Gyakori kérdések e-mail
		www.elektroncso.hu » cikkek

Bonckontárkodás az audiofil elméleti világban
Bodnár János
(Gép és készülékszerkesztő technikus)

Had mutatkozzam be. A nevem Bodnár János. Valamikor az audiofil elméleti rengetegbe akkor estem bele, mikor az otthoni szűkösség nem tette lehetővé hogy megfelelő készülékeket vásároljak. De mindezek mellett szerettem volna igen jó hangminőségben hallgatni zenét. Ide 's tova 15 éve bütykölgetek, tervezgetek, meghallgatok, tapasztalok. Bár, drága alkatrész még nem volt kezemben. Remélem lesz reá még módom. 1. ábra Szimmetrikus jelek Ezen cikken keresztül szeretném az olvasókat rávezetni arra, hogy mi is az az elméleti vonal, amely közelebb vihet minket a tiszta zene élvezetéhez. 2. ábra Egy lecsengéses színusz jel A hallás fiziológiájáról, másképpen. Most nem a frekvencia és hangnyomás függő érzékelésünkről akarok beszélni. Hanem arról, hogy valójában mire is érzékeny a hallásunk..... Ugye, minden ember aki foglalkozott hangtechnika építésével, javításával, találkozott már a szinusz jelekkel. És volt olyan is, aki ki is próbálta, milyen magasan hall hangokat. Nah, nem a polc tetejéről szóló dobozokról beszélek... És valószínű páran emlékeznek arra az effektusra, amikor egy, még hallható magas frekvenciás hang csak a bekapcsolás és kikapcsolás környékén volt kis ideig hallható. És vannak olyanok is, akik rájöttek, hogy ugyan azon effektív területű négyszögjellel és háromszögjellel vezérelve hangosabb volt a készülékük, de nem csak az új felharmonikusok megjelenése miatt. Hogy is van ez? Mik is lehetnek az okok? A magyarázat a halló szervünk felépítésében és működésében rejlik. A fülünkben rejlő bio-elektro mechanikus eszközök igen jó csillapodással működnek. Gondoljuk át! Milyen rendkívül zavaró lenne, ha a halló rendszerünk valamely frekvencián, al- és felharmonikusain után zengene..... Az önfrekvencia, bár létezik a hallásunknak is, de igen kis ideig tart a lecsengése. Alapvető követelmény az erős csillapítás, hisz az érzékelésünk nem engedheti meg a rossz hang és térérzetet, a reakció időnket megtoldaná egy ici picit ….. (Az evolúció, vagy a teremtés volt ilyen okos, mindenki döntse el!) Így ezt még azzal is megtoldom, hogy amire a vadon veszélyei közt, és pl a közlekedésben szükség van, az nem más, mint a változások pontos érzékelése. Ezek miatt rá kell jönnünk..... A hallásunk a folyamatos változásokra érzékeny! A folyamatos azonos jelsorokhoz akár hozzá is szokhatunk, figyelmen kívül hagyhatjuk. Sőt, a folyamatos azonos spektrumú zajhoz, hozzá is szokhatunk úgy, hogy az azonos hangnyomást később kisebbnek érezzük... (Idegrendszeri szabályzás részben) És minden változás kezdete biztos hogy aszimmetriát okoz! Ez is fontos. Nagyon fontos ez a fejezet abból a szempontból, hogy később megértsük teljesen, miért is szól hangosabban egy csöves mint egy félvezetős, illetve egy single-ended, mint egy push-pull. 3. ábra Szimmetrikus négyszögjel Az élő zene tulajdonsága - a vezérlőjel szempontjából. Biztosan érthető az, ha egy mérőjel (még ha szimmetrikus is) félbeszakad, és egy másik mérőjel indul abban az idő pillanatban annak vége szakadásakor, még ha azonos is a teljes hullámok effektív értéke, a váltás pillanatában területi aszimmetria jön létre. [1.] A zenénél hasonlatos a tulajdonság, pár dologgal megfűszerezve. Ez a fűszer pedig az, hogy az ütős, pengetős, billentyűs stb. hangszerek jelalakja kezdetben maximális, és időben lecsengő effektív értékű, formájú. [2.] (Persze megfelelő felharmonikusokat is kibocsátva, rendszerben, időben és amplitúdóban az alap harmonikuson.) Itt már rájövünk...... A rezgések váltakozásának keveredésének, illetve amplitúdó váltásának aszimmetrikus katyvasza nem más, mint maga a zene! Ez itt nagyon fontos. Hisz, rájövünk majd - részben ezen alapján, később, hogy mi is számít! Most nézzük, ezekkel ellentétben, mivel is mérnek! 4. ábra A tranzisztor jelleggörbe változása, hőmérséklet változásra Hifi Din 45500-as szabvány. Hamis bálvány? A legfontosabb, hogy a szabvány által használt mérő jelsorok, teljesen szimmetrikusak. [3] A bevizsgált (?) készülékek ezek alapján vannak specifikálva, tulajdonságaikkal számrendszerbe igazítva. De mégis hallható a különbség a készülékek közt, akár 0,1 százalék mellet is. Mi is a hiba? Hol van a csatabárd elásva? 5. ábra A tranzisztor jelleggörbe változása, hőmérséklet változásra Vezérlőjelek jelformáinak az alkatrészek hőmérsékletére gyakorolt hatása. Tudjuk azt, hogy a félvezetők nagy átka a hő megfutás [4.], illetve az, hogy az aktív működési területük tömegéhez és hőmérsékletéhez viszonyítottan nagy a felületük. Ami miatt hamarabb tudnak hőt leadni, felvenni. Érdemes azt is kipróbálni, hogy ha egy elektroncsövet kissé letakarunk valamilyen tárggyal, a katód ellenállásán nagyobb feszültséget mérhetünk, az áram növekedése miatt. Ezen a példán keresztül láthatjuk, hőfokfüggő a vezetési képessége az eszközöknek. Továbbá azt, hogy a hőmérséklet változások miatt megváltozhat a görbesereg alakja, [5.] értékrendszere, az adatlaphoz képest. De, a szimmetrikus mérőjelek, nem okoznak vezérlés közben erős, - vezérlés-hőfokváltozás érzékeny eszközökben sem - változást az adatlapihoz mérten. [6.] [7.] Hisz az áram többletbe és áram csökkenésbe vezérelve is ugyan az a mérőjel effektív területe és alakja. Időben - 180o, úgymond korrigálódik a kissé megváltozott hőmérséklet. És nem változik meg a görbesereg valódi hálózatrendszere, pillanatnyi idő alatt, számottevően. Mi van, ha a jel aszimmetrikus? Akkor sajnos az tapasztalható, hogy az aszimmetrikus jel által keltett hőmérséklet változás az eszközt és a berendezést más működésre készteti, az alkatrész adatlapjához mérten és a tervezéshez képest. Fontos! Ameddig a vezérlési aszimmetria elektromos szempontból rendszertelennek minősíthető, addig az eszköz, áramkör, kiszámíthatatlanul, bemérhetetlenül disszonánsan működhet a tervezetthez képest. [8.] 6. ábra Szimmetrikus jeleknél a hűlés és a melegedés kiegyenlíti egymást Hőmérséklet stabilitás, fázis hurok stabilitás. Innen láthatjuk, számunkra mi is az egyik legfontosabb. Az, hogy a hőmérséklet stabil legyen az eszközökben, illetve az áramkörökben. Hisz ekkor lesz az eszköz munkapontja folyamatosan azonos, persze az ehhez tartozó kiszámolt, várt, összes működési tulajdonsággal. De, a hőmérséklet függés nem teljesen kiszámítható....... Lehet a kompenzálással bíbelődni, lehet csatolgatni, lehet mindent csinálni, de akkor sem lesz a készülék igen precíz, jó hangú.... Mert ugyan a negatív-vissza csatolásokkal lehet hibát kivonni, de véletlenszerű aszimmetrikus jelsoroknál már nem a hibát okozó jelsor részletéből fogja azt megtenni, hiszen az a jel - amit kivonnánk, már áthaladt a rendszeren, amiből kivonódik már egy másik jel. Az áramkör gyorsaságától, bonyolultságától, részeinek hőfok, munkapont, fázis stabilitásától függően. A gyakorlatban, szinte mérhetetlen a pillanatnyi fázisátvitelek [9.], fázisátvitel változások jöhetnek létre, jönnek létre az áramkörökben. Pillanatnyi idő alatt, periódus nélküli, aszimmetrikus jelforrással vezérelve. E miatt, a visszacsatolások szinte el is vesztik értelmüket.... Ezért leginkább csak a maszatoló hatásuk érvényesül sok esetben...... És akkor, mit is tehetünk? Minden változik és annak az oka a hőfokváltozás. Akkor mit is használjunk, és hogyan? A félvezetők szinte teljesen kiesnek a High-End szemszögéből, kis tömegük, hőmérsékletük, és az ehhez társuló nagy felületük miatt. A működésük alatt a hőmérsékletük jelentősen változhat, akár 5%-tól 300%-ig is. Egy biztos. Az elektroncsövek ugye nagy tömegűek.... És ehhez a nagy tömeghez plusz, még igen magas működési hőmérséklettel is rendelkeznek. A működés közben ráadásul többnyire nagyimpedanciás terhelésre dolgoznak, ahol az áram ingadozás mértéke a munka ponthoz képest nagyon csekély. Így nemcsak hogy nehezen vesztenek hőt, de százalékosan sokkal nehezebben is vesznek fel. Rá is jöttünk: Nagyságrendekkel kisebb az elektroncsövek munkapontjának pillanatnyi változása az aszimmetrikus vezérlésnél! Ezek miatt egy egyszerű, visszacsatolásoktól részben megóvott csöves rendszer akár sokkal szebben is szólhat, akusztikus hangszereknél, éneknél, mint egy félvezetős - biztosan! Felvezetőként a következő fejezet előtt, leírom, hogy az ellenütemű rendszereknél akár differenciál erősítő, akár push-pull rendszerű, igen nagy problémával kell szembe nézni. Működés közben az egyik eszköz melegszik, a másik hűl. Az egyik Fázisátvitele javul, a másiké romlik. Ha a fázisátvitelek valamelyikénél, hallható tartományon belül jelentős hiba történik pillanatnyi ideig, az a visszacsatolásokon keresztül lecsengő jelleggel a hangban, mint kis ideig tartó, folyamatosan felszabdalódó felharmonikus van jelen. (stb....) Hisz nem tökéletes az összeadás, kivonás........ Nem lehet soha, tökéletesen áramot, feszültséget 180o tükrözni, csatolni....... 8. ábra A "valódi" jeleknél a hőmérséklet egyensúly felborul. Single-ended, push-pull, összegzések, kivonások előnyei, hátrányai. Ha az eszközök, bármilyen kis tömeggel is rendelkezzenek, végtelen sebességgel tudnának hőt felvenni és leadni, továbbá 100%-ban azonos eszközöket tudnának gyártani, valóban, a félvezetős rendszerek teljesen kiszorítanák a még mai napig is használt csöveket. De, az említett kompenzációk soha nem teljesen azt a hatást fejtik ki, mint amit kellene..... És ez a feltételes elméleti tény is csak a szimmetrikus, folyamatos jelsorokra igaz..... Ennek fényében kutakodjunk egy kicsit, tovább...... Gyakorlatilag a fentebbi fejezetekben már a megoldás egy részét leírtam. Most csak tovább kell ragoznom... Tudjuk azt, hogy a jelsorok kiszámíthatatlansága, hőmérséklet, munkapont, impedancia, impedancia menet, fázis, fázisátviteli problémákat okozhat. Nah, akkor csatolgassunk fejben egy kicsit...... Ha az eszközöket pozitív vagy negatív csatolással kapcsolatba hozzuk, akkor a jelek összegződnek. A pozitívnál a jel erősödik, torzítása nőhet, a negatívnál a jel gyengül, de a torzítása csökken. (Szimmetrikus jelsoroknál.) Ez elméletileg igen jó is lehet.... De az előzőek tükrében tudjuk is egyből, hogy a jelsorok aszimmetrikusak és a nem végtelen csatolási és eszköz sebességek nem teszik lehetővé a gyakorlatban, hogy ezen megoldások a kedvező hatásukat kifejtsék, valóságos - zenei, jeleken. Akkor mi is történik? Gyakorlatilag a visszacsatolt jel, a negatívcsatolásnál, lecsengő és felszabdalódó jelleggel a zenén fog ülni, maszatolva annak valódi tartalmát..... (Akár a hallható tartomány feletti zaj spektrumának végtelen összetevőjéig.. Ezek a felharmonikusok hő tranziensként, és a sebességkorlát miatti torzításként is szerepelnek a jelsorokban. …. Jah, és a nonlinearitás miatt is lehetnek torzítások, de ezek kiszámíthatók - bár attól még nem szólnak jól........) de ettől még a funkcióját részben ellátja.... A push-pullnál hasonló a helyzet, mint a vissza csatolásoknál. Van két eszköz. Mindkettő megkapja a saját vezérlőjelét, ezen esetben ellentétes fázisban...... Az egyik árama csökken, a másiké nő.... Az egyik hűl, a másik melegszik. Az egyik pillanatnyi fázisátvitele javulhat a hallható tartomány felett is , a másiké romolhat, akár a hallható tartományban pillanatnyi fázishibát elkövetve. [10.] Egy biztos. Az elektroncsövek alap tulajdonságuknál fogva (hőmérséklet-fázis hurok stabilitás) nagyságrenddel kisebb hibát okoznak összeadásnál és kivonásnál. Azonos sebességű csatolási vonalat használva, a félvezetőkhöz képest. Tehát egy csöves push-pull , illetve egy csöves ellen csatolt készülék kevesebbet veszít a jelsor valódiságából. Ha tovább gondolkozunk, rájövünk, hogy a hőfokfüggés hatását csak úgy tudjuk kiküszöbölni teljesen, ha nem adunk össze és nem vonunk ki.... Csak vezérlést csatolunk, és erősítünk..... Ebben az esetben csak az eszközök non linearitása szól bele a zenébe. A lehető legkiszámíthatóbb fázis átvitel a zenei vezérlés alatt, itt-így jön létre. Szinte változatlan tud lenni. (Hozzá teszem, a pillanatnyi fázis átvitelt felvenni szinte lehetetlen.... Minden zeneműnél más alakot ölt fel pillanatnyi spektrum állapotok szerint. És ez az, ami hallható két mérhetetlen torzítású erősítő között.) ÉS VÉGRE KI IS LYUKADTAM ODA, AHOVA AKARTAM! EZÉRT JÓ A SINGLE-ENDED! Nemcsak hogy nincsenek ellen ütemben dolgozó alkatrészek, hanem a vissza csatolások száma is korlátozott! Max 2-3 darab szokott lenni, az egyik pedig biztos hogy helyi, ami igen keveset szól bele az adott elektronika dinamikájába. 9. ábra A fázisátvitel változása a hőmérsékleti változás hatására. Transzformátorok előnyei, hátrányai, elektro-dinamikus környezetben. A Single-Endednél a mélyátviteltől bár egy kissé félhetünk, mert egy egyenáramúlag előmágnesezett transzformátor igen is torzít a mély hangokon. DE! Senki sem hallgat mérőjelet, és a zene sem tartalmaz 100% kivezérléssel mély hangokat. A gyakorlat azt mutatja, hogy a közepes frekvenciákhoz képest a mélyhangok lehetséges torzítatlan mennyisége a fele vagy a két harmada. Ez bőségesen elegendő, ahhoz, hogy a zene minden spektrális résztvevőjét átvigye, alacsony torzítással az SE erősítő. Ugyan is, a mélyhangokra modulálódnak rá a zene egyéb össze tevői. A mély hang gyakorlatilag területileg a kivezérelhetőség alsó egyharmad részén terül el. (Amplitúdó és frekvencia moduláció jön létre.) Ugye, tudjuk azt, hogy a transzformátor soha nem ideális elem a gyakorlatban. Csak megközelítheti azt. Vannak mérhető problémái. Felfutási sebesség, lehet tető esést méregetni, stb.... DE. Azt tudjuk, hogy a dinamikus hangszóró nemcsak hogy rezonancia frekvenciával rendelkezik, hanem mindig ezen a frekvencián történik a vezérlő jel megszűntekor a lecsengése is. Ezt a lecsengést lehet vissza csatolással is gyorsítani. Illetve a képződő harmonikusait is. És itt jön elő a csatoló transzformátor előnye! A hangszóró kapcsait a szekunder tekercsével rövidre zárja. Mikor a vezérlés változás létrejön a hangszórón, az az önfrekvenciáján történő felharmonikust kezd termelni, ami mint hiba megjelenik a trafó kimeneti tekercsén. A kimeneti tekercsen megváltozott áram spektruma pedig a vasmagban erőtér változást hoz létre, nagy energiákat felemésztve. A kis mértékű vissza csatolás és a vasmag ilyen felemésztő képessége egy erős csillapító hatással jár. [11.] (A transzformátor magnak nemcsak a kezdeti felmágnesezésnél kell nagy energia, hanem akkor is, ha az általa közvetített jelsor megváltozik.) Bár a jelsorok felfutási sebességét elektromos szempontból ronthatja a transzformátor, de a hangszórók lecsengését igen is, javítja. Összességében többet javíthat, mint ténylegesen árt. Persze jó minőségű vasmagok és jó tekercselési rendszerek esetén. 10. ábra A fázisátvitel változása a hőmérsékleti változás hatására - fázisátviteli hiba. Miért hangosabb egy jó csöves, mint egy tranzisztoros? Hát, azért amit egy jó pár sorral ezelőtt felvázoltam. Foglaljuk össze. Ugye, a hallásunk a folyamatos változásokra érzékeny, mint az amplitúdó, mint a spektrum, stb. szempontjából. Azt is olvastuk, ugye, hogy a csöveseknél a legjobb az aszimmetrikus jelek kezelése, több információt visz magával, és keveset ad hozzá. Azt is tudhatjuk, hogy a félvezetős konstrukciók többségének a bonyolultsága és az ellencsatolásokkal, összegzésekkel, kivonásokkal való hifi szabványnak való megfelelni vágyása belassítja az erősítőt, a pillanatnyi aszimmetrikus vezérlőjelekkel szemben. A hőmérséklet stabilitási problémák miatt. (A pillanatnyi jelrészleteket képes felemészteni, akár 20 Khz alatt is.) Tehát, a csöves erősítőket, mivel több információt képesek átvinni, ez által, és a hang érzékelésünk mechanizmusa által, hangosabbnak halljuk! Ezek miatt kijelenthető, hogy igen is, a csöves készülékek sokáig létjogosultak, a hang minősége szempontjából. 11. ábra Dinamikus hangszóró viselkedése. Összegzés, zárszó. Huh. Most kicsit megpihenek. Utólagosan annyit elárulok, hogy a megihletettségem oka a következő volt. Egy xy márkájú papíron jó paraméterekkel rendelkező hifit ajándékba vásároltam testvéreméknek. De, sem felbontásban, sem torzításban, sem térérzetben nem tudott semmit az eddig általam hallgatott otthoni illetve más által kiállított csövesekhez képest...... Remélem, ezzel a cikkel felkeltettem azok érdeklődését, akiknek nem volt módjuk megtapasztalni mi miért különbözik, és hogyan, mennyire. Bár nekem sem sok volt. (Sőt. Egy kis huncutságot még elárulok... Amint lett volna keretem anno mérő rendszerekre, addigra ezekre rájöttem, és meg sem vásároltam... A fülemre bízom a csatolások beállítását, nem a számpéldákra, a fentiek miatt, ill. tükrében....)