Versterkers: hoe werken ze?

Als je muziek wil weergeven via een stel luidsprekers, gebeurt dat met een versterker. Hoe werkt dat, welke soorten onderscheiden we en zijn er verschillen in kwaliteit?

Een versterker versterkt, dat zal wel geen verrassing zijn. Hij vertrekt van een ingangssignaal dat maar weinig vermogen heeft en versterkt dat tot een uitgangssignaal met voldoende vermogen om een stel luidsprekers aan te sturen. We kennen stereo- en surroundversterkers. Die verschillen eigenlijk alleen in het aantal kanalen dat ze bieden. Een stereoversterker heeft twee kanalen: links en rechts. Een surroundversterker heeft er meestal vijf: links voor, centrum voor, rechts voor, links achter en rechts achter. Elk kanaal omvat eigenlijk één versterker. Een surroundversterker heeft dus in feite maar liefst vijf versterkers aan boord. Daarnaast bestaat er ook nog een monoversterker (één kanaal) en surroundversterkers met zes of zeven of nog meer kanalen.

Voor en eind
Een moderne versterker bestaat uit twee onderdelen: een voorversterker en een eindversterker. Alleen de eindversterker zorgt voor het grote vermogen dat nodig is om luidsprekers aan te sturen. De voorversterker dient eigenlijk alleen maar om een signaal van verschillende geluidsbronnen te aanvaarden met behulp van een keuzeschakelaar en dat dan al dan niet bewerkt door te spelen aan de eindversterker. Met "bewerkt" bedoelen we eventuele regelingen voor het volume, de lage en hoge tonen en de balans. Een volumeregeling verzwakt in feite het signaal juist. Als je de volumeknop helemaal open draait, gaat het signaal rechtstreeks en onverzwakt naar de eindversterker. Draai je het volume lager, dan zorgt een groter wordende weerstand in het signaalpad ervoor dat het signaal verzwakt wordt vooraleer het de eindversterker bereikt: daardoor klinkt het geluid zachter. In surroundversterkers zal het voorversterkergedeelte ook zorgdragen voor de decodering van digitale protocollen zoals Dolby Digital of DTS en het omvormen van de digitale geluidsinformatie naar analoog. Alles alle componenten in één kast zitten, spreken we van een geïntegreerde versterker. Een losse eindversterker noemt men ook wel een eindtrap of stereoblok. Een mono-eindversterker heet dan een monoblok. Een losse voorversterker heet soms wel een "pré" (afkorting van het Engelse woord preamplifier, wat voorversterker betekent). Een keuze voor losse componenten in plaats van een geïntegreerde versterker heeft vaak te maken met kwaliteit. Losse componenten hebben een eigen voeding en dus meer vermogen tot hun beschikking, bovendien kun je componenten van verschillende merken met elkaar combineren voor (hopelijk) het beste resultaat.

Vermogen, spanning, stroom en weerstand
Een eindversterker zorgt dus voor het grote vermogen. Hij vertrekt van een vrij klein ingangssignaal: ongeveer een halve tot maximaal twee Volt en enkele milliampères stroomsterkte. Voor het vermogen moet je spanning in Volt en stroomsterkte in Ampères met elkaar vermenigvuldigen: dat geeft dan het vermogen in Watt.

formule: P = U * I

waarbij P = vermogen in W (Watt), U = spanning in V (Volt) en I = stroomsterkte in A (Ampère)

In dit geval praten we dus over erg weinig ingangsvermogen: enkele milliWatts. Een luidspreker is elektrisch gezien een weerstand: omdat hij grotendeels uit een spoel bestaat (de draad die rondom de luidsprekerconushals gewikkeld zit), verandert de weerstand zelfs met de frequentie van het aangeboden signaal. Een luidspreker heeft dus geen constante weerstand (bij wisselstroom spreekt men eigenlijk niet van weerstand maar van impedantie), maar een variabele. Vandaar dat men bij luidsprekers een gemiddelde impedantie opgeeft en die ligt meestal tussen 4 en 8 Ω (Ohm).
De wet van Ohm omschrijft de relatie tussen spanning, stroomsterkte en weerstand: als door een weerstand R een stroom I loopt, kunnen over die weerstand een spanning U meten, waarbij de spanning U gelijk is aan de stroomsterkte I maal de weerstand R.

formule: U = I * R

waarbij U = spanning in V, I = stroomsterkte in A en R = weerstand in Ω.

Om een luidsprekerconus in beweging te krijgen, hebben we enkele tientallen Volt nodig. Bij een weerstand tussen 4 en 8 Ω betekent dat een stroomsterkte tussen meer dan één en maximaal een twaalftal Ampères. En dat betekent dan weer een benodigd vermogen tussen meer dan 10 en meer dan 600 Watt. Nu bestaan er zogenaamde "moeilijke" luidsprekers, die bij bepaalde frequenties vrolijk met hun impedantie onder 2 Ω zakken of zelfs nog lager. Afhankelijk van hoe hard het volume dan staat, kan dat betekenen dat er meerdere tientallen Ampères en tegen de duizend Watt vermogen vereist is. Het zal duidelijk zijn dat dit speciale dikke luidsprekerkabels met een hoog vermogen zou vereisen.
De meeste moderne luidsprekers kunnen een vermogen van zo’n 100 à 150 Watt aan. Een luidspreker die op een gegeven moment 150 Watt vereist bij een gemiddelde impedantie van 6 Ω zou voor volledige uitsturing een aansluitspanning van 30 V nodig hebben en een stroomsterkte van zo’n 5 A, op voorwaarde dat de impedantie niet onder 6 Ω zou zakken. Indien wel, stijgt de stroomsterkte en het benodigde vermogen. Zoals je merkt komt er al heel wat bij kijken.

Samenvattend zeggen we dus dat een eindversterker een ingangssignaal van gemiddeld 1 V en enkele mA moet versterken tot een uitgangssignaal van enkele tientallen V en ettelijke A (tientallen tot honderden W vermogen).

De voeding: het hart van elke versterker