søndag den 2. september 2007

Rørforstærkere: Principper, design og lyd.

På opfordring vil vi i denne uge behandle principperne bag rørforstærkere. Det er jo et emne, som massevis af mennesker har meget dybt rodfæstede meninger om, uden at der ret tit er tale om andet end ukvalificeret pladder. Der er således mange entusiaster, som til enhver tid vil sværge på, at rørforstærkere har et eller andet, som ingen transistorforstærkere overhovedet kan opnå. Deri er vi iøvrigt enige, fordi et rør lyser på en anden måde end selv ATC´s mange lysdioder, men derfra hører enigheden nu også op. At så mange nyere producenter i deres rørforstærkere tilstræber en aldeles ukorrekt "rørlyd", som faktisk er umulig at opnå i en transistorkonstruktion, er en helt anden sag. Den tager vi lidt senere.

Helt basalt er en rørforstærker helt fra starten en helt anderledes ting end en transistorforstærker. For det første kræver blot anvendelsen af et eneste rør i et apparat 2 helt separate strømforsyninger til selve røret. For at et rør, uanset om det er et forforstærkerrør eller et effektrør, kræver det blot for at virke en stabil, typisk 6.3 V glødespænding blot for at sikre, at elektronstrømmen overhovedet kan foregå. Denne glødespænding er allerede fra starten et problem i mange apparater, fordi der er tale om en ret kraftig strøm og dermed tilsvarende magnetfelt omkring forsyningskablerne til rørenes sokler. De nyere praktiske layouts her tyder kun alt for ofte på, at kun få har læst om disse helt simple sammenhænge.

Derudover kræves der en højspændingsforsyning til rørene på typisk 300-400 V. Denne er noget nemmere at etablere, og nu har vi altså ved hjælp af disse to strømforsyninger et virksomt rør. Principielt er der altså ingen forskel på rørs og transistorers egenskaber som forstærkende elementer udover den nødvendige anvendelse af disse 2 spændinger for at "aktivere" røret. Ialtfald ikke, hvis røret skal bruges som forforstærkerrør, hvor der kun er tale om variationer i spændingssving.

Det er der til gengæld, hvis røret skal bruges i en effektforstærker, for her kommer den helt principielle forskel på rør og transistorer frem. Rør er nemlig tæt på ideelle til at lave store, endda ganske let enorme spændingssving, men til gengæld er de ganske dårlige til at generere strømsving. Nu er Ohms Lov heldigvis opfundet, så som i andre af livets forhold, kabelbranchen her naturligvis undtaget, kan man ved hjælp af en passende transformator omtransformere disse store spændingssving med lav strømstyrke til den meget lavere spænding, som en almindelig lavimpedant højttaler efterspørger. Ved denne transformation opnår man så ganske simpelt i samme ombæring på elegant naturvidenskabelig vis den nødvendige kraftige strøm, idet spændingen jo falder, mens strømmen stiger tilsvarende.

Der er andre principielle forskelle på anvendelsen af rør og transistorer, og den vigtigste er den forøgede varmeudvikling i rørforstærkere. Selv om de fleste transistoriserede forforstærkere kører ren klasse A eller ialtfald ret tæt på, er varmeudviklingen i en tilsvarende rørforstærker på grund af de ekstra forsyninger nødvendigvis en del højere. Det giver et andet problem, som naturligvis de allerfærreste producenter af rørforstærkere overhovedet nævner, nemlig termisk støj.

Sagen er i sin gribende enkelhed, at enhver passiv komponent altid vil støje mere ved en højere temperatur, så hvis man vil have en rørforstærker til at forstærke svage signaler som mikrofoner eller pickupper, er der simpelthen ingen anden udvej end af benytte samme trick i indgangen, nemlig benyttelsen af en transformator. Herved opnår man det fornødne spændingssving uden den tilsvarende forstærkning af støjen. Nu er denne teknisk ideelle løsning naturligvis ikke universelt udbredt, fordi det koster penge, mange penge. Til gengæld er der næppe indtil 1980 lavet et eneste professionelt rørbaseret apparat uden transformatorer i indgangen, så den allerstørste del af verdens kvalitetsindspilninger er altså kommet kommet disse små højtudviklede metalklumper. Tilsvarende nedsætter man jo så i samme ombæring de ellers urealistiske krav til de anvendte rørs følsomhed for mikrofoni, dvs lydinstråling direkte i de forstærkende deles mekanik.

Nu har vi altså efterhånden skitseret det indre af en rørforstærker som en varm kasse med let støjende komponenter og kapacitet for enorme spændingssving. Som tidligere nævnt er det dog nødvendigt for at få den til at virke på en højttaler, at man anvender en transformator i udgangen, og her kan man vist roligt tale om, at der ikke er enighed om noget som helst.

Nu skal det siges, at anvendelsen af transformatorer i udgangen ikke er noget specifikt for rørforstærkere. Som bekendt anvender McIntosh en såkaldt "autoformer", som lidt populært sagt er en halveret udgangstransformator. Den sikrer resten af elektronikken mod de uundgåelige tilbageelektromotoriske strømstød fra højttalerne, så den ikke behøver at skulle absorbere dette stød momentant med en absurd dimensioneret strømforsyning. Derudover anvendes transformatorer næsten universelt i udgangen på effektforstærkere i professionelle installationer med lange kabeltræk, men det er en helt anden historie.

I en rørforstærker er denne transformator til gengæld nødvendig, selv om verden da har set en ikke altfor vellykket undtagelse. Det er vist ikke for meget at sige, at den allerstørste del af hemmelighederne i enhver røreffektforstærker ligger i design og fabrikation af denne nøglekomponent. Det er simpelthen den allervigtigste komponent og samtidigt den, som vel allermest har bidraget til, at så mange taler om den såkaldte attråede "rørlyd" At det så i virkeligheden for det meste skyldes netop en måske endda med vilje fejlkonstrueret transfomator er en helt anden sag.

Udgangstransformatoren er altid den allermest kritiske del i enhver rørkonstruktion. Det er naturligvis for meget sagt, at man blot behøver en god transformator, men hvis man ikke har en, kan et ellers glimrende design gå ad Pommern til. For at en transformator skal kunne overføre lave frekvenser, skal den være fysisk stor og for større effektoverførsel skal den være endnu større. Det behøver den godt nok ikke være for at kunne overføre et stort frekvensområde opefter, men til gengæld bliver det vanskeligere at designe meget store udgangstransformatorer, fordi de forskellige tab i transformatorens viklinger tiltager ved højere frekvenser. Samtidigt ser man meget ofte ganske store fasedrej i transformatorerne imod de højere frekvenser. Det medvirker til fundamental ustabilitet og en tendens til selvdestruktion af mange rørforstærkere, hvis der ikke er tilsluttet en højttaler.

Nu er det jo ikke ensbetydende med, at det er umuligt at designe og fremstille en udgangstransformator, som kommer ganske tæt på det perfekte. Begge dele er dog lige svære, og man nøjes normalt med at opfylde et helt tredje krav, nemlig at denne praktiske transformator skal være billig at fremstille. Det har ikke så meget med størrelsen at gøre som med den omhu, som er nødvendig for i produktionen at opnå tætte og helt ensartede viklinger, og her kommer de allerfleste naturligvis til kort.

Det har absolut intet at gøre med produktionslandet. Selv ved produktion i Kina er der formidable problemer. I en nylig test i Hifi News af et nyt Tim de Paravicini-designet Quad-apparat lagde man endda fra producentens side ikke skjul på, at den allervigtigste parameter i Tims design af de nødvendige transformatorer var en simpel produktion. Mon vi ikke kan forvente en typisk frekvensbegrænset rørlyd fra disse apparater?. Ydermere er det jo nødvendigt at operere med 2 sæt viklinger på højttalersiden, fordi forstærkeren skal kunne drive både 4 og 8 ohms højttalere, og det kræver yderligere pålidelighed og uhyggelig ensartethed i produktionen.

Nu skal man ikke tro, at alt det ovenstående betyder, at man ikke kan lave en i praksis ideel transformator, for det kan man nemlig godt. Ideel i denne henseende betyder godt nok p.g.a. den uundgåelige ohmske modstand i transformatoren i forbindelse med den ligeledes uundgåelige kapacitet, at dæmpningsfaktoren i praksis næppe kan blive over 20-25 i 8 ohm. Det er dog også i praksis nok.

Til gengæld kan frekvensområdet ved korrekt design sagtens være ganske imponerende, måske fra 2 Hz (principielt jo ikke fra 0 hz) til 100khz plus minus 0.5 dB med absolut stabilitet. Os bekendt er der dog for tiden kun en enkelt producent med transformatorer i denne kvalitet, men vi kan tage fejl. Til gengæld giver udgangstransformatoren som nævnt immunitet mod højttalerens såkaldte ”back-electro motive force-EMF”. Det giver mulighed for overordentligt enkle kredsløbstekniske løsninger i forstærkerens driver-trin og naturligvis også i selve forforstærkeren. Nu er enkelhed i elektronik jo ganske ofte en god måde at sikre god lyd, selv om man ikke må tage fejl af komponentantallet i apparatet. En enkel løsning kan således sagtens kræve massevis af komponenter, men det er en helt anden sag til en anden dag.

Det er en udbredt misforståelse, at begreberne single-ended og push-pull har noget at gøre med rørforstærkere specifikt. Man kan sagtens konstruere en transistorforstærker som single-ended, ligesom man som nævnt ofte designer professionelle udgangsforstærkere med udgangstransformatorer. Det er til gengæld korrekt, at single-endede rørforstærkere har en særlig rørlyd, som de ganske få single-endede transistorforstærkere ikke har. Alle single-endede effektforstærkere har en væsentlig lavere effektivitet end tilsvarende push-pull, hvor et eller flere rør deles om signalets ene halvperiode. Den lave virkningsgrad med et udgangsrør til hele perioden, giver for det meste en absurd lav effekt i single-endede rørforstærkere, oftest kun et par watt, med mindre man bruger kæmpestore senderrør til brug i radiostationer.

Det ser man godt nok undertiden, men for at udnytte disse rør kræves altså spændinger på ofte langt over 1000 volt i apparaterne, og det begrænser udbredelsen noget. Enhver, som har set et af disse gigantiske rør svigte på nært hold, har fået et rør-knæk for livet. At så også udgangsimpedansen med singleendede rørforstærkere kommer op på op til flere ohm betyder jo så tillige, at denne ellers glimrende forstærker foruden ingen effekt at have i stedet for at reproducere højttalerens tiltænkte frekvenskurve med faktisk ganske stort held forsøger at afspille højttalerens impedanskurve i stedet for. Til dynamiske højttalere er disse apparater tæt på at være ubrugelige, selv om visse af dem spiller glimrende, dog for det meste med uacceptabel egenstøj, for det meste i form af brum. Hvis man så samtidigt forsøger at parre disse laveffekts-monstre med ultraeffektive højttalere, er man altså selv ude om de uundgåelige støjproblemer.

Det turde være klart af ovenstående, at man godt kan konstruere en ultrastabil og særdeles kraftig forstærker med rør, og denne kan have et mere end tilfredsstillende frekvensområde. Samtidigt kan den have fuld effektbåndbredde i hele frekvensområdet, og der kan kun yderst få transistorforstærkere være med uden problemer. Udgangsimpedansen er godt nok ikke altfor høj, men skønnes dog at være høj nok. Ved hensigtsmæssig transformatordesign i ind-og udgang kan en rørforstærkers støjdata godt være særdeles tilfredsstillende uden dog helt at nå de allerbedste lidt køligere transistorforstærkere.

Hvad så med lyden? Ja, som nævnt en gang tidligere har vores helt Tim de Paravicini fra EAR altid hævdet, at han sagtens kan lave det samme med såvel transistorer som rør. Hans absolutte topsæt er forresten et transistorsæt med transformatorer i både mellemforstærkertrin og udgang, altså topologisk identisk med hans rørforstærkere. Nu står han sikkert temmelig alene med det synspunkt, for de allerfleste andre har vel hørt rørforstærkere, som helt umiskendeligt lød som rørforstærkere. Det er blot Tims og naturligvis også vores egen mening, at de lød som rør, fordi de var fejlkonstruerede.

Rør lyder nemlig ikke som rør i en rigtig konstruktion, overhovedet ikke. De lyder blot korrekt, og det er noget ganske andet. Det gør de allerfleste rørforstærkere bare ikke, og mange har vel hørt de første livsfarlige Edison-rørforstærkere. Det er vel nærmest prototypen på et kikset design, men sikke det lyder af rør. Den har både absurd lav praktisk effekt, bittelille frekvensområde og komisk høj harmonisk forvrængning. Nu er forvrængning jo ofte i rørforstærkere (men langtfra altid) den ørevenlige lige harmoniske slags, som giver en varm lyd. Korrekt er det dog ikke, men foretrækkes ligesom siliconebryster af mange-måske i virkeligheden de samme? Hele generationer af danske audiofiler har vel også mere eller mindre hele deres rør-opdragelse fra møderne med de forskellige inkarnationer af Audio Innovations- apparaterne med rør i en fin bue på en spejlglasforplade, så man kan dårligt bebrejde dem disse fordomme.

Efter denne skribents mening baseret på et par årtiers sammenligninger er der ikke nogen nødvendig sammenhæng mellem, om lyden produceres af transistorer eller rør. Begge kan ved korrekt design give absolut fremragende resultater, og de konstaterede forskelligheder kan ikke med nogen rimelighed relateres til så simple ting som forskelle mellem de forstærkende elementer. Vi har altid haft både det ene og det andet princip sat til skiftevis i vores forskellige setups, og alle er da særdeles velkomne til at prøve at danne sig deres egne meninger. Den korrekt designede rørforstærker lyder ikke af rør overhovedet. Den lyder nemlig overhovedet ikke af noget som helst. Næsten ikke i alt fald og da i alt fald ikke af rør.

Dette er muligvis en skuffende konklusion for de mange kommende rørentusiaster, men ikke desto mindre er det altså sandt, ialtfald for os: Det er kun en dårlig rørforstærker, som lyder af rør. Hvis du vil have sådan en, er der altid massevis til salg brugt. Måske er der en grund til det, men hvad den er, kan vi naturligvis ikke vide. Den sandsynligste er jo nok, at den lyder af rør. Det gør rigtige rørforstærkere nemlig slet ikke.

Etiketter:

0 kommentarer:

Send en kommentar

Abonner på Kommentarer til indlægget [Atom]

<< Start