Káromkodjon szakszerűen! Gondolatok a D-osztályról – 1. rész

Káromkodjon szakszerűen! Gondolatok a D-osztályról – 1. rész

Zenebarát társaságok esetében divat nem szeretni a D-osztályú erősítőket, és az analóg erősítők mindenhatóságát illik hirdetni. A témában felmerülő szakszavakat káromkodás helyett használják egymás között a tagok, ami leginkább azok meg nem értésre vezethető vissza. Sokan, és sokféle módon próbálták már elmagyarázni a működési elvet, de bizony nem könnyű közérthető módon tálalni azt a dolgot, mert teljesen eltér az analóg erősítés logikusan áttekinthető felfogásától. Ezt tökéletesen el tudjuk fogadni, hiszen ki hallott már olyan erősítőnek nevezett őrületről, amely esetében az információ átvitele nem a felerősített jel nagyságán múlik?

A régi korok embere egyszerűen oldotta meg a számára érthetetlen dolgokat. Vagy tűzre vetette a meghökkentő elv hirdetőjét, vagy vakon hinni kezdett benne. Ebben a rövid cikkben sekélyes, ám könnyen megérthető módon tisztázzuk a D-osztállyal kapcsolatos általános tudnivalókat. Nem célunk, hogy választás elé állítsuk, vagy, hogy meggyőzzük. Talán a korábban káromkodás helyett alkalmazott érthetetlen szakszavak is értelmet nyernek.

 

Kezdjük azzal, amit szeret, és ismer, ez pedig az analóg erősítés mód. Ki ne hallott volna az A, B, esetleg C osztályú munkapont beállításról, illetve az A és B kombinációjáról? Esküszünk, hogy nincs több fajta! Az A az istenített, az A/B a szükségszerű, a C pedig a hangtechnikában csak akkor alkalmazott, ha meghibásodás lép fel a motyóban (amúgy arra használják, hogy leválasszák vele a csúcsértékeket a bejövő jelről, és csak azt erősítsék a fokozattal – higgye el van értelme, de az nem a hanggal kapcsolatos).

Így elérkeztünk az első tévhithez, amely a D-osztályt munkapont beállításként kezeli. Való igaz, abban a megközelítésben, ahogy az analóg erősítők működnek, nincs értelme teljesen kinyitni vagy lezárni a félvezetőt – gondolja Ön, de sajnos ez nem így van. Csendesen megkérdezzük, miért is csúsztatja lefelé, azaz a B osztályú beállítás felé az analóg erősítő a munkapontot, amikor az nyilvánvaló torzítást és információ veszteséget jelent? Mert mikor a félvezető teljesen kinyitott az A osztályú beállításban, hogy elkerülhető legyen a nagymértékű jól hallható torzítás, inkább kisebb gyalázatot választva lefelé húzzuk a munkapontot, és így csökkentjük a veszteséget. Igaz, ekkor a cucc már eléggé hangosan bömböl ahhoz, hogy a gazda ezt ne hallja. Ez a talán legfontosabb probléma, amire a D-osztály megoldást kínál azzal, hogy nem a jel nagysága hordozza az információt. Legyen tehát tisztában azzal, hogy a D-osztály nem munkapont beállítást, hanem a végerősítő erősítő használat módját jelenti. Bármelyik munkapont beállítás képes ugyanis teljesen kinyitni a végerősítést végző félvezetőt. Ezt a gyártók nem győzik hangsúlyozni.

A működési elv megértéséhez induljunk neki kicsit távolabbról. Könnyebb lehet felfogni ennek a különleges rendszernek a működését úgy, ha az analóg rádiózást vesszük alapul. Itt forradalomként éltük át egy olyan elv működését, amely függetlenítette magát a vett jel nagyságától. Az AM adások vételekor a jel nagyságának változása hordozza az információt, azaz a hangot. Gyenge minőségű vétel esetén bizony ez rettenetessé fajult. Ekkor nem lehetett nagy erősítést alkalmazni, mivel ha hirtelen javulna a vétel minősége, a rádió hangereje hatalmasra fokozódna és torzítani kezdene. Hirtelen javulást meg egy elmenő autó is okozhat, mint azt tudjuk. A megoldást az FM műsorszórás jelentette, amely esetében akkorára lehetett növelni az erősítést, ami szükséges volt a jó hangminőség eléréséhez, időszakos bömbölés elkerülése mellett. Imádta mindenki, és a mai napig is használjuk, mert olcsó a megvalósítása. Itt a jel-frekvencia változása, és nem az u.n. amplitúdó nagyságának változása hordozta az információt. Ez volt tehát az első szemléletbeli változás, amit akkor üdvözítőként fogadott el mindenki.

Egy D-osztályú erősítő működését hasonlóan kell szemlélnünk. Elszakad a jel nagyság változtatásának mizériáitól, új alapokra helyezi az információ átvitel módját. Csak az erősítés lánc legvégén, közvetlenül a kimeneti csatlakozás előtt áll elő a jel nagyságának változása, mert az analóg hangfalaink meghajtásához ez szükséges. Egy szál kondenzátorral megoldható a dolog, ami nyugodtan nevezhető olcsó megoldásnak. Az aktív, erősítést végző elemeknek sem kell különleges követelményeknek megfelelni, legalábbis a ma rendelkezésre álló technológiát figyelembe véve, tehát ez sem költséges.

Leggyakrabban egy kapcsoló üzemű tápegységhez hasonlítják, leginkább akkor, ha szidni, bántani akarják. Egy tápegységtől ugyanis mindenki statikus kimeneti feszültséget vár el, hogy is lehetne képes pillanatról pillanatra változó hangjelek előállítására? Nos, minden az alkalmazott kapcsolási frekvencián és az alkatrészek méretezésén múlik. Különben is, egy meghibásodott tápegység (kiszáradt a szűrőkondenzátor) is képes hangot generálni, erre több szomorú tanú is van. Az ugyan általában csak egy frekvencián teszi, de mi az akadálya, hogy szélesítsük az átvitelét? Manapság már minden lehetséges!

A tápegység hasonlatnál maradva: egy tápegységben teljes nagyságú feszültségimpulzusokat igyekeznek a szűrő kondenzátorok sima egyenfeszültséggé varázsolni a lehető legnagyobb időállandóval és töltés tárolással. A frekvencia 50, 100 Hz ha analóg, vagy 30 kHz környékű ha kapcsoló üzemű. Egy D-osztályú erősítő is így csinál, de a frekvencia sokkal magasabb és a kondenzátor töltés tárolási képessége/értéke sokkal alacsonyabb, hogy képes legyen a teljes hangtartomány minden frekvenciájának leképezésére. A tápegység esetében, ha nem sikerül tökéletesen elsimítani két impulzus között a feszültséget, az káros brumm-ként éljük meg. A D-osztályú erősítők pont ezt használják ki. Folyamatosan változó frekvenciájú brumm feszültséget adnak ki magukból, amelyet a hangfalunk hallható zenévé alakít át mechanikusan. Kicsit erőltetett a hasonlat, de valahogy így működik a dolog.

A titok ott bújik meg, ahogy ezt el lehet követni. Adott tehát egy nagy teljesítményű komplementer pár, általában MOSFET kapcsoló elem, amit a vezérlő áramkör teljesen kinyit, és teljesen bezár kénye-kedve szerinti időtartamra. Amikor teljesen kinyitnak a félvezetők, a kondenzátort szigorúan átlag feszültségre töltik fel. A hangfal terhelése pedig kisüti ezt a tárolt töltést. Ha ügyesen választjuk meg a kondenzátor feltöltésének ritmusát és annak értékét, a hangfal impedanciája nem lesz képes teljesen kisütni, ezzel a membránok mozgását abbahagyva elhallgatni. (Ezen csámcsogjunk el egy kis ideig, mert évtizedek kellettek a kitalálásához, mi meg azonnal meg akarjuk érteni.)

A fenti bekezdésben szükségszerű volt az átlagfeszültség fogalom használata. Nem ördöngös dolog, ez is könnyen megérthető. A feszültség itt mindig teljes tápfeszültség méretű, ezt már tudja, az átlag pedig az időtartamra vonatkozik. A D-osztályú erősítő vezérlő áramköre rövid időszakokra osztja fel a bejövő jelet, és meghatározza, hogy milyen időtartamra kell nyitva tartani a félvezetőt ahhoz, hogy megfelelő nagyságú átlagfeszültség álljon elő a kondenzátoron. Ha az impulzus szélessége csekély, hiába teljes a tápfeszültség nagysága, az időtartamot figyelembe véve az átlagfeszültség nyugodtan lehet akár nagyon alacsony is. Így ábrázolhatók például a halk részletek a zenében. Ha az impulzus szélessége nagyobb, az átlagfeszültség is nagyobb lesz, azaz nő a hangerősség. Ebbe is gondoljun bele, mert most a kegyelemdöfés következik.

Most kíméletlenül összehozzuk a részleteket egy nagy egésszé. Adott tehát a hangfalunk terhelő impedanciája – amúgy nem, de most legyen így –, adott a hangjel felosztásának ciklusa és adott az impulzusunk feszültsége. Ehhez kell a kondenzátor értékét úgy megválasztani, hogy a hang folyamatos szinuszt utánzó lehessen átlagolás után. Ez nagyon nem könnyű, tényleg kevés gyártónak sikerül jól. A tápfeszültség értéke meghatározza majd a D-osztályú erősítő teljesítményét, a felosztás finomsága meg a hangminőségét. Vannak egyéb befolyásoló tényezők, amire később még kitérünk, ám az elv tényleg ennyi. Sajnos az egész dolog nem feszültség, hanem áram alapokon működik, viszont azt Kirchoff-on, és néhány őt megértő tervezőmérnökön kívül senki nem tudná felfogni, mi pedig közérthető cikket ígértünk. A következő részben elmeséljük, hogy lehet elrontani ezt a tényleg szuper ötletet.

Írta: 🙂

 

A debreceni üzlet 2019.05.24-28 között ZÁRVA.

Budapesti üzletünk zavartalanul üzemel!