Przyjrzyjmy się przykładowi, jak to działa. Wyobraź sobie, że grasz kilka nut na swojej gitarze, ale tym razem podłączasz ją do wzmacniacza. Twoja gitara będzie wytwarzać słaby sygnał, a wzmacniacz przyjmie go i wzmocni.
Na poniższym obrazku widać sygnał Twojej gitary (niebieski) i wzmocniony sygnał wyjściowy (czerwony).
Jak widać, wzmacniacz sprawia, że niskie punkty są niższe, a wysokie wyższe, co sprawia, że sygnał jako całość jest silniejszy.
Ale dlaczego w ogóle potrzebujemy tego wzmocnienia?
Cóż, można sobie wyobrazić, że duży głośnik koncertowy potrzebuje bardzo silnego sygnału, aby wyprodukować 100+ decybeli niezbędnych do tego, aby tłumy ludzi tańczyły, skakały lub headbangowały. W końcu dźwięk to po prostu poruszające się powietrze, a do poruszania powietrza potrzebne są głośniki, które fizycznie się poruszają.
Wzmacniacz jest elementem wyposażenia, który zmienia sygnał o niskiej mocy z gramofonu, gitary elektrycznej lub mikrofonu w sygnał o wysokiej mocy, zdolny do przenoszenia dźwięku przez głośniki i przez rozległe tereny festiwalowe.
Wzmacniacz audio może być oddzielną jednostką, co jest popularne wśród audiofilów, którzy lubią mieć granularną kontrolę nad każdym pojedynczym aspektem ich muzyki. Jednak większość nowoczesnych instalacji muzycznych – podobnie jak telefony, odtwarzacze mp3, telewizory, laptopy itp. ma wbudowany wzmacniacz. Głośniki, których muzycy używają do swoich instrumentów (czasami nazywane po prostu „wzmacniaczami” lub „wzmacniaczami”) zazwyczaj łączą wzmacniacz z głośnikiem w jednej obudowie.
Więc… To wszystko? Wzmacniacze sprawiają, że dźwięk jest głośniejszy?
Cóż, tak. Ale to nie jest takie proste, jak mogłoby się wydawać. W dzisiejszych czasach łatwo jest przyjąć za pewnik, że każde urządzenie może na żądanie (najlepiej za pomocą smartfona) sprawić, że dźwięk będzie głośniejszy. Ale to wszystko jest możliwe dzięki wbudowanym wzmacniaczom w systemach, z którymi obcujemy na co dzień.
A to nie znaczy, że wzmacnianie jest proste. Wiele czynników, takich jak wzmocnienie (moc wyjściowa), szumy (niechciane dodatkowe dźwięki) i zniekształcenia (efekt rozmycia spowodowany przez przesuwanie wzmacniacza poza jego granice), określa charakter i jakość wzmacniacza.
Jeszcze jednym ważnym czynnikiem jest pasmo przenoszenia. Jest to miara tego, jak bardzo wzmacniacz reaguje na wysokie i niskie częstotliwości. Jeśli, na przykład, dany wzmacniacz powoduje, że niskie dźwięki są znacznie głośniejsze niż wysokie, wówczas charakterystyka częstotliwościowa tego wzmacniacza jest przekrzywiona. Innymi słowy: źle odzwierciedla dane wejściowe.
Niektórzy ludzie chcą wzmacniacz z odpowiedzią częstotliwościową, która jest tak liniowa, jak to tylko możliwe, tak że każda częstotliwość jest jednakowo reprezentowana na wyjściu. Jeśli jednak lubisz uczucie głębokiego basu łaskoczącego bębenek, możesz wybrać wzmacniacz, który kładzie nacisk na niskie częstotliwości. Na przykład wzmacniacz w parze słuchawek Monster Beats Tour:
Okay, so how does an amp work?
Let’s take a look at the basic steps any amplifier will take:
- First, it takes in two inputs: 1) silny prąd elektryczny z gniazdka elektrycznego, oraz 2) słaby sygnał z twojej gitary, mikrofonu lub trójkąta elektronicznego.
- Następnie wykorzystuje sygnał do regulacji prądu o dużej mocy. Wyobraź sobie, że wejście działa jak bramka, która przepuszcza prąd dokładnie zgodnie z sygnałem wejściowym. Ten krok jest kluczowy, ponieważ przekształca prąd w silniejszą wersję sygnału wejściowego.
- Nowy sygnał jest wysyłany do głośnika.
Oprócz tego podstawowego procesu, przeciętny wzmacniacz wykonuje wiele transformacji, filtrowania i sprawdzania, wszystko po to, aby upewnić się, że dźwięk wyjściowy jest dokładny i ładny.
A co z lampami?
Czas na historię! Wzmacniacze nie pozostały takie same od czasu ich wynalezienia w 1912 roku. Przez dziesięciolecia, wzmocnienie było wykonywane przez lampy próżniowe. Są to fizyczne rury szklane z trzema elementami:
- element grzejny na dole zwany katodą;
- płytka na górze zwana anodą;
- siatka w środku, która może blokować lub przepuszczać cząsteczki.
Przyjrzyjrzyjmy się teraz, jak wzmacniacz lampowy wykonuje trzy powyższe kroki.
Po pierwsze, katoda nagrzewa się, zaczyna świecić na czerwono i wystrzeliwuje elektrony – maleńkie cząsteczki elektryczne. Te elektrony będą chciały płynąć do góry, ponieważ anodę również naładowaliśmy dodatnio. Ponieważ elektrony są naładowane ujemnie, są przyciągane przez wszystko, co ma ładunek dodatni. Więc to tworzy ciągły strumień elektronów z katody do anody; prąd elektryczny z kroku 1.
To jest, gdzie siatka w środku wchodzi do gry. Jest ona naładowana ujemnie, a więc odpycha elektrony i uniemożliwia im dotarcie do anody. Ta siatka jest jednak podłączona do sygnału wejściowego z Twojej gitary. I choć działa ona jak bramka blokująca strumień elektronów, to przepuści niektóre cząsteczki, jeśli otrzyma sygnał z gitary. Wyobraź sobie, że grasz nutę na swojej gitarze. Wyśle ona sygnał do wzmacniacza, do bramki w lampie, który każe jej przepuścić część elektronów. Co więcej: strumień elektronów jest tak silny, że na każdy elektron w sygnale wejściowym, bramka przepuści kilka elektronów. Tak więc strumień elektronów zamienia się w sygnał wejściowy, tyle że silniejszy. To jest wzmocnienie kroku 2.
Ten nowy sygnał jest następnie odbierany przez anodę, która kieruje go dalej do następnego elementu w systemie. Większość wzmacniaczy posiada wiele lamp dla wielu stopni wzmocnienia, więc sygnał jest albo wysyłany do siatki następnej lampy, albo poza wzmacniacz i do głośnika. To jest krok 3.
Jak się okazuje, te stare wzmacniacze lampowe wykonywały całkiem niezłą robotę! Dźwięk z niektórych z tych wzmacniaczy był fenomenalny, jak napisał magazyn elektroniczny Wireless World o wzmacniaczu Williamsona w 1947 roku:
Nie można wykryć żadnych zniekształceń, nawet gdy wzmacniacz odtwarza muzykę organową, w tym nuty pedałowe rzędu 20c/s, które osiągają próg maksymalnej mocy wyjściowej. Testy z użyciem bezpośredniego obwodu mikrofonowego z szumami takimi jak brzęk klawiszy ujawniają niezwykły realizm. Wzmacniacz można określić jako praktycznie idealny do odtwarzania kanałów dźwiękowych o najwyższej wierności.
W latach 70-tych większość wzmacniaczy porzuciła swoje nieporęczne lampy próżniowe i przeszła na tranzystory. Są to – zazwyczaj malutkie – urządzenia elektroniczne, które pozwalały na uzyskanie takiego samego wzmocnienia jak lampy próżniowe. I łatwo jest zrozumieć, dlaczego ludzie się przestawili: tranzystory są mniejsze, lżejsze i bardziej energooszczędne.
Niektórzy twierdzą jednak, że ta wydajność ma swoją cenę. Twierdzą oni, że dźwięk wzmacniacza lampowego jest cieplejszy i bogatszy niż dźwięk wzmacniacza tranzystorowego. Podobnie jak debata na temat winyli i mp3, jest to dyskusja, która jest daleka od rozstrzygnięcia wśród audiofilów.
Niektórzy muzycy preferują wzmacniacze lampowe po prostu dlatego, że daje im to naturalny sposób na tworzenie przesterowania: kiedy wciśniesz wzmacniacz lampowy zbyt mocno, odcina on szczyty i doliny fal dźwiękowych, tworząc efekt ziarnistości. Artyści tacy jak Chuck Berry wykorzystywali ten efekt na swoją korzyść, intrygując młodzież i przerażając rodziców ostrym brzmieniem. Później muzycy naśladowali ten efekt przesterowania za pomocą pedałów, tworząc jego cięższe wersje, takie jak distortion i fuzz.
Oczywiście, te efekty mogą być teraz łatwo replikowane za pomocą pedałów. Ale nawet jeśli ich vintage’owe zalety zostały wyprzedzone przez bardziej wyrafinowaną technologię, wzmacniacze wciąż są niezastąpioną częścią naszego codziennego życia.