– avagy – versengő paradigmák az erősítők és hangsugárzók tervezésében, tesztelésében és mérésében
Alapvetésként kezeljük, hogy az audiofil (High-End) teljesítményerősítőknek a torzítás lecsökkentéséhez tartalmazniuk kell bizonyos elemeket – például negatív visszacsatolást. A témával kapcsolatos gondolatokat Robert Fulton (Fulton Musical Industries) foglalta egységbe és rámutatott, hogy az áramköri topológia logikája és minősége az első, majd az alkatrészek minősége, és ha minden rendben van, a torzítás már alacsony lesz – ergo, a negatív visszacsatolás csökkenthető vagy megszüntethető. Fulton leginkább természetes hangzású hangszóróiról volt híres viszont ő volt az első, aki komolyan megvizsgálta a kábelek hallható különbségeit az audio-láncban. Zenei felvételei a valaha készült legélethűbbek közé tartoznak. Kevés audio-úttörő vett részt tevékenyen a teljes hangreprodukciós lánc egységeinek vizsgálatában, mint Fulton. Kevesen rendelkeztek azzal a zenei hangok iránt megalkuvást nem ismerő füllel, mint amivel Ő rendelkezett.
Az elmúlt negyven/ötven évben kézenfekvőnek tűnt az alacsony visszacsatolású és nulla visszacsatolású erősítőkkel való foglalkozás, Robert Fulton iránymutatására egy nagyobb kép kezd kirajzolódni. Abban az időben, amikor az áramköri tervezésben a visszacsatolással kísérleteztek, köztudott volt, hogy ez kompromisszum. A következő évtizedekben ez a kivitelezés ténye lett. Az utóbbi időben a negatív visszacsatolás ötletét a High-End audio közösségek vitatják.
A jó mérnök ismérve, hogy tudja, mikor és mely dolgokat kell feltételezni, elhanyagolni vagy idealizálni, és ez a „tudománya” az előállított erősítő hangzásában tetten érhető, érzékelhető. A probléma itt az emberi természet. Hajlamosak vagyunk a létező paradigmák által felállított korlátokon belül maradni és ellenállni a „világnézetünket” veszélyeztető változásoknak. Amikor valaki más kihívásokat állít a paradigmák elé, az is normális, hogy megpróbálja megvédeni a világnézetét azáltal, hogy megakadályozza az új eszme térnyerését.
Amint arra korábban utaltunk, a negatív visszacsatolás pontatlan megoldást jelent az erősítő torzítására. Ez, az erősítő áramkör fázis-eltolódásának köszönhető (ami elég jelentős késleltetésnek tűnhet egy oszcilloszkópon), ami az erősítők normális jelensége. Különféle jelenségek zajlanak egyszerre; azon a ponton, ahol a visszacsatolás újra behatol az erősítőbe, non-lineáris lesz, ha a visszacsatolás fázisa nem egyezik a bemenettel, akkor némi torzítást is kap, magasabb rendű felharmonikusok kerülnek hozzáadásra. Emellett, a visszacsatolás értéke az elmúlt 70 évben gyártott erősítők többségénél, a magasabb frekvenciákon az erősítés hiánya miatt leesik, sávszélességet szűkít. Ez magasabb felharmonikusokat eredményez, aminek két hatása van: a fül/agy rendszer ezeket használja a hangnyomás érzékelésére, és hozzárendel egy hangszínt is, ami a „durva és fényes”.
Az 1960-as években a General Electric különféle teszteket végzett, amelyek megerősítették, hogy a százalékos torzítás nemcsak hallható, hanem irritáló is az emberi fül számára (ellenkezőleg, azt is megállapították, hogy a fül meglehetősen tolerálja az alacsonyabb rendű harmonikus torzítást). Más szavakkal, eltérés van a negatív visszacsatolás matematikai bizonyítéka és tényleges alkalmazása között, és ez egy példa a mérnöki jelenségekre. Ennek ellenére a negatív visszacsatolás az audio-világban általánosan elfogadott, ami miatt az uralkodó tervezési, tesztelési és mérési paradigmának van egy beépült gyengesége.
A feszültség paradigma (Voltage Paradigm) az uralkodó paradigma, amely számos audio-magazinban fellelhető. Feltételezi, hogy az erősítő feszültség-válasza az egyetlen szempont, ami számít. Ha egy hangsugárzót tesztelnek, a tesztjelek feszültségek lesznek (a tesztjel teljesítményét nem veszi figyelembe). Az ideális Voltage paradigmát használó erősítő nulla THD-t produkál, széles sávszélességgel rendelkezik és bármilyen terhelésre ugyanazt a feszültséget adja ki. Ez azt jelenti, hogy a kimeneti teljesítmény a terhelési impedanciával változik. Ha egy „állandó feszültségű erősítő” 100 Watt teljesítményt ad le 8 Ohm-ra terhelve, akkor 200 Watt-ot 4 Ohm-ra, esetleg 400 Watt-ot 2 Ohm-ra (és 50 wattot 16 ohmra) tudna „termelni”. Ezekben az esetekben a kimeneti feszültség körülbelül 28,28 Volt RMS. Nagyon jól ismerjük ezeket a félvezetős-erősítőkre jellemző adatokat. Az e paradigma szerint tervezett hangszórókról azt mondják, hogy „feszültségvezérelt”, mivel azt várják, hogy az őket meghajtó erősítő állandó feszültséget produkál a hangszóró változó terhelési impedanciája ellenére. A Voltage Paradigm erősítők eredendően jelentős mennyiségű negatív visszacsatolást alkalmaznak. A hozzáadott páratlan számú felharmonikusok generálása miatt, a negatív visszacsatolás nincs összhangban az emberi hallás szabályaival. Finomságnak tűnhet, de az, hogy hogyan észleljük a hangosságot, vitathatatlanul az emberi hallás legfontosabb szabálya; más szóval a „jó” specifikációra való törekvésünkben megsértjük a hallás legfontosabb szempontját!
A teljesítmény paradigma (The Power Paradigm) azt feltételezi, hogy az erősítők teljesítményt kell adjanak, mert a hangszórók energia-hajtásúak. A teljesítményerősítő által termelt áramot a rendszer nem hagyja figyelmen kívül, és figyelembe veszi az erősítő teljesítmény-válaszában. Ebben a modellben az ideális erősítő minden terhelésre azonos teljesítményt biztosít, 4, 8 és 16 Ohm-ra. A tipikus erősítő ebben az esetben egy vákuumcsöves erősítő, amely általában a kimeneti transzformátora csapjain keresztül táplálja ezeket a terheléseket. Van néhány tranzisztoros erősítő, amelyet szintén ennek a viselkedésnek a figyelembevételével terveztek. Ideális esetben az erősítők ebben a paradigmában kevés vagy semmilyen visszacsatolást nem kapnak. A feszültség paradigma az ilyen erősítőket „áramforrás” erősítőknek nevezi, de a kifejezés nem pontos – a valóságban ezek az úgynevezett teljesítményerősítők. Az elmúlt két évtizedben nulla visszacsatolású teljesítményerősítők újjáéledtek. A feszültség paradigma hívei azt állítják, hogy ez a karakter a torzításon alapul. Az igazság viszont az, hogy az emberek kifogásolhatónak tartják a torzítások hiányát. Más szóval, ez a megközelítés az emberi hallás szabályainak valóságán alapul, nem pedig a specifikáción.
Az állandó teljesítmény-karakterisztikán kívül az ideális Power Paradigm erősítő a kifogásolható torzítások alacsony szintjével rendelkezik, egyébként ha lehetséges, hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, mint a Voltage Paradigm erősítők: például a széles sávszélesség. A Power Paradigm szabályai szerint működő hangsugárzók olyan hangszórókat tartalmaznak, amelyek állandó teljesítményt várnak el, függetlenül az impedanciájuktól. A példák közé tartozik szinte az összes tölcséres (jelenleg az Avantgarde Trio az egyetlen ismert kivétel), az electrostatikus (ESL) modellek, számos basszus-reflex és akusztikus felfüggesztésű hangszóró. Megjegyzendő, hogy a tölcséresek, az elektrosztatikus és megnetosztatikus hangsugárzók impedanciagörbéje nem a rendszerrezonanciától függ. A hangsugárzó-tervezők általában a két paradigma egyikével dolgoznak úgy, hogy bizonyos célokat próbálnak elérni, például olyan hangsugárzót hoznak létre, amely „csőbarát” vagy alapértelmezés szerint az általánosan elfogadott tranzisztoros erősítőkhöz tervezett. Másként fogalmazva, annak ellenére, hogy konkrétumok szabályozzák az egyes paradigmákat, ez a választás nem mindig tudatos. Egyes esetekben ez nem fontos, de az akusztikus felfüggesztés és a basszus reflex kialakítások esetében az impedancia-görbe gyakran a kabinet és a keresztváltó rezonáns elemeinek együtthatójából származik. Így a megfelelő teljesítmény meghatározása, ezekben az esetekben, csak ezeknek a szabályoknak a megértésével lehetséges.
Az objektivista/szubjektivista vita az audiofil körökben közel három évtizede zajlik. Az objektivisták kizárólag a feszültségparadigmában, míg a szubjektivisták inkább a teljesítmény paradigmában „hisznek”. A hangsugárzók világában a hangsugárzók érzékenysége olyan probléma, amellyel a Voltage tábornak foglalkoznia kellett, mivel a Power Paradigm régebbi, dB / 1 Watt / 1 méteres specifikálása „törés volt a páncélban”. Az új Voltage Paradigm specifikáció talán jobban szemlélteti a lényeget: 2,83V/1 méter a specifikáció, ami dB-ben kifejezett hangnyomást eredményez. 1 Watt terhelésre 2,83 Volt 8 Ohm, a 2,83 Volt 4 Ohm-ra 2 Watt (más szóval a két specifikáció ugyanazt jelenti, ha a hangszóró 8 Ohm-os). Így egy hangsugárzó érzékenységi besorolása megegyezhet a hatékonysági besorolással, de a hangsugárzó több decibellel kevésbé hatékony, ha az impedancia alacsonyabb. Ez egy egyszerű módja annak, hogy elfedjük, mennyi energiát igényel egy hangsugárzó meghajtása, és egy olyan kifejezést is létrehoz, amely a hatékonysági kérdést áthelyezi a feszültség paradigma nómenklatúrájába. Úgy tűnik, hogy ez a „vevő vigyázzon” helyzetet teremt: tudnia kell értelmezni a számokat, hogy eljusson az igazsághoz.
Az elektroncsöves kontra tranzisztoros vita is a két paradigma konfliktusából adódik. A tranzisztoros erősítők szinte teljes egészében a Voltage Paradigm szerint működnek, míg a legtöbb csöves kivitel Power Paradigm technológia. Úgy tűnik, ez a fő különbség, amely elválasztja a Voltage Paradigm-et a Power Paradigm erősítő tervezőktől – a negatív visszacsatolás használata nyilvánvalóan a másik. A Voltage Paradigma szerint mért erősítők specifikációi nem mondanak el semmit az erősítő hangzásáról. A teljesítmény paradigmán alapuló mérések segítségével nagyon könnyű megmondani, hogyan fog „szólni” egy erősítő, mivel a mérések az emberi hallás szabályainak megértése és az azokkal való munka során történik.
Bármely audiofil egyetért abban, hogy az audio-rendszerében a legértékesebb dolog a saját hallása. Valójában az emberi hallás határozza meg a hang valóságát. Sajnálatos módon a csúcskategóriás audio-ipar napjainkban is, de több mint tíz éve zsugorodó piacot tapasztal. Nem meglepő, hogy a piac bővüléséhez az iparágnak meg kell érinteni, meg kell mozgatni és inspirálni kell a piacot a valódi zene lehetőségével. Amennyiben komoly előrelépést, növekedést akarunk elérni a hangzás világában, akkor az emberi hallás szabályai lehetnek útmutatók.
– cikkünk Ralph Karsten gondolatai nyomán született
