Ahogy mondani szokták, egyetlen történet sem kezdődik az elején, hadd kezdjem most én is Ádámtól-Évától, esetleg Micimackótól-Nyuszikától.
Erősítő – láncelmélet ( vagy még inkább annak hiánya )
Azt mindenki, aki egy kicsit is hozzászagolt a hifi berendezésekhez technikailag, tudja, hogy egy audio berendezés összeállításakor négy dologra mindenképp szüksége lesz. Forrásra, erősítőre, hangdobozokra és kábelekre. Amikor ezeket megveszi nemigen zúzzák Őt azzal a boltban, hogy ezeket egymáshoz kellene illesztenie.
A forrás manapság ( a rádiótunert inkább hagyjuk ) kétféle szokott lenni, vagy egy hangszedő, vagy pedig egy DAC chip, az erősítendő analóg zenei jel ezeken a pontokon keletkezik. Innentől, egészen a hangszórókig erősítők, köztük pedig kábelek jönnek, szép sorban, egymás után. Ha szigorúan vesszük, az erősítők és a kábelek nem vonatkoztathatók el egymástól. Hátrébblépve két nagy lépést, és onnan rápillantva az audiofil világ működésére, azt láthatjuk, hogy rettentő ritkán van jelen az az ideális állapot, amikor egyetlen cég elő tud állni egy komplett, elektronikailag összetervezett berendezéssel, hangszóróstól, kábelestől, erősítőstől, a forrásig visszamenve. Én talán kettő ilyet tudnék mondani, vagy talán hármat, mindenek előtt az Audio Note, akik szerintem ebből a szempontból pestiesen szólva, nagyon ott vannak. Aztán pedig a Linn, akik szintén, bár hangminőségüket tekintve egy erős kezdés után kissé visszaléptek az utóbbi időben. Németeknél a Burmester, Magyarországon pedig van ugye a Heed Audio, ahol a kábeleket leszámítva már majdnem megvalósult a dolog, és a Soner Audio, ahol szintén egy teljes, egymáshoz illesztett láncot vásárolhatunk, ha épp az a hang tetszene.
Nagyobb részben azonban a legtöbb audio gyártó cég valamilyen komponens specialistája. Hangszórósok, erősítősök, kábelesek, lemezjátszósok, stb. Horribile dictu, még kimondani is szörnyű, ha nem gyárilag összetervezett rendszert veszünk, elektronikailag szemlélve, a különböző komponensek együttműködése teljesen véletlenszerű lesz. Hangszedő-kontra-phono erősítő viszonylatban létezik egy „világszabvány” a RIAA ajánlás 47KOhm lezáró impedancia, majd később arról is lesz szó, hogy sajnos ez sem standardizálja a helyzetet. Az ezt követő erősítő fokozatokban, különösen majd a legvégén, a hangszóró-erősítő vonalon azonban nagy a szanaszétség, ritkán adódik véletlenül egy ideálishoz közelítő párosítás. Kábel illesztés szintjén, még a szimmetrikus kábelekkel szerelt készülékeknél (studio szabvány) megoldott, ott jobban odafigyelnek a gyártók a szabvány 600 Ohmos lezárásra és kábel hullám-ellenállásra. RCA-nál már nem ennyire fórschriftos a helyzet. Másfajta szabvány, vagy bármilyen egyéb referencia pont, amihez minden gyártónak igazítania kellene a saját termékét, nem létezik. Sem érzékenységben, sem teljesítményben, sem terhelhetőségben, sem semmi másban. A legtöbb vásárló nem elektronikai szakember, segédfogalma sincs, hogy most rá van bízva, mit mivel és hogyan illeszt. Nem is tudja, hogy lenne egy ilyen feladata. Így aztán bátran megvesz ezt-azt. Biztos jó lesz együtt.
Elképesztő, hogy (a mindenki által értett autós hasonlatoknál maradva) ezer autóvásárlóból 999,99-nek eszébe nem jutna pl. venni egy Chrysler karosszériát, mert annak szereti a formáját. Majd beballagni a BMW szalonba, és rendelni bele egy M5-ös motort, mert az jó bika. Váltót a Mercedestől, az fokozatmentes… Futómű a Fordtól…azt írták róla egy szaklapban, hogy az nagyon jó… A végén rátenni négy R36 -os Pirelli gumit, mert nem szeretne csúszkálni az úton, és majd a haveroknak is jól leesik az álla, ha ezt meglátják. Ha lenne mégis 1 ezred százalék, akinek ez eszébe jutna, a kereskedők azonnal lebeszélnék róla, rávezetve az illetőt, hogy ez semmilyen szinten nem jó ötlet, mert ezek az alkatrészek nincsenek összetervezve.
Hifiben – ezerből 999-en mégis épp ezt csináljuk. Annak az esélye, hogy ez a módszer tökéletesen fog működni, még a fenti M5-ös Chrysler „hibrid” esélyeinél is szerényebb. És a kereskedőknek sincs ellenvetése, maximum javaslatokat tesznek a párosításokra, azokból a holmikból, ami van polcon. Mégis mindenki boldog.
Vagy mégsem ???
Maradjunk az erősítők vonalán, szűkítsük le a kört.
Az erősítő látszólag csak annyit tesz, hogy a forrás kimeneti jelét ( mondjuk legyen ez egy CD-játszó, vagy egy DAC ) felerősíti arra a szintre, ami elegendő a hangdobozok meghajtásához. Ez így igaz is, meg nem is. Igaz, mert végülis ez megtörténik. Nem igaz, mert az erősítő nem csak ennyit tesz. A múltkori kábelmizériás írásomban futólag említettem már, hogy a kábelek és az erősítők interakcióban vannak egymással, hatnak egymás viselkedésére, jelátvitelének módjára. Ezen felül, minden erősítő frekvenciafüggő energia-betáplálást, dinamika kompressziót, torzításokat és fázistolást tesz hozzá a bemeneti jeléhez.
Egy integrált erősítő kiválasztásakor nem sok tennivalónk van, ugyanis esélyünk sincs belenyúlni a folyamatba, a dobozon belül történik minden. Nem mondom, ez egy maximálisan kényelmes állapot, amit a jó svádájú angol a „customer’s peace of mind” jelzővel illetne, ez magyarul kb. annyit tesz, hogy a Kedves Vevő nyugodtan lazítson, minden el van rendezve. Honnan nézve ??? Az hogy valami egy dobozban van, még nem jelenti azt, hogy ott belül nincsenek egyszerűsítve a dolgok. Gyakran vannak egyszerűsítve. Viszont időnként az egyszerűbb megoldások a jobb hangminőség irányába mutatnak, ördög tudja, mivel jár az ember jobban. (Egy rossz hangú IC-s impedancia illesztés kihagyása többet javít a hangon, mint amennyit maga a rossz impedancia illesztés rombol)
Impedancia
Elektronikailag (röviden) az a helyzet, hogy bármiféle erősítőnek van bemeneti és kimeneti impedanciája. Az impedancia egy gyűjtőfogalom, amely három féle elektronikai hatásnak (rezisztív, azaz ellenállás jellegű, kapacitív, azaz kondenzátor viselkedésű és induktív, azaz tekercs viselkedésű, egyszerre jelentkező hármas-hatásnak) az egyszerűbben, ellenállásként való kezeléseként próbálja egy szóba zsúfolni. Minden erősítő csatlakozási pontnak van impedanciája, de az egyes pontokon eltérő a fenti három összetevő mértéke. Egy erősítő bejáratán az impedancia (Zin) az oda érkező kábel és az előző fokozat szempontjából lezárás, azaz a jel és a test közötti áram útja, vagyis párhuzamos kapcsolásban van, míg egy erősítő kimeneti impedanciája (Zout) olyan, mintha sorba volna kötve a kábellel. Hivatalosan az a helyes elektronikailag, ha a kábelt meghajtó erősítő kimeneti, ill. a kábel végén levő fogadó erősítő bemeneti impedanciája azonos, és ezek megegyeznek a kábel hullámimpedanciájával. Ezen a módon a nagykönyv szerint a kábelen nincs jelveszteség (de mi tudjuk, hogy van, legalábbis aki olvasta a kábelmizériát. Moooooocskosz kisz hobbitkák, nem tudtak behúzni a csőbe bennünket…). A kábeleken az elé ill. mögé kötött erősítők impedanciáitól (is) függő jelveszteség történik, nem összetervezett rendszerekben előre nem látható, esetleges mértékben és frekvenciákon. Hogy minden kábelnek van saját hangja egy adott rendszerben? Ugyan…
Aki bármilyen két erősítő fokozatot összeköt egy kábellel, fejest ugrik a fenti folyamatba. Egy integrált erősítő belsejében is megtörténik ugyanez, hiszen több, egymást követő erősítő fokozat között vezetjük a jelet, azok is összekötődnek egymással. A mérték, ami nem egyforma. Ökölszabályként azt lehetne megemlíteni, hogy minél nagyobb a kábelkapacitás ( pl. hosszú árnyékolt kábelek esetében ) annál nagyobb a jelentősége a nagyon alacsony kimeneti impedanciájú (belső ellenállásnak is szoktuk mondani) meghajtó fokozatnak. Ezzel el is érkeztünk az előerősítők témaköréhez.
Jól nézzük meg ezt a rajzot. Z out(A) az erősítő kimenő ellenállása, aminek jelentős része a táp puffer kondenzátorának frekvencia függő belső ellenállása. Utána jön sorban egy kábel, majd a Z in (B) fogyasztó, a lezárás, ami egyben a következő fokozat bemeneti impedanciája.Ez a három (!!!) impedancia egy frekvencia függő osztót alkot. Ez a kép és leírás a létező legnagyobb (publikus) segítség a DIY erősítőépítőknek, hogyan lehet jó hangú erősítőt építeni. (plusz, lásd lejjebb, a jelútról szóló összefoglalómat) Ugyanez a logika vezet a megfelelő illesztés megtervezéséhez. Ha valaki képes energetikailag értelmezni ezt a rajzot, önmagában egy fél siker. A másik fele maradjon jótékony homályban.
Az előerősítő
Az előerősítő, ahogy azt a neve is mutatja, a hangszórót meghajtó végerősítő előtt helyezkedik el az erősítő láncban. Köztes egy darab, mert mindkét oldalán, előtte és mögötte is erősítők helyezkednek el, vagy egy phono erősítő, vagy egy DAC kimeneti fokozata, vagy egy rádió tuner kimeneti fokozata, stb. A kijáratán pedig ott egy végfokozat. Szerencsés eset, mert mind a két oldal elektronikailag jól kezelhető. Nem járunk úgy, mint Micimackó Nyuszikánál, akinél a bejáratok jók, de a kijáratok…nem elég szélesek.
Az előerősítő, vagy előfok, ahogy azt mezei módon emlegetni szoktuk, öt fő funkciót szolgál ki. Ezek:
- Bemeneti impedancia illesztés
- Bemenet választás
- Hangerő szabályozás
- Jelerősítés (jel és energia szint növelés)
- Kimeneti impedancia illesztés (kábel-meghajtás)
Legjobban akkor járnánk, ha az előfok integrált lenne, azaz bele lenne építve a phono erősítő ( ez viszonylag gyakori, főképp a régebbi gyártmányokon) és a DAC is, már csak azért is, hogy megúszhassuk ennek a két fokozatnak az előfok felé menő kábeleit. Az impedancia illesztést az említett elektronikák kimeneti fokozata megoldja a hangerő szabályozó irányába, a házon belül a kábel nagyon rövid, nem is mindig árnyékolt, nincs számottevő kapacitása. Ha nincs beépítve ez a két elektronika az előfokba, akkor a bemeneteken (mérnöki döntés) vagy használunk impedancia illesztést, tudva hogy ez újabb torzításokat, és plusz költséget eredményez, vagy a bemenet választó relék után közvetlenül a hangerő szabályozóra vezetjük a jelet.
A hangerő szabályozó sokféle megoldású lehet. „A” verzió, a leggyakoribb, egy „sima” potenciométer. Na, azért ebből is létezik nem annyira sima, akár 80 Euróba is tud kerülni egy-egy precízebben kimunkált példány. A potenciométernek az a problémája, hogy a két csatorna együttfutása szinte sohasem megoldott, mindig van egy kis eltérés. A csúszka egy szénrétegen csúszik erre-arra, aminek szintén van saját impedanciája, induktivitása + kapacitása, amely a csúszka különböző pozícióiban mindig más és más. Vagyis, egy potenciométeres hangerő szabályozás során bármely helyzetben áll is a csúszka, a két csatorna nem fut tökéletesen együtt, és hangerő (csúszkaállás) függő mértékben szűrőként is viselkedik emellett. Kriminális? Az.
„B” verzió: Kapcsolt ellenállásos hangerő szabályozás. Vége az együttfutási problémáknak kérem!!! Ha elég pontos értékű ellenállásokat használunk, esetleg még válogatjuk is őket, akkor nagyon pontos értékeket lehet összeállítani, a két csatornához. DE. Kapcsolt ellenállásos szabályozó háromféle létezik, melyik legyen? „B1” jelű változat, pl. az ELMA ( lásd https://www.elma.com/en/products/rotary-switches/audio-solutions/product-pages/mv-series-detail/ ) sorba köti az ellenállásokat. A két csatorna egyforma, de a kis hangerő poziciókban a jel keresztülmegy vagy 20 ellenálláson, nem az álmaink netovábbja. Még mindig sokkal jobb, mint egy normál poti. „B2” verzió, a Sönt változat, amikor van 1 db soros ellenállás, és 24 párhuzamos, a jel sokkal kevésbé sérül így, viszont az előtte levő fokozatot terhelő impedancia változik. Ha ebben a körben nincs kábel, a megoldás jól használható, de kábellel bekötve megint változókat hozunk a képbe, nem szerencsés. „B3” verzió: Ladder Attenuator. Na, ez már tud valamit, csak elég drága. Ebben a felállásban mindig csak 2 db ellenálláson megy át a jel, ezek eredője mindig tud azonos lenni, úgy, hogy közben az osztási pont változik. Ha jól szeretnénk megcsinálni, nagyon jó minőségű ellenállások kellenek, és sztereoban egy 8 pályás kapcsoló, az se egy csomag Zizi ára. Lásd: https://www.hificollective.co.uk/attenuator/glasshouse-ladder-stepped-attenuator-stereo.html
284 angol Font… 120 ezer Ft +ÁFA, egy hangerő szabályozó. Ennyiért kapjuk mi, a gyártó cég... Értitek miért drága a High-End?
C verzió: elektronikus hangerő szabályozás. Ezt nem nagyon szoktuk erőltetni, rendes audiofil konstruktőr kerüli, mint ördög a tömjénfüstöt, mert szinte mindig plusz torzításokat visz a rendszerbe, de nagy előnye, hogy távirányítható, vagy akár nyomógombokkal is működik.
D verzió: transzformátoros hangerő szabályozás
Ebben mi magyarok jók vagyunk, Nagy Pál barátom, aki az angliai Manchesterben él, szép sikereket mondhat magáénak a távirányítós, trafós szabályozású előfokjaival. Többet a munkásságáról itt: https://www.passivepreamp.com/
Erősítés.
A hangerő szabályozó után kell nekünk egy kétfunkciós erősítő fokozat. Fel kell erősítenünk a jelet, maximálisan 5 Volt kimeneti szintre, és egyúttal impedanciát kell illesztenünk. Ha a kimenetünk szimmetrikus, akkor egy ennek megfelelő erősítő kell, az eleve 4 csatorna, ha megelégszünk a normál RCA csatlakozással, akkor csak kettő. Jó az is, csak annyi, hogy innentől számolgatnunk kell, és bele kell tudni nyúlni a következő fokozatba, a végfokba. Plusz, pontosan tudnunk kell, milyen kábellel lesz a két fokozat összekötve, annak a kapacitását bele kell tervezni a rendszerbe.
Az erősítő fokozatunkkal kapcsolatban akad egy-két kritérium, aminek meg kell felelni, ezek sem nagyon könnyűek.
- Alacsony zaj (ez még nem olyan nagy kihívás)
- Kevés aktív elemből kell álljon (még ez sem)
- 6-7-szeres erősítés (mi sem könnyebb)
- Nagyon alacsony kimenő impedancia (Apa, kezdődik…)
- Nagy jelemelkedési sebesség
- Stabilitás, nem lehet gerjedékeny (ez az utóbbi kettő egymás ellen dolgozik)
- Színezetlen hang (kapod az ívet, de kegyetlenül…)
- Nagyon alacsony torzítás
- Könnyed dinamika
- Ritmika, folyékonyság
- Hosszú élettartam, megbízható működés
- Elfogadható költségszint
- Alacsony hőkibocsájtás
- Szervizelhetőség
A 7-es ponttól felfelé a dolgok kezdenek elfajulni. Amíg pl. egy AD8066-os vagy egy OPA1612-es duál műveleti erősítő IC-vel ezt az erősítési feladatot elég jó minőségben, különösebb gond nélkül meg lehet oldani, mondjuk 80 százalékban, az IC-n belül már túl sok félvezető van ahhoz, hogy a hang mentes legyen a P/N-átmenetekből származtatható egyfajta grízességtől. Ha pl. „csak” egy jó audiofil előfokot szeretnénk, ez még belefér, a top High-Endben erre már harapnának. Más, drágább, nehezebben gyártható és kézben tartható megoldásokat kell keressünk, ami megint nem csökkenti a költségeinket, és a rá fordítandó időt.
Az előfokozat a csöves technika paradicsoma. A szükséges erősítés egyetlen csővel is megvalósítható, ami kellően stabil, jó cső választás esetén alacsony zajú, megfelelő tápegységgel dinamikailag meggyőző, és folyékonyságát, könnyedségét sem lehet elvitatni. Amit nem fog tudni, az a hosszú élettartam, és a színezetlenség, ezek nem erényei a csöveknek. Azért a kimeneten egy félvezetős buffert nem fogunk megúszni. Már ha komolyan vesszük a nagyon alacsony kimenő impedanciát.
Jelút... "Óh! irgalom atyja, ne hagyj el..."
Különböző audio fórumokon, sőt, még komoly elektronikai világcégek alkalmazás-ajánlásaiban, ú.n. white paper-eiben is, a tanult kollégák gyakorta szokták emlegetni a jelút fogalmát, valahogy úgy, hogy milyen jó ez vagy amaz az erősítő, mert nincs kondenzátor, ellenállás, stb. a jelútban. Ez alatt azt szokták érteni, hogy az erősítő kapcsolási rajzán a bemenettől a kimenetig végig követik a jelet, és ezen a szakaszon nincs más a jel útjában, csak egy csatoló kondenzátor, stb. A tápegység ilyenkor szóba sem kerül, hiszen az csak adja a feszültséget, az nincs benne a "jelútban"... Ez egy alapvető téveszme, mi sem áll messzebb a valóságtól. Egy olyan szemléletmód, amely meggátolja az erősítők valós működésének megértését. Ha ezt az információt, amit most közzé teszek, valaki megosztotta volna velem úgy 17 éves koromban, amikor az első erősítőimet építettem, jó eséllyel az első 10 év próbálkozásait, tanulópénzét megspórolhattam volna, és ma ennyivel előrébb járhatnék az igazán jó erősítők felé vezető hosszú úton.
Minden erősítő fokozat egy áram KÖR. Ha a fenti szakik egyszer az életben végigkövetnék az áram útját visszafelé (!!!), az erősítő kimenetén található lezárás testpontjától az energia-útvonalon, a fogyasztótól az áramforrásig (ez egy áramkör alapvetően) akkor rájöhetnének, hogy a lezárás szempontjából (ott keletkezik a következő fokozat bemenő jele) a jelút nem az erősítő elején kezdődik, hanem a kimeneti fokozat tápegysége puffer kondenzátorának testpontján, és itt is ér véget. Itt záródik a KÖR. (Csak zárt áramkörben van energia-átadás) Ha van valami, ami igazán benne van a "jelútban" az a tápegység puffer kondenzátora, kisebb részben a stabilizáló és csatoló elemek (azoknak homogénebb az energia-mintázata). Az az energia, amely a lezáráson keresztül testre záródik, keresztül "halad" a puffer kondenzátorokon. A puffer mint ennek az áramkörnek váltóáramú szempontból legkisebb impedanciájú tagja, továbbá mint energia tároló (változó impedanciájú pillanatnyi energia-forrás) a valódi jelút minőségének első számú komponense. Ez az impedancia frekvencia függő, tehát az energialeadás is az. Ebben a körben a fontossági sorrend attól függ, melyik elemnek van a legnagyobb ráhatása az energiamintázat homogenitására, és az energialeadás sebességére. Félvezetős áramkörben második a stabilizátor, a harmadik pedig a kimeneti csatoló kondenzátor (ha van) negyedik az aktív elem, a modulátor, ötödik a kimenetet és a lezárást összekötő kábel, végül maga a lezárás. A következő fokozat szempontjából ez a meghajtó áramkör. Nem állítom, hogy az erősítő fokozaton belül ne volnának fontosak az alkatrészek, de a jelút, ahogy beszélnek róla, az egy totál hibás megközelítés, egy szinuszjelre alapoznak, de valójában amit hallgatunk, az nem egy szinuszjel,ami innen oda "átmegy" az erősítőben, hanem a tápokból származó energia.. Az energia-útvonal az mindig az adott erősítő fokozat tápegysége és lezárása között van elsősorban. Az aktív erősítő elem az ebben a körben rendelkezésre álló energiát modulálja. Erősítés = a rendelkezésre álló energia-mintázat amplitúdó modulációja. Az előző fokozatból származó modulált energia a következő fokozat bemeneti jele.Ha ezt a valóságot sokkal jobban leíró nem tankönyvi logikát a DIY és mérnök társadalom adaptálni tudná, sokkal jobb erősítőket építhetnének. Ez is egy szükséges, de nem elégséges feltétel.
Lássunk néhány jónak tartott előfok megoldást a múltból:
Elsőként egy régebbi kapcsolással kezdjünk, amely elegendően egyszerű, mégis kitűnő zenei minőséget nyújt, szinte mindenki akinek módja volt kipróbálni ezt az előfokot, szuperlatívuszokban beszél róla.
Conrad-Johnson PV-12
Csöves vonalon nagy az ázsiója az Audio Research cég elektronikáinak, lásd a kezdő képen az LS22-es előfokot. Egy modernebb kor szülötte, már nem tartalmaz phono erősítőt, viszont teljesen szimmetrikus (erről a technikáról majd a végfokoknál beszélünk bővebben, várjátok ki) . Mellékelem a kapcsolási rajzát.
Nagyon jó eredményeket lehet elérni félvezetőkkel is.Túl azon, hogy egy félvezetős erősítő mindig sokkal színezetlenebb, mint egy csöves, ha meg tudjuk oldani (íme egy félvezető előny) hogy ne kelljen kondenzátoros csatolásokat alkalmazni, ami mindig vagy rosszul szól, vagy elég drága, választhatsz, egyszersmind a kimeneti impedanciát is alacsony értéken tudjuk tartani, máris jó úton járunk. Jó példa erre a Salas DCG3 rajza, 3-szoros erősítés, A-osztályú üzemmód, 0,001% torzítás mellett. Az AD823 helyett (túl jó DC szervónak) egy LF411 tökéletes. A kapcsolás fejhallgató erősítőként is működhet.
Remélem mostmár tényleg mindenki boldog, én is, mert továbbléphetünk a következő témánkra, az MC, a phono erősítők és a DAC kijáratok erősítőire. Addig is, Happy Day, No Covid, and relax...
Legjobb üdvözlettel,
Nagy Gábor Pál @ AudioWorld
2020. Április
