Forstærker: klasser, effekt og impedans

En forstærker gør det svage lydsignal fra anlæggets kilder så kraftigt, at højttalerne kan bruge det. Den sidder midt i stereoanlæggets signalkæde, efter kilderne og før højttalerne. Beregneren øverst viser, hvor højt et par højttalere kan spille ud fra følsomhed, effekt og afstand. Nederst på siden står, hvordan den regner.

Hvad betyder forstærker, og hvad bruges den til?

En forstærker er et apparat, der gør et elektrisk signal kraftigere. I et stereoanlæg vælger den indgang fra pladespiller, cd-afspiller, streaming eller radio, regulerer lydstyrken og leverer den effekt, højttalerne skal bruge. Effekten er nødvendig, fordi en typisk hjemmehøjttaler kun omsætter omkring 1 % af den tilførte energi til lyd. Resten bliver til varme.

Forforstærker, effektforstærker og integreret forstærker

Forstærkningen sker i to led, som kan sidde i hver sin kasse eller i samme:

• Forforstærkeren hæver svage signaler, vælger indgang og regulerer klang. Den giver spændingsforstærkning (fx fra 10 mV til 1 V), men ingen væsentlig strømforstærkning.
• Effektforstærkeren er det sidste elektroniske led før højttalerne og leverer strømmen til dem.
• En integreret forstærker har begge dele i én kasse. Med indbygget radiotuner kaldes den en receiver. En monoblok er en effektforstærker med én kanal.

Aktive højttalere har effektforstærkeren indbygget, passive kræver en ekstern. Se højttalertyper og stereoanlæggets dele.

Klasse A, B, AB og D

Klassen beskriver, hvordan udgangstrinnet arbejder. Virkningsgraden er et teoretisk maksimum: den del af den tilførte energi, der kan blive til signal i stedet for varme.

Klasse AB er udbredt i hjemmeanlæg. Klasse D fik sit gennembrud i midten af 1980’erne, da billige, hurtigt skiftende MOSFET-transistorer kom til.

Effekt: watt, RMS og PMPO

Effekten angives i watt pr. kanal, normalt ved 8 og 4 Ω. Tallet kaldes ofte „watt RMS“ og er den kontinuerlige gennemsnitseffekt, selv om betegnelsen teknisk set ikke er en RMS-værdi af effekten. Den opgives som regel ved begyndende klipning, defineret ved et forvrængningsniveau (THD), typisk 1 %. Tillader man mere forvrængning, kan samme forstærker levere betydeligt mere.

• Ved en sinus er spidseffekten det dobbelte af gennemsnitseffekten, så de to må ikke blandes.
• PMPO er ikke defineret i nogen standard og kan ikke omregnes til kontinuerlig effekt.
• En fordobling af effekten giver ca. 3 dB. En fordobling af den oplevede lydstyrke svarer til ca. 10 dB, altså omtrent ti gange så meget akustisk effekt.

Impedans og samspillet med højttalerne

Højttalerens nominelle impedans opgives i ohm (Ω), fx 4 eller 8 Ω. Tallet er en forenkling, for impedansen svinger med frekvensen. Lavere impedans trækker mere strøm, og forstærkerens maksimale strøm afgør, hvor lav en belastning den kan drive. Derfor opgives effekten ofte både ved 8 og 4 Ω.

Højttalerens følsomhed (dB ved 1 W i 1 m, ofte målt ved 2,83 V) fortæller, hvor meget lyd en given effekt giver. En højttaler kan desuden tage skade ved langt mindre end den opgivne effekt, hvis den presses mekanisk ved lave frekvenser, så effekttallet er ingen enkel grænse.

Dæmpningsfaktor, THD og signal-støj-forhold

• Dæmpningsfaktor er højttalerens nominelle impedans (som regel sat til 8 Ω) divideret med forstærkerens udgangsimpedans. Moderne transistorforstærkere ligger typisk over 50, ældre forstærkere og rørforstærkere tæt på 1 eller under. Modstand i højttalerkablerne sænker tallet, se kabler og tilslutning. Ifølge de beregninger, Wikipedia gengiver, giver værdier over ca. 10–50 ingen hørbare forbedringer.
• THD (total harmonisk forvrængning) er forholdet mellem effekten i alle overtoner og i grundtonen, i procent eller dB. THD+N tager støj med. Målet vægter alle overtoner ens, selv om nogle er sværere at høre end andre.
• Signal-støj-forhold (SNR) er forholdet mellem signalets og støjens effekt i dB. Det hænger tæt sammen med dynamikområdet.

Phono-indgang

Signalet fra en pickup er langt svagere end fra andre kilder og skal både forstærkes og korrigeres efter RIAA-kurven. Det klares af et phonotrin, som kan sidde i forstærkeren, i en separat boks eller i selve pladespilleren. Mere om MM- og MC-pickupper står under pladespiller. Phono-indgangen er kun til pickupper. Cd-afspillere, streamere og radioer hører til de almindelige linjeindgange.

Hvad er en god forstærker, og hvilken er den bedste?

Det afhænger af højttalerne og rummet, og der findes ikke ét svar. Man kan se efter:

• Effekt og impedans, der passer til højttalerne. Beregneren viser, hvilken effekt et ønsket niveau kræver ved højttalernes følsomhed og lytteafstanden.
• Specifikationer med forudsætninger. Effekt pr. kanal ved 8 og 4 Ω med angivet forvrængning kan sammenlignes. PMPO kan ikke.
• Indgange til de kilder, man har: linjeindgange, phono til vinyl og eventuelt digitale indgange eller streaming.
• Højttalerudgange, der passer til kablerne.
• Egen lytning. En blindtest (ABX) kan vise, om en forskel kan høres, men ikke hvilken der er bedst. Se også hvad hi-fi betyder og tjekpunkter for brugt og retro hi-fi.

Sådan regner beregneren

Beregneren finder det maksimale lydtryk på lyttepladsen i fire led:

1. Følsomheden omregnes til 1 W. Er den opgivet ved 2,83 V, trækkes 10·log10(8/Z) fra, hvor Z er impedansen i ohm: S(1 W) = S(2,83 V) − 10·log10(8/Z). 2,83 V giver 1 W i 8 Ω, men ca. 2 W i 4 Ω, så tallet ser højere ud ved lav impedans. Korrektionen er 0 dB ved 8 Ω, −1,2 dB ved 6 Ω og −3,0 dB ved 4 Ω.
2. Effekten lægges til: 10·log10(P), hvor P er watt pr. kanal. Hver fordobling af effekten giver ca. 3 dB.
3. Afstanden trækkes fra: 20·log10(d), hvor d er meter fra højttaler til lytteplads. Hver fordobling af afstanden giver ca. −6 dB.
4. To højttalere lægger 3 dB til. To ukorrelerede kilder med samme niveau lægges sammen effektmæssigt: 10·log10(2) ≈ 3 dB. Med én højttaler er tillægget 0 dB.

Samlet: L = S(1 W) + 10·log10(P) − 20·log10(d) + K, hvor K er tillægget i trin 4.

Eksempel: 88 dB (1 W/1 m), 50 W pr. kanal, 3 m til lyttepladsen og to højttalere giver 88 + 16,99 − 9,54 + 3 = 98,45, altså ca. 98 dB. Regningen kan vendes: med samme højttalere og afstand kræver 100 dB ca. 71 W pr. kanal.

Resultatet er en frifeltsberegning. Rummets refleksioner, højttalerens kompression ved høj effekt og forstærkerens reelle effekt ved den aktuelle impedans kan ændre det. Musik har desuden spidser over gennemsnitsniveauet, og forstærkeren skal have headroom til dem. Tallet er et overslag, ikke en opfordring til at spille så højt.

Om høj lyd

Et anlæg kan spille højere, end det er rart at lytte til. WHO angiver som rettesnor en ugentlig lyttetid på op til 40 timer ved 80 dB og op til 4 timer ved 90 dB, og tiden falder hurtigt ved højere niveauer. Ifølge WHO er høj lyd en almindelig årsag til høretab hos voksne, og vedvarende ringen for ørerne kan være et tegn. Se WHO’s vejledning om lytning. Ved symptomer kan man tale med sin læge.