Driving av högtalare

Driving av högtalare
Nästan alla slutsteg driver högtalarna med spänning. För att det skall kunna fungera så måste högtalarna uppföra sig som vanliga metallfilmsmotstånd. Det gör de inte. En högtalares impedans påverkas till och med av det rum som den används i. Därför skall en högtalare drivas med ström. Strömmen skall vara linjär mot den spänning som man matar in i slutsteget.

För länge sedan så modifierade min far 100-tals slutsteg av ett känt engelskt märke. En av idéerna var att förse slutsteget med en kompenseringskrets för varierande högtalarimpedans. Denna kompenseringskrets implementerades i motkopplingen, men var i grunden en medkoppling, ett servo. Genom att räkna samman samtliga faktorer i förstärkningssystemet så fick man fram att utgångsimpedansen blev negativ.

Fördelarna var uppenbara: genom att bemästra högtalarsystemets emk så förbättrades basen högst avsevärt. Systemet hade stora fördelar, men även brister eftersom det rörde sig om en medkoppling.

Det fanns flera tillverkare på den tiden som gjorde system med negativ utgångsimpedans. Vissa hade allt inbyggt i ett slutsteg, medans andra tillverkade separata apparater som mätte högtalarnas impedans med en givare på baselementets kon.

Under många år utvecklade jag ett helt nytt system för att kunna bemästra en högtalares varierande impedans, dess motemk. Teorin bakom är hämtad från industriella applikationer för motor och spoldrivning, men återfinns även bland ett fåtal ”hemmabyggare” av högtalare. I grunden är en högtalare inget annat än en elmotor, även om det hela kompliceras en hel del av ett antal ytterligare faktorer.

I korthet så mäter mina slutsteg högtalarnas impedans i realtid och anpassar utspänningen därefter så att den ström som matas genom högtalaren blir linjär mot den spänning som förförstärkaren matar in i slutsteget.
Det fungerar på alla högtalare utom de som har kraftiga dipp i sin frekvensgång. Men, med referens till min text om delningsfilter, så bör man ändå undvika en sådan högtalare. Men om du ändå skaffar en sådan högtalare så går det att justera utgången på våra slutsteg.


Drivning mot jord eller mot signalinvers
De flesta slutsteg driver högtalarna mot jord.
Fördelarna är uppenbara eftersom det är enkelt och fungerar utmärkt, särskilt i små slutsteg. A90 driver högtalarna mot jord.

Men det finns flera nackdelar som gör tekniken olämplig när man vill uppnå kompromisslöst resultat och det är opraktiskt eftersom endast halva nätdelen används.

En musiksignal är en sinusvåg som antingen är positiv eller negativ. Det betyder att ett slutsteg som driver mot jord använder halva nätdelen.
Drivning mot jord blir alltså oekonomiskt eftersom man måste ha en nätdel som är dubbelt så stor, 100W nätdel behövs till 50W uteffekt. Förvisso en sanning med modifikation eftersom det finns en fasskillnad mellan de olika kanalerna, men i princip är resonemanget korrekt.

En annan nackdel med drivning mot jord är att all den ström som drivs genom högtalaren hamnar i förstärkarens jordsystem där den orsakar spänningsfall, förvisso beroende på hur jordsystemet är kontruerat, i teorin skall högtalarens returström inte kunna påverka, men i praktiken blir det annorlunda. Om minsta brum från ett slutsteg, som inte har någon källa kopplad till sig, hörs när man sätter örat tätt till högtalaren så kan man på goda grunder antaga att högtalarens returström tillsammans med likriktarens laddtransienter orsakar kaos inne i förstärkaren, ett kaos som degraderar ljudet.

A90M och A906 driver högtalarna mot signalinvers. Ibland kallas det bryggkopplat. Fördelen är att förstärkarens data förbättras, att högtalarens returström inte kommer åt jordsystemet och att nätdelen utnyttjas mer ekonomiskt.
Den 7 kg tunga 800VA trafon i A906 utnyttjas till fullo. Om A906 hade drivit mot jord så hade det krävts en 14 kg tung 1600 VA trafo istället. En annan fördel är att man kan hålla nere spänningarna inne i förstärkaren vilket sänker produktionskostnaden.

Nackdelen med att driva mot signalinvers är att det krävs två förstärkare: En för signalen och en för signalinversen. Själva slutsteget blir alltså dubbelt så dyrt, vilket måste vägas mot fördelarna i form av bättre ljud och billigare nätdel, men om man är ute efter en kompromisslös förstärkare så är det självklart att driva mot signalinvers.

En annan nackdel är att båda förstärkarna måste vara exakt lika för att det skall fungera. Om de är exakt lika, så blir signalinversen en exakt inverterad kopia av signalen. Men om de inte är exakt lika, så kommer inversen att bli som spegelbilden från en ojämn eller böjd spegel med ett sämre ljud som resultat.
För att lyckas med bryggkoppling, drivning mot signalinvers eller drivning från en signalbalanserad källa så krävs alltså ett förstärkarsteg med mycket hög precision.

Mina slutsteg, även A90, använder ett utgångssteg som är ytmonterat på ett aluminiumkort. Efter produktion är funktionen på varje enskilt utgångsteg verifierad via ett antal olika mätningar. De korta signalvägarna, snäva toleranserna och den termiska kopplingen resulterar i en förstärkare med en enastående precision.

A90 och A906 är ensamma om att använda den här tekniken som är vida överlägsen det traditionella sättet att bygga effektsteg då vanliga glasfiberkretskort används.