Achtergrondinformatie over versterkerklassen

Plaats hier al uw vragen over versterkers
Gebruikersavatar
Kilroy
Site Admin
Berichten: 19022
Lid geworden op: 15 sep 2012, 18:26
Locatie: Asper, België
Contacteer:

Achtergrondinformatie over versterkerklassen

Bericht door Kilroy »

Als je op zoek gaat naar een nieuwe versterker, krijg je vaak een heel letterspel naar je hoofd geslingerd. A, B, AB, D, G, H… Elk heeft zijn voor- en tegenstanders. Maar waar staan ze voor?

Het fundament van een goed muzieksysteem zijn de luidsprekers en de versterker. Die twee dingen samen moeten goed zijn, pas dan heeft het zin om je te verdiepen in zaken als bronnen, bronmateriaal, DAC’s, kabels en wat heb je meer. (Akoestiek laten we even buiten beschouwing, maar eigenlijk is ook dat een essentiële zaak).

In dit artikel willen we ons echter niet richten op die stelling, maar vooral teruggrijpen naar de basis. Wat is nu het grote verschil tussen de vele versterkers op de markt? Nu denk je misschien: ik ben meer voor alles-in-één-producten, zoals draadloze multiroomspeakers of soundbars, en dus moet ik dit niet weten. Maar dat klopt niet helemaal. Een versterker is meer dan een grote, zware doos die verbonden is met twee gigantische vloerstaanders. Versterkers zijn aanwezig in alle elektronische toestellen waar geluid uitkomt. Tv’s, draadloze speakers, tablets, enzovoort. Dus, wat je situatie ook is, het is best wel relevant om te weten wat het verschil is tussen de verschillende soorten versterkers. Met die kennis ben je weer beter gewapend als je moet kiezen tussen al dat moois in de audiowinkel.

Wat is een versterker weer?
Als je één ding kunt zeggen over versterkers, dan is het dit wel: de naam dekt volledig de lading. Een versterker… versterkt. Het neemt een signaal – bijvoorbeeld de muziek die aangeleverd wordt door een cd-speler of binnenkomt via Spotify – en maakt het krachtig genoeg zodat je luidsprekers kunt aansturen. Bronnen leveren immers heel zwakke signalen aan. Of digitale signalen die niet rechtstreeks kunnen dienen om een luidspreker te doen bewegen.
Afbeelding
Omdat een versterker in de basis slecht één functie heeft, bestaan er ook zeer eenvoudige versies van versterkers. Er zijn letterlijk versterkertjes die in de hand passen. Een versterker hoeft ook niet immens groot te zijn. In je smartphone steekt bijvoorbeeld een versterker die een hoofdtelefoon kan aansturen. Een hele zwakke versterker en wellicht niet een heel goede, maar wel eentje die minuscuul klein is. Of neem een AV-receiver, die wel tot 11 elf afzonderlijke versterkermodules kan bevatten! This one goes to eleven...

In de winkel zal je echter heel wat versterkers ontdekken die veel meer doen dan een signaal versterken. Je hebt vijf types:

1. De meest ‘pure’ vorm is de poweramp, eindversterker of –eindtrap
Zoals de naam al aangeeft is dit een versterker die op het einde van je keten past, net voor de speakers. Het zijn versterkers die je nooit zomaar kunt gebruiken, want ze missen iets cruciaal: een volumeregeling.

2. Voorversterker
Een eindtrap combineer je met een aparte voorversterkers. Het bevat alles wat die poweramp mist: analoge ingangen, een volumeregeling, eventuele bijkomende verwerking en (wellicht) digitale ingangen en streaming. De aanwezigheid van die laatste kan aangeven of de voorversterker ook een DAC-gedeelte omvat. Er zijn geen luidsprekeraansluitingen.

3. Geïntegreerde versterker
Het meest populaire type. Het is één toestel dat de functies van voor- en eindtrap vervult. Bovendien kan een geïntegreerde versterker aangevuld worden met een DAC, streaming en andere functies. Zit er ook een radiotuner in, dan spreek je over een receiver. Het is een term die soms ook gebruikt wordt als er geen tuner is, maar wel streamingfuncties. Een geïntegreerde versterker kan meestal ook als voorversterker worden gebruikt.
Afbeelding
4. Phono-versterker
Een phono-versterker is een bijzonder ding, omdat het ontworpen werd om één ding te doen: het uiterst zwakke signaal van een draaitafel versterken zodat je een platenspeler kunt aansluiten op een versterker die geen phono-ingang heeft. Veel voorversterkers en geïntegreerde versterkers bezitten dat wel en je hebt ook draaitafels die meteen een versterkt signaal uitsturen. Niet iedereen heeft er dus één nodig. Toch blijft een phono-preamp relevant, onder meer omdat het vaak wat extra mogelijkheden biedt. Zo heb je toestellen die met MC- en MM-cartridges kunnen omgaan en beschikken over zaken als een gain- en impedantie-instelling om te compenseren voor de eigenschappen van de cartridge.

5. Hoofdtelefoonversterker
Omdat hoofdtelefoons heel andere eigenschappen kunnen hebben dan luidsprekers, zijn er ook gespecialiseerde versterkers voor beschikbaar. Een hoofdtelefoonversterker heeft geen enorm vermogen nodig, maar moet wel zeer stil zijn en kunnen omgaan met zeer uiteenlopende belastingen. Impedanties lopen bij hoofdtelefoons enorm uiteen, van enkele ohm tot 600 ohm.
Afbeelding
De combinatie van een voor- en eindversterker komt bij sommigen misschien als ouderwets over, omdat er automatisch gedacht wordt aan een vrij omvangrijk audiosysteem. Daar ontsnap je inderdaad niet echt aan, al heb je wel voorversterkers die heel compact zijn. Een Yamaha WXC-50 bijvoorbeeld, een zeer compacte netwerkstreamer die ook de rol van pre-amp kan vervullen. Maar dat voor- en eindtrapcombinaties wat groter zijn, komt ook door de markt.

Eindtrappen worden tegenwoordig enkel gekocht door audiofielen die veel vermogen op overschot eisen en misschien iets willen dat indrukwekkend overkomt. Dus bestaat het aanbod vooral uit duurdere toestellen met premium-behuizingen die gigantische voedingen bevatten. Wat niet wil zeggen dat dit een onzinnige keuze is. Kiezen voor een voor- en eindtrap gebeurt dikwijls vanuit een streven naar een zuivere versterkingsketen. Een eindtrap zal immers vaak een honderd procent analoog toestel zijn, zonder digitale componenten. Alles wat mogelijk een negatieve invloed kan hebben op het versterkingsproces, zoals een DAC, zit in de voorversterker.

Dat doet de geïntegreerde versterker misschien overkomen als de minderwaardige keuze als je audiofiel bent. Dat klopt ook weer niet, want fabrikanten zullen de behuizing van de versterker intern opdelen zodat bijvoorbeeld het DAC-gedeelte helemaal geïsoleerd zit van het eindversterkingsluik.

Een versterker maakt een signaal (=muziek) luider. Klinkt simpel, niet? Op zich is dat ook zo, behalve als we aan dit zin nog een paar woorden toevoegen: ‘zonder kwaliteitsverlies’. Dan wordt het weer wat moeilijker. In de essentie verhoog je het niveau van een signaal door er meer stroom aan toe te voegen. Maar dit moet wel gebeuren op een manier dat het signaal niet beïnvloed wordt. Er mag geen vervorming zijn of kleuring – tenzij de fabrikant dat echt wil natuurlijk. Als je leest dat een versterker warm klinkt, dan weet je bijvoorbeeld dat de ontwerper bewust gekozen heeft om in te grijpen op het versterkingsproces. Dit heet vaak tuning of voicing.
Afbeelding
Oh ja, het signaal waar we over spreken is natuurlijk muziek. Niet een constant signaal dus, maar iets dat op veel vlakken kan variëren: soms is het luid, soms stil, soms speelt er een enkel instrument, soms een heel orkest. Dit maakt het versterken nog uitdagender.

Een signaal wordt voorgesteld door een waveform of golfvorm, een lijn die van positief naar negatief op en neer gaat over een nul-as. Als versterkers worden uitgelegd, wordt vaak deze perfecte sinusgolf getoond. In de realiteit is dit signaal veel complexer als er muziek speelt. De pieken zijn bijvoorbeeld hoger als het luider is, lager als het stiller is. Maar laten we die complexiteit even links liggen, want een ‘pure’ sinusgolf maakt het wel eenvoudiger om versterkerklassen te duiden.

Doorheen de jaren zijn er verschillende technieken bedacht om een signaal te versterken. Zo komen we aan die befaamde versterkerklassen: A, B, AB, D, enzovoort. Op je zoektocht naar een versterker kun je een hele alfabet ontmoeten, ook omdat fabrikanten soms letters kapen om hun net-iets-andere technologie een eigen etiket te geven. Marketing, dus. Er zijn ook letters die voor de audiowereld irrelevant zijn. Versterkers gebruik je immers ook voor andere type signalen te versterken, zoals hoogfrequente radiosignalen.

Wat zijn de verschillen tussen versterkerklassen?
Een versterkerklasse, zoals klasse A, geeft aan welke techniek er wordt gebruikt om een signaal te versterken van enkele milliwatts naar veel hogere vermogens. Het gaat dan niet zozeer om het gebruik van buizen of transistors, zoals vaak wordt gedacht, maar de methode. Een klasse A-versterker kan bijvoorbeeld zowel een buis als een transistor gebruiken.

Je vraagt je misschien op dit punt af: hoe kan een transistor een zwak signaal versterken? We willen van dit artikel geen cursus elektronica maken, dus we houden het even simpel. Een transistor kun je zien als een schakelaar. Maar je schakelt hem niet door er op te drukken, maar wel door er een stroompje naar te sturen. Je kunt dus met een zwak signaal (=muziek van je bron) een sterker signaal creëren die een perfecte kopie is van het zwakke signaal. Ziezo, je muziek klinkt luider!

Terug naar de versterkerklassen. Een klasse verwijst op zich niet rechtstreeks naar de voeding (zie verder), maar dat wil niet zeggen dat de voeding onbelangrijk is. Integendeel, de voeding in een versterker moet voldoende vermogen hebben én stabiel zijn. Het levert immers de stroom waarmee het geluidssignaal versterkt wordt. Als een voeding bijvoorbeeld niet in staat is om voldoende stroom te leveren als er een plotse hoge vraag ontstaat, dan ontvangt de luidspreker niet genoeg vermogen. Een plotse vraag is niet per se een forse draai naar rechts aan de volumeknop, maar bijvoorbeeld een krachtige klank op een frequentie waar je luidsprekers een hogere impedantie hebben.

Vergelijk het met een assemblageband in de autofabriek: het zijn de werkers langs de lijn die de losse onderdelen omzetten in een afgewerkte wagen, maar aan het begin van de lijn moeten wel de onderdelen net op tijd worden klaargezet door de leveranciers. Als de band plots versnelt, dan moet zij bliksemsnel kunnen volgen.

We hebben het in dit artikel ook niet over de volumeregeling. Maar ook dat is een belangrijk onderdeel van een versterker. Het kan digitaal of analoog, en elk heeft zijn voordelen.

Klasse A
Klasse A is de meest pure versterkingstechniek in audio. De output-stage of uitgangstrap (transistors of buizen) draagt zorg voor de hele sinusgolf. Daarbij blijven de transistors altijd ‘aan’, wat wil zeggen dat ze altijd onder stroom blijven, ook als er geen muziek speelt. Het grote voordeel van klasse A is dat het door die ‘altijd aan’-aanpak bijzonder lineair en zuiver is. Strikt theoretisch is klasse A het beste wat je kunt krijgen.
Afbeelding
Helaas is er ook de echte wereld. Doordat de transistors of buizen altijd onder stroom blijven, verbruiken ze effectief continu stroom. Luid of stil, geluid of niet, het verbruik is altijd maximaal. Hierdoor ontstaat er een enorm verlies, gelijk aan een efficiëntie van 10 tot 30 procent. Dus van die 100 watt elektriciteit die een klasse A-versterker uit het stopcontact slurpt, blijft er 30 watt muziekvermogen over. Maar wat gebeurt er met de resterende 70 watt? Die wordt omgezet in warmte. Dus zelfs als je de stijgende elektriciteitsrekening aan je laars lapt, de hitte ga je niet kunnen negeren.

Het maakt dat klasse A qua geluid wel heel verleidelijk is, maar dat het kostenplaatje vaak te hoog is. Het is niet enkel het hoge stroomverbruik, maar ook het feit dat een krachtige klasse A-versterker een dure voeding nodig heeft. Deze moet krachtig zijn (want denk er aan: voor die 200 watt muziekvermogen heb je 600 tot 2.000 watt aan elektriciteit nodig) en bijzonder goed gefilterd. Goede klasse A-versterkers zijn daarom ook gewoonweg duur.

Wat niet wil zeggen dat Klasse A van de markt is verdwenen. Je vindt het bijvoorbeeld bij hoofdtelefoonversterkers, buizenversterkers en high-end eindtrappen. Sommige merken maken er echt hun specialiteit van. Sugden of Accuphase bijvoorbeeld.

Klasse B
Audioversterkers klasse B ga je nooit tegenkomen. Ze zijn een verdere evolutie van klasse A, bedoeld om de efficiëntieproblemen op te lossen. Bij klasse B heb je een dubbele uitgangstrap, bijvoorbeeld twee transistors. De ene versterkt het signaal boven de as, de andere neemt over als het signaal er onder de duikt. Dit heet ook wel een push-pull-design. Ze schakelen daarbij aan en uit, waardoor er ongeveer de helft van de stroom verbruikt wordt dan bij de klasse A-versterker die altijd ‘aan’ staat.

Helaas is er een probleem bij de overdracht. Transistors (net zoals elk elektronisch onderdeel) kunnen niet onmiddellijk ‘aan’ of ‘uit’ schakelen. Je kunt het vergelijken met een auto: die rijdt ook niet één moment 0 km/u, dan opeens 100 km/u. Het moet op snelheid komen (of afremmen). Een transistor heeft een zekere voltage nodig om te schakelen . Daarom ontstaat er vervorming telkens de sinusgolf onder een bepaald punt daalt. Vervorming moet je verstaan als: het ingangssignaal (=muziek) wordt niet perfect ‘vertaald’ naar het signaal voor de luidsprekers. Heel hoorbaar, wat meteen de reden is waarom klasse B nooit wordt gebruikt.

Klasse AB
Klasse B is volledig verdrongen door klasse AB, wellicht de meest gebruikte techniek in de hifi-wereld. Zoals de naam al suggereert, is het een synthese van A en B. Het is een slim idee: in plaats van de transistors te laten schakelen rond de nul-as, blijven ze even doorwerken. Het is zoals een estafette: de eerste loper blijft gaan terwijl de tweede op snelheid komt, en pas dan wordt het stokje overgenomen.

Hierdoor verdwijnt het probleem van de vervorming grotendeels. Terwijl de tweede transistor op stoom komt, is de eerste immers nog actief. De eerste schakelt zich pas uit als de tweede transistor perfect lineair is geworden.

Er zijn wel wat verschillen tussen AB-versterkers, bijvoorbeeld op welk punt in de sinusgolf de transistors het signaal overnemen. Je hebt ook fabrikanten die versterkers bouwen die voor lage vermogens in klasse A functioneren en bij een vraag naar een hoger vermogen overschakelen op klasse AB.

Algemeen genomen zijn klasse AB-versterkers vrij lineair en verbruiken ze toch minder dan klasse A. Een kwart tot een derde minder, ongeveer. Ook de hitteproductie valt mee, al bestaat het nog wel. Daarom dat voor echt kleine versterkers (bijvoorbeeld in een tv) toch nog andere technieken worden gebruikt.

Klasse G
Wie klasse G zegt, zegt meestal ‘Arcam’. Maar het etiket klasse G is niet officieel erkend zoals de anderen. De techniek die klasse G beschrijft komt ook elders voor. Hetzelfde is waar voor klasse H, dat eigenlijk hetzelfde is maar een andere techniek toepast.

Klasse G en H zijn in essentie een klasse AB-versterker, maar met een voeding die zich aanpast naargelang de vraag. Het levert pas een hogere voltage als dat nodig is. Hierdoor kan een klasse G efficiënter zijn dan een klasse AB, maar toch indien nodig hoge vermogens leveren. De keerzijde is dat de complexiteit verhoogt – en dus ook de kost.

Klasse D
Bijna elke uitleg over versterkerklassen begint op dit punt met de zin: de ‘D’ staat niet voor ‘digitaal’. Ja, er bestaan digitaal gestuurde klasse D-versterkers, net zoals er analoog gestuurde bestaan. Maar dat draait dus rond de sturing van het versterkingsproces, niet het eigenlijke versterken van een signaal. Dat is nog altijd analoog.

Bij klasse D wordt de uitgangstrap (dus de transistors die je muziek versterken) constant aan- en uitgeschakeld. Ze zijn enkel actief indien nodig. Daarom worden ze ook schakelende versterkers genoemd – niet te verwarren met schakelende voedingen.
Afbeelding
Het constante schakelen maakt klasse D extreem efficiënt. Negentig procent van het stroomverbruik wordt muziekvermogen. Of anders gesteld: zonder warm te worden leveren ze aardig wat vermogen. Net wat je nodig hebt als je veel versterkers in een toestel moet stoppen, zoals bij een AV-receiver. Klasse D wordt ook heel veel gebruikt bij compacte draadloze speakers en alles-in-één-apparaten.

Bij audiofielen heeft klasse D niet altijd een goede reputatie. Dat is begrijpelijk, maar ook wat onterecht. Het slechte imago komt van klasse D-versterkers die niet goed ontworpen werd of waar er kosten werden gedrukt.

Het schakelen van de uitgangstrap gebeurt (bijvoorbeeld) met hoogfrequente pulsen, wat een impact heeft op het uitgangssignaal. Daarom moet er na de versterkingsluik een filter komen die de zeer hoge frequenties elimineert. Ook de voeding moet wat robuuster zijn. Die hogere complexiteit betekent dat betere klasse D-versterkers bouwen kennis vereist en dat ze ook een hogere kost dragen. Kortom, klasse D is niet per se een budgettechnologie. Dat bewijst bijvoorbeeld Hypex uit Groningen, die zijn Ncore klasse D-technologie aan verschillende high-end hifi-merken verkoopt. Zo is het deel van de Marantz PM10. Mola Mola is een eigen spin-off die er ook goed in slaagt om Ncore-versterking te laten blinken. Een andere bekend design zijn ICEpower-versterkers, oorspronkelijk bedacht bij Bang & Olufsen.

Bij klasse D denken sommigen misschien ook aan Devialet. Dat klopt maar deels. Hun ADH-technologie is een slimme samenvoeging van klasse A én klasse D, waarbij het lineaire van klasse A ondersteund wordt door klasse D-eindversterking. Wat meteen verklaart waarom de Fransen er in slagen om zoveel vermogen uit heel kleine toestellen te halen.

HiFi.nl 04-11-2017

Plaats reactie