Audioforsterkar

Audioforsterkarar er ein forsterkar nytta innan audioteknologi, for å forsterka, eller på annan måte handsama, svake signal, signal på linjenivå, eller for å driva høgtalarar og hovudtelefonar. Nokre forsterkarar, som mikrofon-, for- og effekforsterkarar, vert produserte som separate apparat, medan andre vert nytta internt i ulike apparat. Lydkort, til dømes, har innebygde forsterkarar både før AD-omformarane og etter DA-omformarane, signalkjelder som CD- og DVD-spelarar har innebygde forsterkarar (bufferar) på utgangane. Forsterkarar vert òg nytta i kontrollsystemet til laseren i CD- og DVD-spelarar.

Teknologi 

Med unnatak av svitsjmode effektforsterkarar er signalhandsaminga i audioforsterkarar bygd med berre analog elektronikk. Styrekretsar, derimot, er som oftast konstruerte rundt ein mikrokontroller.

Dei fleste audioforsterkarane er transistorforsterkarar. Både bipolare- og felteffekttransistorar (JFET og MOSFET) er i bruk og ein forsterkar inneheld ofte fleire transistortypar. Operasjonsforsterkarar er òg vanlege komponentar i forsterkarar som arbeider på signalnivå. Dei er billige og gjer det mogeleg å bygga kompakte kretskort. Små effektforsterkarar nyttar ofte integrerte effektforsterkarmodular. Andre vanlege IC-ar er balanserte drivarar og mottakarar, som gjer det enklare å laga balanserte inn- og utgangar.

Sjølv om transistorforsterkarar konkurrerte ut røyrforsterkarar på 1960-talet vert det framleis produsert røyr- og hybride røyr/transistorforsterkarar for den såkalla high-end-marknaden. Røyrforsterkarar er dyrare og mindre haldbare enn transistorforsterkarar. På grunn av at dei har mindre råforsterking vil ikkje tilbakekopling redusera forvrengning like effektivt som i transistorforsterkarar. Mykje av interessa for røyrforsterkarar kan truleg sporast attende til nostalgi for «gamle dagar».

Typar audioforsterkarar

Mikrofonforsterkarar 

Mikorfonforsterkarar er spenningsforsterkarar som vert nytta til å forsterka utgangsspenninga frå mikrofonar. Kondensatormikrofonar har stor utgangsimpedans og har difor ein innebygd forsterkar, med høg inngangsimpedans og låg utgangsimpedans, som fungerer som ein buffer. Ein slik innebygd forsterkar gjer at ein kan nytta lange kablar frå mikrofonen til opptaksutstyret. Separate mikrofonforsterkarar vert nytta i tillegg for å forsterka spenninga frå mikrofonar til linjenivå, som høver for å driva ein miksepult eller AD-omformar. Mange miksepultar har innebygde mikrofonforsterkarar, men det er òg vanleg å nytta separate mikrofonforsterkarar. Etter som inngangssignala til mikrofonforsterkarar er svake bør dei vera så støyfrie som mogeleg. Det er òg viktig at dei har så lite forvrengning som mogeleg. Profesjonelle mikrofonforsterkarar har balanserte inngangar, med XLR-sokklar eller XLR/TRS-kombisokklar, medan billige innebygde mikrofonforsterkarar ofte har ubalanserte inngangar med 3.5 mm TRS-sokklar.

Forforsterkarar 

Forforsterkarar er forsterkarar med fleire inngangar, balanse- og volumkontroll. Dei fungerer som eit kontrollsenter i forbrukarutstyr. Utgangane er utstyrte med bufferar, slik at dei kan driva lange kablar, slik at for- og effekforsterkarane kan plasserast i noko avstand frå kvarandre. Det er òg vanleg med ein såkalla tape-monitorutgang, som ikkje vert påverka av volumkontrollen. Nokre forforsterkarar er utstyrte med tonekontrollar, med det er ikkje så vanleg som før. Tidlegare, medan platespelarar var vanlege signalkjelder, var det vanleg at forforsterkarar hadde innebygd RIIA-forsterkarar, men i dag er dette meir sjeldan. Når ein nyttar ein PC med lydkort treng ein eigentleg ikkje ein forforsterkar, men i anlegg med både PC og analoge kjelder, som platespelarar til dømes, har forforsterkarar framleis ein funksjon.

Forforsterkarar vert stort sett nytta i privat samanheng og har som oftast ubalanserte inn- og utgangar, men phono-sokklar, men mange moderne forforsterkarar har éin balansert inngang og ein balansert utgnang, med XLR-sokkel.

Effektforsterkarar 

Effektforsterkarar vert nytta til å driva høgtalarar. Dette er spenningsforsterkarar som har stor nok utgangsspenning til å driva ein høgtalar utan å klippa toppane av signalet. Effektforsterkarar bør ha liten utgangsimpsdans (mykje mindre enn inngangsimpedansen til høgtalaren) og vera i stand til å levera stor nok straum til å driva høgtalaren. Effektforsterkarar forsterkar med andre ord både straum og spenning.

Effekforsterkarane for stereofonisk attgjeving har to kanalar, men det vert òg produsert ein-kanals effekforsterkarar, såkalla monoblokker. Seks- og åttekanals effektforsterkarar vert produserte for bruk i 5.1 og 7.1 kringomlydsystem.

Dei fleste effektforsterkarar er bugd med lineære krinsar, men i dei siste åra har det vorte meir vanleg å nytta svitsjmodeforsterkarar. Desse har mykje større verkningsgrad enn analoge forsterkarar og er spesielt fordelaktige i PA-system, der ein ofte nyttar mange effektforsterkarar.

Effektforsterkarar mynta på privat bruk har ofte både ubalanserte inngangar med phono-sokklar og balanserte inngangar med XLR-soklar. Effektforsterkarar for profesjonell bruk har balanserte inngangar med XLR-soklar og/eller 6.5 mm TRS-sokklar. Høgtalarterminalane på forbrukarforsterkarar er som oftast kombinerte bananplugg/spadeterminal, medan profesjonelle forsterkarar ofte er utstyrte med Speakon-terminalar. PA-forsterkarar mynta på permanent installasjon er ofte utstyrte med skueterminalar.

Aktive høgtalarar har innebygde effektforsterkarar. Som oftast har dei aktive delefiltre og separate effektforsterkarar for kvart høgtalarelement (drivar). Føremonen med dette er at forsterkarane kan tilpassast høgtalarelementa. Mellomtone- og diskantelementa trekkjer mykje mindre effekt enn bassdrivaren og greier seg med små effektforsterkarar.

Effektforsterkarar for bruk bilar vert produserte både med lineære krinsar og som svitshmodeforsterkarar. Det elektriske anlegget i bilar er anten 12 V (personbilar) eller 24 V (lastebilar). Det er difor vanleg å nytta svitsjmode energiforsyningsmodular òg for lineære effektforsterkarar, slik at spenninga kan aukast til eit meir høveleg nivå.

Integrerte forsterkarar 

Integrerte forsterkarar kombinerer ein forforsterkar og ein effektforsterkar i same apparat. Dette fører som oftast til ei billigare løysing enn om ein kjøper separate for- og effektforsterkarar. Når mange likevel vel å nytta separate apparat heng det saman med at det gjev noko større fleksibilitet. Til dømes, stiller ulike høgtalarar ulike krev til effektforsterkaren. Med separate effektforsterkarar kan ein tilpassa dei til høgtalarane. Mange integrerte forsterkarar har signalutgangar, slik at forforsterkardelen kan nyttast saman med ein separat effektforsterkar. Dette kan vera aktuelt om ein treng å driva høgtalarar som krev ein kraftigare effektforsterkar enn den som er innebygd.

Integrerte forsterkarar vert stort sett nytta i privat samanheng og har som oftast ubalanserte inn- og utgangar, men phono-sokklar, men nokre har òg éin balansert inngang, og nokre gongar òg ein balansert utgang, med XLR-sokkel.

Nokre integrerte forsterkarar har innbygd AM- og FM-radio, men i dag er det like vanleg med FM- og DAB-radio. På grunn av dei har same oppbygging som eldre radiomottakarar utan innebygde høgtalarar vert slike apparat ofte  kalla ein «receiver» (mottakar). Dette er typisk forbrukarelektronikk og det vert som oftast nytta ubalansert inn- og utgangar, med phono-sokklar. Mange slike forsterkarar har òg utgangar for hovudtelefonar, ofte med ein 3.5 mm TRS-sokkel.

Hovudtelefonforsterkarar 

Hovudtelefonar er små høgtalarar, som må drivast av forsterkarar med liten utgangsimpedans, som i praksis er det same som små effektforsterkarar. Mange forforsterkarar, integrerte forsterkarar, lydkort, miksebord, etc. har hovudtelefonforsterkarar innebygde, men desse er ofte laga meir med tanke på at dei skal vera billige enn med tanke på kvalitet. Det vert difor produsert separate hovudtelefonforsterkarar med linjeinngangar. Hovudtelefonforsterkarar mynta på forbrukarmarknaden har som oftast ubalanserte inngangar, med phono-soklar, medan forsterkarar mynta på profesjonell bruk har balanserte inngangar, med XLR eller 6.35 mm TRS-soklar. Mange hovudtelefonforsterkarar har òg digitale inngangar, som AES3, S/PDIF, USB, etc.

AV-forsterkarar 

Audio-video-forsterkarar (AV-forsterkarar) er kontrollsenter for lyd og video, mynta på 5.1 eller 7.1 fleirkanalslyd. Dei inneheld både analog og digital elektronikk og har fleire inn- og utgangar, både for lyd og video. Moderne AV-forsterkarar er ofte tilkopla ein PC via HDMI og/eller USB. Dei har ofte både analoge og digital utgangar for fleire format, både for lyd og video. Dei har innebygde kodekar for fleire video-format, som Dolby Digital, DTS, etc. Det er òg vanleg med innebygd omforming både av lyd (resampling, digital-til-analog-omforming, etc.) og videoformar (4:3, 16:9), oppløysing, etc. Dei har som oftast innebygd LFE-tilpassing. AV-forsterkarar er forbrukarelektronikk og dei har ofte ubalanserte inn- og utgangar, med phono-soklar. AV-forsterkarar vert produserte både med og utan innebygde effektforsterkarar.

Historie

Tidlege forsterkarar 
Det var fyrst etter at Lee de Forest i 1907 fann opp vakumtrioden at det vart mogeleg å laga elektroniske forsterkarar. Den fyrste forsterkaren som nytta trioden vart laga i 1914 av Harold D. Arnold. Tidlege forsterkarar hadde hadde meir forvrengning enn ynskjeleg, med stoda forbetra seg då Harold Black i 1927 fann opp negativ tilbakekopling, som både redusert forvrengninga og førte til flatare amplituderespons. Tilbakekoplinga hadde sessutan den føremonen at ho auka inngangsimpedansen og redusert utgangsimpedansen. I 1932 publiserte Harry Nyquist ei vitskapleg analyse av negativ tilbakekopling, der han utleia eit kriterium for korleis tilbakekoplinga påverka stabiliteten til ein forsterkar. Dette arbeidet førte til at negativ tilbakekopling vart vanleg i så godt som alle forsterkarar.

Røyrforsterkarperioden 
Etter at det vart vanleg med negativ tilbakekopling vart det etter kvart utvikla etter måten gode røyrforsterkarar, både  signalnivå- og effektforsterkarar. Utover 1930-talet vart det vanleg å nytta elektroniske forsterkarar til å driva høgtalarar i kinoar og i radiosendarar og -mottakarar. Ei effekt på 10 Watt vart rekna som mykje på denne tida og det var vanleg med hornhøgtalarar. 

I perioden 1947 - 1950 publiserte D.T.N. Williamson ein serie artiklar om audio-røyrforsterkarar. Desse artiklane førte til at mange bygde eigne forsterkarar, men dei hadde òg inflytnad på kommerielle forsterkarar. Røyreffekfrsterkarane Quad QA12 og QA12/P, som kom på marknaden i 1948, og forforsterkaren Quad QC 22, som kom i 1949, er  kjente forsterkarar frå denne perioden. 

Etter innføringa av to-kanal grammofonplater sist på 1950-talet kom dei fyrste to-kanal forsterkarane, men to-kanal forsterkarar vart ikkje vanleg før ut på 1960-talet.

Dei fyrste transistorforsterkarane 
Det tyske føretaket Intermetall bygde ein prototype av ein transistorforsterkar i 1953 og i 1954 starta Texas Instruments produksjon av transistorar og Industrial Development Engineering Associates tok til å produsera radioar med transistorforsterkarar. I 1955 starta Sony produksjon av radioar med transistorforsterkarar. Men dei fyrste transistorane var ømfintlege og dyre og transistorforsterkarar vart ikkje vanlege før på 1960-talet.

Gjennomslaget for transistorforsterkarar 
Tidlege transistorforsterkarar hadde ein hard «metallisk» lyd og mange heldt fram med å nytta røyrforsterkarar. I 1970 synte Matti Otala at grunnen til den ubehagelege lyden skuldast transient intermodulasjon (TIM), på grunn av for låg bandbreidd, som førte til at utgangsspenninga endra seg for sakte. Tilbakekoplingsignalet kunne då bli så kraftig at ein transistor i inngangstrinnet gjekk i metning (moderne effektforsterkarar har stor nok open-sløyfe-bandbreidd til at TIM ikkje er eit problem). Den fyrste forsterkaren som bygde på arbeidet til Otala var den såkalla Otalaforsterkaren, som vart set i produksjon av det norske føretaket Electrocompaniet. Andre produsentar fylgde etter og utover 1970-talet vart transistorforsterkarane så godt som einerådande. Dei fyrste transistorforsterkarane nytta bipolare transistorar, men på 1970-talet fekk MOSFET-transistorar innpass i effektforsterkarar og JFET-transistorar vart vanlege i differensialforsterkarane i inngangstrinnet. JFET-transistorar vart òg tekne i bruk for aktiv volumkontroll og sinal-svitsjing. I dag er alle tre transistortypane i bruk i audioforsterkarar.

Referansar

Bibliografi 
 Duncan, B., High performance audio power amplifiers for mucic performance and reproduction, Newnes, 1996.
 Jones, M., Valve amplifiers, 2. utg., Newnes, 1999.
 Haas, G., High-End mit Röhren, 5. utg., Elektor-Verlag, 2005.
 Hiraga, J., Rörförstärkare, Éditions fréquences, 1986.
 Hood, J.L., The art of linear electronics, Butterworth-Heinemann, 1993.
 Hood, J.L., Audio electronics, 2. utg., Newnes, 1999.
 Horowitz, P. og Hill, W., The art of electronics, 2. utg., Cambridge University Press, 1989.
 Jung, W., Audio IC op-amp applications, 2. utg., Howard W. Sams & Co.,1978.
 Self, D., Self on audio, Newnes, 2000.
 Self, D., Small signal audio design, Focal Press, 2010.
 Self, D., Audio power amplifier design handbook, Newnes, 1996.
 Sloane, G.R., High-power audio amplifier construction manual, McGraw-Hill, 1999.
 Sontheimer, R., Audio-Schaltungstechnik, Elektor-Verlag, 2004.
 York, H.L., Amplifiers, Focal Press, 1964.

Sjå òg 
 Elektronisk forsterkar
 Miksebord
 Aktivt delefilter
 Sendeforsterkar
 Gitarforsterkar

Analog audio
Analog elektronikk