Jak vybrat zesilovač: co je dobré vědět

Pokud se chceme zabývat tím, jak vybrat ten správný zesilovač pro náš audio systém, měli bychom se také seznámit s tím, co se pod dnes zcela běžným označením "zesilovač" vlastně v reálu skrývá. Dychtivých čtenářů, kteří by dnes měli zájem něco se doopravdy přiučit, je jako šafránu a s železnou pravidelností se u testů nebo článků setkáváme s tím, že nejčtenější je pouze závěr celého artiklu shrnující celé autorovo snažení. Tento článek žádný takovýto závěr, resp. shrnutí mít nebude, a tak si dovolím doporučit přečíst jej opravdu celý, tedy pokud jste onou malou cílovou skupinou, která hledá ten správný hifi zesilovač a navíc má ještě chuť se něco málo dovědět.

Zesilovač je elektronickým zařízením, jehož primárním účelem je zesílení signálu, který dostane na svůj vstup tak, aby ve výsledku na jeho výstupu byl tento signál dostatečně silný pro další užití, kterým je pro nás např. dostatečně silný signál pro napájení reproduktorových soustav na výstupních svorkách zesilovače. Vstupní signál přiváděný na analogový vstup zesilovače je typicky velmi slabý a maximálně ve stovkách mV, který je následně zesílen a kontrolován tak, aby na výstupu signál svým průběhem odpovídal originálnímu signálu s tím rozdílem, že jeho výsledná amplituda je větší a závisí na úrovni samotného zesílení, které je samozřejmě regulovatelné (předzesilovač s regulací hlasitosti).
V rámci lepšího pochopení základních principů je vhodné zesilovače dále rozdělit do několika samostatných skupin, které se liší především ve vlastnostech jejich vstupu a výstupu. Jednou ze základních vlastností takového zesilovače je zisk (gain), což znamená obvykle to, jaký je poměr mezi vstupní a výstupní úrovní signálu. To znamená například poměr mezi vstupním a výstupním napětím zesilovače. Zisk zesilovače je prezentován jako veličina bez jednotky, ale většinou je v praxi vyjadřována v decibelech (dB), což znamená úroveň zesílení vzhledem k výše uvedenému poměru.

Druhy zesilovačů

Pro tento článek bude vhodné čtenáře seznámit s tím, že kromě typů zesilovačů, které jsou představeny v dalších kapitolách (závisí na jejich aktivních součástkách - lampy nebo tranzistory atd.), existují i druhy zesilovačů, které jsou charakterizovány odlišnými pracovními třídami, resp. polohou jejich klidového pracovního bodu. Tyto "pracovní" třídy jsou do značné míry určující pro vlastnosti a tím pádem také nasazení daného zesilovače. V hifi, resp. audiu, se nejčastěji setkáváme obecně se 3 druhy zesilovačů dělených podle jejich klidového pracovního bodu.

Zesilovače pracující ve třídě A

Zesilovače ve třídě A mají své výstupní aktivní prvky (např. bipolární tranzistory, mosfetové tranzistory nebo lampy) neustále pracující v lineární části své charakteristiky (nikdy se tedy nezavírají). To ve výsledku znamená, že vedou (proud) ve svém pracovním cyklu neustále, a proto je zesilovač pracující ve třídě A typický tím, že má (za předpokladu korektního řešení výkonových stupňů před koncem) velmi nízké zkreslení (přechodové zkreslení zde díky výše uvedeným faktům logicky neexistuje). Na druhou stranu má takový zesilovač také malou účinnost, která je spojená s dalším negativem těchto zesilovačů, kterým je velké odpadní teplo. Zesilovač ve třídě A je typický tím, že má velký stálý příkon a nižší výstupní výkon, než bývá zvykem u jiných tříd zesilovačů. Zesilovače pracující ve třídě A najdete především u high-endových lampových konstrukcí, protože tento princip fungování dovoluje velmi snadnou aplikaci u "single-ended tube" konstrukcí též známých jako SET, kde je užito jediné výkonové lampy na kanál. Typicky jde o monobloky, nebo o stereo koncové zesilovače. Třída A se ovšem široce uplatňuje také u tranzistorových protějšků, kde je její implementace do značné míry náročná a výsledné zesilovače patří k tomu dražšímu, co na trhu najdete. To je spojeno s nutností řešit chlazení těchto zesilovačů, resp. jejich provozní teplotu, která má značný vliv na životnost součástek. Není to ovšem tak, že byste museli být ve střehu a „áčka“ s ohledem na jejich životnost odmítat, ale je potřeba si vybírat z řad výrobců, kteří mají s navrhováním špičkových zesilovačů ve třídě A své zkušenosti.

Zesilovače pracující ve třídě AB

Za kompromis mezi efektivností třídy B a vlastnostmi třídy A se považuje třída AB, která je jen více „otevřená“ než třída B, resp. má vyšší klidový proud než třída B. Oproti třídě B je zkreslení vyšší, avšak jeho nárůst je pozvolnější. Toto řešení je dobrý kompromis mezi stabilitou nastavení, zkreslením a možností na malých výkonech pracovat ve třídě A (obvykle jednotky W). Třídu AB charakterizuje především větší účinnost ve srovnání se zesilovačem ve třídě A a akceptovatelné zkreslení zesilovače. To se týká především absence přechodového zkreslení při výkonech, kdy jsou konce ještě otevřené. Ostatní zkreslení závisí na obvodovém řešení před koncem a je nezávislé na pracovní třídě zesilovače a tedy společné pro všechny typy tříd respektive zesilovačů.
Vlastnosti třídy AB jsou výsledkem úpravy pracovního cyklu tranzistorů (nebo jiných zmiňovaných aktivních prvků) tak, aby koncové tranzistory vedly i v oblasti minimálních amplitud signálu (tedy tam, kde efektivnější třídy B mají problémy s přechodovým zkreslením, resp. se svou nelinearitou). Ve výsledku pak zesilovač třídy AB využívá aktivity obou tranzistorů při nižších amplitudách zesilovaného signálu a při větších amplitudách je jeden z tranzistorů po část periody zcela uzavřen. Výhodou těchto zesilovačů jsou akceptovatelné provozní vlastnosti pro zesilování analogového audio signálu. Zapojení ve třídě AB je někdy spojováno s označením "push-pull", což je ovšem dvojčinné zapojení, které je nezávislé na pracovní třídě (jde v podstatě o vše kromě SET zesilovačů). Třídu AB najdete u tranzistorových i u lampových konstrukcí.

Zesilovače pracující ve třídě D

Zesilovače pracující ve třídě D jsou někdy často mylně označovány jako "digitální" a jejich princip práce je velmi odlišný od výše uvedené třídy A nebo třídy AB. Zesilovače třídy D pracují v pulsním režimu podobně jako spínané napájecí zdroje - velmi rychle (s kmitočtem mnohonásobně vyšším než je maximální přenášený kmitočet analogového signálu) přepínají výstup mezi oběma polaritami napájení. Běžný reproduktor nestačí sledovat rychlé změny, takže okamžitá výchylka membrány závisí na poměru dob vypnutí a zapnutí (pro 1:1 je na výstupu 0 a stav bez signálu na vstupu).
Třída D se nespoléhá na vlastnosti reproduktorů, ale používá dolní propust, která složky s vysokými kmitočty odfiltruje. Spínaný signál pro koncový stupeň se získá pomocí pulzně šířkové modulace nebo delta modulace. Hlavní výhodou celé konstrukce je účinnost, která často přesahuje 90 %, neboť výstupní tranzistory jsou během své činnosti buď zcela sepnuty, nebo úplně vypnuty (jsou nevodivé). Takto jsou v případě třídy D vyloučeny situace, kdy tranzistor vede pouze částečně a při poměrně velkém proudu na něm vzniká velký úbytek napětí, takže se velké množství energie musí proměnit na teplo (což je případ např. třídy A). Moderní zesilovače třídy D se již dnes pomalu a jistě stávají konkurencí pro zesilovače třídy AB, byť ještě mají do plné konkurenceschopnosti respektive do zcela srovnatelné kvality zvuku přece jen nějaký ten kousek cesty před sebou.

 

 

Jsou to typicky zesilovače, které v jednom šasi ukrývají jak předzesilovač, tak i výkonový zesilovač a spoustu dalších vymožeností. Je zde nutno chápat, že integrovaný zesilovač, ať už jde o jakoukoli cenovou relaci, je kompromisem k dělenému řešení předzesilovače a koncového zesilovače. Nechci tím ale říci, že by integrované zesilovače byly jakýmkoli způsobem méněcenné, protože se v praxi může velmi často stát, že zvukově lepší systém ve stejné ceně byste jednoduše nesložili.

Dobrý příkladem může být nedávno testovaný Luxman L-590AX, který japonský výrobce vybavil vším, co byste mohli od integrovaného zesilovače kdy potřebovat a zároveň je zvukově tak na výši, že podobně dobrou kombinaci předzesilovače a zesilovače byste v dané kategorii hledali jen velmi těžko. Obvykle mají integrované zesilovače na palubě i spoustu dalšího příslušenství, jímž je např. předzesilovač pro gramofonové přenosky, kde je pouze třeba dát pozor na to, zda daný gramofonový předzesilovač podporuje MM i MC přenosky. Pokud by náhodou podporoval pouze přenosky typu MM, pak není potřeba zoufat, protože se dnes dá pořídit také slušný gramofonový předzesilovač. Ovšem je to další investice navíc a někdy nemalá.
Mezi další obvyklou výbavu integrovaného zesilovače patří i sluchátkový předzesilovač (obvykle je výstupní odporový dělič), který nevyhoví opravdu náročným posluchačům se sluchátky za tisíce až desítky tisíc korun, ale běžnému, občasnému večernímu poslechu postačují. V tomto ohledu je třeba počítat s tím, že některé integrované zesilovače toho umí více než jiné, a proto pokud je vaší doménou např. poslech na sluchátka a dedikovaný sluchátkový zesilovač nechcete, je třeba pokukovat po zařízeních jako je např. lampový Leben CS-300F. Vše má ovšem svou druhou stránku, a tak pro změnu tento Leben nemá k dispozici gramofonový předzesilovač. Tento článek je určen spíše těm, kteří opravdu tápou v problematice zesilovačů a nikoli expertům na tomto poli. Proto si dovolím uvést opět malé dělení integrovaných zesilovačů a přiřadit k nim pár tipů na přístroje, které jsem měl tu čest delší dobu slyšet, a jsou pro mne velice povedenými produkty. 

Lampové integrované zesilovače

Lampové zesilovače jsou mnoha uživateli velice oblíbeny kvůli jejich neskutečně vtahující reprodukci, která je ovšem typická spíše pro opravdové high-endové konstrukce. Obvykle mají integrované lampové zesilovače relativně skromný výkon, který ovšem bez problému zvládne ozvučit průměrně velkou místnost v českém paneláku, ale ve větších prostorech (40 m2 +) by se už podobné zesilovače zpravidla trápily a permanentní využívání jejich výkonu na hranici limitace také těmto přístrojům nesvědčí už s ohledem na rapidně rostoucí zkreslení při maximálních výkonech.

Pokud se rozhodnete pro lampový integrovaný zesilovač, je potřeba zvažovat vše s ohledem na vlastněné reproduktory, které by měly mít vyšší citlivost a impedanci, aby se jimi nízko-wattový integrovaný zesilovač permanentně netrápil. Pokud mluvím o nízkém výkonu, je to typicky rozsah od 8 W na kanál (převážně zesilovače založené na 300B lampách) až mnoho desítek Wattů na kanál (typicky moderní lampy Tung Sol KT120/150). Velmi vysoké výkony (srovnatelné s tranzistorovými zesilovači) jsou typické pro současnou produkci některých společností. Namátkou si vzpomenu např. na Ayon Audio a jejich model Triton III, který nabízí až závratných 120 W na kanál v pentodovém zapojení (ve mnou preferovaném triodovém zapojení pak ještě stále velmi slušných 70 W na kanál). V tomto případě se o dostatek výkonu opravdu bát nemusíte.
Lze říci, že výběr lampového zesilovače vyžaduje od případného zájemce největší zkušenost, aby dokázal ve výsledku vybrat smysluplnou kombinaci reproduktorů a lampového zesilovače. Dobrou zprávou pro zmíněné začátečníky lampového světa je, že většina těchto lampových zesilovačů má automatické nastavení „biasu“, které zajišťuje optimální využití (pomocí regulace proudu) typu lampy, která je v daném zesilovači využita.

Obecně lze snad pronést toto jednoduché doporučení. Pokud máte sloupové reproduktory s nominální impedancí 4 Ohmy a citlivostí méně než 90 dB, raději se na lampové zesilovače spíše neorientujte. Méně výkonné lampové zesilovače se hodí spíše k citlivějším reproduktorům s vyšší nominální impedancí. Prakticky je ale vždy lepší danou kombinaci vyzkoušet na vlastní uši. Dobrý příkladem špičkového lampového integrovaného zesilovače je kromě výše uvedeného Lebenu třeba také EAR Yoshino V12 či modely japonského producenta Triode a alternativně také velmi dostupné modely Prima Luna. Značek velmi schopných výrobců je podstatně více, ale to není předmětem tohoto článku.

Tranzistorové integrované zesilovače

Integrované tranzistorové zesilovače jsou obecně nejobvyklejší variantou a pod tímto označením si můžete představit analogový zesilovač, který v celém obvodovém řešení používá polovodiče a výkonové stupně zesilovače jsou obvykle založeny na bipolárních tranzistorech nebo mosfetových tranzistorech, které poskytují obecně mírně teplejší projev snad v každém zařízení, kde jsem je slyšel. Tranzistorové zesilovače na rozdíl od těch lampových tvoří naprostou většinu produkce a jsou také nejméně náročné na obsluhu nebo technické znalosti uživatele.
V případě tranzistorových integrovaných zesilovačů obvykle rozlišujeme, zda pracují ve třídě A nebo ve třídě AB. Jaké jsou rozdíly mezi jednotlivými třídami jsme již vysvětlili a stejná pravidla platí také zde. Integrovaný zesilovač ve třídě A má obvykle nižší výkon na kanál než jeho souputník ve třídě AB, což je dáno neefektivitou třídy A (ta je ovšem vyvážena jinde). Pro zesilovače třídy A je typický vysoký příkon bez ohledu na to, zda si zrovna muziku pouštíte nebo ne a také vyšší vyzářené teplo (přeměna elektrické energie na tepelnou). Zesilovač je tedy potřeba umístit do dobře větraného místa. Typický výkon pro integrované zesilovače ve třídě A je zhruba 20-30 W na kanál při 8 Ohmech. Větší výkony jsou samozřejmě možné, ale s ohledem na provozní vlastnosti to není v praxi příliš vidět.

Tranzistorové zesilovače ve třídě AB jsou pak v tomto ohledu papíroví favorité, protože jejich výkony jsou papírově zcela jinde a můžeme se setkat s výkony klidně až okolo 150 W na kanál při 8 Ohmech. Takto koncipované integrované zesilovače mají obvykle nižší příkon (ten závisí od úrovně zesílení signálu) a v klidovém stavu si berou ze zásuvky podstatě méně než jejich souputníci. Na druhou stranu jim chybí jemnost, detailnost reprodukce způsobená převážně přechodovým zkreslením výše zmiňované třídy AB. Bývá také pravidlem, že integrované zesilovače ve třídě AB jsou podstatně levnější než ty operující ve třídě A.
Dobrým příkladem zesilovačů ve třídě A mohou být modely značek Accuphase (E-600) nebo Luxman (L-590AX) či Pass Labs (INT-30A), které jsou pro našince opravdu drahé. Naopak integrované zesilovače ve třídě AB najdete od nejnižších cenových pater až opět po nejdražší high-end. Nízký papírový výkon třídy A na kanál ovšem nemusí znamenat problém pro dobře vybrané reprosoustavy a místnosti běžných rozměrů. Je zde ovšem nutné vybírat podobně opatrně, jako je tomu u nízko-wattových lampových zesilovačů s tím rozdílem, že dostatečně dimenzované koncové stupně mohou i přes papírově slabý výkon uřídit i náročné reprosoustavy. 

Jednou ze silných stránek integrovaných zesilovačů je jejich univerzálnost. Je možné je zařadit do řetězce domácího kina (pro přední kanály – rozpojením předzesilovače a koncového zesilovače), nebo lze některé modely dovybavit např. D/A převodníkem či dedikovaným gramofonovým předzesilovačem.

Digitální (hybridní) integrované zesilovače

Pokud se podíváme na poslední produkty mnoha známých výrobců, najdeme zde i digitální zesilovače, které jsou typické tím, že na rozdíl od analogových zesilovačů pracují velice efektivně a mají tak podstatně nižší příkony resp. vyšší výkony na kanál. Pěkným příkladem povedeného digitálního zesilovače (byť v tomto případě kombinace třídy A a výkonového koncového stupně pracujícího ve třídě A) je nedávno testovaný Devialet 120.
Teoreticky by měly být „digitální“ zesilovače premianty na všech frontách, ale v minulosti se tyto konstrukce příliš neosvědčily především z hlediska výsledné zvukové kvality, která byla na hony vzdálena špičkovým lampovým nebo tranzistorovým konstrukcím. Třída D je typická tím, že tyto zesilovače resp. jejich aktivní součástky (opět tranzistory) pracují v režimu přepínání zapnuto a vypnuto, což je podstatně efektivnější než u analogových lineárních zesilovačů.
Digitální zesilovače jsou typicky podstatně menší než jejich analogoví souputníci, což je předurčovalo k nasazení v AV receiverech nebo subwooferech, kde dokáží jednoduše dodat potřebný výkon pro více kanálů současně, nebo v případě dedikovaných basových jednotek mohou dodat až tisíce Wattů na kanál, aniž byste měli ze subwooferu přímotop a při vyúčtování elektřiny dostali srdeční příhodu. V poslední době se na trhu začínají objevovat poměrně zajímavá řešení operující ve třídě D (pro hnidopichy musím dodat, že tyto zesilovače jsou často nesprávně označovány jako digitální) od značek jako je Burmester, Devialet, NAD či SPEC.

 

 

Zdroj: Petr Štefek, článek / Svět Audia