En förstärkares strömkapacitet - kan det skilja mellan Watt och Watt?
Söker du nya högtalare till din förstärkare som enligt pappret lämnar 150 Watt per kanal? Visst låter det mycket och med så mycket effekt borde det kunna spela på väldigt bra. Eller?
Att ange uteffekten på en förstärkare kan vara ganska rörigt och för dig som konsument även förvirrande. Man kan nämligen mäta upp detta på flera sätt med olika mätnormer som inte kan jämföras mot varandra. Tar man en djupdykning i produktens datablad så kan tillverkaren ibland ange hur siffran mätts bra, ibland. Därför är det inte så lätt och hur ska du kunna veta vilken förstärkare som då är rätt val för dina högtalare?
I en förstärkare är det slutstegsdelen som ser till att omvandla spänningsförstärkningen till ström, så att önskad effekt kan levereras till högtalarna, som utgör själva lasten. Rak frekvensgång kan de flesta tillverkarna uppvisa med närmast perfekta värden under de senaste decennierna. Betydligt viktigare krav är hög strömkapacitet och minimal inre resistans för att utan effektförluster kunna hantera en högtalares varierande impedans och fasförskjutningar. Hög dämpfaktor ger bättre kontroll över konutslagen och med stor bandbredd återges snabba transientförlopp med låg distorsion. Hur en tillverkare kommer dit beror på kunskapsnivån, tillåten tillverkningskostnad och hur förstärkaren är uppbyggd. I utgången kan man finna exempelvis MOSFET eller bipolära transistorer, och även den negativa återkopplingen är en viktig aspekt i det hela.
Tar vi en titt på de här två exemplena i Watt-angivelsen så får vi ingen indikation på vilken prisklass vi befinner oss i, men vi kan läsa av vilken av de två angivelserna som är den mest ärliga. Right?
Exempel 1: 7x165 Watt (6 Ohm, 1 kHz, 1 % THD, 1-kanals drift, IEC)
Exempel 2: 5x75 Watt (8 Ohm, 20 Hz-20 kHz, 0.07 % THD, 5-kanals drift, RMS)
Förstärkare 1 borde alltså kunna pressa ur sig hela 1.155 Watt totalt, medans förstärkare 2 kommer upp i fjuttiga 375 Watt totalt i en direkt jämförelse. Vilken låter bäst då? Förmodligen förstärkare 2, men det kan väl inte stämma?
Svaret är att uteffekten kan anges i olika mätnormer. Vissa är mer ärliga, medans andra är mindre ärliga och egentligen bara ger glädjesiffror på pappret. Men visst är det lockande att köpa den där förstärkare som trots allt har så många Watt?
Höga Watt-siffror förosakade av en mindre ärlig mätnorm blir endast imponerande på pappret, men ger en missvisande bild då förstärkarens nätdel på begriplig svenska egentligen inte utsatts för någon direkt svår last.
Ska man sedan hårddra det på djupet så skiljer det ljudmässigt i kvalitet, även mellan två strömstarka förstärkare. Komponentvalet är givetvis också en oehört viktig faktor i hela mixen. Men en strömstark förstärkare har betydligt bättre möjligheten att driva högtalare utan att skapa distorsion.
Med förstärkare 2 har man lagt en belastning på alla fem kanalerna samtidigt genom hela frekvensregistret, alltså från den djupaste och mest effektkrävande basen vid 20 Hz och hela vägen upp till det översta diskantområdet som vi hör vid 20 kHz (20.000 Hz). Man tillåter knappt någon förvrängning (distorsion) alls, då den ligger på 0.07 %. Det är ju så här vi spelar musik eller tittar på film. Det skall låta rent och vi gör det under en viss period.
Med förstärkare 1 har man lagt en belastning på endast en kanal och då med en pipton vid endast en frekvens - 1 kHz. Dessutom tillåter man nu hela 1 % förvrängning. Inte lyssnar vi väl så här? Vill du njuta av surroundljud så ska det väl inte pipa med en ton enbart i centerhögtalaren?
Den mest ärliga mätnormen – FTC - är den som organisationen Federal Trade Comission bestämde år 1974, där en förstärkares effekt ska mätas och anges inom hela det hörbara frekvensområdet, alltså från den lägsta och mest energikrävande djupbasen från 20 Hz, och upp till det översta diskantområdet vid 20kHz. Den lägsta effekten som förstärkaren klarar av att avge inom hela detta frekvensregister är den siffra som ska får användas.
Sedan finns det fler mätnormer. Den mest vanliga specifikationen är RMS, som står för den genomsnittliga kontinuerliga uteffekten som en förstärkare kan leverera, vilket är upp till ca 70 % av FTC. När du spelar musik igenom ett par högtalare är det givetvis inte alltid fullt blås i samtliga frekvenser samtidigt, så RMS är en väldigt ärlig och beskrivande mätnorm på hur det ser ut i verkligheten.
En mindre ärlig mätnorm är IEC, som med sitt begränsade frekvensomfång mellan 63 Hz till 12.5 kHz främst har tagit bort det mest energikrävande djupbasområdet mellan 20 och 63 Hz. DIN är en annan mätnorm som blir ännu mer missvisande då man endast mäter vid 1 kHz, alltså endast ett tonsvep vid en frekvenspunkt! Spelar man musik eller tittar på film hemma, så spelar högtalaren massor av frekvenser samtidigt och belastas därmed på ett helt annat sätt.
För att reda ut begreppen kring en förstärkares uteffekt måste man också veta lite om ström och dess samband. I stort sett alla förstärkare har skyddskretsar, som skall förhindra att förstärkaren går sönder vid överbelastning eller kortslutning. Ett billigt alternativ är att använda sig av strömbegränsare, som stryper strömmen till slutsteget när den når över en viss nivå. Vid normal spelning når du ganska snabbt dessa nivåer och får distorsion varje gång skyddskretsarna slår till och från. Denna distorsion syns ej vid standard THD (Total Harmonic Distorsion) mätning.
En rejält byggd förstärkares skyddskretsar är uppbyggda på ett annat sätt. De påverkas ej vid normal spelning utan endast vid tillfälliga kortslutningar. Förstärkaren måste vara kapabel att lämna den ström en högtalare kräver, annars får du ett tamt och tråkigt ljud. En förstärkares strömkapacitet bestäms av skyddskretsarna samt nätdelens uppbyggnad och dess strömlagringsförmåga, vilket är en kostsam del i förstärkarkonstruktionen och därmed går hand i hand med dess prislapp.
Vanligtvis mäter man en förstärkares uteffekt över ett 4 eller 8 Ohms motstånd utan någon fasförskjutning (belastningen är konstant). Detta sätt att mäta kräver endast ett litet strömuttag av förstärkaren. Exempelvis kan en 40 Volts utsignal över ett 8 Ohms motstånd generera 100 Watts uteffekt med mindre än 3 Ampere ström. En verklig högtalare har dock inget konstant motstånd, utan dess impedans varierar med frekvensen som återges och likaså är det fasförskjutningar att beakta. När musik skall återges är det hela frekvensregistret som ger en belastning på förstärkaren med mängder av variationer samtidigt. När en högtalare är angiven med ett impedansvärde så är detta nominellt, alltså genomsnittligt. På en 8 Ohms högtalare kan impedansen pendla mellan 2.7 och 16.4 Ohm. En del högtalare är mer linjära i impedansen, medans andra konstruktioner kan vara mer komplexa, och kommer därmed att kräva mer ström från förstärkarens nätdel för att det skall låta bra och inte ansträngt.
Vid vissa tillfällen måste förstärkaren vara kapabel att lämna upp till 10 gånger mer ström än vad som behövs med ett konstant motstånd. Så för att producera 100 Watts uteffekt med en nominell 8 Ohms högtalare kan det krävas en konstant strömkapacitet av minst 30 Ampere. Om ett strömvärde (Ampere) på förstärkaren anges, så är detta mer relevant än på vad förstärkaren kan prestera i ett Watt-värde. Detta är dock något som många tillverkare undviker av en viss anledning.
Ett välkänt faktum är att strömstarka förstärkare spelar musik på ett kraftfullare och mer dynamiskt sätt än vad en strömklen konstruktion med missvisande glädjesiffror på pappret förmår att göra. Det är ungefär som att jämföra det med oss människor i verkliga livet. Är du överöst med uppgifter på jobbet och stressad, så är risken större att du ger fler fel och blir överarbetad. Ungefär på samma sätt arbetar en förstärkare som inte mäktar med de inkopplade högtalarna. Den blir stressad och börjar mata ut en i en större grad förvrängd signal, och det kan gå så långt att man spelar sönder både förstärkare och högtalare om den börjar mata ut likspänning. Faktum är att det är lättare att spela sönder grejer med en för klen förstärkare än en för stark.
Effektkuben är ett bra sätt att mäta hur en förstärkare beter sig under verkliga förhållanden. Man använder sig av tjugo olika belastningar som i tur och ordning kopplas till förstärkaren.
• Förstärkaren belastas med en impedans på 8, 4, 2 och 1 Ohm, där de fyra impedanserna har ett konstant motstånd
• Förstärkaren belastas genom spolmotstånd med åtta induktiva belastningar med en fasförskjutning på 30 och 60 grader i de fyra impedanserna
• Förstärkaren belastas genom kondensatormotstånd med åtta kapacitiva belastningar med en fasförskjutning på 30 och 60 grader i de fyra impedanserna
Vid varje belastning mäter man hur hög spänning förstärkaren avger utan att det låter illa. Genom detta har man täckt in de flesta tänkbara kombinationer som kan uppkomma i en verklig högtalare.
Den optimala förstärkaren kan spela lika starkt vid alla typer av belastningar, vilket innebär att dess effektkub kommer att se ut som just en kub. Detta innebär alltså att nätdelen har förmågan att leverera en tillräcklig mängd ström (Ampere) när högtalaren begär det, och detta innebär rent ljudmässigt att ljudbilden blir mer levande då dynamikomfånget blir bättre och förvrängningen (distorsionen) blir lägre. En bra förstärkare har alltså mindre avvikelser från denna form, medans en dålig förstärkare kommer ha en kub som mer liknar en pyramid. Detta innebär alltså att nätdelen inte är tillräcklig för det strömuttag som högtalaren utgör, vilket ljudmässigt ger mindre pondus i basregistret och en hårdare klang i diskantområdet då förvrängningen av signalen blir mer hörbar.
• Förstärkaren belastas genom spolmotstånd med åtta induktiva belastningar med en fasförskjutning på 30 och 60 grader i de fyra impedanserna
• Förstärkaren belastas genom kondensatormotstånd med åtta kapacitiva belastningar med en fasförskjutning på 30 och 60 grader i de fyra impedanserna
Vid varje belastning mäter man hur hög spänning förstärkaren avger utan att det låter illa. Genom detta har man täckt in de flesta tänkbara kombinationer som kan uppkomma i en verklig högtalare.
Den optimala förstärkaren kan spela lika starkt vid alla typer av belastningar, vilket innebär att dess effektkub kommer att se ut som just en kub. Detta innebär alltså att nätdelen har förmågan att leverera en tillräcklig mängd ström (Ampere) när högtalaren begär det, och detta innebär rent ljudmässigt att ljudbilden blir mer levande då dynamikomfånget blir bättre och förvrängningen (distorsionen) blir lägre. En bra förstärkare har alltså mindre avvikelser från denna form, medans en dålig förstärkare kommer ha en kub som mer liknar en pyramid. Detta innebär alltså att nätdelen inte är tillräcklig för det strömuttag som högtalaren utgör, vilket ljudmässigt ger mindre pondus i basregistret och en hårdare klang i diskantområdet då förvrängningen av signalen blir mer hörbar.
