Lampy cz. II - słodka średnica lampy elektronowej

Odwieczny spór miłośników lampy elektronowej i zwolenników tranzystora z jednej strony napędza rynek sprzedaży urządzeń audio jest, ale także tematem niekończących się sporów i dyskusji w audiofilskim gronie. Śmiało możemy zatem powiedzieć, że dzięki tej dychotomii mamy o czym rozmawiać.

W pierwszej części naszej podróży przez świat lamp elektronowych opowiedzieliśmy trochę o jej historii i różnicach pomiędzy konstrukcjami lampowymi i tranzystorowymi. Pora na nieco głębszą refleksję i próbę określenia istoty sporu pomiędzy dwoma szkołami budowania wzmacniaczy.

Poradnik lampowy cz. I - Dlaczego ta lampa nie świeci?

No ale co z tą „słodką średnicą” ? Porównując karty katalogowe wzmacniaczy tranzystorowych i lampowych na pewno zwrócimy uwagę na to, że te drugie mają o rząd, a nawet kilka rządów większe zniekształcenia harmoniczne. Jednak i to Hi End i to Hi End? - więc jakim cudem?

Zatem lampowy szał to nie marketingowe oszustwo. Jest to naturalna konsekwencja ciągłego dążenia do poprawy tego co jest tak bardzo nieuchwytne i indywidualne dla każdego człowieka – jakości dopływających do jego uszu dźwięków. Czy lampa jest lepsza od tranzystora? Źle postawione pytanie. Musimy porównać tę konkretną lampę z tym konkretnym tranzystorem. A nawet wtedy werdykt będzie zależał od osobistych preferencji słuchacza. Zatem zamiast roztrząsać ten jałowy spór cieszmy się, że jako miłośnicy muzyki mamy w czym wybierać. Nie oceniajmy brzmienia na podstawie danych katalogowych, a nawet jeśli wydamy jakąś ocenę po rzetelnym odsłuchu to pamiętajmy, że nadal jest tu sporo subiektywizmu.

Wypełniłem dobry uczynek. Spróbowałem pogodzić wyznawców dwóch audiofilskich obozów. Zatem skreślam po raz kolejny 6 cyfr licząc, że tym razem naprawili tę diabelską maszynę i wygrana będzie moja. 

Oglądając dość popularny obecnie program telewizyjny, w którym amatorzy przygotowują potrawy starając się najlepiej wstrzelić w gusta jurorów byłem zafascynowany jak jedni potrafili łączyć różne smaki przewidując precyzyjnie efekt końcowy a drudzy trafnie odgadywali gamę składowych smaków zawartych w gotowej potrawie. Dźwięków się nie jada, ale z powodu braku odpowiednich słów na wyrażenie pewnych zjawisk zachodzących w naszym mózgu, opisując brzmienie instrumentów, lub urządzeń odtwarzających muzykę posługujemy się na przykład określeniami ze świata kuchni. Jedno z nich to „słodka średnica”. Najczęściej pojawia się ono w odniesieniu do brzmienia wzmacniaczy lampowych w przeciwieństwie do „suchego”, „analitycznego” lub „metalicznego” brzmienia tranzystorów. O co tutaj chodzi ? Czy ma to jakieś techniczne uzasadnienie? 

Porównując karty katalogowe wzmacniaczy tranzystorowych i lampowych na pewno zwrócimy uwagę na to, że te drugie mają o rząd, a nawet kilka rzędów większe zniekształcenia harmoniczne (w skrócie THD). Jedne i drugie mogą znajdować się na półce z napisem „Hi-End”. Jakim cudem? Fiński inżynier Matti Ottala odkrywając obok THD istnienie innego typu zniekształceń zwanych intermodulacyjnych (TIM) dowiódł, że przyrządy pomiarowe nie mogą być jedynym wyznacznikiem jakości brzmienia danego wzmacniacza. Tak też jest w tym wypadku. Jeśli przypomnimy sobie gamę graną na szkolnym flecie to zauważymy, że pierwszy i ostatni dźwięk w wyliczance do, re, mi, fa, sol, la, si, do jest taki sam, tylko o oktawę wyższy. Na szkolnym flecie tak się nie da, ale jeśli oba dźwięki zagramy jednocześnie, np.: na fortepianie lub gitarze to mamy miły dla ucha „słodkawy” dwudźwięk (tzw. konsonans). Jego „smak” zależy od tego, czy więcej daliśmy tego niższego, czy też tego wysokiego „do”. Dodając to samo „do” w jeszcze wyższych lub niższych oktawach mamy dodatkowe możliwości „dosładzania”. Zniekształcenia harmoniczne 2 rzędu mają właśnie taki charakter i tak się szczęśliwie składa, że we wzmacniaczu lampowym występują w przewadze. Inaczej jest we wzmacniaczu tranzystorowym, gdzie więcej jest zniekształceń rzędu 3, a te jak łatwo się domyślić powodują, że do dźwięku podstawowego dodawany jest inny, leżący pomiędzy „do” i „do”. To dla ucha przyjemne już nie jest i na pewno nie kojarzy się ze słodyczami (tzw. dysonans). 

Wzmacniacz SE w klasie A - jedna lampa wzmacnia cały sygnał

Zatem istnieje techniczne wytłumaczenie dla różnych „smaków” wzmacniaczy i tak jak dobry kucharz potrafi odróżnić i zdefiniować smak potraw tak wytrawny audiofil odróżni bez problemu brzmienie dwóch wzmacniaczy. Powyższy podział na „słodkie” lampy i „metaliczne” tranzystory jest jednak sporym uproszczeniem wynikającym z historii rozwoju techniki wzmacniania dźwięku. Najpierw wymyślono lampy a potem tranzystory. Istnieją dwie podstawowe konstrukcje wzmacniaczy lampowych, zwłaszcza jeśli mówimy o elemencie końcowym czyli wzmacniaczu mocy. Jedna to wzmacniacze w układzie przeciwsobnym (tzw. „push-pull” lub PP) a druga pojedynczym (tzw. „single ended” lub SE). W tych pierwszych fala dźwiękowa, którą możemy sobie w uproszczeniu wyobrazić jako sinusoidę jest wzmacniana przez dwie lampy pracujące naprzemiennie. Jedna wzmacnia górny brzuszek, a druga dolny sinusoidy. W układzie SE całą sinusoidę wzmacnia jedna lampa. Właśnie wzmacniacze lampowe w układzie SE są „najsłodszymi” w całym towarzystwie a to dlatego, że w nich przewaga zniekształceń 2 rzędu nad 3 rzędu jest największa. W układach PP ze względu na to, że wzmacniane przez dwie lampy - górny i dolny brzuszek sinusoidy - należy na koniec ze sobą „zszyć” oraz, na to, że nie ma dwóch identycznych lamp niestety zniekształcenia harmoniczne 3 rzędu są znacznie większe. Konstruktorzy radzą sobie z tym głównie poprzez złagodzenie punktów „zszycia” brzuszków sinusoidy. Lampa wzmacniająca górny brzuszek wzmacnia też część dolnego i odwrotnie. Dochodzimy tu do definicji klas wzmacniaczy mocy, z którymi możemy spotkać się w opisach konkretnych urządzeń:

• klasa A – to taki wzmacniacz gdzie sinusoidę wzmacnia jedna lampa – układ SE

• klasa B – to wzmacniacz gdzie każda z dwóch lampa wzmacnia tylko jeden brzuszek sinusoidy

• klasa AB – to wzmacniacz gdzie dwie lampy wzmacniają jeden brzuszek i kawałek drugiego – coś pomiędzy klasą A i B. 

Klasa B. Dwie lampy pracują zgodnie. Każa wzmacnia połowę sygnału wejściowego. a na wyjściu wzmocnione połówki są „zszywane”

W praktyce w urządzeniach audio klasy B nie stosuje się. Ale po co zatem marnować pieniądze na dwie lampy w układzie PP jeśli możemy jedną lampą w układzie SE załatwić sprawę? Z co najmniej dwóch powodów: wzmacniacze SE mają zatrważająco niską sprawność energetyczną. Typowy porządnie grzejący się „piecyk” w układzie SE z trudem osiąga moc wyjściową rzędu 10W. Dla wzmacniacza PP to pestka – jedna lampa więcej i mamy 60W. Drugi powód jest taki, że nie każdy lubi słodycze i po prostu nie „trawi” brzmienia wzmacniaczy SE. Dobrze zaprojektowany wzmacniacz w układzie PP ma skutecznie ograniczone zniekształcenia zarówno te 2 jak i 3 rzędu i brzmi fantastycznie. 

Klasa AB – najczęściej stosowana we wzmacniaczach audio. Tu lampy w pewnym zakresie wzmacniają ten sam fragment sygnału równocześnie. 

No dobrze, ale gdzie w tych rozważaniach zagubiły się tranzystory ? Otóż jeśli w całym powyższym wywodzie zastąpimy słowo „lampa” – słowem „tranzystor” to w 80% będzie on tak samo prawidłowy. Cechy konstrukcji PP i SE oraz klas A, B i AB są niemal takie same przy zastosowaniu lamp jak i tranzystorów. Dlaczego więc nie spotykamy się ze „słodką średnicą” we wzmacniaczu tranzystorowym ? Dlatego, że w praktyce rzadko buduje się takowe w 

układzie SE. Za to można spotkać konstrukcje tranzystorowe w układzie PP ale pracujące w bardzo „głębokiej” klasie AB. Grzeją się one mocno ale dają dźwięk bardziej zbliżony do „lampowego” 

Uff, jak widać nic w życiu nie jest proste i bardzo dobrze, bo za to jest bardzo ciekawie. Wytrwałym, dla porządku wyjaśnię, że tęgie umysły wynalazły jeszcze dwie ważne klasy wzmacniaczy:

• klasa C – to taka gdzie jedna z dwóch lamp lub tranzystorów wzmacnia tylko fragment jednego z brzuszków sinusoidy. Takie wzmacniacze stosuje się wyłącznie w układach wysokich częstotliwości, nigdy w sprzęcie audio. Tu zniekształcenia są ogromne ale za to moce imponujące. O jakimkolwiek smaku nie ma tu mowy.

• klasa D – tzw. wzmacniacze cyfrowe – najnowszy wynalazek nie mający już żadnej analogii do klas A B C. Sinusoidę przetwarza się tutaj na ciąg zer i jedynek a następnie odtwarza na sygnał analogowy w kluczującym układzie wyjściowym dużej mocy. Niezwykła sprawność pozwalająca z małego pudełka wydobyć ogromną moc. Wzmacniacze stosowane od dawna w sprzęcie estradowym i coraz mocniej rozpychające się w świecie audiofilskim. Dla purystów przywiązanych do analogu – wymysł szatana, dla innych absolutna przyszłość w technice audio. Klasę D audiofilskie podniebienia testują dopiero jako aperitif.