– avagy: hogyan lehet megérteni a jó hangzás mögötti technikát?
Sokan nem értenek az elektromossághoz, de maguk elé tudják idézni a víz folyását, ami jó analógiát nyújt az elektromos áramlás alapvető megértéséhez. A nap, amely mozgatja az időjárási ciklusokat, vizet rak le a tájra, amely egy tóban, folyókban vagy egy gát belsejében gyűlik össze. Az emberi közösség szükség szerint vizet vételez a vízrendszer csövein keresztül. Az eső/hó felhalmozódik a tóban, és, ahogy a tó megtelik a víznyomás megnövekszik. Amikor vizet vételezünk a vízszint csökken, ezért a nyomás is csökken. Amikor a közösség a szokásosnál több vizet vételez, a vízszint jobban csökken, és gyakran több mint egy szezonba telik a tó feltöltése. Egy komplett audio-rendszer – műsorforrás, erősítő és hangsugárzók – teljes áramköre akár vízrendszernek is tekinthető.
Egy elektromos vezető (kábel) egy csőhöz hasonlítható. A víznyomás a feszültség, a víz áramlása az elektromos áram. A fürdőkádak és tárolótartályok a kondenzátorok, a diódák egyirányú szelepek, a csövek és a tranzisztorok a csapok. Egy erősítőben az otthoni elektromos rendszer, vezetékek, tápkábel és transzformátor biztosítja az esőt. A kondenzátorbank a tartály. A kondenzátorok 1/120 másodpercenként kapnak elektromos töltést, amely két áramimpulzust tükröz vissza a transzformátortól az elektromos művek által biztosított 60 Hz-es szinusz hullám minden egyes ciklusában. Ezek az impulzusok viszonylag rövid időtartamúak, és a teljesítmény-kondenzátorokon múlik, hogy energiát tároljanak a töltési impulzusok között fellépő 6 milliszekundumos elektromos „szárazság” alatt. Állandó feszültséget (vízszintet) szeretnénk a tápegységünkből, és ezt általában nagyobb töltést tároló nagy kondenzátorok és a szükséges töltést biztosító nagy transzformátorok alkalmazásával érjük el. Idáig érthető, hogy rendelkezni kell egy tápegységgel és annak stabilizáló áramkörével, amelyeket bármilyen típusú elektronika áramellátására használhatunk.
Mivel még nem az erősítőkről beszélünk, hanem inkább arra törekszünk, hogy megértsük, mi a minőség egy olyan piacon, amely gyakran mesél és füllent, ezért szeretnék néhány általános ötletről beszélni, és megjegyzéseket fűzni néhány, az erősítő gyártók által használt megközelítéshez. Meg kell érteni, hogy ha egyszerűen csak állandó, zajmentes feszültséget akarunk, amelyet egy tápegység tesz elérhetővé, akkor általában a „minél nagyobb és nehezebb, annál jobb” tétel érvényesül. A nagyobb transzformátorok és kábelek kevésbé „lustulnak”, míg a nagy kondenzátorok több töltést tartanak fenn. Van olyan, hogy túl nagy? Biztosan. Ahogy a tápegységek nagyobbak lesznek egy adott feladathoz, amelyet el kell végezniük, az előállítási költség nagysága miatt a megtérülés csökken. Például, ha egy transzformátornak 1 Watt teljesítményt kell biztosítania egy előerősítő áramkörhöz (megfelelő méretezéssel), az 1000 Watt vagy a kettő kiloWatt teljesítményre váltás az előerősítő paraméterein nem fog javítani. Azonban ki tudja, miért, ez a megfontolás nem nagyon elrettentő egy átlagos audiofil számára, aki általában a nehéz és terjedelmes 1000 Watt-os tápegységeket részesíti előnyben, még az olyan elektronikával szemben is, amelynek csak néhány század Watt kellene ahhoz, hogy jól működjön.
A legjobb teljesítménytranszformátorok a toroidok, „fánk alakú” mágneses maggal. A súlyhoz és mérethez képest maximális teljesítményt nyújtanak és kevesebb a zaj. A transzformátorokat általában a várt teljesítmény x-szeresére kell méretezni, mivel a kondenzátorokat rövid impulzusok táplálják. Általában egy „A-B” osztályú sztereó erősítőnek csatornánként 200 Watt folyamatos teljesítményre van szüksége, 8 Ohm terhelésre egy sztereó erősítő részére körülbelül 700 Watt-ot kell biztosítani. Ha a terhelést felére csökkentjük, az egyes hangsugárzók tipikus impedancia változása miatt, a működéshez megközelítőleg 2000 Watt transzformátor teljesítmény kell. Ez megfelelő lehet egy olyan „A-B” osztályú erősítőnél, amely nem igényel maximális folyamatos működést, vagy szerényebb, mint kiváló teljesítményt nyújt alacsony impedanciák mellett – tehát általában lapos a lejátszási dinamika minden hangerő fokozatnál. Rosszabb a helyzet, ha a sztereó erősítő csatornánként 200 Watt teljesítményű tiszta „A”-osztályban működik. Ez körülbelül 1000 Watt teljesítményt folyamatosan fogyaszt, ami azt jelenti, hogy körülbelül 3000 Watt teljesítmény-transzformátorra van szükség, nem kevesebbre(!)
Jelenleg minden toroid transzformátor körülbelül 70 Watt teljesítményt ad le súly-kilogrammonként, tehát egy 3000 Watt-os toroidnak körülbelül 45 kg-ot kell nyomnia. Az erősítő többi része (elektronika, hűtőbordák és ház) valószínűleg körülbelül ugyanannyit fog nyomni, tehát ha egy csatornánként 200 Watt-os „A” osztályú sztereó erősítő vásárlását fontolgatjuk, meg kell nézni a súlyát. Előfordulhat, hogy egy kisebb súlyú erősítő nem tiszta „A”-osztályú. Lehet, hogy majdnem „A”-osztályú, vagy lehet, hogy egyike a sok termék közül, amelyek az „A”-osztályú jelölést kapják. A zaj további csökkentése érdekében a toroidokat néha fém dobozokba zárják. A mágneses sugárzás csökkentése érdekében ezek a dobozok általában, de nem mindig, acélból készülnek. Ez jó, de ne feledjük, hogy a múltban több cég használt kis transzformátort egy nagy tartályban, és homokkal pótolta a különbséget. Vannak, akik még ma is ezt csinálják.
A tápegység kondenzátorai a szükséges nagy kapacitás értékek miatt szinte mindig elektrolitikus felépítésűek. A teljesítményerősítőkben található kondenzátorok kapacitásuk, feszültségük és áramerősségük szerint vannak besorolva. Egy farad (1 000 000 mikrofarad) nagy érték; az alapszabály az, hogy ez a kapacitás 1 Volt-ot veszít, 1 Amper 1 másodperces leadása után. Egy 8 Amperes előfeszítéssel rendelkező végerősítőben, mint például a 200 Watt-os sztereó „A”-osztályú példánkban, ez körülbelül 0,06 volt-os effektív tápfeszültség hullámzást jelent. Legtöbbször 100 000 mikrofaradot kell használni, ami példánkban körülbelül 0,6 voltos hullámzást ad. Ez elég jó, a teljes tápfeszültség körülbelül 1%-át teszi ki. A kisebb erősítők kevesebbel is boldogulnak, a nagy erősítőkhöz több kell. A nagy elektrolit-kondenzátorokban, a kapacitív film spirális tekercselése miatt, kis mennyiségű induktivitás is jelen van. Az induktivitás hatásának csökkentése érdekében az alacsony induktivitású film-kondenzátorokat gyakran párhuzamosan helyezik el, így nagy frekvenciákon az áram egy kicsit könnyebben folyik. A számok vizsgálata némi betekintést nyújt ide. Gyakori, hogy egy nagy elektrolit kondenzátor induktivitása miatt az impedanciája 10 kHz körül megnő. A poliészter kondenzátor párhuzamos kapcsolásban az impedanciát körülbelül 0,1 Ohm-mal e frekvencia felett tartja. Azonban az erősítő stabilitása szempontjából a nagyfrekvenciás impedancia fontos lehet, különösen bonyolultabb áramkörök esetén, mivel a tápegység forrás-impedanciája körülbelül egy megaHertz frekvencián kezd megjelenni a visszacsatolásban. A teljesítmény 5 kHz felett körülbelül 12 dB/oktávot esik, és tényleges zenei értéke a volt/mikroszekundum töredéke.
Míg gyakran igyekszünk kiküszöbölni az induktivitást a kondenzátorokban és a vezetékekben, a tekercs formájú induktivitások felhasználhatók a tápegységek teljesítményének javítására. Ha az induktivitást és a kondenzátorokat a váltakozó áramú vezetékre helyezzük a szűrők kialakítása érdekében, ezek csökkenti a nagyfrekvenciás zajt mind a bemeneten, mind a kimeneten. A nagyméretű induktivitások sorba kapcsolhatók a transzformátor primer és szekunder részeivel, hogy meghosszabbítsák a tápegység kondenzátorai töltő-impulzusának időtartamát, javítva a szabályozást és csökkentve a zajt. A nagy induktivitás több tápegység kondenzátorral kombinálva „pi” szűrőket képezhetnek, hogy csökkentsék a zajt a tápvezetékeken. Az induktivitás nagyon hasznos, de költséges. A teljesítményerősítőkben való felhasználás azt jelzi, hogy a gyártó szokatlanul erős elkötelezettséggel rendelkezik a teljesítmény iránt.
Az audiofilek szeretik a kábeleket. Talán a megértésben rejlik a vonzerő – talán nem. Mindenesetre a teljesítményerősítők megfelelő bekötéséhez a legjobb a vastag és rövid kábelek csatlakoztatása, amelyek tiszta lágy fémekből, például rézből vagy ezüstből készülnek. Az elektronikus kártyák és a tápegységek közötti huzalozás mindig kellemetlenséget okoz, mindenekelőtt a forrasztás, amelynek többé-kevésbé jelentős ellenállása van, ami csökkentheti a teljesítményt. A csökkenés természetesen elhanyagolható, de jelen van. Fontosak az egyenirányítók, elvégre a váltóáramot egyenárammá kell alakítani. A gyors helyreállítás azt jelenti, hogy néhány nanomásodperc alatt sok ampert és voltot kibírnak, amit a régi 60 Hz-es váltóáramú vonalon nem nagyon látunk. A tápfeszültség állandósításának nagyszerű módja az aktív lineáris szabályozás. Sajnos ez általában nem megfelelően történik. A múltban egyes aktív szabályozást használó erősítőket kritizáltak a látszólagos dinamika hiánya miatt, és ez sajnos a technikának a megérdemeltnél kisebb hírnevet adott. Ha helyesen történik, a lineáris beállításnak túl kell lépnie az erősítő névleges értékeinek egyszerű követelményén. A szabályozónak képesnek kell lennie az áramkörben való használatához általában szükséges áram körülbelül 10-szeresére. A szabályozót nagy kapacitásoknak kell megelőzniük és követniük, amelyek értéke hasonló a szabályozatlan áramkörökhöz szükséges értékekhez. A transzformátor méretének továbbra is akkorának kell lennie, mint a szabályozatlan áramkörben használt.
A lineáris aktív szabályozás jól láthatja el a dolgát, ennek azonban jelentős költsége van. Sokkal olcsóbb, de bizonyos célkitűzéseket megvalósító megközelítés az, hogy csak az erősítő kis teljesítményű első részét szabályozzák, így a végfok szabályozatlan tápegységet kap. Ez teljesen különálló tápegységekkel, aktív szabályozással, vagy akár két ellenállással és két kondenzátorral is elérhető. A szabályozás másik módja az állandó értékű áramforrások alkalmazása, amelyek az áramkört olyan állandó árammal látják el, amely nem ingadozik a tápfeszültséggel. Egy jó állandó áramforrás 100-szorosára javíthatja a kis teljesítményű front-end áramkörök szabályozását, és a tápfeszültség szabályozásával kombinálva valóban kiváló teljesítményt kínál alacsony költséggel.
A kapcsolóüzemű tápegységek előnyei kötött felsorolhatók a kis tömegük, az alacsony anyagköltségek, valamint az a képességük, hogy további költségek nélkül képesek aktívan szabályozni a feszültséget. A zaj viszont potenciális probléma a kapcsolásnál, de a tápegység fizikai leválasztásával és szűrésével, vagyis egy kis pénz ráfordítással megoldható.
A téma nagyon összetetté válhat, előnyeivel és hátrányaival. Sok audiofil becsmérlően irtózik ettől a technológiától, de nagyon jó hangzású lehet az erősítő még kapcsoló-táp mellett is, ha bizonyos paramétereket betartanak. A kapcsolóüzemű tápegységeket szintén jóval túl kell méretezni az erősítő áramkör által megkövetelt névleges áramigényeknél. Ezenkívül a tápegység kondenzátorai a kapcsoló előtt és után jól jöhetnek, és nagyon konzisztensnek kell lenniük. Ez általában nem így van, mivel a váltás használatának egyik fő oka a megtakarítás.
Mindannyian tudjuk, mit jelent a mono. Alapvetően egy egy-csatornás erősítőt. Természetesen egy olyan csatornánál, amelynek nem kell megosztani az energiaforrásokat, ez előrelépést jelent, hiszen egy adott méretű alvázban dupla transzformátor- és kondenzátortelep lehet. A másik cél az, hogy fizikailag és elektromosan leválasztják az egyes teljesítményerősítők csatornáit a többitől, csak a váltakozó áramú vonalon találkoznak, és néha ott sem. Így bármi, ami az egyik csatornán történik, minimális hatással van a többire. A mono üzemmód nagyon kívánatos a csúcskategóriás rendszerekben, de nyilvánvalóan drága. Jó kompromisszumot kínál a „dual-mono” működés, ahol két csatorna ugyanazon a házon és a tápkábelen osztozik, de külön táp-transzformátorok és kondenzátorok vannak. Ez lehetővé teszi, hogy a kívánt szigetelés nagy részét alacsonyabb költséggel érje el. Általában egy nagy transzformátor vásárlása, hogy nagy teljesítményű erősítőket készítsünk, sok pénzbe kerül. Az itt ismertetett megközelítések egy része csak marginális javulást eredményez, de mérhetőek. A tápegység-tervezés ezen szempontjainak mérlegelésekor, az objektív és a szubjektív teljesítmény között, nincs szükség vitába bocsátkozni. Csak az a kérdés, hogy mennyit vagyunk hajlandóak befektetni a hozamokba. Ha zene-fogyasztóként a lehető legjobb hangzásra vágyik, azt kritikus hallgatással teheti meg. Másodlagos célként mindannyian szeretjük azt kapni, ami jónak tűnik, és tudni szeretnénk, hogy a gyártó valóban pénzt fektetett-e be a kis vagyonba kerülő termékbe. Ha elolvassuk a specifikációkat, vagy benézünk a „motorháztető” alá, a tápegység, amely az erősítő egyik legdrágább alkatrésze, általában jó mutató, jellemzően az erősítő legnagyobb és legnehezebb részének kell lennie.
Minden elköltött ezer euróért legalább 8 kg erősítőt kell kapni.
– a magvas gondolatokért köszönet Nelson Pass mérnök úrnak!
