تاریخچهی مختصر لامپهای خلأ
شمارهی ۰۱3
نوشتهی جِی.آی. اگنیو
لامپهای خلأ ۰که در بریتانیا با نام لامپهای گرمایونی (ترمیونیک والو )2یا فقط والو 3شناخته میشوند، دستگاههای الکترونیکی هستند که کارکردشان بر پایهی انتشار گرمایونی 4است. این پدیده به صورت انتشار الکترونها از یک سطح جامد، متناسب با دما، تعریف میشود. فیزیک این فرایند مربوط به ارتباط انرژی گرمایی الکترون با عملکرد ماده است، اما از ترس اینکه هیجان
من به سرعت تبدیل به توضیح مفصل مدارهای الکترونی اطراف هستههای اتم شود، یکراست به سراغ شرح آن به زبان ساده میروم و از دادن کنفرانس برای خوانندگانم صرف نظر میکنم.
__________________________________________________________________________________________
1 Vacuum Tube
2 Thermionic valve
3 Valve
4 Thermionic emission
یک الکترود گرمادیده، که کاتد گرمایونی نامیده میشود، و داخل یک لامپ شیشهای تخلیه شده (لامپی که هوای داخل آن برای ایجاد خلأ خالی شده است) قرار دارد، الکترون زیادی منتشر میکند. تعداد الکتروهای منتشره با بالا رفتن دما، افزایش مییابد. کاتد گرمادیده سپس با ابری از الکترون احاطه میشود (بار فضایی) .5وقتی یک پتانسیل مثبت به الکترود دوم که آند نامیده میشود، در همان محفظهی شیشهای القا شود، الکترونها توسط پتانسیل مثبت آند و شارش جریان جذب میشوند.
(تصویر سرتیتر: لامپهای خلأ که در تاریکی میدرخشند. این درخشش توسط گرمکنندههایی تولید میشود که انرژی گرمایی لازم برای انتشار گرمایونی را تامین میکنند. عکس برگرفته از ابزار مرجع آنالوگ اگنیو).6 این نوع وسیله که شامل دو عنصر آند و کاتد است مانند یک دیود عمل میکند و اجازه میدهد تا جریان الکتریکی فقط در یک جهت شارش کند. این نوع لامپ را میتوان به عنوان یک یکسوساز 7استفاده کرد— وسیلهای که ( ACجریان متناوب) را از دیواره میگیرد و آن را به DC
(جریان مستقیم) مورد نیاز برای مدارهای صوتی تبدیل میکند.
همه چیز جالبتر خواهد شد اگر که عنصر دیگری را به داخل این محفظهی شیشهای اضافه کنیم. میتوان یک شبکه 8میان آند و کاتد قرار داد و شارش الکترونی را با پتانسیل این شبکه کنترل کرد. پتانسیل منفی شبکه با توجه به پتانسیل کاتد، الکترونها را دفع میکند و اگر که به اندازهی کافی منفی شود، شارش الکترونی را قطع خواهد کرد. تعدیل پتانسیل شبکه، شارش
الکترونی و در نتیجه جریان الکتریکی را درون لامپ تعدیل خواهد کرد.
در مدار یک لامپ خلأ نوعی، یک سیگنال صوتی کوچک به شبکه سه جزئی لامپ خلأ اضافه میشود که با نام ترایود شناخته میشود و جریان الکتریکی درون لامپ خلأ را (بین آند و کاتد)
__________________________________________________________________________________________
5 Space charge
6 Agnew Analog Reference Instruments
7 Rectifier
8الکترود واقع در بین کاتد و آند یک لامپ الکترونی که دارای یک یا چند روزنه است و تحت شرایط خاص الکترونها و یا یونها میتوانند از آن عبور کنند. شبکه، شارش الکترونی از کاتد به آند را کنترل میکند.
متناسب با سیگنال صوتی تعدیل خواهد کرد. شارش الکتریکی جاری درون بار متصل به لامپ خلأ منجر به ایجاد ولتاژ روی بار میشود. یک ولتاژ سیگنال کوچک در شبکه، شارش جاری درون بار را تعدیل خواهد کرد و اگر برای مدار، جریان مستقیم کافی تأمین شود، ولتاژ سیگنالِ وابسته به تعدیل بر روی بار، بسیار بیشتر از ولتاژ سیگنال شبکه خواهد شد. یک ولتاژ سیگنال
کوچک اساساً به یک ولتاژ سیگنال بزرگ تبدیل شده و همین منجر به تقویت سیگنال میشود!
یک دستگاه تستکنندهی لامپ خلأ قدیمی متعلق به ارتش شوروی که توسط نویسنده بازسازی شده است، به همراه چند نمونهی خوب از لامپهای خلأ که ترایود RCA 56را شامل میشود.
برخلاف دیود ساده، لامپهای خلأ دارای شبکههای (کنترل) مانند ترایود و دیگر انواع لامپهای خلأ (مانند تترودها و آنهایی که حتی اجزای درونی بیشتری دارند) قادر به تقویت سیگنال هستند.
این پیشرفت که در سال ۰0۱6با اختراع لامپ آدیون توسط لی دوفارست حاصل شد، تاثیر شگرفی بر پیشرفت تکنولوژیکی گذاشت.
لامپ خلأ زیرساخت لازم برای ضبط و بازتولید صدای الکتریکی، تلفن، رادیو، تلویزیون و تمام عصر مدرن در زمینهی مخابرات، رادار، سیستمهای اتوماسیون و کنترل صنعتی، تصویربرداری پزشکی، رایانهها و تمام پیشرفتهای متعاقب در ابزارهای تقویت سیگنال را فراهم کرد—
وسیلهای که ستون فقرات تقریباً همهی چیزهایی است که امروزه ما آنها را بدیهی تلقی میکنیم. لامپهای خلأ اولیه ضریب تقویت سیگنال بسیار پایینی داشتند. بهره 0کمیاب و ارزشمند بود، بنابراین اگر یک لامپ خلأ برای استفادهای که نیازمند عملکرد خطی بود طراحی میشد، خود لامپ خلأ هم باید توانایی عملکرد خطی را دارا میبود! این لامپهای خلأ کم بهرهی اولیه برای استفاده در مدارهای بازخورد منفی که بهرهی تقویتکنندهی ۰۱سیگنال را فدای تصحیح خطا میکردند، ناکارآمد بودند. (بدون اینکه بخواهم خیلی فنی بگویم، در یک تقویتکننده سیگنال بازخورد منفی، بخشی از توان تقویت سیگنال مدار (بهره) صرف کاهش اعوجاج ۰۰در خروجی میشود). تا دههی ،۰03۱برخی لامپهای خلأ خطی جالب توجهی ساخته شدند. اما این لامپها ارزان نبودند، ساختشان دشوار بود و کم مصرف هم نبودند. لامپهای خلأ تترود، بنتود و تترود باریکهی الکترونی ۰2در زمینه کم مصرف بودن و سهولت ساخت پیشرفت کردند اما در زمینه خطی بودن نه. لامپهای خلأ ترایود بعدی تقریباً همین
مسیر پیشرفت را داشتند. برای جبران کمبود قابلیت خطی، توان تقویت سیگنال بسیار بالاتری در دسترس قرار گرفت و مدار بازخورد منفی محبوب شد. این امر باعث ایجاد مدارهای پیچیدهتر با تعداد اجزای بالاتر شد، اما هزینهی کلی پایینتر بود چرا که (در واقع) ساخت لامپهای خلأ کمتر-خطی آسانتر شده بود. سپس ترانزیستورها (اختراع سال )۰047و به دنبال آن تقویتکنندههای عملیاتی (یا اُپ-اَمپ)۰3 حالت جامد ۰4آمدند که در یک بستهی مدار یکپارچهی ۰5خُرد جا داده شده بودند. هر اختراع __________________________________________________________________________________________
9 Gain
10 Amplifier
11 Distortion
12 Beam power tube
۰3 Operational amplifier (op-amp)
وسیلهای که تماماً از اجزای جامد ساخته میشود و حرکت الکترونها یا دیگر حاملان بار در بستر مواد جامد انجام میگیرد.
15 Integrated circuit package
جدید وسایل را کوچکتر، ارزانتر و آسانتر برای ساخت میکرد، با ابزارهایی که گرمای کمتری تولید میکردند و با ولتاژهای پایین عملکرد مناسبتری داشتند. ترانزیستورها و اُپ-اَمپها آغازگر عصر لوازم الکترونیکی مصرفی مقرون به صرفه (و یکبار مصرف) بودند، اما در زمرهی دستگاههای بیشتر خطی نبودند. (آشنا به نظر میرسد؟) مدارها پیچیدهتر شدند، میزان زیادی مدار بازخورد منفی در مدارهای صوتی رواج پیدا کرد و با وجود افزایش بسیار زیاد تعداد اجزای مدارهای صوتی معمولی، قیمتها پایین آمد.
با اینحال، لامپهای خلأ ترایودِ مستقیم گرم شدهی دههی ۰03۱همچنان ذاتاً خطیترین دستگاههایی هستند که تاکنون ساخته شدهاند.
ترایودها ذاتاً دستگاههای خطی هستند، برخی از انواع آن بیشتر از انواع دیگر. مدل 45برای کاربردهای کم مصرف محبوب بود. مدل 2A3کمی قدرت بیشتری ارائه میداد و مدل 3۱۱B افسانهایی حتی بیشتر از آن، که با یک تقویتکنندهی تک-سر ۰6با استفاده از لامپ خلأ 3۱۱B حداکثر قدرتی معادل 7وات تولید میکرد! این میزان در زمان خود زیاد محسوب میشد
مخصوصاً وقتی که ترایود 45در یک پیکربندی تک-لامپ مشابه تنها قادر به تولید چند میلیوات بود! با استفاده از لامپهای چند خروجی در یک پیکربندی تک-سر یا کش-واکشی ۰7موازی، تولید قدرت بیشتر ممکن بود، اما کاربردهای پرمصرف معمولاً مستلزم استفاده از ترایودهای انتقالدهندهی بزرگ و گران قیمت بودند، مانند مدل 2۰۰و ،845که با ولتاژ منبع تغذیه در دامنهی کیلووات کار میکردند! تمام انواع این لامپها امکان پیکربندی فوق العاده ساده و کمینهگرای ۰8مدار را بدون نیاز به بازخورد فراهم میکنند. خوب به نظر میرسد.
اما، مانند سایر لذتهای خوب در زندگی، اینها هم هزینهی زیادی دارند. با این اوصاف، هر کسی که تاکنون تلاش کرده باشد یک ساختار شبکهای را در حد دقت و تکرارپذیری مورد نیاز ساخت __________________________________________________________________________________________
16 Single-ended
17 Push-pull
18 Minimalist
لامپ خلأ با سیمهای فوق العاده نازک بپیچد، دیگر هرگز دربارهی قیمت لامپهای خلأ شکایت نخواهد کرد.
در حقیقت، زمانی که شیشه گری، ماشینکاری، پردازش مواد ناهمگن، سرهم کردن و تمام تجهیزات لازم برای تولید و آزمایش را حساب کنیم، قیمت لامپهای خلأ کاملاً منطقی هستند. صادقانه بگویم، من نمیخواهم مجبور باشم که خودم آنها را به قیمتی که میتوانیم آنها را بخریم، بسازم. اما نمیخواهم که مجبور باشم بدون لامپهای خلأ هم زندگی کنم، پس خوشحال هستم که هنوز تولید میشوند. در حقیقت بعضی ترایودهای دههی ۰03۱همچنان ساخته و استفاده میشوند، هم به عنوان جایگزینی برای تجهیزات قدیمی و هم در طراحیهای جدید! واقعاً چند محصول دیگر می توانند به سنخیت داشتن و محبوبیت مداوم در طول 0۱سال ببالند؟
بله، آنها بزرگ، سنگین و پرمصرف هستند، گرمای زیادی تولید میکنند، به میزان شوکه کنندهای ولتاژهای بالا نیاز دارند و امروزه در هیچ دانشگاهی به دانشجویان روش ساخت و استفاده از آنها را آموزش نمیدهند. اما همچنان در طیف وسیعی از رشتهها کاربرد دارند:
آدیوفایلهایی ۰0هستند که حس میکنند تقویتکنندهی دارای لامپ خلأ بیشتر از هر وسیلهی دیگری صدای واقعگرایانهتر تولید میکند. (زیرمجموعههایی از هواخواهان لامپ خلأ هستند که طراحیهای کمینهگرا را در این میان ترجیح میدهند). من اغلب با نظر آنها موافقم، به شرطی که دستگاه به خوبی طراحی و درست اجرا شده باشد. بعضی موسیقیدانها، مخصوصاً نوازندگان گیتار الکتریک و بیس، هستند که معتقدند هیچ وسیلهای دینامیک و تون تقویتکنندهی دارای لامپ خلأ قدیمی را به آنها نمیدهد. لازم به ذکر است که ملزومات تقویتکنندههای الکتریکی آلات موسیقی با ملزومات سیستمهای صوتی وفاداری بالا 2۱متفاوت است. تأکید الزاماً بر خطی بودن نیست، بلکه بر رفتار آنها در خارج از
__________________________________________________________________________________________
Audiophile ۰0شخصی که مشتاق به شنیدن و بازتولید صدا در یک اتاق آکوستیک است با استفاده از سیستم صوتی که صداهایی بسیار نزدیک به صدای اصلی و زنده تولید میکند. High-fidelity (hi-fi) 2۱نوعی سیستم صوتی که صدا را بسیار نزدیک به صدای اصلی و زنده تولید میکند. محدودهی خطی است. وقتی لامپها به خارج از محدودهی عملکرد خطی خود رانده میشوند و بیش از حد استفاده میشوند (اوردرایو) ،2۰تمایل دارند تا هارمونیک درجه پایینتری تولید کنند
که از لحاظ موسیقایی و دینامیک به سیگنال مرتبط است و صدای خوشایندی ایجاد میکند. اعوجاج هارمونیکِ دو یک اکتاو بالاتر از بسامد پایه و اعوجاج هارمونیکِ سه یک فاصلهی پنجم موسیقایی بالاتر است. در مقام مقایسه، هارمونیکِ پنجم معادل یک فاصلهی سوم موسیقایی است، اما از تو نمیپرسد که در گام مینور مینوازی یا گام ماژور! لامپهای خلأ داخل تقویتکنندهی الکتریکی گیتار مارشال، یکی از بیشمار تقویت کنندههای دارای لامپ خلأ که توسط نویسنده تغییر داده شده است. عکس
برگرفته از ابزار مرجع آنالوگ اگنیو. تقویتکنندههای دارای لامپ خلأ بسته به پیکربندی و سطح عملکرد مدار، عمدتاً اعوجاج
هارمونیک دو و سه ایجاد میکنند در حالیکه هارمونیک درجه بالاتر به تدریج کمرنگ میشود. سایر دستگاههای تقویتکنندهی سیگنال تصویری متضاد به نمایش میگذارند: هارمونیک دو و سهی پایین، اما هارمونیکهای غالباً درجه بالا. علاوه بر این، تقویتکنندههای دارای لامپ خلأ گذاری بسیار تدریجی از صدای «تمیز» به صدای «معوج »22دارند.
__________________________________________________________________________________________
21 Overdrive
22 Distorted
تقویتکنندههای دارای لامپ خلأ قادرند یک پالت تونال فراهم کنند که با توجه به دینامیک سبک نوازنده واکنش نشان دهد. در مورد گیتار الکتریک و بیس، تقویت کنندهی دارای لامپ خلأ تا حد زیادی بخش جدایی ناپذیر ساز است، برای همین رایج است که صدای این سازها را با قراردادن میکروفون نزدیک بلندگوی تقویت کننده ضبط کنند. تقویت کنندههای دارای لامپ خلأ برای آلات موسیقی، هم قدیمی و هم جدید، مورد توجه نوازندگان حرفهای هستند و یک ویژگی معمول در میان استودیوهای ضبط صدا بسیار برجسته در دنیاست. یک تقویتکنندهی دارای لامپ خلأ از برند اورنج برای گیتار بیس، با محفظهی بلندگوی لِم، در یک استودیو موقع جلسهی ضبط صدا. عکس برگرفته از ابزار مرجع آنالوگ اگنیو. مهندسین ضبط و مسترینگ صدای بسیاری وجود دارند که عاشق صدای میکروفونهای پیشتقویتکنندهی 23دارای لامپ خلأ، برابرساز 24و کمپرسور دارای لامپ خلأ و سایر دستگاههایی که لامپ خلأ دارند، هستند. برخی از بهترین، شفافترین و محبوبترین تجهیزات استودیویی بر پایهی الکترونیک لامپ خلأ هستند. یک بار دیگر، گذار بسیار تدریجی از صدای «تمیز» به صدای «کثیف» در یک میکروفون پیشتقویتکنندهی دارای لامپ خلأ که به خوبی طراحی شده است، در نشان دادن دینامیک چشمگیر یک اجرای زنده معجزه میکند، جایی که عموماً تمایل به باقی ماندن در دامنهی خطی وجود دارد. لامپهای خلأ وقتی که با دقت انتخاب شوند، میتوانند حجم زیادی هدروم 25به همراه صدای پایین فراهم کنند که منجر به ایجاد دامنهی دینامیک چشمگیری چشمگیری میشود. دینامیک «واقعگرایانهتر» نتیجهی گذار بسیار تدریجی از صدای تمیز به کثیف، هارمونیک غالباً درجه پایین و ارتباط «طبیعی» آنها با سطح سیگنال است. این همان چیزیست که باعث میشود صدا در تمام تجهیزات پردازش سیگنال خوشایند به نظر برسد.
بدیهیست من که مشهور هستم به طراحی و استفاده از مسیرهای سیگنال تمام لامپهای خلأ در استودیو، با این موضوع موافق هستم. کمپرسور محدودکننده :Manley Variable Muیک کمپرسور دارای لامپ خلأ کلاسیک است که شامل هشت لامپ میشود و در زمرهی تجهیزات مسترینگ در کلاس جهانی قرار دارد. عکس برگرفته از .Magnetic Fidelity
__________________________________________________________________________________________
23 Preamplifier
24 Equalizer
25 Headroom
درThermionic Culture ساختGreen Fat Bustard میکسر صدای سفارشی Magnetic Fidelityیک میکسر صدای بینظیر است که برای نویسنده و بر اساس ویژگیهای مورد نظر او، با یک منبع تغذیهی خارجی، لامپ های خلأ
مخصوص نوس ،26خازنهایی با درجهبندی آدیوفایل 27و سایر تغییرات مداری ساخته شده است. عکس برگرفته از .Magnetic Fidelity
یکی از حمایتکنندگان کمتر شناخته شده اما بسیار تأثیرگذار در الکترونیک لامپهای خلأ بخش نظامی و دفاعی است. در صورت بروز پالس الکترومغناطیسی 28که خواه به طور طبیعی اتفاق بیفتد (مانند صاعقه، تخلیهی الکترواستاتیکی یا طوفان خورشیدی)، خواه به عنوان بخشی از یک حملهی عمدی باشد، لامپهای خلأ سالم میمانند. دستگاههای حالت جامد نسبت به پالس الکترومغناطیسی بسیار حساس هستند و اغلب در چنین حوادثی از بین میروند. بنابراین تجهیزات مأموریت بحرانی دارای لامپ خلأ هنوز برای استفاده در صورت نیاز، حفظ شدهاند.
در حالیکه بخشهای نظامی و دفاعی به تأمین بودجه و استقبال از فنآوریهای جدید مشهور هستند، به عدم تمایل به دست کشیدن از فنآوریهای ثابت شده در آزمایشهای زمانی و میدانی نیز شهرت دارند. آنها همچنین برای ادامهی کار چرخدندههای وفادار تجهیزات قدیمی خود به
__________________________________________________________________________________________
26 NOS
27این ابزار مخصوص آدیوفایلها و برای بازتولید صدا بدون ایجاد اعوجاج در آن طراحی شدهاند.
28 EMP (electro-magnetic pulse(
طور منظم نیاز به لامپهای خلأ دارند. توجه به این امر که تجهیزات نظامی باید همواره عملیاتی باقی بمانند، به اهمیت قابل اطمینان و مستحکم بودن لامپهای خلأ خوش ساخت اشاره دارد!
در نهایت، امروزه تصویربرداری پزشکی، فرستندههای رادیویی، برخی ابزارآلات و بیشمار کاربردهای مبهم دیگر وجود دارند که از لامپهای خلأ استفاده و سوءاستفاده میکنند. صنعت ساخت لامپ خلأ بدون شک مانند سابق نیست. اما به لطف تداوم در تقاضا، همچنان فعال است.
من در صنعت ضبط صدا، شاهد افزایش مداوم علاقه به لامپهای خلأ در سالهای اخیر بودهام. من معتقد هستم تا جایی که به تولید، ضبط و بازتولید موسیقی مربوط است، لامپهای خلأ همواره جایگاه خود را خواهند داشت، فارغ از پیشرفتهای تکنولوژیکی در سایر زمینهها. وقتی نوبت به صدا میرسد، اغلب کم گفتن هم زیادهگویی است. در بالاترین سطوح کیفی صدا،
نیاز نیست وسایل کاربردی یا آسان باشند. تنها باید صدای خوبی ایجاد کنند. تا زمانی که لامپهای خلأ صدای خوبی تولید میکنند، باقی خواهند ماند.
یک نمونه تقویتکنندهی Beyonderساخت Magnetovoltدارای لامپ خلأ 2۱۱واتی با یک طراحی مدار جدید توسط نویسنده. حدود 64کیلوگرم وزن دارد و صدایی متناسب با همین وزن هم تولید میکند. عکس برگرفته از .Magnetic Fidelity تصویری از داخل تقویتکنندهی دارای لامپ خلأ 2۱۱واتی Beyonder
ساخت Magnetovoltموقع استفاده در کنسرت زنده گروه راک ناکساتراس.20
عکس توسط دیونیسیس پارتنیادیس.3۱
__________________________________________________________________________________________
29 Naxatras
30 Dionisis Partheniadis
