Аналог и цифра - pro и contra звуковой техники (стр. 2 )

Второй - психоакустический - в виде такой же корреляции восприятия характера звучания с учетом совокупного слухового опыта, т. е. слуховой памяти "поколения". Слово "поколение" взято в кавычки потому, что оно относится не к возрастному поколению, а к поколению людей, у которых слуховые опыт и память (в том числе и профессиональная) формировались в определенную технологическую эпоху и которые, соответственно, могут принадлежать к разным возрастным группам.

Говоря о слуховой памяти поколения, нельзя не вспомнить ситуацию, сложившуюся к средине 60-х годов предыдущего столетия, когда происходила смена формата монозвучания на стерео и практически одновременно с этим осуществлялся переход от ламповой технологии к транзисторной. Повальный переход на транзисторные стереоусилители привел к тому, что уже к середине 70-х задолго до "лампового ренессанса" аудиофилы и коллекционеры пластинок почувствовали, что при воспроизведении старых долгоиграющих монопластинок несмотря на Hi-Fi технологию им "чего-то не хватает". Нехватка чего бы то ни было предполагает или частичный дефицит, или полное отсутствие некоторых ожидаемых и привычных кондиций звучания, тогда как на деле оказывалось совсем другое - не дефицит и отсутствие, а, наоборот, присутствие (иногда даже избыток) в звучании того, что отсутствовало ранее.

В частности, транзисторному усилению, как известно, изначально свойственна (в силу открытого много позже явления амплитудно-фазовой конверсии в кристаллических структурах р-n и n-р переходов) склонность к комбинационным обертонам (именно обертонам, а не гармоникам!), которыми и объясняется сухость и жесткость звучания транзисторной техники тех лет. При этом спектральный состав исходной сигналограммы, т. е. фонограммы, при прохождении тракта транзисторного усиления обогащается обертонами, отсутствующими в исходном сигнале. В сравнении с транзистором в электронной лампе это явление в силу иной физики процесса полностью отсутствует и ее спектр ограничивается, например, для двухтактных каскадов с хорошей симметрией режимов и характеристик максимум третьей гармоникой и в редких случаях пятой. Иными словами, при ламповом усилении нелинейные искажения проявляются в некотором изменении энергии гармонических составляющих спектра, не привнося в состав этого спектра других частотных (спектральных) составляющих.

Поэтому нелинейные (гармонические) искажения в ламповой технике по определению "звучат" (да простят меня музыковеды!) более "консонантно" и в буквальном смысле гармонично. Ведь гармониками в спектре музыкального тона фиксированной частоты называются частоты с целочисленными коэффициентами основного тона, иными словами, в целое число раз выше него. Комбинационные же искажения (их еще называют переходными интермодуляционными искажениями - TIM от англ. Transient InterModulation) являются продуктом сложной интермодуляции с появлением обертонов, частоты которых в отличие от гармоник не определяются целочисленными коэффициентами основного тона, а имеют дробные (суммарно-разностные) значения и поэтому в спектре с определенным составом гармоник располагаются между ними. Это можно представить себе, как если бы в музыкальной программе помимо основного оркестра играл еще один, но только небольшой, и при этом играл фальшивыми нотами "между нот" основного.

Отсюда для тогдашних аудиофилов (да и для простых любителей-меломанов) со сложившимся слуховым опытом смена характера предъявления привычных фонограмм создавала чувство ностальгии по прошлому "теплому" и мягкому звучанию. Своим друзьям я в то время давал шутливый совет, который для них звучал довольно кощунственно: "Ребята, смените свои пятнадцатые "Шуры" (одна из самых модных и престижных электромагнитных головок в те годы - Shure V-15) на обычные пьезоголовки, подсоедините их к простому ламповому приемнику, и вы получите "тот самый" звук!"

Эта ситуация не обошла стороной не только потребителей аудиопродукции, но и в первую очередь ее производителей - звукорежиссеров, инженеров, техников и т. д. Смена элементной базы (т. е. радиодеталей, говоря простыми словами) в студийной аппаратуре и оборудовании при переходе на более прогрессивную технологию неизбежно влекла за собой такую же смену характера звучания оборудования. Требовалась и смена идеологии схемных решений при конструировании студийных устройств - линеек пультов, компрессоров, темброблоков, эквалайзеров и т. д. Например, схемная топология микрофонного предусилителя, построенного по традиционной ламповой технологии, не могла быть перенесена "в лоб" при переходе на транзисторную элементную базу. Вследствие различной природы собственных шумов электронных ламп и транзисторов приходилось искать другие схемные решения, чтобы при одних и тех же коэффициентах усиления в сравнении, например, лампового каскада и транзисторного, получить одинаковую спектральную плотность шума.

Собственный шум лампы, например, имеет преимущественно эмиссионно-тепловую природу и определяется в основном свойствами эмиссионного элемента, т. е. катода, а также условиями его работы. В основном это стационарный шум с ровным спектром (исключая, разумеется, фликер-шумы или дробовой шум, которые не обязательно, но иногда присутствуют), не зависящим от усиливаемого сигнала, который поэтому является некоррелированным. Иными словами, при прохождении полезного сигнала (т. е. звуковой программы) шум с ним не взаимодействует, оставаясь как бы в стороне.

Совсем иная картина наблюдается в транзисторе, в котором вследствие упоминаемой выше амплитудно-фазовой конверсии происходят мгновенные изменения ("дрожание") фазы сигнала в зависимости от его амплитуды (я бы рискнул условно назвать это "аналоговым" джиттером транзистора). Происходит это из-за быстро следующих друг за другом циклов мгновенного разогревания-остывания кристаллической структуры транзистора в такт с мгновенными же изменениями амплитуды проходящего сигнала. Это означает, что такие циклы постоянно меняют физические свойства перехода (n-р или р-n) самого транзистора как усилительного устройства и, как следствие, собственный шум транзистора оказывается промодулированным проходящим сигналом.

Поэтому рискну высказать предположение (понимая, что могу навлечь на себя гнев специалистов по полупроводниковой технике), что собственный шум транзистора в стационарном режиме (т. е. в отсутствие сигнала) по спектру будет значительно отличаться от шума в режиме прохождения реального сигнала, и в силу этого обстоятельства собственный шум транзистора в динамическом режиме является в отличие от лампового корреляционным и больше подпадает под определение модуляционного шума, как, например, в магнитной ленте.

На практике это означало следующее: при одинаковом отношении сигнал/шум, скажем 70 дБ (не Бог весть что по современным меркам), ламповый каскад "шипел" субъективно гораздо тише и "мягче", чем транзисторный с таким же значением. В силу того, что "шумоформирующим" является в основном входная ступень усиления, широко распространенным решением было применение во входном каскаде малошумящих транзисторов с высоким коэффициентом усиления (обозначаемым греческой буквой b "бета"). Однако высокая "бета" транзистора (она же m "мю" в лампе) не всегда означает низкий коэффициент нелинейных искажений. Поэтому приходилось "комбинировать" шумы и искажения транзисторов для получения приемлемого шума в малосигнальной области усилительного каскада. Дело в том, что нелинейные искажения в усилительных каскадах не являются константой и также зависят от амплитуды сигнала. В аналоговой технике, как правило, действует принцип - чем меньше амплитуда и усиление, тем меньше искажения. Но чем меньше амплитуда, тем меньше динамический "отрыв" от порога шумов. Поэтому необходим разумный компромисс.

Здесь следует сделать одно существенное пояснение. Когда говорится о выбираемом компромиссе в соотношении шумов и искажений, речь идет не только о технологии проектирования усилительных каскадов и топологии схемных решений, но и о специфике выбора этого соотношения, которое приходится учитывать персоналу студий при настройке оборудования, например, во время записи. Банально, но шум, являясь интегральной величиной, имеет свойство накапливаться от каскада к каскаду и от устройства к устройству. Суммарная величина этого шума образует так называемый шумовой порог ( в английской литературе noise floor).

Поэтому в студийной практике за многие годы работы на несовершенном в шумовом отношении оборудовании у персонала вырабатывается привычка всегда держать сигнал с максимальным уровнем, "впритык" к зоне клиппирования (т. е. ограничения), чтобы, как можно дальше уходя от шумового порога, максимально увеличить динамический диапазон. Но при этом, как было отмечено выше, выходя из области малых искажений и приближаясь к порогу ограничения (клиппирования) сигнала, резко возрастают искажения сигнала с большой амплитудой, которые также, как и шумы, являются интегральной величиной. Такая практика была связана с тем, что в транзисторной технике исторически первыми использовались германиевые транзисторы со значительно более высокой спектральной плотностью шума в сравнении как с лампой, так и с появившимися позднее кремниевыми и полевыми транзисторами.

В этом отношении ламповые каскады при подходе уровня сигнала к зоне клиппирования обеспечивали более естественный звук, хотя гармонические искажения при этом также возрастали. В транзисторных каскадах зона клиппирования гораздо более узкая в смысле естественности звучания за счет крайне резкого возрастания комбинационных искажений АФ (амплитудно-фазовой) конверсии. Кстати, именно в силу этого обстоятельства появившиеся гитарные овердрайвы (т. е. "перегруз" сигнала в ламповых усилителях), в которых возрастание гармонических искажений (особенно с четными номерами гармоник) используется как спецэффект, звучит гораздо более выразительно и "естественно" по сравнению с таким же эффектом, но повторенным на транзисторной элементной базе - физика образования дополнительных обертонов в сигнале при прохождении каскадов на транзисторах, как было сказано выше, принципиально иная. Отсюда звучание транзисторных ограничителей-овердрайвов и особенно фаз-эффектов (от анг. "fuzz", не путать с фазой "phase") более "трескучее" и агрессивно-резкое - замечание будет не лишним для людей, занимающихся тембровым проектированием, т. е. саунд-дизайном.