Hur ”bra” behöver en förstärkare vara?

[PAL14]

Jag funderar på distorsion i förstärkare kontra distorsion i högtalare, är det meningsfullt att ha en ytterst lågdistorderande förstärkare som driver en högtalare som oftast distorderar mer (antar jag!). Skall man hellre välja en förstärkare med mer effekt och som distorderar mer? Fattar att både hög effekt och låg distorsion är önskvärt, men om man vill ha ut så mycket som möjligt för pengen. Min fundering är: spelar det jättestor roll vilken distorsion förstärkaren har om ändå högtalaren distorderar mycket mer? (Jag menar typiska snittnivåer på distorsion på förstärkare o högtalare vad det nu kan vara!).

[Calleberg]

Min alldeles personliga uppfattning är att "distorsion" är ett alldeles för trubbigt begrepp. Distorsion utgörs av flera olika övertoner och de högre övertonerna är mycket mer besvärande än andratonen. Det går ochså att mäta på en massa olika sätt.

Två förstärkare som uppges till "0,01% THD" @ ditten och datten. Kan alltså "låta" olika beroende på hur distorsionsspektrat ser ut.

Med det sagt. Om man har en förstärkare som strax innan klippning kan uppvisa ett 19-20kHz IMD spektrum där samtliga övertoner är 110dB lägre än nyttosignalen då är distorsionen ohörbar, möjligen duger 95dB ochså, det är i vart fall riktigt bra speciellt om det är andratonen som ligger högst.

Man kan undra varför ovanstående IMD data sällan presenteras...

Högtalare har alltid mycket sämre distorsionsdata, och det maskerar såklart förstärkarens distorsion till stor del. Men min erfarenhet är att det ibland (ganska ofta faktiskt) ändå går att höra förstärkarens distorsion trots att den på papperet är lägre och det tror jag beror på att förstärkarens distorsionsspektra ofta är mycket mer hörbart eftersom det innehåller mer av de högre övertonerna, och desutom ökar dessa lite exponentiellt när man börjar närma sig klippning. Det här upplever man inte nödvändigtvis som att det låter "dåligt" utan mer som en färgning av klangen åt det ljusare hållet.

Det är sånt här som ger upphov till att div. hifinördar fatt för sig att man måste "matcha" klangen i de ingående komponenterna. I verkligheten behövs inget sånt om förstärkaren et consortes inte "hörs". Då behöver bara hitta ett par högtalare som man gillar, de kommer alltid att höras såklart.

Det här kan vara något av det mest pseudovetenskapliga jag skrivit på faktiskt, så ta det för vad det är...

Edit: 0.001% THD motsvarar -100dB
En högtalare som klarar under 0,5% @90dB från 100-20kHz får man anse som MYCKET bra

[I-or]

Anledningen till att man kan höra förstärkardistorsionens låga THD trots högtalarens höga THD är att alla distorsionsprodukter inte har lika hög hörbarhet. THD buntar ihop distorsionsprodukterna utan att ta hänsyn till hörselns varierande känslighet (som beror på maskeringseffekter).

Högre ordningens produkter, d.v.s. "kantigheter" i tidsdomänen, är mycket lätta att detektera. Högtalare är tröga elektromekaniska tingestar som har svårt att producera "kantigheter" i signalen, något som lätt sker på den elektriska sidan. Detta yttrar sig både vid låg och hög nivå, men speciellt förstärkarklippning låter nästan alltid värre än måttlig överstyrning i högtalaren.

Extremt lågdistorderande högtalare kan göra hörbarheten för olika förstärkardistorsion förvånansvärt hög även om distorsionskänslighet är mer individberoende än de flesta andra egenskaper för lyssnarna. Det är dock fullt möjligt att konstruera förstärkare med under alla förhållanden (upp till klippning) ohörbar distorsion.

Det överlägset viktigaste i sammanhanget är dock att förstärkarklippning undviks, så att se till att man har tillräckligt med effekt är högsta prioritet även om man också bör undvika billiga klass D-konstruktioner som distorderar hörbart oavsett nivå. Här måste man vara uppmärksam på att specificerad THD aldrig gäller höga frekvenser, där THD med billiga klass D-konstruktioner är flera tiopotenser högre (en vettig specifikation gäller 20-20000 Hz och utan filtrering).

[PAL14]

Intressant, tack!

[Morello]

Bör inflikas att en väldimensionerad linjärförstärkare producerar en dominerande tredjeton då andratonen släcks i kraft av symmetri. Begraver man tredjetonen 90-100 dB under grundtonen har man en riktigt god förstärkare.

[jansch]

Man bör skilja på en förstärkares uteffekt i "sinus", alltså RMS-effekt, och dess maximala spänningssving. Sving är då dess förmåga att prestera utspänning.
RMS effekt och späningssving hänger intimt ihop på väldimensionerade förstärkare vid given belastning MEN vid musiklyssning, när vi inte lyssnar på rena sinuvågor eller fyrkantvågor (vem gör det?), är medeluteffekten ganska liten med överlagrade toner och transienter som kan kräva stort spänningssving. Inte ovanligt att sådär 1-3 watts medeleffekt i praktiken kräver en 100watts förstärkare för att klara topparna/transienterna.
Så.... en typisk 250watts modern halvledarförstärkare av typ klass AB eller D är då sällan överdimensionerat även om högtalarna är "märkta" med t.ex 50 watt.
Äldre förstärkare, framförallt av rörtyp, har förhållandevis låg RMS-effekt och kanske även specade med "musikeffekt" som då mer beskriver förmågan till högre tillfälligt spänningssving. Dessutom klipper dom "mjukt" och låter då inte så illa som när ett transistorslutsteg klipper.
"Allt" handlar alltså mer om spänningssving istället för RMS-effekt vid musiklyssning. Vill man medvetet jävlas med en förstärkare kan man överstyra en 1kW förstärkare med någon ynka watt i medeleffekt. Framförallt när högtalarimpedansen stiger i ett högtalarelements övre arbetsområde.

Vet inte hur jag ska förklara detta enkelt och pedagogiskt för de på forumet som inte är insatta i elektronik - ovanstående var dock ett försök!

[Conan]

Richard Clark Amplifier Challenge:

https://www.stevemeadedesigns.com/board ... challenge/

https://web.archive.org/web/20131024073 ... crules.htm

His challenge is an offer of $10,000 of his own money to anyone who could identify which of two amplifiers was which, by listening only, under a set of rules that he conceived to make sure they both measure “good enough” and are set up the same. Reports are that thousands of people have taken the test, and none has passed the test. Nobody has been able to show an audible difference between two amps under the test rules.

...

The amplifiers in the test must be operated within their linear power capacity. Power capacity is defined as clipping or 2% THD 20Hz to 10kHz, whichever is less. This means that if one amplifier has more power (Watts) than the other, the amplifiers will be judged within the power range of the least powerful amplifier .
The levels of both left and right channels will be adjusted to match to within .05 dB. Polarity of connections must be maintained so that the signal is not inverted. Left and Right cannot be reversed. Neither amplifier can exhibit excessive noise. Channel separation of the amps must be at least 30 dB from 20Hz to 20kHz.
All signal processing circuitry (e.g. bass boost, filters) must be turned off, and if the amplifier still exhibits nonlinear frequency response, an equalizer will be set by Richard Clark and inserted inline with one of the amps so that they both exhibit identical frequency response. The listener can choose which amplifier gets the equalizer.

...

Sometime around the year 1990. Richard Clark says in a post on 7/2004 that the test with the $10,000 prize started about 15 years ago.
What were the results of the test?
Nobody has ever successfully passed the test.

Så då har vi väl svaret på hur bra en förstärkare behöver vara:

< 2% THD (20 - 20 000 Hz)
> 30 dB kanalseparation (20 - 20 000 Hz)

Klappat och klart. Allt annat beror på hur högt man vill kunna spela, om man föredrar nån viss frekvensavvikelse samt hur förstärkaren ser ut.

[I-or]

Man bör skilja på en förstärkares uteffekt i "sinus", alltså RMS-effekt, och dess maximala spänningssving. Sving är då dess förmåga att prestera utspänning.
RMS effekt och späningssving hänger intimt ihop på väldimensionerade förstärkare vid given belastning MEN vid musiklyssning, när vi inte lyssnar på rena sinuvågor eller fyrkantvågor (vem gör det?), är medeluteffekten ganska liten med överlagrade toner och transienter som kan kräva stort spänningssving. Inte ovanligt att sådär 1-3 watts medeleffekt i praktiken kräver en 100watts förstärkare för att klara topparna/transienterna.
Så.... en typisk 250watts modern halvledarförstärkare av typ klass AB eller D är då sällan överdimensionerat även om högtalarna är "märkta" med t.ex 50 watt.
Äldre förstärkare, framförallt av rörtyp, har förhållandevis låg RMS-effekt och kanske även specade med "musikeffekt" som då mer beskriver förmågan till högre tillfälligt spänningssving. Dessutom klipper dom "mjukt" och låter då inte så illa som när ett transistorslutsteg klipper.
"Allt" handlar alltså mer om spänningssving istället för RMS-effekt vid musiklyssning. Vill man medvetet jävlas med en förstärkare kan man överstyra en 1kW förstärkare med någon ynka watt i medeleffekt. Framförallt när högtalarimpedansen stiger i ett högtalarelements övre arbetsområde.

Vet inte hur jag ska förklara detta enkelt och pedagogiskt för de på forumet som inte är insatta i elektronik - ovanstående var dock ett försök!

Huruvida förstärkaren spänningsbegränsar, strömbegränsar eller effektbegränsar beror (utöver förstärkarens egenskaper) på högtalarimpedansen. Vilken begränsning man får blir därför ofta frekvensberoende. T.ex. är det vanligt att förstärkaren spänningsbegränsar runt 50 Hz för att istället strömbegränsa runt 200 Hz.

För linjära transistorkonstruktioner måste man för övrigt ta hänsyn till EPDR (Equivalent Peak Dissipation Resistance), där fasvinkeln har en avgörande inverkan, för att se till att man håller sig inom SOA (Safe Operating Area).

För övrigt är det helt korrekt att man behöver massor av kapacitet för att ta hand om kortvariga transienter, vilka inte sällan uppfattas som ganska beskedliga.

[I-or]

Så då har vi väl svaret på hur bra en förstärkare behöver vara:

< 2% THD (20 - 20 000 Hz)
> 30 dB kanalseparation (20 - 20 000 Hz)

Klappat och klart. Allt annat beror på hur högt man vill kunna spela, om man föredrar nån viss frekvensavvikelse samt hur förstärkaren ser ut.

Med lågdistorderande högtalare är det inte speciellt svårt att höra skillnad mellan olika förstärkardistorsion förutsatt att man är hyggligt känslig. Under rätt förutsättningar skulle det vara lättförtjänta pengar.

[Conan]

Så då har vi väl svaret på hur bra en förstärkare behöver vara:

< 2% THD (20 - 20 000 Hz)
> 30 dB kanalseparation (20 - 20 000 Hz)

Klappat och klart. Allt annat beror på hur högt man vill kunna spela, om man föredrar nån viss frekvensavvikelse samt hur förstärkaren ser ut.

Med lågdistorderande högtalare är det inte speciellt svårt att höra skillnad mellan olika förstärkardistorsion förutsatt att man är hyggligt känslig. Under rätt förutsättningar skulle det vara lättförtjänta pengar.

Vilka förutsättningar skulle krävas? Ingen har lyckats hittills.

[I-or]

Lågdistorderande högtalare och lämpligt programmaterial är vad som krävs. Jag har utfört blinda lyssningstest gällande detta för egen del många gånger. Det visar sig dock att distorsionskänsligheten varierar mycket kraftigt mellan olika lyssnare och generellt sett är det därför vettigt att inte överdriva inverkan på ljudkvaliteten för förstärkardistorsion.

För billiga klass D-förstärkare (högfrekvens-THD om ca 1 %) som jämförs med en hygglig klass AB-dito är det förstås inte speciellt komplicerat nästan oavsett system, men jag har även detekterat tydliga skillnader med tre klass AB/A-slutsteg, två på papperet identiska Pioneer M90 , och ett Pioneer M73. Högtalarna var extremt lågdistorderande bandhögtalare med THD ned mot uppskattningsvis 0,03 % vid 85 dB / 1 m (alla test utfördes vid maximala uteffekter om mindre än 10 W).

[jansch]

Man bör skilja på en förstärkares uteffekt i "sinus", alltså RMS-effekt, och dess maximala spänningssving. Sving är då dess förmåga att prestera utspänning.
RMS effekt och späningssving hänger intimt ihop på väldimensionerade förstärkare vid given belastning MEN vid musiklyssning, när vi inte lyssnar på rena sinuvågor eller fyrkantvågor (vem gör det?), är medeluteffekten ganska liten med överlagrade toner och transienter som kan kräva stort spänningssving. Inte ovanligt att sådär 1-3 watts medeleffekt i praktiken kräver en 100watts förstärkare för att klara topparna/transienterna.
Så.... en typisk 250watts modern halvledarförstärkare av typ klass AB eller D är då sällan överdimensionerat även om högtalarna är "märkta" med t.ex 50 watt.
Äldre förstärkare, framförallt av rörtyp, har förhållandevis låg RMS-effekt och kanske även specade med "musikeffekt" som då mer beskriver förmågan till högre tillfälligt spänningssving. Dessutom klipper dom "mjukt" och låter då inte så illa som när ett transistorslutsteg klipper.
"Allt" handlar alltså mer om spänningssving istället för RMS-effekt vid musiklyssning. Vill man medvetet jävlas med en förstärkare kan man överstyra en 1kW förstärkare med någon ynka watt i medeleffekt. Framförallt när högtalarimpedansen stiger i ett högtalarelements övre arbetsområde.

Vet inte hur jag ska förklara detta enkelt och pedagogiskt för de på forumet som inte är insatta i elektronik - ovanstående var dock ett försök!

Huruvida förstärkaren spänningsbegränsar, strömbegränsar eller effektbegränsar beror (utöver förstärkarens egenskaper) på högtalarimpedansen. Vilken begränsning man får blir därför ofta frekvensberoende. T.ex. är det vanligt att förstärkaren spänningsbegränsar runt 50 Hz för att istället strömbegränsa runt 200 Hz.

För linjära transistorkonstruktioner måste man för övrigt ta hänsyn till EPDR (Equivalent Peak Dissipation Resistance), där fasvinkeln har en avgörande inverkan, för att se till att man håller sig inom SOA (Safe Operating Area).

För övrigt är det helt korrekt att man behöver massor av kapacitet för att ta hand om kortvariga transienter, vilka inte sällan uppfattas som ganska beskedliga.

Vi får väl hoppas att de flesta slutsteg (halvledare) har en "effektkub" där inte överströmsskyddet slår till, åtminstone inte vid 8ohms nominell impedans vid angiven effekt (alltså över 4-5 ohm impedans om dom är vettigt specade).

Vi borde kanske förklara begreppen EPDR och framförallt SOA för de faktisaner som inte är insatta. Ska du eller jag?

[I-or]

SOA är egentligen självförklarande, men handlar om spänning/ström-förhållanden som inte leder till skador för för effekttransistorerna i linjärförstärkare: https://en.wikipedia.org/wiki/Safe_operating_area

EPDR är kanske något mindre självklart, men beskriver den ekvivalenta resistiva last som motsvarar den reaktiva last som en högtalare utgör för linjärförstärkare som alltså måste drivas inom SOA: https://www.stereophile.com/reference/707heavy/index.html

Skillnaderna relativt en resistiv last kan vara mycket omfattande både vad gäller den maximala belastningens storlek och frekvensområde. Det är p.g.a. den reaktiva belastningen från baselementet vanligt med maximal belastning i lågfrekvensområdet även om man kan erhålla hög belastning även för högre frekvenser i delningsområden. Elektrostathögtalare ger via sin ovanliga impedanskurva den största belastningen i toppoktaven. Här kan man lätt erhålla stora hörbara skillnader mellan olika förstärkare, vilka vid en (alltför) snabb anblick borde låta ganska lika.

[jansch]

Stereophile:s artikel är ju alldeles utmärkt!

[Fostex]

För billiga klass D-förstärkare (högfrekvens-THD om ca 1 %) som jämförs med en hygglig klass AB-dito är det förstås inte speciellt komplicerat nästan oavsett system, men jag har även detekterat tydliga skillnader med tre klass AB/A-slutsteg, två på papperet identiska Pioneer M90 , och ett Pioneer M73. Högtalarna var extremt lågdistorderande bandhögtalare med THD ned mot uppskattningsvis 0,03 % vid 85 dB / 1 m (alla test utfördes vid maximala uteffekter om mindre än 10 W).

Intressant! Gick du vidare för att ta reda på vilka egenskaper som orsakade de upplevda skillnaderna? Speciellt intressant mellan de två M90-modellerna, men även i jämförelsen mot M73 som ju är en i stort sett likadan konstruktion utan mätare om jag minns rätt.

[I-or]

Detta var i slutet av det glada 80-talet, när man inte hade tillgång till avancerade mätsystem överallt som idag. Att det inte handlade om frekvensgångsvariationer kunde dock säkerställas via multimetermätningar vid några olika frekvenser. Dessutom låter distorsion inte alls likadant som frekvensgångsskillnader för en tränad lyssnare. Skillnaderna var påfallande enkla att detektera nästan oavsett programmaterial.

Ingen djupare utredning av skillnaderna mellan M90-exemplaren utfördes. Det mindre välljudande exemplaret förpassades bara till basdelen (brytfrekvens 250 Hz) av det aktivt delade systemet. Inga som helst skillnader kunde detekteras i basen, vilket tyder på att det inte förelåg några tydliga fel någonstans.

M73-steget kom in i bilden några år senare och presterade den högsta ljudkvaliteten av de tre slutstegen, dessutom med ganska tydliga skillnader mellan klass AB-läge och klass A-läge. Med mer normalt distorderande högtalare drunknar dock distorsionsskillnaderna för välpresterande förstärkare ganska lätt.

Visst skulle det vara intressant med en utredning angående orsakerna bakom allt detta, men idag nöjer jag mig bara med att konstatera att det med ultralågdistorderande högtalare kan vara ganska enkelt att höra skillnad även för lågdistorderande förstärkare förutsatt att man är distorsionskänslig. Majoriteten av lyssnare är dock ganska okänsliga här och dessutom är ultralågdistorderande högtalare extremt ovanliga, så faktisktianerna behöver inte vara alltför oroliga för att deras förstärkare distorderar hörbart förutsatt att det handlar om hyggliga transistorsteg av klass AB-typ.

Någonstans finns det förstås en hörbarhetsgräns för distorsion, men denna uppnåddes ej med de tre testade Pioneer-förstärkarna under dessa omständigheter. Detta är intressant eftersom det borde handla om distorsionskomponenter inte alltför långt över hörseltröskeln och dessutom en bra bit under bakgrundsnivån (även om hörseln ganska lätt detekterar sinusar åtminstone 20 dB lägre än brusnivån). Man måste också komma ihåg att öronen var runt 35 år yngre än idag och garanterat bättre.

Har man en gång hört ultralåg högtalardistorsion så låter dock nästan allt lätt orent om man ska vara gnällig. Det finns helt enkelt ett tunt lager av grus, dis eller en nyans av skränighet som inte borde vara där även för nästan alla högt rankade högtalare. Den som är distorsionskänslig och har hört Quads elektrostater eller Apogees bandhögtalare vet vad det handlar om.