Negotiator - Blog

http://negotiator.kvalitne.cz

Úvodní stránka>Hudba>Akustika
Témata
..::..

Tranzistorový zvuk

03.prosinec 2010 | 12:39


Tranzistorový zvuk je pojem z oblasti elektroakustiky označující zvuk zkreslený tranzistorovými obvody. Termín je obvykle používán odborníky a tzv. „hifisty“ (odvozeno z Hi-Fi) při dlouholetém sporu o to, jestli mohou být tranzistorové zesilovače tak kvalitní jako elektronkové.[1][2][3] [4][5][6]

Dlouholeté spory ukázaly, že je mnoho zesilovačů, které trpí tímto tranzistorovým zvukem, ale je také mnoho tranzistorových zesilovačů, které tímto zvukem netrpí a mohou mít srovnatelné či lepší vlastnosti než zesilovače elektronkové. Tento článek pojednává spíše o části tranzistorových zesilovačů, které tranzistorovým zvukem trpí a netýká se konstrukcí tranzistorových zesilovačů, které tímto zvukem netrpí.

Sluchové vnímání člověka dosud není plně popsáno, také se zatím neví, jak jej přesně modelovat a simulovat. Podobné to je i se zvukem tranzistorových zesilovačů. Odborníci v akustice často uvádí, že tranzistorový zvuk vykazuje vady[7], je bez barvy dynamiky a je plochý,[8] elektronkový zvuk se při stejném výkonu jeví jako hlasitější[9], přestože odborníci v elektronice tvrdí, že jejich měřicí přístroje nic takového nezaznamenaly.[10] Jedním z měřítek posuzování kvality a věrnosti zvuku je i označení Hi-Fi a pro něj stanovené parametry. Nicméně dosud preferovaný způsob posouzení kvality zvukového zařízení je poslechem.[11]



Tranzistorový zvuk, jako jev v akustice, popisují jednotliví autoři různě, vesměs jde o vlastnost zesilovače mající velké zesílení v otevřené smyčce a který je zapojen do silné zpětné vazby[12] přes značný počet aktivních prvků. U zapojení elektronkových zesilovačů se tento jev většinou nevyskytuje, protože elektronky nebyly zapojovány se zpětnou vazbou přes mnoho aktivních prvků a navíc nemívaly natolik velké zesílení v otevřené smyčce.[13][14][15][16]

Základní příčinami vzniku tranzistorového zvuku jsou především omezená šířka pásma zesilovače (a tudíž zkreslení vyšších harmonických signálů) a nedostatečná výkonová rezerva zesilovače (následkem čehož bývá zesilovač přebuzen a výstupní signál tzv. „ořezán“).[17]

Při velkých změnách signálů se vytrácí vyšší harmonické signály a vzniká tak neharmonické zkreslení. Akustické špičky jsou běžně 10× až 100×[18] větší než efektivní výkon (viz obr. Dynamika živé hudby a dynamika hudby zaznamenané a následně reprodukované [6]), ucho je mnohem citlivější právě na výrazné změny signálu, než na jeho další průběh, čímž se subjektivní vjem ještě znásobí. Přidá-li se ještě limitace, můžeme mluvit o plně tranzistorovém zvuku, který se nám jeví jako plochý, nevýrazný, bez dynamiky a ve srovnání s elektronkovými zesilovači má při stejném výstupním výkonu nižší hlasitost.[19]






Tranzistorové zesilovače se zpětnou vazbou přes více aktivních prvků, vlivem velkého zesílení a velké zpětné vazby trpí po čas přeběhu či velké změny výstupního napětí přebuzením jednotlivých stupňů. Po čas velké změny dochází k zahlcení jednotlivých stupňů, zesilovač se chová jako bez zpětné vazby a jeho frekvenční rozsah je výrazně zmenšen, rovněž je výrazně zhoršena linearita a zkreslení a to až do doby, než dojde k opětovnému ustálení. Vysoké frekvence jsou potlačeny, často je tento jev uváděn jako zkreslení TIM (Transient Intermodulation).[20] Na obrázku je zřejmá šířka pásma zesilovače se silnou zpětnou vazbou a nastaveným zesílením 20dB i zmenšení šířky pásma v závislosti na velikosti přebuzení zpětné vazby.[21]



Další vliv na vznik tranzistorového zvuku má i tvar limitace, která bývá u tranzistorových zesilovačů mnohem ostřejší než u zesilovačů elektronkových. Konstruktéři některých tranzistorových zesilovačů se snaží tento ostrý přechod alespoň zmírnit, výhodnějším řešením je však limitaci vůbec nenavodit a provozovat zesilovač, při hlasitostech limitaci dostatečně vzdálených, tedy na desetině až setině výkonu maximálního potřebného v akustických špičkách.[22][23]Na obrázku jsou tvary převodních charakteristik typických pro tranzistorové a elektronkové zesilovače.[24]



Problémem tranzistorových zesilovačů bývá jejich nedostatečná výkonová rezerva. Dynamika akustického signálu je značná a často vyžaduje možnost přebuzení o 20 až 40dB. Někteří výrobci zesilovačů uvádí pouze maximální výkon, který již nesnese dalšího přebuzení, aniž by nedošlo k výše zmíněné limitaci.[25][26]Nárůst zkreslení tranzistorových a elektronkových zesilovačů při limitaci je zřejmý z obrázku. [27][28]



Další možný vliv na vznik tranzistorového zvuku má i dostatečná šířka přenášeného pásma, obzvlášť s ohledem na její výrazné snížení při velkých napěťových změnách.[29][30][31]



Možnosti potlačení tranzistorového zvuku vyplývají z výše uvedených příčin jeho vzniku.



Dostatečnou šířkou přenášeného pásma, která bude dostačující pro přenos značného množství harmonických i při zahlcení zpětné vazby, lze do jisté míry potlačit jejich výpadky. Na obrázku je ukázka vzniku 3., 5. a 7. harmonické při temperovaném ladění, které má rovnoměrné rozdělené tónů do dvanácti částí oktávy.[32][33][34]



Dostatek výkonové rezervy nad jmenovitý výkon, o 20 až 40 i více dB, dle druhu použití, zajistí lepší chování při velkých změnách a nebude docházet k zahlcení zpětné vazby ani limitaci vlivem velké dynamiky signálu.[35][36]


Na grafu je patrná dynamika živé hudby a dynamika hudby zaznamenané a následně reprodukované, včetně potřebných nároků na elektroakustický řetězec včetně výkonového zesilovače.[37]



Topologie zesilovače je další možnost jak tranzistorovému jevu předcházet či jej alespoň značně eliminovat, proto se konstruují speciální zesilovače s malým zesílením či bez dlouhé zpětné vazby přes mnoho aktivních prvků a podobně.[38][39]



Zvuk zkreslený obvody elektronkového zesilovače je často považován za příjemnější a lépe splňuje poslechové nároky na Hi-Fi, přestože při měření parametrů má často horší vlastnosti než zesilovače tranzistorové.[40][41]


Elektronkový zesilovač se od tranzistorových ve většině případů liší rozložením harmonického zkreslení a tvarem limitace, která je plynulá a postupná, nikoliv ostrá jak u zesilovačů tranzistorových, rovněž přebuditelnost zesilovačů bývá značně vyšší jak u zesilovačů tranzistorových, zkreslení elektronkových zesilovačů však bývá ve většině případů značně větší jak u zesilovačů tranzistorových. [42] [43] [44] [45] [46]




Zkreslení elektronkových zesilovačů se od zkreslení tranzistorových zesilovačů liší i v počtu harmonických složek a jejich rozložení [47]. Elektronkové zesilovače mají vyšší harmonické soustředěny v dolní části spektra, převažuje druhá harmonická, která představuje tón o oktávu vyšší. Tranzistorové zesilovače mají vyšší harmonické složky rozloženy do celého spektra a obsahují harmonické, které jsou lidskému sluchu nepříjemné, kvinta - třetí harmonická je dominantní. [48] [49] Na obrázku je znázorněna závislost váhového harmonického zkreslení, která je rovněž pro elektronkové zesilovače příznivější. [50]










Tento článek je licencován za podmínek GNU Free Documentation License. Používá materiál: Originální článek na Wikipedii.

..::..
Tento blog Copyright(c) Negotiator