HD zvuk #2: Zesilovače podruhé (o třídách)

vydáno 6. 5. 2013 | autor Lukáš Erben | sekce Novinky, Extra HD | téma Hi-Fi audio | 5 komentářů

Tagy: HD zvuk, Vincent, zesilovače

V minulém díle jsme načali téma zesilovačů a vysvětlili možné způsoby měření a uvádění výkonu integrovaných a koncových zesilovačů. Dnes se podíváme na to, jak zesilovač může onoho výkonu dosahovat a jaký vliv to může mít na kvalitu zvuku – tedy na to v jakých třídách zesilovače pracují.

A, B, AB, D, G a H – zjistit u běžné spotřební elektroniky třídu zesilovače je často nadlidský úkol. Dokonce ani výrobci Hi-Fi komponent nejsou vždy dostatečně sdílní, v jaké že třídě zesilovač pracuje. Na jednu stranu je to pochopitelné – zarytí audiofilové sice milují klasické (elektronkové či tranzistorové) zesilovače třídy A, které často plní i funkci přímotopu, mnohem rozšířenější zesilovače tříd AB či D už dnes ale dokáží zvládnout bezchybný přednes také. Přesto je dobré mít o třídách zesilovačů, jejich rozdílech (a potažmo způsobu jak uvnitř pracují) alespoň základní povědomí pro lepší orientaci a pochopení zda je či není třeba se například zesilovačům třídy D vyhýbat, případně zda opravdu musíte mít “čistou” třídu A bez ohledu na cenu a spotřebu.

Dále čtěte:

Zvuk je vlnění – a vlny je, podobně jako na hladině rybníka, třeba něčím vytvořit. Stejně jako můžete do rybníka hodit kámen, můžete rozvlnit i vzduch – pomocí reproduktoru. Velikost reprosoustavy, výkon, konstrukce a ozvučnice (krabice, ve které je), to všechno ovlivňuje vlnění vzduchu. Aby reproduktor hrál, musí se ale pochopitelně především hýbat – a pohyb to je změna polohy. Detailní vysvětlování není samoúčelné – souvisí totiž s třídami zesilovačů a s tím, jak se dosahuje pohybu reproduktoru. Rozhýbat reproduktor není úplně snadné, je třeba mu dodat nějaký výkon – energii. Ve skutečnosti se na vlny ve vzduchu přenese jen asi jedno procento výkonu zesilovače, zbytek se spotřebuje na vlastní rozhýbání membrány reproduktoru. (A ve vlastním zesilovači je na výstupní signál přeměněna vlastně také jen část energie, kterou spotřebuje – pozn. red). Davidak/Jarek, forum baskytara

Vincent SP-331MK Koncový (výkonový) zesilovač Vincent SP-331MK je konstruován jako “Hybridní třída A”. Výrobce se tím snaží vysvětlit, že do výkonu 2×10 W pracuje ve třídě A. Při vyšších výkonech (max 2×150W RMS při 8 ohm) pracuje ve třídě AB. (Vincent-tac.de)

Pokud jste dávali na základní škole ve fyzice pozor, asi není třeba vysvětlovat pojmy jako je vstupní signál, sinusová vlna či transistor. Protože ale tušíme, že většina z nás si ze základní školy kupodivu příliš mnoho nepamatuje, vypůjčíme si skvělé vysvětlení fungování tříd zesilovačů z diskuzního fóra baskytara.com (http://baskytara.com/viewtopic.php?…), kam jej před třemi lety napsali uživatelé Davidak a Jarek. Pro HDmag jsme citované úryvky redakčně krátili a mírně upravili.

Zesilovače třídy A

Tranzistor si můžete představit jako kohoutek, ze kterého dopadá voda na misku vah a odtud odtéká pryč. Váhy mají na protilehlé misce závaží. Když budete přivírat a otevírat kohoutek, miska váhy se bude různě naplňovat a houpat dolů a zpátky. Když kohoutek úplně vypneme, váha se převáží miskou úplně nahoru. My ale potřebujeme, aby byla na v rovnovážné poloze a z ní se mohla správně vlnit, jak nahoru tak i dolu. Pustíme tedy kohoutek tak, aby pořád proud vody vyvažoval protizávaží, pak ho přivíráme a otvíráme. Váha se vlní, ale co je nejdůležitější, voda stále teče – i když jsou misky v rovnovážné poloze. Aby mohla jít miska dolů i nahoru, musíme spotřebovat více vody. A takhle funguje zesilovač třídy A. Pořád jím teče proud a podle toho jak se mění, chvěje se i repro. (Davidak/Jarek, forum baskytara)

Zapojení zesilovače třídy A

Schéma zesilovače třídy A (Wikipedia)

Zesilovače třídy A pracují s jedním tranzistorem či elektronkou (triodou) na kanál pro celý sinusový cyklus. Výhodou takového řešení je jednodušší konstrukce a především plynulost a hladkost provozu – nedochází tu k vypínání a zapínání a zesilovače celkově lépe zvládají vysoké frekvence a dosahují minimálního harmonického zkreslení. Cenou za tyto nesporné výhody je ale velmi nízká účinnost – v ideálním případě maximálně 50 procent, často ale výrazně méně. Zesilovač třídy A s výkonem 2×50W tak může mít spotřebu řádově v několika stovkách W dokonce i když zrovna “nehraje” a je jen zapnutý. Ve skutečnosti se tak, například kvůli chlazení, může jednat o konstrukčně dražší přístroje. V dávné minulosti se zesilovače stavěly ve třídě A mimo jiné proto, že komponenty jako elektronky byly poměrně drahé, dnes ale levné tranzistory umožňují konstruovat mnohem sofistikovanější sestavy s vyšší účinnosti a špičkovou kvalitou reprodukce.

Zesilovače třídy B

Správná otázka je, co se stane, když na druhou stranu váhy nedáme závaží, ale druhý kohoutek. Dosáhneme tím toho, že nepotřebujeme protizávaží. Zdá se to jako dobré řešení, když chceme misku dole, pustíme kohoutek nad ní, a když jí chceme nahoře, pustíme kohoutek na druhé straně. Jenže musíme dosáhnout toho, aby se jeden kohoutek zavíral stejně rychle, jako se druhý otevírá, jinak se může stát, že se váha bude vlnit jinak, než chceme. Výhodou je, že když chceme váhu v nule, voda nepoteče. A to je zesilovač třídy B, má dva tranzistory, jeden se otvírá do plus a druhý do mínus. Když je změna rovna nule, neteče žádný proud – spotřeba je tak mnohem menší. (Davidak/Jarek, forum baskytara)

Třída B

Schéma zesilovače třídy B (Wikipedia)

Vysoká účinnost (teoreticky až 78,5%) předurčila zesilovače třídy B pro použití zejména v přenosných rádiích – existovaly dokonce i případy, kdy byl použit pouze jednotranzistorový zesilovač třídy B, jedním z nejrozšířenějších byl standardní „PC reproduktor“ integrovaný na základní desce počítačů. Pro reprodukci zvuku jsou častěji používány tranzistory v páru „push/pull“ – ekvivalent dvou kohoutků, které proti sobě tlačí/tahají sinusový +/- signál. Jak ale naznačuje příklad s kohoutky, zásadním problémem je zajistit, aby na sebe práce obou tranzistorů přesně navazovala – tedy jednak, aby nedocházelo k posunu, nebo útlumu v nulové hodnotě, kdy ani jeden z tranzistorů vlastně nepracuje. To totiž způsobuje velmi výrazné a slyšitelné zkreslení (tzv. crossover distortion).

Třída AB

Správné načasování může být problém, tak co nechat raději oba kohoutky mírně téct a podle toho jak se proud v každém kohoutku liší zpřesnit zavírání a otevírání. To je třída AB – velmi zjednodušeně řečeno lze zlepšit vlastnosti třídy B tím, že necháme konstrukcí protékat jistý, odborně klidový, proud. (Davidak/Jarek, forum baskytara)

Třída AB

Schéma zesilovače třídy AB (Wikipedia)

Ideální kompromis mezi kvalitou reprodukce a účinností je právě třída AB. Vlastní konstrukce a zapojení „přechodu“ se mohou lišit, nicméně řada velmi kvalitních zesilovačů pracuje ve třídě AB, respektive v kombinované třídě A a AB – při tichém poslechu pracuje zesilovač jako třída A a při hlasitějším poslechu /kdy zkreslení představuje menší problém/ přejde do třídy AB nebo B.

Třída D

Je to celé komplikované váha, kohoutky – a pořád je hlídat a přivírat. Co kdybychom raději použili ventil – jeden. Prostě vypnuto zapnuto. Lze dokázat, že když ventilem dost rychle cvakáte, nelze rozeznat, jestli cvaká, nebo vydává zvuk. Podobně jako u rychlého virblu bicích nejsou poznat jednotlivé údery, ale jednolitý zvuk – vytvoří se tón. A ventil má jednu velikou výhodu. Není třeba, aby na něm byl nějaké otočný mechanismus, tím pádem se mnohem méně namáhá a déle vydrží. Není na něm třeba pák, takže je menší a celkově úspornější. A podobně jako ventil fungují i zesilovače třídy D. Donedávna bylo problémem udělat ventil, který vydrží dosti rychle cvakat, nezkresluje a má dostatečnou životnost. Dnes technologie pokročily a spínané zesilovače jsou na pořadu dne. (Davidak/Jarek, forum baskytara)

Třída D Schéma zesilovače třídy D (Wikipedia)

O třídě D se často nesprávně hovoří jako o „digitálním“ zesilovači. Správné označení je ale zesilovač spínaný. Vstupní signál je na začátku kombinován s generovanou trojúhelníkovou vlnou a zesílen spínaným prvkem využívajícím modulaci hustoty pulzu, šířky pulzu nebo modulaci Delta-sigma. Zesilovače třídy D mohou být pochopitelně řízeny digitálním obvodem, v takovém případě ale může docházet k dalšímu zkreslení. Hlavní výhodou zesilovačů třídy D je vyšší účinnost – spínané prvky, obvykle typu MOSFET, totiž mají nejnižší odpor a tedy i nejmenší provozní spotřebu a tepelnou ztrátu při plném zapnutí. Pro kvalitní reprodukci celého akustického pásma zesilovačem třídy D je ale třeba velmi rychlého spínání – zesilovače třídy D jsou tak nejčastější u aktivních subwooferů (tam je obvykle nejvyšší reprodukovanou frekvencí „pomalých“ 150 Hz), vzhledem k nízké spotřebě, snadnému chlazení a nižší ceně se ale často používají i v autorádiích. V poslední době se ale objevují moderní a velmi kvalitní zesilovače pracující ve třídě D – například zajímavý Onkyo A5VL. Tuto konstrukci také využívají některé AV receivery – zejména ty v nižších kategoriích.

Třídy G, H a jiné

Přestože třída AB je výrazně úspornější než „čistá“ třída A, hledají se stále cesty, jak spotřebu zesilovačů v této kategorii snížit. Zesilovače třídy G a H mohou pracovat s několika úrovněmi napájení (u třídy G se tak děje v krocích, zatímco třídu H je možné regulovat plynule). Existují pochopitelně i zesilovače třídy C a E – pro reprodukci zvuku se ale prakticky vůbec nepoužívají, podobně jako zesilovače třídy Doherty.

Jak poznat třídu zesilovače?

Levná spotřební elektronika používá v drtivé většině nepříliš kvalitní spínané zesilovače (třída D). Kvalitnější integrované zesilovače a AV receivery jsou obvykle konstruovány ve třídě AB (v produktovém letáku ji někdy naleznete pod označením push/pull), pouze špičkové koncové a některé integrované zesilovače pracují v čisté třídě A – a řada z nich pouze do určité úrovně výkonu. Konstrukci a třídu zesilovače lze pochopitelně odvodit též od poměru stálého či špičkového výkonu a celkové spotřeby. To ale platí u integrovaných zesilovačů – u AV receiverů může být těžší odhadnout, jak velkou energetickou režii mají video obvody.

V dnešní době už je zbytečné za každou cenu chtít třídu A na straně jedné a bát se třídy D na straně druhé. Konečně nejlepší je, jak jsme uvedli už minule, hodnotit zesilovač vlastním sluchem.

Další část seriálu o HD zvuku čekejte již ve čtvrtek!

Uložte si: Pošlete dál:

Nejnovější články

Další Novinky, Extra HD

Komentáře

Re: HD zvuk #2: Zesilovače podruhé (o třídách)

Vložil Petr (bez ověření), 8. Květen 2013 - 0:25

Obrázek uživatele Petr

Zajímavý článek.. Těším se na kapitolu o AV recieverech, protože jsem plánoval do budoucna nějaký pořídit. :)

Re: HD zvuk #2: Zesilovače podruhé (o třídách)

Vložil eee (bez ověření), 8. Květen 2013 - 8:47

Obrázek uživatele eee

Tento clanek povazuji za zbytecny az kontraproduktivni, pokud cilova skupina maji byt mainstreamovi posluchaci, ktere chcete motivovat ke kvalitnimu poslechu. Dneska proste nezalezi v jake tride zesilovac pracuje, ale na kvalite provedeni. A vetsinu lidi tyhle technicke zalezitosti spolehlive odradi.

Re: HD zvuk #2: Zesilovače podruhé (o třídách)

Vložil Jarry (bez ověření), 8. Květen 2013 - 15:03

Obrázek uživatele Jarry

Dobrý den, pokud bych mohl reagovat na poslední příspěvek, proč by článek relativně jednoduchou a srozumitelnou cestou vysvětlující technické řešení a možnosti koncových zesilovačů byl zbytečný, vždyť toto může opravdu zajímat řadu lidí a fanoušků audia. Pokud autor relativně zeširoka, /alespoň na dnešní poměry a uspěchanou dobu/, udělá osvětu ,tak obecně myšleno je to jenom ku prospěchu věci a nikdy nevíte, jaký stimul přiměje kluka který poslouchá muziku z hodinek a telefonu k nákupu čehokoliv již relativně slušného. Tak proč toto hodnotit negativně… S pozdravem Jarry

Re: HD zvuk #2: Zesilovače podruhé (o třídách)

Vložil Stíhač (bez ověření), 9. Květen 2013 - 12:10

Obrázek uživatele Stíhač

Souhlasím s tím, že je skvělé si o tom něco přečíst do hloubky, na druhou stranu si ale také myslím, že je to v seriálu „HD ZVUK“ zbytečné, což vlastně potvrzuje i autor posledním odstavcem.

Re: HD zvuk #2: Zesilovače podruhé (o třídách)

Vložil Špek (bez ověření), 11. Květen 2013 - 8:42

Obrázek uživatele Špek

Už se těším na pokračování!

Poslat nový komentář

Obsah tohoto pole je soukromý a nebude veřejně zobrazen.
Váš Gravatar účet pro tento e-mail bude použit pro zobrazení ikonky.