Úvod

Blíží se doby maturitních prací a zvýšené aktivity studentů. Mnozí si vyberou zesilovač a pro mnohé je taková práce elektrotechnickou prvotinou. Se slabým elektrotechnickým základem a internetem plným zavádějících informací je úspěch takové činnosti značně ohrožen. Mnozí si neumí udělat v přehršli pojmů pořádek a pak zbytečně přichází o vložené prostředky. Zesilovače hoří, reproduktory hoří a studenti se nestačí divit.

Většina problémů prameni z nesprávného výkonového dimenzování. Na téma výkonu se vedou nekonečné diskuse a vzniklo mnoho různých a zavádějících názvů. Výkon souvisí s dynamikou na jejíž téma vzniklo rovněž mnoho diskusí a mnozí v tom mají stále méně jasno. Nyní se podíváme na některé veličiny blíže, zanecháme dohadování o jejich názvu a budeme dbát více na jejich obsah.

Norma pro Hi-Fi DIN 45500

Samotná historie se datuje od dvacátých let 20. století, kde s rozvojem elektroakustiky, mikrofonů, zesilovačů a reprodukčních zařízení vznikala i kritéria jejich používání a posuzování. První aparatury pro kvalitní reprodukci byly vyráběny pro zvuková kina. Největší rozmach éry Hi-Fi byl zaznamenán v padesátých a šedesátých létech minulého století, kdy kvalitní reprodukční technika začala být dostupná pro širší veřejnost. Tyto aktivity vedly v německém Deutsches Institut für Normung (DIN) v roce 1973 k vytvoření standardu – norma pro Hi-Fi DIN 45500.

Počátky 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 Hi-Fi.

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 C500, rádia 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 již poslouchat stereofonně, při zakoupení dvou C500A, 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.

Na obrázku můžeme vidět úplně první Hi-Fi přístroj této planety, který nesl název Radio Craftsman C500A Power Amplifer.

Ano, jde o výkonový elektronkový zesilovač, kde byla schopnost dvou 25W elektronek KT66 věrně zpracovávat signály do desítek MHz a krátkodobě byly schopny dodat výkon až ke 100W či ještě více. Celý zesilovač byl elegantně svázán celkovou zpětnou vazbou. Výstupní transformátor byl navržen tak, aby při jmenovitém výstupním výkonu 15W pracoval co nejvíce v lineární oblasti.

Celé zapojení bylo schopno hravě zpracovat značné krátkodobé přetížení. Konstruktéři elektronkových zesilovačů však byli rozumní a uváděli výstupní výkon spíše střední než maximální špičkový. Zapojení Radio Craftsman C500A Power Amplifer  bylo vzorem pro mnoho dalších konstrukcí s elektronkami KT66, jak se můžeme přesvědčit na dalším obrázku u zapojení Amplifier & Power Supply Williamson.

Hi-Fi a tranzistory

Čas pokročil a na scénu se pomalu dostávaly tranzistorové zesilovače. Jako první významnější počin v prosazení tranzistorových zesilovačů, lze chápat zesilovač Z.30 jehož autorem byl v roce 1969 Clive Sinclair.

Zesilovač Z30 byl deklarován jako 30W, ale ve skutečnosti byly jeho schopnosti poněkud menší, dosahoval maximálního výkonu kolem pouhých 20W. Zdálo by se, že výkonem hravě překonává Radio Craftsman C500A Power Amplifer, ale zdání klame. Zvuk stařičkého C500A byl stále značně lepší, hlasitější a poslouchatelnější jak moderního Sinclair Z.30 Power Ampliferu.

Vznikly dva tábory jeden, který propagoval moderní polovodičové řešení a často „hanil“ staré časy a konstrukce postavené na elektronkách a tábor druhý, který zdánlivě hájil staré časy a pořádky a byl pro „smích“ pokroku a konstruktérům tranzistorových zesilovačů.

Tranzistorová elita

Postupně začala vznikat jakási „nadřazená“ tranzistorová elita, která své často jen ekonomické zájmy prosazovala stále více čísly a dalo by se říci i „záměrně klamavou reklamou“. Tranzistorové zesilovače počínaje Sinclair Z.30 Power Ampliferem, hned od počátku nasadily vysokou laťku.

Krom toho, že uváděly maximální a často nereálné výkony, přidali ještě jeden výkon a to výkon na vrcholu sinusovky, který je de-fakto dvojnásobkem výkonu maximálního měřeného při sinusovém průběhu.

V pohledu takových čísel měly tranzistorové zesilovače značně navrch a totálně zastínily zesilovače elektronkové. Jenže zvuk takových zesilovačů zněl mnohým nějak moc tranzistorově, tak pomalu vznikl pojem Tranzistorový zvuk, který poznala i hospodyňka v kuchyni. 

Frekvenční rozsah

Dva nesvářené tábory dohadujícím o existenci či neexistenci Tranzistorový zvuku hledají dlouhá desetiletí příčiny rozdílnosti. Měřením zkreslení vychází tranzistorové zesilovače mnohem lépe jak zesilovače elektronkové, ale při poslechu je tomu často naopak, elektronkové zesilovače zní lépe a hrají hlasitěji.

Dlouhodobě jsem se problematikou zabýval a napsal jsem Dynamická saturace, příčina Tranzistorového zvuku! Jak se ukazuje, není však problém ukrytý jen v nedostatečné šířce pásma, kterou konstruktéři elektronkových zesilovačů nemuseli řešit, neboť elektronky chodí do desítek MHz a konstruktéři tranzistorových zesilovačů se často omezili na šířku akustického pásma, tedy do 20kHz. Problematice nepostradatelného neakustického pásma jsem se dostatečně věnoval v článku SACD, blíže vinylu? a také Vnímáme infra a ultra zvuk?

Dynamika signálu a dynamický rozsah

Tranzistorový zvuk je závislý rovněž na dynamice a dynamickém rozsahu každého zesilovače. Krom článku Dynamická saturace, příčina Tranzistorového zvuku! kde je patrná souvislost frekvenčního rozsahu a velikosti amplitudy, jsem napsal několik článků na téma samotné dynamiky signálu Poměr špičkového a efektivního výkonu, Dynamika signálu a reproduktory, Kouzelné Watty a Dynamika a VIP a AudioWeb.

Jak je z článků a hlavně chování konstruktérů patrné, na dynamice signálu se podepsali nemalou měrou. Elektronkový Radio Craftsman C500A Power Amplifer zvládal stejně, jak jeho nástupci zpracovat značné výkonové přetížení ale moderní Sinclair Z.30 Power Amplifer nebyl schopen zpracovat ani deklarovaný výkon. Právě zde nastal zásadní zlom a dvojí chápání problematiky.  

Udáváním maximálního výkonu bez jakékoliv možnosti přebuzení, byli zákazníci vědomě klamáni a srovnávali nějaký střední výkon elektronkového zesilovače, bez znalosti výkonu špičkového či maximálního s maximálním výkonem zesilovače tranzistorového.

Dynamický rozsah je poměr maximálního signálu k signálu nejmenšímu možnému. U analogových nahrávek a signálů se jedná většinou o poměr maximálního signálu k šumu, pro přístroje Hi-Fi bývá 60 a více dB. Pro digitální nahrávky se nejčastěji jedná o největší možný signál a nejmenší krok, bez ohledu na třídu je u CD - 15bit, tedy cca 90dB a pro DVDaudio - 23bit, tedy cca 140dB.

Dalším pojmem je dynamika, či poměr maximálního možného signálu a střední hodnoty signálu. Tento poměr bývá dle nástrojů a hudby až 60dB. Pro nejznetvořenější nahrávky je tato hodnota pouhých 10dB. Více jsem se této problematice věnoval v článku Kouzelné Watty a Dynamika a VIP a AudioWeb.

Jak jsem již uvedl Tranzistorová elita začala používat namísto středního výkonu výkon maximální a jejich zařízení pracovalo při tomto výkonu na hranicích jejich možností a hlavně na pokraji limitace.

V angličtině je pro přebuditelnost překrásný výraz "světlá výška". Pokud měly elektronkové zesilovače přebuditelnost, tedy světlou výšku běžně 10dB, pak moderní tranzistorové zesilovače mají světlou výšku 0dB!

Situace natolik pokročila, že takovým praktikám šly na ruku i mnozí vydavatele. V zájmu nepřebuzování přenosových cest a hlavně maximálních zisku, začali signál upravovat za pomocí různých kompresorů a dynamiku zplošťovat. Zde se dá jasně vystopovat definitivní konec éry Hi-Fi, konec High Fidelity, konec vysoké věrnosti!

Velké ekonomické zisky je nutno dále podporovat a přiznání se, že je konec s Hi-Fi by nevedlo ke kýženému výsledku, proto se objevují nové názvy jako High-End audio, Super High End či Super HiFi High End a podobně. Vysoká věrnost byla nahrazena mnohými technikami k vylepšení originálu.  Více jsem se této problematice věnoval v článku Co slyšíme. Nic na plat, že se mnohým tento trend přestává líbit a volají zpět po návratu ke kořenům Hi-Fi, High Fidelity, vysoké věrnosti!

Zvěrstva konstruktérů

Ano právě tento výstižný název charakterizuje mnohé Zvěrstva konstruktérů, kteří v honbě za svými zisky neváhají použít čehokoliv. Česko-Slovenští konstruktéři si přičichli k tržní ekonomice a hned si její pravidla vysvětlují po svém.

Že dá například 2x250W tranzistorový zesilovač trvale výkon 2x250W by mohlo být chvályhodné, že je takový zesilovač na pokraji limitace a proto jeho konstruktér vytvoří jakousi měkkou limitaci se jeví také líbivě, že takový zesilovač důmyslně vybavil konstruktér minimálně 800W zdrojem, který zajistí že zesilovač dokáže trvale uvedených 2x250W dodávat je naprosto vynikající.

Konstruktér dostane zaplaceno za zesilovač, včetně patřičného chlazení a zdroje. Zákazník si je vědom vynikajících vlastností zesilovače, dbaje doporučení výrobce o možnosti provozovat na trvale maximální výkon 2x250W si zakoupí patřičně drahé reproduktorové soustavy s výkonem 2x250W.

Jaké je však zklamání, když po necelé minutě či dvou provozu obě reproduktorové soustavy hoří a škoda je nedozírná. Kde se stala chyba? Konstruktér zesilovače jasně napsal 2x250W trvale a reprobedny jsou taky 2x250W, jenže ne výkonu tepelného či šumového nebo jak jej nazveme! Těch 2x250W je pouze výkon maximální a výkon šumový, čili trvalý sinusový bývá běžně pouze 1/10 a méně udávaného výkonu reproduktorových soustav. Více jsem se problematice věnoval v článku Dynamika signálu a reproduktory.

Konstruktér zesilovače opomněl do návodu napsat, že pokud chce uživatel provozovat zesilovač na trvalý výkon 2x250W, pak musí použít reproduktorové soustavy ne 2x250W, ale 2x250W tepelného či šumového výkonu, tedy přibližně 2x2 a více kW výkonu špičkového. Pak teprve může být tento zesilovač trvale provozován s výkonem 2x250W.

Pokud by to spotřebitel věděl a použil reproduktorové soustavy s tepelným či šumovým výkonem 2x2kW a více, pak by nastala ještě kurióznější situace. Zesilovač 2x250W by již nedokázal reproduktorové soustavy zničit, ale posluchač by rychle zjistil, že zvuk je poněkud zkreslený a značně v zesilovači limituje a upravil by hlasitost tak, aby k trvalé limitaci nedocházelo.

Při nejhorší variantě nahrávek by byl výkon cca 1/10 výkonu maximálního tedy pouhých 2x25W! 800 a více Wattový zdroj by dodával sotva 200W a minimálně 2x2kW reproduktorové soustavy by byly krmeny středním výkonem 2x25W. Jak ekonomické, alespoň co se týče konstruktéra a hlavně dodavatele zesilovače!

Blíže jsem se této problematice na konkrétních příkladech věnoval v článku Poměr špičkového a efektivního výkonu.

Závěr

Co říci závěrem, snad jen to, že by bylo za hodno se vrátit ke kořenům Hi-Fi, sjednotit jednotlivé výkony,posuzovat zesilovače při středním výkonu cca 10dB pod výkonem maximálním a hlavně si konečně přestat lhát, že je to tak či onak.

Tranzistorový zesilovač 2x250W má být provozován na reproduktorové soustavě 2x250W. V obou případech jde o výkony maximální a je vhodné pokud konstrukce zesilovače je schopna trvalého výkonu 2x250W. Zesilovač i reproduktorovou soustavu však provozujeme pro hudební účely kdy je běžný poměr středního a maximálního výkonu 1/10, tedy 10dB. K tomuto účelu pořídíme k zesilovači přiměřený zdroj cca 200W, který při přetížení celé zařízení odpojí, čímž chrání nejenom sebe, ale hlavně reproduktorové soustavy když odolnost zesilovače je deklarována větší.

Jakékoliv jiné řešení je možné, ale je scestné, nevyvážené a hlavně neekonomické. Výkony a poměry platí přiměřeně pro všechny druhy audio zesilovačů. 

Psáno pod čarou

Zvěrstva konstruktérů jsou cílevědomé a důmyslné. Jako správní křesťané jimž v krvi kolují inkviziční pozůstatky a novodobí podnikatelé, bez historie a mnohaletých obchodních zvyklostí, hájí své zájmy všemi prostředky.

Pokud kdokoliv poukáže, že dimenzování zdroje na trvalý výkon je scestné a vede jen k ziskům prodejce, ne tak že ohrožuje bezpečnost reproduktorových soustav a koncepce se stává značně nevyvážená a tím i neekonomická, je takový člověk okamžitě likvidován, vykázán z fóra, všemožně znemožňován a špiněn, je mu hned znemožněn přístup, zametány všechny stopy, které by ukazovaly fakta a poškozovaly ekonomické zájmy vyvolených.

Více jsem se této problematice věnoval v článcích VIP a AudioWeb, Troll na českém a slovenském internetu a Troll nikdy nespí, kde jsou některé fakta a praktiky zadokumentovány.

Diskuse