Jump to content

Hur låter en förstärkare utan ström?


string

Recommended Posts

Många recensioner har skrivits om passiva förstärkare, med deras för- och nackdelar. I denna nedbantade och ”löst” översatta artikel från mars 2013, skriven av holländaren Dick van de Merwe, tar artikelförfattaren upp skillnaderna mellan en resistorbestyckad potentiometer och en transformatorkopplad attenuator, ur ett rent tekniskt perspektiv och varför den senare faktiskt är att föredra. Han gör dessutom ingående studier på hur en TVC verkligen mäter. I denna artikel har han testat Music First Audio, en liten handbyggd enhet från Hastings i södra England. Jag tänkte att dessa lärdomar kunde vara av allmänt intresse för forumet.

1.jpg

 

 

Varför behöver vi en förförstärkare?
De källor man kopplar till ett effektsteg (typ: en CD-spelare eller DAC) skall ju, enligt ”Red Book”-standard, ge 2 volt vid högsta möjliga digitala signal. En regel som i allt större utsträckning nonchaleras med ännu högre utspänningar. Så varför behöver vi då en förförstärkare? Det finns ju redan tillräcklig spänningsförstärkning? Det är sant, men en effektförstärkare har ju (oftast) endast en ingång och vanligtvis inte heller någon volymkontroll.

 

Komfortabel volymreglering
Man kan ju bygga en burk med en resistor-bestyckad potentiometer i, som kan tjäna som pre-amp. Och samtidigt också stoppa in några extra bekvämligheter, som t.ex. ingångsväljare och fjärrkontroll. Visst kan du det. Det går t.o.m. att köpa en färdigbyggd sådan. Men impedans-problemet kommer du inte ifrån. Ta en potentiometer, t ex en konventionell 100 kiloohm, och koppla till din CD-spelare eller någon annan källa, ljudet kommer att krackelera, pga. utgångs-impedansen. Med ett genomsnitt på 20 kiloohm kommer du att få problem med bl.a. kapacitansen, precis som en viss Mr Miller för länge sedan funnit ut och skrivit om. Varje rör eller transistor har också en egen kapacitans mellan ingång och utgång, antingen anod eller kollektorn. Men denna är ofta inte så hög, men den multipliceras däremot med förstärkningsfaktorn av röret / transistorn. Med fel kapacitans kan riktigt spännande saker börja inträffa…… 
 

….och vart tog mitt frekvensomfång vägen?
Du har säkert sett att en förstärkare visar en vacker bred frekvensbandbredd. Detta inträffar oftast vid full utstyrning av volym-reglaget (och det är oftast så som tillverkaren presenterar sina alster). Vi vrider tillbaka potten till ungefär en tredjedel, säg kl. 10:00. Då upptäcker man att vissa av frekvenserna plötsligt ligger ett par oktaver lägre. Hur kommer detta sig? Jo, det är det höga utgångsmotståndet hos potentiometern tillsammans med nämnda Miller-kapacitans som spökar.
Som om inte detta var nog med problem så kommer kabeln från din potentiometer till effektsteget att i sig ha en inbyggd kapacitans. Detta förvärrar bara problemen ännu mer (allt enligt Mr. Millers beräkningar).
Man kan förstås välja en annan volymkontroll, till exempel 5 kohm. Mycket trevlig, problemet löst! Tyvärr inte - CD-spelare eller DAC är ofta inte förtjusta i låga motstånd och kommer inte till den prestanda du kan förvänta dig.
 

 

TVC-konceptet

 

2.jpg

 

En ”Transformer Volume Controller” använder en annan metod: via en transformator tappas signalen, via dess olika lindningar till en stegad attenuator, ett ”klick för varje lindningvarv. En fördel med att använda transformator  är att den omvandlar höga spänningar till låga och vice versa. Men förutom omvandling av spänning, sker också en transformering av impedansen. Vilken är kvadraten på lindningsförhållandet mellan primärsidan av transformatorlindningen (dit ingångsspänningen är ansluten) och sekundärsidan (där spänningen minskats, på den utgående sidan). Detta är samma egenskaper som används för utgångstransformatorer i rörförstärkare. 
Att använda en transformator i signalvägen, då man drar ner volympotten för att försvaga  musiksignalen, gör att ingångsimpedansen omvandlas proportionellt och därmed behålls signalens kvalitet över hela frekvensomfånget.


Principschema för en ingångskanal på en TVC:
a.jpg

 

 

Transformatorer för ljud måste ha väldigt speciella egenskaper. Till skillnad från en strömtransformator som endast behöver hantera 50 Hz, så vill vi här att transformatoren skall hantera en signal med så stor bandbredd som möjligt. För att åstadkomma detta använder man en speciell lager-på-lager teknik som man har räknat ut, men där ändå lindingen i sig är så kort som möjlig, för att hålla nere den interna kapacitansen mellan lindningarna. En ljudtransformator ska inte hamna i problem i de lägsta oktaverna. Kärnans mättnad i de låga frekvenserna har stort inflytande på det totala ljudet. 

4.jpg

 

 

Uppmätning av en TVC
Vad kan mätas på en passiv preamp, när den arbetar? Tja, mer än du tror. Vi kan åtminstone se om några konstiga saker sker som påverkar ljudet. Låt oss titta lite närmare på vårt mätobjekt: ”Music First Audio Classic”. Nedan mätningar är gjorda med stor spännvidd: ingångsimpedans på 20 ohm och 600 ohm. Dessa ytterligheter har använts, de flesta källor håller sig ju, som vi konstaterat, ganska dåligt till ”Red Book”-standarden. För utgångsimpedans, har använts både 100 kohm och 10 kohm. Trots detta är skillnaderna i resultat mycket mindre än man kan tro. Men allt hänger förstås på anpassningen och utformningen av transformatorn. Tänker särskilt då på risken för kollapsande frekvensbandbredd pga. tillkortakommande med kärnans mättnad. Testet har med flit utformats med ganska orealistiska ingångs- och utgångsspänningar som aldrig uppnås i praktiken, för att se vad denna TVC går för.
 

5.jpg

Deformationen vid 4 volt utgångsspänning är extremt låg. I figurerna, THD + N: 0.00019%. Ett mycket djupt liggande brusnivå, över hela frekvensomfånget. 50 Hz topp vid -128 dB, är upplockad nätstörning från någon aktiv utrustning i närmiljön. Med aktiva förförstärkare är den här sortens nätstörning inbäddat i ett töcken av välgörenhet, som kallas brus.

 

6.jpg

Och här på en utspänning på 1 volt. Som synes, ingen förändring.

 

7.jpg

Och här på en utspänning på 14 volt. 

 


Låt oss titta på TDH
8.jpg

Här är THD + n distorsion över 20Hz-20.000Hz för 2 och 4 volt vid ingången. Mellan 100 Hz och 20 kHz, en extremt likformig linje genom frekvensbandet i en nästan omätbart låg distorsion nivå.

 

Självklart vill vi också veta om kärnans mättnad i transformatorn får problem med en extremt hög 14 volt utspänning, vid 10 kOhm motstånd:
9.jpg

Återigen är resultaten av första klass och skillnaden mellan single-ended RCA och balanserade XLR utgångar låga.

 

 

En närmare titt på svarsfrekvensen:

10.jpg

Svarsfrekvensen har här spelats in med två olika anslutna impedanser, de redan nämnda 20 och 600 ohm visar endast små förändringar. Den låga impedansen tillhandahåller en fraktion bredare frekvensbandbredd än den högre. Resp. 75 och 80 kHz. De oundvikliga transformatorresonanser är endast synlig ovanför 150 kHz.

 

Mätobjektet är utrustad med en DIP-switch för aktivering med ytterligare 6 dB förstärkning. Detta orsakar, som synes, inga konstigheter. En helt oskyldig ökning med 1,1 dB vid cirka 70 kHz:
11.jpg

 

 

Mätobjektet
Här följer en närmare titt på mätobjektet. MFA Classic är således en TVC, en transformator-kopplad volymkontroll som snarare fungerar som en ”dämpare” än en förstärkare. Det finns alltså ingen aktiv elektronik i lådan, inte ens koppling till en nätkontakt. 

12.jpg

Det enda man ser när man lyfter på locket är två högkvalitativa transformatorer, lindade med koppar- eller silvertråd, allt enligt kundens önskemål. Riktigt ekologisk alltså, och ändå gör ”Classic” en massa saker på samma sätt som en vanlig preamp. Tack vare transformatortekniken kan den, trots att den primärt är en dämpare, spänningsförstärka signalen 6db, om det visar sig nödvändigt.

 

 

Epilog
Liten, sober och robust, snyggt brittiskt hantverk men lite blyg i sin utstrålning. Här finns gott om anslutningar men inget extra bling, bara precis det som behövs: en kanalväljare och volymkontroll. På baksidan hittar man ”ground lift” samt, som tidigare nämnts, omkoppling för 6db ”boost”. Vill man absolut ha fjärr kan man köpa till det som extra tillbehör. Enheterna byggs för hand på beställning och det är du som kund som bestämmer hur de ska utformas, antal in- och utgångar, motordriven fjärr, osv.

 

En transformatorkopplad volymkontroll verkar vara det bästa sättet att närma sig den utopi som Stewart Hegeman på Harman Kardon en gång myntade: ”The perfect preamp is a straight wire with gain”. 
På köpet så får man:

  • Tillräcklig spänningsförstärkning för att styra praktiskt taget alla anslutna förstärkare, även med längre anslutna kablar.
  • Ett nästan idealiskt impedansförhållande - över hela, praktiska arbetsområdet.
  • En galvanisk separation mellan källa och förstärkare, alltså som ett nätfilter.

13.jpg

 

 

 

Slutsats
En aktiv preamp kommer alltid med sin elektronik att lägga sin signatur, rätt, fel, vackert eller fult, till ljudet.


En TVC gör sitt jobb så tyst som möjligt utan att addera nämnvärt distorsion, buller och/eller hum. Ingen flaskhals bildas i ljudkedjan. I själva verket, med tanke på de extrema mätresultaten, borde denna typ av kontrollförstärkare klara en högupplöst ljudsignal utan några begränsningar.

Link to comment
Share on other sites

Intressant läsning! Jag vill minnas att @Vox satsade på ett passivt försteg, men jag hittar inte hans tråd i hastigheten. 

 

En tanke - vore det inte smart att bygga en integrerad förstärkare med passivt försteg? Eller det kanske redan finns - bara jag som inte har koll :unsure:

Link to comment
Share on other sites

Mycket bra och informativ redogörelse!

Och ett intressant försteg.

:mm:

 

15 hours ago, string said:

De källor man kopplar till ett effektsteg (typ: en CD-spelare eller DAC) skall ju, enligt ”Red Book”-standard, ge 2 volt vid högsta möjliga digitala signal. En regel som i allt större utsträckning nonchaleras med ännu högre utspänningar. Så varför behöver vi då en förförstärkare? Det finns ju redan tillräcklig spänningsförstärkning? Det är sant, men en effektförstärkare har ju (oftast) endast en ingång och vanligtvis inte heller någon volymkontroll.

Vi har ju även andra (analoga) källor som ligger mer i nivå med äldre standard för single end-utförande, dvs under 1V.

Jag har sett försteg som lämnar uppåt 15V ut, men för knappt 1V in är det väl mer normalt med ca 8V ut.

6dB kanske är lite klent i vissa konfigurationer?

Link to comment
Share on other sites

3 hours ago, calle_jr said:

Mycket bra och informativ redogörelse!

Och ett intressant försteg.

:mm:

 

Vi har ju även andra (analoga) källor som ligger mer i nivå med äldre standard för single end-utförande, dvs under 1V.

Jag har sett försteg som lämnar uppåt 15V ut, men för knappt 1V in är det väl mer normalt med ca 8V ut.

6dB kanske är lite klent i vissa konfigurationer?  

Helt korrekt! Hela konceptet med TVC bygger på att de inkopplade källorna har en någorlunda "hygglig" utnivå, annars måste man använda ett aktivt försteg. Och sådana finns det många fina, ute på marknaden. :thumbsup:

Link to comment
Share on other sites

11 hours ago, Taxmannen said:

Jag vill minnas att @Vox satsade på ett passivt försteg, men jag hittar inte hans tråd i hastigheten. 

 

Japp,  det stämmer.  Det försteget var byggt på motstånd.  Spelade på bra, men sen dök det upp tillfälle att köpa ett passivt försteg (Opera Consonance Ref 1.3) byggt på trafos av en forummedlem och det är såååå mycket bättre. ?

I dagsläget ser jag ingen anledning att gå tillbaka till ett tradionellt försteg. 

Link to comment
Share on other sites

1 hour ago, Matrixen said:

Jag har problem att spela tillräckligt lågt och har funderat på en resistiv attenuator. En trafo kopplad förfröstärkare kanske kan vara något?!

Du kan ju alltid skicka ett email till MFA och bilägga de tekniska specarna för källorna, resp. slutsteget. De kommer att svara inom nän dag och bekräfta om deras TVC kan användas i din anläggning. De brukar inte heller vara svåra med att skicka över en redan färdigbyggd enhet, som du får prova ett tag. På så sätt vet du att du inte "köper grisen i säcken".

Link to comment
Share on other sites

8 hours ago, calle_jr said:

Jag har sett försteg som lämnar uppåt 15V

 

15(!), jag hade en kund nyligen som hade problem med matchning mellan för och slutsteg, hans försteg lämnade runt 50 volt ut :D

 

Angående trådens ämne så är det bra att belysa problemen med många passiva försteg, själv tycker jag lösningen bör vara att helt enkelt ha ett aktivt.

 

Mvh Carl

Link to comment
Share on other sites

On 11/29/2017 at 21:02, string said:

Du kan ju alltid skicka ett email till MFA och bilägga de tekniska specarna för källorna, resp. slutsteget. De kommer att svara inom nän dag och bekräfta om deras TVC kan användas i din anläggning. De brukar inte heller vara svåra med att skicka över en redan färdigbyggd enhet, som du får prova ett tag. På så sätt vet du att du inte "köper grisen i säcken".

Kanske vore något. Om de gör customlösningar, så behöver jag i princip bara en fast 3, eller kanske 6 dB dömpning.

Link to comment
Share on other sites

On 2017-11-29 at 21:02, string said:

Du kan ju alltid skicka ett email till MFA och bilägga de tekniska specarna för källorna, resp. slutsteget. De kommer att svara inom nän dag och bekräfta om deras TVC kan användas i din anläggning. De brukar inte heller vara svåra med att skicka över en redan färdigbyggd enhet, som du får prova ett tag. På så sätt vet du att du inte "köper grisen i säcken".

De är väldigt hjälpsamma på MF, speciellt Jonathan Billington.

jgb@mfaudio.co.uk

https://musicfirstaudio.files.wordpress.com/2016/02/hifiplus94_br.pdf

Edited by figge
Link to comment
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

×
×
  • Create New...