Особенности транзисторного звука

С появлением первых мощных транзисторных усилителей низкой частоты (УНЧ) многие ценители качественного воспроизведения музыки стали сравнивать их звучание с существовавшими ламповыми УНЧ. И тут наступило разочарование – новинки никак не могли сравниться со своими ламповыми собратьями. Что-то расстраивало, далеко не тугих на ухо, любителей качественного звука. Большинство из них оценивали это такими терминами, как «хриплость», «непрозрачность», «металличность», одним словом, как неестественное звучание, в отличие от ламповых усилителей. Для нынешних почитателей транзисторной техники скажем, что было это лет 30-ть с небольшим назад.

А те из любителей качественного звуковоспроизведения, которые были ещё и радиолюбителями, взялись за эту проблему основательно. Если просмотреть подшивки журнала «Радио» тех времен, то практически в каждом журнале можно найти статью о так называемом «высококачественном УНЧ» на транзисторах, который отличался от себе подобных разве лишь элементной базой и кое-какими схемотехническими решениями. Но качественного изменения звучания они не давали, потому что не была исследована природа «феномена транзисторного звучания». И никакие доводы о коэффициенте нелинейных искажений и диапазоне воспроизводимых частот, которые даже превосходили аналогичные параметры ламповых усилителей, дела не меняли.

Тем не менее, в ряде статей того же журнала были опубликованы соображения энтузиастов высокого качества звука, которые не только выдвинули предположения о происхождении транзисторного звучания, но и предложили меры по его устранению.

Причины феномена

Предположения о происхождении транзисторного звучания сводились к нескольким взаимосвязанным причинам:

1. Использование во входных каскадах транзисторов, которые, как известно, имеют большую крутизну вольтамперной характеристики по сравнению с лампой;
   
2. Применение очень глубокой обратной отрицательной связи (ООС), необходимой для вывода усилителя в нулевую точку покоя, без которой потенциал выхода транзисторного УНЧ в состоянии покоя мог сильно отличаться от 0 в результате температурной нестабильности транзисторов;
   
3. И опять-таки все та же старая элементная база, на основе германиевых транзисторов с очень низкой граничной частотой усиления. О какой частотной характеристике можно было говорить, если в качестве выходных транзисторов использовали что-то наподобие П213-П217?

Каким же образом все эти причины приводили к эффекту транзисторного звучания? Да очень просто. Эти три «троянца» действовали одновременно и взаимосвязано. При подаче на вход УНЧ сигнала с крутым фронтом (скажем, резкого гитарного аккорда или удара по барабану, а еще хуже – по тарелке) входной каскад перегружался, ибо он был рассчитан на поступление сигнала ООС с выхода УНЧ, который бы перевел его в линейный режим. Еще раз подчеркну, что речь идет о глубокой ООС, охватывающей, как правило, все каскады УНЧ. Но не тут-то было, каскадов, охваченных ООС, много, и все они имеют завал в области высоких частот из-за своей низкой граничной частоты. Вот сигнал ООС и приходит, но с опозданием. А если еще добавить, что транзисторам, в отличие от ламп, свойственна большая нелинейность вольтамперной характеристики, то в выходной сигнал добавятся еще и гармонические составляющие, никак не улучшающие качество звука. Их-то и принято было давить глубокой ООС, но тут она бесполезна по причине своего отставания.

Меры по устранению эффекта транзисторного звучания

Возможно, сегодня эти предложения кому-то покажутся смешными, но не нужно забывать, что этой истории с феноменом транзисторного звучания уже более 30 лет. Конечно, в наши дни изменилась и элементная база, и схемотехника. Скорее всего, и производители транзисторных усилителей учли недостатки своих прежних конструкций. Тем не менее, тем, кто умеет держать паяльник и занимается конструированием высококачественных УНЧ, приведенные ниже советы могут оказаться полезными.

Так что же предлагали авторы статей в журнале «Радио» для построения транзисторных УНЧ, более или менее свободных от указанных в предыдущем разделе недостатков? Их предложения были такими:

1. Использовать во входных каскадах (и не только в них) полевые транзисторы, как наиболее близкие аналоги ламп;
   
2. Стараться не использовать глубокую ООС. Вместо нее лучше применять местные отрицательные обратные связи, охватывающие не более 2-3 каскадов;
   
3. Применять только кремниевые транзисторы с максимально высокой граничной частотой усиления;
   
4. Для линеаризации усилительных каскадов использовать такие схемотехнические решения, как источники постоянного тока и токовые зеркала;
   
5. Испытывать УНЧ не синусоидальным сигналом разных частот, а прямоугольным, так как именно это поможет увидеть реакцию усилителя на крутые фронты входного сигнала. Искажения и сдвиги фронтов прямоугольника (это называется областью малых времен) свидетельствуют о недостаточной ширине его полосы пропускания, то есть, о завале на высоких частотах, даже если это уже не звуковые частоты. Чем шире полоса пропускания усилителя, тем лучше ООС будет бороться с гармоническими составляющими звукового спектра. А если искажены плоские вершины, то это говорит о неправильной передаче низких частот, причиной которой является, как правило, наличие переходных емкостей между каскадами.

По поводу последнего пункта есть интересная разработка известного радиолюбителя Акулиничева, к сожалению, нас уже покинувшего. Она опубликована в «Радио» №1 за 2007 год и называется «Приставка к осциллографу для оценки качества усилителей». Принцип её работы состоит в вычитании входного сигнала УНЧ из выходного. Результат показывается на экране осциллографа в виде векторной диаграммы. Из транзисторных УНЧ можно выделить усилитель Маршала Лича, опубликованный в 1976 году в журнале «Аудио». С тех пор его схема была повторена многими аудиофилами, и никто не остался разочарованным.

Выводы

Многие ценители качественного и естественного звука все-таки отдают предпочтение ламповым УНЧ, несмотря на то, что они уступают транзисторным по своим техническим данным. Настоящим экспертом в этом деле является человеческое ухо. Если человека вполне устраивает качество звучания транзисторного усилителя, то нет смысла уговаривать его перейти на ламповый. Однако практика показывает, что при одних и тех же параметрах ламповый усилитель будет звучать лучше в силу описанных выше причин.