Nebuďte negramotní posedmé, aneb proč v hudbě mizí detaily či systematické zabíjení Hi-Fi zvuku

Úvod

Další ze série článků "Nebuďte negramotní" ve kterém se podíváme na systematické zabíjení Hi-Fi zvuku. Mnohé jsem na toto téma již napsal, ale fatální neznalosti stále přetrvávají.

Často se můžeme setkat s hodnocením, že velmi drahý zesilovač bal poslechově přehrán zesilovačem o třídu levnějším, proto konstruktéři stále řeší, jak tu či onu část vyřešit lépe, ale ne vždy zvukově, často spíš ekonomicky či jen marketingově.

Historie článků Nebuďte negramotní:

Co dělá zvuk zvukem

Zesilovače QQF či HQQF patří do těch zvukově lépe hodnocených, tento fakt je často pronásledován mnoha, vesměs jen účelovými výtkami od "Mistrů" konstruktérů.

Malým počtem stupňů a dostatečnou rezervou zisku v celém pásmu zaručená minimální degradace zvuku. Minimální dynamická saturace a minimální výpadky hudebních detailu, to je to čím se Topologie Federmann liší od topologii ostatních.

Malý počet stupňů

Není stupeň jako stupeň, jde o to, zda ten konkrétní stupeň někdo přizemní časovou konstantou v oblasti desítek kHz a pak se každý stupeň počítá, či je časová konstanta až v oblasti stovek MHz a pak se takový stupeň podílí na výsledku v oblasti stovek kHz jen nevýznamnou měrou a moc se počítat nemusí.

Není totiž stupeň jako stupeň. Právě proto by měla být snaha, aby každý stupeň měl časovou konstantu frekvenčně co nejvýše, následně se celá topologie svázala celkovou ZV, která zajistí, že žádný stupeň se nebude významněji na přenosových vlastnostech podílet.

Rozhodující podíl musí mít jen celková ZV, která zajisti, jak přenosovou charakteristiku, tak fázovou charakteristiku, včetně minimálního zkreslení, neboť při dostatku rezervy zisku v přenášeném pásmu je vlastní zkreslení potlačeno právě velikostí rezervy zisku, viz Nebuďte negramotní popáté, aneb 83 let nepochopená celková zpětná vazba.

Pokles zesílení a nárůst zkreslení

Pokles zesílení automaticky generuje nárůst zkreslení, právě proto lokální kapacitní ZV, které mají za úkol linearizaci charakteristiky, se v konečném důsledku podílí na vlastnostech zesilovače spíše negativně.

Stupeň se jeví jako lineárnější, ale pokles zesílení je tak významný, že po zavedení celkové ZV je výsledek horší, jak u stupně bez provedené lokální kapacitní ZV. Více v článku Dynamická saturace, příčina Tranzistorového zvuku! a Topologie Federmann, část III.

Zesílení zesilovače a řešení limitace

Mnohokráte jsem napsal, že limitace nepatří do Hi-Fi zvuku a dokonce ani do horších poslechových kategorii, přesto se o jejím řešení musím zmínit.

Zesílení zesilovače je většinou pevně nastaveno a můžeme jej po čas periody hravě vypočítat, jako podíl derivací výstupního a vstupního signálu, samozřejmě musíme ošetřit maxima a minima včetně případného fázového posuvu.

Zesilovač by měl mít takto změřené či vypočtené zesílení co nejkonstantnější, na vysokých frekvencích nám bude vinou nedostatečné rezervy zisku nepatrně klesat, jsou však topologie, které se snaží řešit limitaci za pomocí poklesu zesílení.

Jako nápad to není špatné, měřením ukázané elegantní průběhy a marketingové masáže vysvětlující takové průběhy, jako měkkou limitaci a snahu se přiblížit elektronkovému zvuku.

Mizení a výpadky slabých signálu

Pokud nám nedostatečná rezerva zisku a pokles zesílení zanášel větší míru zkreslení, hlavně nástrojů hrajících na vyšších frekvencích, pak taková měkká limitace nezná frekvenční omezení a slabé signály, které jsou přítomny současně s velkými amplitudami nám začnou mizet zcela automaticky.

Ptáte se proč? Dejme tomu, že zesílení je nastaveno na 10x a to až do úrovně 80%, pak zesilovač automaticky přepne na zesílení 1x, tím se elegantně vyřešila celá oblast limitace a co na to signál? Pokud slabý nástroj zahraje sám, pak je zesílen 10x, ale pokud zahraje společně s například bubnem či basou, jejichž amplituda je výrazně vetší, má hold smůlu.

Takový basově znějící signál vybudí zesilovač na amplitudu 90%, kde je slabý nástroj zesílen stejně, jak vrchol basového zdroje, tedy jen 1x, ale v konečném důsledku to posluchač může vyhodnotit, jako výrazněji znějící basové signály a nic víc a nic míň, neboť ani nemusí tušit, že tam doslova zmizely některé další signály a zvuky.

Závěr

Při velké změně amplitudy se projeví dynamická saturace a na vrcholu amplitudy zase na potlačení slabého signálu zapracuje řízená velikost zesílení. Žádný z těchto jevů není moc dobře měřitelný, ale poslechově je dobře zjistitelný, je v tom jenom jeden háček, že musíme srovnávat s živou hudbou, nebo zesilovačem, který takovými defekty netrpí.

Takové výpadky jsou špatně měřitelné, navíc jsou závislé na hlasitosti, ale i od zdroje signálu, proto může být i akustický vjem pokaždé zcela jiný.

Psáno pod čarou

Najdou se i takoví, kteří se se svými skalními příznivci domnívají, že právě měkká limitace je obrazem chování zesilovače, navíc v oblastech kde se zesilovač po čas svého provozu nemá co vyskytovat.

Mimo to se plete Bi-polární a Uni-polární tranzistor a jejich podstata. Jak jsem Bi-polární tranzistor popsal v článcích Topologie Federmann, část I. a Topologie Federmann, část II., lze pro Bi-polární tranzistor nakreslit jednoduché náhradní schéma, na kterém je patrná jeho vstupní R-C konstanta.

Náhradní schéma Uni-polárního tranzistoru by se dalo odvodit od náhradního schématu Bi-polárního tranzistoru, vypadla by dioda B-E a prostorový odpor báze R_BD. Defakto by vypadla vstupní R-C konstanta a zůstala by pouze vstupní kapacita.

Hlavní rozdílnost obou tranzistorů je v tom, že Uni-polární tranzistor můžeme zavírat a otvírat téměř tak rychle, jak rychle dokážeme nabít kapacitu gate, proud tranzistorem je pak přímoúměrný napětí U_GE, kdežto Bi-polární tranzistor uchovává prostorový náboj v kapacitě báze, tak dlouho dokud není proudem báze vybita.

Příčný proud

Příčný proud je zapříčiněn právě vlastnostmi Bi-polárních tranzistorů, kdy v dvojčinném zapojení, jeden z tranzistorů již není buzen, ale prostorový náboj báze stále existuje a udržuje proud P-N přechodem báze a tím i proud kolektorem a druhý tranzistor již buzen je a dodává proud do zátěže, mimo to musí vykrýt i ještě trvající proud prvním tranzistorem.

Přesně tomuto se říká příčný proud, vzniká vždy při přechodu signálu nulou, v okamžiku po pomyslném předání si zátěže jednotlivými tranzistory.

Příčný proud nemůže nikdy nastat v oblasti vrcholu amplitudy, neboť ta je dostatečně vzdálena od průchodu nulou a první tranzistor již musí být dávno zavřen.

Pohled na příčný proud, je pěkně vidět, jak teče napříč kolektory tranzistorů, ale do zátěže je vše v pořádku.

Příčný proud rovněž nemůže nikdy nastat u spojení Uni-polárních tranzistorů, neboť náboj gate lze jednoduše odvést do druhého gate, ledaže by se konstruktér dopustil naprosto fatálních chyb velkým připojovacím odporem gate a přidáním dalších kapacit do gate a vytvořil tak pro funkci Uni-polárního tranzistoru významný R-C článek.

Další lekce?

Ano jsme svědky pokusu o další rádoby lekci, ale jen u pokusu, neboť jak jsem napsal, příčný proud je spíše záležitostí Bi-polárních a ne Uni-polárních tranzistorů a již vůbec ne v limitaci zesilovače. Naopak snaha o měkkou limitaci dokonale potlačí řadu slabších signálu ještě před tím než samotná limitace nastane.

Diskuse