Bad News...

Me parece que a Blackburn Tech Tube fechou de vez...

A matéria da AudioXpress saiu "um pouco atrasada".
A alegria durou pouco.

Não consigo acessar o website.

Uma pena.

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Boa Notícia!

Meus caros,

Recebi hoje a edição de Novembro da AudioXpress.

Lendo as matérias, tive um grata surpresa e que me trouxe duas alegrias:

1) O renascimento de um clássico que foi revisitado e modernizado: as ECC83 da Mullard que agora se chamam E813CC e,

2) Manufaturadas por uma fábrica "novinha em folha" em Blackburn UK.

Deixe-me explicar o porquê destas duas alegrias.

Primeiro, porque de acordo com o artigo em questão, com este novo projeto do duplo-triodo para alta-fidelidade, uma série de melhorias desenvolvidas ao longo de 40 anos de projetos de cinescópios (as únicas válvulas eletrônicas que continuaram a evoluir depois da década de 60, no ocidente) forneceram-lhes uma série de caracterísitcas fantásticas sendo este revival das famosas Mullard ECC83, apenas o começo. Logo virão as ECC82, ECC81, EL34, KT66, KT88 e outras, de acordo com o fabricante (http://www.techtubevalves.com/).

E segundo porque tendo trabalhado na Philips por quase 10 anos, na fábrica de cinescópios (CRTs) do Brasil, tive a oportunidade de conhecer a planta de Blackburn na região de Simonstone em Mancehester -UK.

Não só conheci a fábrica, como fiz boas amizades e conheci uma boa parte do pessoal que acabaria sendo dispensado pela Philips quando do fechamento da produção de cinescópios. Pessoas com 20, 30, 40 anos de experiência em vidros técnicos, estruturas metálicas refinadas e montagem disto tudo dentro de um bulbo fechado á vácuo, os CRTs.

Tinha ouvido dizer que os empregados estavam tentando "rodar a fábrica" num esquema de cooperativa, mas que a produção de cinescópios andava de mal a pior com a entrada em massa dos monitores de Plasma e mais atualmente dos LCDs.

Fiquei imaginando as pequenas cidades em torno de Simonstone (Blackburn, Burnley, Pendle e outras) com toda a economia baseada na saúde das fábricas da Philips e diversos outros fornecedores, que estavam fechando um a um, vítimas de uma atualização tecnológica rápida e devastadora. Sinal dos tempos...

Lendo esta notícia hoje, fiquei contente pois diz que os ex-empregados foram recontratados para fazer o que sabem fazer melhor: bulbos de vidro com pequenas estruturas metálicas por dentro e fechadas à vácuo! Muitos deles eram jovens aprendizes quando a Mullard foi adquirida pela NV Philips Gloenlampenfabriken B.V.

Nós, do mundo do áudio, só temos a agradecer. Primeiro por restaurar a saúde econômica (ainda que em pequena escala, eu sei...mas já é um começo) à um dos lugares mais bucólicos e interessantes da inglaterra e depois por colocarem produtos sérios e de ótima qualidade de volta no mercado.

Vamos todos torcer para que a produção destas pequenas maravilhas cresça e prospere, tornando acessíveis à todos nós válvulas clássicas e ainda por cima melhoradas com todas as qualidades que fizeram da Mullard uma lenda no mundo do áudio.

Vida longa a TubeTech (ex-Mullard e ex-Philips)!

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A velha questão...

Abaixo, texto integral falando sobre uma das questões mais polêmicas do mundo do Áudio.

Resolvi não traduzí-lo para acabar não colocando minhas palavras no lugar das palavras do Sr. Hamm que, se não esgota o assunto, nos faz refletir um bocado!

Boa leitura.

"Tubes versus Transistors".

Text by Russell O. Hamm

Journal of the Audio Engineering Society May 1973
Sear Sound Studios, New York, N.Y.

*Presented September 14, 1972, at the 43rd Convention of the Audio Engineering Society, New York.

"Engineers and musicians have long debated the question of tube sound versus transistor sound. Previous attempts to measure this difference have always assumed linear operation of the test amplifier. This conventional method of frequency response, distortion, and noise measurement has shown that no significant difference exists. This paper, however, points out that amplifiers are often severely overloaded by signal transients (THD 30%). Under this condition there is a major difference in the harmonic distortion components of the amplified signal, with tubes, transistors, and operational amplifiers separating into distinct groups.
INTRODUCTION:
As a recording engineer we become directly involved with the tube sound versus transistor sound controversy as it related to pop recording. The difference became markedly noticeable as more solid-state consoles made their appearance. Of course there are so many sound problems related to studio acoustics that electronic problems are generally considered the least of one's worries. After acoustically rebuilding several studios, however, we began to question just how much of a role acoustics played.
During one session in a studio notorious for bad sound we plugged the microphones into Ampex portable mixers instead of the regular console. The change in sound quality was nothing short of incredible. All the acoustic changes we had made in that studio never had brought about the vast improvement in the sound that a single change in electronics had. Over a period of several years we continued this rather informal investigation of the electronic sound problem. In the past, we have heard many widely varied theories that explain the problem, but no one, however, could actually measure it in meaningful terms.
PSYCHOACOUSTICS
Anyone who listens to phonograph records closely can tell that tubes sound different from transistors. Defining what this difference is, however, is a complex psycho-acoustical problem. Any investigation of this admittedly subtle phenomenon must really begin with a few human observations. Some people try to point out and describe valid differences. Others just object to the entire thesis and resort to spouting opinions. It is the listener's job to sort out the facts from the fiction.
Electrical engineers, especially the ones who design recording equipment, can prove that these is no difference in tube or transistor sound. They do this by showing the latest specification sheets and quoting electronic figures which are visually quite impressive. It is true, according to the parameters being measured, that these is only a marginal difference in the signal quality. But are there some important parameters which are not being measured? One engineer who admits that there might be some marginal difference in the sound, says, "You just have to get used to the nice clean sound of transistors. What you've been listening to on tubes is a lot of distortion." Of course the question which comes to mind is, What is this distortion and how is it measured?
Psycho-acoustically, musicians make more objective subjects than engineers. While their terms may not be expressed in standard units, the musician's "by ear" measuring technique seems quite valid. Consider the possibility that the ear's response may be quite different than an oscilloscope's.
"Tube records have more bass. . . . The bass actually sounds an octave lower," says one rock guitarist. A couple of professional studio players have pointed out on numerous occasions that the middle range of tube recordings is very clear, each instrument has presence, even at very low playback levels. Transistor recordings tend to emphasize the sibilants and cymbals, especially at low levels. "Transistor recordings are very clean but they lack the 'air' of a good tube recording." "With tubes there is a space between the instruments even when they play loud . . . transistors make a lot of buzzing." Two people commented that transistors added a lot of musically unrelated harmonics or white noise, especially on attack transients. This same phenomenon was expressed by another person as a "shattered glass" sound that restricted the dynamics. It was generally agreed that tubes did not have this problem because they overloaded gently. Finally, according to one record producer, "Transistor records sound restricted like they're under a blanket. Tube records jump out of the speaker at you. . . . Transistors have highs and lows but there is no punch to the sound.”
When we heard an unusually loud and clear popular-music studio recording, we tried to trace its origin. In almost every case we found that the recording console had vacuum- tube preamplifiers. We are specific in mentioning preamplifiers because in many cases we found hybrid systems. Typically this is a three- or four-track console that is modified with solid-state line amplifiers to feed a solid-state eight- or sixteen-track tape machine. Our extensive checking has indicated only two areas where vacuum-tube circuitry makes a definite audible difference in the sound quality: microphone preamplifiers and power amplifiers driving speakers or disc cutters. Both are applications where there is a mechanical-electrical interface.
As the preliminary basis for our further investigation we decided to look into microphones and preamplifier signal levels under actual studio operating conditions. Hoping to find some clues here we would then try to carry this work further and relate electrical operating conditions to acoustically subjective sound colorations. Our search through published literature showed that little work has been undertaken in this area. Most microphone manufacturers publish extensive data on output levels under standard test conditions [1], but this is rather hard to convert to terms of microphone distances and playing volumes. Preamplifier circuit design is well covered for noise considerations [2], but not from the standpoint of actual microphone operating levels. Distortion has been treated in numerous ways [3-5], butwith very few references to musical sound quality [10].
MICROPHONE OUTPUT LEVELS
To get a rough idea of the voltage output from different types of microphones, an oscilloscope was paralleled across inputs of a console. During the normal popular-music type sessions, peak readings of 1 volt or more were common, especially from close-up microphones on voice and drums. Due to the linear voltage scale, oscilloscope measurements over more than a 10-dB range are difficult. By building a simple bipolar logarithmic amplifier, the useful measuring range was extended to about four decades (Fig. 1). Considerable studio observation finally led to the construction of a peak holding type decibel meter. This circuit retained transient peaks of more than 50 microseconds within 2-dB accuracy for about 10 seconds; long enough to write them down. Using the logarithmic oscilloscope display and the peak meter together proved very useful in gathering a wealth of data about real-life microphone signals.
Fig. 1. Simplified bipolar logarithmic amplifier schematic.

Table I shows the normal peak outputs from several popular types of studio microphones. All the readings are taken with the microphone operating into the primary of an unloaded transformer. Pickup distances are indicated for each instrument and were determined by normal studio practice. Table II is an abridgement of a similar studio done by Fine Recording, Inc., several years ago. Details of this test setup are not available but the readings are probably taken without the 6-dB pad commonly used on the U-47 microphone today. Some calculations based on the manufacturer's published sensitivity for these microphones indicated that acoustic sound-pressure levels in excess of 130 dB are common. While the latest console preamplifiers have less noise, less distortion, and more knobs than ever before, they are not designed to handle this kind of input level. In most commercially available preamplifiers, head room runs on the order of +20 dBm, 1 and gain is commonly set at 40 dB. With these basic parameters it is clear from the data shown in Tables I and II that severe overloads can occur on peaks from almost all instruments. For example, a U-87 microphone gives a peak output of -1 dBm from a large floor tom. Amplification by 40 dB in the microphone preamplifier results in an output swing of +39 dBm, or almost 20 dB above the overload point. Logically a peak of this magnitude should be severely distorted.

Most recording consoles today have variable resistive pads on the microphone inputs to attenuate signal levels which are beyond the capabilities of the preamplifier. The common use of these input pads supposedly came about with the advent of loud rock music; however, this is not true in fact. For some 20 years it has been common to use a Neumann U-47 microphone for close microphone recording of brass and voice. Table II shows output levels requiring 10-20 dB of padding under these conditions, and this does agree with recording practice today where solid-state amplifiers are used. But most tube consoles did not have input pads and yet the same microphone performed with little noticeable distortion. Certainly brass players and singers are not that much louder today than they were yesterday. The microphone distance is about the same. The preamplifier specifications have not changed that much. Yet transistors require pads and tubes do not.

Here then is the hypothesis for further investigation. In the usual evaluation of audio preamplifiers it is assumed that they are operated in their linear range, i.e., harmonic distortion less than 10%. In this range tubes and transistors do have very similar performance characteristics. But the preceding section points out that amplifiers are often operated far out of their linear range at signal levels which would cause severe distortion. Under these conditions, tubes and transistors appear to behave quite differently from a sound viewpoint.
DISTORTION CHARACTERISTICS OF PREAMPLIFIERS
Three commercially available microphone preamplifiers of different designs were set up in the recording studio. Each amplifier was adjusted for a gain of 40 dB and an overload point of 3% total harmonic distortion (THD) at +18 dBm. Preamplifier 1 was a transistor design, preamplifier 2 was a hybrid operational amplifier, and preamplifier 3 was a vacuum-tube triode design. The amplifier outputs were terminated in 600-ohm loads and bridged by the monitoring system. The test signal, U-87 microphone, and large floor tom were switcheable to each preamplifier input.
An informal group of studio personnel listened to the outputs of the three amplifiers on the normal control room monitor speakers. As the test signal was switched from one amplifier to another, listeners were asked to judge the sound quality. The output of amplifiers 1 and 2 was unanimously judged to be severely distorted. Amplifier 3, however, sounded clean. The test was repeated several times inserting attenuating pads in the microphone line until each amplifier sounded undistorted. Amplifier 1 could stand overloads of 5-10 dB without noticeable distortion. Amplifier 2 showed noticeable distortion at about 5 dB overload. Further listening revealed that it was onlyin the range of early overload where the amplifiers differed appreciably in sound quality. Once the amplifiers were well into the distortion region, they all sounded alike -- distorted. In their normal non-overload range all three amplifiers sounded very clean.
The listening tests clearly indicate that the overload margin varies widely between different types of amplifiers. Engineering studios show that any amplifier adds distortion as soon as the overload point is reached. The tests show that all amplifiers could be overloaded to a certain degree without this distortion becoming noticeable. It may be concluded that these inaudible harmonics in the early overload condition might very well be causing the difference in sound coloration between tubes and transistors.
To get a general representation of the character of harmonic distortion in audio amplifiers, overload curves were plotted for about fifty different circuits. The tube circuits used the popular 12AY7 and 12AX7 triodes, the 8628 and 7586 triode nuvistors, and the 5879 pentode. These tubes have all been extensively used in recording console preamplifiers.
The 2N3391A, 2N5089, and 2N3117 silicon PNP transistors were also chosen because of their extensive use in console and tape recorder circuitry. For comparison purposes tests were also run on the 2N5087 which is the PNP sister of the 2N5089. Operational amplifiers included the popular 709 and LM301 monolithic units and two commercially available hybrid designs used in recording consoles.

Fig. 2. Single-stage amplifier comparison of total harmonic distortion (THD).
The curves shown in Fig. 2 are representative of the general distortion characteristics of single-stage class A audio amplifiers. The devices are all operating open loop (no feedback) with a bias point which allows for maximum undistorted output swing. The curves are referenced to a common point of 3% (THD), regardless of actual input or output levels. Since the objective of these comparisons is to detect variations in the slopes of the distortion characteristics, the x axis is a scale of relative level independent of circuit impedance considerations. These particular curves were chosen from the many plotted as representative of different families: silicon transistors, triodes, and pentode. A quick look shows that the often versed opinion that tubes overload more gently than transistors is obviously a myth.

Fig. 3. Multistage amplifier comparison of total harmonic distortion (THD).

Fig. 3 shows the distortion characteristics for four different commercially available preamplifiers, using two or more stages of amplification. All the circuits use feedback, a couple are push- pull. Each amplifier is operating into 600 ohms at a gain of 40 dB. As in the previous curves, there is a common reference point of 1% THD. While these curves show a marked difference from the single-stage amplifiers, a review of the many different amplifiers tested shows that the slopes of all THD curves run about the same. The lack of a wide variation between the curves indicates that THD plots are not very relevant to what the ear hears in the listening tests. Another series of tests were made on the same group of preamplifiers using a spectrum analyzer to measure the amplitude of individual harmonics. Each amplifier was driven 12 dB into overload, starting from a reference point of 1% third harmonic distortion. Every harmonic to the seventh was plotted. Since it is not possible to measure the relative phase of the harmonics on the spectrum analyzer, the overload waveforms were recorded for Fourier analysis on the digital computer. The resulting plots divided amplifiers into three distinct categories.
1) Tube Characteristics

Fig. 4. Distortion components for two-stage triode amplifier.

Fig. 4 shows the distortion components for a typical two-stage 12AY7 amplifier. This particular design is quite representative of several single-ended, multistage triode tube amplifiers tested. The outstanding characteristic is the dominance of the second harmonic followed closely by the third. The fourth harmonic rises 3-4 dB later, running parallel to the third. The fifth, sixth, and seventh remain below 5% out to the 12-dB overload point. These curves seem to be a general characteristic of all the triode amplifiers tested, whether octal, miniature, nuvistor, single-ended, or push-pull. Fig. 5 is the waveform at 12 dB of overload. The clipping is unsymmetrical with a shifted duty cycle. Again this is a characteristic of all the triode amplifiers tested.

Fig. 5. Waveform of triode amplifier of Fig. 4 at 12-dB overload. 1000-Hz tone

Fig. 6. Distortion components for two-stage pentode amplifier.

Fig. 6 shows the distortion components for a two-stage single-ended pentode amplifier. Here the third harmonic is dominant and the second rises about 3 dB later with the same slope. Both the fourth and fifth are prominent while the sixth and seventh remain under 5%. The waveform at 12-dB overload (Fig. 7), is similar to the triode, but its duty cycle is not shifted as much. It is not reasonable to assume that virtually all tube amplifiers can be represented by these two examples. However, the major characteristic of the tube amplifier is the presence of strong second and third harmonics, sometimes in concert with the fourth and fifth, but always much greater in amplitude. Harmonics higher than the fifth are not significant until the overload is beyond 12 dB. These characteristics seem to hold true for wide variations in circuit design parameters. The extreme difference in the tube amplifiers is the interchanging of the position of the second and third harmonics. This effect is not just a characteristic of the pentode, it is common to triodes too.

Fig. 7. Waveform of pentode amplifier of Fig. 6 at 12 dB overload, 1000-Hz tone.
Fig. 8. Distortion components for multistage capacitor-coupled transistor amplifier.

2) Transistor Characteristics
Figs. 8 and 10 show the characteristics of two transistor amplifiers. Like the previous figures the curves are representative of all the transistor amplifiers tested. The distinguishing feature is the strong third harmonic component. All other harmonics are present, but at a much lower amplitude than the third. When the overload reaches a break point, all the higher harmonics begin to rise simultaneously. This point is generally with 3-6 dB of the 1% third harmonic point. The waveforms of these amplifiers (Figs. 9 and 11) are distinctly square wave in form with symmetrical clipping and an almost perfect duty cycle. Both amplifiers shown have single-ended inputs and push-pull outputs. However, the circuit designs are radically different.

Fig. 9. Waveform for transistor amplifier of Fig. 8 at 12-dB overload, 1000-Hz tone.
Fig. 10. Distortion components for multistage transformer-coupled transistor amplifier. Fig. 11. Waveform for transistor amplifier of Fig. 10 at 12-dB overload, 1000-Hz tone.

3) Operational-Amplifier Characteristics
Fig. 12 is a hybrid operational amplifier. The third harmonic rises steeply as the dominant distortion component in a characteristic similar to the transistor. Also rising very strongly from the same point are the fifth and seventh harmonics. All even harmonics are suppressed completely. The waveform of Fig. 13 is a perfect square wave. As a classification group, operational amplifiers have the most uniform characteristics with almost no deviation from the curves shown in this example.

Fig. 12. Distortion components for monolithic operational amplifier with hybrid output stage. Fig. 13. Waveform for operational amplifier of Fig. 12 at 12-dB overload, 1000-Hz tone.

In view of the transient nature of audio signals, steady-state single-frequency distortion analysis could yield questionable results. Indeed, the arguments for and against sine-wave and pulse test signals for audio system testing have been the subject for a number of engineering papers [4], [7]. For our purposes, however, a few minutes toying with an electronic synthesizer quickly proved that musical instruments do not produce fast pulses. For example, a good simulation of the large floor tom used in the amplifier listening tests is a 100-Hz tone modulated with an envelope rise time of 5 ms and a decay time of 300 ms. Also an extensive study of trumpet tones [6] measured the rise time of the fastest staccato notes at 12 ms. Certainly, rise times of these orders can not be considered pulses for audio amplifiers with pass-bands extending to 20 kHz or better. Just to further prove the correctness of the preceding steady-state results, the synthesized floor tom signal was used to test the same amplifiers at the same level as the microphone signal.

Fig. 14. a. Envelope of Moog-generated floor tom test signal.

b. Envelope clipping of transient signals by amplifier is identical to single-frequency clipping levels.
Careful observation of the amplified signal showed that envelope clipping was identical to the steady-state clipping level (Fig. 14). There were no glitches or other fast transient phenomena in the output signal.
SIGNIFICANCE OF MUSICAL HARMONICS
Having divided amplifiers into three groups of distortion characteristics, the next step is to determine how the harmonics relate to hearing. There is a close parallel here between electronic distortion and musical tone coloration that is the real key to why tubes and transistors sound different. Perhaps the most knowledgeable authorities in this area are the craftsman who builds organs and musical instruments [8], [9]. Through many years of careful experimentation these artisans have determined how various harmonics relate to the coloration of an instrument's tonal quality.
The primary color characteristic of an instrument is determined by the strength of the first few harmonics. Each of the lower harmonics produces its own characteristic effect when it is dominant or it can modify the effect of another dominant harmonic if it is prominent. In the simplest classification, the lower harmonics are divided into two tonal groups. The odd harmonics (third and fifth) produce a "stopped" or "covered" sound. The even harmonics (second, fourth, and sixth) produce "choral" or "singing" sounds.
The second and third harmonics are the most important from the viewpoint of the electronic distortion graphs in the previous section. Musically the second is an octave above the fundamental and is almost inaudible; yet it adds body to the sound, making it fuller. The third is termed quint or musical twelfth. It produces a sound many musicians refer to as "blanketed." Instead of making the tone fuller, a strong third actually gives the sound a metallic quality that gets annoying in character as its amplitude increases. A strong second with a strong third tends to open the "covered" effect. Adding the fourth and fifth to this changes the sound to an "open horn" like character.
The higher harmonics, above the seventh, give the tone "edge" or "bite." Provided the edge is balanced to the basic musical tone, it tends to reinforce the fundamental, giving the sound a sharp attack quality. Many of the edge harmonics are musically unrelated pitches such as the seventh, ninth, and eleventh. Therefore, too much edge can produce a raspy dissonant quality. Since the ear seems very sensitive to the edge harmonics, controlling their amplitude is of paramount importance. The previously mentioned study of the trumpet tone [6] shows that the edge effect is directly related to the loudness of the tone. Playing the same trumpet note loud or soft makes little difference in the amplitude of the fundamental and the lower harmonics. However, harmonics above the sixth increase and decrease in amplitude in almost direct proportion to the loudness. This edge balance is a critically important loudness signal for the human ear.

RELATIONSHIP OF FACTORS AND FINDINGS
The basic cause of the difference in tube and transistor sound is the weighting of harmonic distortion components in the amplifier's overload region. Transistor amplifiers exhibit a strong component of third harmonic distortion when driven into overload. This harmonic produces a "covered" sound, giving a recording a restricted quality. Alternatively a tube amplifier when overloaded generates a whole spectrum of harmonics. Particularly strong are the second, third, fourth, and fifth overtones, which give a full-bodies "brassy" quality to the sound. The further any amplifier is driven into saturation, the greater the amplitude of the higher harmonics like the seventh, eighth, ninth, etc. These add edge to the sound which the ear translates to loudness information. Overloading an operational amplifier produces such steeply rising edge harmonics that they become objectionable within a 5-dB range. Transistors extend this overload range to about 10 dB and tubes widen it to 20 dB or more. Using this basic analysis, the psycho-acoustic characteristics stated in the beginning of this paper can be related to the electrical harmonic properties of each type of amplifier.
It was not part of the original intent of this paper to analyze operational amplifiers. However, the tests show that they fall into a distinct class of their own. Basically, operational amplifiers produce strong third, fifth and seventh harmonics when driven only a few dB into overload. The resultant sound is metallic with a very harsh edge which the ear hears as strong distortion. Since this sound is so objectionable, it acts as a clearly audible overload warning signal. Consequently, operational amplifiers are rarely operated in their saturation region. This results in a very cleanly amplified sound with little coloration and true dynamic range within the limitations of the amplifier. True dynamic range is not necessarily the determinant of good sound reproduction, however, since it is much greater than any disc or tape system presently available. Because of their characteristics, operational amplifiers produce only the top end of the dynamic range which contains all the transients but lacks the solid pitch information which the ear hears as music. When records of true dynamic range are played on a limited-range system, they sound very thin. This relates directly to the originally cited listener's comment that transistor records were very clean but sounded sibilant and cymbally.
The transistor characteristics which our subjects noted were the buzzing or white-noise sound and the lack of "punch." The buzz is of course directly related to the edge produced by overloading on transients. The guess that this is white noise is due to the fact that many of the edge harmonics like the seventh and ninth are not musically related to the fundamental. The ear hears these dissonant tones as a kind of noise accompanying every attack. The lack of punch is due to the strong third harmonic which is inaudibly "blanketing" the sound. This is correctable by using a large enough pad to prevent all peaks from reaching the amplifier's saturated region. But from a practical standpoint, there is no way of determining this on most consoles. Adding auxiliary peak indicators on the input preamplifiers could alleviate both these problems, and the sound would be very close to that of the operational amplifier in its linear region.
Vacuum-tube amplifiers differ from transistor and operational amplifiers because they can be operated in the overload region without adding objectionable distortion. The combination of the slow rising edge and the open harmonic structure of the overload characteristics form an almost ideal sound- recording compressor. Within the 15-20 dB "safe" overload range, the electrical output of the tube amplifier increases by only 2-4 dB, acting like a limiter. However, since the edge is increasing within this range, the subjective loudness remains uncompressed to the ear. This effect causes tube-amplified signals to have a high apparent level which is not indicated on a volume indicator (VU meter). Tubes sound louder and have a better signal-to-noise ratio because of this extra subjective head room that transistor amplifiers do not have. Tubes get punch from their naturally brassy overload characteristics. Since the loud signals can be recorded at higher levels, the softer signals are also louder, so they are not lost in tape hiss and they effectively give the tube sound greater clarity. The feeling of more bass response is directly related to the strong second and third harmonic components which reinforce the "natural" bass with "synthetic" bass [5]. In the context of a limited dynamic range system like the phonograph, recordings made with vacuum-tube preamplifiers will have more apparent level and a greater signal to system noise ratio than recordings made with transistors or operational amplifiers.

ACKNOWLEDGMENT
The author wishes to thank Walter Sear and Peter Scheiber for innumerable helpful discussions on the musician's viewpoint of sound. He also wishes to thank John Olson of RCA and Steve Temmer of Gotham Audio for the loaning of amplifiers
REFERENCES
[1] "Neumann Transistor Condensor Microphones," Gotham Audio Corp., Sales Bulletin (1971).
[2] A. D. Smith and P. H. Wittman, "Design Considerations of Low-Noise Audio Input Circuitry for a Professional Microphone Mixer," J. of the Audio Eng. Soc., vol. 18, pp. 140-156 (April 1970).
[3] A. Schaumberger, "The Application of Impulse Measurement Techniques to the Detection of Linear Distortion," J. of the Audio Eng. Soc., vol. 19, pp. 664-668 (Sept. 1971).
[4] M. Otala, "Circuit Design Modifications for Minimizing Transient Intermodulation Distortion in Audio Amplifiers," J. of the Audio Eng. Soc., vol. 20, pp. 396-399 (June 1972)
[5] F. Langford-Smith, Radiotron Designer's Handbook (RCA, 1953), chapter 14.
[6] J. C. Risset, "Computer Study of Trumpet Tones," Bell Telephone Laboratories, File MM-66-1222-2.
[7] J. R. Ashley, T. A. Saponas, and R. C. Matson, "Test Signals for Music Reproduction Systems," IEEE Spectrum, vol. 8, pp. 53-61 (July 1971).
[8] A. H. Benade, Horns, Strings and Harmony, (Doubleday, New York, 1960).
[9] R. A. Schaefer, "New Techniques for Organ Tone Generation," J. of the Audio Eng. Soc., vol. 19, pp. 570-575 (July/Aug. 1971).
[10] R. Langevin, "Intermodulation Distortion in Tape Recording,"J. of the Audio Eng. Soc., vol. 11, pp. 270-278 (July 1963).

THE AUTHOR
Russell O. Hamm received his engineering training at the University of New Hampshire. He worked for Vidcom Electronics and later the Fine Recording division of that company, designing and supervising the installation of their extensive 16-track recording facilities. While with Fine Recordings, Mr. Hamm did a great deal of experimentation in stereophonic and quadraphonic sound for records and motion pictures which, in conjunction with Peter Scheiber, formed the basis for the development of the present matrix-quad record. Mr. Hamm's record-producing and engineering credits include albums, commercials, and motion-picture sound tracks by many well-known artists. Mr. Hamm presently serves as a Consultant to Sear Sound Studios in New York and is constructing Ditanfra Studios in the Virgin Islands".

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Classes de operação dos amplificadores de áudio

Objetivo.
Esclarecer em linhas gerais os conceitos envolvidos quando o assunto são as “classes de operação de amplificadores”.
Vamos estabelecer alguns conceitos básicos e com quase nenhuma matemática, explanar estes conceitos e expandi-los de modo a termos uma visão geral.

Introdução.
Todos nós já ouvimos falar em classe de operação dos amplificadores, ou melhor dizendo, “Amplificadores classe A”, “classe B”, “classe C”, “AB”, “AB1”, etc.
Quando nos referimos à classe de um amplificador, nós não estamos nos referindo à sua qualidade de reprodução sonora diretamente, mas ao modo como os circuitos internos estão arranjados para que ele trabalhe corretamente e desempenhe sua função primordial: amplificar um sinal elétrico.

Tomemos como partida a definição de alguns conceitos importantes:
Quadripolos: diz-se que um elemento que possui 2 terminais de entrada e dois terminais de saída é um quadripolo. Classificam-se em quadripolos ativos ou passivos.
Quadripolo ativo: o sinal que sai do elemento analisado é igual ou maior em amplitude que o o sinal que entrou.
Quadripolo passivo: é o oposto, ou seja, o sinal de saída mostra-se atenuado em relação ao sinal de entrada.
Ganho: é a relação numérica (número adimensional) entre o valor do sinal de saída dividido pelo valor do sinal de entrada. Exemplo: 20Vpp de saída para um sinal de 20mV de entrada no quadripolo, temos: 20(Vpp)/0,02(Vpp)=1000. Portanto para um quadripolo ativo que apresente esta relação, dizemos que o ganho em tensão foi de 1000:1, ou simplesmente AV=1000.
Ganho em dB (Decibéis). [dB] = um décimo da unidade Bell. Não vamos nos ater à matemática da coisa, mas precisamos saber que o dB (decibel) é uma unidade que expressa grandezas logarítmicas trazidas ao mundo linear. É uma maneira muito confortável e conveniente de se escrever, por exemplo, em uma escala plana, todo o espectro audível do ser humano sem precisarmos de um gráfico de vários metros de comprimento. Imagine se fizéssemos uma graduação a cada 1Hz. Teríamos um gráfico com pelo menos 20.000 divisões. Para facilitar usamos uma escala logarítmica, justamente como a unidade dB, onde cada vez que dobramos a escala, temos na verdade uma multiplicação por 10x. Para expressarmos um ganho (ou atenuação) em dB lançamos mão da seguinte fórmula: AV (dB) =20xLog(AV). Para um AV de 1000, temos um AV(db)=+60dB.
Rendimento (η): diz-se que é o quanto existe de efetividade de transformação de um tipo de energia em outra. É o tanto de energia que saiu do sistema (nosso quadripolo ativo, por exemplo) menos a energia que foi perdida para o ambiente, na forma de calor, luz, movimento, etc. É uma relação entre energias, portanto um número adimensional, como o ganho. Diz-se que o rendimento de um quadripolo é igual à divisão da potência de saída pela potência de entrada (Pout/Pin).
Potência elétrica: é a capacidade de um componente qualquer em produzir algum trabalho, seja ele convertendo corrente em luz, calor, movimento, etc. No caso da potência elétrica, esta é igual à corrente multiplicada pela tensão (ou vice-versa). Potência de entrada = Tensão de entrada x Corrente de entrada. Potência de saída = Tensão de saída x Corrente de saída.
Curva de transferência: É uma curva (ou reta, parábola, hipérbole, etc) que mostra graficamente o comportamento da relação entre duas grandezas físicas, normalmente Correntes versus Tensão, Potência versus temperatura, Impedância versus freqüência, etc.
Ponto Quiescente (Q). Coordenada de um ponto (x;y) na curva de transferência do elemento ativo do quadripolo, onde o circuito se mantém polarizado, ou estabilizado, quando não existe excitação de entrada. É o ponto de “repouso elétrico” do amplificador proporcionado pelos componentes polarizadores do elemento ativo (resistores, capacitores, indutores, diodos etc).
Elemento ativo em um quadripolo: é o componente principal responsável pelo comportamento de ganho ou atenuação do quadripolo. São os transistores de junção, FETs, unijunção, tríodos, pentodos, beam-power tubes, amplificadores operacionais, amplificadores híbridos, etc.
Ia = Corrente de ânodo, Ik=corrente de cátodo, Vg=tensão de grade, Vgk=tensão entre grade e cátodo, Va=tensão de ânodo, Vk=tensão de cátodo, Ra=resistência de ânodo, Gm=ganho de tensão (usado para válvulas), μ = transcondutância mútua

Conhecendo-se estes conceitos básicos, podemos falar sobre as classes de operação e suas características.

Classes de Operação:

Classe A
Usados para amplificar os sinais de maneira simples e direta. É o modo de operação ancestral de todos os amplificadores. Nasceu junto com os primeiros amplificadores de áudio baseados no Áudion de DeForrest, fabricados pela Western Electric Corporation of América a partir da década de 1910 para equipar os primeiros rádio-receptores e telégrafos sem fio.
O ponto de trabalho (polarização) do elemento ativo (válvula) é forçado a ficar no meio da curva de transferência Ia x Vk (em função de uma determinada tensão Vg).
Dada esta característica de colocação do ponto Q no meio da curva, o sinal a amplificar percorre toda a extensão da curva de transferência indo da parte mais inferior da curva até a parte mais superior, ou seja, o amplificador está constantemente trabalhando e por conseqüência, irradiando energia na forma de calor, logo nem toda a potência é convertida em programa sonoro. Existem perdas por dissipação de calor. Seu rendimento é por volta de 25 a 50%.
Fig.1

Fig.2 Classe B
Os amplificadores classe B nasceram da necessidade de se converter as perdas por irradiação de calor em energia útil. Polarizam-se os elementos ativos de modo que só conduzam ½ programa, ou seja, só o semiciclo positivo (ou negativo, conforme a polarização) do sinal em questão. Permanece conduzindo somente 50% do tempo, o resto do tempo permanece no estado “cortado”, sem dissipar energia para o meio ambiente na forma de calor. É mais eficiente que a classe A, porém não possui fidelidade alguma em função do corte e saturação do elemento ativo. Seu rendimento é por volta de 78,5%.
Fig.3 Fig.4 Classe C
Foi a evolução natural da Classe B. Surgiu com a necessidade de implementação dos grandes transmissores de telegrafia (à princípio), telefonia e em seguida a rádio-telegrafia e rádio-telefonia. Como o programa de RF (radiofreqüência) nos transmissores não carrega informação além daquela modulada em amplitude ou em freqüência, não é necessário ter fidelidade alguma de reprodução (o sinal não vai diretamente para um transdutor: alto-falante). A única coisa que interessa é a máxima transferência de potência para a antena, logo se polariza o elemento ativo de tal forma que somente uma parte do semiciclo é efetivamente utilizado, garantindo que praticamente toda a potência se converta em energia e nada fique sobre o elemento ativo que trabalha nos extremos de suas curvas de transferência, ou seja, no corte ou saturação totais. Seu rendimento é por volta de 90%.
Fig. 5

Fig.6 Classe AB (AB1 e AB2)
Com o passar do tempo, a sofisticação dos transdutores sonoros (caixas, alto-falantes, cornetas, etc) foi aumentando e, com a disseminação da sétima arte na década de 1930, surgiram os primeiros amplificadores comerciais que se utilizavam o que havia de melhor nas duas primeiras classes de operação: fidelidade e máxima transferência de potência. Isto mesmo, os amplificadores classe AB, são híbridos das duas primeiras classes explanadas anteriormente. Utilizamos uma configuração tipo push-pull onde temos dois elementos operando em contra-fase, ou seja, cada elemento recebe uma parte do sinal defasada de 180° e fica responsável por conduzir “um pouco mais” que somente o seu semiciclo, e os circuitos auxiliares, ao redor do elemento ativo, fazem a “emenda” do programa sonoro sobrepondo os dois sinais amplificados individualmente e recompondo o sinal original que foi amplificado em duas metades, separadamente. No gráfico abaixo vemos a representação para apenas um dos elementos do push-pull. O outro elemento é exatamente a mesma coisa só que defasado em 180°.
Fig.7

Fig.8

Classes AB1 e AB2 diferem em função da corrente de grade que pode ou não fluir para o elemento amplificador (válvula) dependendo das características dos mesmos. Estas diferenças só têm sentido quando falamos de amplificadores valvulados, para os demais elementos ativos, nos limitamos à terminologia AB.
Seu rendimento é por volta de 75%.

Classe D
Fig.9 São os chamados amplificadores digitais ou PWM (Pulse Width Modulation). É uma classe de operação onde os elementos ativos são forçados a trabalhar digitalmente, ou seja, no corte (nível lógico zero) ou na saturação (nível lógico um). O sinal de áudio passa por um circuito comparador que trabalha chaveando os elementos de potência, gerando um trem de pulsos modulados em “tempo ligado” e “tempo desligado”, conforme desenho abaixo.
Fig.10 Com este tipo de comportamento, podemos dizer que praticamente não existem perdas por dissipação de calor e a eficiência deste circuito chega bem próximo de 100%, porém a reconstrução do sinal original amplificado, fica a cargo de um circuito reativo (indutivo geralmente) que acaba por introduzir alguns inconvenientes: desvios de fase, desvios de freqüência, harmônicos, transientes, perda de resolução devido à taxa de amostragem, etc. Definitivamente não são amplificadores indicados para High-End. São muito utilizados em unidades de PA (Public Address, ou sonorização em grande ambientes) autônomas, onde a fidelidade sonora ao ar-livre não têm tanta importância quanto o volume sonoro. Também são largamente empregados em amplificadores de sub-graves onde os desvios de fase e freqüência são praticamente imperceptíveis. Seu rendimento é por volta de 90%.

Classes E e F
São amplificadores sintonizados utilizados para amplificação de RF e não se prestam a amplificação de sinais de áudio, visto possuírem uma banda passante muito estreita e da ordem 200kHz em diante, chegando à faixa dos Ghz.

Classes G e H
São ambas variações da classe AB e foram criadas para melhorar a eficiência da classe original. Na classe G temos as fontes de alimentação variáveis que são chaveadas conforme a solicitação do programa de áudio (em valores pré-fixados), evitando assim dissipação desnecessária. São usados diversos valores fixos de tensões nas fontes.
Fig.11 Na Classe H, um circuito modulador varia o tempo todo a tensão das fontes em função do programa, ficando apenas alguns volts acima da tensão necessária comandada pelo programa de áudio, aumentando ainda mais a eficiência.
Fig.12

Ambas as classes são usadas em amplificação de altíssimas potências, onde transformadores de força e dissipadores de potência podem se tornar fatores proibitivos na concepção e execução de um projeto. Seu rendimento é por volta de 95 a 98%.

Conclusão
Existem ainda duas outras classes de operação, mas são preciosismos dos fabricantes que acabaram embalando a “Classe D” em “roupagens” um pouco mais sofisticadas, porém com as mesmas características básicas, nos referimos às Classes T e Z.

Espero que este breve texto possa trazer alguma luz aos iniciantes e esclarecer alguns aspectos básicos do maravilhoso mundo da amplificação de áudio.

Mãos à obra!

Luciano Peccerini Junior

Válvulas, quando trocar?

Meus caros,
Ao longo de todo este tempo que trabalho com válvulas e "gizmos" valvulados, volta-e-meia me deparo com amigos-clientes perguntando quando deveriam trocar as válvulas dos seus equipamentos.
A resposta ideal seria: nunca. Porém os dispositivos à vácuo não são como os de estado sólido (SS) e sofrem de alguns desgastes naturais, impossíveis de serem detidos mas passíveis de mitigação com um bom projeto.

Primeiro vou ilustrar algumas situações que já passei, em seguida a tradução de um pequeno texto do JLH e por fim alguns comentários de cunho pessoal.

1. Há alguns anos, quando ainda tinha tempo para brincar de "sintonizar" amplificadores valvulados para instrumentos musicais de amigos-músicos (confesso que gosto de fazer isto), fui indagado se queria algumas válvulas EL34 (a vedete dos Conrad-Johnson, Leaks e McIntoshes da vida). De bate-pronto disse que sim e perguntei o porquê da "doação". Ele me respondeu que eram as válvulas que ele trocava anualmente dos seus Marshalls. "...?" disse eu. Então me explicou que um fulano guitarrista-fuçador (que não vem ao caso) recomendou a troca periódica porque as válvulas deterioravam com o tempo e, para garantir os equipamentos sempre up-to-date, ele as trocava preventivamente pois elas custavam "apenas" US$400,00 o quarteto (que o próprio guitarrista-fuçador fornecia "testadas e com garantia de 2 meses").

Que mina de ouro! Quartetos de EL 34 casadas e queimadas por umas 500 horas, no máximo!!! Meus olhos brilharam, mas...

Minha consciência falou mais alto e fui obrigado a explicar para meu amigo: a) Não havia necessidade de troca periódica, b) Respeitando os limites das válvulas, sua vida-útil vai de 2.000 a 10.000 horas de uso contínuo (para começar a apresentar problemas, vejam bem, não é para falhar completamente!) e finalmente c) Ele poderia recuperar parte da grana tomada pelo guru-guitarrista-fuçador vendendo alguns quartetos de EL34 praticamente zerados, pela internet...

2 "The Art Of Linear Electronics"- JLH, pag 50:

"Processo de deterioração.

Um dos problemas da utilização de dsipositivos termo-iônicos é que eles se deterioram gradualmente com o tempo, proporcionando uma vida-útil efetiva de 2.000 a 10.000 horas de trabalho contínuo, dependendo das condições de uso até que esta deterioração comece a se fazer perceptível com perda de performance nos equipamentos onde são utilizados.
Esta deterioração natural tem sua origem em dois fatores principais - a redução de emissão eletrônica do cátodo e a perda gradual do vácuo interno do invólucro de vidro (ou metal).
A deterioração da emissão do cátodo é uma consequência inveitável da redução química do depósito inicial de Bário e outros óxidos que cobrem os filamentos durante o uso natural das válvulas e também pela evaporação do metal sólido depositado no cátodo com o objetivo de maximizar sua emissão.
Essa minimização de emissão é acelerada toda vez que as temperaturas de trabalho do filamento e, por consequência, do cátodo, são maiores que as recomendadas pelos fabricantes. Alternativamente, em cátodos já deteriorados, podemos estender sua emissão aumentando-se propositadamente estas temperaturas, porém com a redução drástica do tempo de vida do dispositivo.
A deterioração por perda do vácuo, é muito mais comum em dispositivos de maior potência, e normalmente estão associadas aos gases que estão incialmente adsorvidos e posteriormente são exalados pelas grandes estruturas internas metálicas quando expostas às altas temperaturas. Esta condição acontece quando altas correntes circulam nas estruturas internas do dispositivo. Válvulas trabalhando nos seus limites propiciam estas condições. Estas condições também podem ocorrer, mas em menor escala, quando os óxidos metálicos que revestem os filamentos e cátodos são reduzidos ao metal original liberando o Oxigênio do composto; normalmente o "getter" (o anel de Magnésio ou Estrôncio que vemos dentro das válvulas, geralmente próximos à área espelhada do bulbo) consegue absorver este Oxigênio liberado transformando-o em óxidos novamente, desde que seu aparecimento apresente pequenas taxas de evolução.
Quando uma válvula se torna "gassy" (=gasosa, em oposição´ao termo "evacuada"), ela provavelmente irá exibir uma luminescência azul-violeta, caracterísitca da ionização dos gases internos, pois já não haverá vácuo perfeito. (exceção feita à familia da 6L6 que apresenta esta ionização em válvulas recém-construídas - 6L6, 6CA5, EL34, KT66, KT88, 6550, etc).
Esta ionização levará à produção de íons positivos que, quando acelerados em direção ao cátodo que está carregado negativamente, irá resultar num bombardeamento prejudicando as suas propriedades emissivas pela extração do material que cobre esta estrutura, chegando em alguns casos a extrair pequenos pedaços metálicos do cátodo que podem ser vistos quando tombamos a válvula defeituosa e batemos gentilmente no invólucro de vidro fazendo com que este material corra para uma área visível do vidro."

3) Meus comentários:

a) Como tudo no Universo, as válvulas, nacem, vivem e morrem. "Face it".
b) Válvulas morrem por dois motivos principais: perda de emissão e perda de vácuo (que acaba afetando a emissão indiretamente).
c) Suas vidas podem ser estendidas através de "exercícios físicos e uma vida regrada, sem excessos". Isso soa familiar, para outra "válvula" que conhecemos bem?...

O que fazemos para mantê-las pelo maior tempo possível funcionando bem?

• No início de um projeto, devemos respeitar os parâmetros sugeridos pelos fabricantes, Ninguém melhor que o pai para conhecer o filho. Seja conservador. Eu sei, elas aguentam muito mais do que está escrito....a experiência mostra isto, mas a que custas?
• Sempre use fontes de tensão DC reguladas, no +B e nos filamentos. Isto garante a calmaria elétrica necessária para que o material não seja arrancado das estruturas internas.
• É melhor trabalhar abaixo do que acima, principalmente quando se trata de filamentos. 6,3vdc garantem 1.000 horas. 6,2Vdc garantem 4.000 horas (exemplo ilustrativo!) Esta relação não é linear!
• Em casos onde as tensões de ânodo são altas, é mister aquecer as válvulas antes de aplicar o +B. Bombardear elétrons sobre estruturas metálicas frias produzem dois efeitos nocivos: 1) arrancam material e 2) produzem raios-X!
• Use um timer para liberar o +B após os filamentos aquecerem por pelo menos 30 segundos.
• Quer mais potência? Use válvulas mais potentes. Eu sei do que uma 6L6GC é capaz, mas uma 6550 faz o trabalho "com o pé-nas-costas" e vai durar muito mais para a mesma potência desejada.
• O Sr. Marshall levou 50 anos para descobrir o ponto ideal do BIAS para a sua topologia. Não tem mágica. Se está setado para um valor, deve ter algum motivo para isto.
• Válvulas usadas com moderação e dentro dos seus limites atingem o máximo da emissão com aproximadamente 100 a 500 horas de uso. Você perceberá dia-a-dia seu amplificador melhorando até que se atinja estes patamares.
• Troque as válvulas quando apresentarem defeito, se trocar antes, você poderá jogar fora um excelente par de válvulas, "queimadas", amaciadas e melodiosas, para colocar no lugar válvulas novinhas, limpas, sem arranhões com o logo novo em folha ostentando um desenho dourado feito por um publicitário e que levará meses ou até anos para ficar "no ponto" novamente.
• Equipamentos pequenos, sem válvulas de potência, podem ficar ligados o final de semana inteiro, sem muito prejuízo, a não ser a energia elétrica... Equipamentos maiores gastam mais energia e devem ser poupados dos aquecimentos sem uso com programa sonoro. Se não houver uma chave de Stand-by, 1/2 hora de antecedência é o ideal para que sejam ligados antes de uma audição.
• Sempre mantenha as válvulas livres de poeira. O pó doméstico é um ótimo isolante térmico e é muito prejudicial sobre os bulbos das válvulas, uma vez que tendem a conservar o calor sobre os elementos impedidndo a convecção eficiente do ar.

É isto aí. O assunto nunca se esgota, mas é um bom indicativo para leituras futuras.

Grande abraço.

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