Holtidőben elkövetett szabálytalanság. Gondolatok a holtidőről

Ki gondolná, hogy a labdasportokban mindennapos rosszalkodás mód fogalma részben bevonult a zenehallgatásba is? Ám ellentétben a sporttal, ahol a játékos elkövet valami szabálytalanságot, a Hi-Fi-ben pont az ellenkezője történik, a félvezető nem követ el semmit holtidőben. Mindkét esetben nemtetszés nyilvánítás következik be, ha észreveszik. Eszünkben sincs a kezdőkép bonyolult számítását végig levezetni, csak a végeredményt befolyásoló okokról számolunk be, azokról is felszínesen – és reményeink szerint érthetően.

A holtidő, újraéledési idő, vagy dead time elsősorban a D-osztályú erősítők elterjedésével került be a köztudatba. Tegyük a dolgot tisztába, mindig is ott volt, mint korlátozó tényező, de a modulációs frekvencia növekedésével kapott egyre nagyobb szerepet a hangban. Azt könnyű belátni, hogy minél finomabb felbontást alkalmazunk az analóg szinusz leképezésére, annál pontosabb lehet a végeredmény. Vajon meddig fokozható a dolog? A PCM jelek esetében néhány száz kHz, míg a DSD jelek esetében már több tíz MHz-es jelekről beszélünk, ezzel mindenki tisztában van. Mekkora felbontást lehet alkalmazni akkor, ha nagy teljesítményt kell előállítani? Egyáltalán mi az, hogy felbontás? Induljunk a kályhától, úgy mindenki számára világossá válik.

Az analóg erősítőkben alkalmazott félvezetők gyakorlatilag használhatatlanok a D-osztályban. Miért? Mert lassú a működésük, inkább folyamatosan szeretnek dolgozni, nem áll nekik jól a hirtelen hórukk. Tranzit frekvenciának nevezik azt a paraméter értéket, ami felett a félvezető darab dróttá fajul, és nem használható tovább erősítésre. Hogy fajulhat dróttá egy félvezető? Úgy, hogy a P-N átmenetének felülete van. Igaz, ez kicsi, de akkor is kondenzátornak minősül, és bizony ha a frekvencia elég magas érték, ez a „kondenzátor” átereszti a vezérlő jelet erősítés nélkül. Szomorú tény, de igaz. A D-osztály meg kifejezetten magas frekvenciát használ. Minél magasabbat, annál pontosabb lehet a jel leképezése.

Könnyedén belátható, hogy valami másra van szükség. A megoldás a FET. Itt változó méretű mező alakul ki a vezérlő átmenetek között, ami a szabályzást vagy az áteresztés mértékét – értsd erősítés – új alapokra helyezi. Úgy kell elképzelni, mint egy puha gumi cső, aminek elszorításával módosíthatjuk az áteresztett folyadék mennyiségét. (Elnézést kérünk a hozzáértőktől a slendrián fogalmazás módért, de érthetőséget ígértünk a cikk elején.)

Ha elég gyors a marok mozgása, nagy folyadék mennyiség vihető át nagy sebességgel változtatva. Az áram folyását nagyon jól lehet hasonlítani a folyadékhoz, ezért választottuk ezt a példát. Szóval ott tartottunk, hogy végre megvan a megoldás, semmi nem állhat a D-osztályú erősítő hangminőségének útjába!

Nos, ez sajnos még mindig nem igaz, tovább kell feszegetni a fizika határait, és további kártyákat kell a pakliba keverni. Nyugi, kíméletesen adagoljuk, és már csak egyet! Adva van a D-osztályban alkalmazott vezérlés mód, ami nem ismer köztes állapotot, csak teljesen nyitottat, és teljesen lezártat. Impulzusokról beszélünk, amelynek mérete mindig egyforma, és attól függően, hogy szélesség vagy sűrűség modulációt alkalmazunk nevezzük PWM vagy PDM-nek. Legyen most az mindegy, hogy éppen melyikről beszélünk, mert mindkét esetben a lehető legrövidebb idő alatt ki kell teljesen nyitnia a FET-nek, majd teljesen le kell zárnia, hogy hűlni tudjon. Mennyi idő alatt érhető el a nyitott és zárt állapot? Nos, ezt nevezik újraéledési időnek.

A D-osztályú erősítőkben alkalmazott algoritmus hiába lenne képes gyors szabályzásra, ha korlátozza az újraéledési idő. Az alábbi ábrán a szilikon FET és a Gallium-nitrit FET újraéledési idejét hasonlítjuk össze.

A szürkületi zóna szemmel láthatóan sokkal rövidebb, és ez lehetőséget ad a visszacsatolásnak arra, hogy sokkal inkább valós idejűvé válhasson a szabályzás. (na, ezért nem digitális erősítő a D-osztály) Hogy érték el? Ahhoz, hogy ezt teljesen megértse, el kellene magyaráznunk a maradék feszültség, és a meredekség fogalmát, valamint a nitrit szennyezés előnyeit, amibe most nem szívesen mennénk bele.

Hallható ez egyáltalán? Naná, hogy hallható! Nem kell hozzá szakképzett fül, hogy rögtön nyilvánvaló legyen. Az új fejlesztésű D-osztályú erősítők hangja is már egész jó, de a GaN technológiát alkalmazók tényleg még jobbak. Igen, annyira folyamatos talán soha nem lesz, mint az A-osztály, de hogy ki lesz az, aki ezt észreveszi, az már más lapra tartozik.

Az „aranyfülű” zenerajongók állandóan csiszolgatják a rendszerüket, és csak ritkán teljesen elégedettek azzal. Hibát viszont minden hangban lehet találni, csak keresni kell! Az a legfontosabb kérdés, hogy zenét hallgat, vagy hibát keres? Ha nyilvánvaló problémát nem hall, boldog muzsikálásnak nézhet elébe. Az új erősítés technológiát jelen pillanatban két Rose készülék tartalmazza. Az all-in-one RS520 streamer, és az RA180 sztereó integrált erősítő azok, amik a legkevesebb szabálytalanságot követik el holtidőben

Teljességre vágyik?

Aki kíváncsi a jelenség matematikájára is, az alábbi módon számolhatja ki. Ne feledje minden jellegzetes frekvencián elkövetni, majd átlagolni, különben semmit nem ér az egész.

És hogyan határozható meg az éta értéke? Íme, az alsó képlet, ami behozza az újraéledési időt a fenti számításba. Jól látható az egyenes arányosság

Ha nem számol szívesen ennyit, egyszerűen hallgassa meg a végeredményt.

A cikk alap ötletéért, és az ábrákért köszönet a ResearchGate honlap publikációnak, valamint a Rose új GaN FET fejlesztésének