Waarom buizenversterkers?
Muziek luisteren kan intens genieten zijn. Live muziek is altijd een sensatie; om dezelfde sensatie thuis te krijgen zijn dynamiek, ritme, articulatie en juiste weergave van alle klankschakeringen belangrijk. Een systeem moet brutaal kunnen klinken, maar ook soft en ingetogen: precies zoals de muziek dat vraagt.
Electronica die dat bij uitstek kan, is buizenapparatuur. Door hun eenvoudige constructie en eerlijke materialen geven buizen muziek weer met onbeperkte dynamiek, in al haar timbres en zonder enige scherpte of vermoeiing - in tegenstelling tot transistorversterkers. Daarom zijn er ook CD-spelers en zelfs streamers op de markt met buizen! Ook veel muzikanten spelen het liefst via buizenversterkers.
Op deze pagina probeer ik te duiden waarom buizenversterkers de voorkeur van HEA hebben. Hierbij duiken we eerst wat verder in de audiotechniek, om uiteindelijk uit te kunnen komen bij levensechte muziek…
WAAROM KLINKEN BUIZEN NATUURLIJKER?
U weet ongetwijfeld uit eigen ervaring welke invloed interconnects en kabels hebben op de weergave van uw muziek. De oorzaak van die verschillen komt grotendeels voort uit de gebruikte materialen. Ook bij luidsprekers heeft het gebruikte materiaal (en de toegepaste materiaaltechnologie) een primaire impact op het muzikale eindresultaat. Niet voor niets komen in besprekingen van audioproducten termen aan de orde als OFC, verzilverd, papier, cellulose, kevlar, diamant, beryllium, sandwich materialen, etc., etc.
Als vanzelfsprekend is de invloed van materiaalkeuze juist enorm groot bij de versterkende elementen. Deze elementen zijn immers het meest kritische deel in iedere installatie, omdat ze het muzieksignaal verwerken. Solidstate ofwel transistor elementen ofwel halfgeleiders zijn meestal opgebouwd uit het materiaal silicium. Door ingewikkelde processen wordt silicium omgevormd tot varianten (bijvoorbeeld P en N) ieder met specifieke elektrische eigenschappen. In een complex chemisch proces worden er uiteindelijk transistoren en FET's van gemaakt, of IC's zoals opamps. Het muzieksignaal gerepresenteerd door elektronen, zal dus een weg doorlopen van verschillende materialen. Halfgeleider materialen hebben een meervoudig niet-lineair gedrag voor alle elektrische eigenschappen; dat wil zeggen dat bijvoorbeeld de stroomversterking varieert met de grootte van het signaal zelf. Buizen daarentegen bestaan slechts uit enkele electroden van metaal of koolstof (triodes hebben er drie, pentoden vijf) geplaatst in vacuüm. Deze electroden hebben dus lineaire elektrische eigenschappen. En vacuüm is een ideaal audiofiel materiaal zoals u zult begrijpen... De versterkerkarakteristiek van een buis is slechts enkelvoudig en beperkt niet-lineair.
Juist om bovenstaande redenen kunnen buizenversterkers die ook nog eens slechts enkele versterkerelementen bevatten, met geen of weing tegenkoppeling al goede resultaten bereiken, hetgeen de levendigheid en transparantie altijd ten goede komt.
Het eindresultaat is muziek letterlijk zoals het bedoeld is door de artiest: een realistische weergave van klankkleuren, dynamiek, rust en ruimte.
ZIJN BUIZEN NOG VAN DEZE TIJD?
Kent u ze nog, buizen? Sommigen noemen ze lampen. Vroeger was er niets anders: de radio’s, TV’s, meetapparatuur… Ook computers, raketten zelfs, waren uitgerust met buizen. Misschien heeft uw TV ook nog een buis: de beeldbuis. Een heel betrouwbaar en uit-ontwikkeld product dus. Bovendien zijn ze bij musici zijn nog steeds zeer gevraagd voor bijvoorbeeld gitaarversterking en zang. Onze radio en TV-zenders werken nog steeds met zendbuizen. Buizen zijn nog steeds volop verkrijgbaar; vooral in Rusland en China wordt volop geproduceerd. ‘NOS’ buizen zijn buizen uit oude voorraden. Buizen zijn geschikt voor de versterking van alle frequenties: vanaf gelijkspanning tot en met giga hertzen. Tegenwoordig staan buizen terecht weer volop in de belangstelling. Diverse merken zoals Artephonos en Cayin hebben een mooi en betaalbaar gamma met een hedendaags design en gebruiksgemak.
Het is een misverstand dat een buizenversterker ’warm’ klinkt. Tenminste indien men bedoelt dat de hoge tonen verzwakt zijn... (zoals in de oude tafelradio’s, zeker die van Duitse makelij). Wel moet worden gezegd dat je een strakke laagweergave met buizen bepaald niet ’cadeau’ krijgt (zoals bij solidstate versterkers vaak wel het geval is). Dat komt door de uitgangstransformator (die vrijwel altijd nodig is). Deze moet forse afmetingen hebben om een goede controle over de speaker te hebben. Dit is dus een van buiten af zichtbare ’kwaliteitsmaatstaf’ voor een buizen versterker. En weet dat triode eindbuizen het beste scoren.
Overigens heeft een echt goed ontworpen en goed gebouwde speaker zoals een Peitho, geen strakke controle nodig.
Tot slot: voor ieder product geldt dat niet alleen het gebruik van de fijnste onderdelen belangrijk is, maar dat het geheel ook goed ontworpen en goed gebouwd moet zijn. Er zijn dus ook buizenversterkers op de markt die niet veel beter klinken dan goede solidstate versterkers….
WELKE SOORTEN BUIZEN ZIJN ER?
Buizen (oftewel lampen) zijn er in verschillende soorten. In volgorde van complexiteit zijn de belangrijkste soorten de volgende.
De diode De allereenvoudigste buis is een diode. Deze heeft een anode, een kathode en een gloeidraad. De gloeidraad verwarmt de kathode waardoor het speciale metaaloxidelaagje dat op die kathode is aangebracht, elektronen (dus negatief geladen) gaat uitzenden. Deze elektronen zorgen voor een elektrische stroom van de anode. Deze stroom loopt altijd slechts één kant uit; een diode is derhalve bruikbaar als gelijkrichter in bijvoorbeeld een voeding. De anode heeft een positieve spanning ten opzichte van de kathode. Wanneer je door het glas van een buis naar binnen kijkt zie je de anode. Meestal is die anode van metaal, soms bijvoorbeeld van koolstof. In de meeste anoden zitten openingen, waardoorheen je het kathodebuisje ziet zitten. In deze kathode zit de gloeidraad, die aan de onderzijde en aan de bovenzijde van de kathode ook zichtbaar licht uitstraalt (wanneer de versterker is ingeschakeld natuurlijk).
Electronica die dat bij uitstek kan, is buizenapparatuur. Door hun eenvoudige constructie en eerlijke materialen geven buizen muziek weer met onbeperkte dynamiek, in al haar timbres en zonder enige scherpte of vermoeiing - in tegenstelling tot transistorversterkers. Daarom zijn er ook CD-spelers en zelfs streamers op de markt met buizen! Ook veel muzikanten spelen het liefst via buizenversterkers.
Op deze pagina probeer ik te duiden waarom buizenversterkers de voorkeur van HEA hebben. Hierbij duiken we eerst wat verder in de audiotechniek, om uiteindelijk uit te kunnen komen bij levensechte muziek…
WAAROM KLINKEN BUIZEN NATUURLIJKER?
U weet ongetwijfeld uit eigen ervaring welke invloed interconnects en kabels hebben op de weergave van uw muziek. De oorzaak van die verschillen komt grotendeels voort uit de gebruikte materialen. Ook bij luidsprekers heeft het gebruikte materiaal (en de toegepaste materiaaltechnologie) een primaire impact op het muzikale eindresultaat. Niet voor niets komen in besprekingen van audioproducten termen aan de orde als OFC, verzilverd, papier, cellulose, kevlar, diamant, beryllium, sandwich materialen, etc., etc.
Als vanzelfsprekend is de invloed van materiaalkeuze juist enorm groot bij de versterkende elementen. Deze elementen zijn immers het meest kritische deel in iedere installatie, omdat ze het muzieksignaal verwerken. Solidstate ofwel transistor elementen ofwel halfgeleiders zijn meestal opgebouwd uit het materiaal silicium. Door ingewikkelde processen wordt silicium omgevormd tot varianten (bijvoorbeeld P en N) ieder met specifieke elektrische eigenschappen. In een complex chemisch proces worden er uiteindelijk transistoren en FET's van gemaakt, of IC's zoals opamps. Het muzieksignaal gerepresenteerd door elektronen, zal dus een weg doorlopen van verschillende materialen. Halfgeleider materialen hebben een meervoudig niet-lineair gedrag voor alle elektrische eigenschappen; dat wil zeggen dat bijvoorbeeld de stroomversterking varieert met de grootte van het signaal zelf. Buizen daarentegen bestaan slechts uit enkele electroden van metaal of koolstof (triodes hebben er drie, pentoden vijf) geplaatst in vacuüm. Deze electroden hebben dus lineaire elektrische eigenschappen. En vacuüm is een ideaal audiofiel materiaal zoals u zult begrijpen... De versterkerkarakteristiek van een buis is slechts enkelvoudig en beperkt niet-lineair.
Juist om bovenstaande redenen kunnen buizenversterkers die ook nog eens slechts enkele versterkerelementen bevatten, met geen of weing tegenkoppeling al goede resultaten bereiken, hetgeen de levendigheid en transparantie altijd ten goede komt.
Het eindresultaat is muziek letterlijk zoals het bedoeld is door de artiest: een realistische weergave van klankkleuren, dynamiek, rust en ruimte.
ZIJN BUIZEN NOG VAN DEZE TIJD?
Kent u ze nog, buizen? Sommigen noemen ze lampen. Vroeger was er niets anders: de radio’s, TV’s, meetapparatuur… Ook computers, raketten zelfs, waren uitgerust met buizen. Misschien heeft uw TV ook nog een buis: de beeldbuis. Een heel betrouwbaar en uit-ontwikkeld product dus. Bovendien zijn ze bij musici zijn nog steeds zeer gevraagd voor bijvoorbeeld gitaarversterking en zang. Onze radio en TV-zenders werken nog steeds met zendbuizen. Buizen zijn nog steeds volop verkrijgbaar; vooral in Rusland en China wordt volop geproduceerd. ‘NOS’ buizen zijn buizen uit oude voorraden. Buizen zijn geschikt voor de versterking van alle frequenties: vanaf gelijkspanning tot en met giga hertzen. Tegenwoordig staan buizen terecht weer volop in de belangstelling. Diverse merken zoals Artephonos en Cayin hebben een mooi en betaalbaar gamma met een hedendaags design en gebruiksgemak.
Het is een misverstand dat een buizenversterker ’warm’ klinkt. Tenminste indien men bedoelt dat de hoge tonen verzwakt zijn... (zoals in de oude tafelradio’s, zeker die van Duitse makelij). Wel moet worden gezegd dat je een strakke laagweergave met buizen bepaald niet ’cadeau’ krijgt (zoals bij solidstate versterkers vaak wel het geval is). Dat komt door de uitgangstransformator (die vrijwel altijd nodig is). Deze moet forse afmetingen hebben om een goede controle over de speaker te hebben. Dit is dus een van buiten af zichtbare ’kwaliteitsmaatstaf’ voor een buizen versterker. En weet dat triode eindbuizen het beste scoren.
Overigens heeft een echt goed ontworpen en goed gebouwde speaker zoals een Peitho, geen strakke controle nodig.
Tot slot: voor ieder product geldt dat niet alleen het gebruik van de fijnste onderdelen belangrijk is, maar dat het geheel ook goed ontworpen en goed gebouwd moet zijn. Er zijn dus ook buizenversterkers op de markt die niet veel beter klinken dan goede solidstate versterkers….
WELKE SOORTEN BUIZEN ZIJN ER?
Buizen (oftewel lampen) zijn er in verschillende soorten. In volgorde van complexiteit zijn de belangrijkste soorten de volgende.
De diode De allereenvoudigste buis is een diode. Deze heeft een anode, een kathode en een gloeidraad. De gloeidraad verwarmt de kathode waardoor het speciale metaaloxidelaagje dat op die kathode is aangebracht, elektronen (dus negatief geladen) gaat uitzenden. Deze elektronen zorgen voor een elektrische stroom van de anode. Deze stroom loopt altijd slechts één kant uit; een diode is derhalve bruikbaar als gelijkrichter in bijvoorbeeld een voeding. De anode heeft een positieve spanning ten opzichte van de kathode. Wanneer je door het glas van een buis naar binnen kijkt zie je de anode. Meestal is die anode van metaal, soms bijvoorbeeld van koolstof. In de meeste anoden zitten openingen, waardoorheen je het kathodebuisje ziet zitten. In deze kathode zit de gloeidraad, die aan de onderzijde en aan de bovenzijde van de kathode ook zichtbaar licht uitstraalt (wanneer de versterker is ingeschakeld natuurlijk).
De triode (zie schets)
Een triode heeft een aansluiting extra: het zogenaamde stuurrooster dat zich bevindt in de weg die de elektronen afleggen van kathode k naar anode a. Een spanning op het rooster beinvloedt die stroom elektronen. Indien de spanning op het rooster een muzieksignaal is, verandert de stroom elektronen in het ’ritme’ van de muziek mee. Zo verschijnt aan de anode een versterkt muzieksignaal. Dit rooster is een spiraalvormige draad die door de openingen in de anode meestal zichtbaar is.
Een kenmerkende eigenschap van de triode is verder dat de stroom afhankelijk is van de spanning op de anode, hetgeen verlies in vermogen en in versterking geeft.
De (beam)tetrode Om de invloed van de anodespanning bij de triode te verkleinen wordt in de tetrode een zogenaamd schermrooster geplaatst tussen de anode en het stuurrooster. Dit schermrooster wordt daartoe op een vaste spanning gehouden. Dit rooster mag voor een correcte versterking van ons muzieksignaal geen muzieksignaal voeren en wordt daarom met een condensator kortgesloten naar ’aarde’. Deze tetrode heeft een aantal technische nadelen waarvan bespreking hier te ver gaat. Deze nadelen worden grotendeels ondervangen door nog een derde rooster toe te voegen.
De pentode Wie Grieks kent, weet dat “penta” vijf betekent (en “tetra” vier, “trios” drie en “duo” twee). Deze getallen slaan dus op het totaal aantal elektroden van een buistype. De vijfde elektrode (en dus het derde rooster) van een pentode heet het keerrooster. Een (halfgeleider) FET heeft een elektrische gedrag dat in hoofdlijnen lijkt op het gedrag van een pentode.
Voorversterkerbuizen en eindbuizen Dit zijn geen andere buizen dan de hierboven reeds besproken soorten. Deze onderverdeling slaat alleen op de toepassing waarvoor een buis is ontworpen. Een eindbuis moet vermogen kunnen leveren om bijvoorbeeld luidprekers aan te kunnen sturen. Zo’n buis is daarom zwaar en groot uitgevoerd. Voorversterkerbuizen ofwel signaalbuizen zijn kleiner. Vaak worden twee of zelfs drie buissystemen in een en dezelfde glazen ballon ondergebracht.
Triode versus pentode in audio toepassingen Een triode geeft veel minder vervorming dan een pentode. Bovendien bevat de vervorming van een triode vooral tweede dus even harmonischen. Een pentode geeft naast tweede harmonischen ook de oneven derde harmonische vervorming. Indien u weet dat muiekinstrumenten van nature ook even harmonischen produceren van de grondtoon en nooit oneven harmonischen, zult u begrijpen dat triodes de voorkeur hebben voor de verwende muziekluisteraar. Deze eigenschap is helaas een eigen leven gaan leiden: velen beweren dat buizen ’mooier’ klinken juist omdat ze volop even harmonische vervorming zouden produceren! Dit is dus een omkering van argumenten. Een goede buizenversterker produceert op de allereerste plaats zeer weinig tot geen vervorming.
De triode is minder gevoelig voor de kwaliteit van zijn voedingsspanning dan een pentode of tetrode. Anders gezegd: bij een zelfde kwaliteit voeding, klinkt een triode waarheidsgetrouwer. Een ander belangrijk nadeel van pentoden is de extra voeding benodigd voor het schermrooster. Aan deze voeding worden hoge eisen gesteld vooral uit het oogpunt van een zuivere muziekweergave. Bij eindbuizen zijn nog andere verschillen van belang: Een triode heeft een lagere inwendige weerstand dan de tetrode of pentode. Dit geeft dus een betere controle over en demping van de aangesloten luidspreker. Een nadeel van triodes is hun relatief lage rendement, dat ongeveer de helft is van een pentode. Ongunstig dus voor uw energierekening en voor het milieu? In principe ja, echter bij een versterker van 2 x 40 watt uitgangsvermogen gaat het om een verschil van maximaal slechts 0,02 kWh indien u continu op maximum vermogen muziek zou draaien!
DE VERSCHILLENDE TYPEN EINDTRAPPEN EN INSTELLINGEN
Dit artikeltje behandelt de instellingen van een eindbuis en de meest voorkomende schakelingen. Dit verhaal geldt overigens ook voor halfgeleider versterkers!
Eerst even iets over wisselstroom en gelijkstroom. Is het u al eens opgevallen dat een luidsprekerconus vanuit zijn ruststand zowel naar binnen als naar buiten beweegt? Dat kunt u zelf onderzoeken door een penlite batterij even aan te tikken tegen de aansluitklemmen. De woofer komt naar buiten bij een positieve stroom en beweegt naar binnen indien u de aansluitingen naar de penlite omdraait (negatieve stroom). Dit betekent dat een luidspreker een zogenaamde ’wissel’ stroom nodig heeft om muziek te maken. Muziekinstrumenten geven feitelijk ook een wisselstroom, maar dan in de vorm van een luchtstroom.
Instellingen van eindbuizen.
- klasse A De buis wordt op een hoge ’rust’ stroom ingesteld. Vanuit deze ruststroom kan het stuurrooster de stroom laten afnemen (als het ware negatief maken) of laten toenemen (meer positief maken). Zo ontstaat in principe een wisselstroom. De stroom door de buis wordt dus normaliter nooit nul. Zo een versterker gebruikt dus ook stroom als er niets te versterken valt en de eindbuis slijt versneld. Een groot voordeel is dat de vervorming voor grote maar zeker voor kleinere signalen erg laag is.
- klasse B Er loopt helemaal geen ruststroom. Indien het muzieksignaal op het stuurrooster positief wordt gaat de stroom toenemen; indien het muzieksignaal negatief wordt gebeurt er helemaal niets! Dus bij een klasse B instelling wordt alleen het positieve deel van het signaal versterkt. Ook zal het signaal juist bij kleine signalen zeer sterk vervormen. Op deze wijze kunnen we (zonder truc) dus nooit muzieksignalen netjes versterken.
- klasse AB Dit is een variant op de klasse B instelling. Men maakt het stuurrooster continu een klein beetje positief waardoor er altijd een relatief kleine ruststroom loopt.
- klasse C Deze instelling die een tweede variant is van de klasse B instelling, komt nooit voor bij muziekversterkers. Er gaat pas een stroom lopen als het signaal op het stuurrooster flink positief wordt.
- klasse D De buis is voert òf helemaal geen stroom òf voert de maximale stroom. De buis is in feite een aan/uit schakelaar geworden. Deze techniek komt voor in de digitale versterkers ofwel de schakelende versterkers. Voordeel is dat er bijna geen vermogen verloren gaat. Nadeel is dat er analoog naar digitaal omzetting nodig is en dat het muzieksignaal aan de uitgang zwaar gefilterd moet worden.
Eindtrapschakelingen. Hierboven hebben we geleerd dat in een buis alleen stroom in een richting kan lopen (de zogenaamde ’gelijk’ stroom). We hebben dus een shakeling nodig om een luidspreker met de noodzakelijke wisselstroom aan te kunnen sturen. De meest bekende zijn:
- single ended De buis stellen we in in klasse A. Een luidspreker houdt echter niet van de ruststroom; die geeft een flinke warmteontwikkeling en een continue conusuitslag die het dynamisch bereik verkleint. Bovendien kun je gelijkstroom niet horen....Gelukkig bezit een buizenversterker (in de regel) een uitgangstransformator die van nature geen gelijkstroom transformeert. Klaar! We hebben een zeer eenvoudige versterker gebouwd met een minimum aan onderdelen. Terugkoppeling is niet echt nodig. Nadelen zijn het opgenomen vermogen, ook in rust plus het feit dat de uitgangstrafo tegen de gelijkstroom opgewassen moet zijn. Dat maakt die trafo groter en duurder. Ook is de uitgangsimpedantie niet dezelfde voor het positieve en negatieve signaaldeel. Bij halfgeleiderversterkers is een dikke uitgangscondensator of een dubbele voeding met gelijkspanningsstabilisatie van de uitgang nodig. - pushpull Er worden (minimaal) twee eindbuizen ingezet. Het muzieksignaal wordt gesplitst in een positief en in een negatief deel door een zogenaamde fasesplitter schakeling. Het positieve deel gaat naar de ene eindbuis. Het negatieve deel wordt in polariteit omgekeerd en aan de tweede eindbuis toegevoerd. De versterkte signalen worden vervolgens in de juiste polariteit weer bij elkaar ’opgeteld’. Bij buizenversterkers is dat optellen eenvoudig mogelijk met een extra wikkeling op de uitgangstrafo. Dit is dus een meer ingewikkelde schakeling met extra onderdelen. Belangrijk om te weten is dat de stroom door de eindbuis steeds nul wordt bij het wisselen van het muzieksignaal; een buis (maar ook een halfgeleider) vervormt juist bij stromen die zeer klein worden. Dit noemt men overname ofwel crossover vervorming. Deze klinkt zeer vermoeiend: het maakt muziek korrelig, raspend en maakt bijvoorbeeld s-klanken slissend. Daarom wordt in een pushpull versterker altijd de klasse AB instelling gebruikt om de vervorming te beperken. Sommige versterkers gebruiken de eindbuizen zelfs in klasse A.
Voordelen van pushpull zijn: - weinig vemogen opname in rust - een voor het positieve en negatieve signaaldeel gelijke uitgangsimpedantie - bij gematchte eindbuizen wordt de even harmonische vervorming van de eindbuizen onderling gecompenseerd, hetgeen dus juist bij trioden een belangrijk voordeel is dat bij pentoden niet te oogsten is!
Nadelen zijn: - complexere schakeling
- er zijn gepaarde eindbuizen nodig - OTL OTL staat voor Output Transformer Less, ofwel: zonder uitgangstransformator. Iedere rechtgeaarde muziekliefhebber-techneut zoekt altijd naar de ideale versterker. Nu zijn in die wereld de meesten het er over eens dat buizen superieur zijn. Alleen is die uitgangstransformator een probleem: hij is zwaar, duur of hij is zowel naar laag als naar hoog de beperkende factor in het frequentiebereik van een versterker. De belangrijkste functie van een uitgangstransformator in een buizen versterker is het aanpassen van de impedantie van de luidspreker aan de impedantie van de eindbuis (-zen). Anders gezegd: een luidspreker vraagt vooral stroom (ampères), maar een buis geeft juist veel spanning (volts) en weinig stroom. De uitgangstrafo zorgt dus voor de juiste omzetting van spanning en stroom. In oude buizenradio’s werd vaak gebruik gemaakt van luidsprekers met een hoge impedantie van bijvoorbeeld 800 ohm; die waren ontworpen om zonder trafo op de eindbuis aangesloten te worden. In een OTL versterker worden zeer veel eindbuizen parallel geschakeld om zo voldoende stroom op te wekken om een luidspreker van bij voorkeur 8 of 16 ohm zonder uitgangstrafo aan te sturen. Zeer fraai, maar wel zeer kostbaar!
Om praktische redenen staat een OTL versterker meestal in klasse A.
-ultralineair/triodebedrijf Dit betreft altijd tetroden of pentoden. Bij triodebedrijf wordt het schermrooster doorverbonden met de anode. De buis krijgt zo bij benadering de eigenschappen van een triode. Er zijn versterkers, zoals van Cayin, waarbij de gebruiker met een druk op de knop zelf kan kiezen tussen triodebedrijf of niet. Ultralineair bedrijf heeft tot doel de voordelen van de pentode te combineren met de voordelen van een triode. Het schermrooster is verbonden met een extra aftakking op de uitgangstrafo. De muziekweergave is duidelijk zuiverder dan in de normale pentode schakeling met slechts een klein verlies in uitgangsvermogen. Qua weergavekwaliteit en maximum vermogen zit een ultralineaire versterker dus tussen de triode versterker en de standaard pentode of tetrode versterker. - Bias schakelingen Een eindbuis wordt ingesteld op een ruststroom (zie klasse A en klasse AB). Er zijn verschillende manieren om dit te realiseren. De eerste is de vaste kathode spanning. De kathode is direct verbonden met de voeding van de versterker en het stuurrooster staat op een vaste, maar instelbare negatieve voorspanning. Deze spanning moet instelbaar zijn vanwege de toleranties op een buis en vanwege de veroudering van de buis (de ruststroom neemt zeer geleidelijk af in de loop der jaren). Het nadeel is dus meteen benoemd. Het voordeel is dat er geen kathode weerstand is en daarmee geen elco ter overbrugging van het muzieksignaal. Vertaald: de beste optie voor weergavekwaliteit plus het hoogst haalbare uitgangsvermogen. Ook is deze schakeling de beste garantie voor een strakke en diepe laagweergave.
De tweede optie is de zogenaamde autobias. Tussen kathode en voeding wordt een relatief grote weerstand geplaatst, de kathodeweerstand. Om signaalverlies te voorkomen wordt deze kathodeweerstand in de regel overbrugd met een elco van, noodzakelijkerwijs, hoge capaciteit. Groot voordeel van autobias is dat via de kathodeweerstand veranderingen door toleranties of door veroudering in de ruststroom worden tegengewerkt. Nadeel is dat de elco een beperking vormt in de laagweergave en in de kwaliteit van het midden en hoog. Prima Luna is op de markt gekomen met wat zij noemen een automatische bias schakeling. Deze versterkers zijn een variant op de vaste roosterspanning versterkers. Middels een aantal opamps wordt de stroom door de eindbuizen gemeten, zo goed mogelijk gefilterd van het muzieksignaal en vervolgens teruggekoppeld naar het stuurrooster. Voordelen zijn het maximale uitgangsvermogen en het ontbreken van de instelling. Echter de opamps en meerdere filtercondensatoren hebben hun invloed op de weergavekwaliteit: de laagweergave wordt rommelig en het hoog vermoeiend. Je mag je ook afvragen of iemand die bewust kiest voor een buizenversterker, opamps wil zien...
LEVENSDUUR VAN BUIZEN
Slijtage Buizen hebben geen oneindige levensduur omdat ze, in tegenstelling tot halfgeleiders, aan slijtage onderhevig zijn. Deze slijtage betreft de achteruitgang van de emissie van elektronen van de kathode (zie deel 1). Deze slijtage gaat sneller naarmate de stroom door de buis groter is. Een eindbuis die in klasse A staat ingesteld slijt dus sneller dan een buis ingesteld in klasse (A)B. De zogenaamde signaalbuizen, de kleintjes in een buizenversterker, voeren zeer kleine stromen en gaan dus zeer lang mee (denk aan 10.000 uur). Na deze tijd is de emissie afgenomen tot 50%. Deze 50% wordt algemeen gezien als de definitie van ’einde levensduur’. Stel u luistert 5 dagen van de week iedere dag 3 uur, dan komt 10.000 uur overeen met ongeveer 13 jaar... En na die 10.000 ur is een buis dus niet defect. Misschien merkt u zelfs niet eens iets van deze achteruitgang. Zo’n oude buis heeft minder versterking en krijgt een hogere inwendige weerstand. De gebruikelijke tegenkoppelingen in een versterker reduceren het effect van de veroudering, vooral bij de signaalbuizen. Veroudering van eindbuizen resulteert vooral in een vermindering van het maximum uitgangsvermogen en in een iets verminderde demping van uw luidspreker. De levensduur van eindbuizen is zoals gezegd sterk afhankelijk van de instelling en ook van het type buis. Ter indicatie: een KT88 in klasse AB zal gemiddeld een levensduur hebben van 5000 uur.
Foutmechanismen Een mankement kan zijn dat een las van een aansluiting van een elektrode slecht is. Dit manifesteert zich altijd in een vroeg stadium (dus binnen de garantie) maar komt sporadisch voor. Ook bij halfgeleiders treedt iets dergelijks wel eens op. Daarnaast kan na verloop van jaren de soldeerverbinding van power transistoren bros worden, hetgeen resulteert in een slecht electrisch contact. Verder kan een buis wel eens vacuüm verliezen, meestal langs de aansluitpennen. Dit geeft dan een ionisatie van de aanwezige lucht. Dit geeft een purperen, roze gloed in de ruimte tussen kathode en anode. Vervanging is direct nodig; de buis zal snel defect raken. Vaak wordt dit verward met de fluorescentie die vaak in eindbuizen valt waar te nemen. Deze fluorescentie ontstaat door de elektronen die vanuit de kathode met grote snelheid vertrekken en dan botsen tegen onderdelen van de buis. Deze onderdelen bevatten vaak lichte verontreinigingen. Door de botsing van de elektronen komen photonen vrij die dan licht geven. Dit mechanisme is goed te vergelijken met hetgeen in een TL buis gebeurt. Deze diepblauwe gloed is dus te zien nabij oppervlakken van bijvoorbeeld de anode of mica isolators. Deze gloed is heel normaal en niet te verwarren met verlies van vacuüm! Bij zware eindbuizen die op een hoge anodespanning werken (vanaf zo’n 750 volt) treedt wel eens doorslag op vanaf de anode. Dit kan ontstaan bij een sterk verouderde buis die vaak tot het uiterste belast wordt. Het zogenaamde strippen van de kathode oxidatie laag treedt op voornamelijk bij diezelfde zware eindbuizen die in koude toestand zwaar belast worden. Bij bijvoorbeeld zendbuizen is dit reden voor te gloeien voordat de hoogspanning wordt ingeschakeld.
Kwaliteitsgradaties Van oudsher zijn er twee categoriëen buizen geweest. De grootste categorie is die van de ’entertainment’ buizen, bedoeld voor de consument. De tweede categorie is die van de professionele toepassingen als zenders, militair gebruik, meetapparatuur en dergelijke. Professionele buizen hebben een langere levensduur, zijn mechanisch stabieler gebouwd, hebben nauwere toleranties, ruisen minder en zijn natuurlijk duurder. Een voorbeeld: de ECC83 is een entertainmenttype, de E83CC is de professionele versie. Klankmatig hoeft een professionele buis zeker niet mooier te zijn dan een consumentenbuis. De klank wordt bepaald, ook hier, door de gebruikte materialen en constructies in de buis.
Uitwisselbaarheid Juist bij buizen is het erg aantrekkelijk dat ze eenvoudig te verwisselen zijn. P.S.: hoedt u voor apparatuur waar buizen direct in een printplaat zijn gesoldeerd. Dat geeft vroeg of laat altijd problemen! Signaal buizen kunt u vrijwel altijd straffeloos vervangen door een van een ander fabrikaat of door een 1 op 1 vervanger (b.v. de 12AX7 resp. ECC83 resp. E83CC). Pas echter op: er zijn gebalanceerde ontwerpen waar de symmetrie ingeregeld moet worden bij het wisselen van signaal buizen! Eindbuizen vervangen moet ik leken afraden. Op de eerste plaats is vaak een afregeling nodig; op de tweede plaats zijn er sub versies die een beperkter voedingsspanningsbereik hebben. Een bekend voorbeeld is de 6550.
HOE HERKEN IK EEN GOEDE BUIZENVERSTERKER
Laat ik om te beginnen duidelijk maken wat ik zelf versta onder een goede (buizen) versterker. Mijn criterium is thuis een vergelijkbare beleving krijgen als bij een live concert. Dat stelt op de eerste plaats eisen aan dynamiek en articulatie. Articulatie is het vermogen alle aangeboden details en kleurschakeringen, juist ook in fortissimo passages, onverminderd in intensiteit en kwaliteit weer te geven. Eerlijk gezegd vind ik de ruimtelijke plaatsing minder belangrijk (immers bij een life concert zit je zelden op een ideale luisterpositie); wel beleef ik heel graag de akoestiek van de ruimte zelve. Met deze stelling zeg ik impliciet ook: zelf luisteren en beleven is het enige dat telt. Sluit altijd uw eigen speakers aan! Laat u niet (mis-) leiden door internet en haar talloze fora. U weet namelijk in de regel niet wat de referentie, het ervaringsniveau en vooral de prioriteit en perceptie is van de schrijvers. Maak een voorselectie op basis van tests in gerenommeerde bladen en van eigen ervaring bij bijvoorbeeld shows, ga in enkele winkels luisteren en vraag tenslotte een set thuis op proef. Zorg wel voor natuurlijk opgenomen materiaal, dus zonder kunstmatige nagalm en geen close up opnamen van met name stemmen en instrumenten! Een goede set zal alle ’soorten’ muziek realistisch maar relaxed kunnen weergeven.
Enige tips Om u bij de voorselectie van buizenversterkers op weg te helpen, hier enige tips. - Cruciaal is de kwaliteit van de uitgangstrafo’s; of ringkern of EI blikpakket is niet zozeer belangrijk maar vooral de manier van wikkelen, de kwaliteit van de wikkeldraad en de kerndoorsnede. Wat men aan de buitenkant kan zien zijn meestal slechts de afmetingen. In de regel geldt hoe groter de trafo hoe muzikaler de versterker zal zijn (natuurlijk bij versterkers van nagenoeg gelijk uitgangsvermogen- Let eens op de kwaliteit van de aansluitingen en van de buisvoeten. Keramische buisvoeten hebben de voorkeur; deze keuze zegt ook al iets over de filosofie van de fabrikant. Vermijd versterkers waarbij buizen direct in de print zijn gesoldeerd! - Vraag of zoek naar foto’s van het inwendige. Zeker bij buizenversterkers is hard-wired bedrading (dus geen printplaten in de signaalwegen) muzikaal het neusje van de zalm. Het overbrugd zijn van elco’s met MKP condensatoren is ook zeer gunstig.
- Het uitgangsvermogen van een buizenversterker kunt u wat krapper kiezen dan bij een solid state versterker. Dat komt omdat een ’buizenbak’ minder onaangenaam vervormt wanneer hij zijn vermogensgrens bereikt. En het vragen van het topvermogen komt slechts voor in pieken; een buizenversterker produceert dan niet gauw onaangename bijgeluiden maar beperkt in feite zelf de dynamiek. Dat geldt vooral voor triode versterkers. Een richtlijn in cijfers: het scheelt grofweg een factor twee in benodigd vermogen.
Chinees of liever niet? Vandaag worden zeer veel producten uit China aangeboden zowel via internet als via importeurs en winkels. Omdat inmiddels wel bijna alle, gerenommeerde Westerse merken hun producten in China laten bouwen (kijk thuis maar eens achter op uw apparaten), zijn er verschillende Chinese bedrijven die weten hoe ze uitstekende kwaliteit moeten leveren. Bijvoorbeeld Spark Audio in China ontwerpt en bouwt zowel Cayin als Prima Luna. Welke Chinese bedrijven goed zijn, is voor u natuurlijk moeilijker te achterhalen. Vertrouw daarom op uw winkelier! Een goede Chinese versterker doet in geen enkel opzicht onder voor een duurder Amerikaans of Europees product. Per slot van rekening zijn het altijd overbekende en beproefde ontwerpen die toegepast worden. Laat u dus zeker niet door de prijs leiden maar enkel door uw eigen oren en het aanbod van uw winkelier.
Luidsprekerkeuze Ook voor transistor versterkers geldt als algemene opvatting dat geen of weinig tegenkoppeling het muzikaalste resultaat geeft. Zeker bij buizenversterkers met hun uitgangstrafo, is de dempings factor dan beperkt. Dat betekent dat een speaker waarvan de impedantie sterk wisselt met de aangeboden muziek, onvoldoende harmonisch zal klinken en zeker in het laag kan gaan dreunen. Dat zegt dus feitelijk niets over de kwaliteit van de versterker maar meer over de kwaliteit van de speaker. Blijkbaar heeft de speakerontwerper in het filter allerlei trucs moeten uithalen om (middels een meetversterker met hoge demping) een rechte frequentiecurve te verkrijgen. Let ook eens op het rendement van een luidspreker, dat scheelt in het benodigde versterker vermogen (en dus ook in uw portomonnee!). Heeft u (gemiddeld genomen) met een speaker met een rendement van 91 dB voldoende aan een versterker van 2 x 20 watt, dan heeft u met een speaker met een rendement van 85 dB 2 x 80 watt nodig. Een gouden tip: Peitho speakers zijn ontworpen voor buizenversterkers (en daarmee ook zeer geschikt voor solidstate versterkers) en laten uw versterker optimaal tot zijn recht komen.