Konzol Blog (Hifi és ilyesmi)

Az elmúlt negyven évben alacsony negatív visszacsatolású és visszacsatolás mentes erősítőkkel foglalkoztam. Kezdetben meg voltam győződve arról, hogy az audio teljesítményerősítőknek tartalmazniuk kell bizonyos elemeket (például negatív visszacsatolást) a torzítás kézben tartásához. Miután a hetvenes évek végén találkoztam Robert Fultonnal, az FMI-től (Fulton Musical Industries), egy nagyobb kép kezdett kirajzolódni előttem. Robert Fulton hangsúlyozta, hogy a topológia minősége az első, majd az alkatrészek minősége, és ha minden rendben van, akkor a torzítás már alacsony lesz, a negatív visszacsatolás pedig csökkenthető vagy megszüntethető. Abban az időben, amikor a visszacsatolással kísérletezni kezdtek, köztudott volt, hogy ez kompromisszum. A következő évtizedekben ez mégis audio ipar megszokott eszköze lett. Az utóbbi időben a negatív visszacsatolás ötletét megkérdőjelezték a high-end audio közösség tagjai. Saját kutatásaim eredménye egy olyan erősítő lett, amelyet úgy terveztem, hogy negatív visszacsatolás nélkül minden lehetséges módon csökkentse a torzítást. Így lehetett vizsgálni a visszacsatolás hatását, hiszen az erősítő enélkül is nagyon jól működött. A folyamat során megismertem azokat a megszokott mérnöki gyakorlatokat is, amelyek általában hátráltatják a fejlődést olyan területeken, mint például az audio. Legutóbbi "Control Design And Simulation" című könyvükben Jack Golten és Andy Verwer a második fejezetben tárgyalja ezt a jelenséget a matematikai modellek valós világra való alkalmazása kapcsán: "...a matematikai modellek mindig egyszerűsítenek. A kis hatásokat figyelmen kívül hagyják, és idealizált kapcsolatokat feltételeznek."

A jó mérnök tudja, mikor és mely dolgokat kell valamit feltételezni, elhanyagolni vagy idealizálni, és ezt a hangtechnikában is tapasztaljuk. A gond 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 az ember védeni próbálja a világnézetét akadályozva az új eszme térnyerését. Mint korábban utaltunk rá, a negatív visszacsatolás nem a legjobb megoldásának bizonyult az erősítő torzításának csökkentésére. Ennek oka az erősítő áramkör fázistolása (ami, ha elég jelentős, az oszcilloszkópon terjedési késleltetésnek tűnhet), ami az erősítőknél normális jelenség. Különböző jelenségek egyszerre zajlanak. Az a pont, ahol a visszacsatolás visszakerül az erősítőbe, maga is nem lineáris ami némi járulékos torzítást eredményez. Amennyiben a visszacsatolt jel fázisa nem egyezik a bemeneti jel fázisával, akkor is lesz némi torzítás (magasabb rendű harmonikusok hozzáadása). A legtöbb, az elmúlt 70 évben készült erősítőben a visszacsatolás értéke magasabb frekvenciákon csökken az erősítés, a sávszélesség, vagy mindkettő hiánya miatt, ami a torzítás emelkedését okozza a legtöbb erősítőben 1KHz feletti frekvenciákon. Ez magasabb rendű felharmonikusokat eredményez, aminek két hatása van: a fül/agy rendszer ezeket használja a hangnyomás érzékelésére, és hozzárendel egy „durva és fényes” hangszínt is. Az 1960-as években a General Electric különféle teszteket végzett, amelyek megerősítették, hogy az alig néhány százalékos torzítás nemcsak hallható, hanem irritáló is volt az emberi fül számára (másik oldalról azt is megállapították, hogy a fül meglehetősen jól tolerálja az alacsonyabb rendű harmonikus torzítást ). Más szóval, eltérés van a negatív visszacsatolás matematikája és a gyakorlati alkalmazása között, ami jó példa arra a mérnöki felfogásra, amelyre Golten és Verwer utal. Ennek ellenére a negatív visszacsatolás általánosan elfogadott az audio világában, ami miatt az uralkodó tervezési, tesztelési és mérési paradigma beépített hibát tartalmaz.

A "Voltage Paradigm" az az uralkodó paradigma, amely audio irodalom nagy részében olvasható. Feltételezi, hogy a kimenő feszültség az egyetlen szempont, ami igazán számít az erősítőnél. Ha egy hangszórót tesztelnek, a tesztjelek feszültségek lesznek (a tesztjel áramát, teljesítményét nem veszi figyelembe). Az ideális "Voltage Paradigm" erősítő nulla THD-t produkál, nagy sávszélességgel rendelkezik, és mivel minden terhelésre ugyanazt a feszültséget szolgáltatja, "terhelésre érzéketlennek" tekintik. Ez azt jelenti, hogy a kimeneti teljesítmény a terhelő impedanciával változik; ha egy "Voltage Paradigm" 100 wattot ad le 8 ohmra, akkor 4 ohmra 200 wattot , esetleg 2 ohmra 400 wattot (illetve 50 wattot 16 ohmra) tudna leadni. Ezekben az esetekben a kimeneti feszültség körülbelül 28,28 Volt RMS. Nagyon jól ismerjük ezeket a félvezetős erősítőkre jellemző adatsorokat. Az e paradigma szerint tervezett hangszórókról azt mondják, hogy „feszültség vezéreltek”, mivel azt várják, hogy az őket meghajtó erősítő állandó feszültséget produkál a hangszóró változó terhelő impedanciája ellenére. A "Voltage Paradigm" erősítők eredendően jelentős negatív visszacsatolást alkalmaznak. A General Electric azonban bebizonyította, hogy a negatív visszacsatolás a hozzáadott páratlan harmonikusok miatt nincs összhangban az emberi hallás tulajdonságaival. Finomságnak tűnhet, de az, hogy hogyan észleljük a hangosságot, vitathatatlanul az emberi hallás legfontosabb jellemzője. Másképp szólva megsértjük a hallás legfontosabb tulajdonságát a „jó” mért specifikációra való törekvésünkben!

A "Power Paradigm" azt feltételezi, hogy az erősítők meghatározott teljesítményt adnak le, a hangszórók pedig "teljesítményvezéreltek.". A teljesítményerősítő által leadott áramot a rendszer nem hagyja figyelmen kívül, annak nagysága megjelenik az erősítő által leadott teljesítményében. Ebben a modellben az ideális erősítő minden terhelésre azonos teljesítményt ad le legyen az 4, 8 vagy 16 ohmos. A tipikus erősítő ebben az esetben egy elektroncsöves erősítő, amely általában a kimenő transzformátorán keresztül táplálja a terhelést. Van néhány tranzisztoros erősítő, amelyet ilyen viselkedésmód figyelembevételével terveztek. Ideális esetben az ilyen paradigma szerinti erősítőknek kevés vagy egyáltalán nincs visszacsatolásuk. A feszültségparadigma az ilyen erősítőket "áramgenerátoros kimenetű" erősítőknek nevezi, de ez a kifejezés nem pontos; valójában azok, aminek nevezik őket - teljesítményerősítők. A nulla visszacsatolású teljesítményerősítők az elmúlt két évtizedben újjáéledtek, főleg a hangzási karakterük miatt. A "Voltage Paradigm" hívei azt állítják, hogy ez a karakter a torzításon alapul, de az igazság az, hogy valójában az ember által kifogásolt torzítások hiánya áll a középpontban. . Más szóval, ez a megközelítés az emberi hallás szabályainak figyelembe vételén alapul, nem pedig a mérő padok szolgáltatta specifikáción. Az állandó teljesítmény karakterisztikán kívül az ideális "Power Paradigm" erősítő alacsony kifogásolható torzításokkal rendelkezik, egyébként amennyire lehetséges, hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, mint a "Voltage Paradigm" erősítők: például a nagy sávszélesség. A "Power Paradigm" szabályai szerint működő hangszórók olyan hangszórók, amelyek állandó teljesítményt várnak el, függetlenül az impedanciájuktól. Ilyen például szinte az összes tölcséres sugárzó (jelenleg az Avantgarde Trio az egyetlen ismert kivétel), az elektrosztatikus panelek (ESL), a magnet planar szerű panelsugárzók, jó néhány basszusreflex és az akusztikus felfüggesztésű hangsugárzók jó része. A tölcséres sugárzók, ESL-ek és a panelsugárzók impedanciagörbéit nem a rendszer rezonanciái határozzák meg, így előnyükre válik az állandó teljesítménykarakterisztika, és valóban, számos ilyen hangszórótechnológia jól illeszkedik a "Power Paradigm" erősítőtervekhez.

A hangsugárzók tervezői általában a két paradigma egyikével dolgoznak, céljaik elérése érdekében. Például olyan hangszórót hoznak létre, amely „csőbarát”, vagy alapértelmezés szerint általánosan elfogadott tranzisztoros erősítőkhöz illeszkedik. Más szóval ez a választás nem mindig tudatos, annak ellenére, hogy nagyon konkrét szabályok határozzák meg az egyes paradigmákat. Egyes esetekben ez nem fontos, de az akusztikus felfüggesztés és a bassz-reflex kialakítások esetén az impedanciagörbe gyakran a doboz és a keresztváltóban lévő rezonáns elemek kombinációjából származik, így megfelelő teljesítményt csak ezeknek a szabályok megértése révén érhető el. Az objektivista/szubjektivista vita közel három évtizede dúl audiofil körökben. Az objektivisták kizárólag a "Voltage Paradigm", míg a szubjektivisták inkább a "Power Paradigm" elvben hisznek. A hangsugárzók világában a hangsugárzók hatékonysága olyan probléma volt, amellyel a "Voltage Paradigm" tábornak foglalkoznia kellett, mivel a "Power Paradigm" régebbi, 1 watt/1 méteres specifikációja „rés volt a pajzson”. Az új "Power Paradigm" szerinti specifikáció, az Érzékenység ( senstivity ) szemlélteti a lényeget: 2,83V/1 méter a specifikáció, amit dB-ben kifejezett hangnyomás jellemez, akárcsak a Hatásfok paraméter. 2,83 Volt 8 ohmos terhelésen 1 watt (más szóval a két specifikáció ugyanazt jelenti, ha a hangszóró 8 ohmos). 2,83 Volt 4 ohmon 2 watt. Így egy hangszóró érzékenysége megegyezhet a hatásfokával, de a hangszóró több decibellel kisebb hangnyomást hoz létre, ha az impedanciája alacsonyabb. Ez egy egyszerű módja annak, hogy elfedjék, mekkora teljesítmény szükséges a hangszóró meghajtásához, és egy olyan kifejezést is létrehoz, amely a hatásfok kérdését áthelyezi a "Power Paradigm" nómenklatúrájába. Úgy tűnik, hogy ez egyfajta a „vevő legyen óvatos” helyzetet teremt. Azaz a vásárlónak tudnia kell értelmezni a számokat, hogy megtudja az igazságot A cső vagy tranzisztor vita is a két paradigma konfliktusából adódik. A tranzisztoros erősítők szinte teljes egészében a "Power 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" erősítőket egymstól és a negatív visszacsatolás használata nyilvánvalóan egy másik. A "Voltage Paradigm" szerint mért erősítők specifikációi nem mondanak el semmit az erősítő hangzásáról. A "Power Paradigm"-on alapuló mérések segítségével nagyon könnyű megmondani, hogyan fog hangzani az erősítő, mivel a mérések az emberi hallás szabályainak megértése és a szabályok figyelembe vételével történnek. Bármely audiofil egyetért abban, hogy a legértékesebb dolog az audio rendszerében a saját hallása. Az emberi hallás határozza meg a hang valódiságát. A csúcskategóriás audioipar piaca több mint tíz éve zsugorodik. Ez nem meglepő. A piac bővüléséhez az iparágnak meg kell érintenie, meg kell mozgatnia és inspirálnia kell a piacot a valódi zene lehetőségével. Állítom, ha komoly növekedést akarunk elérni az audio világában, akkor az emberi hallás - annak jellemzői - lehet az egyetlen útmutatónk.

 

A cikk eredetileg a "Versengő paradigmák az erősítők és hangszórók tervezésében, tesztelésében és mérésében" címet viseli, Ralph Karsten, az Atma-Sphere zenei rendszerek alapítója és tulajdonosa, inc.