– avagy, mennyire éles a határvonal?
Először is sietünk tisztázni, hogy mindenről a régi görögök tehetnek. Az ő nyelvükből költözött be ugyanis a köztudatba az eufónia (jó hangzás) mint az elektroncsöves erősítőkkel kapcsolatos hangzás jellemzése. Aztán tehet még róla kicsit a tranzisztor, mert több paraméterében annyira meghaladja az elektroncsövet, hogy neki inkább másmilyen hangja van. Ebben az írásban tisztázzuk a clipping vagy határolás, és a harmonikus torzítás jelenségek közötti összefüggéseket, valamint ezek hangzásra gyakorolt hatását. Lehetséges, hogy a végén még az is kiderül, nem is olyan ritka hogy mindkettőt tudtunkon kívül szeretjük. Mivel könnyebb lesz megérteni a jelenségeket grafikus ábrázolásokon keresztül, ígérjük, cikkünk olyan lesz, mint egy képregény. Semmi rendkívüli szakmai mélyen szántásra nem számíthat, innentől mindent girbe-gurba, meg egyenes vonalak fognak megmagyarázni.
Sokan úgy gondolják, hogy tisztában vannak a clipping, vagy határolás fogalmával, ezért elsőként ezt a tévhitüket szeretnénk eloszlatni. Fontos tudni, hogy többféle clipping létezik. A lágy és kemény verziójáról biztosan sokan hallottak, és ez a kettő érdekel most minket a leginkább. Ám a diagonálist meg mindenki hallgatja, aki elektromos gitárt megszólaltató muzsikával üdíti magát, így igencsak ismertnek nevezhető.
Miből ered? Oka számtalan lehet: túlvezérlés, gyenge tápellátás, túlterhelés, és mint fent kiderült, a direkt erre való törekvés. Számunkra most az ok lényegtelen, kész tényként fogadjuk el a meglétét, mert különben soha nem érünk a cikk végén lévő csattanóhoz. Az alábbi ábrán egy tipikus pentóda anód-áram és feszültség görbéjét láthatjuk a különböző vezérlő rács feszültség értékek függvényében.
Ez a lágy clipping melegágya. Miért? Mert az „A”-osztályú munkapont a „nagykönyv” szerint úgy van kitalálva, hogy a bal oldali meredek szakasz kellős közepén helyezkedjen el, így gyönyörű torzítás mentes kimenő jelre lesz képes az eszköz egy ideig. Mennyi ideig? Amíg az adott tápfeszültségen és rácsfeszültségen el nem éri az anód a maximális áramát. Ez nagyon tudományosan hangzik, ezért elmagyarázzuk. Egy elektroncsövet szinte már kötelező rendszeresen túlterhelni, és annyi áramot (értsd teljesítményt) kisajtolni belőle, amennyit csak lehet. Hogy ez elérhető legyen, a munkapont beállítással kellene játszadozni, és lehet is, csak kissé el kell térni a nagy könyvtől. Nem jelent ugyanis hazugságot, ha „A”-osztálynak van nevezve egy erősítő mindaddig, amíg egy fázisban erősíti a jeleket. A munkapontnak viszont nem feltétlenül kell a meredek szakasz közepére esnie, mert akkor nevetségesen alacsony lenne a teljesítmény. Kis huncutsággal, és a lágy clipping gyakorlati alkalmazásával nagyobb teljesítmény sajtolható ki a csőből. A magyarázat a különböző rácsfeszültségek görbéjének enyhe emelkedésével, és nem vízszintes voltával magyarázható. A csőnek ugyanis nincs teljesen vége a felső könyöknél (ahol a meredek szakaszhoz csatlakozik be az enyhén lejtő vonal), hanem kicsivel több áramra is képes, emiatt plusz teljesítmény sajtolható ki belőle, igaz jelentős torzítással, ám lágy clippinggel, és a legfontosabb az, hogy DC kimenő jel tartalom nélkül. Ezt jól jegyezze meg, még szükség lesz rá később is.
Hogy néz ki egy határolt jel? Elsőként megmutatjuk egy torzításmentes szinusz alakját, és frekvencia spektrumát.
Az erősítőbe egy jel megy be, és egy jön ki, ahogy az illik – és ahogy az csak a mesében van úgy, de most ez ne számítson, van itt ennél nagyobb gondunk is. A lenti ábrán egy lágy clipping határolást elszenvedett jel, és annak spektruma látható. Na, ez már nem írható le Fourier transzformációval egy pontként.
Itt is egy jel megy be, de több jön ki, azaz hang termelődik az erősítőben, ami mint majd később kiderül, akár hozzáadott értéknek is tekinthető. Attól függően, hogy a munkapontot hová helyezzük, a hasznos jel alja, vagy teteje szenved lágyan csorbát.
Miért csámcsogunk ezen a clipping dolgon ennyit? Mert egy elektroncsöves készülék esetében többször van vele dolgunk, mint gondolnánk! Egy elektroncső a legjobban és legkevésbé torzítva akkor szól, ha a gazda 100 mW, és mondjuk kb. 2 W között terheli. Ez egyébként sok esetben elég is a boldog zenehallgatáshoz, de nem mindig. A hangfal impedanciájának csökkenésekor kíméletlenül jön a tudtunkon kívül történő túlterhelés, és drasztikusan megnő a teljesítmény igény. Plusz teljesítmény meg egy ideig torzítás mentesen, aztán lágy határolással áll a rendelkezésünkre, ami a spektrumot tele pakolja hozzáadott harmonikus tartalommal. Miért nagy baj ez?
Ki mondta, hogy nagy baj? Az elektroncsövek lágy clippingje ugyanis a páros harmonikusokkal szórja tele az átvitelt, amiről azt kell tudnia, hogy az őt létrehozóval harmonizáló, egy oktávval magasabb frekvencia. Teltté teszi a hangzást, sőt, ezt nevezi a szaksajtó eufonikus hangnak, amíg csak módjával van jelen.
És most jöjjön a kemény clipping, ami a félvezetős erősítőkre jellemző. Itt sem taglaljuk a miérteket, elfogadjuk, hogy van, de jelen esetben nagyon nem örülünk neki. A lenti ábrán egy alul-felül kemény határolást elszenvedett jel formája, és spektruma látható. Csak emlékeztetőnek mondjuk, itt is egy tiszta szinusz lépett be az erősítő bemenetén.
De hiszen ez csodálatos! – Kiálthatnánk fel, mert a fentiek alapján egy félvezetős erősítőnek akkor még teltebb a hangja! Hát nem. Amellett, hogy a kemény határolás kimeneti egyenfeszültséget okoz, sajnos páratlan harmonikus tartalommal szórja tele a spektrumot. A páratlan többszörözés pedig a görögök szerint kakofónia (kakósz jelentése rossz, ami szerencsétlen módon hasonlít egy hangzás becsmérlő szavunk becézett változatára).
Hogyan lehet ennek hatását csökkenteni? Hangerő növeléssel! Érdekes módon a félvezetős erősítők esetében ez a megoldás – Isten bizony! A harmonikus tartalom rettenetes kakofóniáját megszüntetni nem lehet, de túl lehet harsogni, ráadásul a félvezető győzi is teljesítménnyel, igaz a gazda már kevésbé, mert a legjobb arány a torzításmentes teljesítmény maximum közelében érhető el.
Most pedig térjünk rá az egyszerűbb dologra, hogy mi is az a harmonikus torzítás. Nem beszéltünk tudni illik arról, hogy az erősítőnkbe nem csak egy frekvencia megy be a zenehallgatás során. Méréskor egyébként kettőt adnak be, és figyelik, hogy, mi minden jön ki belőle? Összegzett és kivont értékek mindegyike jelen lesz oktávonként felfelé és lefelé, ez sajnos biztos. A fenti ábra alsó spektrum ábrázolása egészen jól mutatja a felharmonikus tartalmat. Képzelje el ezt duplán, mert alsó harmonikusok is léteznek. Mivel van gond így is elég, nem jó, ha még a clipping is szaporítja. Az alsó ábrán egy valós muzsika részlet kinagyított szelvényén figyelheti meg a jelek formátumát.
Van benne minden, harmonikus és intermodulációs torzítás, de ettől függetlenül igenis lehet szeretni. Mi ebből a tanulság? Egy elektroncsöves erősítőt minden esetben relatív halkan célszerű hallgatni, egy félvezetőst pedig elvileg nem is igazán lehet ideális beállításban hallgatni, mert az a teljesítmény maximuma környékén van. Ennek ellenére kiváló hangú kompromisszumok találhatók a piacon, amiket nem kell nagyon bőgetni. Az összetevők nagyságától is függ a torzítás mértéke, ahogy az a következő ábrán jól látható.
A torzítás mértéke szerencsére a clipping esetében csak a nagyon durva esetekben ugrik meg annyira, hogy azonnal észre lehessen venni. Ha ábrázolni kellene a fenti grafikonon az erősítő által termelt zaj-mennyiséget, hát alig látszana. Hallásunk viszont sokkal jobb, mint a mérési technológiák, a tonalitás változását azonnal észrevesszük a feldúsult páratlan harmonikusok esetén. Mire elég ez? Hogy meghalljuk az elektroncsöves erősítő és a félvezetős hangja közötti különbséget! Lehet bármelyiket szeretni, és ettől nem is akarunk senkit eltántorítani.
Ígértünk csattanót a végére, íme! Fülükre szívesen hallgató szakembereknek feltűnt, hogy ha jelen van némi harmonikus torzítás a rendszerben, az javítja a hangzást. Már a hetvenes években árulták az Apex Aural Exciter nevű torzítót, ami tele hajigálta az átvitelt harmonikus tartalommal. A magas ára miatt csak a felvételek készítésekor és a rádió sugárzás során használták, de ilyen módon sokan részesültek az „áldásban”, igaz nem tudtak róla.
Aztán itt van a gitár-torzító, ami egyedi hangzást tud adni a zenész elképzeléseinek. Ezek az eszközök aztán nem fukarkodnak a torzítással! Ütik-verik a szép tiszta hangot és szanaszét torzítják. Teszik mindezt azért, hogy nekünk jobban tetsszen. Mivel az átviteli lánc elejét nem illik a kemény clipping DC-tartalmával tönkre tenni, ezért kitalálták a diagonál torzítás módot. Első körben a jelet kemény határolásnak teszi ki. Az alsó ábrán lehet megtekinteni, hogy a skalpolás után mi marad belőle.
Mivel a vízszintes szakaszokon DC-feszültség lépne ki a torzítóból, kis huncutkodással elferdítették, hogy legyen változás, így elmarad a DC. A lenti ábrán egy diagonál torzított jelet figyelhet meg, ami ráadásnak még alacsony frekvenciával is meg van modulálva – mindezt természetesen a jobb hangzás érdekében!
A cikkből kiderül, hogy alaposan körbe vagyunk véve harmonikus torzításokkal, és kimondva, vagy kimondatlanul kedveljük őket. Nem minden verzióját lehet ugyanúgy szeretni, ez egyéni ízlés dolga. Még azok is bőven részesülnek belőle, akik gondosan ügyeltek arra, hogy olyan erősítőt válasszanak, aminél a THD érték alacsony. Őszintén kérdezzük: Mit számít? Már jóval korábban tele pakolják kívánt, és nem kívánt harmonikus tartalommal a zenét, ezen az erősítő már alig ront valamit. Többet mond minden adatnál, ha meghallgatjuk és az alapján döntünk, melyik harmonikust hallgatjuk szívesebben és mekkora hangerőn.
Az ábrákért köszönet a Kenrockwell, az Azima, és a Drbobbs weboldalaknak.
