Versterker: de dempingsfactor...

In dit eerste artikel over versterkertechniek wil ik een aspect behandelen waar ik al veel misverstanden over gehoord heb, namelijk dempingsfactor (lees ook: de vervormingsfactor).

Definitie

Dempingsfactor is de factor die de inwendige impedantie van de versterker kleiner is als de aangesloten impedantie bij een gegeven frequentie. Dat betekent dat bijvoorbeeld bij luidsprekers van 8 ohm en een dempingsfactor van 100 de inwendige impedantie van de versterker 8/100 oftewel 0,08 ohm is.

Wat gebeurt er nu precies?

Een luidspreker volgt nooit helemaal exact het aangeboden signaal; er is altijd een geringe afwijking en die afwijking kun je zien als een beweging van de conus buiten het signaal om. Net als bij een dynamische microfoon wekt die beweging een spanninkje op, wat terug de versterker in gaat. Dit spanninkje wordt door de inwendige impedantie van de versterker kortgesloten wat de conus beter dwingt om het aangeboden signaal te volgen. Hoe kleiner dus de inwendige impedantie van de versterker, hoe beter de versterker de luidspreker dwingt om het aangeboden signaal te volgen. In de praktijk betekent dit meestal een strakker laag, want daar is de invloed het grootst, omdat de relatief grote conus van de laagluidspreker meer moeite heeft om exact het signaal te volgen dan de kleine en lichte conus van de hogetonen-luidspreker. Bovendien is de dempingsfactor frequentieafhankelijk en in het lagetonen bereik het grootst. Hieruit valt de conclusie te trekken dat een fabrikant bij de opgave van de dempingsfactor van zijn versterker nog twee dingen moet vermelden, namelijk: de aangesloten impedantie en de frequentie bij welke de meting gedaan is. Het is ook hier dat het belang van dikke luidsprekerkabels naar voren komt; hoe beter namelijk de elektrische koppeling tussen de versterker en de luidspreker, hoe beter de dempingsfactor.

Wat is nu de invloed op- en het belang van dit getal voor het geluid?

Een klein tweewegsysteem met een kleine lagetonenluidspreker heeft een betere mechanische eigendemping dan een drie-(of nog meer!) wegsysteem met een grote lagetonen luidspreker. Voor een luidspreker volgens het eerste systeem zal het dus van minder groot belang zijn om aangestuurd te worden door een versterker met een geringe inwendige impedantie dan voor een luidspreker volgens het tweede systeem. Over het algemeen hebben buizenversterkers een hogere inwendige impedantie (en dus een lagere dempingsfactor!) dan solid state (transistor, MOSFET, etc) versterkers. Als vuistregel kun je dus stellen dat je een buizenversterker beter op een klein tweewegsysteem kunt aansluiten en dat grote luidsprekers beter tot hun recht komen op een solid state versterker. Uitzondering zijn de zgn Klipschhorn luidsprekers. Deze luidsprekers hebben zeer stug opgehangen lagetonenconussen en zijn beroemd om hun extreem hoge rendement wat ze bij uitstek geschikt maakt voor buizenversterkers met een klein vermogen, zoals single ended triode versterkers. (Uiteraard zegt dit niets over hoe deze luidsprekers klankmatig ervaren worden!)

Versterker: de dempingsfactor...

Wat bepaalt in een versterker de dempingsfactor?

Van grote invloed op de inwendige weerstand van een versterker is de tegenkoppelfactor; dit is het aantal dB`s wat de versterker minder versterkt met de tegenkoppeling aangesloten dan zonder (open loop gain). Stel dat de versterker een open loop gain van 40 dB heeft bij 1 KHz en een gain van 25 dB met de tegenkoppeling aangesloten, dan is de tegenkoppelfactor 15 dB. Met een hoge tegenkoppelfactor bereik je ook een lage vervorming (THD) en een goede steilheid. De versterker gaat er echter ook "plat" van klinken en teveel tegenkoppeling kan leiden tot oscillatie, zeker bij complexe belastingen (elektrostaten zijn hierom berucht!). Een audiofiele tendens is om te streven naar zo min mogelijk tegenkoppeling en er zijn versterkers die het helemaal zonder kunnen stellen (triode versterkers van o.a. Audio Innovations en transistor versterkers van Threshold). Om toch een lage inwendige weerstand te bereiken kun je het aantal output elementen (vermogenstransistoren, power buizen) vergroten door meerdere paren parallel te schakelen. De stuutrap moet daar natuurlijk ook weer op aangepast worden en de hele versterker wordt meteen aanmerkelijk gecompliceerder. Over het algemeen geldt dat buizen van nature gemakkelijker zonder tegenkoppeling kunnen functioneren dan transistoren omdat buizen als versterkend element van zichzelf een grotere lineariteit hebben als transistoren. Professionele versterkers met vermogens van wel 2 x 1500 Watt en meer hebben hele rijen transistoren parallel staan aan de uitgang. De dempingsfactoren kunnen bij deze versterkers oplopen tot wel 1000 bij 8 ohm. Ze zijn echter ook ontworpen voor een grote efficiency wat een hogere schakelvervorming met zich mee brengt (Amcron, Carver, Crest hebben gepatenteerde ontwerpen hiervoor) en hebben meestal een ventilator wat ze niet geschikt maakt voor hifi toepassingen.

De uiteindelijke keus voor een bepaald type versterker wordt voor een groot deel bepaald door de vraag welke luidsprekers er aan komen te hangen en hoeveel rendement deze hebben, wat weer bepalend is voor de maximaal te bereiken geluidsdruk. Ik vergelijk luidsprekers vaak met de wielen aan een auto; de juiste breedte is niet te breed, maar ook niet te smal en passend bij de wielophanging, het gewicht en het motorvermogen van de auto. Zo ook met luidsprekers. Ze moeten passen bij de versterker (vermogen en dempingsfactor), de ruimte waarin ze komen te staan (aankleding, grootte,) en beantwoorden aan de smaak van muziek van degene die ernaar gaat luisteren.