Bevezető

Már megint egy technikai jellegű cikket szeretnék közreadni, simán csak azért, mert ma ezzel a gondolattal ébredtem, és csippás szemmel felvettem a szálat, erről még úgysem nagyon írtak mások magyarul. Angolul igen, az eredeti gondolat egy Dick Olsher nevű egyénhez köthető, és valahogy úgy szól, hogy „Kit érdekel, hogyan szól egy erősítő 500 Watton, ha már egy Watton is szar rossz.” Szintén érdemes elolvasgatni Nelson Pass ( Pass Labs) cikkeit erről, ill. megnézni az ezen ív mentén tervezett elektronikáit.

Nos, ehhez a gondolathoz fűznék néhány szót. Kérem a Kedves Olvasót, légyen mégannyira tájékozatlan is a műszaki részletekben, ha már erre a műszaki hobbyra adta a fejét, NE riadjon meg, olvasson nyugodtan tovább. Igyekszem érthető maradni végig, próbáljunk meg együtt kiigazodni a valós problémák ( amikről jó tudni ) és a legtöbbször dilettánsok által generált hiedelmek útvesztőjében. Végezetül a DIY-ereknek is átadnék egy kis elsősegélyt.

Miért épp az első Watt?

Kezdjük talán azzal, hogy tökéletesen egyet tudok érteni a fenti Mr.Olsherrel, ha egy erősítő rosszul szól, onnantól kezdve nem nagyon érdekel, mekkora erő lakozik benne egyébként. Olyan ez, mint az a nő, aki ugyan jól főz, de csak két foga van. Az étteremben is jól főznek ( már ahol ) de komoly perverzió vagy nagyfokú igénytelenség kell ahhoz, hogy valaki egy két fogú nőt válasszon magának, jószántából… Hát, így van ez az erősítőkkel is, ha lehet, tetszetőset ÉS jó hangút is szeretnénk egyszerre. A jó hang azonban relatív, ez az oly gyakran idézett fogalom mindenütt mást jelent, egyéni érzékenység, tapasztalat és ízlés dolga, ki mit tart jónak. Mindenesetre, hogy közelítsük egymáshoz az eképpen szerteszét kóválygó fogalmakat, a „jó hang” mindenképpen rendelkezik néhány tulajdonsággal. Első körben, érzékelés küszöb alatti torzítás jellemzi, azaz tisztának, torzítatlannak halljuk. ( Ez szubjektív, az egyéni érzékenységtől is függ, a tapasztalati háttértől is. Kellő tapasztalat birtokában meg lehet különböztetni a fele-duplája kategóriát is, de a nagy többség egy nagyságrendet hall meg, a századról a tized százalékra ugorva. ) A másik ilyen közös jellemvonás a kiegyenlítettség. A jó hangot a hifiben általában hozzá szoktuk kötni ahhoz, hogy a mély, közép és magas hangok aránya nem borul fel, a hangszerek hangja nem vékonyodik el és nem dúsul fel művileg, megtartja eredeti jellegét. Hozzá kell tegyük, ismét csak egy bizonyos mértéken belül. Ez az a pont, amit nagyon nehéz teljes kontroll alatt tartani, egy ambiciózus High-End konstruktőr éveket ( !!! ) dolgozik azon, hogy az elektronikája közelítsen ( !!! ) a teljes neutralitás felé. Ugyanis az alkatrészek mind-mind saját karakterrel rendelkeznek, amit a végén hallunk a kész erősítőben, az a teljes alkatrészbázis ( ide értve a kábelezést és a trafót is) kumulált ( egymásra interpolált ) spektruma. ( Na, ebből hogy jövök ki… )  Leegyszerűsítem. Minden alkatrészt úgy képzeljünk el, mint egy hangszínszabályozót. Az egyik rátekeri a mélyeket, de kicsit vágja a magasakat, a másik a magasat tekeri fel, a mélyeket nem bántja, de a közepeket vágja. A kettő együtt egy totális loudness szabályozó, és ha ezen a két alkatrészen átküldjük a jelet, ami kijön, az minden lesz, csak nem kiegyenlített. Persze a valóságban az arányok szerényebbek, a kiemelések és a vágások jó minőségű alkatrészek esetén ennél kisebbek, DE észlelhetők. A jó svádájú konstruktőrnek tudnia kell, az elektronika mely pozíciójában mi fog történni, ha az oda betett alkatrész ilyen vagy amolyan. És minthogy nincs teljesen neutrális, semerre el nem húzó alkatrész, az egész erősítő építés ( ezen a szinten ) egy rémálommá fajul. Persze eljön a pillanat, amikor az ember feladja a sziszifuszi küzdelmet, és egyszerűsít. Mert ha elég pénzt tudunk beletolni a projektbe, akkor meg lehet venni a legjobb alkatrészeket, ahol ugyan még hallom az említett spektrális interpolációt, de annak hatása a végső hangminőségre messze alul marad a kábelek saját hangja által okozott anomáliák mögött. Egyáltalában nem volt véletlen, hogy szegény megboldogult Kondo ( Audio Note ) amíg élt, elsősorban kábel-lélektannal foglalkozott. Kicsit komolyabb szinteken a jó hang még más kritériumokkal is aposztrofálható, de ez itt kissé hosszú lenne.

Így néz ki egy bizonyos dróttekercses ellenállás frekvenciafüggése a spektrumanalizátoron

Na, elkanyarodtam, bocs. Szóval, miért éppen az első Watt?

Azért, mert amikor zenét hallgatunk, szobahangerőn, a zenében megjelenő hangok különböző teljesítmény szinteken vannak jelen. Ennek leginkább a fül hallás-jellegéhez van köze ( Fletcher-Munson görbék ) a hangszerek úgy vannak kialakítva, hogy az a fülnek kellemes legyen, hogy „szépen szóljon” így pl. egy zenekarban a bőgő és a klarinét között nagyságrendi energia különbség van, amikor a zenekart egységesen halljuk megszólalni. Ez az energia különbség természetesen jelen van a visszaadott hangban is, az erősítő nagyobb teljesítménnyel tolja a mélyeket, mint a közepeket-magasakat. A fül számára azonban a legfőbb kérdés, hogy a relatíve alacsonyabb teljesítményen megszólaló közép és közép-magas hangok milyenek, mert a fülünk ebben a tartományban a leg érzékenyebb. Így egy szobahangerős zenehallgatásnál, az ebbe a tartományba eső jelek teljesítmény szintje egy átlagosnál valamivel jobb, 90 dB körüli érzékenységű doboz esetén belül marad az 1-2W értéken. Vagyis MINDIG azt az 1-2W-ot halljuk, az egész megszólalás olyan lesz, amennyire azon az 1-2W-on az erősítőnk képes. Mélyben, a nagyobb teljesítményeken nincs nagyobb baj, mert az erősítő jobban kezeli ezt a tartományt ( lassabb a jelváltozás sebessége, így a visszacsatolás kis torzításon tudja tartani a kimenő jelet ). Továbbá, a fülünk nem olyan érzékeny a mély hangok torzításaira.

Most jön egy kis technika…

A közép-magas tartományokban azonban valami történik az erősítőn belül, ami tönkre tudja tenni még az oly kicsinek látszó első 1 Wattot is. De mi?

A jelenség magyarázatához vissza kell nyúlnom egy régebbi cikkemben már említett mondatomra, ami úgy szól, saját definiciómban, hogy „Az emberi fül a légnyomás energia-eloszlását érzékeli, térben és időben egyszerre.” Továbbá, itt van még az a tény, hogy a hallás mintavételek alapján működik. Nem tisztán fiziológiai folyamat ( nem csak annyi, hogy a levegő megrezgeti a dobhártyát és azt érzékeljük) hanem pszicho-fiziológiai folyamat, amelyben az így beérkező „jeleket” az agy feldolgozza, értékeli, és ennek megfelelő információt ad. Ez az agyi folyamat az, ahol a különböző emberek hallása nagyban eltér, másképp dolgozza fel az agyunk a hangokat.

Egyszerű példával élve, amikor megszületünk, nem tudjuk mi a hegedű. Ha valaki húzná a nótánkat a fülünkbe fél évesen, akkor hallanánk valamit, de semmit sem dolgozna fel ebből az agyunk. Aztán kicsit később, megtudjuk, hogy amin a Kolompár nyűvi a vonót, AZ a hegedű, és az így szól. Ekkor, az agyunk mintát vesz. Összeköti a hegedű hang rezgésmintáját a hegedű, mint hangszer fogalmával. Egyszer s mindenkorra. Megtanulja. Innentől kezdve, ha hegedű hangot hallunk, azt képi vízió formájában elénk is teszi, és mi máris beazonosítottuk a hangszert egy réges-régi minta alapján, ami ott tárolódik a memóriánkban.

Az agynak van egy harmónia-mintája is. Amikor hifi berendezést építünk, épp ennek a harmónia-mintának a minél jobb megközelítésére törekszünk. Érdekes módon, a harmónia minta sokkal érzékenyebb, mint a rezgésminta. A rezgésminta főképpen egy spektrum, egyszerre megszólaló frekvenciák aránya ( ami bármely hangszerre jellemző ) viszont a harmónia-minta az ezeknek a frekvenciáknak az időbeliségéről és tiszta felharmonikusairól szól. Az agyi hallásmechanizmus az időtényezőt sokkal érzékenyebben kezeli, mint a frekvenciát, megbocsájtóbb a tonális eltérésekkel, mint a késésekkel szemben.

Az erősítő azonban fittyet hány ezekre a született „rendellenességeinkre”. Ő a saját rendellenességeitől nem tud megszabadulni, nincs ideje a mi hallásunkkal törődni. A legtöbb visszacsatolt erősítőnek az a baja, hogy időzavarban van. Amikor a jel bejut az erősítőbe, az az „A” pillanat. Aztán végigfut a tranzisztorokon, felerősödik, torzítások kerülnek rá, majd megjelenik a kimeneten. Ez a „B” pillanat. A kettő nem ugyanaz a pillanat. Az erősítőnk úgy működik, hogy a kimenő jelet visszavezetjük az erősítő elejére, és összehasonlítjuk a beérkező jellel. Ezt hívjuk visszacsatolásnak. Ha a kettő eltér egymástól a torzítások miatt, akkor az erősítő különbségi jelet képez, hogy kiegyenlítse az eltérést, kiegyenlítse a torzításokat. Ez elméletben működik is, amíg a jel lassú. Mély hangokon jól működik a dolog, mert az erősítő sokkal gyorsabb, mint maga a vezérlő jel. A gond a középhangokon kezd problémát okozni. Itt az történik, hogy mire a kimenetről visszacsatolt „B idejű” jel a bemenetre jut, hogy összehasonlíthassuk az eredeti „A idejű” vezérlő jellel, addigra a bemeneten a „B” időpillanatban már egy egész más jel van. A különbség képzés persze megtörténik, a korábbi „A” jel torzított formája, és egy későbbi, „B idejű” bemeneti jel között. Amennyivel a kettő eltér, azt a hibajelet az erősítőnk erősíti, és kitolja a kimenetre, ezáltal újabb, saját torzítást létrehozva. Minél magasabb a frekvencia, annál inkább így van ez. EZ az a hang, ami már az első 1W-ot is teljesen tönkre teszi. Érdekes módon, éppen ez az a dolog, amire a fül nagyon érzékeny. És éppen abban a frekvencia tartományban történik, amire a fül nagyon érzékeny….

Persze, voltak olyan konstruktőrök, akik észrevették ennek a teljesen hibás működési elvnek a tarthatatlanságát, és minthogy jobbat nem tudtak kitalálni, elvágták a gordiuszi csomót, és megszüntették az átfogó ( az erősítő végétől az elejéig tartó ) visszacsatolást. Ezt a csöves gépeken könnyebb műszakilag megtenni, így születtek meg a nagyon egyszerű kapcsolástechnikájú SE ( Single Ended, azaz a kimenő trafó primer tekercsét egyetlen csővel hajtó ) erősítők. Minthogy a fent leírt torzítás generátor mechanizmus ezekben nincs jelen, az ilyen erősítőket a jó hallású audiofil közönség nagyon előre szokta sorolni a ranglétrán. A visszacsatolás hiánya miatt azonban más típusú torzítások nagyon is jelen vannak, és számos technikai probléma merül fel, elsősorban stabilitási kérdések, a jó szándékú tervező úgy érzi magát, mint a bolhás kutya, azt se tudja, melyik testrészébe harapjon hirtelenjében.

 Egy tipikus SE, 2A3 triódával. nagyon letisztult kapcsolás, átfogó visszacsatolás nélkül.

Tranzisztoros gépeken azonban a dolog sokkal nehezebb, körmönfont technikákat kell bevezetnünk, hogy a kecske is jól lakjon. Ha jó az alkatrész választás, helyi visszacsatolásokkal meg lehet oldani a gondok nagy részét ( Nelson Pass First Watt ). Mivel az átfogó visszacsatolás nélküli gépeket a tranzisztorok saját torzításainak minimalizálása okán a tervezők gyakran A-osztályba állítják, elterjedt a műszakilag kevésbé tájékozott zenerajongók között az a hiedelem, hogy maga az A-osztály ténye okozza a hallhatóan jobb hangzást. Ez persze teljes tévedés, az A-osztály által magasan tartott hőmérséklet nyilván segít, de más fajta torzításokon. Léteznek másféle technikák, amelyek ugyan távolról kapiskálják ( az olasz capisi, értem szóból magyarítva) a problémát, de csak félmegoldást kínálnak. Ezt úgy hívják, hogy invertáló erősítő. Az invertáló erősítő annyiban más, hogy a kimeneti jel fázisa épp 180 fokkal tér el a bemeneti jelétől, azaz nagyjából ( és ez nem konzisztens sajnos, teljesítmény és frekvencia függése is van ) ellenfázisban van. Ha a kettőt egymásra interpoláljuk, a kimeneti jel nulla lesz, így működik a manapság előszeretettel alkalmazott erősítő blokk, az ú.n. műveleti erősítő. Az invertáló erősítő lényege a mi, audiofil olvasatunkban, hogy a be és kimeneti jelek összehasonlítása nem az erősítőn belül, hanem kívül történik meg, egy sokkal tisztább, két ellenállásból álló osztó segítségével, nem szólnak bele a kivonást végző tranzisztorok anomáliái. Ez igaz, de ettől még az alap probléma megmaradt. Valamit mégis javult a helyzet. Ennél a technikánál a legnagyobb hibát ott szokták a tervezők elkövetni, hogy nem veszik figyelembe az impedancia viszonyokat. Telis-tele van az internet olyan kapcsolásokkal, amik ebbe a hibába esnek, egyáltalán nem kell csodálkozni, hogy azok a DIY ( csináld magad ) hobbytársaink, akik jó szándékkal levadásznak egy rajzot a netről, nem tudnak jó erősítőt építeni, minden igyekezetük ellenére sem.

Az invertáló ( fázisfordító) erősítők építésének alfája-omegája, hogy a kivonási pont két oldalának közel azonos impedancia viszonyokkal kell rendelkeznie. A végfok kimenetén nagyon alacsony, pár milliOhm-tól max 1 Ohmig terjedő impedancia van, a bemeneten pedig ott lóg egy 50KOhmos potenciométer. A kivonási pontot a kimenet sokkal szorosabban fogja, minthogy a bemeneti jel mozgathatná. Emiatt nem nagyon lehet komolyan venni egyetlen invertáló végfokot sem, aminek nincs a bemenetén egy buffer. A buffer egy nagy bemenő impedanciával, egyszersmind nagyon alacsony kimenő impedanciával bíró, egy bemenetű, nagyon gyors és alacsony torzítású, egységnyi erősítésű fokozat. Általában egyetlen chip az egész, mint pl. a BUF634 a Burr Brown-tól. Minthogy a buffer és a végfok kimenetei között azért így is lesz kb. egy nagyságrend impedancia különbség, mégsem leszünk bajban, mert a visszacsatoló osztó is kb. 1:20 –hoz közelítő impedancia aránnyal bír, így az osztási pontban az impedancia viszonyok mindkét oldalról közel azonosak. Ugyanez megépíthető egy jobb OP-amppal is. Fokozhatjuk az esélyeinket a jó első Wattra, ha szimmetrikus kimenetet építünk ( híd ).

A hídkapcsolás tulajdonképpen egy időcsúszás mentes torzítás kompenzáció, azonos módusú torzítás kiejtés. Azon az alapvetésen épül, hogy a hangszóró két kapcsán megjelenő azonos jelek nem mozdítják meg a membránt, vagyis kioltódnak.  Régóta ismerjük ezt a technikát, nincs benne semmi új. A hagyományos tranzisztoros technikával épített hídkapcsolások nagyon alkatrész igényesek, nem beszélve a helyigényről. Manapság annyi az előnyünk, hogy vannak jó hangú végfok chipek ( Gainclone, LM3886 ) , ezek annyira olcsók, hogy ezekből egy hídkapcsolás megépítése  sem okozhat nagy traumát.

Terveztem egy ilyen, nagyon könnyen megépíthető erősítőt, az e helyütt közre is adom a rajzot, ezzel egész jó eredményeket lehet elérni, ne legyen már a legtöbb DIY erősítő hallgathatatlan. Nyilván elmarad a komoly elektronikáktól ( bár, ha megadjuk a módját, és katonai alkatrészeket használunk hozzá, lehet meglepetés belőle ) , ne higgye senki hogy most aztán eljutott a High-End csúcsára... Annyira kevés alkatrész kell hozzá, hogy nem kell hozzá panelt tervezni sem, és egy délután alatt össze lehet forrasztgatni, egy próbapanelen.   Ha izmosabbat szeretnénk, a kimeneti IC-ket párhuzamosítani kell, mert az IC áramlimitje nem tesz lehetővé 4-5 Ampernél többet. Így 2 db LM3886-al sztereo oldalanként kb. 60W ami reális, de ez bőven elegendő a nyugodt otthoni zenehallgatáshoz. Ez az üzenetem azoknak az T. Olvasóknak, akik az LZ végfok DIY megépítésének ötletével találnak meg, időről-időre. Építsék meg ezt, és legtöbb esetben elegendően jónak fogják találni. DIY viszonylatban nagyon is.

Igazán jó első Wattot kívánva, üdvözlettel

Gábor, AudioWorld 2016. Május