Меню

Балансный ламповый усилитель мощности



Как работают ламповые усилители, или Особенности теплого звука

Как работают ламповые усилители, или Особенности теплого звука

Классы усиления — вполне логичный и понятный способ отличить одну типовую схему от другой. Однако, применительно к ламповой схемотехнике такого подхода оказалось недостаточно. В зависимости от типа, лампы способны работать в различных режимах, которые при этом одинаково применимы в усилителях разных классов. Этот факт кратно увеличивает количество возможных сочетаний, не говоря уже о том, что режимы работы ламп можно модифицировать, комбинировать и объединять. Столь глубоко в схемотехнику мы, конечно, погружаться не будем, но постараемся разобраться в базовых понятиях.

История

Радиолампы, как и другие электронные компоненты, имеют богатую историю, в ходе которой произошла заметная эволюция. Началось все в нулевых годах прошлого века, а закатом ламповой эры можно считать шестидесятые годы, когда свет увидела последняя фундаментальная разработка — миниатюрные радиолампы нувисторы, а транзисторы уже начали активно завоевывать рынок. Но из всей истории нас интересуют лишь ключевые этапы, когда были созданы основные типы радиоламп и разработаны основные схемы их включения.

Первый в мире триод изобретателя Ли де Фореста, 1908 год

Первой разновидностью радиоламп, разработанной для создания усилителей, были триоды. Цифра 3 слышится в названии не случайно — именно столько активных выводов имеет триод. Принцип работы триода предельно прост. Между анодом и катодом лампы последовательно включаются источник питания и первичная обмотка выходного трансформатора (ко вторичной обмотке которого подключается акустика). Полезный сигнал подается на сетку лампы. При подаче напряжения в схему усилителя между катодом и анодом протекает поток электронов, а расположенная между ними сетка модулирует этот поток соответственно изменениям уровня входящего сигнала.

В ходе использования триодов в различных отраслях промышленности потребовалось улучшить их характеристики. Одной из таких характеристик была проходная емкость, величина которой ограничивала максимальную рабочую частоту лампы. В процессе решения этой проблемы появились тетроды — радиолампы, имеющие внутри не три, а четыре электрода. Четвертым стала экранирующая сетка, установленная между управляющей сеткой и анодом. Задачу повышения рабочей частоты это решало в полной мере, что вполне удовлетворило создателей технологии, разрабатывавших тетроды для того, чтобы радиостанции и радиоприемники работали в коротковолновом диапазоне, имеющим более высокие несущие частоты нежели средне- и длинноволновый.

Строение триода

С точки зрения качества воспроизведения звука тетрод не превзошел триод принципиально, поэтому другая группа ученых, озадаченная вопросами воспроизведения звуковых частот, усовершенствовала тетрод, используя, по сути, тот же подход — просто добавив в конструкцию лампы еще одну дополнительную сетку, располагающуюся между экранирующей сеткой и анодом. Это было необходимо для того, чтобы подавить динатронный эффект — обратную эмиссию электронов от анода к экранирующей сетке. Подключение дополнительной сетки к катоду препятствовало этому процессу, делая выходную характеристику лампы более линейной и повышая выходную мощность. Так появился новый тип ламп: пентод.

Принцип работы

Все вышеупомянутые типы ламп в том или ином виде нашли применение в аудиотехнике. При этом пытливые умы аудиоинженеров постоянно искали пути наиболее эффективного их использования. Довольно быстро они пришли к выводу, что место включения экранирующей сетки пентода в схему усилителя — это инструмент, с помощью которого можно принципиально изменить режим его работы. При подключении сетки к катоду мы имеем классический пентодный режим, если же переключить сетку на анод — пентод начинает работать в режиме триода. Это позволяет объединить два типа усилителя в одном с возможностью смены режима с помощью простого переключателя.

Так работает тетрод

Но и этим дело не ограничилось. В 1951 году американские инженеры Дэвид Хафлер и Харберт Керос предложили подключать сетку пентода совершенно иным способом: к промежуточным отводам первичной обмотки выходного трансформатора. Такое подключение является чем-то средним между чистым триодным и чистым пентодным включением, давая возможность комбинировать свойства обоих режимов.

Таким образом, с режимами ламп произошла та же история, что и с классами усиления, когда вслед за «чистыми» классами А и В появился комбинированный класс АВ, сочетающий сильные стороны двух предыдущих.

Обозначение разных типов ламп по ГОСТу

В том, что касается сочетания режимов работы ламп и классов усиления, они могут комбинироваться произвольным образом, что приводит к изрядной путанице и даже жарким спорам в рядах неофитов. Не добавляет ясности и тот факт, что разработчики ламповых усилителей в большинстве случаев указывают не класс усилителя, а принцип схемотехники: однотактный — SE (Single Ended) или двухтактный — PP (Push-Pull). В итоге, пентоды и тетроды нередко ассоциируют исключительно с классом АВ и двухтактной схемой в целом, а триод, напротив, считают синонимом класса А и сугубо однотактного включения. На самом же деле, ни что не препятствует переключить усилитель, работающий в классе А, в пентодный или ультралинейный режим, а на паре триодов можно собрать двухтактный усилитель, работающий в классе В или АВ.

Читайте также:  Как увеличить мощность ямаха 40 веос

Предпосылкой к неверным ассоциациям является частота использования тех или иных режимов в различных классах усиления. Триоды чаще используют в однотактных схемах и классе А. В свою очередь, пентоды и тетроды лучше подходят для работы в двухтактных схемах, хотя переключение их в триодный режим — реальная опция, встречающаяся на усилителях, работающих в классе АВ, и не имеющая ровным счетом никакого отношения к классу А.

Плюсы

Традиционный триодный режим работы лампы имеет как минимум одно значимое преимущество: способность работать без обратной связи. Пентодный режим имеет свои плюсы: большую линейность работы и возможность достигать более высокой мощности. Ультралинейный режим дает возможность отказаться от общей обратной связи и при этом сохранить мощность, близкую к пентодному включению. При этом триод при прочих равных обходит оба варианта по уровню собственного шума лампы.

Минусы

Слабые места одних режимов ламп вполне закономерно можно обнаружить там, где проявляются сильные места других. Триодный режим имеет меньший КПД и меньшую линейность, хуже переносит динамические нагрузки. Пентодный и ультралинейный режимы проигрывают по уровню шумов, к тому же на практике оказываются более зависимы от качества выходных трансформаторов. Пентодный усилитель невозможен без общей обратной связи, и она может понадобиться в некоторых вариантах ультралинейного режима.

Особенности

С точки зрения качества и характера звучания каждый тип ламп и каждый режим включения имеет свои особенности, настолько очевидные на слух, что даже ультралинейный режим, по факту, не стал золотой серединой. Триоды в чистом виде и триодное включение пентодов обеспечивают наиболее чистый и объемный звук до тех пор, пока дело не дойдет до энергичной музыки с быстрыми и значительными по амплитуде перепадами громкости. Иными словами — для спокойного джаза триоды подходят куда лучше, чем для прослушивания рока.

Пентодный и ультралинейный режимы, напротив, больше подходят для энергичной музыки, но в ряде случаев звучат недостаточно чисто, точно и детально. Особенно часто эти претензии относятся к пентодному режиму, а в целом характер звучания и пентодного, и ультралинейного режимов нередко сравнивают с транзисторными усилителями.

Практика

Ламповая схемотехника — дело тонкое, поэтому большинство производителей упражняются в совершенствовании какого-то одного сочетания режима работы ламп и класса усиления. Стремление разработчиков получать идеальный (согласно их представлениям) звук и следующий за этим отказ от любых альтернативных способов включения ламп вполне понятны, но при поиске испытуемого наша задача состояла как раз в обратном: иметь возможность сравнить один и тот же набор ламп как минимум в двух вариантах включения.

Это существенно сократило выбор кандидатов, однако, подходящий вариант был найден. Им стал Cayin CS-100A — аппарат, буквально созданный для разного рода экспериментов. Его конструкция допускает использование выходных ламп двух типов: тетродов KT88 и пентодов EL34. При этом есть возможность выбора между триодным и ультралинейным режимом с выходной мощностью 50 или 80 Вт на канал, соответственно. При этом схемотехника усилителя в обоих случаях двухтактная, и работает он в классе АВ.

Кроме прочего, Cayin CS-100A является хорошим примером современной реализации традиционного лампового усилителя. Он имеет классическую компоновку со съемной решеткой закрывающей лампы, несет на борту выходные трансформаторы солидных размеров, обеспечивающие не только достаточную мощность, но и широкий диапазон воспроизводимых частот. Комплектующие соответствуют современным требованиям качества: в усилителе применяются угольные резисторы, аудиофильские конденсаторы, тороидальный трансформатор питания и проводка серебряным кабелем. Монтаж при этом реализован навесным способом — так же, как это делали более полувека назад. Это является не столько данью истории, сколько способом сокращения путей сигнала. В целом, Cayin CS-100A — это аппарат, в полной мере попадающий под определение лампового High End.

Когда речь идет о High End-компонентах, особенно ламповых, не всегда удается четко провести грань между «усилитель не справился» и «так и было задумано». В конце концов, аудиоинженер в мире High End — это тоже в некотором роде художник и он имеет право на свое собственное представление о том, как должна звучать система. Избежать такого рода недоразумений помогло использование в процессе тестирования двух пар акустических систем, обладающих принципиально разными характеристиками. Специфические признаки недостатка мощности и роста искажений можно было заметить на тяжелой нагрузке и на громкости выше средней, что в общем соответствует заявленным характеристикам. С крупными полочниками или напольниками средних размеров со столь же среднестатистическими параметрами мощности, импеданса и чувствительности Cayin CS-100A вполне справится.

Читайте также:  Предвыходной усилитель мощности это

В триодном режиме усилитель выдает красивое, тембрально насыщенное звучание с богатым верхним и средним басом. Лучше всего звучала спокойная медленная музыка, вокал, аудиофильский джаз, камерная классика малых составов. Вполне можно было получить удовольствие от ранних Beatles и Led Zeppelin. При этом попытки послушать современный рок и металл не увенчались успехом. Звучание гитар было очень густое, тягучее, округлое и не особенно агрессивное. Самый злющий металл подавался так, словно его записывали в начале семидесятых.

Переключение в ультралинейный режим производится одним нажатием кнопки и меняет картину полностью: рок, металл, танцевальная электроника сбрасывают налет винтажности и начинают звучать не менее энергично, чем на транзисторных усилителях, работающих в классе АВ. В характере остается некоторая теплота и приятная округлость басовых нот, но в весьма умеренных количествах. На медленной музыке и малых составах ультралинейный режим не столь красив и выразителен, как триодный, музыка подается более спокойно и ровно.

Выводы

Каждый режим работы лампы в усилителе имеет свои плюсы и минусы, которые дают хорошо различимые на слух отличия в звучании. Учитывая, что ламповая техника — это всегда техника с характером, выбор усилителя, работающего в том или ином режиме (или переключение режимов на самом усилителе), является инструментом пользователя, позволяющим подобрать усилитель согласно индивидуальным предпочтениям.

Другие материалы цикла:

Статья подготовлена при поддержке компании «Аудиомания», тестирование усилителей проходило в залах прослушивания салона.

Другие полезные материалы в разделе «Мир Hi-Fi» на сайте «Аудиомании» и Youtube-канале компании:

Источник

Есть ли преимущества у балансных усилителей для наушников?

Последнее время в дорогих плеерах и усилителях все чаще можно наблюдать специализированный выход для наушников под названием «балансный», предназначенный для «балансных» наушников. Зачем это нужно и с чем это едят?

Балансным или симметричным принято называть такую схемотехнику (или принцип передачи), при которой один канал передается сразу двумя потоками, где второй поток относительно первого передается в противофазе.

Работники музыкальной индустрии постоянно сталкиваются с коммутацией компонентов балансными кабелями, позволяющей эффективно бороться с помехами и наводками на кабель.

Работает это достаточно просто. Сигнал раздваивают и один из них инвертируют. Наводки и помехи одинаково копятся. В приемнике один из сигналов обратно инвертируют и после складывают. Полезный сигнал складывается и просто увеличивает свою амплитуду вдвое, а помехи взаимовычитаются. Польза при такой передачи данных очевидна — можно использовать кабели большой длины и при даже низком уровне сигнале мы не получаем заметных помех. Балансные кабели широко используются на расстояниях выше 2-5-х метров.

В домашних условиях балансные кабели редко нужны, т.к. на малых расстояниях наводок практически нет, а вот операция разделения, двойного инвертирования и сложения может дать больше искажений от увеличения активных элементов на пути сигнала.

Балансный кабель – это всегда минимум 3 проводника для одного канала (при трех контактах один провод общий).

Название «балансный усилитель» зародилось в мире персонального аудио как попытка продать усилитель в мостовом включении без ассоциации с концертным усилителем (в большинстве своем посредственного качества).

Формально схема усилителя выглядит так:

Визуально видна симметрия сигнала. Отсюда первое красивое «продажное» название «симметричный», а далее подхваченный термин из Про Аудио – балансный. Для технически подкованных людей, это как было, так и осталось – мостовое включение усилителя, когда два усилителя работают на один канал, удваивая напряжение.

Потребность в мостовом включении уходит корнями в особенности работы транзисторов и интегральных микросхем. В старые добрые «ламповые» времена основной проблемой получения высокой мощности был выходной ток – лампа могла выдавать высокое напряжение, но на выходе был сравнительно небольшой ток. Соответственно и сопротивление первых излучателей было высоким для наилучшего согласования. Для низкоомных динамиков требовалось ставить понижающие трансформаторы, преобразуя соотношение напряжения и тока при той же выходной мощности. Для подъема мощности при увеличении выходного тока активно практиковалось и включение нескольких усилителей параллельно. Уровень напряжения оставался прежним, а запас по току был выше.

У транзистора свойства оказались противоположны, уровень тока можно было получить большой, а вот диапазон напряжений (в котором схема работает линейно) ограниченным. Если поднять даташиты на большинство интегральных схем, то можно увидеть, что максимальные уровни напряжения ограничены на 12 или 25 В. Подставляя распространенные сопротивления в виде 4 и 8 Ом автоматически получаются предельные значения мощности усилителя с учетом мощности питания усилителя.

Читайте также:  Электрическая мощность домашнего холодильника

При широко распространенных динамиках в 4 и 8 Ом мощности транзисторных усилителей оказалось достаточно для большинства задач. Особняком выделяется концертная акустика, где требуется повышенная мощность, получить которую можно лишь увеличив напряжение. Чтобы уйти от ограничения в 12/25 В, используется мостовое включение. Знакомые с концертной техникой знают, что обычно доступно два режима у усилителя – стерео и более мощный моно «Brige».

В мостовом режиме усилителя есть свои особенности подключения наушников. При подключении наушников нельзя использовать общий провод от правого и левого каналов и минимальное количество контактов должно быть не менее четырех. Это очень важно, т.к. при подключении к усилителю нельзя использовать обычный кабель с трехконтактным штекером (включая и переходник).


Гнездо балансного усилителя Oppo HA-1

Так как наушники не используют кабели в палец толщиной, то вместо винтовых клемм обычно используют XLR разъемы: четырех контактный (самый распространенный на сегодня) или два трехконтактных. В портативных плеерах Hi-FiMan и Astel&Kern используется четырех контактный штекер (и у каждого производителя своя распайка).


Два трехконтактных балансных разъема у Abyss AB-1266

Так как разъемы провода с разъемами XLR называются «балансными» в Про Аудио, то и неудивительно, что название «балансный усилитель» накрепко утвердилось и в персональном аудио.

Вернемся к усилителям для наушников – зачем же такой режим повышенной мощности нужен?

Громкость

Есть ряд моделей наушников, которым нужен усилитель с высоким выходным напряжением, как у усилителей для колонок. Но усилители для колонок далеко не всегда можно использовать для наушников – с эстетической точки зрения нет гнезда для наушников с прямым выходом и уровень фоновых шумов, не уловимый из колонок, хорошо слышно в наушниках.

Качество

С позиции качества выигрыш так же есть, хотя по отношению к стоимости не всегда адекватен. Если взять два усилителя, к примеру в классе А, где искажения на низких амплитудах минимальны, то в балансном подключении мы можем получить аналогичное качество на высоком уровне громкости, нежели с того же усилителя, но в обычном режиме. Или на той же громкости в балансном режиме у усилителя будут ниже искажения, чем в обычном (ведь никто не требует слушать усилитель в режиме максимальной мощности?).
Дополнительно в балансном подключении происходит усреднение сигнала и это позволяет немного снизить расхождения характеристик между правым и левым каналом.

Здесь можно много спорить на тему, что лучше, использовать два усилителя в мостовом режиме, или при той же стоимости выбрать другое схемотехническое решение в «обычном» режиме (например на более дорогих компонентах или с большем количеством деталей).

Там, где речь идет исключительно о бюджетных устройствах, мостовые усилители активно применяются лишь концертной технике (приоритет громкости без оглядки на качество). В усилителях для наушников отдельные бюджетные мостовые усилители лишь ради высокой громкости в большинстве случаев лишены смысла.

В среднем классе балансные усилители представляют собой спорное решение, т.к. сильна конкуренция с обычными усилителями. Например, что лучше, Violectric V200 или V181? С разными моделями наушников вперед будет вырываться то одна, то другая модель.


Схема Violectric V181 (два стереоусилителя, один работает в противофазе)

А вот в дорогостоящих решениях мостовые усилители оправданы, где разработчик приходит к выводу, что усилитель в обычной схеме уже исчерпал свой запас по увеличению качества и дальше продвинутся можно лишь сделав «двойной» (мостовой) усилитель для использования в облегченном режиме. И конечно же в дорогостоящих решениях не подсчитывается скрупулезно каждая копейка за компонент и разработчик может сосредоточится исключительно на качестве звука, а не экономии производства.


Балансный усилитель Violectric V281

Не стоит недооценивать и предприимчивых маркетологов, которые могут сыграть на устоявшемся мнении «балансный усилитель – это вершина качества» и выкатить на рынок бюджетные модели, где каждый усилитель надо оценивать максимально критично.

Выводы


Балансный усилитель Violectric V181 и Audeze LCD-X

Преимущества у балансных усилителей есть.

Преимущества:

  • Возможность получить высокий уровень сигнала на выходе для низкочувствительных наушников
  • Прирост в качестве звука за счет эксплуатации в облегченном режиме

Экономическая целесообразность зависит от каждого конкретного случая.

Автор Кузнецов Роман romanrex

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.

Источник