Kõrge kvaliteediga võimendid

Roll ja töötamispõhimõte

Võimsusvõimendi saab eelvõimendist juba töödeldud helisignaali ning rakendab sellele fikseeritud võimendust, et viia see tasemele, mis on vajalik akustiliste kõlarite toiteks. Selle sisearhitektuur põhineb suure varuga toiteplokil, mis suudab vastata valjuhääldite voolunõudlusele. Toiteplokk on määrava tähtsusega: suure võimsusega toroidaaltrafo, suure mahutavusega silumiskondensaatorid (sageli vahemikus 10 000 kuni 100 000 mikrofaradi) ning stabiliseerimisahelad võimaldavad pakkuda vajalikku energiat dünaamiliselt ja täpselt.

Võimsusvõimendil puuduvad üldjuhul helitugevuse regulaator ja allikavalija – need funktsioonid täidab ülesvoolu jääv eelvõimendi. Seetõttu on selle liides lakooniline: üks või mitu helisisendit (asümmeetriline RCA või sümmeetriline XLR) ning kõlarite ühendamiseks klemmiterminalid. See näiline lihtsus varjab sageli hoolikamat konstruktsiooni kui integreeritud võimenditel: valitud võimsuskomponendid ja ahel, mis on optimeeritud ainuüksi võimenduse funktsiooniks.

Eraldatud süsteem versus integreeritud võimendi

Eelvõimendi + võimsusvõimendi valik integreeritud võimendi asemel (mis ühendab mõlemad funktsioonid ühes korpuses) on suurem investeering. See lahendus on mõeldud audiofiilidele, kes otsivad erakordset jõudlust ja paremat laiendatavust. Kahe funktsiooni füüsiline eraldamine pakub mitmeid eeliseid: optimaalne isolatsioon tundliku eelvõimendietapi ja soojust ning suurt voolu tekitava võimsusetapi vahel; pühendatud ja üledimensioneeritud toide võimsusele; ning võimalus komponente vabalt sobitada vastavalt eelistustele.

See lähenemine võimaldab süsteemi ka järk-järgult täiendada: alustada integreeritud võimendiga, lisada sellele välise võimsusvõimendi pre-out-väljundite kaudu ning asendada seejärel integreeritud seade pühendatud eelvõimendiga. Samuti muutub võimalikuks bi-amplifikatsioon – üks võimendi madalatele ja teine kõrgetele sagedustele, et tagada kõlarite veelgi täpsem kontroll.

Stereo- ja monokonfiguratsioonid

Stereo-võimsusvõimendid koondavad kahte võimenduskanalit ühte korpusesse, jagades ühist toidet. See kompaktne konfiguratsioon sobib suurepäraselt ühe kõlaripaari toitmiseks hi-fi süsteemis. Mõned mudelid pakuvad kahekordset klemmiterminalide paari (A ja B), mis võimaldab ühendada kaks kõlaripaari või lihtsustab bi-kaabeldust. Lülitiga valitakse, millist paari toidetakse. Mõni stereovõimendi pakub ka silla- (bridge) režiimi, et kombineerida kaks kanalit ja saada kahekordse võimsusega monovõimendi.

Monovõimsusvõimendid (ehk monoplokid) on seadmed, mis on pühendatud ühele kanalile ja paiknevad omaette korpuses. Stereo-installatsiooni jaoks on vaja kahte monoplokki. See konfiguratsioon pakub kanalite täiuslikku eraldatust (vasaku ja parema vaheline häiring on välistatud), võimaldab saavutada väga suuri võimsusi ning annab paigutuses paindlikkust, kasutades lühemaid kõlarikaableid. Monoplokid on kõige nõudlikumate süsteemide etalon, kuigi kaasneb suurem ruumivajadus ja kõrgem hind.

Topelt-mono võimendid koondavad kahte täielikult sõltumatut monoplokki ühte šassiisse, jagades üksnes toitekaabli ja lüliti. Igal kanalil on oma toide, eraldi võimsusahelad ja pühendatud sisendaste. See arhitektuur ühendab monoplokkide eelised (täielik eraldus, häiringute puudumine) ühe korpuse suhtelise kompaktsusega.

Võimendusklassid

Võimendi klass määrab selle elektroonilise töörežiimi ning mõjutab otseselt helikarakterit, kasutegurit ja energiatarvet. A-klass hoiab võimsustransistorid pidevalt maksimaalselt polariseerituna. See tagab maksimaalse lineaarsuse ja väga lühikese reaktsiooniaja, mistõttu kirjeldatakse kõla sageli soojana ja loomulikuna. Miinuspool: madal kasutegur (tavaliselt 20–30%), kõrge energiatarve ja märkimisväärne soojuseraldus ka tühikäigul.

B-klass kasutab kahte transistorit, millest kumbki töötab signaali ühel poolperioodil. Kasutegur tõuseb 50–60%-ni, kuid see lahendus tekitab nulliüleminekul ristmoonutust, mis kahjustab helikvaliteeti. Koduses hi-fi’s on see klass peaaegu olematu. AB-klass, mis on väga levinud, ühendab mõlemad lähenemised: transistorid töötavad madalal tasemel A-klassis ning lülituvad järk-järgult B-klassi kõrgemate tasemete jaoks. See kompromiss pakub head kasutegurit (50–70%) ning piirab ristmoonutust.

D-klass (lülituv võimendus) on uuem tehnoloogia, kus helisignaal moduleerib kõrgsagedussignaali, saavutades 85–90% või kõrgema kasuteguri. Sellised võimendid eraldavad vähe soojust, on kompaktsed ja pakuvad suurt võimsust. Kuigi neid kritiseeriti kunagi muusikalisuse puudumise pärast, suudavad nüüdisaegsed D-klassi võimendid – eriti Hypex NCore’i või Purifi moodulitega – helikvaliteedis konkureerida parimate AB-klassi seadmetega.

Võimsus ja takistus

Võimendi võimsust väljendatakse RMS-vattides kanali kohta ning see sõltub ühendatud kõlarite impedantsist. Mida madalam on impedants (4 oomi versus 8 oomi), seda rohkem voolu peab võimendi andma ja seda suurem on saadaolev võimsus. Võimendi, mis suudab kahekordistada võimsust 8 oomilt 4 oomile, viitab tugevale toitele ja heale võimele käsitleda nõudlikke koormusi. Näide: 100 W 8 oomi korral võiks “kange” võimendi anda 200 W 4 oomi korral.

Mis puudutab võimendi võimsuse ja kõlarite võimsustaluvuse sobivust, siis sageli arvatakse, et liiga võimas võimendi võib kahjustada valjuhääldeid. Tegelikkuses on vastupidi: aladimensioneeritud võimendi, mida surutakse piirini, tekitab moonutusi (signaali kärpimine), mis võib tweeter’eid rikkuda. Piisava võimsusvaruga võimendi kontrollib membraane paremini ka madalal helitugevusel, tänu üledimensioneeritud komponentidele ja suurele vooluvarule. Tulemuseks on parem dünaamika, sügavam bass ja parem transiendi-kontroll.

Olulised tehnilised näitajad

Nominaalvõimsusest kaugemale vaadates määravad võimsusvõimendi jõudluse mitmed parameetrid. Filtreerimisvõime (väljendatud mikrofaradites) näitab hetkega kättesaadava voolu reservi nõudluse tippude jaoks. Mida suurem see väärtus on (10 000 μF algtaseme mudelitel kuni 100 000 μF ja enam tippmudelitel), seda parem on suutlikkus toime tulla dünaamiliste lõikude ja nõudlike kõlaritega.

Harmooniliste moonutuste määr (THD) peaks olema võimalikult väike (tüüpiliselt alla 0,1%, parimatel mudelitel isegi 0,01%), et tagada puhas signaal. Signaali ja müra suhe peab olema kõrge (üldjuhul üle 100 dB), tagades vaikse taustataseme ilma kuuldava kohinata. Läbilaskeala ja sageduskarakteristik peaksid olema laiad (ideaalis mõnest hertsist mitmekümne kilohertsini), et kogu kuuldav spekter saaks truu esituse.

Amortisatsioonitegur (damping factor) mõõdab võimendi suutlikkust kontrollida valjuhääldite membraanide liikumist. Kõrge väärtus (üle 100) viitab heale kontrollile, eriti madalatel sagedustel. Olulised on ka saadaolevad ühendused (RCA, XLR) ja lisafunktsioonid (trigger, silla-režiim, mitmed klemmiterminalid).

Kuidas valida võimsusvõimendit

Võimsusvõimendi valik sõltub mitmest tegurist: toidetavate kõlarite tundlikkusest ja impedantsist, soovitud kuulamisvaljusest, ruumi suurusest ning helieelistustest. Kõrge tundlikkusega kõlarid (90 dB/W/m ja enam) lepivad mõõduka võimsusega, samas kui madalama tundlikkusega mudelid (84–86 dB) nõuavad rohkem vatte. Samuti mõjutavad valikut nimipingeimpedants (4, 6 või 8 oomi) ja selle sagedusest sõltuvad kõikumised: mõned kõlarid langevad teatud vahemikes 3 oomini, mis nõuab võimendit, mis suudab madalaid impedantse käsitleda.

Eelarve suunab loomulikult võimendusklassi valikut: AB-klass pakub kvaliteedi ja hinna head tasakaalu; A-klass maksimaalset muusikalisust (koos kaasnevate termiliste piirangutega); D-klass ühendab kompaktsuse, võimsuse ja energiatõhususe. Tähtis on ka kooskõla eelvõimendiga: tippklassi võimsusvõimendi sidumine algtaseme eelvõimendiga (või vastupidi) tekitab tasakaalutuse. Eesmärk on luua harmooniline komplekt, kus iga element panustab ilma teisi piiritlemata.