«Теплые» ламповые доказательства: ещё немного о «магических» свойствах ТЛЗ для музыкантов и аудиофилов +11

Одним из самых популярных материалов нашего блога на GT стал пост “Сеанс теплой ламповой магии с разоблачением”. Он коснулся расхожих стереотипов при оценке УМЗЧ с полупроводниковой и ламповой схемотехникой. Кроме того, бурным и живым стало обсуждение поста о гитарном ламповом усилении и цифровой эмуляции ламповых эффектов.



Некоторые из моих оппонентов в холиварах на эти темы заявили, что я, дескать, мало знаю о ТЛЗ, и все прелести оного совсем не в гармониках, а в трансформаторах, операционных усилителях и т.п. Оппоненты непрозрачно намекали, что нет подробных исследований спектрального состава искажений для ламповых и транзисторных усилителей.

В тех материалах я писал о том, что рано ставить точку в вопросе лампового звука, теперь, полагаю, пора. Совсем недавно мне попалось относительно свежее исследование физика Дэвида Кипортса, которое окончательно закрывает вопрос о природе и эффектах так называемого ТЛЗ (по крайней мере в вопросе гитарного усиления).

Психоакустика восприятия искажений


Как мы уже писали, в исследованиях Флетчера, Войшвилло и Алдошиной была выявлена разница между субъективным восприятием разных гармоник. В частности, исследования показали, что гармоники высокого порядка воспринимаются как выраженные неприятные искажения, а низкого, как более благозвучные или по крайней мере менее заметные.

Также в исследованиях отмечалось, что нечетные гармоники (3-я, 5-я, 7-я, 15-я и т.п.) создают диссонирующие тоны и поэтому воспринимаются как неблагозвучные или дисгармоничные. Тоны, генерируемые четными гармониками, напротив, гармонично сочетаются основным звуком.
На этих исследованиях базируется большинство утверждений о том, что приятным для человеческого уха является звук тёплых (в прямом смысле) ламповых усилителей. Полупроводниковые уступают им в благозвучности искажений. Именно благозвучность ламп с успехом используется музыкантами и иногда ценится аудиофилами.

При этом доказано, что т.н. “честность” (верность воспроизведения) у современных “каменных” усилителей выше, т.к. уровень искажений в них значительно ниже. В 70-е ламповая техника имела преимущества, так как коэффициент гармоник был приблизительно равен для транзисторных и ламповых систем. Сегодня ситуация существенно отличается, так как большинство ламповых изделий десятки, а порой и в сотни раз сильнее искажает звук, по сравнению с аналогичным по цене полупроводниковым УМЗЧ.

Точка Дэвида Кипортса


Дэвид Кипортс, работающий в американском колледже Миллса, не придумал ничего нового. Но именно этого человека будут помнить как физика, препарировавшего ламповую ”магию” и доказавшего физическую природу психоакустических эффектов.

На всякий случай упрощенно опишу появление гармонических искажений при звукоусилении. Транзисторы (микросхемы) или вакуумные лампы позволяют увеличить электрическую мощность. В случае со звуком процесс усиления мощности сопряжен с появлением дополнительных сигналов другими частотами — т.е. гармоническими искажениями. Например, при усилении сигнала 300 Гц появляются сигналы 600, 900, 1 200 Гц, соответственно, вторая, третья и четвертая гармоники.

Дэвид Кипортс испытывал гитарные усилители, так как его интересовали именно любовь гитаристов. С т.н. аудиофильской лампой он не работал, и судя по его статье, он о ней не очень знает.

Ученый исследовал и сравнил гармонические искажения в усилителях Fender Pro Jr и Bugera BC15. Первый — полностью ламповый (на триодах реализованы предусилитель и оконечник), второй построен как гибрид (ламповое предусиление и транзисторный оконечник).
Ученый определил ряд закономерностей, которые касались этих усилителей.





Например, Fender Pro Jr в режиме работы без перегрузки был характерен низкий Кг, значительное преобладание четных гармоник, были выражены гармоники низкого порядка 2-я, 4-я. Режим перегрузки приводил к усилению 5-й гармоники по сравнению с 6-й, и ослаблению четных гармоник, на фоне некоторого усиления нечетных. Bugera BC15 в обоих режимах продемонстрировала выраженность нечетных гармоник, в основном 3-й и 5-й.



Кратко можно охарактеризовать выводы экспериментатора как то, что реализация усиления на транзисторах способствует появлению в результирующем сигнале большего количества неблагозвучных нечетных гармоник.

При этом появления гармоник высокого порядка, на которые ссылались авторы похожих публикаций в 70-е, не наблюдаются. Напротив, как в ламповом, так и в транзисторном усилителях порядок гармоних ограничен 6-й.

В своем исследовании физик даёт и психоакустическое обоснование благозвучности четных и неблагозвучности нечетных гармоник, а также называет причины, по которым ламповое усиление ценится у гитаристов.

Так усиливающийся сигнал электрогитар уже богат гармоническим содержанием. К исходным гармоникам этого сигнала перегруженный ламповый тракт способен добавить дополнительные гармоники к каждой из исходных. При этом наиболее выраженными из них будут четные, что и гарантирует необходимый эстетический музыкальный эффект.

Сухой остаток


Отраженные в исследовании Кипортса данные позволяют говорить о том, что известные эффекты благозвучности лампового звука имеют исключительно гармоническую природу. Также исследование свидетельствует о том, что ламповая техника в настоящий момент наиболее применима именно в качестве гитарного усиления, а также создания эстетически ценных музыкальных эффектов.

При этом классическую “лампу” сегодня можно эффективно заменить цифровыми эмуляциями (так как никакой проблемы в создании гармонических искажений при цифровой обработке сигнала сейчас нет). Отмечу, что последние пока не находят широкого концертного и репетиционного применения, в силу непривычности эксплуатации (многим проще купить лампу), однако все больше используются в студийной работе.

В HI-FI и Hi End лампы постепенно умирают, в связи со схемотехнической сложностью для достижения высокой верности воспроизведения, а также возможностью точной и недорогой цифровой имитации т. н. лампового звучания.

В этих сегментах ламповое усиление остаётся актуальным для создания уникальных и неоправданно дорогих аутентичных схемотехнических шедевров, рассчитанных на узкий круг ценителей. Также лампы эффективны в специализированном усилении для наушников, особенно для электростатических.

Джинса
В нашем каталоге предствален широкий ассортимент гитраных усилителей, а также ламповых УМЗЧ для воспроизведения музыки.

Вы можете помочь и перевести немного средств на развитие сайта



Комментарии (19):

  1. Dmitriy62
    /#10727311

    Что-то совсем кратко… Можно ли поподробнее? Что пишут авторы других работ в этой области? Какая корреляция между наличием высших гармоник и субъективным восприятием качества звука? и т.д. и т.п. Тема интересная! Предлагаю её развернуть на большем количестве материала…

    • Sound_cULT
      /#10727359 / +1

      По гармоникам высокого порядка всё уже написано, чем выше порядок гармоники — тем заметнее она на слух. Например 1-я или 2-я субъективно будет незаметна при коэффициенте 1%, при этом 9-я будет заметна уже при 0,1 % (это если грубо и демонстративно) Но мы уже об этом писали. Я там ещё затронул трансформаторные схемы ламповых УМЗЧ, и влияние трансформатора на показатели АЧХ (но это не основное, такое характерно и для некоторых транзисторных схем, они тоже бывают с выходными трансформаторами).

      • bugdesigner
        /#10727741

        1-я гормоника уж точно будет не заметна, тк она равна исходному сигналу. Вы наверное имели ввиду 2-ю и 3-ю?

        • Sound_cULT
          /#10727743 / +1

          Да, всё верно

          • bugdesigner
            /#10728659

            Нечетные гармоники больше вносят ощутимых на слух искажений. Четные — это как та же нота, но на октаву-две-три выше. Звук становится как-бы богаче и на слух может быть даже интереснее. По крайней мере не вызывает неприятных ощущений. Другими словами, нечетные гармоники — это большее зло, чем четные.

  2. Zidian
    /#10727371 / +2

    Долгие годы я по-своему трактовал историю с тестами кабелей и всю музыку слушал исключительно через разогнутые платяные вешалки с припаянными зажимами.
    (с) xkcd.ru/841

  3. Einherjar
    /#10727693

    Ненаучный у этого «ученого» подход какой то. Если задача сравнить усилители мощности (судя по тому что пред и там и там и так на лампах), то и тестировать надо используя один и тот же предусилитель и разные усилители мощности а не какие то рандомные комбики начального уровня. Только вот на практике если весь перегруз формировать только в ламповом преде то лампы в усилителе мощности не являются такой уж критичной необходимостью — нормально собранный гибрид выдает звук нисколько не хуже, другой (транзисторный усилитель мощности просто не вносит никакого заметного человеку дополнительного окрашивания, в отличие от) но точно не хуже. Но гибриды не особо популярны т.к. их массово вроде как и не выпускает никто.

    • Sound_cULT
      /#10727751 / +1

      В исследовании несколько другая задача стояла, исследовать не усилитель в целом, а искажения которые вносит лампа и транзистор, и пожтому особенно основательному разбору подвергался гибрид, там измерялись КНИ на разных частотах после преда и после оконечника, ламповый в основном использовался для исследования перегруза, чтобы не испортить картину влиянием транзисторного оконечника и получить достаточно чистое сравнение.

    • Sound_cULT
      /#10727757 / +1

      «нормально собранный гибрид выдает звук нисколько не хуже» — это субъективные категории «хуже», «лучше», Факт в том, что у гибрида другой звук и с прошлого года стало понятно конкретно в чем.

      • SADKO
        /#10729193

        Ой, да ладно, прямо с прошлого года, ага, Америку мужик открыл.
        Как же без него, родимого, целый пруд «гармонизаторов» на плодили, начиная от аппаратных и программными заканчивая… А как-же наглый sans amp и всякие джазовые поделки на комплементарных парах полевиков. Любому кто занимался конструированием гитарного звука очевидно что дело не только\сколько в спектрах, сколько в характере интермодуляционных искажений, а тут играет и схема питания\стабилизации каскадов, фильтра до и после, взаимоотношения оконечника с динамиком, и совсем не в последнюю очередь микрофонный эффект тёплых ламп и пружинных дилеев…
        Помню как то в начале нулевых, притащили ко мне в ремонт, православный мериканский комбик пивей, лампа, пружинка все дела, мэйд ин ю-эс-а… Разбираю, гляжу а единственная лампа там, диод и работает в качестве микрофона!
        Вот уж чего, всяким современным процессорам не хватает, хотя некоторые и резонанс колбы моделируют, только этого мало.
        На меня тот случай повлиял, так-что в последствии был у меня маршаловский преамп управляемый по миди, в паре с лексиконом они хорошо дружили для гитары, хотя и стоили запредельно, но это не имело значения… Я мог выставить оный преамп с монитором в вокальный бокс, и записать призвуки чистого ТЛЗ для вокКала и дешманских клавишных дорог, коими богата Россия и на самом деле не только…

  4. Refridgerator
    /#10727997

    Нельзя одним лишь спектральным анализом описать все искажения, вносимые устройством. В данном случае спектр показывает лишь гармоники, полученные при пропускании синусоиды через ламповый усилитель. Он ничего не говорит ни о природе нелинейных искажений, ни о переходных процессах, протекающих в усилителе. Разные усилители могут выдавать один и тот же спектр на синусоиде, но разные — на более сложных сигналах, именно в силу их нелинейной природы. И уж тем более на основании одного лишь спектра никак нельзя воссоздать устройство идентичное тому (по искажениям), из которого он был получен. До сих пор нет математической модели (по крайней мере, в свободном доступе), которая точно описывает все процессы в ламповых усилителях. Каждый, кто пробовал многочисленные VST-эффекты с названием типа «Tube Sound» — убеждался лично, что к реальности они имеют весьма отдалённое отношение. Поэтому утверждение о том, что вопрос о природе и эффектах ТЛЗ однозначно решён и закрыт — слегка преждевременно.

    • Sound_cULT
      /#10729103

      Все искажения Кг, ИМД, фазовые, частотные — нет нельзя, но такая задача и не стоит. Если брать гармоническую составляющую — то никакой сложности нет, а как я понимаю, в случае с ТЛЗ, наиболее существенными являются именно гармонические искажения.
      Мы сейчас не о VST-плагинах для FL Sond или Cubase, упомянутый Axe FX продаётся в свободном доступе.Ресиверы с эмуляцией лампового hifi усиления тоже на рынке давно.

      до сих пор нет математической модели (по крайней мере, в свободном доступе), которая точно описывает все процессы в ламповых усилителях.

      Для получения аналогичного звукового результата она и не нужна.

      • SADKO
        /#10729209 / +1

        Ну почему-же нет, есть и нужна, нужно просто не по лениться, и как учили старики, накатать эквивалентную схему всего этого безобразия, это вполне возможно, и даёт чёткое понимание куда и зачем и как копать… это для гитар
        А в быту, обычно идут более простые алгоритмы, не от убожества, а от того что для комплексного сигнала, простой сдвиг спектра будет благозвучней, хитроделанной модели динамических искажений.
        Смысл то в том, что бы музыка клиента звучала не так уродливо, как на самом деле.

    • Iremel
      /#10729127

      Грубо говоря, усилитель — это длинный туннель (в зависимости от числа каскадов усиления), через который звук проходит с разной скоростью в зависимости от его частоты. Если сравнивать со светом — то на вход мы подаем вспышку белого света, а на выходе наблюдаем сначала фиолетовый фронт, а в конце перед гашением — красное свечение. Подача же отдельного красного, зеленого и т.д. света лазера искажений сигнала не обнаруживает.
      Вот и получается, что качество усилителя проверяют эталонными лазерами, а комплексно в динамике спектры реального сигнала (музыки) на входе и выходе между собой не сравнивают.

  5. ShamAnton
    /#10728027

    В строительстве художественного аппарата, важный элемент- симметрия, тогда каскады получаются с минимальными переходными искажениями- самыми заметными. Старые лампы имеют размеры сравнимые с руками, ушами, глазами, и в производстве их легче сделать одинаковыми. Микро- нанотехнологии транзисторов дают сравнительно большой разброс параметров, сложнее подобрать пары. Удачные экземпляры среди ламповых устройств чаще…

  6. r0zh0k
    /#10728063

    Отмечу, что последние пока не находят широкого концертного и репетиционного применения

    Многие уже перешли на Axe-FX который дает более предсказуемый и качественный звук.

    • Vitalley
      /#10728741

      Все равно он до студий еще не добрался. Да и на лайвах немного сливает, а так удобнее, звук не зависит от питающего напряжения.

  7. Iremel
    /#10729075

    Может нужно рассматривать не искажения сигналов различных частот фиксированной амплитуды, получаемых от образцового генератора, а их сдвиги.
    Фронт сигналов разных частот (т.е. при изменении их амплитуд) может иметь разную задержку при прохождении усилительного тракта. Следствием этого будут расхождения временных моментов начала звучания различных нот. Возможно это будет проявляться лишь чуть-чуть — в виде «расстроенной оркестровки», скажем, скрипка будет начинать играть чуть-чуть раньше трубы. Может это практически не заметно приборами, но на тонкий слух уже будет «не то».

  8. oppol
    /#10729401

    Пусть не трындят насчёт гармоник. Простейший усилитель на пяти транзисторах можно настроить на минус 80дб по 3 и 5 гармонике.
    А если в предусилении поставить ОУ за пол-бакса, то будет минус 100 дб.
    Это даже калиброваным спектроанализатором не всегда определяется, не то что ушами.

    Но. На реальном звуковом сигнале начинают вылазить очень интересные ньюансы. По цепи ОС появляется перегрузка, которая на спектроанализаторе не видна.
    Мне когда-то подсказали собрать «Векторный индикатор искажений» Акулиничева, вот там стало что-то видно.