Analoge en digitale versterkers: de verschillen, de gelijkenissen

Versterkers: hoe werken ze?

10

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?
audio-video
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

10 REACTIES

  1. De term ‘Digitale versterker’ is niet juist. Een versterker kan geen eentjes en nulletjes versterken.

  2. Renze: er staan wel meer bizarre dingen in deze tekst, zoals "de meeste moderne luidsprekers hebben een vermogen van 150 watt". Terwijl het hier duidelijk over passieve luidsprekers gaat. Die hebben dus geen vermogen. Versterkers hebben een vermogen. Vrij amateuristisch, dit artikel.

  3. Hoe kun je nu met een voorversterker de toonhoogte regelen ?????? Dus als je een stuk muziek hoort dat in de toonsoort \”C\” staat, kun je met de toonhoogte regelknop naar \”B\” of naar \”D\” gaan? Bizar….

  4. Transistor in Klasse B: crossoververvorming en Transientvervorming :niet te pruimen.
    Buizen altijd ver , bijna in klasse a: luister zelf, luistermoeheid bestond in de buizentijdperk niet, tafelradios klonken mooi, enkelzijdig A meestal.
    Klass a transistor heeft rendement van 50 procent, hou toch eens op met napraterij over toegevoegde 2 de harmonischen, onzin.

  5. Huitema: Ik zal niet ontkennen dat er zeer goede buizenversterkers bestaan (en ja, die heb ik al gehoord). Je kunt echter ALTIJD een even goed of beter resultaat bereiken met een transistorversterker en wel veel goedkoper. Wat mij betreft hebben buizen gewoon teveel nadelen om ze in versterkers voor consumentenaudio te gebruiken. Alleen al het feit dat het vervangen van de buizen elke 3000 uur of zo een kostelijke grap is, zou prijsbewuste hifiliefhebbers ervan moeten weerhouden hun zuurverdiende centen aan een buizenversterker uit te geven.

    • Volkomen gelijk. Voor muziek is 2 maal 10 Watt meestal ruim voldoende, dan is een buizenversterker voordeliger, bijv met EL84, met torren hetzelfde bereiken is veel kostbaarder, eigenlijk alleen met Klasse A transistorversterkers. Zijn er nauwelijks en zeer prijzig. Een EL84 kost je 6 euro. Die gaat heel lang mee.

      • Dag Huub,
        Voor dergelijke kleine vermogens kun je inderdaad vrij goedkoop uitstekende buizenversterkertjes vinden, maar ook veel rommel. Een 2×10 Watt klasse A (of klasse D!) transistorversterkertje kun je echter ook erg goedkoop vinden terwijl het dan toch uitstekend presteert. Dat is het probleem niet. Of 2×10 Watt “ruim voldoende” is, hangt echt af van de luidsprekers die je wil gebruiken. Dergelijke lage vermogens kunnen alleen met zogenaamde hoogrendemente luidsprekers, van minstens 92 à 95 dB/2,83V/1m of nog gevoeliger. Dat beperkt je keuzevrijheid nogal. Of als je natuurlijk altijd heel zacht speelt qua volume.
        Daarom raad ik mensen aan om altijd eerst de luidsprekers te kiezen, en dan pas op zoek te gaan naar de versterker die hen het best kan aansturen.

  6. ik ben dus een buizenliefhebber…..
    De hoogspanning heeft niets te maken met de emissie….
    Tevens is het niet waar dat buizen altijd vervormen…., bij kleine signalen zijn er tussen buizen en transistoren bijna geen verschillen. Wordt het signaal groter dan gaan buizen idd. 2e harmonischen produceren. Transistoren kunnen veel meer power handlen, gaan transistoren echter clippen dan produceren ze veel 3e harmonischen. Ons oor beleeft dit als scherp en kil
    Ik zou wel eens een luistertest willen doen tussen 0,001 en 0,1% vervorming!!!! daar heb je een computer voor nodig!!! om dan gelijk te zeggen dat het geen zier met hifi heeft te maken…….verder beleven en horen wij geluid via onze oren ook niet al te \’ recht\’ en is het uit vele onderzoeken gebleken dat het geluid uit een goede (!) buizenbak als prettiger wordt ervaren.
    Transistor hebben ook wel enige onhebbelijkheden op het gebied van temperatuur maar eerlijk is eerlijk buizen hebben er meer (al is dat juist de uitdaging!)
    Transformatoren zijn sinds 1950 wel even wat veranderd natuurlijk qua verzadigings en overdrachtseigenschappen
    (digitale studio mengapanelen hebben immers vaak ook ingangstrafo\’s…)
    Alles heeft zijn voors en tegens; ik hou gewoon van het idee dat de elektronen die door de versterker gaan \’ vrij\’ kunnen vliegen, dat idee boeit me technisch, maar ook gehoormatig.
    (klasse D geeft trouwens een verdacht buis-achtig geluid!!! maar ja het gloeit niet…..:-)

    In plaats van de buizen meteen af te schrijven….probeer het eens, luister naar buizen, luister naar transistoren, lees erover en ervaar zelf wat je het meest aangenaam in de oren klinkt

  7. Er bestaan ook kleine (zelfbouw) klasse A versterkers ,die tussen
    de 10 en 20 Watt kunnen leveren .
    Voor huiskamer gebruik is dit prima te doen
    Het opgenomen is dan ongeveer 120Watt (stereo),maar dan geniet je wel van het klasse A geluid

  8. Goed artikel. Ik houd van muziek en heb voor duizenden aan audioapparatuur gekocht maar snap nu pas wat ik in huis heb gehaald.

Comments are closed.