Схема имитации лампового звучания iTube

    Среди любителей высококачественного звука есть немало фанатов ламп. Бытует мнение, что ламповые усилители более музыкальны и звучат более приятно, нежели стерильный звук твердотельных усилителей с массой отрицательных обратных связей и исчезающе малыми гармоническими искажениями.
     Конечно, у ламповых усилителей есть свои недостатки — высокая температура, низкий КПД, малый срок службы ламп. А что если бы можно было бы получить ламповый звук от твёрдотельного усилителя?
     С модулем имитации лампового звучания iTube это становится возможным!
Скептики могут заметить, что получить ламповый звук можно только от лампового усилителя. Однако, инженеры нашей компании смогли смоделировать ламповое звучание, используя только твёрдортельные элементы. Таким образом, получился ламповый звук без ламп.
   
Как это работает?
     Если сравнивать ламповые усилители с твёрдотельными по характеристикам, то результаты будут не в пользу первых. Ламповые усилители, как правило, имеют большие искажения, повышенный уровень шумов и фона, менее линейную АЧХ. Но, несмотря на всё это, ламповые усилители имеют более музыкальное звучание.
Предлагаемый модуль имитации лампового звука iTube не добавляет в сигнал дополнительный фон и шум, но влияет на сигнал также как лампы: мягко отрабатывает перегрузки, формирует гармонические искажения как у однотактного усилителя на пентоде, а частотная характеристика напоминает АЧХ качественного усилителя класса АВ с трансформаторным выходным каскадом.
     Для имитации характеристик пентода в схеме использован повторитель на полевом FET-транзисторе. Он же позволяет регулировать симметричность ограничения сигнала при перегрузках.
     Для имитации АЧХ лампового усилителя надо иметь в виду следующий момент: выходное сопротивление хорошо спроектированного твёрдотельного усилителя обычно составляет порядка 150 мОм. Типовое значение выходного сопротивления лампового усилителя зависит от глубины общей отрицательной обратной связи (если она есть) и обычно составляет около 2 Ом.
     Относительно высокий выходной импеданс лампового усилителя имеет два последствия при работе громкоговорителя. Первый эффект — значительно ниже коэффициент демпфирования, который представляет собой отношение номинального импеданса громкоговорителя к выходному импедансу усилителя. Для твердотельного усилителя типовое значение коэффициента демпфирования составляет 60 или более, и это означает, что усилитель имеет очень жесткий контроль за движением диффузора громкоговорителя. Это приводит к менее «гулким» басам и меньшим искажениям в области НЧ.
     Низкий выходной импеданс также является важным фактором для получения более линейной АЧХ всей акустической системы, так как сопротивление громкоговорителя меняется в широких пределах (из-за наличия фильтров, собственных резонансов динамиков и т.п.) в зависимости от частоты сигнала. В идеале, громкоговоритель должен питаться от источника напряжения, то есть, усилитель должен иметь предельно низкое выходное сопротивление.
     Из-за высокого выходного сопротивления лампового усилителя его взаимодействие с громкоговорителем будет менее гладким. Если принять выходное сопротивление усилителя равное 2 Ом, а импеданс громкоговорителя 8 Ом, то, как нетрудно посчитать, 25% от полезного сигнала будут потеряны в самом усилителе. На самом деле картина ещё более печальная, так как импеданс громкоговорителя может меняться от 6 Ом до 30 Ом в звуковом диапазоне частот.
    На графике представлена зависимость сопротивления акустической системы с фазоинвертором от частоты сигнала. Двойной «горб» на низких частотах обусловлен резонансной частотой НЧ-динамика и собственным резонансом фазоинвертора. Подъем в области средних частот — эффект от кроссовера. Рост сопротивления в области высоких частот обусловлен собственным сопротивлением ВЧ-динамика.
На рисунке показаны зависимости сопротивлений от частоты для четырех разных акустических систем при работе от усилителя с выходным сопротивлением 4 Ом (пунктиром показана девиация фазы сигнала).