I kontakt I strona główna I

                                   mirror strony skarabo.net        

audioretro.pl

audio retro >> nie tylko lampy > zniekształcenia w układach lampowych

 Strona  audioretro.pl  jest stroną hobbystyczną, więc nie wykorzystuję ciasteczek zapisanych na Twoim komputerze. Ale oczywiście w każdej chwili możesz je wyłączyć w swojej przeglądarce.


audio retro  >> nie tylko lampy >  
I transformatory głośnikowe I transformatory zasilające I zasilanie lamp I elementy elektroniczne I zniekształceniaI


Zniekształcenia i zakłócenia sygnału w układach (nie tylko) lampowych

Każdy element wzmacniający, czy to tranzystor czy lampa, podczas pracy wprowadza pewne zniekształcenia do użytecznego sygnału. Do tego niektóre zniekształcenia dostają się do sygnału z zewnątrz jak np. '' śmieci elektroniczne" przenikające z sieci zasilającej, brum ze źle odfiltrowanego zasilania, czy z powstałej pętli masy we wzmacniaczu. Do użytecznego sygnału dostaje się też szum powstały w niektórych elementach wzmacniacza.

ZNIEKSZTAŁCENIA (DISTORTION)

1. Zniekształcenia nieliniowe (THD)

Element wzmacniający sygnał (lampa, tranzystor) nigdy nie jest elementem idealnie liniowym, w związku z czym podczas wzmacniania sygnału powstają zniekształcenia nieliniowe, czyli pojawiają się na wyjściu wzmacniacza składniki sygnału, których nie było na wejściu. 

Są to tzw. harmoniczne sygnału, będące zwielokrotnieniem sygnału o różnej amplitudzie i częstotliwości. W przypadku triod przeważa druga harmoniczna i kolejne, jak trzecia, czwarta itd., ale już o mniejszej amplitudzie. W przypadku pentod i tetrod trzecia harmoniczna dominuje nad pozostałymi.

Przykładowo, jeśli do wzmacniacza podłączymy sygnał sinusoidalny o częstotliwości załóżmy 100 Hz, to po wzmocnieniu otrzymamy sygnał sinusoidalny h=100 Hz oraz kolejne harmoniczne tego sygnału: h1=200 Hz, h3=300 Hz, h4=400 Hz itd, które są słabsze niż oryginalny sygnał wejściowy, ale jednak wpływają na ostateczny odbiór dźwięku.
Zniekształcenia harmoniczne mają zawsze wyższą częstotliwość niż podstawowa.
Ogólny poziom zniekształceń (amplituda) rośnie wraz z wysterowaniem wzmacniacza a jego wartości rosną dramatycznie przy maksymalnym wysterowaniu wzmacniacza (tzw. przesterowanie wzmacniacza).

Jeżeli lampa ma tzw. liniowe charakterystyki i pracuje w odpowiednich warunkach, to generuje niewiele harmonicznych i mają one niewielką amplitudę. Ale we wzmacniaczu sygnał jest wzmacniany w kolejnych stopniach a każdy z tych stopni generuje kolejne harmoniczne, wzmacniając poprzednie.
Stąd dążenie konstruktorów do zmniejszenia poziomu zniekształceń za pomocą doboru odpowiednich warunków pracy każdego elementu wzmacniającego, oraz dodatkowych działań jak choćby stosowanie układu przeciwsobnego we wzmacniaczu mocy czy ujemnego sprzężenia zwrotnego - lokalnych lub globalnego.

Przyjmuje się że harmoniczne parzyste (druga, czwarta itd.) są dla ludzkiego ucha przyjemniejsze w odbiorze niż nieparzyste harmoniczne.

Miarą zniekształceń nieliniowych THD jest współczynnik zawartości harmonicznych - procentowy (%) lub w skali logarytmicznej (dB). Parametr THD jest to w ogólności stosunek wartości napięcia RMS harmonicznych do napięcia częstotliwości podstawowej. Można go opisać wzorem (uproszczony):

THD-wzór, gdzie U1 to napięcie częstotliwości podstawowej, U2, U3, Un... to napięcia kolejnych harmonicznych.

 

generowanie harmonicznych
W danych katalogowych wzmacniacza spotkamy oprócz współczynnika THD (Total Harmonic Dystotortion), współczynnik THD+N (Total Harmonic Distortion and Noise), obejmujący także szumy.Rys.1. Przykład generowania parzystych harmonicznych ze względu na zbyt nisko umieszczony punkt pracy lampy we wzmacniaczu.

Poziomy zniekształcenia THD:
10% (−20 dB) – taki poziom zniekształceń jest wyraźnie odczuwalny.
1% (−40 dB) – poziom akceptowalny w prostych systemach odtwarzania dźwięku, natomiast odczuwalny w systemach hi-fi przez słuchaczy o wyrobionym słuchu muzycznym.
0,1% (−60 dB) – poziom ogólnie akceptowany z wyjątkiem wysokiej klasy systemów hi-fi.
0,01% (−80 dB) – poziom reprezentatywny dla sprzętu hi-fi wysokiej klasy.
0,001% (−100 dB) – poziom spotykany w odtwarzaczach CD oraz dobrej klasy wzmacniaczach mocy, przedwzmacniaczach.
0,0001% (−120
dB) – poziom zbliżony do najniższych poziomów audio możliwych obecnie do zmierzenia w najkorzystniejszych warunkach.

(według Wikipedii).

Obliczanie poziomu harmonicznych na podstawie charakterystyk lampy

Obliczanie harmonicznych jest dość proste, szczególnie gdy zastosujemy graficzną metodę obliczania.
Drukujemy z Internetu  charakterystykę anodową lampy w miarę możliwości duży wydruk tak, by łatwo było pomierzyć odległości pomiędzy charakterystykami siatkowymi. Rysujemy prostą obciążenia dla danego punktu "PP" pracy i obciążenia (wg. opisu na stronach "O lampach 5 i 6"). Dugą harmoniczną wyznaczamy mierząc linijką odległości pomiędzy charakterystykami zgodnie ze strzałkami na rysunku z prawej - żółtej i fioletowej. Ponieważ do obliczenia ważna jest proporcja odległości od punktu PP do skrajnych charakterystyk, więc wystarczy pomiar linijką w milimetrach.
Drugą harmoniczną obliczymy wg wzoru h2= b/a=7,26/8,36=0,87
Nomogram z prawej rysunku służy do łatwego przeliczenia wyniku na zniekształcenia podane w procentach. Jak widzimy w tym przykładzie współczynnik 0,87 odpowiada h2 ~ 3,5%.
Harmoniczne 2. rzędu


Rys. 2. Graficzna metoda wyznaczania drugiej harmonicznej.
Na rysunku 3 pokazano sposób obliczania trzech harmonicznych (drugiej, trzeciej i czwartej) metodą graficzną (metoda pięciu rzędnych).
Jest to popularna, dość dokładna metoda wyznaczania harmonicznych na charakterystyce anodowej lampy. Postępujemy jak opisane powyżej.
Współczynniki zawartości harmonicznych wyliczamy wg. wzorów:

h2 = 0,75(a-b)/a+b+c

h3 = a+b-2c/2(a+b+c)

h4 = 3e-3d+f-g/4(a+b+c)
wyznaczanie harmonicznych
Całkowity poziom zniekształceń (Total distortion, dtot) dla danej lampy w typowych układach często podawany jest w kartach katalogowych lampy (warto poszukać wersję rozszerzoną karty katalogowej danej lampy).
Zwykle bardziej miarodajne jest mierzenie poziomu zniekształceń kompletnego wzmacniacza.
Pomiary wymagają posiadania dobrej jakości generatora i miernika zniekształceń nieliniowych lub analizatora widma z oprogramowaniem. W warunkach amatorskich można zastosować dobrą kartę graficzną i odpowiednie oprogramowanie.

Rys. 3. Graficzna metoda wyznaczania trzech harmonicznych metodą pięciu rzędnych.
Pomiarów zniekształceń harmonicznych można dokonywać w:
  • w funkcji częstotliwości przy stałej mocy wyjściowej
  • w funkcji napięcia wejściowego przy stałej mocy wyjściowej i stałej częstotliwości
  • w funkcji mocy wyjściowej przy stałej częstotliwości
  • w funkcji napięcia wejściowego przy stałym wzmocnieniu i stałej częstotliwości
Na rys 4. widzimy wykres THD typowego wzmacniacza w funkcji mocy.
W zależności od częstotliwości, wraz ze wzrostem mocy, THD nie zmienia się (1
kHz), lub spada (20 kHz), by w pewnym momencie gwałtownie rosnąć. Ten gwałtowny wzrost zniekształceń następuje gdy zostanie przekroczony próg nasycenia wzmacniacza i szczyty sygnału zostają obcinane (przesterowanie wzmacniacza).
Z analizy rysunku wynika jeszcze to, że najniższy poziom zniekształceń wzmacniacz osiąga tuż przed wartością swojej maksymalnej mocy.
Niektórzy producenci podają w danych technicznych wzmacniacza dokładne parametry pomiarów THD wraz z wykresami.

THD wzmacniacza w funkcji mocy
Rys 4. THD typowego wzmacniacza w funkcji mocy.

Zniekształcenia harmoniczne są nie tylko problemem we wzmacniaczach audio ale także w sieci energetycznej. Są generowane przez różne domowe urządzenia energetyczne.
Zacytuję fragment artykułu: "Harmoniczne prądu w instalacjach oświetleniowych", Jarosław Mirowski, Marek Kurkowski, Tadeusz Białoń, Marian Pasko.

(...) "Wraz z rosnącym zastosowaniem nowych technologii w układach zasilania w sieciach elektroenergetycznych nasila się problem zachowania wymaganych przez normy parametrów określających jakość energii elektrycznej. Eksploatowanych jest coraz więcej odbiorników o charakterystykach nieliniowych - urządzenia elektryczne z układami energoelektronicznymi, takimi jak prostowniki zasilacze impulsowe czy przekształtnikowe układy napędowe. W instalacjach oświetleniowych zasilacze impulsowe stosowane są w oprawach z fluorescencyjnymi lub metalohalogenkowymi źródłami światła i przede wszystkim, w coraz popularniejszych oprawach z diodami elektroluminescencyjnymi (LED). Stale rosnąca liczba odbiorników nieliniowych, w tym również w instalacjach oświetleniowych powoduje narastające problemy z odkształceniem przebiegów prądów. Odkształcenia prądów są nie tylko większe niż dopuszczane przez aktualnie obowiązujące normy, lecz w skrajnych przypadkach są tak duże, iż są przyczyną różnego rodzaju awarii [1,2,3]." (...)

Zainteresowanych odsyłam do artykułu w Internecie.

Ale to jeszcze nie wszystko, zniekształcenia nieliniowe wytwarzają też... rezystory!

Tak, oprócz szumów, rezystory wprowadzają także zniekształcenia nieliniowe.
Okazuje się, że rezystor jest elementem nieliniowym. Wartość tych zniekształceń zależy od materiału z jakiego jest zbudowany, a także od napięcia na rezystorze.
Małe zniekształcenia wprowadzają rezystory metalizowane i cienkowarstwowe węglowe.
Największe zniekształcenia wnoszą rezystory węglowe warstwowe i objętościowe (kompozytowe), a także zawierające ferromagnetyki (np. stalowe zaciski czy wyprowadzenia). Takie rezystory wprowadzają zaskakująco dużej wartości zniekształcenia nieliniowe, dochodzące nawet do 0,3%.

2. Zniekształcenia liniowe

Zniekształcenia liniowe nieodłącznie towarzyszą zniekształceniom nieliniowym, ale mają odmienny charakter.

A). Zniekształcenia intermodulacyjne (IMD)

Zniekształcenia intermodulacyjne (IMD) powstają, gdy przynajmniej dwie różne częstotliwości sygnału wejściowego tworzą w sygnale wyjściowym dodatkowe częstotliwości (niebędących ich harmonicznymi) i wynikają z sumowania lub różnicy tych częstotliwości.
Mówiąc to bardziej obrazowo, np. fala o częstotliwości 1000 z i fala o częstotliwości np. 1100 Hz utworzą dodatkowe fale o częstotliwościach niższych  niż 1000 Hz (różnica) i wyższych niż 1100 Hz (suma). I tak powstają kolejne częstotliwości: 900 Hz, 800 Hz... (w dół) i 1200 Hz, 1300 Hz... (w górę).

Jeżeli te zniekształcenia są zbyt duże lub jest ich zbyt dużo, to w słuchanej muzyce tworzy się tzw. "ściana dźwięku", trudno rozróżnić poszczególne instrumenty.

Zniekształcenia intermodulacyjne generują także głośniki (nakładające się fale dźwiękowe mogą generować pochodne częstotliwości).

Zniekształcenia intermodulacyjne (IMD) są bardziej słyszalne i dokuczliwe niż zniekształcenia harmoniczne.

B). Zniekształcenia TIM

W latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku zauważono, iż we wzmacniaczach tranzystorowych o wydawałoby się znakomitych parametrach mierzonych, podczas odsłuchów jakość brzmienia w odczuciach słuchających była niezadowalająca. Słuchacze skarżyli się na "twardość" czy "szorstkość" dźwięku, pogorszenie "przezroczystości" obrazu muzycznego słuchanej muzyki. Uwagi te spowodowały, że podjęto badania, jakie przyczyny powodują tak niekorzystne efekty. Musimy pamiętać, że działo się to w czasach, gdzie słowo "audiofil", czy dźwięk audiofilski" było jeszcze tak znane jak obecnie, a na zestawy Hi-End niewielu było stać. Widocznie efekty musiały być na tyle dokuczliwe, że podjęto takie badania.

W wyniku badań ustalono, że przyczyn jest wiele i prócz zniekształceń harmonicznych i intermodulacyjnych, które znano i radzono sobie z nimi dobrze, za taki charakter dźwięku są odpowiedzialne transjentowe zniekształcenia intermodulacyjne, nazwane TIM (Transjent Intermodulation Distortion) oraz zniekształcenia związane ze zbyt niskim współczynnikiem SR (Slew Rate), Współczynnik SR wyrażany w V/us (volt na mikrosekundę) określa szybkość zmian napięcia wyjściowego wzmacniacza. Im niższy współczynnik, tym wolniejszy jest wzmacniacz (lub jego stopień) i tym bardziej podatny na zniekształcenia.

Transjentowe zniekształcenia intermodulacyjne (TIM), powstają tylko w chwilach transjentów w sygnale (transjent - w sygnale to nagły impuls, pik sygnału, w słuchanej muzyce będzie to np. nagłe uderzenie perkusji, łomot, stuk a nawet mowa czy podobne zdarzenie, może trwać nawet chwilę).
Są to trudniejsze do zdiagnozowania zniekształcenia dlatego, że pojawiają się na chwilę i zanikają samoistnie po ustaniu przyczyny. Z reguły występują we wzmacniaczach o słabej odpowiedzi impulsowej. Problem dotyczy w większości przypadków wzmacniaczy tranzystorowych, w których zastosowano głębokie sprzężenie zwrotne.

zniekształcenia TIM Na rysunku obok pokazano schematycznie jedną z możliwych przyczyn powstawania zniekształceń typu TIM. Gdy pętla sprzężenia zwrotnego jest zbyt wolna, a w sygnale wejściowym (Uwe) pojawi się impuls o dużej amplitudzie, to spowoduje "zatkanie" (wyłączenie) wzmacniacza na pewien czas ("tw", na rysunku z lewej). Czas "zatkania" w takim wzmacniaczu jest jednak dłuższy niż czas trwania impulsu na wejściu, co wygeneruje dodatkowe zniekształcenia. Jest to typowy przypadek powodujący powstawanie zniekształceń TIM.
Skutki przesterowania trwają dłużej niż samo przesterowanie także z powodu właściwości niektórych tranzystorów, bowiem tranzystor bipolarny potrzebuje pewnego czasu by powrócić do normalnego stanu sprzed zatkania.
Zniekształcenia typu TIM nie są tak dokuczliwe we wzmacniaczach lampowych ponieważ przesterowanie (obcinanie) nie jest tak gwałtowne jak we wzmacniaczach tranzystorowych, sprzężenia zwrotne są mniej głębokie i same lampy dobrze  przenoszą wysokie częstotliwości sygnału.
Obecnie producenci dobrze sobie radzą ze zmniejszaniem wszelkich zniekształceń, natomiast z tymi problemami mogą spotkać konstruktorzy-amatorzy.
Rys. 5. Zniekształcenia TIM  

3
Zniekształcenia fazowe

A). Zniekształcenia fazowe w urządzeniu audio powstają, gdy prędkość przechodzenia sygnału przez urządzenie zależy od jego częstotliwości. Ma to miejsce wtedy, gdy sygnał na swej drodze napotyka elementy indukcyjne lub pojemnościowe.  Wtedy wraz ze wzrostem częstotliwości nastąpi niewielkie, ale postępujące przesunięcie fazowe. Z reguły większemu opóźnieniu podlegają częstotliwości wysokie.

B). Zniekształcenia fazowe w głośnikach
By uniknąć zniekształceń fazowych podczas słuchania muzyki, ważne jest by głośniki były podłączone do wzmacniacza w jednakowej fazie. Przy niewłaściwym podłączeniu, fale dźwiękowe mogą zostać wytłumione lub podbite w pewnych zakresach częstotliwości.

4. Rezonanse i mikrofonowanie

W rzeczywistych warunkach rezonans może mieć przyczynę "elektroniczną", mechaniczną lub akustyczną.

Rezonans "elektroniczny" jest, gdy na charakterystyce częstotliwościowej wzmacniacza występuje nagły skok (garb) lub spadek wzmocnienia sygnału, co może prowadzić do słyszalnych podbić lub obniżeń  w pewnych zakresach głośności sygnału. Mówimy, że wzmacniacz ma np. "podpity bas" czy "obniżoną górę". Przyczyn może być wiele, np. wzmacniacz może się wzbudzać na określonych częstotliwościach

Rezonans mechaniczny występuje najczęściej poprzez drgania np. blaszanej obudowy lub innych elementów wzmacniacza spowodowane drganiami podłoża, czy wywołane falą akustyczną, choćby z własnych głośników (rezonans akustyczny). Rezonans obudowy czy innych elementów często wpływa na pracę wzmacniacza ponieważ lampy a nawet kondensatory (np. elektrolityczne) są wrażliwe na drgania mechaniczne, co przenosi się na generowanie dodatkowych zakłóceń sygnału.

Drgania mechaniczne przenoszone na podstawki lamp i dalej na elementy wewnątrz lamp wzmacniacza powodując tzw. mikrofonowanie lamp, co jest słyszalne w postaci zakłóceń w głośnikach. Wystarczy postukać w bańkę lampy przy włączonym i podłączonym do głośników wzmacniaczu, by się o tym przekonać.
Niektóre lampy są tak bardzo wrażliwe na mikrofonowanie, że trzeba stosować specjalnie izolowane od obudowy podstawki. Stosuje się także specjalne pierścienie zakładane na bańkę lampy co ma tłumić drgania szkła i inne, czasem dziwne patenty, które mają ograniczyć problemy z przenoszeniem drgań.
Mikrofonowanie występuje także podczas słuchania głośniejszej muzyki, bowiem także fale dźwiękowe wywołują drgania lamp. Niestety walka z tym efektem jest trudna.

5. Przesłuch i separacja kanałów

Przesłuch (crosstalk)  jest to zjawisko elektryczne w którym sygnał z jednego kanału powoduje niepożądane efekty w innym kanale czy nawet urządzeniu. Jest on spowodowany zazwyczaj pojemnością, indukcyjnością lub konduktywnością obwodu bądź jego części - może występować nie tylko we wzmacniaczu, ale np. w kanałach stereo audycji radiowej czy pomiędzy kanałami płyty winylowej.

W przypadku stereofonicznych zestawów audio lub systemów wielokanałowych (jak np. kino domowe) mówimy o lepszej lub gorszej separacji kanałów.
Przenikanie sygnałów pomiędzy kanałami można łatwo zmierzyć, a nawet usłyszeć, gdy podłączymy sygnał np. z odtwarzacza do lewego kanału wzmacniacza (lewy głośnik odłączamy) i słuchamy muzyki tylko w prawym kanale, zwiększamy głośność.

6. Kołysanie i Drżenie (wow & flutter)

Są to niepożądane modulacje częstotliwości sygnału audio spowodowane wahaniami prędkości taśmy magnetofonowej czy obrotów talerza gramofonu analogowego, na którym jest zapisany sygnał audio. Te wahania są spowodowane niedoskonałościami elementów mechanicznych urządzenia, drganiami podłoża itp.
Kołysanie (wow) odnosi się do częstotliwości wahań poniżej 6Hz, a drżenie (flutter) od 6 do 200Hz.

7. Brum (hum, przydźwięk sieciowy)

Brum (hum, przydźwięk sieciowy), jest to zakłócenie bardziej lub mniej słyszalne w głośnikach o częstotliwości 50 Hz lub 100 Hz wywołane różnymi czynnikami.
Brum o częstotliwości 100 Hz lub 50 Hz, wywołany jest najczęściej słabym filtrowaniem wyprostowanego napięcia sieciowego w zasilaczu wzmacniacza czy innego urządzenia audio.
Często przenika poprzez sprzężenie magnetyczne pomiędzy transformatorem zasilającym a np. głośnikowym (50 Hz).

Jest to problem w miarę łatwy do usunięcia poprzez poprawienie filtracji wyprostowanego napięcia czy oddalenie transformatora zasilającego. Transformator "siejący" zakłóceniami wokół siebie warto umieścić w stalowej puszce, co powinno uchronić  inne wrażliwe na pole elektromagnetyczne elementy w urządzeniu audio.

W czułych wzmacniaczach w których żarzenie lamp jest zasilane napięciem zmiennym, może wystąpić problem z brumem, który przenika z żarnika do katody lamp (przez pojemność żarnik- katoda), jest wzmacniany i przez to słyszalny w głośnikach. Środkiem zaradczym jest dokładna symetryzacja napięcia zasilania żarników, lub stosowanie prądu stałego do zasilania żarników lamp.
Z tym problemem częściej spotykają się konstruktorzy stosujący lampy mocy z bezpośrednim żarzeniem, ze względu na bliskie położenie żarnika względem siatki lampy (pojemność żarnik-siatka). Często dokładna symetryzacja żarnika nie pomaga. lub jest skuteczna przez jakiś czas, dopóki lampa nie zmieni swoich parametrów. Pozostaje częsta regulacja symetrii żarzenia lub zasilanie żarnika prądem stałym.

Dużym problemem jest brum wynikający ze złego prowadzenia masy lub niewłaściwego ekranowania obwodów wejściowych lamp.
Jeżeli, mimo dołożenia kolejnego kondensatora elektrolitycznego do zasilacza, przydźwięk sieciowy nie zmniejsza się, winne jest tutaj  niewłaściwe prowadzenie masy. Trzeba zmienić konstrukcję zasilacza czy nawet wzmacniacza, lub poprawić prowadzenie masy (wspólny punkt, grube przewody masy, nie można mieszać dużych prądów, z małymi prądami np. wejścia, odpowiednie ekranowanie przewodów wejściowych i wyjściowych, itp.). Często pętlę masy tworzą interkonekty prawego i lewego kanału, gdy podłączymy wzmacniacz z odtwarzaczem CD/DVD lub innym źródłem sygnału. Wtedy masa jest "zwierana" w gniazdach wejścia lub wyjścia tworząc pętlę. W pętli masy, w różnych jej punktach, występują  niewielkie (rzędu miliwolt) różnice potencjałów, co powoduje powstawanie zakłóceń o charakterze przydźwięku sieciowego. 

Brum słyszalny w głośnikach postaje często po podłączeniu do wzmacniacza gramofonu. Należy obudowy gramofonu i wzmacniacza połączyć dodatkowym przewodem wyrównującym potencjały.
Gramofon ma na obudowie dodatkowy zacisk do takiego przewodu, wzmacniacze które mają wbudowany wzmacniacz gramofonowy, także.

8. Szumy we wzmacniaczach lampowych

 We wzmacniaczach lampowych mogą występować różne źródła szumów:

A).
Szumy prądów płynących przez lampy elektronowe

Lampy szumią bardziej niż elementy półprzewodnikowe. Triody szumią mniej niż pentody. Oczywiście, są też specjalne lampy o niskich szumach, przystosowane do układów o wysokim wzmocnieniu (jak np. wzmacniacze mikrofonowe).
Szum lampy składa się z trzech składowych:
- efekt śrutowy. Nazwa pochodzi stąd, że w głośniku występuje on w postaci odgłosów przypominających uderzanie kuleczek śrutu sypanych na twardą powierzchnię. Powstaje on w wyniku fluktuacji termicznej elektronów w czasie. Im większy prąd anodowy, tym większy efekt szumu. Ma charakter szumu białego, czyli jego częstotliwość zawiera się od zera, do - teoretycznie - nieskończoności.
- efekt migotania. Polega na wahaniu emisji elektronowej w różnych miejscach powierzchni katody. Szczególnie duży poziom szumów migotania wykazują lampy o katodzie tlenkowej bezpośrednio żarzonej. Słyszalny jest w niższych częstotliwościach.
- fluktuacja prądu siatkowego. Teoretycznie w obwodzie siatki prąd nie płynie, praktycznie pewna niewielka wartość tego prądu występuje. Jego wahania dają szum, który ma charakter szumu białego (szerokopasmowego).
Ponieważ najsilniej wzmacniane są sygnały (więc także i szumy) w przedwzmacniaczu, dlatego ważne jest by tutaj pracowały lampy "niskoszumne"  i o dużym nachyleniu charakterystyki siatkowej (Sa). Lampy powinny pracować przy możliwie małym prądzie anodowym i małym prądzie siatki ekranującej (w przypadku tetrod i pentod). Niektórzy producenci lamp podają w charakterystykach lamp "Równoważną oporność szumów dla efektu śrutowego".


B). Szumy rezystorów
Nie tylko lampy szumią, szumią także rezystory. Związane jest to z bezładnym ruchem elektronów w rezystorze. Jest to tzw. szum termiczny.
Jego wartość jest niezależna od wartości płynącego prądu, ani od jego częstotliwości tylko od temperatury i rezystancji. Duża wartość rezystancji i wysoka temperatura powodują, że szum jest większy. Wartość szumu opornika zależy także od jego konstrukcji (warstwowy szumi mocniej niż wykonany w materiału o jednorodnej strukturze).
Szum termiczny rezystora ma charakter szumu białego
(intensywność szumu białego jest równomierna w całym paśmie – od zera do - teoretycznie - nieskończoności).
W elektronice przyjmuje się, że szum można przedstawić jako równoważne źródło napięciowe lub prądowe szumu. Po prostu wartość szumu (który trudno przedstawić jako jakąś wartość fizyczną) przedstawia się w postaci np. napięcia, jakie jest generowane przez szumiący opornik.

Oprócz szumów termicznych, w rezystorach postaje szum zależny od płynącego przez niego prądu. Jest to tzw. szum prądowy.
Szum termiczny rośnie wraz z temperaturą i wartością rezystancji, natomiast nie zależy od częstotliwości przepływającego przezeń prądu. Natomiast szum prądowy odwrotnie - maleje wraz ze wzrostem rezystancji i jest niższy przy wyższych częstotliwościach prądu, natomiast rośnie gdy przepływający prąd zwiększa swoją wartość.


Najbardziej słyszalne są szumy rezystora w obwodzie siatkowym lampy. Duża wartość tego rezystora i "wrażliwość" siatki na wszelkie, nawet niewielkie sygnały, powodują że jest najbardziej krytycznym (oprócz lamp) elementem układu wzmacniacza, generującym najwięcej szumów. Dlatego konstruując czuły przedwzmacniacz zwróćmy uwagę na jakość tego rezystora - zalecane są niskoszumne, a przynajmniej tzw. pięciopaskowe, czyli o tolerancji 1%, ze względu na wyższą jakość materiału z jakiego są wykonane. Ponadto wartość rezystancji rezystora siatkowego powinna być wyśrodkowana - na tyle wysoka, by nie obciążać zbytnio poprzedniego stopnia a na tyle niska, by nie występowały nadmierne szumy. Zwykle ma on wartość ok. 500k w przypadku lamp małej mocy, a mniejszą (150-300k) jako rezystor siatkowy lamp mocy.
Ponieważ, jak pamiętamy, wartość szumu rośnie wraz z temperaturą, nie podgrzewajmy dodatkowo tego rezystora (jak i zresztą innych elementów), umieszczając go w pobliżu źródeł ciepła. 
Chyba, że same są źródłem ciepła...:)

C). Szumy napięć stykowych dwóch różnych materiałów. Wszelkie złącza mechaniczne, mogą szumieć, jeśli składają się z dwóch różnych materiałów. Na przykład przewód miedziany zaciskamy stalową śrubą, wtedy powstaje napięcie kontaktowe wynikające z różnicy potencjałów różnych metali.

Według Wikipedii:
"Napięcie kontaktowe – różnica potencjałów ustalająca się w stanie równowagi termodynamicznej na styku dwóch ciał (metali, półprzewodników). (...)

D). Szumy źle wykonanych połączeń i złej izolacji. W miejscu źle wykonanych połączeń może powstać warstwa izolacji z utlenionego metalu, która tworzy rezystancję powodując szum. Mogą też powstać trzaski i iskrzenia, które będą słyszalne we wzmocnionym sygnale.
We wzmacniaczu lampowym występują wysokie, a nawet bardzo wysokie napięcia (800-1200V w niektórych wzmacniaczach), tak więc ważna jest najwyższa jakość izolacji przewodów i innych elementów, oraz przemyślana konstrukcja, by wzmacniacz nie stwarzał niebezpieczeństwa dla użytkownika.
Należy także pamiętać, że z biegiem czasu we wzmacniaczu osadza się kurz i inne zanieczyszczenia, które osłabiają izolację, co może powodować upływy a nawet przebicia prądu.

O ile szumy spowodowane czynnikami omówionymi w punktach C i D można zminimalizować staranną konstrukcją, to szumy rezystorów i lamp niestety są nie do uniknięcia, bowiem wynikają z samej fizyki elementów wzmacniacza - można je tylko minimalizować.

9. Szumy nośnika czyli taśma magnetofonowa i płyta gramofonowa.

O szumiących taśmach magnetofonowych i płytach gramofonowych powiedziano już wiele, i tutaj my, jako użytkownicy niewiele możemy zrobić. Takie są właściwości tych nośników muzyki, jedynie co możemy zrobić to utrzymywać je w czystości.

Taśmy warto przewijać od czasu do czasu, by nie następowało przebijanie zapisu pomiędzy warstwami zwojów taśmy. Magnetofon jako urządzenie mechaniczne powinien być serwisowany a głowica utrzymywana w czystości.

Płyta gramofonowa - to temat rzeka, lepsze lub gorsze rady można znaleźć w Internecie. Ale płyty winylowe mniej lub bardziej szumią i trzeszczą, niewiele tu można zmienić. Fachowa konserwacja płyty, precyzyjna regulacja i właściwe ustawienie gramofonu to podstawa.

10. Elektrosmog

W obecnych czasach zakłócenia elektromagnetyczne zwane elektrosmogiem są wszechobecne. Nadajniki, telefony komórkowe, komputery domowe, Internet bezprzewodowy, samochody, a także wyładowania elektryczne w atmosferze powodują, że przestrzeń wokół nas wypełniona jest szumem elektromagnetycznym który indukuje się w przewodach sieci energetycznej a także przenika wprost do naszych urządzeń audio, powodując mniej lub bardziej wyraźną degradację sygnału audio.

Środkiem zaradczym może być stosowanie odpowiednich filtrów na wejściu wzmacniacza, a także na kablach zasilania z sieci energetycznej.
Ważną rolę pełni też obudowa wzmacniacza. Dobra obudowa z metalu izoluje od przenikania elektrośmieci do wnętrza w którym wrażliwe lampy zbierają wszelkie - pożądane lub nie - sygnały.
W większości przypadków dobrze sprawdza się stosowanie przewodów sieciowych z bolcem i instalacji domowej z uziemieniem. Jedynie gdyby powstawała pętla masy pomiędzy wzmacniaczem z źródłem sygnału (odtwarzacz CD/DVD, czy inne) to wtedy odtwarzacz podłączamy do przedłużacza bez bolca, by przerwać pętlę masy powstałą pomiędzy urządzeniami.

***

Jak widać, nie jest łatwo zbudować idealny wzmacniacz, a o "drucie ze wzmocnieniem" możemy tylko sobie pomarzyć...

Producenci i konstruktorzy audio starają się ograniczyć tak zniekształcenia jak i inne negatywne czynniki pogarszające jakość wzmacnianego sygnału.
Powodem do dumy dla producenta audio jest podanie w karcie katalogowej wzmacniacza (czy innego elementu toru audio), jak najniższego poziomu zniekształceń i szumów.
Można odnieść wrażenie, że ideałem jest dźwięk klinicznie czysty składający się wyłącznie z tonów podstawowych...

Ale okazuje się często, że "co za mało, to niezdrowo", klinicznie czysty dźwięk także nie jest pożądany.

Dlatego realizatorzy dźwięku starają się temu zaradzić... W jaki sposób?

Pozwolę sobie zacytować interesujący fragment artykułu "Kreowanie zniekształceń" z miesięcznika Estrada i Studio (styczeń 2020 r):

(...) "W ujęciu historycznym termin „zniekształcenia” (ang. distortion) ma głównie negatywne konotacje wśród realizatorów dźwięku, którzy przez całe dekady starali się je minimalizować. Dopiero wraz z pojawieniem się technologii idealnie liniowego zapisu cyfrowego zniekształcenia te stały się czymś, co rutynowo i z rozmysłem wprowadzamy do nagrań. I tu tkwi wielka tajemnica: bardzo subtelne zniekształcenia harmoniczne wcale nie są postrzegane jako coś szkodliwego. Często sprawiają, że dźwięk źródłowy staje się jaśniejszy, mocniejszy, bogatszy czy bardziej nasycony detalami. Na przekór intuicji dodanie odpowiedniej dawki zniekształceń harmonicznych zazwyczaj czyni brzmienie ciekawszym. Ten rodzaj zniekształceń często określa się mianem saturacji, czyli nasycenia, jakkolwiek rozróżnienie pomiędzy tymi terminami sprowadza się tak naprawdę do stopnia intensywności. Jeśli przesadzimy z nasyceniem lub poddamy jego działaniu zbyt złożony materiał dźwiękowy, przekształci się ono w nieprzyjemnie brzmiące zniekształcenie.

Barwa brzmienia czasami odnosi się do charakterystyki częstotliwościowej: gdy wysokie częstotliwości zostaną stłumione albo niskie ulegną podbiciu, brzmienie staje się cieplejsze niż w przypadku płaskiej charakterystyki. Tego rodzaju zakolorowanie można jednak łatwo i skutecznie skorygować za pomocą filtrów. Zwykle termin ten odnosi się do bardziej złożonej kombinacji nierównomiernej odpowiedzi częstotliwościowej z subtelnymi zniekształceniami harmonicznymi, jak na przykład w klasycznym przedwzmacniaczu mikrofonowym Neve 1073. Gitarzyści wprost uwielbiają tego typu zniekształcenia i chętnie wydają swoje pieniądze na efekty podłogowe, które celowo, w ciekawy sposób zniekształcą sygnał z ich instrumentu. Nawet „czyste” dźwięki gitary elektrycznej zwykle ulegają nasyceniu przez obwody wzmacniacza lampowego. Co więcej, techniki te – a bywa, że i efekty podłogowe – stosuje wielu klawiszowców, często z doskonałymi rezultatami. Zniekształcenia występują pod najrozmaitszymi postaciami, od subtelnego wzbogacenia czy delikatnego osłodzenia dźwięku, po radykalne jego przekształcenie, co pozwala tworzyć nowe brzmienia, jakich nie dałoby się uzyskać innymi sposobami. Tak więc jest to jeden z najbardziej ekscytujących i dających najwięcej frajdy aspektów produkcji muzycznej." (...)

(...) "Według starej szkoły realizacji nagrań szum taśmy (magnetofonowej) był zjawiskiem szkodliwym. W kolejnych generacjach magnetofonów starano się go minimalizować, stosując skomplikowane systemy redukcji, zaś w konsoletach wprowadzono funkcję automatyki wyciszeń, dzięki której szum na ścieżkach, na których nic nie było nagrane, ulegał tłumieniu. Epoka technologii cyfrowej uczyniła te wszystkie rozwiązania zbędnymi. Pozbyliśmy się szumu, ale tęsknota pozostała i teraz trzeba modelować ten artefakt przy użyciu wtyczek. Gdyby realizatorzy w latach 60. i 70. usłyszeli, że za kilka dekad artyści będą celowo dodawać do nagrań szum, niewątpliwe zaczęliby się pukać w głowę!
Szum taśmowy jest stały i losowy, a do tego zupełnie niezwiązany z sygnałem zapisanym na taśmie. To nieodłączny szum własny nośnika, a jego poziom zależy od wielu czynników, jak skład warstwy magnetycznej, szerokość taśmy i szybkość przesuwu. Oczywiście nie chodzi o to, by był tak głośny, że zacznie drażnić, a nawet maskować szczegóły nagrania. Jednak niewielka dawka pomaga skleić miks, nadając mu nieco miękkości. Szum taśmy ma raczej łagodny charakter, jest spójny i ma wystarczająco niski poziom, by pozostawać w tle." (...)

 

Bibliografia 


audio retro  >> nie tylko lampy >  
I transformatory głośnikowe I transformatory zasilające I zasilanie lamp I elementy elektroniczne I zniekształcenia I


 

powrót do góry >

I strona główna I audio retro I projekty audio I w wolnym czasie I warto odwiedzić I  

©  2000 - 2024 "A"| Projekt strony: S.C.  |  Wszelkie prawa zastrzeżone