинировать различные каналы из ранее упомянутых. Для новичков рекомендуется начинать с комбинации режимов А1 и АВ1, так как она наиболее универсальна.
Достоинства ламповых усилителей
Музыка, воспроизводимая с использованием ламповых усилителей, обладает чистым и мощным звуком. Если вы однажды послушаете свои любимые мелодии через такой усилитель, то вам не захочется возвращаться к другим устройствам.
Тем не менее, существует несколько мифов, которые мешают меломанам решиться на покупку лампового усилителя. Мы подробно разберем каждый из этих мифов и объясним, почему они не соответствуют действительности.
Миф 1: Маленький срок службы. Этот миф о лампах не имеет под собой оснований. Считается, что устройства с лампами (например, телевизоры в XX столетии) недолговечны, часто ломаются и требуют регулярной замены. Однако техника и наука достигли значительного прогресса, и сегодня все лампы проходят тщательный отбор, обеспечивая срок службы около 15 000 часов при обычной эксплуатации. При нерегулярном использовании они могут служить своему владельцу целую жизнь.
Миф 2: Лампы не обеспечивают мощный звук. Верно, что раньше ламповые проигрыватели не имели достаточно мощные басы. Производители экономили на материалах и трансформаторах, поэтому звук был блеклым и недостаточно громким. Тем не менее, эта проблема решена — современные компании-производители используют качественные материалы и передовые методики, что позволяет получить яркое и мощное звучание.
Миф 3: Лампы звучат неприятно и искажают звук. Действительно, ламповый усилитель придает музыке особую окраску, однако качественные устройства не портят звук — наоборот, они добавляют ему индивидуальности. Музыка приобретает свою уникальную тональность, которая не влияет на качество прослушиваемых произведений. Через несколько прослушиваний вы уже не заметите изменений, и звучание станет для вас привычным.
Миф 4: Ламповый усилитель стоит баснословные деньги. Да, хороший усилитель может стоить немало, но это оправдывает каждую потраченную копейку. Тем не менее, это не означает, что недорогие модели недоступны или не способны воспроизводить неплохой звук. Бюджетные устройства тоже могут оказаться довольно приличными.
Ламповые усилители обладают множеством достоинств, и если вы задумываетесь о приобретении такого устройства, вот несколько фактов в его пользу:
- Структура устройства является достаточно простой. В отличие от аналогичных устройств, ремонт и приобретение запасных частей для лампового усилителя легче и экономичнее по сравнению с другими типами.
- Необычное звучание, которое может быть связано с наличием аудиоэффектов и расширенным динамическим диапазоном — переходы от одной мелодии к другой происходят плавно, и устройство обладает приятным звуком.
- Ламповые усилители не подвержены коротким замыканиям даже при значительных изменениях температур;
- Они не «шипят» и не «трещат», что нередко наблюдается у полупроводниковых устройств;
- Дизайн устройства часто оказывается очень привлекательным и стильным, позволяя органично вписать его в любой интерьер.
Почему “лампа”? Какая связь между усилителями и осветительными приборами?
На самом деле связь является довольно условной, и обычные лампочки, используемые в люстрах, не способны усиливать аудиосигналы. Причина в том, что электроды в радиолампах и нити накаливания в лампочках размещены в стеклянных колбах, из которых предварительно выкачан воздух. Хотя в них и не идеальный вакуум, степень разрежения газа остается высокой. Таким образом, как лампы накаливания, так и радиолампы являются вакуумными приборами. При этом радиолампы во время работы также светятся, иногда довольно ярко – это еще одна притягательная особенность, которая так нравится поклонникам ламповой техники.
Если с лампами накаливания всё понятно – излучение света является их основной задачей, то радиолампе зачем светиться?
Свечение электронных ламп обусловлено необходимостью разогрева катода до высоких температур, необходимых для получения достаточной скорости электронов, позволяющей им покинуть металлическую структуру. Процесс, при котором разогретый катод излучает электроны, называется термоэлектронной эмиссией. Этот процесс можно сравнить с испарением жидкости: при низких температурах испарение происходит незначительно, а с повышением температуры интенсивность испарения возрастает. В электронных лампах температура катода может достигать порядка 2000 градусов. Чтобы выдержать такой прогрев, для нитей накала катода используются тугоплавкие металлы.
| Факт | Процесс покрытия нити накала специальными сплавами для активизации эмиссии называется активированием, а такие нити именуются активированными. Они не могут переносить перегрев; если это случается, активирующий слой разрушается, и нить теряет свою способность к эмиссии на предлежащей для нее температуре. В таком случае говорят, что лампа утратила эмиссию. |
Когда-то для нити накала использовался чистый вольфрам, который необходимо было разогревать до 2000 градусов для обеспечения устойчивой эмиссии. На такой температуре нити светили белым светом и действительно освещали окружающую среду, подобно обычным лампочкам. Однако эта высокая температура требовала значительных затрат энергии и мощных блоков питания.
С течением времени специалисты обнаружили, что можно улучшить эмиссию электронов, покрывая нити вольфрама специальными сплавами. Это позволило снизить рабочую температуру накала до 800–900 градусов и, соответственно, уменьшить необходимый ток накала на порядок. При такой температуре катод излучает так называемое «теплое» красно-оранжевое свечение.
Плюсы
Традиционный триодный режим работы ламп отличается как минимум одним явным преимуществом: возможностью функционирования без обратной связи. Пентодный режим также имеет свои положительные стороны: более высокую линейность работы и способность достигать более значительной мощности. Ультралинейный режим позволяет отказаться от общей обратной связи, сохраняя при этом мощность, близкую к пентодной. Однако при прочих равных условиях триод обеспечивает более низкий уровень собственного шума по сравнению с обоими вариантами.
Слабые места у одного режима вполне закономерно могут совпадать со сильными сторонами другого. Например, триодный режим обладает меньшим коэффициентом полезного действия и линейностью, а также хуже справляется с динамическими нагрузками. Пентодный и ультралинейный режимы уступают в плане шума и оказываются более восприимчивыми к качеству выходных трансформаторов. Пентодный усилитель не может обойтись без применения общей обратной связи, а такая обратная связь может понадобиться также в некоторых конфигурациях ультралинейного режима.
Особенности
С точки зрения качества и характера звучания каждую тип ламп и каждый режимвключения имеют свои характерные особенности, которые заметны даже на слух. Даже ультралинейный режим не стал золотой серединой среди многих вариантов. Триоды в чистом виде и триодное включение пентодов обеспечивают наиболее чистое и объемное звучание, однако с быстрыми и значительными перепадами амплитуды громкости, что характерно для энергичной музыки, вы не получите того же эффекта. То есть для спокойного джаза триоды подойдут намного лучше, чем для более динамичного рока.
Пентодный и ультралинейный режимы, наоборот, лучше подходят для энергичной музыки, но иногда звучат недостаточно четко и детализированно. Особенно часто это относится к пентодному режиму, на который звучание порой сравнивают с транзисторными усилителями.
▍ Особенности работы однотактных схем
Однотактные схемы работают только в режиме А и имеют, по сравнению с двухтактными, меньшую выходную мощность и более низкий коэффициент полезного действия на тех же лампах. Спектр выходного сигнала однотактной схемы включает вторую и третью гармоники, которые по уровню практически равны.
Однотактные схемы не требуют подбора ламп. Конструкция трансформатора для использования в однотактных каскадах чаще всего оказывается проще. Работая в режиме А, магнитопровод выходного трансформатора постоянно подмагничен, что существенно снижает его линейность.
▍ Парадокс триодного звучания
Необходимость добавления дополнительных сеток в конструкцию триодов возникла из-за их неустойчивой работы на высоких частотах. Пентоды, в отличие от триодов, имеют меньшие межэлектродные ёмкости и поэтому более устойчивы на радиочастотах. На одной и той же площади анода пентод способен обеспечивать большую выходную мощность.
На основании всех паспортных характеристик применение пентодов, и в особенности их разновидностей – лучевых тетродов, в выходных каскадах усилителей звуковой частоты выглядит предпочтительнее. В советской аудиотехнике до перехода на полупроводники активно использовались однотактные схемы на лучевых тетродах 6П3С или выходных пентодах 6П14П. В выходных каскадах трансляционных усилителей использовались двухтактные каскады на мощных лучевых тетродах Г807 или 6Р3С.
Можно было бы заключить, что пентоды предпочтительнее, но существуют некоторые нюансы…
При введении в использование транзисторов был отмечен эффект транзисторного звучания. По многим параметрам транзисторные усилители обгоняли ламповые, например по коэффициенту нелинейных искажений, но звучали как-то иначе.
Найдя сопоставимый с лучшими транзисторными усилителями коэффициент нелинейных искажений, двухтактные выходные каскады с ультралинейным включением выходных пентодов традиционно давали более низкие значения. В то же время, триодные однотактники оставались отсталыми в этом отношении.
В конце концов, эксперты выяснили, что эффект транзисторного звучания обусловлен наличием в спектре выходного сигнала транзисторных усилителей нечётных гармоник. Нечётные гармоники придают звуку металлический оттенок.
После этого был получен парадоксальный вывод, что однотактный выходной каскад на триоде оказывается настолько «плохим», что в этом и заключается его «хорошесть»: высокий уровень второй гармоники в спектре триодного однотактника маскирует наличие в спектре третьей гармоники, поскольку человеческое ухо лучше улавливает чётные гармоники. Благодаря этому, звук звучит более мягко и объёмно.
К тому же триод, использованный в качестве усилителя, имеет значительно более узкий частотный диапазон, в результате чего уровень высших гармоник в спектре однотактника на триоде оказывается ниже, чем в схеме с пентодом.
Таким образом, из недостатков появились достоинства однотактных схем на триодах.
К несомненным преимуществам однотактных каскадов можно отнести то, что они не требуют подбора ламп. Благодаря автоматическому смещению, даже если произойдут изменения анодного напряжения или произойдет потеря эмиссии, однотактный каскад вполне может оставаться в чистом классе А.
▍ От автора
С 1991 года основой моего домашнего аудиокомплекса служит ламповый усилитель модели Прибой 50УМ-204С, в паре с акустическими системами Союз 130АС-002.
В выходных каскадах усилителя используются двухтактные схемы с мощными лучевыми тетродами 6Р3С. Акустические системы соединены с усилителем при помощи недорогого акустического кабеля китайского производства. Все соединительные шнуры являются самодельными. У меня есть коллекция винила, однако чаще всего я слушаю музыку с помощью CD.
Я искренне люблю ламповую технику и меня огорчают пустые споры о том, что лучше — винил или CD, лампы или транзисторы, триоды или пентоды и так далее. Надеюсь, моя статья в какой-то мере поможет разобраться в этих вопросах и переведет часть этих дискуссий в более конструктивное русло.
