Kisebbrendűségi komplex terhelés |
Nehéz ennek a cikknek címet találni. Arról van szó, hogy testileg
és szellemileg egészségesnek látszó teljesítményerősítők néha (vagy
gyakran) mélyen a képességeik alatt szerepelnek - vagy nekik van
kisebbrendűségi komplexusuk, vagy a gazdájuknak. Mint a High Fidelity
történetében annyiszor, ezúttal is az derült ki, hogy a baj okát
bizony nem a zenehallgató ember pszichéjében kell keresni, hanem
igenis az erősítő az, amely híjával van a férfias lendületnek. Három
évvel ezelőtt szakcikket is közöltünk erről a jelenségről, két neves
elektroakusztikai szakember tollából (Mamoru Sekiya és Matti Otala:
"Kommersz hangfrekvenciás teljesítményerősítők
kimenőteljesítmény-kapacitása", HFM 18.), és akkor szükségképpen
elfogadtuk ezt a nyögvenyelős címet - amelyet most el szeretnénk
kerülni. Pedig most is mindenben Otaláék cikkére támaszkodunk, sőt:
éppen arról szeretnénk tudósítani az Olvasót, hogy immár mi is el
tudjuk végezni a japán-finn szerzőpáros által ajánlott méréseket,
melyek új paraméterrel gazdagítják az erősítők specifikációját. Eddig
négy erősítőn végeztük el ezeket a méréseket (Quad 405, BEAG EA 057,
Orion SE 1025B, Videoton EA 7386S) - hogy miért éppen és csakis
ezeken, azt alább még elmondjuk.
*
Gátlásos gondolatok
Emlékeztetőül néhány részlet az eredeti cikkből. A szerzők alább a
hifisták gyakori sirámait idézik:
"Az A erősítő nem bírja meghajtani a D hangsugárzót." "A D
hangsugárzóval az R erősítő gyengébben szól, mint a B erősítővel." "Az
A erősítő, noha specifikációja kifogástalan, aggasztó torzan
(fátyolosan, ködösen, színezetten stb.) szólt a mi berendezésünkön."
Ugyanez a téma kicsit műszakiasabb hangszerelésben:
"Egy erősítőt csak akkor érdemes kipróbálni 8 ohmos
hangsugárzóval, ha a teljesítményét 4 ohmra is specifikálták."
"Figyeld az erősítő specifikációját. Ha a teljesítmény
megkétszereződik, valahányszor a terhelőimpedancia a felére csökken,
éspedig legalább 2 ohmig, akkor az erősítő oké."
Otaláék okfejtése már konkrétabb:
"A bőséges negatív visszacsatolást alkalmazó erősítőkben járulékos
torzítást idéz elő az IIM (Interface InterModulation) az erősítő és a
hangsugárzó találkozási tartományában, a hangsugárzó reaktív
természete következtében." "Némely erősítőnek felboríthatja a
stabilitását az erősen reaktív terhelés, és ennek hatása hallható is
lehet." "A legtöbb erősítő nem képes rá, hogy rövid idejű, nagy
dinamikájú zenei passzázsokban is elegendő kimenőáramot produkáljon a
makrancos hangsugárzók számára, ugyanis a pillanatnyi áramszükséglet a
legrosszabb esetekben akár hatszorta is meghaladhatja azt, ami egy 8
ohmos ellenálláson folyik."
Ámde ezeket a szubjektív, félig-szubjektív, illetve kvázi-objektív
állításokat nem lehetett műszeres méréssel igazolni, mindaddig, amíg
az erősítőket csak a hagyományos módon mérték: tisztán rezisztív
lezárással, azaz (általában) 8 ohmos ellenállással a kimenetükön.
A kisebb ellenállás irányában
Annak, hogy az erősítőket többnyire tisztán ohmos műterheléssel
mérik, fölöttébb sok előnye van a méréssel foglalkozó szakemberek és
méginkább a gyárak és kereskedők számára. (A hifista számára annál
kevésbé.) Ez a fajta műterhelés rendkívül olcsó, a mérés rendkívül
egyszerű és gyors, és ami talán a legfontosabb: igen jó bizonyítványt
állít ki a legtöbb erősítőről. A módszer indoklása: az ellenállás
biztosan 8 ohmos - márpedig a legtöbb hangsugárzó szintén 8 ohmos.
Habár, hogy pontosak legyünk, a szabvány csak azt írja elő, hogy a
hangsugárzó impedanciája sehol sem eshet több mint 20%-kal a névleges
érték alá, esetünkben tehát egészen 6,4 ohmig süllyedhet. Otala
azonban már előzőleg is oda lyukadt ki egy régebbi, két finn
kollégájával közösen írt AES-tanulmányban, hogy a legtöbb hangsugárzó
egyáltalán még ezt a laza előírást sem tartja be, sőt: némelyik
"audiofil" típus impedanciája éppenséggel 2 ohmig is lezuhanhat!
És akkor még csupán az impedancia ohmos értékéről beszéltünk. A
hangsugárzók fázisszögére* (*Végre módunk nyílik rá, hogy tisztázzunk
néhány alapfogalmat (teljesítmény, effektív érték, fázisszög és
természetesen: komplex terhelés) - lásd jegyzeteinket a cikk végén.),
nézve viszont egyáltalán nincs is semmiféle előírás. Pedig az átlagos
hifi-hangsugárzók fázisszög-tartománya -60°-tól +60°-ig ingadozik! Így
alakul ki az a komplex terhelés, amely drasztikusan növeli az
áramszükségletet, s ennek folytán váratlanul súlyos kisebbrendűségi
érzést kelt az erősítőkben. Készülékeink a crescendók közepén hirtelen
ráébrednek, hogy a feladat meghaladja képességeiket. Egyszerűen nem
képesek kivezérelni a hangsugárzót. Ilyenkor a különféle torzítások is
felszöknek, gerjedés is felléphet, s működésbe léphetnek a
védőáramkörök is.
Hogy idejekorán, már a laboratóriumban próbára tehessék a
teljesítményerősítők "önbizalmát", Otaláék egy különleges műterhelést
építettek, amely a szimpla ellenállásnál sokkal jobban modellezi a
"valódi terhelőellenállást": a hangsugárzót. Mérési módszerük nemcsak
hatékony, de (az eredeti cikket illusztráló diagramok tanúsága
szerint) igencsak szemléletes is. Rögtön elhatároztuk, hogy ezt az
eljárást mi is elsajátítjuk. De három évünkbe került, mire odáig
vittük a dolgot, hogy végre Olvasóink elé állhattunk az eredménnyel.
Működik a műterhelés
Pedig a szóbanforgó komplex műterhelés csupán egy ellenállásokból,
tekercsekből és kondenzátorokból álló kétpólus, amellyel az impedancia
abszolút (ohmos) értékét és fázisszögét lehet szabadon kombinálgatni.
Csak hát igen jó minőségű alkatrészek kellenek hozzá (nagy
terhelhetőségű kapcsolók, kis tg deltájú kondenzátorok, kis veszteségű
tekercsek stb.) - tessék ezt beszerezni Magyarországon, vagy akár csak
Magyarországról... Hiszen még a kommersz erősítők vizsgálatához is
legalább 200W-os ellenállásokat célszerű alkalmazni. Egyet-egyet még
csak-csak lehet vásárolni - de nagy tételben, s pláne indukciószegény
kivitelben! No mindegy. Soká tartott, de összeszedtük valahogy.
A műterhelés elkészítésekor figyelembe vettünk minden olyan
információt, amelyet a tanulmányból ki tudtunk hámozni. Az általunk
készített műterhelés harmonikus torzítása a mérés szempontjából
elhanyagolhatóan kicsiny. Csak egyvalamiben térünk el Otaláék
módszerétől, nevezetesen, hogy a mérés eredményét mi még nem tudtuk
számítógéppel feldolgozni. Ettől még a mi ábrasorozatunk is ugyanolyan
szép és szemléletes, csak éppen nem a komputer rajzolta ki
"visszakézből", hanem nekünk kellett elpiszmognunk vele; órákig
tartott, amíg a mérés adatai alapján megszerkesztettük. Persze, ami a
jövőt illeti, mi sem szeretnénk lemondani a számítógép előnyeiről.
A mérést egyébként roppant elővigyázattal kell végezni, mert az
erősítő, ha az előírt impedanciánál alacsonyabbal terheljük, könnyen
tönkremehet. Egyiknek-másiknak még a biztosítékait is "meg kellett
patkolni" (többszörösére növelni), különben ezek a gépek már a mérés
elején sztrájkba léptek volna; a mérés végeztével az abnormálisan nagy
igénybevétel folytán így is valósággal rotyogtak a melegtől. A munka
tehát "négykezes", vagyis legalább két személynek kell végeznie:
miközben az egyik mér, a másik imára kulcsolja a kezét, fohászkodván
az égi hatalmakhoz, hogy le ne égjen a tesztpéldány.
Ez a körülmény magyarázza, legalábbis részben, hogy miért pont
ezekre az erősítőkre esett a választásunk. Kettő közülük megbízható,
robusztus, "férfias" típus, bizakodtunk benne, hogy túléli a
megpróbáltatásokat. A másik kettőhöz pedig voltak
tartalékalkatrészeink, tehát még ha tönkre is mentek volna,
helyreállíthattuk volna őket, és ép idegállapotban adhattuk volna
vissza hozzátartozóiknak.
A fentiek magyarázzák azt is, hogy miért végeztük a mérést
kizárólag 1kHz-es mérőfrekvenciával. Szívesen megcsináltuk volna
ugyanezt mondjuk 50Hz-en és 10kHz-en is, de ott már nem vállalhattunk
volna garanciát a páciensek testi épségéért; a két kisebbik modellből
valószínűleg csak füst és pernye maradt volna hátra. Ábráink így is
sokatmondóak. Ha valamely erősítőnek már a középsávban is komoly
gondjai vannak, elképzelhetjük, mit művelhet a sávszéleken!
A mérést egyébként névleges tápfeszültségen végeztük. A készüléket
a szabvány előírásaihoz híven előkészítettük, amennyiben a kimeneti
teljesítmény 1/8-án, 8 ohmos műterhelésen járattuk 30 percig
egyfolytában. A mérés során előbb beállítottunk egy-egy
terheléskombinációt (abszolút érték, fázisszög), majd az 1kHz-es
vezérlőjelet addig növeltük, amíg az erősítő teljes harmonikus
torzítása (THD) el nem érte az 1%-ot, és ekkor regisztráltuk az
erősítő kimeneti feszültségét. Hogy elkerüljük a túlmelegedést,
időnként szünetet tartottunk. Egy-egy mérés időtartama sohasem érte el
a 60 másodpercet.
Az eredményt háromdimenziós diagramon szemléltetjük, lényegében
ugyanúgy, mint Otaláék a számítógépes modell segítségével. A két
vízszintes tengelyen a fázisszöget, illetve az impedancia ohmikus
értékét, a függőleges tengelyen pedig az 1% harmonikus torzítással
határolt kimenőfeszültség effektív értékét ábrázoltuk.
Bedobozolt teljesítmény
Ideális esetben, tehát ha az erősítő úgy működne, mint a
parancsolat, s nem befolyásoltatná magát az impedanciának sem az ohmos
ellenállásától, sem pedig induktív-kapacitív összetevőitől, szabályos
téglatest alakú dobozformát kapnánk. Közel-ideálisnak tekinthetjük, ha
az erősítő teljesítménye csupán az ohmos ellenállás függvényében
csökken. Ekkor a "doboz" felénk közeledve egyre laposodik ugyan, de a
vízszintes vonalai még mindig lineárisak. Nézzük, milyen "dobozt"
rajzolnak a mi erősítőink.
Már említettük, hogy eddig 4 típuson próbáltuk ki a komplex
műterhelés hatását. A Quad 405 úgyszólván magamagát kínálta: széles
körben elterjedt, népszerű elektronika, nekünk is van belőle. A
szintén jólismert BEAG 057-tel az (idejétmúlt, ámde kiérlelt)
elektroncsöves technológiát kívántuk vizsgára bocsátani. Az Orion SE
1025B és a Videoton EA 7386S pedig nyilván a jelenlegi hazai bolti
kínálatot reprezentálja. Ők ketten egyébként is különversenyt vívnak,
már csak a HFM 3. kötetének tesztje óta is (Emlékeztetőül: azt a
szeánszot a VT nyerte, 2,5:1,5 arányban.)
Nos, a komplex műterhelés hatását az SE 1025B úgyszólván fel sem
vette. Teljesen gátlástalanul viselkedett - a szó jó értelmében. A két
nagy erősítő is főleg csak az ohmikus ellenállás változására reagált.
Az EA 057 méltatásakor okvetlenül meg kell említenünk, hogy ezt az
erősítőt 15 ohmra tervezték, 8 ohmon a készülék már "el van illesztve"
- ehhez képest az eredmény nem is rossz. A Videoton EA 7386S-nek
viszont már komoly kisebbrendűségi érzései támadtak. Ez a gép az
impedancia bármiféle változását megsínyli. Szélső esetben, tehát 2
ohmon és 60° fáziseltérés hatására már csupán 3W-t produkál, holott
névlegesen ez egy 30 wattos erősítő (8 ohmra specifikálva).
Mint látjuk, ezzel a mérési módszerrel már határozott különbséget
lehet tenni olyan erősítők között, amelyek a hagyományos normák
szerint csaknem ugyanazt tudják. Igaz: elvben még a gyöngébb erősítő
is jól működhetne, ha rendkívül sima, egyenletes, "könnyű"
impedanciájú hangsugárzóval párosítanák. De a gyakorlatban azok az
erősítők válnak be, amelyeknek meghajtó- és végtranzisztorait,
valamint a tápegységét is túlméretezik, illetve rendkívül gondosan
képezik ki. Ezeknek a gépeknek aztán nemigen támad kisebbrendűségi
komplexusuk a komplex terhelés (= a hangsugárzók) hatására.
Ha csupa ilyen erősítőt vizsgálnánk, ezek egyaránt kitűnő
bizonyítványt kapnának a vizsgán.
Mindaddig, amíg be nem vezetnénk egy újabb "tantárgyat": egy
újabb, eddig még nem vizsgált paramétert - vagy egyszerűen csak egy
eddiginél mélyrehatóbb mérési eljárást.
Dankó Emil
*
1. Az áram és a feszültség fázisban van
2. Az áram a feszültséghez képest 90 fokot késik
3. Az ellenállás és az induktivitás soros kapcsolása
4. Az áram a feszültséghez képest 90 fokot siet
5. Az ellenállás és a kondenzátor soros kapcsolása
6. Szűrőváltó (vágási meredekség: 6 dB/oktáv)