WAT WAT-owi nierówny, czyli co powinien wiedzieć amator lamp

WAT WAT-owi nierówny, czyli co powinien wiedzieć amator lamp

Felietony

Wzmacniacze lampowe mają zwykle niskie moce, zwłaszcza wzmacniacze SET. W porównaniu ze wzmacniaczami tranzystorowymi - statystycznie, wielokrotnie niższe. W zasadzie powinno je to (i wiele innych przypadłości) dyskwalifikować z "normalnego" zastosowania; i takie też były prognozy, gdy na arenę weszły wzmacniacze tranzystorowe, początkowo nawet znacznie słabsze niż dzisiaj (nie mówiąc nawet o wzmacniaczach w klasie D).

Mimo to - z powodów tak różnych i złożonych, jak różne i złożone są ich problemy - wzmacniacze lampowe wciąż cieszą się popularnością. Miłośnicy lamp po części zdają sobie sprawę z ich ograniczeń i potrafią się do nich przystosować (np. kierując swoją uwagę ku kolumnom o wyższych efektywnościach), po części je ignorują i "reinterpretują". Ciekawym tematem jest właśnie sama moc wyjściowa; zwolennicy lamp twierdzą często, że "waty ze wzmacniacza lampowego to zupełnie co innego niż waty ze wzmacniacza tranzystorowego".

Moc znamionowa i THD+N

Moc znamionowa nie jest mocą, przy której jakikolwiek wzmacniacz "się wyłącza"; jest mocą ustalaną na podstawie pomiarów, zgodnie z normami, gdy THD+N osiąga 1%.

Ale charakterystyka THD+N, typowa dla wzmacniaczy lampowych, jest wyraźnie inna niż typowa dla wzmacniaczy tranzystorowych. W celu ustalenia, jak wysoki poziom THD+N może być przez nasz słuch akceptowany, liczy się nie tylko jego bezwzględna wartość, ale "dynamika zmian" THD+N w funkcji mocy.

Gdy wzmacniacz tranzystorowy osiąga THD+N=1%, jest już zwykle w fazie przesterowania - zniekształcenia rosną lawinowo, a więc przy mocach niewiele przekraczających moc znamionową, THD+N jest znacznie wyższe od 1%. Inaczej mówiąc, wzmacniacz tranzystorowy jakby "staje dęba" i przekraczanie mocy znamionowej jest groźne choćby dla głośników (produkty przesterowania, czyli właśnie harmoniczne, mogą zniszczyć głośniki wysokotonowe).

Gdy wzmacniacz lampowy osiąga THD+N=1%, pozostaje zwykle w zakresie użytecznego zakresu pracy (mocy), powyżej mocy wyznaczonej przy tym poziomie zniekształcenia rosną, ale przynajmniej "przez jakiś czas" - wciąż powoli i do poziomu, załóżmy 5%, nadal nie są groźne dla głośników, chociaż oczywiście wpływają na brzmienie. Dla porównywania realnych możliwości mocowych wzmacniaczy lampowych i tranzystorowych praktyczniejsze byłoby ustalanie mocy przy wyższym poziomie THD+N, np. 5%. Wówczas wzmacniacze tranzystorowe zwiększa łyby swoją moc już nieznacznie (szybki wzrost THD+N), a lampowe - czasami nawet dwukrotnie (wciąż powolny wzrost).

I tutaj właśnie mieści się ten "zapas", który prowadzi do spostrzeżeń o "innych watach"; nie należy jednak tego efektu przeszacować i oczekiwać, że kilkunastowatowa lampa zagrzmi jak kilkusetwatowy, tranzystorowy piec. Również powolny wzrost THD+N w całym zakresie mocy użytecznej, typowy dla lampy, jest uważany za korzystniejszy pod względem brzmienia niż - typowy dla tranzystora - spadek THD+N aż do okolic mocy znamionowej, a potem ich gwałtowny skok.

Dla naszego słuchu naturalny jest stopniowy wzrost zniekształceń w funkcji głośności, tak również "działają" nasze uszy i wiele instrumentów. Tak też działają głośniki. Ponadto nawet obserwowane "statycznie", przy określonej mocy, o podobnej wartości, wyznaczonej procentowo - zniekształcenia zniekształceniom nierówne.

Z jednej strony wzmacniacze lampowe są obciążone wyższym "zagregowanym" THD+N, z drugiej - analiza ich zniekształceń wskazuje na korzystniejszy dla słuchu rozkład harmonicznych. To trochę tak, jak z cholesterolem... ważny jest nie tylko całkowity poziom, ale też poziom jego frakcji. Rozwińmy wreszcie skrót THD+N - Total Harmonic Distortion plus Noise; a więc całkowite zniekształcenia harmoniczne plus szum.

Czytaj również test wzmacniacza Audio Hungary Qualition A50i

Wzmacniacz Audio Hungary Qualition A50i

Całkowite, czyli suma szpilek parzystych i nieparzystych harmonicznych, podczas gdy dla naturalności brzmienia ogromne znaczenie ma to, czy przewagę mają parzyste, czy nieparzyste, i czy spektrum systematycznie opada, czy "wyskakują" z niego harmoniczne wyższych rzędów.

Preferujemy parzyste harmoniczne choćby dlatego, że są one naturalnym składnikiem dźwięku instrumentów akustycznych - to one decydują o ich barwie, o tym, czy rozpoznajemy fortepian lub trąbkę, choćby instrumenty grały ten sam ton (podstawowy).

Oczywiście dodatkowe "okraszenie" jakimikolwiek harmonicznymi dźwięku wzmacnianego, obiektywnie nie jest zaletą; wzmacniając sygnał, powinniśmy "jeden do jednego" wzmacniać wszystkie jego składniki, w tym harmoniczne tonów podstawowych, a nie generować harmoniczne harmonicznych, które będą barwę o tyle "wzbogacać", co deformować.

A jeżeli już musimy... lepiej dodawać parzyste, na co jednoznacznie wskazały poważne badania, a nie audiofi lskie opinie - w prostych testach dodawanie parzystych harmonicznych jest przez słuchaczy wychwytywane dopiero przy ich znacznie wyższych poziomach, niż nieparzystych, zwłaszcza wyższych rzędów.

Wyjaśnienie jest dość proste - dodawane parzyste są lepiej "maskowane" przez harmoniczne naturalnych dźwięków, a nieparzyste słychać jako coś obcego, co w niepokojący sposób zmienia dźwięk, czyniąc go nienaturalnym (metalicznym). Dlatego dźwięk wzmacniacza lampowego, nawet przy 5% THD+N, możemy odbierać jako lepszy od dźwięku tranzystora przy 1% THD+N.

Nie wszystkie wzmacniacze tranzystorowe są obciążone przewagą nieparzystych, tak jak nie wszystkie lampowe mogą "się pochwalić" przewagą parzystych. Kształty charakterystyk THD+N też nie są jednakowe.

Rozwiązanie problemu jest jednak we wzmacniaczach tranzystorowych dość proste... ponieważ mają wysokie moce, zwykle pracują w zakresie znacznie poniżej granicy ich mocy znamionowej, a więc 1% THD+N, nie narażając się ani na przykrości ze strony nieparzystych, ani na "ubarwianie" parzystymi. W brzmieniu wzmacniaczy lampowych trudnej uzyskać bardzo niskie THD+N przy jakichkolwiek mocach (poza bardzo niskimi), więc ich brzmienie bardzo zależy także od tego, w jakim stopniu i w jaki sposób harmoniczne uczestniczą w spektaklu.

Omy

Kolejna kwestia: wzmacniacze tranzystorowe najczęściej, w mniejszym lub większym stopniu, zwiększają moc przy obciążeniu 4-omowym; najmocniejsze - nawet dwukrotnie. Co prawda, przy niższych impedancjach wzrasta THD+N niemal w całym użytecznym zakresie mocy, ale zakres ten (zamknięty wartością THD+N=1%) jest ostatecznie szerszy, dlatego też racjonalne jest podłączanie do wzmacniaczy tranzystorowych kolumn zarówno 4-omowych (o ile mają moc nie mniejszą, niż moc znamionowa wzmacniacza przy 4 oma) w celu jak najlepszego wykorzystania mocy, lub 8-omowych (o mocy dopasowanej do mocy znamionowej wzmacniacza przy 8 Ω) w celu minimalizacji zniekształceń.

Optymalny wybór zależy od wartości tych mocy, efektywności kolumn, wielkości pomieszczenia itp. W przypadku wzmacniaczy lampowych, na niższej impedancji z reguły nie pojawia się wyższa moc (czasami nawet spada), a zniekształcenia wzrastają; tym samym nie opłaca się podłączać do lamp kolumn 4-omowych. Pewne fałszywe przesłanki mogą jednak do tego prowadzić...

Po pierwsze dlatego, że wielu producentów kolumn podaje nieprawdziwą wartość impedancji znamionowej, deklarując 8 Ω przy faktycznie 4-omowych konstrukcjach. Dlatego też, zanim we wzmacniaczu lampowym wybierzemy odczepy transformatora, dedykowane obciążeniu 4- lub 8-omowemu, postarajmy się dotrzeć do bardziej wiarygodnych informacji na temat impedancji podłączanych głośników niż tylko do danych katalogowych. A jeżeli nie możemy tego ustalić, spróbujmy obydwu opcji, nie ograniczając się do ustawienia 8-omowego, i oceńmy rezultaty przynajmniej "na ucho".

Po drugie, świadomi tego, że niska moc (wzmacniacza lampowego) wymaga wysokiej efektywności (kolumn), kierujemy uwagę ku kolumnom o wysokich wartościach tego parametru, ale często i tutaj jesteśmy wprowadzani w błąd; niezależnie od "zawyżania" wyników, stosowany jest pewien "formalny fortel", o którym często piszemy przy okazji pomiarów kolumn.

Otóż producenci kolumn najczęściej nie podają wartości efektywności, ale czułości; jedno jest tożsame z drugim tylko przy impedancji 8-omowej (efektywność ustalamy przy 1 W, czułość przy 2,83 V, a przy 8 Ω - 2,83 V daje 1 W), natomiast przy 4 Ω napięcie 2,83 V daje 2 W, co oznacza 3 dB "zysku" w stosunku do efektywności - ale zysku tylko "księgowego". Dlatego porównując czułości dla kolumn 4-omowych i 8-omowych, nie sugerujmy się tym, odejmijmy tym pierwszym 3 dB, a będziemy mieli jasne porównanie, ile decybeli dostajemy przy takiej samej mocy - i to się liczy przy podłączaniu kolumn do wzmacniacza lampowego, który ma podobną moc przy 4 i 8 Ω.

Czytaj również test wzmacniacza Cary Audio CAD-300SEI

Wzmacniacz Cary Audio CAD-300SEI

Wzmacniacz Cary Audio CAD-300SEI

Współczynnik tłumienia i impedancja

Kolejna kwestia wiąże się ze współczynnikiem tłumienia; we wzmacniaczach lampowych zwykle niskim (na skutek relatywnie wysokiej impedancji transformatorów wyjściowych - głośnikowych). Wywołuje to dwa odrębne zjawiska, chociaż składające się (wraz z wcześniej omawianymi) na specyfikę brzmienia i swoistą "nieprzywidywalność" zachowania wzmacniacza lampowego, stąd wymagającego starannego wyboru kolumn współpracujących (nie tylko ze względu na efektywność i impedancję).

Po pierwsze, niski współczynnik tłumienia oznacza wysoką impedancję wyjściową, połączoną szeregowo z impedancją obciążenia, a więc impedancję, na której "odkłada się" część napięcia, powstającego na końcówce mocy. Jaka to będzie część, zależy od stosunku impedancji wyjściowej do impedancji obciążenia. W tej sprawie nie chodzi o impedancję znamionową kolumny, ale o całą charakterystykę impedancji i jej zmienność.

Bez względu na impedancję znamionową, jeżeli charakterystyka impedancji kolumny jest względnie stabilna, nie wykazuje wyraźnych wahań, wówczas stosunek ten w całym pasmie jest mniej więcej stały (i napięcie rozkłada się na kolumnę i impedancję wyjściową w podobnych proporcjach, w całym pasmie), co ostatecznie oznacza, że dla danego poziomu wysterowania napięcie na zaciskach kolumny jest stałe w całym pasmie, a więc charakterystyka dostarczanej mocy jest liniowa w funkcji częstotliwości (jaką charakterystykę przetwarzania ma sama kolumna, to już inna sprawa).

Jeżeli charakterystyka impedancji kolumny wykazuje silną zmienność, to i stosunek tych napięć będzie się zmieniał, zwiększając proporcjonalnie napięcie na kolumnie w zakresach, gdzie impedancja jest wyższa (ze względu na działanie filtrów zwrotnicy często na przełomie średnich i wysokich tonów) - w takiej sytuacji charakterystyka dostarczanej mocy też zostanie zaburzona, i w tych zakresach będzie ona wyższa, więc owe zakresy zostaną w brzmieniu wyeksponowane.

Będzie to efekt interakcji między wzmacniaczem (o wysokiej impedancji wyjściowej) a kolumną (o zmiennej charakterystyce impedancji), która w ogóle by nie nastąpiła, gdybyśmy do takiego wzmacniacza podłączyli kolumny o wyrównanej charakterystyce impedancji, albo do takich kolumn - wzmacniacz o niskiej impedancji wyjściowej (wysokim współczynniku tłumienia). Ale wcale nie należy przez to uznać, że do kolumn o niskim współczynniku tłumienia należy bezwzględnie podłączać kolumny o liniowej charakterystyce impedancji...

Być może nieliniowa charakterystyka napięcia na zaciskach kolumny przypadkiem dobrze "skomponuje się" (skoryguje) z - zawsze niedoskonałą - charakterystyką przetwarzania zespołu głośnikowego i na przykład większe napięcie w jakimś zakresie wypełni występujące tam osłabienie. Zresztą nierównomierności charakterystyk kolumn są zasadniczo większe niż zmiany wywoływane tym efektem, których nie należy ani lekceważyć, ani przeszacować.

Większy problem możemy mieć z wpływem niskiego współczynnika tłumienia na odpowiedź impulsową układu rezonansowego w zakresie niskich częstotliwości (tzw. kontrolę basu). Szeregowa impedancja, podłączona do impedancji obciążenia (układu rezonansowego), podnosi jego dobroć, i mówiąc w skrócie - pogarsza jego odpowiedź impulsową (ponieważ stawia opór prądowi płynącemu "w drugą stronę", indukowanemu w cewce głośnika na skutek jej ruchu, wywołanego z kolei prądem z pierwotnego napięcia sterującego ze wzmacniacza). Ma to zasadnicze znaczenie zwłaszcza dla prawidłowego działania systemów bas- -refleks. Jeżeli są starannie dostrojone, to opierają się na dość dokładnym doborze wszystkich parametrów, w tym dobroci głośnika.

Podłączenie wysokiej impedancji wyjściowej zaburza ten układ, zmienia jego charakterystyki, przede wszystkim pogarsza odpowiedź impulsową, stąd relacje o "zmiękczonym" basie ze wzmacniaczy lampowych - to znowu interakcja, bo gdyby konstruktor kolumn mógł przewidzieć, jaka będzie zewnętrzna impedancja szeregowa, mógłby dostroić układ z jej uwzględnieniem (w pewnych granicach), aby uzyskać optymalne rezultaty w takim konkretnym połączeniu.

Stąd też do wzmacniaczy lampowych należy wybierać albo najlepiej działające bas-refleksy, które nawet po pogorszeniu odpowiedzi impulsowej wciąż pracują przynajmniej poprawnie, albo kolumny z obudową zamkniętą, mającą "z natury" lepszą odpowiedź impulsową i mniejszą wrażliwość na wzrost dobroci głośnika.

***

Wymieniłem, z jakich powodów wzmacniacze lampowe brzmią tak odmiennie, dając czasami zaskakujące rezultaty będąc podłączone do różnych kolumn. Jednocześnie nie należy dać się zwieść "ekspertom", którzy złożoność tych zjawisk wykorzystują do budowania własnego autorytetu lub sprzedaży określonych urządzeń, podając gotowe recepty, wyssane z palca albo będące rezultatem uogólnień opartych na szczególnych przypadkach - co z czym gra, a z czym nie gra.

Lista takich związków, zakazanych lub zalecanych, może powstawać tylko w oparciu o badanie z osobna każdego z nich, i to najlepiej... przez osobę zainteresowaną, bowiem czynnik subiektywnej oceny jest w takiej dżungli trudny do pominięcia. Kto chce znaleźć najlepszy dla siebie wzmacniacz lampowy, ten w końcu musi się z tym zmierzyć sam.

Rady forumowiczów mogą pomóc (zaszkodzić też), ale tylko do pewnego etapu; na końcu trzeba podłączyć konkretne kolumny w swoim pokoju i samemu posłuchać. Jeżeli to dla kogoś zbyt dużo zachodu, niech się przestawi na tranzystory - łatwiejsze i bezpieczniejsze.

Zobacz także
Audio - styczeń 2019

Czytaj bieżący numer na swoim tablecie za darmo!

Testem pięciu kolumn w cenie 3400 zł (za parę) rozpoczynamy trzyodcinkowy cykl - za miesiąc pięć konstrukcji nieco droższych (3600-3900 zł), ale wciąż wolnostojących, a za dwa miesiące - pięć podstawkowych, w tym samym zakresie ceny. Warto zebrać komplet informacji, ...

Kup ten numer Zaprenumeruj Przejrzyj