HQQF a teorie
- Základní údaje
- Napsal Bohumil_Federmann
- Nadřazená kategorie: Nf. technika
- Kategorie: HQQF a teorie
- Zobrazení: 8620
Úvod
Další článek na téma Tranzistorového zvuku, v němž se pokusím najít konkrétní řešení, jak se tomuto nepříjemnému a nelibozvučnému zvuku vyhnout, či definovat nové podmínky pro Hi-Fi!
.
Rekapitulace dosavadních poznatků
Norma DIN 45500 pro Hi-Fi
V německém Deutsches Institut für Normung (DIN) se v roce 1973 vytvořili celosvětový standard, normu DIN 45500 pro Hi-Fi, která nikterak nepostihovala "Tranzistorový zvuk", nebyly metody jak jej měřit, byli jen zarytí Hi-Fisti, kterým tento zvuk vadil a dodnes vadí!
Frekvenční pásmo
Vycházejme ze skutečnosti, že slyšitelné akustické pásmo nepřesahuje na svém horním konci frekvenci 20kHz. K reprodukci barvy tónů však potřebujeme přenášet spolu s akustickým pásmem, ještě pásmo nesoucí barvu tónů, které nám sahá někde nad 150kHz!
Frekvenční závislost
Každý aktivní prvek je frekvenčně závislý, s rostoucí frekvencí klesá jeho zesílení, pokud jsou aktivní prvky vzájemně propojeny, je výsledná charakteristika rovna součtu charakteristik jednotlivých aktivních prvků v signálové cestě!
Topologie
Většina více-tranzistorových zapojení je konstruována obdobně jako jsme zvyklí u konstrukcí Operačních Zesilovačů. OZ jsou většinou ještě více-tranzistorové než zapojení realizována s diskrétních prvků a nelze do jejich topologie již významněji zasáhnout.
Nejčastěji používaným zapojením je zapojení se dvěma vstupy, jeden je neinvertující a druhý invertující, tedy se vstupním diferenciálním stupněm, který při zapojení s Si bipolárními tranzistory dynamicky saturuje dle W. Marshalla Leacha při Vdif ≅57mV.
Požadavky na zapojení
Každé zapojení na jehož vstupu je vstupní diferenciální stupeň složený z bipolárních tranzistorů musí přenést celé akustické pásmo včetně pásma barvy tónů, aniž by došlo k jeho zkreslení.
Řečeno jinými slovy, každé zapojení musí mít bez zpětné vazby tak velké zesílení, aby při maximálním výstupním napětí, v celém přenášeném pásmu nepřekročilo vstupní napětí Vdif≅57mV!
S přihlédnutím k frekvenčním vlastnostem, u kvalitního Nf. zesilovače postačí, aby při maximálním výstupním napětí, na frekvenci 200kHz bylo Vdif<50mV.
Příklady
1. Příklad:
Máme zesilovač, který zesiluje signál s efektivní úrovní signálu 0dB (775mV), dynamika zesilovaného signálu je 20dB nad efektivní úrovní (7,75V), amplituda takového signálu může dosáhnout 7,75*√2≅11V
Zesílení zesilovače při 200kHz musí být takové, aby Vdif < 50mV; tedy Au=20*log 11V/50mV; Au≅47dB!
2. Příklad:
Máme výkonový zesilovač, jehož maximální výstupní výkon je 200Wattů při 4Ω (U=28,3V; Uš=40V), je provozován při efektivním výkonu cca 20Wattů (U=9V; Uš=12,7V); vstupní citlivost je +6dB (1,55V; Uš=2,2V); zesílení Au≅15dB; Nutné zesílení při 200kHz Au=20*log 40V/50mV; Au≅58dB!
3. Příklad:
Definujeme si vstupní úroveň při které již dochází k limitaci Vdif≈50mV; U=20*log (775mV*√2)/50mV; U≈-27dB
Máme zesilovač jehož napájení je ±24V a maximální rozkmit výstupního napětí ±22V, tedy 26dB.
Potřebné zesílení při 200kHz; Au=26dB-(-27dB); Au=53dB!
Další požadavky, či poznatky
Poněvadž se bavíme pouze o Nf. zesilovači a požadovaném přenášeném pásmu do 200kHz, jen pro toto pásmo definujeme požadavky pro obecný zesilovač.
Je dále nutné samotnou topologii celku (hlavně zdroj signálu a vstupními obvody zesilovače) zajistit aby se nežádoucí signály, které se nachází nad tímto pásmem nedostaly na vstup zesilovače vůbec, či jen v omezené míře.
Dynamika signálu není vůbec rozhodující, pouze čím je dynamika signálu větší nad efektivní úroveň signálu, tím méně často dochází k přiblížení-se k hranici dynamické saturace vstupních tranzistorů.
Závěr
Závěr je vcelku jednoznačný, avšak pro mnohé bude příliš nekompromisní! Zesilovače, které nesplňují požadavek dostatečného zesílení bez zpětné vazby při kmitočtu 200kHz, trpí více, či méně, ale vždy trpí "Tranzistorovým zvukem", nemají v Hi-Fi technice co pohledávat!
Zesilovačům, bez ohledu na jejich konstrukci, či další použití, nepomůže zařazovat do cesty jakékoliv omezovače, či hledat jakékoliv obcházení zde popsaného pravidla! Když nedojde ke zkreslení v samotném zesilovači, jež nesplňuje zde popsané kritéria, pak tuto práci za něj vykoná přidaný omezovač, či podobná "ochrana"!
Mnozí můžou namítat, že 200kHz je mnoho, když prokazatelně vnímáme jen 150kHz, rovněž lze namítat, že jsem použil jako druhé hlavní kriterium pouze 50mV, když by to napětí mohlo být o něco větší.
Kriterium minimální rezervy zesílení zesilovače bez zpětné vazby při kmitočtu 200kHz jsem postavil zcela striktně a nekompromisně, je postaveno s malou rezervou, přesto skýtá dostatečnou záruku, aby nedošlo k dynamické saturaci vstupního diferenciálního stupně do kmitočtu 200kHz.
Zároveň toto kritérium skýtá dostatečnou záruku přijatelného zkreslení na všech kmitočtech, obzvláště na nižších, kde je značná rezerva v zesílení, která je zárukou malé odchylky a vysoké věrnosti výstupního signálu.
Zdroj: Walter Jung pdf
Související články:
obrazové doplnění a pokračování již brzy
- Základní údaje
- Napsal Bohumil_Federmann
- Nadřazená kategorie: Nf. technika
- Kategorie: HQQF a teorie
- Zobrazení: 10718
Předmluva
Již jsem na téma Tranzistorového zvuku psal, se zlou jsem se však potázal, byl označován všemi možnými názvy a přívlastky, ale na samotném Tranzistorovém zvuku to nic nezměnilo. Jen někteří rozdělili éru zesilovačů na dobu před Federmannem a po Federmannovi.
Jde o téma, kterému jsem se začal věnovat již v 70. létech minulého tisíciletí. Mnohé se však změnilo, technika značně pokročila měla dostatek možností se s touto problematikou vypořádat. Nestalo se tak a vývoj šel zcela opačným směrem.
Ohlédnutí do historie
Samotná historie se datuje od dvacátých let 20. století, s rozvojem elektroakustiky, mikrofonů, zesilovačů a reprodukčních zařízení vznikala i kritéria pro jejich používání a posuzování. Největší rozmach éry Hi-Fi byl zaznamenán v padesátých a šedesátých létech minulého století a v německém Deutsches Institut für Normung (DIN) se v roce 1973 vytvořili celosvětový standard – normu DIN 45500 pro Hi-Fi.
Významným milníkem historie Hi-Fi byl přelom roku 1952 a 1953, kdy technologie a trh natolik pokročily, že byly vytvořeny podmínky pro vyšší výkony a kvalitu, od roku 1953 se již setkáváme s kategorií zařízení která nesla označení Hi-Fi.
Osobnosti
Významnými osobnostmi byli vynikající zvukoví inženýři Sid Smith a Ed Miller, kteří pracovali do roku 1953 ve společnosti Radio Craftsmen, kde Sid Smith postavil dvě verze rádia C500 o výkonu 10 W, po odchodu z Radia Craftsmen pracoval rok ve společnosti Sherwood Electronic Labs v Chicagu, kterou roku 1953 založil Ed Miller se svým společníkem Johnem Snowem.
V Sherwood Electronic Labs Sid Smith postavil C500A, první High Fidelity přístroj, 15wattový zesilovač spojený s rádiem, které bylo možno při zakoupení dvou C500A již poslouchat stereofonně, pro každý kanál jeden přijímač. Doposud byly vyráběny zesilovače a rádia odděleně, Sid Smith setrval ve společnosti Sherwood Electronic Labs pouze rok, pak odešel jako hlavní inženýr do společnosti Marantz. Cena jednoho přístroje C500A představovala cca 40 % průměrné mzdy, 99 amerických dolarů.
70. a 80. léta minulého tisíciletí
Pokrok šel rychle kupředu a nároky se stále stupňovaly. V zájmu vyšší kvality se dostává na scénu i digitalizace signálu. Signál byl rozdělen jak podle úrovňové, tak podle časové osy. Dělení dle úrovní bylo 16bittové a mělo značný přínos, kdežto pro časovou osu bylo použito dělení po 23µs intervalech a tím byla omezena maximální možná obnovitelná frekvence někde na úrovni 20kHz!
Akustické pásmo se jevilo jako dostatečné a barva tónů, která je často obsažena vysoko nad tímto pásmem, až k frekvencím 150kHz a výše, zatím nikomu nechyběla. Právě s nad-akustickým pásmem měla spousta nových tranzistorových zesilovačů nemalé problémy, které byly takto odbourány. Zvuk, kterému se přiřazoval přívlastek Tranzistorový, byl najednou jakoby zapomenut.
.
Třetí tisíciletí
Mnozí nostalgicky vzpomínají na někdejší analogové časy a praskající vinyl má pro ně stále vyšší hodnotu jak nejmodernější CD, nemluvě o živém poslechu, který se stává nenahraditelný. Digitalizace dále pokračuje a úrovně se již vzorkuji 24bity s intervalem pouhých 5µs a bnovitelná frekvence se rázem posouvá ke 100kHz, v laboratořích se již připravuje dvojnásobek. tedy 2,5µs a 200kHz! Norma DIN 45500 pro Hi-Fi však stále zůstává v podobě roku 1973!
K někdejším Hi-Fi nadšencům a skalním kytaristům, kteří niky nenašli cestu od elektronkových zesilovačů k tranzistorovým, neboť stále v nich slyší Tranzistorový zvuk, se najednou přidávají i další, kterým něco u některých tranzistorových, či integrovaných zesilovačů poslechově vadí.
Real men do not use opamps
Na serveru Hi-Fi slovanet se otvírá nové, velmi zajímavé vlákno, které s tématem Tranzistorového zvuku přímo souvisí, lépe řečeno, je právě o tomto zvuku, aniž by si to její aktéři uvědomovali.
.
PMA
Ing. Pavel Macura vyjádřil velmi výstižně vlastnosti Tranzistorového zvuku, aníž by tento název použil
Takto se vyjádřil o limitaci
"To měření v limitaci mě dost pozdvihlo ze židle a namíchlo. Jednak bylo provedené s menším napájecím napětím, jednak při vyšším výstupním napětí, než 8Vrms, o kterých jsem psal údaje ze simulace. Z průběhu zkreslení by měl každý jen mírně zkušený člověk v oboru poznat, že jde o limitaci (harmonické až do aleluja skoro stejně vysoké) a nevystavovat jej. Musím říci, že mě to opravdu nadzdvihlo a zvýšilo hladinu adrenalinu."
Takto se vyjádřil o poslechových zkouškách
"Právě jsem dokončil další srovnávací poslechový test DII a preampu na bázi kvalitních OZ (z mé dílny). Rozdíl je tak propastný, že se tomu až nechce věřit. Velké rozdíly jsou v dynamice, rozlišení nástrojů, podání prostoru, i v tonalitě. Testováno na kvalitní nahrávce "klasiky" od Harmonia Mundi."
Topologie
p. Macura stíhá usilovně pracovat na problematice i usměrňovat vulgární diskutéry, někteří se na práci aktivně podílí, někteří jen nevěřícně přihlíží, ale najdou se i takoví, kteří se snaží odvádět od problematiky a diskuzi rozbít osobními útoky, hold „Tranzistorový zvuk má zvuk“.
.
Hledají se chyby v topologii, jednoznačně vychází integrované řešení mnohem hůře než klasické složené s diskrétních součástek. Ani klasické řešení však není bez poskvrny, snad jen některé výjimečné topologie nevykazují vady zvuku a lze mluvit o tom, že Tranzistorovým zvukem netrpí.
.
Někteří toho moc k tématu neřeknou, tak se snaží zviditelňovat alespoň osobními útoky, které plodnou diskuzi jen odvádí od problematiky a znepřehledňují. Je vidět, že ani předchozí upozornění p. Macury nepadlo na úrodnou půdu a musí zasahovat sám Admin.
Chování těchto jedinců je stejné, jak jsou zvyklí na Audiowebu či Elwebu, je jim zde však dáván výrazně menší prostor a diskuze stále zůstává v odborné rovině.
Zdroj: Geocities, Vintage-HiFi.2itb, Hi-Fi slovanet
Související články:
- Základní údaje
- Napsal Bohumil_Federmann
- Nadřazená kategorie: Nf. technika
- Kategorie: HQQF a teorie
- Zobrazení: 19285
Zvuk
Většinou každý ví, že rozsah akustického slyšení je na jedné straně akustického pásma omezen infrazvukem, jehož kmitočty jsou pod 16Hz a na straně druhé je omezení dáno ultrazvukem, který začíná od 20kHz. S těmito znalostmi nevystačíme ani pro sluchové vnímání čistých sinusových průběhů a problematika je mnohem složitější.
Infrazvuk
Tato část akustického vlnění již není dostatečně vnímána lidským sluchem, ale člověk ji vnímá povrchem těla. Zcela typické jsou pro toto vnímání vjemy při bouřce, mohutných výstřelech či výbuších, kde se doporučuje otevřít ústa aby nedošlo k poškození sluchu.
Vjem může být citelný na plicích, ale také v oblasti břicha a tlustého střeva, či jiných vnitřností, které tato akustická - tlaková vlna může dokonce poškodit.
Obdobné účinky má mnohem slabší, ale trvalý infrazvuk, který může rovněž rozkmitat tlusté střevo, poškodit či dokonce utrhnout některé vnitřnosti, svého času byly snahy i pro bojové využití.
Ultrazvuk
Tato část akustického vlnění není sluchem rovněž jako samostatný zvuk slyšitelná, jinak je tomu ve spojení s frekvencemi, které se nacházejí v akustickém pásmu, pak nám ultrazvuk tvoří součást zabarvení jednotlivých tónů. Jak jsem již napsal v článku Vnímáme infra a ultra zvuk?, člověk je schopen vnímat barvu tónu na frekvencích přesahujících 150kHz.
Každý nesinusový průběh je složen s řady vyšších harmonických, při nižších frekvencích je značný podíl harmonických ještě v akustickém pásmu, při vyšších frekvencích se podíl harmonických v oblasti ultrazvuku výrazně zvyšuje.
Elektroakustický řetězec a zesilovače
Dnes se často vyrábí zesilovače, kde konstruktéři v zájmu jednoduchého řešení stability použili na vstupu dolní propust, která nenávratně odfiltruje množství vyšších harmonických a zbaví nás tak nepostradatelné barvy tónů. Stejný efekt zaručí i digitální nahrávka jejíž vzorkovací kmitočet je pouhých 44 či 48kHz.
Naštěstí nejsme omezeni pouze na zesilovače, kterým byl dán do vínku omezený frekvenční rozsah, nemáme pouze digitální záznamy vzorkované nízkými frekvencemi, ale stále se můžeme ještě setkat s vinylovými deskami a živou hudbou, rovněž je dnes stále více nahrávek v DVD a HD kvalitě.
Ultrazvukové reproduktory
Zde je nutno si uvědomit, že jde o reproduktory, které vytváří pouze barvu tónů, nelze slyšet jejich samostatný zvuk, ale ve spojení s reproduktory, které nám přenáší akustické pásmo, získáme při kvalitním zdroji signálu nenahraditelný akustický vjem, který je velmi blízký originálnímu zvuku.
.
TAKET-BATPRO
- Speciální výškové reproduktory společnosti Taket
- Kmitočtové pásmo 18kHz ~ 300kHz
- Impedance 8Ω.
- Citlivost 100dB, (nastavitelná pěti-polohovým přepínačem od 50dB do 100dB)
- Hmotnost asi 2x300 gramů
- Cena za pár 79.800 jenů
.
.
Reproduktory TAKET-BATPRO byly podrobeny rozsáhlým recenzím, které vyzněly velmi příznivě.
Společnost Taket a její produkty
- 1. Červenec 2004; Super-výškový reproduktor TAKET-BAT1
- 1. Červenec 2005; Super-výškový reproduktor TAKET-BATPRO
- 1. Červenec 2006; Super-výškový reproduktor piezo-elektrické sluchátka TAKET-H2
.
Zdroj: Phile Web, Phile Web, Taket
Související články:
- Základní údaje
- Napsal Bohumil_Federmann
- Nadřazená kategorie: Nf. technika
- Kategorie: HQQF a teorie
- Zobrazení: 9353
Článek se připravuje
.
.
.
.
Související články:
- Základní údaje
- Napsal Bohumil_Federmann
- Nadřazená kategorie: Nf. technika
- Kategorie: HQQF a teorie
- Zobrazení: 16808
V návaznosti na články Kouzelné Watty a Dynamika a Tranzistorový zvuk, se můžeme podívat na problematiku dynamiky signálu s pohledu použitých reproduktorů.
Profesionální reproduktory
Tyto reproduktory jsou značně dražší, mají vyšší citlivost a většinou i menší podíl výkonu špičkového (krátkodobého maximálního) a efektivního (šumového), v tomto případě 350/150 = 4dB.
.
Běžné druhy reproduktorů
Většina reproduktorů není stavěna na profesionální úrovni, mají menší citlivost a většinou mívají větší podíl výkonu špičkového (krátkodobého maximálního) a efektivního (šumového) v tomto případě 75/10 = 7dB.
.
Trochu matematiky
Záměrně jsem vyjádřil poměry jednotlivých výkonů v dB. Nyní se můžeme podívat proč jsem tyto dB uvedl a jaká může být dynamika signálu přivedeného na tento reproduktor.
Použijeme kvalitní 24bitový záznam, na výstupu zesilovače dosáhneme odstup signál šum, tedy i maximální možnou dynamiku 100dB.
Použijeme různé zdroje signálu, které se budou lišit pouze v poměru špičkového (krátkodobého maximálního) a efektivního výkonu [čas pro výpočet efektivního (tepelného) výkonu odvodíme od vlastností chladiče výkonových prvků].
- Pokud bude odstup menší než u použitých reproduktorů, pak můžeme reproduktor zatížit efektivním (šumovým) výkonem a špičky nebudou dosahovat výkonu špičkového (krátkodobého maximálního).
- Pokud bude odstup větší než u použitých reproduktorů, pak nesmíme překročit výkon špičkový (krátkodobý maximální) a nemůžeme využít výkonu efektivního (šumového).
Závěr
Závěr je zcela jednoznačný, každý reproduktor i ten nejprofesionálnější má značný odstup výkonu špičkového (krátkodobého maximálního) a efektivního (šumového), stejně tak by měl mít obdobné vlastnosti i výkonový zesilovač.
Nejvhodnější je kombinace výkonového zesilovače jehož maximální, špičkový výkon, bez omezení limitací je roven maximálnímu špičkovému výkonu reproduktoru.
Výkonový zesilovač, by měl být provozován maximálně na takový efektivní výkon, kdy nedochází k překročení jeho výkonu špičkového (krátkodobého maximálního) a limitaci, pak nic nezkazíme když volíme poměr uváděných výkonů minimálně 10dB, který vyhoví všem druhům reproduktorů.
Uvedené čísla v dB vyjadřují podíl výkonu špičkového (krátkodobého maximálního) a efektivního (šumového), celková dynamika je však mnohonásobně vyšší, neboť každé výkonové převýšení efektivního výkonu musí být vyváženo stejnou výkonovou úsporou pod hladinou efektivního výkonu.
Ze zcela nesmyslného sinclairova tvrzení o celkové dynamice pouhých 5dB a méně, by jsme došli k závěru, že výkon špičkový a efektivní bude téměř totožný, pak bychom museli většinu zesilovačů provozovat při jejich maximálním výkonu rovnému efektivnímu (šumovéu) výkonu reproduktorů a maximální, špičkový výkon reproduktorů, který je často i desetinásobně větší, by byl navždy nevyužit, nehledě na otřesnou věrnost a kvalitu takto upravené reprodukce.
Související články:
