Úvod

Mnoho se toho napsalo o modulech HQQF Topologie Federmann. První zmínka o řadě HQQF-55-506W byla v článku Nf zesilovače Federmann HQQF-55-506, následoval článek Nf zesilovače Federmann HQQF-55-506 podruhé, špičkový budič pro tuto řadu jsem popsal v textu Topologie Federmann, část XIII.

Samotná 5párová konstrukce byla popsána v článku Zesilovač 500W/1000W, HQQF-55-506W-5-1, stejně jak možnost osadit zapojení jiným OZ a dosáhnout Ultra nízko šumové provedení zesilovače HQQF-55-506W.

Následovaly články zaměřené na samotné měření a dokumentování parametrů a to Měření zesilovače HQQF-55-506W-5-1, malé impedance, Měření zesilovače HQQF-55-506W-5-1, výkony a frekvenční rozsahy a Měření zesilovače HQQF-55-506W-5-1, poměr signál šum a výstupní odpor.

Mnohé mohly rovněž napovědět články popisující několik provedení s ohledem na impedanci, výkon a napájecí napětí, Moduly Hi-Fi zesilovačů HQQF-55-506W a jejich možnosti při provedení na napájecí napětí do ±90V a Moduly Hi-Fi zesilovačů HQQF-55-506W a jejich možnosti při provedení na napájecí napětí do ±60V.

Skříň HQQF

Zde se podíváme na připravované zesilovače řady HQQF a to již jako celky. Rozměr skříně se nejspíše ustálí na rozměrech 440x120x400 (š,v,h), počítáno bez nožiček. Celkový tepelný odpor skříně se dostává dostatečně pod 0,08°C/W, odtud i maximální dovolená výkonová ztráta bez nucené ventilace může dosahovat více jak 500W při maximálním oteplení do 40°C.

Napsaným však není dotčena možnost jiné velikosti skříně s odlišnými vlastnostmi. Jakákoliv odlišnost od zde uvedené skříně je věcí konzultace, osobního jednání a nalezení optimálního řešení.

Duo či Stereo?

Zesilovače HQQF topologie Federmann jsou připravovány se dvěma moduly Hifi zesilovačů HQQF-55-506W-XX v jedné skříni. Odtud je možnost je zapojit jako Duo či Stereo.

Je možnost použít dva transformátory se dvěma vinutími či jeden transformátor se čtyřma vinutími dvakrát HQQF-55-200, inteligentní řízení napájení případně HQQF-55-250 baterie filtračních kondenzátorů.

Stejně tak je možnost použít jeden transformátor se dvěma vinutími jedenkrát HQQF-55-200, inteligentní řízení napájení případně HQQF-55-250 baterie filtračních kondenzátorů.

Dále je možno použít Hi-Fi předzesilovač HQQF-55-506Kst , který se brzy objeví v nabídce. Tato řada zesilovačů je určena pro výkony až do 2x300÷500W

Monoblok

Jak jsem již napsal, zesilovače HQQF topologie Federmann jsou připravovány se dvěma moduly Hifi zesilovačů HQQF-55-506W-XX v jedné skříni.

Pro výkonově náročnější zákazníky budou zapojeny moduly Hifi zesilovačů HQQF-55-506W-XX do můstku a opět platí že může být jedno či dva transformátory, může být použito jedenkrát či dvakrát HQQF-55-200, inteligentní řízení napájení případně HQQF-55-250 baterie filtračních kondenzátorů.

Tato řada zesilovačů zapojena jako Monoblok, je určena pro výkony až do 1x1000W či více. Monoblok jde dle přání zapojit se symetrickým či nesymetrickým vstupem.

Hi-Fi či High-End nejvyšší kvality

Lze bez okolků napsat, že jde opravdu o zařízení Hi-Fi té nejvyšší kvality, dnes je často používán spíše název High-End.

Použité moduly Hifi zesilovačů HQQF-55-506W-XX stejně jak Hi-Fi předzesilovač HQQF-55-506Kst jsou plně analogové s obrovským odstupem signál/šum a značnou mírou rezervy zisku v otevřené smyčce, která jim zaručuje jak excelentní frekvenční vlastnosti, tak naprosto vynikající a bezkonkurenční vlastnosti co se týče míry všech možných zkreslení.

Jako jediný výrobek svého druhu, má všechny signálové vedení zapojené jako symetrické a současně jako jediný výrobek svého druhu má použity naprosto speciální vodiče odolné i proti magnetické složce rušení.

Závěr

Co říci závěrem, snad jen tolik, že čas natolik pokročil, že jsou dořešeny mnohé detaily, hlavně co se týče mechanické konstrukce, její jednoduchosti a vyrobitelnosti, že je možné veřejně představit připravovanou koncepci. Prostorové uspořádání se bude dle konkrétného sestavení lišit, skříň a vnější rozměry jsou již víceméně ustáleny.

V článku Hi-Fi zesilovač a opravdu potřebný výkon je napsáno dostatek o možném výkonovém dimenzování zesilovačů a v článku Hi-Fi zesilovač a jeho výkonové dimenzování je dostatek informací o vzájemných poměrech dimenzování výstupního výkonu, chlazení a napájení.

Neboť se již jedná o Hi-Fi či High-End té nejvyšší kvality, jsou i ceny poněkud vyšší, ale stále jsou pro mnohé dostupné. O cenách napoví Sety zesilovače HQQF-55-506W-5-1, ale také aktuální kurzy jednotlivých měn. Jsou již přijímány předběžné, závazné i nezávazné objednávky a to i na odlišné, originální konstrukce, pokud jste příznivci opravdového Hi-Fi, pak neváhejte.

Diskuze

Úvod

Mnoho se toho již o zesilovačích napsalo, konstruktéři se předhání v technických či marketingových údajích, ale běžný zákazník si jen tak jednoduše nedokáže ve změti čísel vybrat ty podstatné, obzvláště, když každý tvrdí, že právě ty jeho jsou ty nejdůležitější. 

Frekvenční rozsah

Na téma frekvenčního rozsahu či spektra které je pro věrný přenos potřebný se často názory rozcházejí. Jak jsem popsal v článku Zvuk a Hi-Fi je pro potřeby kvalitního přenosu mít šířku pásma cca od 5Hz až do cca 200kHz.

Můžeme také vyjít ze současného standardu a tím je formát DVD_audio, který je 24b/192kHz či dvojnásobek, kde se rovněž dostaneme na hranici cca 200kHz. Nápovědu můžeme hledat i v článku SACD, blíže vinylu?   

Dynamický rozsah

Stejně jak nejsou ujednoceny názory na frekvenční rozsah, nejsou jednotné názory ani na dynamický rozsah. Nezbývá než opět vyjít ze současného standardu DVD_audio, který je 24bitový.

24bitů nám zaručí dynamický rozsah 2²³:1=8.388.605:1=138,5dB, pro zjednodušení můžeme počítat s hodnotou cca 140dB. Zde nám může byt nápomocný i text Kouzelné Watty a Dynamika.  

Jak stanovit výkon zesilovače

Nyní se konečně můžeme dostat k volbě potřebného výkonu zesilovače. Jsme opravdu náruživí Hi-Fi_sti a máme zájem využít možnosti, které nám soudobá technika poskytuje.

Nechceme však dát na konstruktérsko - marketingové řeči a pokusíme se naleznout optimální řešení, jak nám jej umožňuje nalézt samotná podstata zvuku, vlastnosti záznamů a schopnosti lidského vnímání. Poněvadž je řeč převážně o výkonu, nebudeme tedy řešit frekvenční rozsah, ale jen výkon, u toho však musíme počítat i s dynamickým rozsahem záznamu, ale i s dynamickým rozsahem lidského slyšení. 

Dynamický rozsah slyšení

Nejdříve se podívejme na dynamický rozsah slyšení. Podíváme-li se do článku Zvuk, Věřte nevěřte Wikipedii, pak zjistíme:

Práh slyšitelnosti

Práh slyšitelnosti či slyšení je nejnižší hladina, kterou začíná člověk slyšet, je jim hladina akustického tlaku 0dB, což odpovídá intenzitě zvuku 10-12Wm^-2, čemuž odpovídá akustický tlak 2*10-5Pa.

Práh bolesti

Práh bolesti je již taková hladina zvuku, která vyvolává bolest, je jim hladina akustického tlaku 130dB, což odpovídá intenzitě zvuku 10Wm^-2, čemuž odpovídá akustický tlak cca 63Pa, vyšší intenzity akustického tlaku již mohou poškodit sluch, případně i další orgány.

Počítání s intenzitou a akustickým tlakem

·         Pro přepočet intenzity zvuku můžeme použít I=10log(I₁/I₀). Prahu slyšitelnosti I₀ odpovídá intenzita zvuku 10-12Wm^-2

·         Pro přepočet akustického tlaku můžeme použít X=20log(P₁/P₀). Prahu slyšitelnosti P₀ odpovídá akustický tlak 2*10-5Pa.  

Celkový rozsah

Pro stanovení celkového rozsahu vyjdeme z prahu bolesti a prahu slyšení, kde dostaneme celých 130dB.

Podíváme-li se na kmitočty nižší jak 1kHz, do oblasti v okolí 100Hz, kde je práh bolesti až o 10dB vyšší jak na kmitočtu 1kHz, pak zjistíme že můžeme celkový rozsah slyšení rozšířit až na hodnotu cca 140dB.

Srovnání dynamického rozsahu slyšení a záznamu

Pokud provedeme srovnání dynamického rozsahu slyšení a záznamu, pak zjistíme, že rozsah sluchu je až 140dB což plně koresponduje se současným standardem DVD_audio, který je 24bitový s dynamickým rozsahem cca 140dB.

Pro dokonalé zážitky s Hi-Fi produkce je nutné, aby vlastnosti záznamu bylo ucho co nejlépe schopno využít a to využije jen tehdy, když poslech nebude nad hranicí prahu bolesti, kde by nám poslech mohl působit jisté zdravotní potíže, ale rovněž nebude pod prahem slyšení, kde by se nám část záznamu vytratila a byla by již díky své malé intenzitě neslyšitelná.

Přeměna výkonu na akustický tlak

Dalším důležitým krokem je samotná přeměna výkonu na akustický tlak. Použijeme-li běžné reproduktorové soustavy s citlivostí 90dB, pak zjistíme, že 1W dodaného výkonu vytvoří akustický tlak v ose reproduktoru a vzdálenosti 1m rovných 90dB.

Pokud se ještě jednou podíváme do článku Zvuk, Věřte nevěřte Wikipedii, můžeme se na základě vyzařovací charakteristiky reproduktorů a vytvořené intenzity zvuku 10-12Wm^-2 v okolním prostoru, dopočítat, že méně než 1% dodané elektrické energie se nám přeměnilo na požadovaný akustický tlak a více jak 99% dodané elektrické energie se nám přeměnilo na nežádoucí teplo.

Sluchem využitelný výkon

Nyní se konečně dostáváme k samotné problematice potřebného výkonu H-Fi zesilovačů a tím je sluchem využitelný výkon.

Pokud 1W dodaného elektrického výkonu vytvoří 90dB akustického tlaku a práh bolesti při 1kHz je až na 130dB, pak máme k jejímu dosažení potřebu dodat až o +40dB větší výkon, tedy výkon až 10kW!

Pro dosažení prahu bolesti v okolí 100Hz máme rezervu od 90dB dokonce +50dB, tedy k jejímu dosažení potřebujeme dodat výkon až 100kW!

Střední výkon a střední akustický tlak

Pokud se začneme bavit o středním výkonu a středním akustickém tlaku, můžeme se pokusit nejdříve nalézt přijatelnou mez akustického tlaku, kdy je ještě snesitelný a kdy již ne.

Hranice 90dB

Hranice 90dB představuje již vysokou hladinu akustického tlaku, často definovanou jako zvuk silného motocyklu.

Hranice 100dB

Hranice 100dB představuje velmi vysokou hladinu akustického tlaku, často definovanou sbíjecím kladivem či velmi silnou hudbou. Nad tuto hranici středního akustického tlaku by se již žádná hudební produkce neměla dostávat!

Střední výkon

Pokud vyjdeme s hranice dostatečně silného a ještě snesitelného akustického tlaku v rozmezí 90÷100dB, pak takovým hladinám odpovídá dodaný elektrický výkon s použitím reproduktorových soustav s citlivostí 90dB v rozmezí 1÷10W.

Zjednodušíme-li výpočet na hodnotu akustického tlaku 95dB, pak pro získání takového akustického tlaku postačí pouhé 3W dodaného elektrického výkonu.

Maximální špičkový - hudební výkon

Stejně jak jsme odvodili střední akustický tlak a střední výkon, můžeme odvodit maximální špičkový - hudební výkon, který potřebujeme k tomu abychom dokázali optimálně využít vlastnosti jak akustického záznamu, tak vlastností lidského sluchu.

Nebudeme se pohybovat až k hranici prahu bolesti, ale raději o 5dB níže, pak stále dostaneme prostor pro dynamiku nad středním výkonem +45dB což odpovídá dodanému elektrickému výkonu 30kW!

Závěr

Co říci závěrem, snad jen to, že jakákoliv honba za trvalými středními výkony Hi-Fi zesilovačů, která přesahuje hodnotu 10W je zcela zbytečná. Na straně druhé je patrné, že špičkový - hudební výkon +20dB což odpovídá 1kW je pro opravdu kvalitní poslech zcela nedostatečný, neboť hranice +40dB je stále nedostižně daleko.

Pokud jsem vycházel ze vzdálenosti 1m a pouze jednoho zdroje akustického tlaku, pak musím vzít do úvahy, že běžné Hi-Fi zesilovače mají kanály dva a vzdálenost reproduktorových soustav běžně 2m. Vzdálenost mi akustický tlak o 3dB sníží a dva rovnocenné zdroje akustického tlaku zase akustický tlak v místě posluchače o 3dB zvýší. Mohu tedy prohlásit, že vše platí i pro dva kanály a vzdálenost 2m.

Rekapitulace

Poněvadž jsem v úvodu zmínil návod k výběru vhodného Hi-Fi zesilovače s ohledem na jeho výkon, musím se nyní k problematice vrátit. Každý slušný Hi-Fi zesilovač by měl mít hudební výkon co největší, jak se ukazuje ani 500W či 1kW hudebního výkonu na kanál není dostačujících.

Naopak snaha o provozování, ale také testování na dlouhodobý výkon větší jak 10W/kanál, ba dokonce až na hodnotu středního  výkonu blížícímu se výkonu hudebnímu je spíše scestí a marketingovou demonstrací, než potřebnou podmínkou pro opravdovou věrnost zvuku.

Diskuse

Úvod

V minulém článku Hi-Fi zesilovač a opravdu potřebný výkon jsme se bavili o potřebném výkonu pro opravdový Hi-Fi zesilovač. Nyní se podíváme, jak je to s výkonovým dimenzováním jednotlivých komponentů. Samozřejmě jsem grafy sestavil pro Topologie Federmann, Moduly Hi-Fi zesilovačů HQQF-55-506W při provedení na napájecí napětí do ±60V. pro jiné zesilovače by grafy vyšly obdobně.

Zapojení

Pro výpočet potřebného dimenzování jednotlivých komponent bylo použito náhradní schéma dle obrázku. Zdroj V2 byl pilovitého průběhu s amplitudou rovnou 0,7 velikosti napájecího napětí.

Zesilovač 150W/8Ω napájení cca ±54V

Na obrázku je patrné, že pro 150W trvalého výkonu potřebujeme zdroj dimenzovat na cca 260W a chlazení na cca 110W, ale pro běžný hudební signál, při hodnotě středního výkonu 1/10 výkonu maximálního, potřebujeme pro trvalý střední výkon 15W zdroj o výkonu cca 95W, při množství odvedeného tepla chladičem cca 80W.

Zesilovač 300W/4Ω napájení cca ±54V

Na obrázku je patrné, že pro 300W trvalého výkonu potřebujeme zdroj dimenzovat na cca 500W a chlazení na cca 200W, ale pro běžný hudební signál, při hodnotě středního výkonu 1/10 výkonu maximálního, potřebujeme pro trvalý střední výkon 30W zdroj o výkonu cca 170W, při množství odvedeného tepla chladičem cca 140W.

Zesilovač 600W/2Ω napájení cca ±54V

Na obrázku je patrné, že pro 600W trvalého výkonu potřebujeme zdroj dimenzovat na cca 1000W a chlazení na cca 400W, ale pro běžný hudební signál, při hodnotě středního výkonu 1/10 výkonu maximálního, potřebujeme pro trvalý střední výkon 60W zdroj o výkonu cca 320W, při množství odvedeného tepla chladičem cca 260W.

Zesilovač 500W/8Ω  napájení cca ± 48V

Na obrázku je patrné, že dva moduly zapojené do můstku s výstupním výkonem 500W trvalého výkonu potřebují zdroj dimenzovat na cca 800W, chlazení na cca 300W, ale pro běžný hudební signál, při hodnotě středního výkonu 1/10 výkonu maximálního, potřebujeme pro trvalý střední výkon 50W zdroj o výkonu cca 280W, při množství odvedeného tepla chladičem cca 230W.

  Zesilovač 1000W/4Ω  napájení cca ± 48V

Na obrázku je patrné, že dva moduly zapojené do můstku s výstupním výkonem 1000W trvalého výkonu potřebují zdroj dimenzovat na cca 1600W, chlazení na cca 600W, ale pro běžný hudební signál, při hodnotě středního výkonu 1/10 výkonu maximálního, potřebujeme pro trvalý střední výkon 100W zdroj o výkonu cca 500W, při množství odvedeného tepla chladičem cca 400W.

Transformátor

Jak je patrné z obou grafů, je honba za trvalým výkonem větším jak 1/10 P_max zcela zbytečná, klade nároky především na použitý transformátor, nejenom jeho cenu, ale hlavně jeho rozměr a váhu, v neposlední míře na případné stínění rozptylového pole.

Chlazení

Zcela jinak než s transformátorem je to s velikostí použitého chlazení, kde při 1/10 P_max již ztrácíme cca 70% maximálně možného tepelného výkonu, přičemž maximum vytvořeného tepla se pohybuje v okolí 75% maximálního výstupního výkonu, je závislé hlavně na podílu klidového proudu koncových a budících tranzistorů.

Závěr

Co říci závěrem, snad jen to že zbytečné navyšování výkonu transformátoru, nemá opodstatnění ani v případě opravdu náročných Hi-Fi posluchačů a fandů, kde by se měl střední výkon spíše od maximálního více vzdalovat, ale kdo chce dimenzovat na výkon větší je to jen a jen jeho svobodná volba.

Chlazení není nikdy dostatek, je vždy lépe do jeho činnosti zapojit celou skříň, než chladič zavřít do skříně a následně se snažit větrat nuceně za cenu rušivého hluku ventilátoru a nuceného proudění vzduchu.

Je nutno také podotknout, že dimenzování zdroje a chladiče na hodnotu středního výkonu pod 1/10 výkonu maximálního již nenese své ovoce, výkon nám klesá s mocninou, kdežto nároky na zdroj a chlazení lineárně, ne však k nule, ale ke klidovému odběru. Pod hodnotu středního výkonu 1/20 P_max je zcela zbytečné se snažit dostat, osobně považuji za optimální poměr 1/10.

Psáno pod čarou

Článek Hi-Fi zesilovač a jeho výkonové dimenzování bylo nutné napsat, neboť neznalost mnohých je naprosto tragická! Neustálé tápaní co a jak je do výkonu nutné započítat, neustálé dotazy na modul zesilovače HQQF-55-506W-5-1 topologie Federmann, hlavně na výkon hotového zesilovače, který zatím není v nabídce, mne vedly k napsání článku, který by alespoň některým mohl napovědět jak navrhnout zesilovač jako celek, jaká je potřeba proporcí jednotlivých komponent.

Diskuze

Úvod

Mnozí neustále hledají dokonalost zvuku či dokonalost zesilovačů, které tento zvuk mají zesilovat, obdobná problematika je obsažena v samotném názvu tohoto Webu, Hi-Fi svět.

Vznikla zde série článků věnovaných řadě zvukově dokonalých zesilovačů Zesilovače HQQF-55-506W-XX, jejichž dokonalost bylo nutno posílit i značnou měrou bezpečnosti o což se stará HQQF-55-200, inteligentní řízení napájení.

Zesilovače je možné připojit k mnoha zdrojům signálu, proto bylo nutnou vytvořit předřazený modul Hi-Fi předzesilovače HQQF-55-506Kst, který by nabídl dostatečný komfort a značně rozšířil možnost použití různých zdrojů signálu, krom toho současně vytvořil podmínky pro dokonalé využití koncových stupňů.

Topologie

Jak je ze schématu patrné, volil jsem mezi šumovými vlastnostmi tranzistorů a velikostí zisku operačních zesilovačů. Přes mnohé výhody tranzistorových zapojení, kterých nepřestávám být příznivcem, jsem se nakonec přiklonil ke konstrukci s OZ, ale s OZ ne ledajakým, nýbrž tím který krom značného zesílení v otevřené smyčce zpětné vazby, nabízí i dostatečnou šířku pásma a v neposlední míře extrémně nízkým šumem, to vše vyváženo poměrně vysokou pořizovací cenou.

Původ zapojení

Jak je patrné je zapojení HQQF-55-506Kst přímým pokračováním svého plně tranzistorového předchůdce Korekční zesilovač „zapojení Federmann“. Předchozí zapojení obsahovalo v každém kanále dva za sebou zapojené operační zesilovače složené s diskrétních prvků.

První OZ upravoval vstupní signál, měl pevně nastavitelné zesílení, které šlo v malém rozmezí potenciometrem měnit, čímž se dosahovalo potřebného nastavení stereo-váhy.

Druhý OZ byl zapojen jako klasický zpětnovazební Baxandallův korektor, za nímž následoval potenciometr pro regulaci hlasitosti, který bylo možno doplnit o prvky fyziologické regulace hlasitosti.

Zapojení Hi-Fi předzesilovače HQQF-55-506Kst

První OZ HQQF-55-506Kst je ultra-nízko-šumový a má funkci obdobnou jako dříve, ale je doplněna o možnost plynulého nastavení citlivosti v rozmezí řádově desítek mV až jednotek V. Tímto řešením není nutno pro jinou úroveň vstupního signálu, měnit hodnoty v zapojení.

Pro zlepšení vlastností je vstupní konektor přímo na desce plošného spoje. Možnost nastavení stereo-váhy zůstala zachována.

Druhý OZ HQQF-55-506Kst již nemusí, ale může být ultra-nízko-šumový, funkce zpětnovazebního Baxandallova korektoru zůstala zachována, je možno osadit součástkami tak, aby byl zdvih ±15 či 20dB. Dále je tento OZ doplněn o filtr Prezenc s nastavitelným zdvihem 0÷10dB.

Další novům tohoto modulu, je možnost vyvedení výstupního signálu vně, nebo přivedení vstupního signálu až na potenciometr regulace hlasitosti. Oba konektory jsou rovněž přímo na desce plošného spoje.

Aby bylo možno dokonale využít vlastnosti navazujícího koncového stupně Zesilovače HQQF-55-506W-XX, je modul HQQF-55-506Kst dále doplněn obvody potřebnými pro měření úrovně v kanále.

Modul HQQF-55-506Kst má samozřejmě vlastní síťový, stabilizovaný zdroj ±15V, což umožňuje jeho naprosto nezávislé použití, ale současně řeší mnoho problémů s nesprávným pospojováním různých modulů a zemněním.

Závěr

Modulem Hi-Fi předzesilovače HQQF-55-506Kst  je doplněna celá série možných jednovstupých zesilovačů Hi-Fi, za ještě přijatelné ceny.

Hi-Fi předzesilovač HQQF-55-506Kst najde uplatnění nejenom u klasických zesilovačů pro různé Hi-Fi zařízení, ale zajisté se stane trhákem pro hudebníky, zpěváky a kytaristy, pro něž je často zapotřebí nabídky příliš speciální.

Diskuse