Οι αρχές σχεδιασμού συσκευών high end audio έχουν αλλάξει τα τελευταία χρόνια. Η γενική αρχή συνοψίζεται πλέον στην αντίληψη ότι το ηλεκτρικό σήμα πρέπει να υφίσταται την ελάχιστη δυνατή επεξεργασία. Αυτό σημαίνει μικρότερες διαδρομές (καλωδίων), λιγότερα στάδια, λιγότερα εξαρτήματα. Σήμερα αυτού του είδους ο μινιμαλισμός θεωρείται προφανής. Η ακριβώς αντίθετη αντίληψη κυριαρχούσε στο hi fi audio τουλάχιστον μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 90.
Σταχυολογούμε χωρίς τάξη κάποιες γενικές τάσεις και “αρχές” σχεδιασμού κυρίως “λαμπάτων” συσκευών του σύγχρονου high end audio :
Σχετικά με τα στάδια και τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα η γενική αρχή είναι : όσο λιγότερα εξαρτήματα (άρα και στάδια), είτε βρίσκονται στην διαδρομή είτε συμβάλλουν στην διαμόρφωση του σήματος (π.χ. πυκνωτές σύζευξης, αντιστάσεις ανόδου και καθόδου, πυκνωτές αυτοπόλωσης κλπ), τόσο το καλύτερο.
Σχετικά με την ολική ανάδραση και τις τοπικές αναδράσεις η αρχή είναι : η μηδενική ολική και τοπική ανάδραση είναι η καλύτερη λύση με την έννοια ότι αποφεύγονται οι μη γραμμικές αλληλεπιδράσεις των (πάντα μη γραμμικών) εξαρτημάτων και η εξαιρετικά μη γραμμική συμπεριφορά του ενισχυτικού κυκλώματος στην “διόρθωση” του σήματος εισόδου. Με την ανάδραση στο audio όχι μόνο κατασκευάζεται ένα απρόβλεπτο σήμα εισόδου, αλλά παράγονται μια σειρά καινούργιων εξ ίσου απρόβλεπτων σημάτων που περιλαμβάνονται στην ενδογενή ενδοδιαμόρφωση. Η ανάδραση είναι χρήσιμη στον αυτόματο έλεγχο ηλεκτρομηχανικών συστημάτων (π.χ.μηχανές κατεργασίας CNC, πυροβόλα πλοίων κι αρμάτων, αεροδυναμική ευστάθεια αεροπλάνων, βιομηχανικοί αυτοματισμοί) κατά προτίμηση γραμμικής ή βηματικής λειτουργίας και ποτέ γιά πολυσύνθετα και αποτόμως μεταβαλλόμενα ακουστικά σήματα. Η μη γραμμικότητα των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων συνίσταται στην εξάρτηση της συμπεριφοράς τους από τίς ηλεκτρικές μεταβλητές και την θερμική ισορροπία, γεγονός που σημαίνει ότι στην πραγματικότητα οι παράμετροι του κυκλώματος δεν είναι σταθερές παρά εξαρτώνται από την ηλεκτρική ένταση και συχνότητα του σήματος και την εξωτερική θερμοκρασία. Ακόμα κι αν υποθέσουμε ότι τα εξαρτήματά μας έχουν σταθερές τιμές, τα κυκλώματα είναι μη γραμμικά και ούτως ή άλλως εμφανίζουν χαοτικές και μη προβλέψιμες συμπεριφορές εκτός ισορροπίας. Δυστυχώς για τους ηλεκτρονικούς, τα μουσικά σήματα είναι εξ ορισμού πολυσύνθετα σήματα εκτός ισορροπίας. Συμπεραίνουμε λοιπόν ότι η πραγματική συμπεριφορά ενός κυκλώματος audio έχει χονδροειδή μόνο σχέση με προσομοιώσεις που βασίζονται σε σταθερά μεγέθη εξαρτημάτων, απλά ημιτονοειδή σήματα, τετραγωνικές κυματομορφές και κρουστικούς παλμούς, που είναι ο κανόνας των υπολογιστικών μας συνηθειών και δυνατοτήτων.
Αλλες σχεδιαστικές αντιλήψεις είναι ότι :
η τάξη Α είναι (προς το παρόν) η κορυφαία τάξη λειτουργίας των ενισχυτικών διατάξεων (υπάρχουν και οι ΑΒ1, ΑΒ2, Β, C, D “ψηφιακή “).
Η τοπολογία Push Pull είναι τεχνικά και θεωρητικά καλύτερη από την τοπολογία Single Ended με την προϋπόθεση οι λυχνίες ή τρανζίστορ να έχουν πανομοιότυπες χαρακτηριστικές καμπύλες λειτουργίας, τα ρεύματα να ρυθμίζονται και οι μετασχηματιστές εξόδου όταν υπάρχουν να είναι τέλειοι, πράγμα πρακτικά αδύνατον. Το κύριο πρόβλημα των τοπολογιών Push Pull συνοψίζεται στον όρο crossover distortion (παραμόρφωση μετάβασης της χαρακτηριστικής καμπύλης λειτουργίας από τις θετικές στις αρνητικές περιοχές τάσης και αντιστρόφως).
Τριοδικοί Single Ended ενισχυτές μπορούν να έχουν άρτιας τάξης παραμορφώσεις μέχρι 8% χωρίς να μας ενοχλούν. Οι άρτιες αρμονικές κρύβουν τις ασθενέστερες -πλην όμως εξαιρετικά ενοχλητικές – αρμονικές παραμορφώσεις περιττής τάξης. Οι άρτιες αρμονικές συνήθως γίνονται αντιληπτές σαν αντήχηση.
Σημ. Οι αρμονικές παραμορφώσεις περιττής ή άρτιας τάξης αναφέρονται στις παραμορφώσεις των συνιστωσών άρτιας και περιττής τάξης ενός σήματος, όταν αυτό αναλυθεί σε σειρά Fourrier.
Οι Single Ended ενισχυτές ακούγονται καλύτερα στο αυτί (ανυπαρξία crossover distortion, ελάχιστη ενδοδιαμόρφωση /ΤΙΜ, εύκολη επιλογή περιοχής γραμμικής λειτουργίας) και συμπεριφέρονται χειρότερα στις μετρήσεις από αντίστοιχους Push-Pull (μεγαλύτερες αρμονικές παραμορφώσεις /THD).
Η σταθερή πόλωση σχάρας με διαίρεση της ΥΤ, μπορεί να αποδειχθεί θορυβώδης.
Η καθοδική αυτοπόλωση έχει σαν συνέπεια μικρότερη ισχύ επειδή “τρώει” τάση και ενδεχομένως πρόσθετες παραμορφώσεις λόγω μη γραμμικής τοπικής ανάδρασης (έστω κι αν υπάρχουν πυκνωτές bypass).
Οι τρίοδες αποδίδουν λιγότερο θόρυβο και παραμορφώσεις από τις πεντόδους σε οποιαδήποτε τοπολογία.
Οι πέντοδες είναι θορυβώδεις εκτός και αν λειτουργήσουν σαν τρίοδες (αποσυνδέεται η 2η σχάρα ή συνδέεται με την άνοδο).
Οι τρίοδες σε τοπολογία Cascode έχουν το ίδιο ενισχυτικό αποτέλεσμα με πεντόδους χωρίς τα μειονεκτήματα των τελευταίων.
Χειροποίητα turretboards / tagboards (κόσσες) μπορούν -αν κατασκευασθούν με επιδεξιότητα- να αποδίδουν καλύτερα από τυπωμένα κυκλώματα (PCBs), επειδή οι κολλήσεις είναι λιγότερες γιά τον ίδιο αριθμό εξαρτημάτων.
Τα νήματα είτε εμμέσου είτε αμέσου θερμάνσεως θα πρέπει να τροφοδοτούνται πάντοτε με συνεχές ρεύμα ώστε να αποφεύγουμε τον θόρυβο των 50Hz του δικτύου. Αυτό δεν είναι απαραίτητο για τα νήματα των θερμιονικών ανορθωτριών αν και οι γνώμες διίστανται και αφορούν κυρίως στην μορφή και το μέγεθος του overshoot. Η ανόρθωση των ρευμάτων γιά τα νήματα, η ομαλοποίηση και η σταθεροποίηση γίνεται από ειδική λήψη του μ/σ τροφοδοσίας με διόδους στερεάς κατάστασης, φίλτρο π και regulator πχ τύπου 78sxx. Ορισμένοι κατασκευαστές δεν ανορθώνουν τα ρεύματα των νημάτων του σταδίου ισχύος, τροφοδοτούν όμως το ένα κανάλι με αντίστροφη φάση εναλλασσομένου σε σχέση με το άλλο τόσο στα νήματα όσο και στην γραμμή υψηλής τάσης, ώστε να αλληλοακυρωθούν ακουστικά (στον αέρα) οι θόρυβοι και οι περιττής τάξης αρμονικές των 50Hz του δικτύου.
Ο διαχωρισμός των καναλιών πρέπει να είναι ακραίος, γι’αυτό ο στερεοφωνικός ήχος (και σκηνή) είναι πάντοτε καλύτερος από τον πολυκάναλο.
Η άμεση σύζευξη είναι καλύτερη από την σύζευξη μέσω πυκνωτού ή μετασχηματιστού με την προϋπόθεση ότι το κύκλωμα δεν εμφανίζει αστάθειες και ταλαντώσεις.
Οι ακολουθητές καθόδου είναι σχεδόν ιδανικοί γιά σύζευξη σταδίων.
Η τοπολογία των ακολουθητών μ ( μ followers ) είναι η καλύτερη λύση γιά υψηλή εμπέδηση εισόδου / χαμηλή εμπέδηση εξόδου συν ακραία ανοσία σε θορύβους και παρεμβολές που προέρχονται από την υψηλή τάση. Εχει δειχθεί με μετρήσεις (Jones) αλλά και είναι θεωρητικά αναμενόμενο ότι ο ακολουθητής μ έχει πρακτικά μηδενικές (μη μετρήσιμες) παραμορφώσεις τάξεως μεγαλύτερης από 2.
Σημ. 1. Ο μ follower είναι σωστό να μεταφράζεται σαν ακολουθητής μ και όχι σαν ενισχυτής ενεργού φορτίου (ανόδου), γιατί σε αυτή την περίπτωση δεν μπορούμε να διακρίνουμε αν πρόκειται για SRPP, beta follower ή μ follower.
Σημ. 2. Στην ελληνική τεχνική ορολογία, ο follower μεταφράζεται σαν “ακολουθητής” (ακόλουθ-ος ενισχυ-τής). Ενας τέτοιος όρος μπορεί να προκαλεί γέλιο στους 1ετείς φοιτητές ΙΕΚ πριν αποκτήσουν επαφή με τεχνικά θέματα, όμως κατά τα άλλα είναι εξαιρετικά διαδεδομένος και πρέπει να τον ανεχθούμε (βλ. τεχνικά εγχειρίδια ηλεκτρονικής και διαδίκτυο).
Ο αντιστροφέας τύπου concertina είναι απλούστερος (καλύτερος) από οποιονδήποτε αντιστροφέα συνεζευγμένης καθόδου ή floating paraphase.
Οι αντιστροφείς isodyne είναι οι καλύτεροι από όλους τους αντιστροφείς (δύο αντισυμμετρικοί ακολουθητές καθόδου) αλλά παράγουν κάτι λιγότερο από το μισό σήμα εισόδου.
Οι δίοδοι Zener παράγουν θόρυβο. Αντικαταστήστε τις με leds και θα έχετε φώς γιά bonus!
Οι δίοδοι στερεάς κατάστασης στα τροφοδοτικά υποτίθεται ότι δίνουν πιό δυναμικό ήχο (έχουμε διαπιστώσει εμπειρικά το αντίθετο), ενώ οι ανορθώτριες λυχνίες παράγουν λαμπρότερο και γενικά πιό ευχάριστο ήχο με λιγότερες δυσάρεστες αρμονικές.
Η E88CC/6922 πιθανότατα είναι η καλύτερη “overall” τρίοδος ασθενών σημάτων.
Η 6SN7 με γυάλινο ενανθρακωμένο περίβλημα παρουσιάζει (Jones) την μικρότερη αρμονική παραμόρφωση μεταξύ των περισσοτέρων μικρών τριόδων.
Η στερεότητα κατασκευής και η μηχανική απόσβεση κραδασμών του σασί είναι προαπαιτούμενες και πολύ σημαντικές ιδιότητες.
Η ποιότητα των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, η μέτρηση και ο έλεγχος (ένα προς ένα) είναι εκ των ων ουκ άνευ στην κατασκευή συσκευών High End Audio.
Οι ανωτέρω “Αρχές” δεν είναι ιεροί εξ αποκαλύψεως κανόνες. Είναι ένα μείγμα εμπειροτεχνικών και επιστημονικών αρχών. Η ποιότητα του ήχου του τελικού συστήματος είναι ο μόνος κανόνας που έχει σημασία.
