“De beste versterker is een draad met een gain”. Het is een gezegde van Steward Hegeman van Harman. Het is een absolute waarheid. Helaas bestaat deze draad met gain niet. Een versterker heeft helaas wat meer nodig. En daardoor kunnen er ook zaken misgaan.
Diverse smaakjes
We gaan hier niet in op de diverse versterkerklassen (klasse A, (A)B, D en in de niche: C, G en T). Maar het is wel handig om te weten wat het type versterker is voordat je gaat meten. Voor een klasse D versterker is soms een iets andere set-up nodig dan bij een klasse A of (A)B. Klasse D werkt met een hoge schakelfrequentie die in bepaalde gevallen de meting kan beïnvloeden namelijk. Door een speciaal (soort low-pass) filter ertussen te plaatsen, haal je die ruis weg. Wij meten meestal zonder (u sluit immers ook gewoon de speaker zo aan), maar we hebben een filter als blijkt dat de meting niet goed gaat.
De metingen
We meten bij versterkers een paar zaken:
- Ruisvloer
- Vervorming (THD+N) versus frequentie en amplitude.
- Hier zit ook SINAD bij (Signal Noise and Distortion).
- Vervorming versus vermogen
- Maximaal vermogen
- Crosstalk (kanaalscheiding)
- Frequentierespons
- Faserespons
- Residu
Voorbeeld: MSB 202 eindversterker
Dit is een voorbeeld van een (ultra) high-end eindversterker. We zien een ruisvloer (bij een 1 watt – 8 Ohm meting) van ongeveer -130 dB wat ontzettend goed is. We zien vóór de 1 kHz input (testsignaal) ook wat harmonischen van de 50 Hz lichtnet-input. Die bultjes zitten onder de -100 dB. Deze harmonischen van 50 Hz zien we wel vaker. Soms is het een aardingsprobleem in de meet-setup. We controleren dat door het apparaat dan ook te aarden op de Prism. Echter soms is dit niet het probleem en zit het gewoonweg in het ontwerp. Het is niet heel gek; we zien het wel vaker bij klasse AB-versterker met een ringkerntrafo.
Crosstalk A naar B is érg goed met bijna 130dB scheiding. Dit zal zich uiten in een bijzonder strak stereobeeld. Veel versterkers halen net aan 100 dB. Dus dit is uitzonderlijk goed.
De fasemeting laat zien dat er tot 20 kHz bijna geen faseverschuiving is (max 14 graden.) Klasse D doet het hier veel minder goed door het filter wat nodig is. Elk filter zorgt voor faseverschuivingen. Dus ook een filter in een versterker.
Dan de residumeting. Dit is een maffe. In feite laat deze meting zien of er crossoververvorming aanwezig is. Ideaal gezien komt er een sinus uit. Dan is het residu vervormingsvrij. Bij klasse D en AB versterkers met crossover vervorming zien we een vervormde sinus of andere ‘troep’. Die zal zich uiten in een wat ruw karakter. Dit ziet u verderop.
Dan Lineairiteit. Dit laat zien hoe nauwkeurig de versterker de input volgt. Ideaal gezien zien we een diagonale lijn van onder naar boven. Echter kan een versterker niet volgen onder de ruisvloer. Immers: daar is de ruis sterker dan het inputsignaal, waardoor de versterker niets ziet. Hier komt dus óók de ruisvloer in de meting terug.
De lineairiteitsmeting is dus ook een belangrijke meting om te zien of een apparaat neutraal en netjes te werk gaat. En hoe ‘diep’ in de zachte passages een apparaat goed kan volgen!
Vervorming spreekt redelijk voor zich. We meten dit met een 1 watt sweep (4 en / of 8 Ohm belast). De vervorming ziet u vervolgens van 5 Hz – 20 kHz of hoger, afhankelijk van wat we instellen. Meestal meten we tot 20 kHz.
Wat een goede score is in de vervormingsmeting, is is een beetje afhankelijk van de technologie. Klasse D zit bijna altijd extreem laag. Soms wel onder de 0,003%. Een ‘gewone’ klasse A en A/B versterker zit hoger. Dat is inherent aan de technologie en de mate van terugkoppeling die een fabrikant toepast.
Ter illustratie: rond de 0,01% is extreem goed bij klasse AB. Het gros zit onderin rond de 0,01 / 0,03% en piekt tot zo’n 0,05%. Pieken rond 0,05% zijn mede te wijten aan de lage feedback die sommige fabrikanten toepassen. Minder feedback zorgt voor hogere vervorming. Maar veelal speelt de versterker wel ‘losser’ en speelser. Weet ook dat het type vervorming een rol speelt. Welke harmonische is dominant? Dat bepaalt namelijk deels de kleurig van een versterker én het kan ervoor zorgen dat de vervorming helemaal niet opvalt (2e harmonischen vinden we niet vervelend).
U ziet het al: het is niet zo zwart-wit als dat we allemaal vaak denken (en hopen!).
Tenslotte maximaal vermogen. Hier is het een beetje wild, wild, west… Hoe fabrikanten dit specificeren is volslagen onduidelijk. Wij meten op het ‘kruispunt’; de knik. Daar schiet immers de vervorming omhoog. Maar heel veel fabrikanten houden <1% THD aan. En dat kan dus al in de opwaartse lijn zitten.
We meten op 8 en 4 Ohm belasting. We gebruiken hiervoor non-inductive dummy loads die 250 watt continu kunnen hebben. We hebben ze zwaar gekoeld, waardoor pieken tot boven 1 KW geen probleem zijn: ze worden namelijk niet heet bij korte belastingen.
Klasse D – Hypex Nilai
Nilai fase
Ter vergelijk hierboven een Hypex Nilai. U ziet hoe ongekend schoon de Nilai meet. Onderin helemaal geen 50 Hz harmonischen (schakelende voeding) en ook erboven (na de 1 KHz test-toon) bijna geen ‘gras’ zoals we dat noemen. (korte spikes in het spectrum).
De vervorming van de Hypex Nilai is ongekend laag. Bijna een rechte lijn rond de 0,02%. Heel erg knap natuurlijk!
Bij de residumeting ziet u wat we bedoelen met de vervormde sinus. Dit is overigens nog erg goed voor een Klasse D! We hebben zeker slechtere modellen gemeten.
Wat weinig mensen weten of beseffen is dat een klasse D versterker een beperkte bandbreedte heeft. Nilai is met rond de 50 kHz breedbandig voor Klasse D. Het gros valt al af vanaf 10 KHz met -3dB op 20 kHz. Dit is te wijten aan de filters die ze moeten gebruiken.
Tenslotte de fase. Deze meting is bij een klasse D direct te koppelen aan de bandbreedte. Immers: de bandbreedte wordt beperkt door het filter. En het filter heeft invloed op… fase. Maar ook hier doet de Nilai het nog netjes. Het is echter wel heel duidelijk dat er meer fasedraaiing is dan bij een klasse AB! De vraag is hoe dit hoorbaar is in de praktijk. We moeten daar nog meer onderzoek naar doen.
Afrondend
We hopen dat u nu iets meer houvast hebt gekregen op de versterkermetingen. We beseffen dat het niet altijd even gemakkelijk is de grafieken te doorgronden. Zeker omdat de ene ‘ruis’ de andere niet is én dat niet iedereen thuis is in dB’s, Hertzen, Ohms en volts. Mocht u vragen hebben, stel ze gerust via mail of het forum!