mecanismo de distorsión del tubo de vacío

Todos los efectos que mencionas son mucho más rápidos que relevantes para las señales de audio, así que no tienes nada que ver con la distorsión de audio.

La característica dinámica de un triodo hace que se parezca a un resistor variable con un desplazamiento de voltaje variable una vez que llegue a un nivel de corriente mínimo. Ambos están controlados por la tensión de red. Sin embargo, esto es simplemente una aproximación de primer orden de lo que realmente sucede. La relación exacta entre el voltaje de la red y el voltaje de la placa con una fuente de alimentación de placa fija y resistencia de carga no es lineal. Obtendrá más cambios de salida para el mismo delta de voltaje de red a altos voltajes de red que los bajos cerca de "cortar".

Esta función no lineal causa armónicos si no se trata. La forma habitual de lidiar con esto es operar el tubo en una parte de su rango donde la relación no es demasiado no lineal, y usar retroalimentación negativa. Por lo general, usaría una resistencia de cátodo para una retroalimentación negativa inmediata en una sola etapa, y luego una retroalimentación negativa global en la mayoría del amplificador.

Estas técnicas son lo suficientemente efectivas en un amplificador de válvulas bien diseñado para no ser un gran problema. El orador introducirá considerablemente más distorsión. La principal diferencia entre los amplificadores de tubo y de transistor es lo que sucede cuando los sobrecargas. Los tubos son más "blandos" al llegar a sus valores máximos. Las partes superiores de las formas de onda demasiado grandes no solo se recortan con fuerza en algún nivel, sino que se "aplastan" antes de ser finalmente limitadas. Este tipo de distorsión es más agradable para muchas personas, especialmente si se hace simétricamente en las partes superior e inferior de las formas de onda.

Cuando hablas de un montón de electrones y cosas, eso es física del dispositivo, y sucede en una escala de tiempo mucho más rápida que las señales de audio. (En general, tiene que obtener frecuencias de microondas para hacer uso de efectos de electrones colectivos). Sin embargo, tiene razón en que sí importa; la física del dispositivo explica por qué la función de transferencia 'macroscópica' de un dispositivo dado tiene la forma que tiene:

Es la linealidad (o no linealidad) de estas curvas lo que determina la distorsión de la señal amplificada. Puede ver que cuando coloca una onda sinusoidal en la cuadrícula, siempre que la línea esté perfectamente recta, obtendrá una copia escalada de la forma de onda de entrada en la corriente de la placa. Cualquier desviación de la rectitud perfecta significa que obtendrá distorsión. La forma típica de analizar esto (en papel) es con los métodos de la serie Volterra.

La corriente de ánodo en un tubo de vacío tiene una función de ley de potencia relativa al voltaje en la red. Esto da distorsión armónica.

Este enlace proporciona una buena descripción.

Cómo funcionan realmente los tubos de vacío